وبلاگ تخصصی مکانیک-کامپیوتر-الکترونیک

بنابراين در نسبيت خاص زمان مطلق واحدى وجود ندارد كه بتوان به رويدادها نسبيت داد. با اين همه فضازمان نسبيت عام مسطح است. اين نكته بيانگر آن است كه در نسبيت خاص زمان اندازه گيرى شده توسط هر ناظرى كه آزادانه در حركت است، به طور يكنواخت از منفى بى نهايت در گذشته بى نهايت تا مثبت بى نهايت در آينده بى نهايت در فضازمان افزايش مى يابد. مى توان هر كدام از اين مقدارهاى زمان را در معادله شرودينگر به كار برد و تابع موج را به دست آورد. بنابراين، در نسبيت خاص هم تعبير كوانتومى موجبيت را داريم.

اما وضعيت در نظريه نسبيت عام به گونه ديگرى است. در اين نظريه فضازمان تخت نيست بلكه به وسيله ماده و انرژى درون آن تغييرشكل يافته است. انحنا در منظومه شمسى ما، حداقل در مقياس ماكروسكوپى چنان كوچك است كه اختلالى در تصور معمول ما از زمان ايجاد نمى كند. حتى در اين وضعيت هم مى توان از زمان در معادله شرودينگر استفاده كرد و به برآيند جبرگرايانه تابع موج دست يافت. با اين همه هنگامى كه فضازمان خميده شود، اين احتمال هم مطرح مى شود كه شايد فضازمان آن گونه ساختارى نداشته باشد كه افزايش يكنواخت زمان براى همه ناظران ممكن شود كه اين امر براى اندازه گيرى معقول زمان نياز است. براى مثال فرض كنيد كه فضازمان شبيه يك استوانه عمودى است.

ارتفاع استوانه نشان دهنده مقدار زمان است كه براى تمام ناظران افزايش مى يابد و از بى نهايت منفى تا بى نهايت مثبت ادامه مى يابد. به هر حال اكنون فضازمانى را در نظر بگيريد كه شبيه استوانه اى است كه داراى يك دسته (يا «كرمچاله») است كه از استوانه منشعب شده و مجدداً به آن متصل مى شود. مى بينيم همه اندازه گيرى هاى زمان لزوماً داراى نقطه هاى سكون است كه به نقاط اتصال دسته به استوانه اصلى مربوط مى شود. در اين نقاط زمان دچار ركود مى شود. در اين نقاط زمان در هيچ جهتى افزايش نمى يابد. در چنين فضازمانى نمى توان از معادله شرودينگر استفاده كرده و شكل موجبيتى تابع موج را به دست آورد. مراقب سياهچاله ها باشيد: هيچ وقت نمى دانيد كه چه عملى ممكن است از آنها سرزند.به دليل وجود سياهچاله هاست كه فكر مى كنيم زمان براى تمام ناظران افزايش نمى يابد. اولين بار در سال 1783 توصيفى از سياهچاله ها ارائه شد، جان ميچل ( Michell.J) يكى از استادان پيشين كمبريج استدلالى را كه هم اكنون بيان مى كنيم، ارائه كرد. اگر كسى ذره اى مثلاً يك گلوله توپ را به طور عمودى به آسمان پرتاب كند، به دليل گرانش از سرعت صعود جسم كم شده و در نهايت حركت رو به بالاى آن متوقف شده و به پايين سقوط مى كند.

به هر حال اگر سرعت صعود اوليه جسم از يك مقدار بحرانى به نام سرعت گريز بيشتر باشد، گرانش نمى تواند، ذره را متوقف كرده و جسم مى گريزد. سرعت گريز براى زمين 12 كيلومتر در ثانيه و براى خورشيد 618 كيلومتر بر ثانيه است. سرعت هايى را كه ذكر كرديم بسيار بزرگتر از سرعت گلوله هاى واقعى توپ است، اما در مقايسه با سرعت نور كه برابر 300 هزار كيلومتر است، سرعت كمى است، بنابراين نور مى تواند بدون هيچ مشكلى از زمين يا خورشيد بگريزد با اين همه ميچل استدلال كرد كه احتمال دارد ستاره هايى وجود داشته باشد كه جرمشان بسيار بيشتر از خورشيد باشد و در نتيجه سرعت گريز آنها بزرگتر از سرعت نور باشد. ما نمى توانيم چنين ستاره هايى را ببينيم، زيرا گرانش اين ستاره ها هر نورى كه از آنان ساطع شود را به دام مى اندازد. به همين دليل ميچل آنها را ستاره هاى تاريك ناميد كه ما امروزه آنها را با نام سياهچاله مى شناسيم.

تصور ميچل از ستاره هاى تاريك بر فيزيك نيوتنى مبتنى بود، در فيزيك نيوتنى زمان مطلق است و بدون توجه به آنچه كه روى مى دهد در گذر است. بنابراين در تصوير نيوتنى فيزيك، ستاره هاى تاريك بر توانايى ما براى پيشگويى آينده تاثيرى ندارند، اما در نظريه نسبيت عام وضعيت بسيار متفاوت است، چرا كه در اين نظريه اجسام سنگين فضازمان را خميده مى سازند. در سال 1916 مدت كوتاهى پس از آنكه تئورى نسبيت عام ارائه شد، كارل شوآرتزشيلد ( Schwarzshild .K) (كه طى جنگ جهانى اول مدت كوتاهى پس از ابتلا به يك بيمارى در جبهه روسيه درگذشت) راه حلى براى معادلات ميدان نسبيت عام يافت كه نشاندهنده سياهچاله بود. ساليان دراز كسى كشف شوآرتزشيلد را درك نكرد و به اهميت آن پى نبرد. خود اينشتين هيچگاه وجود سياهچاله را باور نكرد و برخوردش با اين مسئله عمدتاً مبتنى بر استدلال هاى قديمى نسبيت عام بود.

The Universe In A Nutshell, 2001

S. Hawking, Bantam Press


منبع :www.sharghnewspaper.com

میدانیم که نظریه‌هایی مثل ابر ریسمان جهان را با ابعاد بیشتر از 3 بعد می‌‌دانند. اما یک جهان 4بعدی چگونه خواهد بود؟ منظور از بعد چهارم زمان نیست بلکه بعدی فیزیکی است که بر سه بعد ما عمود است. برای درک بهتر این بعد بهتر است بعد سوم را با بعد دوم مقایسه کنیم. با این کار ما می‌توانیم رابطه این دو را به رابطه بعد سوم و چهارم تعمیم دهیم. خوب ما میدانیم که یک کاغذ دو بعد دارد (از ضخامت صرف نظر کنید) :طول و عرض ما می‌‌توانیم این دو خط را در کاغذ بر هم عمود رسم کنیم اما آیا می‌توانید خط سومی هم روی کاغذ عمود بر ان دو رسم کنید؟ نه برای رسم این خط ما به بعد سوم نیاز داریم. در مورد بعد چهارم هم همینطور است: بعدی که می‌توان از ان خطی بر مکعب عمود کرد. به بعد دوم بر می‌گردیم. بیاید حیاتی را در بعد دوم در نظر بگیریم در این جهان دو بعدی موجوداتی زندگی می‌‌کنند: مربع‌ها مثلثها چند ضلعی‌ها و دایره. حالا سراغ مربع میرویم. این موجود اطرافیان و اجسام را به صورت خط می‌‌بیند دقت کنید خود ما هم اطراف خود را دو بعدی می‌‌بینیم (مضحک به نظر میرسد!) ولی خیلی ساده دوری و نزدیکی را درک می‌‌کنیم. این موجود هم مثل ما است ولی یک بعد کمتر می‌بیند! حالا خود را فرض کنید که دارید به ان مربع نگاه میکنید. چه می‌‌بینید؟ شما می‌توانید هم خود مربع و هم پشت و هم داخل بدن مربع را یک زمان ببینید! این برای مربع غیر قابل درک است که کسی بتواند داخل بدن او را ببیند. همان طور که ما نمی‌توانیم درک کنیم که یک موجود چهار بعدی می‌‌تواند داخل بدن ما را ببیند! ما می‌‌توانیم یک بطری دو بعدی آب را بدون باز کردن در آن بخوریم!. یا یک گاو صندوق دو بعدی را خالی کنیم ! حالا فرض کنید ما یک کره را داخل دنیای آقای مربع بیاندازیم. او چه خواهد دید؟ او اول یک نقطه می‌‌بیند که از هیچ به وجود آمده و هر لحظه به قطر آن افزوده و سپس کم و ناپدید می‌شود! پس اگر یک کره چهار بعدی در جهان ما بیفتد ما یک نقطه می‌‌بینیم که به یک کره تبدیل می‌شود و سپس هر لحظه بزرگ‌تر می‌شود. سپس کوچک و نا پدید می‌شود

در ریاضیات ، فیزیک و برخی از علوم دیگر علاوه بر مختصات فضایی زمان نیز حضور دارد. وابستگی مسایل به زمان در بررسی فضایی و نمایش محوری تحت عنوان بعد چهارم مطرح است که با ادغام این بعد با مختصه‌های فضایی ، زمان تحت عنوان بعد چهارم مورد مطالعه قرار می‌گیرد.=-
دید کلی
زمان به مفهوم متداول یعنی «چه وقت» ، و نیز «کجا» به معنای تعیین مکان یا موقعیت در فضاست. مفهوم کلمه فضا بطور مطلق غیر قابل ادراک است. از نظر یک عامل خرید و فروش املاک ، فضا چیزی است که او حدود آن را به صورت یک قطعه زمین تعیین می‌کند و به فروش می‌رساند. در نزد علاقمندان به اکتشافات فضایی ، فضا چیزی است که به بیرون از مرزهای سیاره ما امتداد می‌یابد. بطور عادی نمی‌توانیم فضا را تصور کنیم، گرایش ما چنین است که مفهوم فضا را ، با توجه به استنباط تجربی خود به اشیای مادی ارتباط دهیم.

ما فراگرفته‌ایم که به هنگام بحث درباره فضا از آن به صورت نشانه‌های مرتبط با موقعیت نسبی اجسام صحبت کنیم. برحسب چنین تعبیرهایی ، فضا به شکل مفهوم فیزیکی تلقی می‌شود و به مشاهده‌هایی منحصر می‌شود که اشیای مادی مواضع مختلف را اشغال می‌کنند. این طرز تلقی از فضا ، هنگامی ‌که موقعیت همه اجسام را نسبت به یک جسم ، مثلا زمین ، تعیین کنیم، موجه است. چنین برداشتی از فضا باعث شده است که هندسه اقلیدسی ، برای مقاصد علمی‌ متعددی مناسب به نظر آید و نقطه ، خط راست و صفحه اغلب به عنوان سرشتی بدیهی پذیرفته شود.
تصور همزمانی
در مکانیک عادی به نظر می‌رسد که هر رویدادی بوسیله مکان (ارتباط موقعیت Position relationship) و زمان (ارتباط زمانی Temporal relationship) مشخص می‌شود. به فضای دوبعدی و سه‌بعدی (هندسه) مفهوم اجتناب‌ناپذیر زمان هم اضافه شد. اما فضا باز هم می‌تواند به عنوان بعدی کاملا مستقل و قابل استفاده در فیزیک کلاسیک ، پذیرفتنی باشد. این تلفیق ، به دلیل آنچه اینک به مثابه تصور همزمانی خوانده می‌شود، مقدور بود. یعنی هنگامی‌ که خبر یک رویداد (مثلا حرکت یک سیاره) را به کمک نور ، بطور آنی دریافت می‌کنیم، اینطور می‌فهمیم که رویداد یا شده در اینجا و هم اکنون رخ داده است.
رد تصور همزمانی
کشف قوانین الکترودینامیک ، اعتقاد به این همزمانی مطلق را برهم زد. ماکسول ، فیزیکدان اسکاتلندی قرن نوزدهم ، پی برد که آشفتگی‌ها در میدان الکترومغناطیسی با سرعتی معین ، یعنی سرعت نور حرکت می‌کنند و این حرکت از طول موج آنها مستقل است. نور حالت خاصی از تمام آشفتگی‌هایی است که پدیده موجی به شمار می‌آیند.

هاینریش هرتز ، فیزیکدان آلمانی ، بعدا کشف کرد که آشفتگیهای الکتریکی عادی ، یعنی جرقه‌ها ، می‌توانند در فواصل اندک ، میدان الکتریکی تولید کنند. این موضوع منجر به آشکارسازی و انتقال امواج رادیویی با طول موجهای گوناگون شد که امواج بلند بکار رفته در تلگراف و امواج کوتاه تلویزیونی و رادار را دربر می‌گیرد. خاصیت اساسی تابش الکترومغناطیسی ، علاوه بر طول موج ، فرکانس آن ، یعنی تعداد نوسانهای موج در هر ثانیه است. واحد اندازه‌گیری فرکانس ، هرتز (دور در ثانیه) است.
تعیین فاصله به کمک نور
به کمک رادار روشی برای اندازه‌گیری فاصله فراهم شده است که در آن به معیار و سنجه نیازی نیست. آنچه باید انجام شود، عبارت از اندازه‌گیری زمان لازم و آنگاه ضرب کردن آن در مقداری ثابت ، یعنی سرعت نور ، است. به بیان دیگر ، یک پرتو کوتاه موجی را به سوی هدفی که می‌خواهند فاصله آن را مشخص کنند، ارسال می‌دارند. پرتو یاد شده بعد از برخورد به هدف دوباره بازتابیده می‌شود.

حال اندازه‌گیری فاصله با توجه به زمان طی شده از لحظه ارسال پرتو موجی به طرف هدف و لحظه دریافت بازتابش صورت می‌گیرد. از آنجا که می‌دانیم امواج رادیویی با سرعت نور حرکت می‌کنند، لذا زمان طی شده برحسب ثانیه را در سرعت نور (300000 کیلومتر در ثانیه) ضرب کرده و عدد حاصل را به دو تقسیم می‌کنند. به این صورت فاصله هدف یا شی مورد نظر به آسانی حاصل می‌شود.
سخن آخر
در امور روزمره زندگی ، از قبیل تعیین وقت یک مسابقه ، یا نصب راداری برای تعیین سرعت اتومبیلها ، نور نقش چندانی ندارد، اما با در نظر گرفتن ماهیت عالم ، چنین جنبه‌هایی از زمان و فاصله اهمیت پیدا می‌کند. همین که می‌فهمیم زمان و فاصله یکی هستند، آنگاه متوجه خواهیم شد ستاره‌ای که می‌بینیم، پدیده‌های مربوط به اینجا و زمان حال نیست، بلکه نور آن پس از میلیاردها سال طی طریق به ما رسیده است.

بنابراین ستاره مورد نظر میلیاردها سال از ما فاصله دارد و آنچه در زمان حال شاهد آن هستیم، رویدادی بوده است که در گذشته بعید به وقوع پیوسته است (نور آینه گذشته). بنابراین ، هنگامی ‌که فضا و زمان انفکاک‌ناپذیر باشند، به نحوی که نتوان بدون اندیشیدن درباره هر دو مفهوم ، به دیگری فکر کرد، زمان نیز مانند مکانیک کلاسیک به صورت یک بعد در می‌آید و فضا ـ زمان به بعد چهارم تبدیل می‌شود.
دانشنامه رشد

امیدوارم همچین تاپیکی نبوده باشه،گرچه من سرچ کردم و چیزی ندیدم!^_-

Boye_Gan2m

01-07-2008, 12:07 AM

يك سال بعد از ارائه نظريه نسبيت عام توسط آلبرت اينشتين ،سال 1916م فلام متوجه شد كه ازحل شوارتزشيلد معادلات اينشتين ميتوا ن جواب كرمچاله اي بدست آورد . اين نوع كرمچاله ،«كرمچاله شوارتزشيلد » ناميده شد .

كرمچاله ها ساختارهاي فضازماني پل مانندي هستند كه دو ناحيه مجزا از يك فضا زمان يا دوفضا زمان مجزا را به يكديگر وصل مي كنند . كرمچاله ها باعث كوتاه شدن مسافت و زمان لازم براي رسيدن از يك نقطه به نقطه ديگر مي شوند .در دهه 1930م اينشتين و روزن با استفاده از غوطه وركردن متريك شوارتزشيلد در فضاي استوانه اي ، معادله غوطه وري يك كرمچاله گذر ناپذير وغير ايستا موسوم به « پل اينشتين - روزن » را بدست آوردند .

يكي از جنبه هاي جالب كرمچاله ها ، استفاده از آنها براي انجام سفر در فضازمان است . مي دانيم كه فاصله زمين تا نزديك ترين ستاره غير از خورشيد ، حدود 4سال نوري مي باشد . يعني نور با سرعت 300 هزار كيلومتر بر ثانيه حدود 4 سال طول مي كشد تا به اين ستاره برسد . حال ما با تكنولوژي امروزه ممكن است بيش از يك ميليون و سيصد هزار سال طول زمان نياز داشته باشيم تا به اين ستاره برويم كه براي انسان امر غير ممكني است . بنظر مي رسدكه با فرض وجود كرمچاله ، مي توان از يك طرف وارد آن شد و تقريبا بلافاصله پس از خروج از طرف ديگر ، در ناحيه اي دوردست از جهان سردرآورد . در اين طرح امكان سردرآوردن از جهاني ديگر نيز وجود دارد .

بعضي افراد به اشتباه سياهچاله ها را به عنوان ابزارهايي براي مسافرت هاي فضايي مي شناسند . اما بايد بدانيم كه سياهچاله ها داراي افق هستند و وقتي جسمي ، حتي نور ، وارد آنها شد ، علاوه بر نابودي ، امكان خروج برايش وجود ندارد . امم برخي از كرمچاله ها اين امكان را به ما مي دهند كه بدون صدمه ديدن از آنها عبور كنيم .

در اين مقاله ضمن آشنايي با اين ساختارها ، امكان عبور از آنها را نيز بررسي مي كنيم .

هندسه يك كرمچاله :

يك كرمچاله در صورت وجود ، خود بخشي از فضازمان چهار بعدي عالم مي باشد . همانطور كه مي دانيد اينشتين در سال 1905 م ثابت كرد كه جهان تنها از سه بعد فضايي تشكيل نشده و زمان صرفآ يك پارامتر در حال تغيير نيست . بلكه زمان خود نيز به عنوان بعد چهارم عالم به حساب مي آيد . در اين فضازمان چهار بعدي ، كرمچاله ها مي توانند سوراخي به جهاني ديگر يا ناحيه اي ديگر از همين جهان باشند . پس بايد در نظر داشته باشيم كه اين اجسام چهاربعدي هستند و ما تنها براي ساده سازي آنها را به صورت دو بعدي نشان مي دهيم .

به عنوان مثالي ساده ، يك صفحه كاغذ تخت را در نظر بگيريد كه از چهار طرف تا فواصل بسيار دور گسترده شده باشد . هر دو طرف صفحه كه آنها را « رو » و « زير » صفحه مي ناميم ، بطور مستقل يك فضاي دوبعدي راتشكيل مي دهند كه مي توانيم آن را يك جهان دوبعدي فرض كنيم . ساكنان اين جهانها خود موجودات دو بعدي هستند . واضح است كه اين دو جهان هيچ ارتباطي با هم ندارند و ساكنان آنها از وجود همديگر بي خبرند .اكنون تصور كنيد يك سوراخ دايره اي در اين صفحه ايجاد شود . به اين ترتيب دو جهان بطور پيوسته با هم ارتباط دارند . ما اين حفره تونل مانند را يك كرمچاله مي ناميم .

حال بيائيد به جاي يك سوراخ ، دو سوراخ درصفحه ايجاد كنيم . سپس لبه هاي اين دو سوراخ را بكشيم تا به صورت دو لوله درآيد وبا ادامه دادن اين كار دو لوله را به هم وصل كنيم. اين نيز يك كرمچاله است . با اين تفاوت كه بر خلاف حالت قبلي دو ناحيه از يك جهان را به هم وصل مي كند . در حالتي كه فضاي ما خميده باشد مسافرت از طريق اين كرمچاله بسيار سريع تر امكان پذير است . چون مسافت كوتاهتر است .

Boye_Gan2m

01-07-2008, 12:08 AM

سياهچاله ، اين اجرام نادر و عجيب ، را مي توان نتيجه ي تفكرات جوان باهوش آلماني كه در سال 1919 در دفتر ثبت اختراعات سوئيس مشغول به كار بود دانست . آلبرت اينشتن در سال 1919 تئوري نسبيت عام خود را كه انقلابي عظيم در فيزيك نوين بود را ارائه كرد . آلبرت اينشتن پي برده بود كه جهان اساسا" در مكان هاي متفاوت نسبت به قوانين نيوتن قابل توضيح نيست . او گفت كه سه بعد از فضا نمي توانند به صورت مجزا از بعد چهارم يعني زمان باشند . او گفت كه اين ها با هم پيوسته هستند و آنها فضا – زمان ناميد . اين ساختار همانند يك ساختار نامرئي است كه در واقع وجود دارد . او گفت كه فضا نمي تواند مطلق باشد ، بلكه پيوسته است . اين بافت فضا زماني مي تواند خميده شود و يا اينكه پيچ و تاب پيدا كند .

اين بافت كه مي تواند جالب باشد فقط در صورتي مي تواند مسطح و صاف باشد كه هيچ چيز در روي آن وجود نداشته باشد . اگر جسمي جرم دار در روي آن وجود داشته باشد گرانش نيز وجود دارد ؛ و هر جا كه گرانش وجود داشته باشد اين بافت فضا – زمان خميده مي شود . اين خميدگي اين بافت براي اجرام حكم مي كند كه چگونه حركت كنند ، در واقع مي گويد كه گرداگرد اين فضا – زمان خميده به سير و سفر بپردازند . همانطور كه در بخش گرانش گفتيم گرانش در تئوري نسبيت عام اثر هندسي جرم بر فضا ي اطراف خود است . اگر بخواهيم كمي ساده تر توضيح دهيم همين خميدگي عامل ايجاد گرانش است .

اينشتين براي تصور اين واقعيت فرض كرد كه كاغذي دارد و آن كاغذ را ساختار فضا – زمان فرض كرد . او جسمي سنگين را در روي آن ماغذ قرار داد ( آن جسم را خورشيد در نظر گرفت ) و ديد كه در ساختار كاغذ خميدگي و فرو رفتگي ايجاد شده است . او گفت كه اين فضا زمان خميده گرانشي توليد مي كند كه هرچه اين خميدگي بيشتر باشد گرانش نيز قوي تر خواهد بود . سرانجام در جهان اجرامي وجود دارند كه اين خميدگي را به نهايت خود مي رسانند و تمام مسيرها را به سوي خود خم مي كنند و اين اجرام حقيقتا" سياهچاله هاي كيهاني هستند .

Boye_Gan2m

01-07-2008, 12:11 AM