نسبيّت خاص و جمع سرعت ها

در قوانين حرکت شناسي اينشتين خود را بيشتر به بررسي سطح x, ct محدود مي کنيم؛ تعميم قضيه هاي عايد شده در مورد فضاي چهار بعدي xyzt نيز مشکلات عمده اي همراه ندارد و به همين ملاحظه به اقتضاي مقام در حاشيه مورد
چهارشنبه، 5 شهريور 1393
تخمین زمان مطالعه:
موارد بیشتر برای شما
نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها

 

نويسنده: ماکس بورن
مترجم: هوشنگ گرمان





 

در قوانين حرکت شناسي اينشتين خود را بيشتر به بررسي سطح x, ct محدود مي کنيم؛ تعميم قضيه هاي عايد شده در مورد فضاي چهار بعدي xyzt نيز مشکلات عمده اي همراه ندارد و به همين ملاحظه به اقتضاي مقام در حاشيه مورد توجه قرار خواهد گرفت.
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
ش. 1- a) دوری زمان گونه  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها. b) دوری فضاگونه  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها.
خطهاي نور در شکل که تحت تساوي  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها متمايزند، سطح x, ct را به چهار بخش تقسيم مي کنند؛ F در هر بخشي محققاً با علامت يکسان ظاهر مي شود، بدين قرار که F > 0 در دو بخش متقابلي که درآن شاخه هاي منحني شامل F = +1 مي شوند و F < 0 در دو بخش متقابل ديگر که آنها شاخه هاي منحني F = - 1 را در برمي گيرند. يک خط جهاني راست از مبداء O، برحسب آنکه از بخشهاي F > 0 يا F < 0 بگذرد، مي تواند صورت محور x يا محور ct را به خود بگيرد؛ به همين اعتبار خطهاي جهاني را به دو گروه فضاگونه و زمان گونه متمايز مي کنند(ش. 1).
در يک دستگاه لخت اختياري نامشخص، محور x نقطه هاي جهاني «زمان گذشته» (t < 0) را از نقطه هاي جهاني «آينده» (t > 0) جدا مي کند. اما اين جداسازي براي هر دستگاه لختي فرق مي کند؛ چون نقطه هاي جهاني که قبلاً در بالاي محور x - پس در «آينده» - قرار داشتند، با تغيير مقر محور x سپس در زير اين محور - پس در «گذشته» - قرار خواهند گرفت، و بعکس. فقط رويدادهايي که با خطهاي جهاني حوزه بخشهاي F< 0 نمايش داده شده اند، براي هر يک از دستگا ههاي لخت، «گذشته» يا «آينده» را تصريح مي کنند. براي يک چنين نقطه جهاني P (ش. 1a)،  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها خواهد بود، به اين معنا که فاصله زماني دو رويداد O و P در هر دستگاه مرجع مجاز بزرگتر است از مدت زماني که نور براي پيمودن فاصله از O تا P لازم دارد. پس يک چنين دستگاه لخت S را فقط هنگاميمي توان مطرح کرد که محور ct آن از P ميگذرد، يعني P رويدادي را نمايش مي دهد که در نقطه صفر فضايي اين دستگاه اتفاق مي افتد. اين دستگاه S از نظر يک دستگاه لخت ديگر، به صورتي مستقيم و يکنواخت حرکت مي کند که نقطه صفر آن با رويدادهاي O و P درست مقارن بوده باشد. در اين صورت روشن است که براي رويداد P در دستگاه S، x = 0 و در نتيجه  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها خواهد بود.
محور ct هر يک از دستگاه هاي لخت، نقطه هاي جهاني اي را نمايش مي دهد که در محل مبداء فضايي بر محور x قرار مي گيرند، ونقاط سمت چپ مبداء را از نقاط سمت راست واقع شده در شکل دوبعدي جدا مي کند. ولي اين جداسازي در مورد يک دستگاه لخت ديگر که داراي محورct ديگر است، البته فرق مي کند؛ فقط براي نقاط واقع در حوزه داخلي بخشهايF > 0 به روشني معين است که، آيا اين نقاط «جلو» يا «عقب» نقطه فضايي قرار مي گيرند. براي يک چنين نقطه (ش. 1b)،  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها خواهد بود؛ به اين معنا که فاصله زماني دو رويداد O و Q در هر دستگاه مرجع مجاز کمتر است از زماني که نور براي حرکت خود در خلال اين دو رويداد لازم دارد. اينک به کار بستن يک دستگاه مرجع مناسب متحرک S در صورتي مقتضي خواهد بود که محور x آن از Q بگذرد، يعني بدين نحو که دو رويداد O و Q همزمان بوده باشند. و اين دستگاهي است که د ان محققاً براي رويداد Qt = 0،  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها خواهدبود
از اين جا نتيجه مي شود که ناورداي F براي هر نقطه جهاني P يک مقدار کاملاً مشخص قابل اندازه گيري است؛ يا با وارد کردن يک دستگاه مختصات مناسب، ميسر است که P با O «در محل يکسان تبديل شوند»، که در اين صورت  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها خواهد بود، و t اختلاف زمان رويداد P نسبت به رويداد O را معرفي مي کند که در همان محل فضاي S واقع شده باشد؛ و يا تبديل P به O « از طريق همزماني» امکان پذير است، که آنگاه  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها خواهد بود، و x فاصله مکاني دو رويداد همزمان در دستگاه S را نمايش مي دهد.
خطهاي نور F = 0 در هر دستگاه مختصاتي که باشد، حرکتهاي با سرعت نور را نمايش مي دهند. از اين رو هر خط جهاني زمان گونه مطابق است با يک حرکت داراي سرعت کمتر از c؛ هر حرکت با سرعت کمتر از سرعت نور مي توانند «به سکون تبديل» شود، زيرا که يک خط جهاني زمان گونه به آن تعلق مي گيرد.
ولي اينک بايد ديد که قضيه در مورد حرکتهاي مافوق سرعت نور چه حکم مي کند؟
قطعاً از مطالب قبلي روشن شده است که نظريه نسبيت اينشتين چنين حرکتهايي را از لحاظ فيزيکي بايد غيرممکن بداند. چون اگر علامتهايي بوده باشند که امکان دهند تا همزماني با سرعت مافوق نور بازرسي شود، آنگاه حرکت شناسي جديد معناي خود را يکسره از دست مي دهد.
در اين جا به نظر مي رسد که مشکلي بايد مرتفع مي شود.
فرض مي کنيم که v سرعت دستگاه 'S نسبت به يک دستگاه ديگر S باشد، و يک جسم متحرک K با سرعت 'u نسبت به 'S حرکت کند. اينک بنابر حرکت شناسي معمولي، سرعت جسم K نسبت به دستگاه S عبارت است از:
'u = v + u.
حال اگر هم v و 'u از نصف سرعت نور تجاوز کنند، نتيجه مي شود که 'v = v + u از c بزرگتر است، و اين بر طبق نظريه نسبيت بايست غيرممکن باشد.
اين تضاد طبعاً از اين جا سرچشمه مي گيرد که، در حرکت شناسي اصل نسبيت، يعني در آنجا که هر دستگاهي مرجعي يکاهاي طول و زمان به خود را داراست جمع زدن سرعتها به همين سادگي جايز نيست.
اين مطلب را از ثبات دائمي اندازه سرعت نور در دو دستگاه مرجع غير مشخص که نسبت به يکديگر در حرکت بوده باشند، نيز مي توان دريافت؛ درست همين واقعيت را قبلاً به منظور استخراج تبديل لورنتز مورد استفاده قرار داديم.
قانون عمل جمع سرعتها را مي توانيم از اين تبديلات استخراج کنيم. بدين منظور جسمي را در نظر مي گيريم که در دستگاه 'S حرکت کند. فرض بر اين است که جسم مزبور در سطح 'x' , y جابه جا مي شود و از اين رو داراي دو مؤلفه سرعت  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها است. اين جسم همچنين بايست از مبدا زمان t' = 0 آغاز به حرکت کند. پس خط هاي جهاني آن به صورت معادله هاي
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
داده مي شوند. اينک همين حرکت از ديدگاه دستگاه S نيز قاعدتاً مي بايست مستقيم و با سرعتهاي ثابت  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها انجام شود. از اين رو براي خط هاي جهاني در S، خواهيم داشت.
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
به منظور محاسبه ارتباط سرعتها در S و 'S مختصات y، x و t را با کمک تبديلات لورنتز ( نسبيّت خاص و جمع سرعت ها ) در معادلات  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها و  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها وارد مي کنيم.  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها به صورت زير در مي آيد:
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
يا
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
از مقايسه با  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها، ملاحظه مي شود که:
[1a]
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
به همين طرز از (β) نتيجه مي شود:
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
و با توجه به معادله [1a] خواهيم داشت:
[1b]
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
اينک [1a] و [1b] جمع سرعتها را در نظريه اينشتين نمايش مي دهند و به جاي دستور ساده حرکت شناسي قديمي که عبارتند از:
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
وارد مي شوند.
به ويژه هرگاه حرکت پرتو نور در امتداد حرکت 'S نسبت به S مطرح باشد،  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها خواهد بود، وآنگاه طبعاً دستور [1] نتيجه مي شود :
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
نتيجه اي که قضيه ثبات سرعت نور را بيان مي کند. ولي علاوه بر اين ملاحظه مي شود که در مورد هر جسم در حال حرکت طولي، تا زماني که  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها و v مثبت و از c کمترند  نسبيّت خاص و جمع سرعت ها باقي مي ماند. چون اگر [ 1a]را بر c تقسيم کنيم، مي توانيم حاصل تقسيم را به صورت
 نسبيّت خاص و جمع سرعت ها
مرتب کنيم. اين تساوي محتواي تشخيص ما را در بر مي گيرد، به اين معنا که جمله دوم طرف راست تساوي، تحت شرايطي که در بالا ذکر شد، هميشه از 1 کوچکتر است (مخرج کسر از 1 بزرگتر و دو عامل صورت هر يک از 1 کوچکتر). مطابق همين کيفيت درمورد حرکتهاي عرضي و اصولاً در مورد هر حرکت اختياري صدق مي کند.
به همين ملاحظه سرعت نور از لحاظ حرکت شناسي يک مرز غيرقابل عبور است. اين ادعاي نظريه اينشتين با مخالفت زياد روبه رو شد و براي کاشفان آينده که در پي يافتن حرکتهاي مافوق سرعت نور بوده اند، به عنوان يک محدوديت غيرمجاز ظاهر گشت.
پس سرعت الکترونهاي شناخته شده در پرتوهاي β صادر شده از مواد راديواکتيو را که نزديک به سرعت نور است، چرا بايستي ممکن نباشد که به سرعت نور برسانند؟
اينک نظريه اينشتين مدعي است که اين کار عملاً غيرممکن است، چون به هر اندازه که سرعت جسمي به سرعت نور بيشتر نزديک شود، مقاومت لختي يا جرم اين جسم نيز بزرگتر خواهد شد، به اين ترتيب واردمرحهل ديناميک نو (نيروشناسي) مي شويم که پايه سينماتيک (حرکت شناسي) اينشتين را تشکيل مي دهد.
منبع مقاله :
ماکس، بورن؛ (1371)، نظريه ي نسبيت اينشتين، ترجمه ي هوشنگ گرمان، تهران: انتشارات علمي و فرهنگي، چاپ چهارم.



 

 



ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.
مقالات مرتبط