نظریه های نسبیت خاص و عام

معروفه که فیزیک مدرن ما، دو تا ستون اصلی داره.

یکیش نظریه‌ی نسبیته، اون یکی مکانیک کوانتوم.

با کامنت‌هایی که از شما گرفتم، واجب شد یه ویدیو داشته باشیم که از ریشه

بررسی کنیم ببینیم اصلا نسبیت خاص و نسبیت عام دقیقا حرفشون چیه.

چرا به این نظریه‌ها رسیدیم، دنیای ما رو چه جوری توصیف می‌کنن.

امروز موضوع نسبیت رو با هم بررسی می‌کنیم، تو یکی از ویدیوهای آینده هم

میریم سراغ اون یکی ستون، یعنی مکانیک کوانتوم،

تا بعدش بتونیم دقیقا متوجه بشیم که چرا این دو تا یه مشکلاتی با هم دارن.

پس اگه شما هم دوست دارید یه بار برای همیشه نظریه‌های نسبیت خاص و

عام اینشتین رو درک کنید، تا آخر ویدیو با من باشید.

کلمه‌ی نسبیت انگار گره خورده به اسم یکی از بزرگترین مغزهایی که

دنیا به خودش دیده، یعنی آلبرت اینشتین یا به قول بعضی‌ها پادشاه فیزیک.

اما اینشتین تمام این حرفا رو از صفر شروع نکرد.

دقیقا مثل تمام دانشمندای دیگه، پا گذاشت رو شونه‌ی دانشمندای قبل از

خودش تا یه کم بالاتر بره و بتونه اون دورتر رو ببینه.

برای اینکه مفهوم نسبیت رو بتونیم درست درک کنیم، خیلی واجبه که

اول یه مفهوم دیگه رو یاد بگیریم به نام چارچوب مرجع.

قبلش یه یادآوری خیلی کوتاه بکنم از دستگاه مختصات.

فرض کنید من اینجا تو این نقطه از فضا قرار گرفتم.

یه نقطه‌ی دلخواه به نام مبدا مختصات، هر جایی از این فضا که دلم می‌خواد

انتخاب می‌کنم، به همراه سه تا محور، چون این فضا یه فضای سه‌بعدیه.

حالا می‌تونم موقعیت مکانی خودم رو با سه تا

عدد نشون بدم این اعداد، میشن مختصات مکانی من.

اگه یه بُعد چهارم هم داشته باشیم، مثلا زمان رو به عنوان بُعد چهارم

در نظر بگیریم، به جای سه تا محور، چهار تا محور داریم، ولی خب چون ذهن ما

تو یه دنیای سه‌بُعدی شکل گرفته، تصور یه چیز چهاربُعدی برای مغزمون خیلی سخته.

خلاصه اینکه تو فیزیک برای اینکه حرکت یا سرعت یا

شتاب یه جسمی رو توصیف کنیم، نیاز به یه مبدا مختصات داریم.

اما چارچوب مرجع چیه.

برای اینکه راحت‌تر درکش کنیم از یه مثال استفاده می‌کنم.

فرض کنید شما تو ایستگاه قطار رو زمین وایسادید،

یه قطار داره حرکت می‌کنه، منم داخل اون قطارم.

یه توپ مستقیم پرت می‌کنم به سمت بالا، بعد که اومد پایین می‌گیرمش.

حرکت این توپ برای خود من فقط یه حرکت ساده‌ی بالا پایینه.

اما برای شما که اون بیرونید، غیر از این حرکت بالا پایین،

یه حرکت افقی هم داره، چون همراه قطار داره حرکت می‌کنه.

پس کل حرکتش از دید شما به صورت یه مسیر خمیده‌ست.

اینجا چه اتفاقی افتاده. من چون داخل قطار بودم حرکت توپ رو

یه جور دیدم اما شما که بیرون بودید یه جور دیگه دیدید.

چارچوب مرجع همینه، یعنی بر اساس ناظر انتخاب میشه.

برای هر ناظری، چارچوب همونیه که اون ناظر توش ثابته.

برای من که داخل قطارم، چارچوب داره همراه قطار با همون سرعت

حرکت می‌کنه، اما برای شما که رو زمینید، چارچوب میشه همونجا رو زمین.

تو هر چارچوبی هم می‌تونیم یه مبدا مختصات تو هر نقطه‌ای که دلمون می‌خواد در نظر بگیریم.

توصیف حرکت یه جسم، تو یه چارچوب ممکنه با یه چارچوب دیگه متفاوت باشه.

مثلا دیدیم که حرکت توپ تو چارچوب قطار یه مسیر مستقیم بود،

اما تو چارچوب زمین یه مسیر خمیده بود.

پس این شد مفهوم کلی چارچوب مرجع، که برای درک نظریه‌ی

نسبیت، هیچ راهی نیست جز اینکه اول اینو بفهمیم.

اما هنوز بحثش تموم نشده، یه نوعی از این چارچوب‌ها داریم به نام چارچوب لَخت.

بذارید اول ببینیم لَخت یعنی چی.

تو فیزیک سه تا قانون معروف داریم به نام قوانین حرکت نیوتون.

به اولیش میگن قانون لَختی یا اینرسی.

حرفش اینه که هر جسمی، اگه سر جاش ثابت باشه، همونجوری ثابت میمونه،

اگر هم در حال حرکت با یه سرعت یکنواخت یا ثابت باشه،

به همون حرکتش ادامه میده، مگه اینکه یه نیرویی بهش وارد بشه که وضعیتشو تغییر بده.

برای همین تو یه ماشین در حال حرکت، وقتی که راننده ترمز می‌کنه،

ماشین به خاطر اون نیروی ترمز مجبور به وایسادن میشه،

اما شما اگه کمربند نبسته باشید محکم پرت میشید جلو.

یعنی بدن شما می‌خواد همون حرکت خودشو ادامه بده و جلو بره.

این همون مفهوم لَختیه.

هر چارچوبی که این قانون لَختی داخلش برقرار باشه، بهش میگن چارچوب مرجع لَخت.

مثلا وقتی که زمین رو به عنوان یه چارچوب در نظر می‌گیریم،

میشه گفت یه چارچوب مرجع لَخته چون قانون لَختی توش برقراره.

اما اگه حرکت خود چارچوب با سرعت ثابت نباشه،

یعنی شتاب داشته باشه، دیگه لَخت نیست.

خب حالا برگردیم سر بحث اصلیمون.

حدود چهارصد سال پیش، گالیله برای اولین بار

یه اصلی رو مطرح کرد به نام اصل نسبیت.

حرفشو با یه مثال نشون داد.