گروه فیزیک مدرسه ی سبحان

بر اساس نظریه بيگ بنگ جهان از انفجار حجم بسیار کوچک - ابعادی کوچکتر از حفره های روی پوست - ، با دما و چگالی بسیار زیاد آغاز شده است .بر اساس این نظریه شکل گیری  فضا همانند کش آوردن سطح   یک بادکنک است – مواد، دردرون و سطح بيروني فضای در حال انبساط می یاشند، همانند ذرات غبار روی  شطح یک بادکنک-  این انفجار همانند انفجار ماده در یک فضای خالی نیست بلکه خود  فضا به همراه این انفجار متولد شده است و ماده را همچنان که منبسط میشود به همراه خود حمل می کند . فیزیکدان ها حتی بر این عقيده هستند که زمان نيز با بيگ بنگ آغاز شده است . امروزه ، اکثر دانشمند ها نظریه يگ بنگ را قبول دارند . شواهد موجود به قدر کافی محکم بودند که در سال 1951 دفتر کلیسای کاتولیک اعلام کرد نظریه بيگ بنگ با کتب مقدس مطابقت دارد .

تا اوایل قرن 19 مردم می پنداشتند که جهان پايدار و ثابت است . در سال 1915 با نظریه نسبیت عام اینشتین که به ماهیت فضا ، زمان و جاذبه  می پردازد حالت های  محتمل دیگری نیز ارائه شد . با ارائه نظریه نسبیت ساحتار فضا قادر بود که منبسط یا منقبض شود . در سال 1917 ستاره شناسی به نام ویلم دسیتر با به کار گیری نسبیت در مورد جهان نشان داد که جهان قادر است منبسط شود . (Willem de Sitter)

 

در سال 1922 ریاضیدانی به اسم الکساندر فريدمن (Aleksandr  Friedmann) با استفاده از روش های ساده تر به همین نتیجه رسید .  نتیجه بدست آمده توسط  جرج لمایتر (Georges Lemaitre) کیهان شناس در سال 1927 نیز همین بود . این گام ، تحولی بزرگ در مورد دیدگاه پذیرفته شده جهان-ثابت بود . جرج لمایتر بر اين عقيده بود  که با سفر به کذشته كيهان ، ماده جهان می بایستی در ابعادی کوچک جمع شود و در آنجا انفجاري  رخ داده باشد . اگرچه این احتمال حالت شگفت آور جدیدی برای جهان در نظر می گرفت ولی مبتنی بر رصد های وقت نبود

ادامه مطلب

گرانش یا جاذبه، پدیده‌ای است که در آن همهٔ اجسام جرم مند یکدیگر را جذب می‌کنند. تأثیر گرانش بر این اجسام، یعنی تأثیر جذب یک جسم جرم‌مند، جسم جرم‌مند دیگر را، به صورت وزن رخ می‌نماید. از آشناترین نمودهای گرانش فرو افتادن سیب از درخت است. پدیدهٔ گرانش معمولاً در مقیاس‌های بزرگ یا خیلی بزرگ هنگامی که جرمِ دست‌کم یکی از اجسام درگیر خیلی زیاد است رخ می‌نماید. بنابراین نمودهای گرانش در حرکت اجسام آسمانی و مسیر سیاره ها به گرد خورشید دیده می‌شود.

به‌طور کلاسیک، گرانش یکی از چهارنیروی اصلی طبیعت (سه نیروی دیگر: الکترو مغناتیس، نیروی ضعیف و نیروی قوی) شمرده می‌شود. از میان این نیروها، گرانش از همه ضعیف‌تر است از این رو در فرایندهای ریز-مقیاس که نیروهای دیگر حضور فعال دارند، اثر گرانش کاملاً قابل چشم‌پوشی‌است. در فیزیک معاصر نظریه نسبیت عام برای توضیح این پدیده بکار می‌رود، اما توضیح کمتر دقیق ولی ساده‌تر آن درقانون جهانی گرانش نیوتون یافت می‌شود. در اکثر فعالیت‌های روزمره، از جمله فرستادن موشک به فضا قانون جاذبه عمومی نیوتن کاملاً کارآمد است. هرجرم ذره‌ای جرم ذره‌ای دیگر را درراستای تقاطع آن‌ها با نیرویی جذب می‌کنداین نیرو با حاصلضرب جرم‌ها متناسب است وبامربع فاصله آن‌ها رابطه عکس دارد. این قانون از قوانین بنیادی فیزیک است.

برای اندازه‌گیری شتاب ثقل از ابزاری به نام گرانش سنج استفاده می‌شود.

اینشتن در نوامبر سال ۱۹۱۵ یک سری سخنرانی‌هایی در آکادمی علوم پروس ایراد کرد که در آن نظریه جدید گرانش ، موسوم به نسبیت عام را مطرح کرد . او در آخرین سخنرانی‌ای که ایراد کرد معادله‌ای را مطرح کرد که جانشین قانون جاذبه ی نیوتون شد . این معادله بعدها با نام معادله ی میدان انیشتین شناخته شد . این نظریه قائل به این است که نه تنها کسانی که با یک سرعت ثابت در حرکتند ، بلکه تمامی ناظران یکسان و هم ارز هستند . در نسبیت عام ، گرانش دیگر نیرو محسوب نمی‌شود (مانند قانون جاذبه نیوتون)، بلکه آن نتیجه خمیدگی مکان-زمان است.
ادامه مطلب

زندگینامه ایزاک نیوتن

ایزاک نیوتن در کریسمس1642 در روستایی نزدیک لیکن شایر در خانواده ای کشاورز از طبقه ی متوسط به دنیا آمد. مادرش هانا نیوتن شوهرش را مدت کوتاهی قبل از تولد فرزندش از دست داده بود.

ادامه مطلب

نظریه نسبیت اینشتین به دو نظریه نسبیت خاص و نسبیت عام تقسیم می‌شود.

نظریه نسبیت خاص ابتدا ارائه شد و بر این اساس است که سرعت نور برای هرکسی ثابت است.  گرچه ممکن است این بیان ساده به نظر رسد، اما پیامدهای گسترده‌ای دارد.

اینشتین در سال 1905 پس از آنکه شواهد تجربی نشان داد که سرعت نور در چرخش کره زمین به دور خورشید تغییر نمی‌کند، به این نتیجه‌گیری رسید.

این نتیجه‌گیری برای فیزیک‌دانان غافلگیرکننده بود، زیرا سرعت اغلب چیزهای دیگر بسته به جهت حرکت ناظر دارد.

اگر شما ماشینی را به موازات یک خط آهن برانید، قطاری که به سوی شما حرکت می‌کند، دارای سرعت بسیار بیشتری به نظر خواهد رسید تا هنگامی که شما دور بزنید و هم‌جهت با قطار حرکت کنید.

اینشتین می‌گفت که برای همه ناظران سرعت نور 300 هزار کیلومتر در ثانیه است، بدون توجه به اینکه این ناظران با چه سرعتی و در چه جهتی در حال حرکت باشند.

این برداشت از سرعت نور یک کمدین را برانگیخت تا بپرسد : "اگر شما سوار بر یک سفینه فضایی باشید که با سرعت نور در حال حرکت است، و چراغ‌های جلوی سفینه را روشن کنید، آیا اتفاقی می‌‌‌افتد؟"

 پاسخ این است که چراغ‌های جلوی سفینه به طور طبیعی روشن می‌شود، اما تنها از دیدگاه فردی که درون سفینه است.

برای فردی که بیرون از سفینه به حرکت آن نگاه می‌کند، چراغ‌های آن به نظر روشن نمی‌رسد: نور از آنها خارج می‌شود، اما برای پرتوهای نور زمانی بی‌نهایت طول می‌کشد تا از سفینه جلو بیفتند.

این مشاهده‌های متناقض به خاطر این هستند که "خط‌کش‌ها و ساعت‌ها"- چیزهایی که مکان و زمان را مشخص می‌کنند- برای ناظران متفاوت یکسان نیستند.

اگر سرعت نور چنانچه اینشتین می‌گفت حدی ثابت داشته باشد، آنگاه مکان و زمان نمی‌‌توانند مطلق باشند: مکان و زمان باید سوبژکتیو یا وابسته به ناظر باشند.

برای مثال یک سفینه فضایی 50 متری که با سرعت 99.99 درصد سرعت نور حرکت می‌کند، از دیدگاه یک ناظر ثابت نیم متر طولانی‌تر به نظر خواهد رسید، اما از دید کسی که بر آن سوار است طولش تغییر نکرده است.

شاید عجیب و غریب‌‌تر این باشد که که زمان هر چه فرد سریع‌تر حرکت کند، کندتر می‌گذرد.
اگر یک نفر از زوج دوقلوی همسان سوار بر سفینه فضایی پرسرعتی شود و به سوی ستاره‌ای دوردست برود و سپس بازگردد، نسبت به برادر یا خواهرش که روی زمین باقی مانده است، جوانتر خواهد ماند.

جرم نیز به سرعت بستگی دارد. هر چه یک جسم با سرعت بیشتری حرکت کند، جرم آن بیشتر می‌شود. در واقع هیچ سفینه فضایی نمی‌تواند به 100 درصد سرعت نور برسد، چرا که جرم آن به نهایت میل خواهد کرد.

این رابطه میان جرم و سرعت اغلب به صورت رابطه جرم و انرژی بیان می‌شود که m E=mc² نماینده جرم و c  نماینده سرعت نور است.

نسبیت عام

اینشتین تنها درک ما را از فضا و زمان به هم نریخت. او با وارد کردن شتاب به نظریه‌‌اش به تعمیم دادن آن پرداخت و دریافت که این کار شکل فضا و  زمان را معوج می‌کند.

برای درک این قضیه به این مثال توجه کنید: سفینه‌ای فضایی را تصور کنید که با روشن‌کردن موتورهای رانشی‌اش سرعتش را بالا می‌برد.

آنهایی که در این سفینه هستند به کف سفینه خواهند چسبید، درست همانطور که افراد روی کره زمین به آن چسبیده‌اند..

اینشتین ادعا کرد که نیرویی که ما جاذبه می‌نامیم، از نیرویی که بر افراد یک سفینه در حال شتاب گرفتن وارد می‌‌آید، غیرقابل تشخیص است.

این نظریه به خودی خود خیلی انقلابی نیست، اما هنگامی که اینشتین با ریاضیات پیچیده آن کار کرد (این کار 10 سال وقت او را گرفت)، کشف کرد که  فضا و زمان در نزدیک یک جسم دارای جرم زیاد قوس برمی‌دارند، و این قوس‌‌برداشتن است که ما آن را به صورت نیروی جاذبه درک می‌کنیم.

مشکل است که هندسه قوسی نسبیت عام را توصیف کرد، اما اگر فضا - زمان را مانند یک پارچه تصور کنیم، آنگاه یک جسم با جرم زیاد پارچه پیرامونش را طوری می‌کشد که هر چیزی که از کنار عبور می‌کند دیگر خط مستقیم را طی نخواهد کرد.

معادلات نسبیت عام شماری از پدیده‌ها را پیش‌بینی می‌کند، که وجود بسیاری از آنها تا به حال ثابت شده است:

• خم‌شدن نور در اطراف اجسام دارای جرم زیاد (عدسی گرانشی).
• تغییر تدریجی مدار سیاره عطارد.
• کشش چارچوب (frame dragging) فضا - زمان در اطراف اجرام در حال چرخش.
• ضعیف‌شدن نوری که از کشش جاذبه‌ای می‌ گریزد (تغییر فرکانس نور به سوی بخش قرمز طیف ناشی از جاذبه)
• افزایش سرعت در دوره‌های چرخشی ستاره‌های دوگانه و ستاره‌ های تپنده (پالسارها).
• امواج گرانشی (امواجی در ساختار فضا - زمان).
• وجود سیاه‌چاله‌ها که هر چیزی از جمله نور را به دام می‌اندازند.

تاب برداشتن فضا - زمان در اطراف یک سیاهچاله از هر جای دیگری شدیدتر است.

 اگر آن یک نفر از دوقلوهایی که در بالا گفتیم در سفر فضایی‌‌اش به درون یک سیاهچاله سقوط کند، چنان کشیده می‌شود که به صورت اسپاگتی در خواهد آمد!!

خوشبختانه او بیش از چند ثانیه‌ای زنده نخواهد ماند.

اما جفت او در روی کره زمین هرگز پایان کار او را نخواهد دید- دیدن او که ذره ذره در طول عمر کیهان به سوی مرکز سیاهچاله حرکت می‌کند.