نسبیت خاص و زمان – قسمت دوم

فرمول ریاضی اینشتین توضیح می‌داد که هر مشاهده‌کننده‌ای هنگامی‌که یک ساعتِ در حال کارکردن را می‌نگرد، چگونه به درستی درمی‌یابد که زمان به کندی می‌گراید. این پدیده‌ای است که با عنوان «انبساط زمانی» شناخته شده است. (Time Dilation) و این مورد به قدری روشن و گویا، غلط به نظر می‌رسد که چهار سوال را بلافاصله به پرسش می‌گذارد:

۱) چرا ما هرگز این تأثیر خاص را درک نمی‌کنیم؟

گسترش انبساط زمان، به سرعت ساعت و یا جسم مورد پرسش در مقایسه با سرعت نور بستگی دارد. در مثال قسمت قبل، در مورد باب و آلیس انبساط زمانی قابل ملاحظه است، زیرا واگن قطار آلیس با سرعت هشتاد درصد سرعت نور در حال حرکت است که برابر با دویست و چهل‌ میلیون متر در ثانیه است. اما اگر قطار با سرعت منطقی‌تر، یعنی یکصد متر در ثانیه یا سیصد و شصت کیلومتر در ساعت حرکت می‌کرد، در این صورت دریافت باب از ساعت آلیس تقریباً همان دریافت آلیس می‌بود. با قرار دادن اعداد درست و مناسب در معادله‌ی اینشتین (شکل دوم قسمت قبل) تفاوت درک باب و آلیس از زمان مشخص می‌شود که تنها آن تفاوت برابر با بخشی از یک تریلیون است. به سخن دیگر، برای بشر غیر ممکن است که تأثیرات هر روزه‌ی انبساط زمانی را بررسی کند.

۲) آیا این اختلاف در زمان واقعی است؟

بلی، این اختلاف بسیار واقعی و درست است. وسایل محاسباتی بسیار پیچیده و با فناوری بسیار بالای بی‌شماری وجود دارد که می‌بایست انبساط زمانی را به حساب آورند تا به درستی کار کنند. تعیین موقعیت سیستم جهانی (GPS) که با استفاده از ماهواره‌ها برای تعیین دقیق موقعیت‌های وسایلی مانند سیستم‌های هدایت‌ در ماشین‌ها عمل می‌نمایند، فقط با در نظرگرفتن تأثیرات اصل نسبیت خاص به دقت کار می‌کنند. این تأثیرات قابل ملاحظه می‌باشند زیرا ماهواره‌های تعیین موقعیت جهانی (GPS) با سرعت‌های بسیار بالا در حال حرکت هستند و از سیستم‌های انطباق زمانی بسیار دقیق و روشن استفاده می‌کنند.

۳) آیا تئوری نسبیت خاص اینشتین تنها برای ساعت‌های دیواری که به ارتعاش‌های نوری وابسته‌اند، کاربرد دارد؟

نظریه‌ی نسبیت خاص اینشتین برای همه‌ی ساعت‌ها و درحقیقت در همه‌ی پدیده‌ها به کار می‌رود و این کاربرد به این دلیل است که نور در واقع، تأثیرات داخلی را تا به اندازه‌‌ی کنش و واکنش داخلی اتمی را هم تعیین می‌کند. بنابراین همه‌ی تأثیرات بسیار اندک و اتمی متقابلی که در قطار انجام می‌پذیرد،‌ از نقطه‌ نظر و درک باب کاهش می‌یابد. البته او نمی‌تواند این تأثیرات متقابل اتمی (بسیار ناچیز) فردی را مشاهده کند، اما او می‌تواند تأثیر ترکیب‌یافته‌ای این کاهش جزئی (انبساط زمانی) را مشاهده نماید. همانطوری‌که باب در حال دیدن ساعت آیینه‌ای آلیس است که زمان را کندتر مشخص می‌کند، آلیس را می‌بیند که هم‌چنان که قطارش می‌گذرد، کندتر و کندتر برایش دست تکان می‌دهد. آلیس چشمک می‌زند و کندتر هم فکر می‌کند و حتی ضربان قلبش هم کندتر می‌شود. همه چیز به همین شیوه‌ تحت تأثیر همان میزان از تأخیر زمانی قرار می‌گیرد.

۴) چرا آلیس نمی‌تواند از کندشدن ساعتش و حرکات خودش برای اثبات این‌که او دارد حرکت می‌کند، استفاده کند؟

همه‌ی تأثیرات ویژه‌ای که در بالا به شرح و توصیف آن پرداخته شد، از بیرون قطار در حال حرکت توسط باب مشاهده می‌شود تا آنجا که به آلیس مربوط است، هرچیزی در داخل قطار کاملاً طبیعی و عادی است. زیرا نه ساعت او و نه چیز دیگری در قطار نسبت به او در حال حرکت نیست.

صفر نسبت حرکت به معنی صفر زمان انبساط است. یعنی هیچ حرکت به معنی هیچ انبساط. یا در واقع حرکت هیچ به معنی انبساط هیچ. ما نباید شگفت‌زده باشیم که انبساط زمانی وجود ندارد، زیرا اگر آلیس تغییری را در محیط هر لحظه‌ی جدید اطرافش در نتیجه‌ی حرکت قطار مشاهده می‌نمود، این امر با اصل نسبیت گالیله ناسازگار می‌بود. اما اگر آلیس در حالی‌که قطارش از کنار باب می‌گذشت، به او نگاه می‌کرد، برایش معلوم می‌گشت که باب و محیط اطراف او تحت تأثیر انبساط زمانی قرار گرفته‌اند. زیرا باب نسبت به او در حال حرکت است.

ادامه دارد ….

منبع: کتاب انفجار بزرگ،‌ نوشته‌ی سایمون سینگ، ترجمه‌ی محمدعلی اسماعیل‌زاده