دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .
لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب *
فرمت فایل :Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه:16
فهرست مطالب
مقدمه:
مشکلات تعیین انحنای فضا
معادلات حرکت نور در میدان گرانشی
نسبیت خاص را از دستگاه های لخت به دستگاه های شتابدار تعمیم داد. نتیجه ی مستقیم این تعمیم پیشگویی انحنای فضا بود. در این نوشته نخست سعی می شود انحنای فضا توضیح داده شود و سپس خواهیم دید که نظریه سی. پی. اچ. چگونه انحنای فضا را توجیح می کند. اما قبل از آن یادآوردی برخی مفاهیم ضروری است.
نسبیت عام
نسبیت عام بر اساس اصل هم ارزی تدوین شد.
اصل هم ارزی:
قوانین فیزیک در یک میدان جاذبه یکنواخت و در یک دستگاه که با شتاب ثابت حرکت می کند، یکسان هستند.
به عنوان مثال فرض کنیم یک دستگاه مقایسه ای با شتاب ثابت در حرکت است. مشاهدات در این دستگاه نظیر مشاهدات در یک میدان گرانشی یکنواخت است در صورتی که شدت میدان گرانشی برابر شتاب دستگاه باشد، یعنی a=-g باشد، در این صورت مشاهدات یکسان خواهد بود.
فرض کنیم یک سفینه با شتاب بطرف بالا (نسبت به زمین) در حرکت است. بطوریکه:
a=-g
در اینصورت تمام مشاهدات سرنشین سفینه نظیر مشاهدات ناظر روی زمین است. اگر سرنشین سفینه جسمی را رها کند، چنین مشاهده می کند که آن جسم با شتاب بطرف سطح سفینه حرکت می کند. یک پرتو نوری که از یکطرف سفینه وارد شود، در مدتیکه این پرتو بسمت دیگر سفینه می رسد، سفینه مسافتی را طی می کند که این مسافت موجب می شود، پرتو نور، به نقطه ی مقابل نرسد و کمی پایین تر از آن به سطح مقابل برخورد کند. شکل زیر
بنابراین مسیر نور در سفینه خط مستقیم نیست، بلکه منحنی است. لذا مسیر نور در یک میدان گرانشی نیز بایستی خمیده باشد.
در سال 1919 انحنای فضا را هنگام کسوف کامل خورشید با نوری که از طرف ستاره ی مورد نظری به سوی زمین در حرکت بود و از کنار خورشید می گذشت مورد تحقیق قرار دادند که با پیشگویی نسبیت تطبیق می کرد.
مسیر نور هنگام عبور از میدان گرانشی خمیده می شود.
این موفقیت بسیار بزرگی برای نسبیت بود. از آن زمان به بعد توجه به ساختار هندسی و خواص توپولوژیک فضا، بررسی واقعیت های فیزیکی را به حاشیه راند. مضافاً اینکه گرانش را از فهرست نیروهای اساسی طبیعت در فیزیک نظری حذف کرد.
بنا بر نسبیت، گرانش اثر هندسی جرم بر فضای اطراف خود است. که فضا- زمان نامیده می شود. یعنی جرم فضای اطراف خود را خمیده می کند.
اینشیتن تلاش کرد ساختار هندسی فضا را بصورت معادلات ریاضی بیان کند. بهمین دلیل از هندسه ی نااقلیدسی ریمان (هندسه ی بیضوی) بهره گرفت و معادلات میدان را ارائه کرد. در اینجا سه نکته بسیار مهم قابل توجه است:
1 – معادلات میدان نظریه نسبیت به صراحت از اصل هم ارزی نتیجه نمی شود، بلکه ساده ترین معادلاتی است که با نسبیت توافق دارد.
2 – توضیح فیزیکی برای انحراف مسیر نور در میدان گرانشی ارائه نشده است. هرچند بحث دستگاه ها نیز یک روش فیزیکی برای توضیح پدیده ها است، اما اینکه میدان گرانشی چه تاثیر بر روی فوتون می گذارد که مسیر پرتو نوری خمیده می شود، مسئله ی دیگری است که نسبیت در مورد آن سکوت کرده است.
3- فضا-زمان در نسبیت کمیتی پیوسته است. در حالیکه تغییر انرژی و اصولاً تولید انرژی کوانتومی است. لذا با فضا-زمان پیوسته نمی توان تغییرات گسسته ی انرژی فوتون را توجیح کرد.
بنابراین در ادامه تلاش می شود توجیه فیزیکی انحنای فضا با توجه به ساختمان فوتون بررسی گردد.
سطوح هم پتانسیل
یک میدان را در نظر بگیرید. بسته به اینکه شما چه میدانی را در نظر گرفته اید و کدام ویژگی را برای این میدان تعریف کرده اید، تمام نفاطی از فضا را که دارای این ویژگی و برابر هستند، سطح هم پتانسیل می گوییم. به عنوان مثال؛ فرض کنیم در یک اطاق بخاری روشن و در حال انتشار گرما است. هرچه به بخاری نزدیکتر شویم، دما بیشتر خواهد شد. تمام نقاط اطاق که دارای درجه حرارت یکسانی (مثلاً 20 درجه) هستند، تشکیل یک سطح هم پتانسیل در این میدان حرارتی می دهند.
حال میدان گرانشی را در نظر بگیرید. شدت گرانش از نقطه ای به نقطه دیگر در این میدان احتمالاً تغییر می کند. اما نقاطی در این میدان وجود دارند که از نظر شدت میدان گرانشی برابرند، مجموعه همه ی این نقاط را سطح هم پتانسیل می گوییم. شکل زیر
