یک رویداد باورنکردنی؛ دو قلوهای عجیب، یکی پیر یکی جوان!

تصور کنید در حال رانندگی و سفر در سرتاسر کشور هستید و مناظر را تماشا می‌کنید. درختی را در دوردست‌ها می‌بینید، درخت به شما نزدیک و نزدیک‌تر می‌شود، از کنار شما رد می‌شود و دوباره در پشت سر شما حرکت می‌کند و از شما دور می‌شود.

قطعا می‌دانید که این درخت نیست که به شما نزدیک یا از شما دور می‌شود. بلکه این شما هستید که با ماشین به سمت درخت حرکت می‌کنید. در واقع درخت فقط در مقایسه یا نسبت به شما در حال حرکت است، و این چیزی است که فیزیکدانان آن را نسبیت می‌نامند. اگر دوست شما کنار درخت ایستاده باشد، او شما را با همان سرعتی می‌بیند که در حال حرکت به سمتش هستید، که شما آنها را می‌بینید که به سمت شما می‌آیند.

گالیله، اخترشناس معروف در کتاب خود با عنوان «گفتگو در باب دو نظام عمده عالم» که در سال ۱۶۳۲نوشت، برای اولین بار «اصل نسبیت» را توضیح داد. این نظریه که جهان، همیشه باید رفتار یکسانی داشته باشد، حتی اگر دو نفر یک رویداد را، به این علت که یکی نسبت به دیگری در حال حرکت است، به شکل متفاوتی تجربه کنند.

اگر شما در ماشین باشید و توپی را در هوا پرتاب کنید، قوانین فیزیکی اعمال شده روی توپ، نظیر نیروی گرانش، باید همانند قوانینی اعمال شده روی ناظری باشد که کنار جاده ایستاده است و تماشا می‌کند. با این حال، در حالی که شما توپ را در حال حرکت به سمت بالا و پایین می بینید، شخصی که در کنار جاده ایستاده نیز می‌بیند که توپ بالا و پایین می‌رود و به او نزدیک یا از او دور می‌شود.

نسبیت خاص و سرعت نور

آلبرت اینشتین بعداً برای توضیح برخی مشاهدات گیج کننده که در آن زمان توضیح شهودی نداشتند، نظریه‌ای که اکنون به عنوان نسبیت خاص شناخته می‌شود، را ارائه کرد. اینشتین از کار بسیاری از فیزیکدانان و ستاره شناسان اواخر دهه ۱۸۰۰ استفاده کرد تا نظریه خود را در سال۱۹۰۵ ارائه دهد، او نظریه خود را با دو عنصر کلیدی شروع کرد: اصل نسبیت، و مشاهده عجیبی که سرعت نور برای هر ناظری یکسان است و هیچ چیز نمی‌تواند سریعتر از آن حرکت کند. هر کس که سرعت نور را اندازه گیری می‌کند، بدون در نظر گرفتن مکان یا سرعت حرکتشان، نتیجه یکسانی خواهد گرفت.

فرض کنید شما در یک ماشین هستید و با سرعت ۹۵ کیلومتر در ساعت رانندگی می‌کنید و دوست‌تان در کنار یک درخت ایستاده است. وقتی آنها توپی را با سرعت۹۵ کیلومتر در ساعت به سمت شما پرتاب می کنند، ممکن است به طور منطقی فکر کنید که دوست شما و درخت با سرعت۹۵ کیلومتر در ساعت، و توپ با سرعت ۱۹۰ کیلومتر در ساعت به شما نزدیک می‌شود.

اختلاف آنچه شما با جمع کردن دو عدد انتظار دارید، و آنچه که جواب واقعی است، با نزدیکتر شدن سرعت یکی یا هر دوی شما به سرعت نور افزایش می‌یابد. اگر شما در حال حرکت با موشکی باشید که با ۷۵٪ سرعت نور حرکت می‌کند و دوست شما توپی را با همان سرعت پرتاب کند، هرگز توپ با ۱۵۰٪ سرعت نور به سمت شما حرکت نخواهد کرد. زیرا هیچ چیز نمی‌تواند سریع‌تر از نور حرکت کند؛ و به نظر می‌رسد که توپ همچنان با سرعتی کمتر از سرعت نور به سمت شما حرکت می‌کند. با اینکه ممکن است همه اینها بسیار عجیب به نظر برسند، اما شواهد تجربی زیادی برای حمایت از این مشاهدات وجود دارد.

اتساع زمان و پارادوکس دوقلوها

سرعت تنها عاملی نیست که نسبت به ناظر تغییر می‌کند. یکی دیگر از پیامدهای نسبیت، مفهوم اتساع زمان است که در آن افراد بسته به سرعت حرکت‌شان نسبت به یکدیگر، زمان سپری شده متفاوتی را اندازه گیری می‌کنند.

به طور معمول هر فردی زمان را نسبت به خودش تجربه می‌کند. اما فردی که سریع‌تر حرکت می‌کند، زمان سپری شده کمتری را نسبت به فردی که کندتر حرکت می‌کند، تجربه می‌کند. این افراد تنها زمانی که ساعت‌هایشان را با هم مقایسه می‌کنند، متوجه می‌شوند که ساعت یکی از آنها زمان بیشتری را نشان می‌دهد و ساعت دیگری زمان کمتری را.

این منجر به یکی از عجیب‌ترین نتایج نسبیت می‌شود: پارادوکس دوقلوها. در این پارادوکس آمده که اگر یکی از دوقلوها با یک موشک پرسرعت به فضا سفر کند، فکر می‌کند زمانی که به زمین بازگردد خواهد دید که جفتش دوقلوی‌اش سریع‌تر از او پیر شده است. توجه به این نکته مهم است که زمان درک شده توسط هر دوقلو «عادی» است(دقیقاً همانطور که شما اکنون زمان را تجربه می‌کنید)، حتی اگر اندازه گیری‌های آنها برعکس باشد و این را نشان ندهد.

دوقلویی که در سفینه فضایی است نه تنها با سرعت خاصی حرکت می‌کند که در آن «چارچوب مرجع» ثابت می‌ماند، بلکه در مقایسه با دوقلوی روی زمین شتاب می‌گیرد. بر خلاف «سرعت» که برای ناظر نسبی است، «شتاب» مطلق است. اگر روی ترازو بروید، وزن شما در واقع شتاب شما به واسطه گرانش است. این وزن بدون توجه به سرعت حرکت زمین در منظومه شمسی، یا حرکت منظومه شمسی در کهکشان، یا کهکشان در عالم هستی، ثابت باقی می ماند.

وقتی یکی از دوقلوها به سرعت نور نزدیک می‌شود، هیچ‌ یک از آنها چیز عجیبی را در ساعت خود تجربه نمی‌کنند، و هر دوی آنها زمان را مانند من و شما تجربه می‌کنند. تنها زمانی که یکدیگر را می‌بینند و مشاهدات خود را با هم مقایسه می کنند، متوجه تفاوت‌ها خواهند شد، تفاوتی که به خوبی توسط ریاضیات نسبیت تعریف شده است.

منبع: زومیت