آکادمی فیزیک ناوس

Channel photo updated

۱۸ و ۱۹ دی ۰۴ ما همه با هم هستیم...✌️

فضا، زمان و حرکت ( قسمت ۶) نور: موج میدان الکترومغناطیسی همگی دیده­ ایم که وقتی آرامش سطح آب یک برکه به دلیلی مانند افتادن یک سنگریزه روی آن به هم می­خورد، موجی بر سطح آن ایجاد می­شود که به شکل یک دایره گسترش می‌یابد. برای سادگی مطلب، هر میدان را مشابه یک برکه آرام ۳بُعدی بینهایت بزرگ در نظر بگیرید. در تئوری میدان‌ها، نشان داده می­شود که هر تحریکی که به هر نقطه از یک میدان وارد شود، موجی در آن نقطه شکل می‌گیرد و در همان میدان گسترش می­ یابد. به عنوان مثال، موج صوتی که در اثر تحریک تارهای صوتی در هوا ایجاد می­شود با سرعتی حدود ۳۴۰ متر در ثانیه حرکت می‌کند. به همین ترتیب، هر تحریکی هم که به میدان‌های الکتریکی، مغناطیسی، الکترومغناطیسی و نیز گرانشی (که بعدا با آن آشنا خواهیم شد) وارد شود، موج خاصی در آنها شکل خواهد داد که در همان میدان منتشر خواهد شد. به زبان ساده، هدف ماکسول مطالعه و توصیف موج الکترومغناطیسی ایجاد شده در میدان بود که آن را به کمک معادله موج که قبل از او در فیزیک وجود داشت، انجام داد. همانطور که در مورد امواج صوتی اشاره شد، هر موج با سرعتی خاص منتقل می­شود که این سرعت به شرایط محیط یا آنچه موج را حمل می‌کند، بستگی دارد (مانند هوا برای امواج صوتی، آب برای امواج آب، ...). با این اوصاف، باید انتظار داشت که موج الکترومغناطیسی هم سرعت خاص خود را داشته باشد و چیزی هم وجود داشته باشد که آن را حمل کند! ماکسول نشان می­دهد که سرعت این موج برابر است با نسبت شدت میدان الکتریکی به شدت میدان مغناطیسی که اکثرا در نوشته ها و کتاب های فیزیک آن را با حرف c نمایش می­دهند.   شدت­ میدان الکتریکی برحسب ضریب تراوایی خلاء و شدت میدان مغناطیسی برحسب ضریب گذردهی خلاء تعریف می­شود که مقادیر آنها قبل از ماکسول از طریق آزمایش به دست آمده بود. محاسبات ماکسول سرعت موج الکترومغناطیس را برحسب این دو ضریب تعریف می‌کند. نظر به اینکه ضریب تراوایی خلا و ضریب گذردهی خلا  مقدار ثابتی دارند، c هم باید عدد ثابتی باشد. در همان زمان، سرعت نور در طی آزمایش­های مختلف اندازه­ گیری شده بود و مقدار آن در فیزیک کاملا جا افتاده بود. در حقیقت، c همان عددیست که ماکسول برای موج الکترومغناطیسی به‌دست آورده بود! همین تصادف، باعث می­شود که ماکسول نور را یک موج الکترومغناطیسی تعبیر کند. تئوری الکترومغناطیس ماکسول در چهار معادله ساده و زیبا ارائه می­شود که آوردن آنها در اینجا نیاز نیست و خلاصه زیر برای ادامه بحث ما کفایت می‌کند: - میدان های الکتریکی و مغناطیسی سایه‌های واقعیت یکپارچه­ای به نام میدان الکترومغناطیسی می­باشند. - نوسان شدت این دو میدان، موج الکترومغناطیسی را پدید می­آورد. - امواج الکترومغناطیسی در فضا انتشار می‌یابند (باید دید که چه چیزی نقش حامل را برای این امواج بازی می‌کند). - سرعت امواج الکترومغناطیسی در خلاء  برابر با 299792458 متر بر ثانیه است. - سرعت امواج الکترومغناطیسی برابر با سرعت نور در خلاء است که پیشنهاد می‌کند که نور موج الکترومغناطیسی باشد! تاکید می­شود که در شروع کار، تنها هدف ماکسول بیان ریاضی دستاوردهای آزمایشات فاراده بوده است و موضوع نور ابدا مد نظر وی نبوده است. اما در ادامه، او با افزودن جملاتی خاص به معادلاتش متوجه ارتباط امواج الکترومغناطیسی با نور می­شود. این دومین بار بود که موضوع نور وارد فیزیک می­شد، ولی این بار در قالب موج. بار اول به کمک نظریه نیوتن بود که نور را مجموعه­ای از ذرات (فوتون­ها) تعریف می­کرد. این تناقض، مشکل جدیدی بر سر راه فیزیک قرار ­داد، مشکلی که تلاش  برای حل آن منجر به شکل­گیری تئوری­های تازه و شاخه­ های جدید در فیزیک شد و هنوز هم یکی از مباحث جنجالی فیزیک می­باشد. پرسشی که نیازمند پاسخ است این است: نظر به اینکه موج گستره­ای از فضا را در بر می‌گیرد و ذره در نقطه­ای از فضا متمرکز می­باشد، چگونه می‌تواند نور هم موج و هم ذره باشد؟ با طرح این سوال، فیزیک بعد از ماکسول وارد مرحله بسیار پر هیجانی گردید! ... ادامه دارد @natphys

فصل اول قسمت ۶ نور: موج الکترومغناطیسی natphys.net @natphys

فضا، زمان و حرکت (قسمت ۵) یکپارچه­ سازی: میدان الکترومغناطیسی همانطور که کپلر با استفاده از بانک اطلاعات تیکو براهه توانست سه قانون مربوط به حرکت سیارات را به‌دست آورد، فیزیکدان و ریاضیدان انگلیسی، ماکسول، نیز توانست با استفاده از داده­ های حاصل از آزمایشات فاراده (و چند نفر دیگر، از جمله آمپر) میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی را به زبان ریاضی بیان کند. همچنین، نظر به ارتباط فیزیکی این دو میدان که فاراده گزارش کرده بود، توانست آنها را در قالب یک میدان یکپارچه و متحد به نام میدان الکترومغناطیس ادغام کند. بدین ترتیب، تئوری فوق­العاده مهم الکترومغناطیس شکل گرفت که بویژه تکنولوژی دیجیتال امروز مدیون آن است. در ضمن، باید تاکید کرد که این اولین گام بزرگ فیزیک در یکپارچه­ سازی است که از مباحث بسیار مهم فیزیک می­باشد و در ادامه بارها به آن خواهیم پرداخت. تدوین معادلات الکترومغناطیس، موجب تحولی بنیادی در فیزیک قرن بیستم گردید. با وچودی که این معادلات بر اساس آزمایش­های فاراده شکل داده شده بود، ولی بیان نتایج آن آزمایشات به زبان ریاضی، واقعیت­هایی از جهان فیزیکی را آشکار کرد که در آزمایش­های فاراده پنهان مانده بودند. بعبارت دیگر، آزمایشات فاراده به تنهایی قادر به توضیح هر آنچه در دل میدان‌های الکتریکی، مغناطیسی و بویژه الکترومغناطیس نهفته­ است نمی­باشد. در حقیقت، ماکسول ناچار می­شود جملاتی را به معادلات خود اضافه کند که اثری از آنها در آزمایشات فاراده نیست. نکته مهم این است که اضافه یا حذف این جملات تاثیری در نتایج آزمایشها ندارد. یک نتیجه این تلاش، ارائه کار وی در قالب تئوری موج است که در آن دوران مورد توجه فراوان فیزیکدان­ها بود. ... ادامه دارد natphys.net @natphys

فصل اول قسمت ۵ یکپارچه سازی: میدان الکترومغناطیسی 👇👇👇

شب چله ایرانی فرخنده باد! natphys.net @natphys

آکادمی فیزیک ناوس pinned a video

فضا، زمان و حرکت (قسمت ۴) میدان در قرن نوزدهم، فاراده آزمایشات زیادی را در حیطه جریانهای الکتریکی و مغناطیس انجام داد و متوجه شد که در اطراف یک سیم حامل جریان الکتریکی، میدانی مغناطیسی ایجاد می‌شود که اگر قطب‌نمایی در نزدیکی آن سیم قرار داده شود، عقربه‌ آن منحرف خواهد شد. همچنین، متوجه می­شود که حرکت یک مغناطیس (مثلا یک آهنربا) می­تواند جریان الکتریکی تولید ­کند. مثلا، اگر یک آهنربا را در داخل یک سیم‌پیچ حرکت دهیم، یک جریان الکتریکی در سیم‌پیچ برقرار می­شود. با این مشاهدات آزمایشگاهی، وی متقاعد می­شود که  باید ارتباطی تنگاتنگ بین دو پدیده‌ی الکتریسیته و مغناطیس وجود داشته باشد. آزمایشات فاراده نشان می­داد که در اطراف یک آهنربا، میدان مغناطیسی و در اطراف یک بار الکتریکی، میدان الکتریکی ایجاد می­گردد که هیچ یک از آن دو قابل مشاهده مستقیم با چشم نیستند ولی می­توان نمود هر یک را ملاحظه کرد. به عنوان مثال، اگر مقداری براده‌ آهن را روی یک صفحه مقوایی بریزیم و یک آهنربا در زیر مقوا قرار دهیم، براده­ ها جا به­ جا می­شوند و خود را در امتداد خطوط خاصی قرار می­دهند. تا زمانی که آهنربا ساکن باشد، خطوط فوق هم تغییر نخواهند کرد. این خطوط، نمود میدان مغناطیسی می­باشند. به همین ترتیب، اگر ذره بارداری روی یک سطح قرار داشته باشد، با گذاشتن ذره باردار دیگر در نزدیکی آن، هر دو ذره شروع به حرکت می‌کنند  به این شکل که یا از هم دور می­شوند (وقتی بارهای الکتریکی دو ذره همنام باشند، مثلا هر دو منفی یا هر دو مثبت) و یا به هم نزدیک می­گردند و در نهایت به هم می­چسبند (اگر بارهای الکتریکی آنها غیرهمنام باشند). این حرکت­، نمود حضور میدان الکتریکی است. به زبان ساده، هم مغناطیس و هم بار الکتریکی، فضای اطراف خود را بگونه­ ای تغییر می­دهند که هرچند قابل دیدن نیست ولی نمود آنها قابل مشاهده غیرمستقیم است.   به توصیف فاراده، وقتی به کمک باطری یک جریان الکتریکی در داخل یک سیم برقرار می‌کنیم، تعداد زیادی بار الکتریکی (الکترون) در طول سیم به حرکت در می‌آیند و در اثر این حرکت، میدان الکتریکی ایجاد شده در زمان تغییر می‌کند. تغییر میدان الکتریکی، منجر به تولید میدان مغناطیسی می‌­شود. همچنین، زمانی که یک آهنربا در داخل یک سیم‌پیچ حرکت می‌کند، تغییر در میدان مغناطیسی به وجود می آید و این تغییر سبب ایجاد میدان الکتریکی و به دنبال آن،‌ جریان الکتریکی در داخل سیم‌پیچ می­شود. برای درک بهتر میدان، فرض کنید در محدوده‌ خاصی از شهر تهران، درجه‌ حرارت را در نقاط مختلف اندازه گیری کنیم و تمامی نقاط با دماهای مشخص را روی نقشه تهران به هم وصل ­کنیم. نتیجه کار ما منحنی­ هایی خواهند بود که روی هرکدام از آنها یک دمای خاص داریم، مثلا دمای ۲۰، ۲۱، ۲۲ و...درجه. این خطوط منحنی را اصطلاحا کنتور می­نامند که هر کنتور (خط منحنی) معرف نقاطی از شهر هستند که دمای همه آنها یک عدد مشخص است. مجموعه‌ این کنتورها روی نقشه، نمود میدان دما می‌باشد. توجه داشته باشید که این نقشه، خود میدان نیست بلکه تنها نمود آن است که به منظور مطالعه دمای شهر رسم شده است. میدان واقعی خود سطح شهر است و مانند همه میدان ها تنها راه تشخیص آن از طریق اندرکنش آن با "چیزهایی" است که می­توانند تحت تاثیر قرار ‌گیرند. به عنوان مثال، اگر یک دماسنج جیوه­ ای را در نقطه­ ای از این میدان قرار دهیم، جیوه درون آن جا به­ جا می­شود و عدد خاصی را نشان می­دهد. در مثالی دیگر، از آنجا که اختلاف دما موجب حرکت هوا می­گردد، جریان هوا و وزش باد نمودی از حضور میدان دما بر سطح کره زمین است. ادامه دارد. natphys.net @natphys

فصل اول قسمت ۴ میدان 👇👇👇 @natphys

فضا، زمان و حرکت (قسمت۳) اصل نسبیتی گالیله گالیله حرکت را مطلق نمی دانست و آن را نسبی تعریف می کرد. به عنوان مثال، فردی که در بالکن خانه‌اش نشسته است، نسبت به خانه­ اش ساکن است. لیکن از نظر فضانوردی که در ماه فرود آمده است، کره زمین و هر چه در آنست، از جمله آن فرد و خانه‌اش، در حرکت می باشند. علت اینکه این فرد متوجه حرکت خود و خانه‌ نیست، یکسان بودن سرعت حرکت آنهاست (یعنی خود وی و خانه­ نسبت بهم و هر دوی آنها نسبت به زمین ساکن می­باشند). در نظر بگیرید که دو قطار در کنار هم با سرعت مساوی و ثابت در هوای مه آلود حرکت می‌کنند. فردی که در کنار پنجره یکی از قطارها نشسته است، تا زمانی که سرعت دو قطار تغییر نکند متوجه حرکت قطارها نمی­شود ولی به مجرد اینکه یکی از این قطارها تغییر سرعت بدهد، حرکت را حس خواهد کرد. بنابراین،‌ برای اینکه فردی متوجه حرکت گردد باید تغییر سرعت رخ دهد (مثلا یک قطار ترمز کند یا سرعت خود را افزایش دهد). از نظر گالیله، امکان طراحی آزمایشی که بتوان به کمک آن وجود یا عدم وجود حرکت مطلق را ثابت نمود، وجود ندارد و بنابراین، هر حرکتی را نسبی تعبیر می‌کند. این تعبیر به اصل نسبیتی گالیله معروف است و نقش مهمی در ادامه بحث و بویژه در تئوری نسبیت دارد. ... ادامه دارد Natphys.net @natphys

فصل اول قسمت ۳ اصل نسبیتی گالیله 👇👇👇 @natphys

فضا، زمان و حرکت قسمت ۲: یک سال قبل از درگذشت وی، کپلر، ریاضیدان آلمانی، به استخدام تیکوبراهه درآمده بود و با وی همکاری می­کرد. کپلر بلافاصله بعد از مرگ تیکو براهه، بانک اطلاعاتی وی را به سرقت برد و به آلمان بازگشت. این اقدام احتمالا یکی از مهمترین سرقت­های علمیست که خوشبختانه نتایج مثبتی در رشد فیزیک داشته است چرا که بعدها با استفاده از این داده­های ارزشمند، قوانین سه‌گانه‌ معروف خود (قوانین کپلر) را در خصوص محاسبه مسیر حرکت سیارات وضع می‌کند (که هنوز مورد استفاده می باشند). مدتی بعد، حدود سال­1600، گالیله ایتالیایی، در کنار گوش کلیسای رم، کارهای کپلر و تیکوبراهه را با مشاهدات نجومی خود تایید می‌کند و با آن، مهر تاییدی هم بر نظریه کوپرنیک می­زند. وی اعلام می‌کند که زمین مرکز جهان نیست و بلکه همه سیارات از جمله زمین به دور خورشید می گردند. و محکوم به اعدام می‌شود! خوشبختانه، به خاطر نفوذ علمی­ که داشت، در نهایت به وی فرصت داده می‌شود تا در دادگاهی که کلیسا برگزار می‌کند حرف خود را پس بگیرد. پیرمرد، همان می‌کند و زنده می­ماند در حالیکه می­دانست زمین زیرپایش در گردش است! چند دهه بعد، اسحاق نیونون فیزیکدان و ریاضیدان انگلیسی، با استفاده از نظریه‌ کوپرنیک، بانک اطلاعاتی تیکوبراهه، قوانین کپلر و آزمایش­های ارزشمند گالیله در مورد حرکت­های پرتابی، نظریه‌ نوینی را ارائه می­دهد که حرکت و نیرو را به هم مربوط می‌کند و مهمتر اینکه تعریف بسیار دقیقی از نیروی گرانش ارائه می­دهد. در این راستا، در نبود فرمالیسم ریاضی مناسبی که بتواند نظریه خود را به کمک آن بیان کند، خود دست به کار می­شود و فرمالیسم لازم را شکل می­دهد. مستندات چندی وجود دارند که لایبنیتز، ریاضیدان آلمانی، قبل از نیوتن پاره­ای از ایده­های اولیه چنان فرمایسمی را به‌دست آورده بود، ولی نیوتن اصرار داشت که خود او مستقلا به نتیجه رسیده است. در هر صورت، این چارچوب ریاضی بسیار مهم و توانا را امروزه با عنوان حساب (دیفرانسیل و انتگرال) می‌شناسیم که نیوتن توانست به کمک آن تئوری فیزیک خود را در سال 1687 ارائه کند: تئوری نیوتن، که واژه شاهکار در توصیف آن چندان رسا نیست. تئوری­ که مادر تمام تئوری­های بنیادی فیزیک است که بعدها وارد فیزیک می­شوند. تئوری­ که با آن، ابتدا فیزیک و در گذر زمان، زندگی انسان روی زمین بطور بنیادی دگرگون می­گردد و هنوز هم در کارهای مهندسی و هر کاربردی که در آن نیرو نقش دارد و حرکت مهم است، مورد استفاده قرار می گیرد. تحولی که این تئوری در فیزیک ایجاد کرده بقدری زیاد است که به فیزیک آن زمان، فیزیک نیوتنی لقب داده شده است، همان فیزیکی که هنوز هم در دبیرستان تدریس می­شود. در قلب تئوری نیوتن، معادله مشهور  قرار دارد که نیوتن آن را بر اساس داده­های حاصل از آزمایش­های گالیله، بانک اطلاعاتی تیکوبراهه و قوانین کپلر پیشنهاد می‌کند. مهم است توجه داشته باشیم که این یک معادله تجربی، و نتیجه مشاهدات است و از هیچ فرمالیسم ریاضی به دست نیامده است. در یک جمله، این معادله بیان می‌کند که اگر نیروی  به جسمی با جرم  وارد شود، آن را با شتابی برابر با  به حرکت در می­آورد. اغلب، این شتاب را با a نمایش می­دهند. بخش مهمی از کارهای نیوتن مربوط به یافتن توضیحی برای نیروی جاذبه یا گرانش می­شود (مانند نیروی گرانش زمین که در اثر آن مثلا یک سیب از درخت بر زمین می­افتد) که باز بر اساس نتایج به دست آمده از کارهای افراد نامبرده در بالاست. وی معادله بسیار مهمی را برای بیان نیرو ارائه می‌کند: F=Gm1m2/r^2                                                  به زبان ساده، اینجا F نیرویی است با ماهیت کششی که دو جسم با جرم­های m1 و  m2 وقتی در فاصله r از هم قرار دارند، به یکدیگر وارد می‌کنند. شدت کشش بستگی مستقیم به مقدار جرم دارد، به این معنی که هر قدر جرم بزرگتر باشد نیروی کشش به طرف آن جسم بیشتر خواهد بود. بنابراین، بین دو جسم با جرم­های m1  وm2  ، اگر  m1 بزرگتر از  m2 باشد، برآیند نیروهای کششی بین دو جسم، به طرف  خواهد بود که به آن نیروی گرانش گفته می­شود. ضمنا، در معادله بالا،  G معرف یک ضریب با مقدار ثابت است که مقدار آن از آزمایش به دست ­آمده است (در ادامه بحث جرئیات بیشتری در این مورد خواهیم دید). ...ادامه دارد Natphys.net @natphys

فصل اول: فضا، زمان و حرکت مرکز جهان و  F=ma قسمت ۱) فضا، زمان، حرکت، سرعت و شتاب کمیت های فیزیکی اصلی مورد بحث در تئوری نسبیت می­باشند. در بین این کمیت‌ها، درک سرعت و شتاب، و تعریف آنها نسبتا ساده و سر راست است ولی فضا، زمان و حرکت مفاهیمی هستند که تا امروز ناشناخته باقی مانده اند. در بین این  سه کمیت هم ظاهرا با فضا مشکل چندانی نداریم چون به کمک بینایی و جابه­جایی آن را درک می‌کنیم. موقعیت هر موجودی در فضا را به ازای طول، عرض و ارتفاع نسبت به یک مبداء (که خودمان انتخاب می‌کنیم) مشخص می­نماییم. لیکن، مشکل درک ماهیت زمان هنوز باقیست و هنوز ناشناخته‌ترین کمیت فیزیکی طبیعت ماست. در مورد حرکت نیز مشکلاتی وجود دارد، دست کم به این دلیل که حرکت در زمان صورت می گیرد. فردی را در داخل یک فضاپیمای کروی در فضای بین ستارگان تجسم کنید. برای وی،  چپ-راست، بالا-پایین و جلو-عقب بی­معنی است. بعلاوه، اگر فضاپیما در حرکت با سرعت ثابت باشد تنها زمانی این فرد متوجه حرکت خواهد شد که مثلا از کنار یک سنگ آسمانی بگذرد. ولی در آن حالت هم نخواهد توانست تشخیص بدهد که آیا فضاپیما حرکت می‌کند یا آن سنگ آسمانی، و یا هر دو! در فیزیک، اولین برخورد تئوریک با موضوع حرکت (و نیرو) به کمک تئوری نیوتن انجام گرفته است بدون آنکه اشاره­ای به ماهیت زمان داشته باشد. فضا نیز در این تئوری فقط یک زمینه و عرصه خنثی برای حرکت است (معادل صحنه تئاتر برای بازی بازیگرها) که از هر آنچه در آن رخ می­دهد نه متاثر می­شود و نه برآن اثر می­گذارد. در این تئوری، حرکت عبارتست از جا به­ جایی موجودات تحت تاثیر نیروها. با ورود تئوری نسبیت است که ارتباطی تنگاتنگ بین فضا، زمان و نیز رخدادها برقرار می­شود و مفهوم عمیقی از حرکت به دست می­آید. بر طبق اسناد تاریخی ثبت شده، اریستاکوس یونانی در حدود 2300 سال پیش، مصادف با دوران اشکانیان، خورشید را مرکز جهان می­دانست و اینکه هر موجود آسمانی دیگر (از جمله زمین) به دور آن در گردش می­باشد. لیکن، بعد از ظهور ادیان و بویژه مسیحیت، این مدل به فراموشی سپرده می­شود چرا که براساس تعالیم آنها، هر آنچه در جهان است و از جمله زمین، به خاطر انسان آفریده شده­ است و بنابراین زمین باید مرکز جهان باشد. این برداشت با مشاهدات روزانه آن دوران کاملا همخوانی داشت چرا که ملاحظه می­شد خورشید هر روز بعد از برخاستن از خاور، به حرکت در آسمان ادامه می­دهد، و در باختر ناپدید می‌گردد. ایشان دلیل محکمی هم بر ساکن بودن زمین داشتند و آن اینکه اگر زمین در حرکت بود همه موجودات به آسمان پرتاب می­ شدند. حدود 500 سال قبل، ریاضیدان و ستاره­شناس شجاعی به نام کوپرنیک در لهستان، این برداشت را به چالش می­کشد. بررسی حرکت سیارات شناخته شده تا آن زمان، وی را متوجه می‌کند که مسیر آنها منحنی است و در مواردی (مانند مریخ)، لوپ‌-گونه(حرکت به جلو و عقب‌گرد) می­باشد. در تلاش برای توجیه چنین حرکت مرموزی، بعد از مدت­ها به این نتیجه می­رسد که اگر قبول کنیم زمین هم مانند دیگر سیارات به دور خورشید گردش می‌کند، رفتار مریخ کاملا قابل توجیه خواهد بود. در حقیقت، حدود 18 قرن پیش از وی، این ایده توسط اریستاکوس یونانی پیشنهاد شده بود. دانش بشر 1800 سال به خاطر مسیحیت در جا زده بود و بیان آن توسط کوپرنیک در دوران قدرت کلیسا خالی از خطر نبود. خوشبختانه، بودن کوپرنیک در لهستان که هنوز تا حدی به دور از نفوذ سیاسی و مذهبی کلیسای رم بود جان وی را نجات داد. در همان اوان، ستاره‌شناس دیگری از دانمارک به نام تیکو براهه بعد از با خبر شدن از نظریه کوپرنیک در صدد درستی­ آزمایی آن برمی­ آید. خود او مدل خاصی برای جهان داشت که در آن، همه سیارات به دور خورشید می گشتند ولی کل آن مجموعه به گرد زمین می­گشت. پادشاه وقت دانمارک که علاقمند به نجوم بود درآمد مالیاتی یکی از جزایر پر درآمد دانمارک را بطور کامل در اختیار تیکوبراهه قرار می­دهد تا او با تهیه ابزار و امکانات لازم، مسیرهای تمام سیارات شناخته شده تا آن دوران را بطور دقیق اندازه­گیری کند. نتیجه کار تیکوبراهه، یک بانک اطلاعاتی بی­مانند بود با اندازه گیری­هایی که به روایتی صدها برابر دقیق­تر از کارهای پیشینیان وی بود و شاید مبالغه نباشد که اگر گفته شود یکی از مهمترین بانک­های اطلاعاتی بشر تا امروز می­باشد (بنا بر دلایلی که در ادامه خواهیم دید). اولین دست­آورد آن تایید نظریه کوپرنیک بود که لرزه بر اندام مقامات کلیسا ­انداخت. خوشبختانه دانمارک نیز هنوز به دور از نفوذ سیاسی کلیسای رم بود و نظر به موقعیتی هم که تیکوبراهه در دربار کسب کرده بود، خطری جان وی را تهدید نکرد. متاسفانه زندگی وی چندان به طول نکشید و یک شب در ضیافت شام پادشاه (به این خاطر که هیچ­کس حق ترک میز قبل از پادشاه را نداشت) به علت پاره شدن مثانه درگذشت. ....ادامه دارد. Natphys.net @natphys

فصل یک: فضازمان و حرکت مرکز جهان و F=ma👇👇👇

صفر: آرش کمانگیر فیزیک آنچه بیش از همه در رشد دانش و بویژه پدید آمدن نظریه­ ها و تئوری­های جدید نقش دارد، شک در درستی دانسته­ ها و به زیر سوال بردن آنها با طرح پرسش­های مناسب است. مهم­تر اینکه، در جستجو برای یافتن پاسخ، قدرت تجسم انسان کلیدی­ تر و مهم­تر از دانسته­ های قبلی اوست، چرا که دانش محدود است و تجسم بی­کران! در این راستا، آموزش­های روتین آکادمیک و دانسته­ های رسیده از پیشینیان، اغلب خود سد راه می­ باشند، هرچند که در زمان خود راه­گشا و مسیرساز بوده‌اند­. از اینرو، همانطور که ظاهرا از اینشتین نیز نقل قول شده، نمی­توان در همان چارچوبی که یک پرسش مطرح می­شود، دنبال پاسخ آن بود. در دست­یابی اینشتین به تئوری نسبیت نیز می­ توان همه این ویژگی­ها را ملاحظه کرد. با توجه به ذهن پرسشگر وی، همه چیز با شک در مورد آنچه پیشینیان در مفاهیم فضا و زمان ابراز نموده بودند آغاز می­شود. دانسته های آن روز فیزیک بر پایه­ های تئوری نیوتن، مکانیک کلاسیک و بویژه تئوری الکترومغناطیس استوار بود ولی چندان طول نمی­کشد که به پیشنهاد دوست خود، گراسمن، متوجه می­شود که هرچند پرسش در مورد ماهیت فضا و زمان را در چارچوب الکترومغناطیس طرح کرده­ است، اما آن چارچوب مناسب ادامه راه نیست و باید پاسخ را در قالبی متفاوت دنبال کند: هندسه ریمانی! در حقیقت، این قدرت تجسم اینشتین است که گام اول را ممکن می‌سازد: "اگر با سرعت نور حرکت کنم، نور را چگونه تجربه خواهم کرد؟ آیا فردی که در حال سقوط آزاد است، متوجه گرانش می­شود؟" در نهایت، به دنبال تلاشی دوازده ساله، آنچه اینشتین پدید می­ آورد، بسیاری از دانسته­ های بشر در مورد جهان و برداشت­های روزمره ما از بودن و زندگی را به چالش می­کشد و با وجودی که ظاهرا یک تئوری فیزیک است، نه تنها فیزیک بلکه افکار و اندیشه­ های فلسفی و اجتماعی بشر را دگرگون می­سازد و اینگونه است که آرش کمانگیر فیزیک، پنجره­ ای چنان با شکوه در برابر دیدگان ما بسوی افق­های دوردست باز می‌کند که درک ما از جهان فیزیکی و واقعیت بطور بنیادی دگرگون می­­شود! تئوری نسبیت خاص اینشتین، فضا و زمان مطلق و مستقل را با موجود یکپارچه­ ای به نام فضازمان جایگزین می‌کند که در آن هم فضا و هم زمان نسبی هستند و درک هر ناظری از آن دو بستگی به وضعیت حرکت او دارد. درواقع نشان می­دهد که حرکت باعث تعبیری متفاوت از واقعیات می­شود. جالب­تر اینکه، مهم نیست موجودات با چه سرعتی در فضا جا به­ جا می­شوند، سرعت همه آنها در فضازمان برابر سرعت نور است! اینشتین هدیه دیگری نیز دارد: معادله  E=mc^2 معادله­ ای که هم پاسخ از کجا آمده­ ام؟ و هم پاسخ به کجا می­روم؟ را در دل خود جای داده است و وطن آخر را هم برملا می‌کند! در تئوری نسبیت عام، اینشتین فضا را به مانند ماده­ ای مرموز به تصویر می­کشد که می­تواند خم شود، پیچ بخورد، و کشیده و فشرده گردد. آنگاه که زمان را در کنار چنین فضای مرموزی در قالب یکپارچه فضازمان قرار می­دهد، فیزیکی را پدید می­ آورد که در آن، فضازمان حرکت ماده را دیکته می‌کند و ماده، پیچ و خم و چین و چروک و هندسه فضازمان را شکل می­دهد. تئوری­ که در نهایت، کیهان­شناسی امروز را شکل داده است که نه تنها تولد و مرگ ستارگان را توضیح می­دهد بلکه ما را از وجود موجودات کیهانی پر راز و رمزی مانند ستاره نوترونی، پولسار، سیاهچاله، ... آگاه می‌کند که این آگاهی‌ها بدون قدرت تجسم اینشتین و پرسشگر بودن ذهن وی ناممکن بود.  کتاب پیش رو، داستان نسبیت اینشتین را در سه بخش برای خوانندگانی با تحصیلاتی از دبیرستان تا کارشناسی فیزیک ارائه می‌کند: - بخش اول، بطور مفهومی و با ریاضیاتی در سطح دبیرستان به ایده­ ها و روش اینشتین در بازتعریف فضا و زمان و نیز رسیدن وی به معادله E=mc^2 می­پردازد. - بخش دوم، همان مباحث مفهومی را به زبان ریاضی ارائه می‌کند که مناسب درس تئوری نسبیت خاص در دوره کارشناسی دانشکده­ فیزیک می­باشد. - بخش سوم، مقدمه­ ای است بر تئوری نسبیت عام و گرانش، و نیز نقش این تئوری در کیهان­شناسی که به زبانی ساده و قابل دسترس برای عموم خوانندگان تهیه شده است. در پایان این کتاب، آماده خواهید شد که تئوری نسبیت عام در سطح کارشناسی ارشد را با من همراه شوید! مسعود ناصری پاییز ۱۴۰۴ natphys.net