نظریه نسبیت یک نظریه علمی بنیادی است که درک ما از فضا، زمان و گرانش را متحول کرد. این نظریه توسط آلبرت اینشتین، فیزیکدان آلمانی، در اوایل قرن بیستم ایجاد شد و در کنار نظریه کوانتومی، توانست پایه‌های فیزیک مدرن برای سرعت‌های نزدیک به سرعت نور و اجرام بزرگ بنیان نهد. و از دو بخش اصلی تشکیل شده است: نظریه نسبیت خاص و نظریه نسبیت عام.
نظریه نسبیت خاص (Special Relativity)
نظریه نسبیت خاص که توسط انیشتین در سال 1905 منتشر شد، به رفتار اجسامی که با سرعت ثابت و نزدیک به سرعت نور، نسبت به یکدیگر، و در غیاب میدان‌های گرانشی حرکت می‌کنند، می‌پردازد. این نظریه به طور کلی بر اساس دو فرض مهم بنا شده است؛
فرضیات نظریه نسبیت خاص
- اصل نسبیت: قوانین فیزیک در تمام چارچوب های مرجع لخت یکسان است. چارچوب مرجع اینرسی، فریمی است که در حال شتاب یا چرخش نیست. یعنی اگر شتاب را کنار بگذاریم، تمام قوانین فیزیک برای تمام ناظرهای دستگاه‌های بی‌شتاب یکسان است.
- ثابت بودن سرعت نور: سرعت نور در خلاء که با “c” نشان داده می شود، برای همه ناظران بدون توجه به حرکت آنها نسبت به منبع نور یکسان و برابر 299,792,458 متر بر ثانیه است.
نتایج مهم نظریه نسبیت خاص
- اتساع زمان: به نظر می رسد ساعت های متحرک نسبت به ساعت های ثابت کندتر کار می کنند. هرچه یک جسم سریعتر حرکت کند، زمان کمتری برای آن می گذرد.
- انقباض طول: اجسام در حال حرکت زمانی که توسط یک ناظر ثابت اندازه گیری می شوند به نظر می رسد در جهت حرکت خود کوتاهتر هستند.
- افزایش جرم نسبیتی: جرم یک جسم با نزدیک شدن سرعت آن به سرعت نور افزایش می یابد.
نظریه نسبیت عام (General Relativity)
نظریه نسبیت عام که توسط انیشتین بین سال‌های 1907 و 1915 ایجاد شد، نظریه نسبیت خاص را تا شامل اثرات گرانشی گسترش داد. یعنی این نظریه، همانطور که از اسمش پیداست، حالت تعمیم یافته‌ای از نظریه نسبیت خاص می‌باشد. در نسبیت عام مفهوم گرانش به عنوان انحنای بستری چهاربعدی تحت عنوان “فضا-زمان” ناشی از جرم و انرژی معرفی می‌شود.
نتایج مهم نظریه نسبیت عام
- انحنای فضا-زمان: اجسام عظیم باعث می شوند که فضازمان در اطراف آنها منحنی شود. انحنا بر حرکت اجسام دیگر در مجاورت تأثیر می گذارد.
- اتساع زمان گرانشی: ساعت‌های میدان گرانشی کندتر از ساعت‌های مناطق با گرانش ضعیف‌تر کار می‌کنند. این اثر در نزدیکی اجرام عظیم مانند ستاره ها یا سیاهچاله ها مشاهده می شود.
- انتقال گرانشی به سرخ: نوری که از میدان گرانشی خارج می شود به طول موج های طولانی تری کشیده می شود و در نتیجه به سمت انتهای قرمز طیف الکترومغناطیسی جابه جا می شود.
- عدسی گرانشی: اجسام عظیم می توانند مسیر نور را خم کنند و باعث شوند که یک مسیر منحنی دنبال کند. این اثر مسئول پدیده عدسی گرانشی است، که در آن اجسام دور به دلیل گرانش یک جسم عظیم مداخله ای، اعوجاج یا بزرگ شده به نظر می رسند.
نظریه نسبیت عام به طور گسترده ای از طریق آزمایش ها و مشاهدات مختلف مورد آزمایش و تایید قرار گرفته است. کاربردهای عملی متعددی داشته است، از جمله پیش‌بینی خمش نور ستارگان در طی یک خورشید گرفتگی، وجود سیاه‌چاله‌ها و رفتار جهان در حال انبساط.
نظریه نسبیت یک چارچوب ریاضی است که توصیفی ثابت از رفتار اجسام و ماهیت فضازمان ارائه می دهد. اصول و معادلات آن با موفقیت در بسیاری از زمینه‌های فیزیک، اخترفیزیک و کیهان‌شناسی به کار گرفته شده‌اند و درک ما از جهان را به‌طور قابل توجهی ارتقا داده‌اند.
