نظریه نسبیت اینیشتین 100 ساله شد؛ با پنج دستاورد علمی و کاربردی نسبیت آشنا شوید

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از BBC، آلبرت اینیشتین، که در سال ۱۸۷۹ در آلمان به‌ دنیا آمد و در سال ۱۹۱۵، یعنی 100 سال پیش، نظریه نسبیت عام را برای گروهی از دانشمندان زمان خود در آکادمی علوم پروس عرضه کرد.

نظریه نسبیت عام مجموعه‌ای از معادلات ریاضی است که در آن پدیده فضا-زمان و جاذبه که تا آن زمان با فرمول‌های مکانیکی نیوتون یا «نیرو» توضیح داده می‌شد، به شکل یک خمیدگی توضیح داده می‌شود.

پدرو فریرا، نویسنده کتاب «نظریه کامل» که کتابی در خصوص نظریه نسبیت اینیشتین است می‌گوید که این نظریه مجموعه‌ای ساده اما ظریف و زیبایی از معادلات است. معادلاتی که اگر بتوانید آنها را حل کنید، به چیزهای بی‌نظیری می‌رسید.

اما چه چیزهایی از دل نظریه نسبیت بیرون آمد؟

1- سیاه‌چاله‌های فضایی

یکی از عجیب‌ترین و اولین چیزهایی که از دل نظریه نسبیت بیرون آمد، مسئله سیاه‌چاله‌های فضایی بود. سیاه‌چاله ناحیه‌ای از فضا-زمان است که جرم در آن به‌شدت فشرده شده است. وجود سیاه‌چاله‌ها در نظریه نسبیت آلبرت اینشتین پیش‌بینی می‌شود. این نظریه پیش‌بینی می‌کند که یک جرم به اندازه کافی فشرده می‌تواند سبب تغییر شکل و خمیدگی فضا-زمان و تشکیل سیاه‌چاله شود.

به گفته فریرا، در سال ۱۹۱۵ وجود سیاه‌چاله‌ها برای اولین بار به‌وسیله یک سرباز آلمانی که در جبهه‌های جنگ جهانی اول می‌جنگید، از نظریه نسبیت عام اینیشتین نتیجه‌گیری شد. این سرباز که کارل شوارتزشیلد نام داشت نتیجه خود را برای اینیشتین فرستاد. اما اینیشتین با اینکه این معادله را تحسین کرد به وجود سیاه‌چاله باور نداشت. کارل شوارتزشیلد در سال ۱۹۱۶ می‌میرد و سیاه‌چاله‌ها تا یک دهه بعد از مرگ اینیشتین هم باور نمی‌شوند اما از همان زمان دست‌مایه داستان‌ها و فیلم‌های علمی تخیلی زیادی شده‌اند.

2- نظریه مه‌بانگ (بیگ بنگ)

معادلات نظریه نسبیت نشان می‌دهد که جهان در حال انبساط است. اما اگر زمان به عقب برگردد و جهان کوچک و کوچک‌تر شود به کجا می‌رسیم؟ اگر در زمان به عقب برگردیم، به نقطه‌ای در گذشته می‌رسیم که در آن قوانین فیزیکی شناخته‌شده کارایی خود را از دست می‌دهند و نقطه تکینگی نام دارد. این نقطه، نقطه پیدایش گیتی است.

باز هم مانند مسئله سیاه‌چاله‌ها، خود اینیشتین در خصوص پذیرش فرضیه مه‌بانگ مقاومت نشان داد تا آنکه داده‌های تلکسوپ هابل نشان داد که واقعا جهان ما در حال بزرگ شدن است.

3- دستگا‌ه‌های ره‌یاب (GPS)

وقتی از دستگاه ره‌یاب خودرو یا نقشه‌های تلفن هوشمندتان استفاده می‌کنید، احتمالا به نطریه نسبیت اینیشتین فکر نمی‌کنید. اما جالب است اگر این سامانه‌ها فرضیه نسبیت را لحاظ نکنند، روزی ۱۰ کیلومتر خطا خواهند داشت و خیلی زود به درد هیچ‌کس نخواهد خورد.

4- کرم‌چاله‌های فضایی

کرم‌چاله‌ها ساختارهای فضازمانی پل مانندی هستند که دو گستره جدا از یک فضا-زمان یا دو فضازمان جدا از هم را به یکدیگر پیوند می‌دهند. کرم‌چاله‌ها زمان لازم برای رسیدن از یک نقطه به نقطه دیگر را کوتاه و آسان می‌کنند. اینیشتین ثابت کرده است که جهان تنها سه‌بعدی نیست، بلکه زمان بعد چهارم جهانی است که ما می‌شناسیم. در این فضا-زمان چهار بعدی، کرمچاله‌ها می‌توانند سوراخی به جهانی دیگر یا ناحیه‌ای دیگر از همین جهان باشند.

5- همگرایی گرانشی

فرضیه نسبیت می‌گوید که یک جرم با چگالی بسیار بالا مثل خورشید، می‌تواند شکل نور در اطراف خودش را تغییر دهد و مسیر نور را خم کند. بر اساس نسبیت عام، جرم می‌تواند فضا-زمان را خمیده کند و در نتیجه میدان گرانشی‌ای بسازد که می‌تواند نور را منحرف کند. با همگرایی گرانشی می‌توان اطلاعاتی درباره جسم میانی (عدسی) از جمله جرم آن به دست آورد و این به دانشمندان اجازه مطالعه ستاره‌ها و سیاره‌های بسیار دور دست را می‌دهد.