چالشهای پیشرو برای رسیدن به سرعت نور

البرت اینشتین (1955-1879)با ارائه نسبیت خصوصی در سال 1905و نسبیت عمومی در سال1915انقلابی در زمینه فیزیک مکانیک به پا کرد که دید فیزیکدانان را نسبت به بسیاری از مسایل تغییر داد .

او با توجه به اندازه گیریهای دقیق خود که به اتمام رساند قوانینی ارائه داد که حرکت اجسام را با سرعت نور با مشکلاتی مواجه کرد که اگر انسان بخواهد زمانی با سرعت نور حرکت نماید باید این موانع را از سر راه بردارد .

بررسی های اینشتین به طور کلی به دو نتیجه مهم زیر منتهی میشود که:

1- سرعت سیر نور در خلاء رابرابر10⁸*998/2به دست اورد.

2- سرعتها را فقط می توان نسبت به جسم یا علامتب معین (دستگاعهد محور مختصات)می توان اندازه گیری کرد . ما فقط زمانی می توانیم بگوییم که جسمی در حال حرکت است که نسبت به جسم دیگری که ساکن است بررسی کنیم و همچنین زمانی هم می توانیم بگویم که جسمی در حال سکون است که ان را نسبت به جسم دیگری که در حال حرکت است ساکن باشد .

اینشتین با توجه به مطالب بالا پیامدهای زیر را ارائه داد :

2.    جرم هر جسمی همراه با افزایش سرعت افزایش می یابد.

3.    جرم شکلی از انرژی است بدین معنی که هر کدام را می توان به دیگری تغییر داد.

4.    انقباض طولها ،یعنی هر جسمی که با سرعتی در حال حرکت است طول ان نسبت به زمانی که در حال سکون است کمتر است .

 5.    زمان در جسمی که در حال حرکت است نسبت به زمانی که در حال سکون است کندتر می گذرد .

این قوانین برای سفر انسانها به کهکشان های دیگر محدودیت هایی به وجود می اورد که به بررسی هر کدام از انها می پردازیم .

در توضیح قانون اول که هیچ جسمی نمی تواند از سرعت نور فراتر رود ،اینکه به عبارتی سرعت نور اخرین سرعت اجسام در طبیعت است وبر ای نمونه هنگامی که الکترونها را تا سرعت زیاد  شتاب می دهیم رفتارشان دیگر حالت طبیعی ندارد . بویژه وقطی که سرعت vبه سرعت cنزدیک می شود ، معادلات معمولی حرکت دیگر برقرار نیستند هر قدر هم که تلاش کنیم هیچگاه نمی توانیم الکترونی را انچنان شتاب دهیم که سرعتش به cیا فراتر رود . در واقع  سرعت هیچ جسم یا زره ای را نمی توان به سرعت سیر نور در خلاءرساند .دلیل نتیجه «1»را می توان در نتیجه «2»پیدا کرد . در سرعتهای خیلی بالا جرم mهر جسم همراه با افزایش سرعت افزایش می یابد .این خاصیت را می توان در مورد الکترونها نشان داد. برای این منظور الکترونها را با سرعت معلوم وارد یک میدان مغناطیسی می کنیم . در این حالت الکترونها در مسیر دایره ای ادامه می دهند طبق معمول ، نیروی مرکز گرای mv²/rباید از طریق نیروی میدان مغناطیسی ،qvbتآمین شود .از مساوی گرفتن این دو نیرو داریم :  

چنانکه می بینیم جرم الکترون قابل اندازه گیری است .

 قانون دوم به این نتیجه مهم اشاره می کند که با افزایش حرکت جسم جرم ان نیز افزایش  می یابد یعنی: 

یعنی وقتی که جرم m₀با سرعت cدر حا ل حرکت است اگر سرعت اولیه و جرم اولیه را در این معادله قرار دهیم جرم نهایی m بیشتر از جرم اولیه m₀است و این تغییر جرم در سرعتهای بالا ی نزدیک به سرعت نور به میلیونها برابر می رسد . برای مثال :برخورد یک هواپیمای مافوق صوت با پرنده گان تیز پرواز است .

وقتی یک هواپیما مافوق صوت در حرکت است جرم ان نیز افزایش می یابد .همچنین وقتی پرنده به طرف هواپیما حرکت می کتند مجبوریم از برایند سرعتهای ان دو استفاده کنیم (سرعت هواپیما + سرعت پرنده ) و بگویم که سرعت کل حرکت برابر است با مجموع دو جسم . در نتیجه یک سرعت نسبتآ زیاد حاصل می شود که هر دو جسم در نتیجه اند مقداری افزایش وزن پیدا می کنند مثلا پرنده مذکور از چند کیلو گرم به دهها کیلو گرم تبدیل می شود .

مشکل اساسی دیگری که پیش روی ماست قانون سوم است که هنگام رسیدن سرعت جسم به سرعت سیر نور در خلأ جسم تبدیل به انرژی می شود .یعنی E =mc²و جسم از حالت عادی تغییر شکل داده و به صورت نوع دیگری از انرژی تبدیل می شود . باید گفت که برای تبدیل یک کیلو گرم ماده به 9*10¹³jانرژی لازم است . این تغیرات در جهان مادی و با سرعتهای موجود فعلی نا محسوس است .

در فیزیک هسته ای پدیده ای موسوم به فنا و خلق وجود دارد که دو زره در برخورد و ترکیب با هم  به صورت انرزی تبدیل می شوند و این انرژی به صورت فوتونهایی پرقدرت تابش می شوند .اما در واکنش معغکوس این انرژی تحت شرایطی به ماده تبدیل می شوند .برای مثال برخورد دو زره الکترون و پوزیترون است  . این دو زره بنیادی دارای جرم و حجم و اندازه مساوی اند ولی فقط بارشان فرق می کند و بعد از برخورد ، تبدیل به اشعه گاما با طول موج بسیار کوتاه میشوند در این صورت دو زره ناپدید می شوند . البته واکنش دو طرفه است ، یعنی در صورت داشتن انرژی به اندازه کافی میتوان تبدیل به دو زره الکترون و پوزیترون شود که در اینجا مقدار انرژی های جنبشی الکترون و پوزیترون را نیز پس خواهد داد .

هنگامی که بر همه این مشکلات غالب شدیم که اینجانب در مقاله ای با عنوان «منبع پیشرانش اشیاء پرنده ناشناس »تا حدی این مشکلات را رفع کرده ایم به مشکل دیگری بر می خوریم و ان نظریه انقباض طولها ادر نسبیت است این نظریه بیان می دارد که با افزایش سرعت جسم طول ان نیز کمتر می شود تا جایی که هنگام رسیدن به سرعت نور طول ان در راستای حرکت برابر صفر میشود .
اینشتین بااستفاده از یک مقدار ثابت موسوم به ضریب   نسبیت ثابت کرد که اجسام به هنگام رسیدن به سرعت نور از بین می روند . مثلا برای محاسبه طول یک جسم در سرعت ،طول اولیه را در ضریب بالا ضرب می کنیم و ملا حظه می کنیم که طول جسم با زیاد شدن سرعت کم می شود . 

                                                                                                         zakarya3befranbary2706mehabad