یکی از مهمترین دستاوردهای نسبیت عام انحنای فضا – زمان بود. اینشتین در سال 1915 با ارائه نسبیت عام، نسبیت خاص را از دستگاه های لخت به دستگاه های شتابدار تعمیم داد. نتیجه ی مستقیم این تعمیم پیشگویی انحنای فضا بود. در این نوشته نخست سعی می شود انحنای فضا توضیح داده شود و سپس خواهیم دید که نظریه سی. پی. اچ. چگونه انحنای فضا را توجیح می کند. اما قبل از آن یادآوردی برخی مفاهیم ضروری است.
نسبیت عام
نسبیت عام بر اساس اصل هم ارزی تدوین شد.
اصل هم ارزی:
قوانین فیزیک در یک میدان جاذبه یکنواخت و در یک دستگاه که با شتاب ثابت حرکت می کند، یکسان هستند.
به عنوان مثال فرض کنیم یک دستگاه مقایسه ای با شتاب ثابت در حرکت است. مشاهدات در این دستگاه نظیر مشاهدات در یک میدان گرانشی یکنواخت است در صورتی که شدت میدان گرانشی برابر شتاب دستگاه باشد، یعنی a=-g باشد، در این صورت مشاهدات یکسان خواهد بود.
فرض کنیم یک سفینه با شتاب بطرف بالا (نسبت به زمین) در حرکت است. بطوریکه:
a=-g
در اینصورت تمام مشاهدات سرنشین سفینه نظیر مشاهدات ناظر روی زمین است. اگر سرنشین سفینه جسمی را رها کند، چنین مشاهده می کند که آن جسم با شتاب بطرف سطح سفینه حرکت می کند. یک پرتو نوری که از یکطرف سفینه وارد شود، در مدتیکه این پرتو بسمت دیگر سفینه می رسد، سفینه مسافتی را طی می کند که این مسافت موجب می شود، پرتو نور، به نقطه ی مقابل نرسد و کمی پایین تر از آن به سطح مقابل برخورد کند. شکل زیر
بنابراین مسیر نور در سفینه خط مستقیم نیست، بلکه منحنی است. لذا مسیر نور در یک میدان گرانشی نیز بایستی خمیده باشد.
در سال 1919 انحنای فضا را هنگام کسوف کامل خورشید با نوری که از طرف ستاره ی مورد نظری به سوی زمین در حرکت بود و از کنار خورشید می گذشت مورد تحقیق قرار دادند که با پیشگویی نسبیت تطبیق می کرد.
مسیر نور هنگام عبور از میدان گرانشی خمیده می شود.
این موفقیت بسیار بزرگی برای نسبیت بود. از آن زمان به بعد توجه به ساختار هندسی و خواص توپولوژیک فضا، بررسی واقعیت های فیزیکی را به حاشیه راند. مضافاً اینکه گرانش را از فهرست نیروهای اساسی طبیعت در فیزیک نظری حذف کرد.
بنا بر نسبیت، گرانش اثر هندسی جرم بر فضای اطراف خود است. که فضا- زمان نامیده می شود. یعنی جرم فضای اطراف خود را خمیده می کند.
اینشیتن تلاش کرد ساختار هندسی فضا را بصورت معادلات ریاضی بیان کند. بهمین دلیل از هندسه ی نااقلیدسی ریمان (هندسه ی بیضوی) بهره گرفت و معادلات میدان را ارائه کرد. در اینجا سه نکته بسیار مهم قابل توجه است:
1 – معادلات میدان نظریه نسبیت به صراحت از اصل هم ارزی نتیجه نمی شود، بلکه ساده ترین معادلاتی است که با نسبیت توافق دارد.
شامل 16 صفحه word
دانلود تحقیق بار-رنگها فضا را خمیده می کند CPH