زمانی که انیشتین در ابتدای قرن بیستم میلادی نظریه نسبیت خود را بیان کرد، انقلابی عظیم در دنیای فیزیک رخ داد. وقتی که این مغز متفکر علم فیزیک مشاهده کرد که برخی از پدیده‌‌های فیزیک بر اساس دیدگاه نیوتنی با معادلات ماکسول جور درنمی‌آمدند، دو نظریه انقلابی نسبیت عام و نسبیت خاص را بیان کرد. دوره آموزش نسبیت عام مکتب خونه با هدف آموزش این نظریه تهیه و تدوین شده است که در ادامه به معرفی آن خواهیم پرداخت.

رخداد برخی از پدیده‌های پیرامون ما طبق نظریه نسبیت اینشتین به‌راحتی قابل توجیه است. زمانی که پای مسائل حرکت اجسام در حضور گرانش در میان باشد باید به سراغ نسبیت عام اینشتین رفت. به‌طور دقیق‌تر می‌توان گفت که برای بررسی حرکت اجسام با سرعت ثابت از نسبیت خاص استفاده می‌شود؛ اما زمانی که جسم شتاب می‌گیرد باید حرکت آن را بر اساس نسبیت عام موردبررسی قرار داد.

دوره آموزش نسبیت عام

دوره آموزش نسبیت عام در 20 جلسه که شامل 28 ساعت محتوای ویدیویی بوده تهیه و تدوین شده است. این دوره از کلاس درس پروفسور  بهرام مشحون یکی از اساتید برجسته علم فیزیک در دانشگاه صنعتی شریف ضبط شده است. در این دوره آموزشی دانشجویان ابتدا با مفاهیم و مقدمات علم نسبیت در فیزیک آشنا خواهند شد و سپس به‌صورت تخصصی سرفصل‌های درس نسبیت عام در آن تدریس می‌شود.

دوره آموزش نسبیت عام برای چه کسانی مناسب است؟

این دوره برای تمام دانشجویانی که در چارت درسی خود باید نسبیت عام را بگذرانند، توصیه می‌شود، حتی دانشجویانی که در درس فیزیک خود تنها به‌صورت خلاصه‌وار با مبحث نسبیت آشنا شده‌اند می‌توانند از مباحث گفته‌شده در این دوره برای ادامه تحصیل خود استفاده کنند. در این دوره آموزش نسبیت عام سعی شده تا تمام مباحث مانند معادلات میدان اینشتین، نظریه‌ای هندسی که در مبحث نسبیت عام مطرح است و نحوه اثبات فرمول‌های آن به‌صورت کامل پوشش داده شود.

پیش‌نیاز دوره آموزش علم نسبیت چیست؟

پیش‌نیاز خاصی برای دیدن این آموزش ندارد و هرکسی که علاقه‌مند به علم فیزیک باشد می‌تواند از محتوای این دوره آموزش نسبیت عام استفاده کند ولی با این حال برای دانشجویان بهتر است که مفاهیم و درس‌های پایه را گذارنده باشند. به‌عبارت‌دیگر در چارت درسی، درس پیش‌نیاز و هم نیاز آن را آموزش ببینند و بعد به سراغ این آموزش بیایند.

منظور از نسبیت در علم فیزیک چیست؟

ما می‌توانیم نسبیت را به زبان ساده به این شکل تعریف کنیم که تمام قوانین فیزیک برای همه افرادی که در نقاط مختلفی از کره زمین هستند، یکسان است؛ البته در صورتی که افراد ساکن باشند یا با سرعت ثابت حرکت کنند. این قوانین در نسبیت خاص بیان شدند و بر اساس آن سرعت نور در خلأ ثابت در نظر گرفته می‌شود به‌طوری که ما می‌توانیم حرکت نور را از حرکت ناظران مستقل بدانیم.

 آنچه در نسبیت خاص گفته شد یک بستر جدید برای حل مسائل ایجاد کرد و ما با مفاهیمی مانند اتساع زمان و انقباض طول روبه‌رو شدیم؛ زیرا دیگر مفاهیم فضا-زمان تغییر کرده بود. اما در نظریه نسبیت خاص تنها می‌توانستیم حرکت اجسام با سرعت ثابت و در یک خط راست را بررسی کنیم و همین مسئله باعث شد تا اینشتین مدت زیادی را صرف گنجاندن شتاب در این نظریه کند تا به نظریه نسبیت عام و مبحث انحراف فضا - زمان توسط جرم‌های عظیم برسد. در دوره آموزش نسبیت عام به‌صورت تخصصی و کاربردی این نظریه توسط استاد درس مربو‌طه بیان خواهد شد.

دیدگاه نیوتنی نسبیت عام

نیوتن درباره نیروی گرانش گفته بود که یک نیروی نامرئی است که باعث جذب اجسام به سمت یکدیگر می‌شود، اما این توضیح برای اینشتین قانع‌کننده نبود. دیدگاه نیوتنی به ما می‌گوید که سرعت سقوط اجسام با جرم‌های متفاوت یکسان نیست و نیروی کششی بین دو جسم به اندازه جرم و فاصله بین آن‌ها بستگی دارد. بر اساس گفته‌های نیوتن بستری برای انتقال نیروی بین دو جرم وجود ندارد و با استفاده از این دیدگاه فیزیکدانان نتوانستند علت چرخش ماه به دور زمین یا چرخش زمین به دور خورشید را توضیح دهند.

نسبیت عام چیست؟

برای این‌که مسئله گرانش حل شود ابتدا نسبیت خاص مطرح شد. در نظریه نسبیت عام بحث خمیده بودن فضا بیان می‌شود. برای مثال شخصی که درون آسانسور قرار دارد و ناگهان آسانسور سقوط می‌کند را در نظر بگیرید. در این حالت شخص احساس بی‌وزنی می‌کند و دیگر نیروی گرانشی به آن وارد نخواهد شد. درواقع فضای خمیده بین جسم و آسانسور باعث می‌شود تا آن‌ها را به سمت زمین هل دهد. انعطاف‌پذیر بودن فضا و ترکیب آن با زمان باعث شد تا مفهوم فضا-زمان مطرح شود. 

پس می‌توان گفت که اگر جسمی در فضای خمیده جسمی دیگر قرار گیرد تحت تأثیر امواج گرانشی جسم مذکور قرار می‌گیرد. بر همین مبنا، علت نیروی گرانشی که به ما وارد می‌شود، این است که زمین فضا-زمان اطراف خود را خمیده می‌کند. از طرفی به دلیل این‌که ما در یک فضای سه‌بعدی زندگی می‌کنیم قادر به درک کامل فضا - زمان چهاربعدی نخواهیم بود؛ اما خمیده شدن نور تحت تأثیر نیروی گرانش، بحث ستاره نوترونی، همگرایی گرانش و چاله‌هایی که در فضا بانام سیاه‌چاله وجود دارد با کمک این نظریه قابل توجیه است. یک فیزیکدان مشهور آمریکایی با نام جان ویلر در مورد نسبیت عام جمله زیر را بیان نمود:

• فضا-زمان به جرم می‌گوید چگونه حرکت کند و جرم به فضا-زمان نحوه خمیده شدنش را یادآوری می‌کند. 

در دوره آموزش نسبیت عام دانشجویان با اهداف این نظریه، کاربردها و همه ابعاد آن آشنا خواهند شد.

جمع‌بندی

اینشتین با نسبیت عام خود توانست مسائل گرانشی مانند حرکت زمین به دور خورشید که در دیدگاه نیوتنی قابل‌حل نبودند را به‌خوبی توجیه کند. در این نظریه به‌طور خلاصه‌وار گفته می‌شود که اجسام سنگین فضای اطراف خود را خمیده می‌کنند و نیروی گرانشی که به یک جسم وارد می‌شود ناشی از این خمش است. در دوره آموزش نسبیت عام تمام این مسائل به‌طور دقیق همراه با همه فرمول‌های مربوطه پوشش داده می‌شود، پس اگر دانشجو هستید و یا به مباحث علم فیزیک و نسبیت عام علاقه دارید، هم‌اکنون با ثبت‌نام رایگان در دوره آموزش نسبیت عام، اولین و مهم‌ترین قدم را برای یادگیری این مفهوم در فیزیک بردارد.