" / نسبيت همزماني ، نوشته آلبرت انيشتين :
تاكنون مطالعات ما نسبت به يك جسم خاص مقايسه به نام ( خاكريز راهآهن ) بوده است . اكنون قطار بسيار طويلي را در نظر ميگيريم كه نسبت به خط آهن با سرعت ثابت v حركت ميكند و جهت حركت آن در شكل 1 نشان داده شده است . براي كساني كه با اين قطار مسافرت ميكنند بهتر است كه خود قطار را به عنوان جسم صلب مراجعه ( دستگاه مختصات ) انتخاب كنند ؛ آنها تمام حوادث را به وسيله مراجعه به اين قطار در نظر خواهند گرفت .
پس هر حادثه كه در طول خط اتفاق ميافتد مثل اين است كه در يك نقطه خاص از قطار اتفاق افتاده است و همچنين تعريف همزماني نسبت به قطار درست به همان طريق است كه نسبت به خاكريز توضيح داده شده است . به عنوان يك نتيجه طبيعي سوال زير مطرح ميشود :
دو حادثه ( همان مثال دو برخورد صاعقه بر نقاط A و B ) كه با مقايسه نسبت به خاكريز راهآهن همزمان هستند ، آيا با مقايسه نسبت به قطار نيز همزمان خواهند بود ؟ مستقيما نشان خواهيم داد كه جواب اين سوال بايد منفي باشد .
وقتي كه ميگوييم برخوردهاي نور در نقاط A و B نسبت به خاكريز همزمان هستند مقصود ما اينست : كه پس از برخورد صاعقه ، نورهاي منتقل شده از نقاط A و B همديگر را در نقطه M وسط فاصله A→B از خاكريز ملاقات ميكنند . ولي حادثههاي A و B به اوضاع A و B از قطار نيز مربوط ميشوند . فرض كنيم 'M وسط فاصله A→B در قطار متحرك باشد . درست در همان لحظه كه نورهاي صاعقه برخورد ميكنند ، نقطه 'M بر نقطه M منطبق ميشود ، ليكن 'M با سرعت v قطار مطابق شكل 1 به سمت جلو حركت ميكند . اگر ناظري كه در وضع 'M قرار دارد اين سرعت را نداشت ، به طور دائم در نقطه M ميماند و شعاعهاي نورهاي صادر شده از نقاط A و B به وسيله صاعقه ، همزمان به او ميرسيدند . يعني آنها را در مكان خود ملاقات ميكرد . در صورتي كه اينطور نيست ، اكنون در واقع ( با مراجعه نسبت به خاكريز ) او به طرف شعاع نوري كه از B ميآيد شتاب ميكند در حالي كه از مقابل شعاع نوري كه از A ميآيد ميگريزد . پس ناظر شعاع نوري را كه از B ميآيد زودتر از شعاع نوري خواهد ديد كه از A ميآيد . پس تمام ناظراني كه قطار راهآهن را به عنوان جسم مراجعه انتخاب كردهاند ، به اين نتيجه خواهند رسيد كه ضربه نور صاعقه در B زودتر از ضربه نور صاعقه در A ميباشد . از اين رو ما به نتيجه مهم زير رسيدهايم :
حادثههايي كه با مقايسه نسبت به خاكريز همزمان هستند نسبت به قطار همزمان نميباشند و بالعكس ( نسبيت همزماني ) .
هر جسم مراجعه ( دستگاه مختصات ) داراي زمان مخصوص به خود ميباشد . بدون اينكه ذكري از جسم مراجعه كه زمان را به آن منسوب كنيم ، به ميان آيد عبارت زمان يك حادثه معني ندارد . قبل از ظهور نظريه نسبيت هميشه به طور ضمني در فيزيك فرض ميشد كه زمان يك معني كلي دارد يعني از وضع حركت جسم مراجعه مستقل است . ولي ما اكنون ديديم كه اين فرض با طبيعيترين تعريف همزماني سازگار نيست ، اگر ما اين فرض را كنار گذاريم ، در نتيجه تضاد مابين قانون انتقال نور در خلا و اصل نسبيت ( بحث در گفتار 7 ) از بين ميرود .
..................... ترجمه و توضيح : غلامرضا عسجدي "
اثر دوپلر ( داپلر ) چيست ؟
"/ به دليل اهميت اثر دوپلر در كيهان شناختي ، قبل از ادامه بحث لازم است مرور كوتاهي به آن داشته باشيم . پديده دوپلر در اصل براي تغييرات بسامد چشمه صوت در فيزيك كلاسيك مطرح گرديد . بر اساس اين اثر هرگاه ناظري نسبت به يك چشمه صوت در حركت باشد ، ناظر بسامدي غير از آنچه از چشمه گسيل ميشود دريافت ميكند . مثلا اگر يك آمبولانس با سرعت به طرف ما در حال حركت باشد ، صداي آژير آن به علت حركت چشمه صوت ، يك تغيير بسامد در موج ارسالي ايجاد ميشود ، به نحوي كه هر چه آمبولانس به ما نزديك تر شود ، صداي آژير زيرتر ( بسامد بيشتر و طول موج كمتر ) ميگردد و زماني كه ماشين از كنار ما ميگذرد و دور ميشود صداي آژيري كه به گوش ما ميرسد بمتر ( بسامد كمتر و طول موج بيشتر ) ميگردد .
اين پديده را اثر دوپلر ميگويند كه در مورد نور نيز صادق است . يعني هرگاه چشمه نور به طرف ناظر در حال حركت باشد ، بسامد نور دريافتي توسط ناظر تغيير ميكند ، اگر ناظر و چشمه در حال دور شدن از يكديگر باشند ، نور دريافتي به سمت سرخ جابجا ميشود و اگر در حال نزديك شدن باشند ، بسامد نور دريافتي جابجايي به سمت آبي نشان ميدهد .
پس از ارايه شدن نسبيت ، اثر دوپلر براي امواج الكترومغناطيسي مورد برسي قرار گرفت . در اثر دوپلر نسبيتي به علت اينكه چشمه گسيل كننده موج ، امواج الكترومغناطيسي تابش ميكند و رفتار اين دسته از امواج نيز توسط نظريه نسبيت خاص توصيف شده است ، بنابراين وضعيت كاملا با اثر دوپلر كلاسيكي فرق ميكند چرا كه طبق اصل موضوع نسبيت خاص ، مبني بر يكسان بودن قوانين فيزيكي در همه چهارچوبهاي مرجع لخت ( اينرسي ) ، وجود هر گونه چهار چوب مرجع ممتاز در عالم نفي ميشود . به همين خاطر ديگر حركت چشمه به سمت ناظر يا ناظر به سمت چشمه هيچ تفاوتي با هم نخواهد داشت . در اين پديده اگر ناظر به سمت چشمه نور يا چشمه نور به سمت ناظر حركت كند يك جابجايي به سمت طيف آبي نور ديده ميشود ، يعني رابطه زير :
كه در آن
طول موج دريافتي و 
طول موجي است كه چشمه نور ارسال ميكند . واضح است كه در اين حالت طول موج دريافتي از طول موج ارسال شده كوتاهتر است . اگر چشمه نور از ناظر ، يا ناظر از چشمه نور دور شود ، با افزايش طول موج نور دريافتي يك انتقال به قرمز در طيف نشري يا جذبي آن چشمه ديده ميشود كه طبق رابطه زير داده ميشود :
.................... "
اينك با دانستن اين موضوع بسيار مهم ، زماني كه قطار در حال حركت است ، نوري كه از نقطه B واقع بر خاكريز خط آهن به طرف ناظر متحرك حاضر در نقطه 'M روي قطار ميرسد ، تغيير طيفي به طرف آبي خواهد داشت و همچنين نوري كه از نقطه A واقع بر خاكريز خط آهن به طرف ناظر متحرك حاضر در نقطه 'M روي قطار ميرسد ، تغيير طيفي به طرف قرمز خواهد داشت . پس تمام ناظراني كه قطار را به عنوان جسم مراجعه انتخاب كردهاند ، متوجه اختلاف موجود در دو طيف ارسالي شده و بعد از لحاظ اثر دوپلر در فركانس و طول موج نور رسيده از صاعقه در مكانهاي A و B در روي خاكريز خط آهن ، مقدار سرعت خود را نسبت به مكانهاي مورد نظر يا خاكريز محاسبه و به اين نتيجه كلي خواهند رسيد كه ضربه نور صاعقه در B و A همزمان ميباشد ، هر چند كه با اختلاف زماني دريافت شده باشند ، يعني رويت نور دو صاعقه هم زمان نباشد . كه در اين صورت با توجه به اثر دوپلر براي طول موج نور ، دو حادثه ( همان مثال دو برخورد صاعقه بر نقاط A و B ) كه با مقايسه نسبت به خاكريز راهآهن همزمان هستند ، براي قطار نيز همزمان خواهند بود !
اما حالت ديگري هم وجود دارد و آن اينكه صاعقه به طور همزمان با دو نقطه A و B واقع در روي قطار تصادم داشته باشد كه در اين حالت نقاط برخورد صاعقه بشدت داغ شده و خودشان مولد نور خواهند شد و چون اين دو منبع نور به همراه ناظر واقع در نقطه 'M در حال حركت بوده و نسبت به هم ساكن هستند ، ناظر واقع در نقطه 'M متوجه اختلافي در طيفهاي رسيده نخواهد شد ، بلكه فقط متوجه اختلاف زماني در رويت نورها شده كه در اين وضعيت بخصوص همان ايراد قبلي ، اين بار براي ناظر واقع بر نقطه M در روي خاكريز خط آهن مطرح خواهد شد .
پس ميتوان به دو نتيجه كلي دست يافت كه درست برعكس نظريه نسبيت خاص است و آن اينكه :
1- حادثههايي كه با مقايسه نسبت به خاكريز همزمان هستند با لحاظ اثر دوپلر در طول موج نور ، نسبت به قطار متحرك نيز همزمان خواهند بود و بالعكس .
2- حادثههايي كه به صورت همزمان در يك دستگاه لخت ( البته متحرك ) روي ميدهند ، براي ناظران حاضر در خود اين دستگاه همزمان نخواهند بود و چنين به نظر ميرسد كه فعلا هيچ راهي براي تشخيص همزماني آنها وجود نداشته باشد .
توضيحات تكميلي :
ناظر واقع در وسط قطار متحرك ( نقطه 'M ) دو پرتو نور دريافت ميكند كه همزمان از طرف خاكريز به او نرسيدهاند . ولي پرتويي كه از روبرو رسيده ، طول موج كوتاهتر و فركانس بيشتري دارد و پرتويي كه از عقب رسيده است طول موج بلندتر و فركانس كمتري خواهد داشت . ناظر با استفاده از فرمولهاي زیر به طول موج و فركانس اصلي دو منبع نور ميرسد :
λ طول موج و f فركانس دو منبع نور ، λ1 و λ2 طول موجها و f1 و f2 فركانسهاي دریافتی ناظر از جلو و عقب ، v سرعت قطار یا ناظر نسبت به خاكریز و c سرعت نور است . در رابطه با مطالب اين مبحث به صورت تجربي برابري هاي زير برقرار هستند :
با مشخص شدن فركانس اوليه دو منبع نور و با استفاده از فرمول زير :
ناظر ميتواند سرعت نزديك شدن و يا دور شدن خود از دو منبع نور را پيدا كند . اگر این سرعت بدست آمده با سرعت حركت خود ناظر و یا قطار مساوی باشد مسلما دو روی داد همزمان خواهند بود هرچند كه با اختلاف زمانی رویت شده باشند .
به طور مثال سفینه ای را فرض كنید كه با سرعت 100.000 كیلومتر در ثانیه در منظومه شمسی در حال حركت است و سرنشینان آن دو فركانس 7.071GHZ و 14.1421GHZ را از عقب و جلو دریافت می كنند . اینك میتوانند فركانس منابع را با فرمول ارایه شده در این مبحث محاسبه كنند كه معادل 10GHZ خواهد بود . راه ساده قرار دادن فركانسها و سرعت سفینه در معادلات فوق است كه اگر تساویها برقرار بودند مسلما روی دادها همزمان نیز خواهند بود یعنی :
اما نكته بسيار مهم و قابل توجه اين است كه طبق يافتههاي لورنتس و فيتز جرالد ، با سرعت خود قطار ، زمان كند شده و متر ناظر نیز كوتاه ميشود و اين دليل مهم براي ناهمزماني مابين خاكريز و قطار است نه فاصله زماني در رويت دو پرتو نور ارسالي .
طرح اين ايراد كلي در نظريه نسبيت خاص منجر به طرح ايرادهای مهم ديگري خواهد شد كه در آينده به آن اشاره خواهيم كرد .
محمدرضا طباطبايي 18/12/86
http://www.ki2100.com/physics/einstein.htm
