اینشتین در سال 1919 نسبیت عام خود را مطرح ساخت و به اوج شهرت و اعتبار رسید . همانطور که می دانیم اینشتین در سال 1919 حدود چهل سال سن داشت . اینشتین در نسبیت خاص از معادلات نسبیتا" ساده و قابل فهم استفاده کرد که درک آن ها را نسبتا" ساده می کند . ولی در سال 1919 وقتی که نسبیت عام پای به عرصه ی وجود گذاشت به همراهش معادلات ریاضی پیچیده ای را داشت که درک آن ها برای هر انسان معمولی چندان ساده نیست . البته امروزه دانشمندان نیز با بعضی از معادلات آن انس چندانی ندارند . این نظریه بیشتر در مورد گرانش بحث می کند .

در کل این نظریه به همراه مکانیک کوانتوم که توسط چند دانشمند تدوین شده است ، دو نظریه انقلابی در فیزیک نوین هستند .

 همانطور که از نام این دو نظریه یعنی نسبیت خاص و نسبیت عام مشخص می شود ، از ریشه ی نسبی گرفته شده اند، این ریشه بدان معنا است که واحد ها در فیزیک نسبی اند ؛ به عبارت دیگر به ناظر بستگی دارد.

در این مقاله سعی داریم در مورد سرعت های بالا مثلا" سرعت نور بحث کنیم .

 می دانیم که واحدهایی هم چون طول و جرم و زمان در نسبیت نسبت به چارچوب سنجیده می شود . هرچند که این واحد ها در مکانیک کلاسیک مطلق محسوب می شدند ، در واقع در این تئوری چارچوب ها نیز مطلق فرض می شدند و چارچوب هایی همچون چارچوب های متحرک در سرعت های بالا در نظر گرفته نمی شود  همانطور گفتیم در نسبیت این واحد ها در نسبیت نسبت به چارچوب موجود سنجیده می شوند .

 در نسبیت اتساع زمان و انقباض طول از اصول کلی هستند . البته گفتنی است  افزایش جرم در چارچوب متحرک نیز یکی از نتایج نسبیت است . 

براساس قوانین سرعت نور حد سرعت ها است و هیچ سرعتی نمی تواند فراتر از آن رود زیرا در این صورت جرم به سوی بی نهایت میل می کند .

البته براساس نظریه CPH همه چیز از ذراتی به نام CPH  ساخته شدند و این ذراتی با سرعتی فراتر از سرعت نور حرکت می کند و این مطلبی بر خلاف قوانین نسبیت است . براساس نسبیت هیچ جسمی قادر نیست از سرعت فوتون های نور فراتر رود . این سرعت برابر 300000 کیلومتر بر ثانیه است . دلیل اینکه فوتون ها این امکان را دارند که با این سرعت حرکت کنند این است که جرم سکون آنها برابر صفر است ، این بدان معنا است که اجسامی همچون ساجمه دارای جرم سکون صفر نیستند نمی توانند به سرعت نور حرکت کند . نسبیت پیش بینی می کند که اگر جرمی با جرم سکون غیر صفر به سرعت نور شتاب داده شود آنگاه جرمش برابر بی نهایت می شود .

برای درک بهتر این مطالب به مثال های زیر توجه کنید :

هرگاه جسمی دارای 1000 کیلوگرم جرم باشد و تا 80 %   سرعت نور شتاب داده شود آنگاه جرمش در حدود 67/1666 کیلو گرم خواهد بود . اگر سرعت آن تا 85 %  سرعت نور شتاب داده شود جرمی در حدود 82/1889 کیلوگرم خواهد داشت . اگر همین جسم تا 90 %  سرعت نور شتاب داده شود آنگاه جرمش در حدود 16/2294 کیلوگرم خواهد بود . اگر تا 95 %   سرعت نور شتاب داده شود جرمش در حدود 28/3162 کیلو گرم خواهد بود . اگر تا 99 %   سرعت نور شتاب داده شود جرمی در حدود 07/7071 کیلو گرم خواهد داشت . حال اگر تا حدود 99/999 %   سرعت نور شتاب داده شود جرمی در حدود 224 تن خواهد داشت و اگر سرعتش با سرعت نور یکی شود آنگاه جرمش به سوی بی نهایت میل می کند ؛ زیرا در مخرج کسر صفر قرار می گیرد در نتیجه کسر تعریف نشده خواهد بود .

این اطلاعات در جدول زیر قابل مشاهده است .

حال به بحث اتساع زمان می پردازیم

چیز دیگری که اینشتین را از نیوتن مجزا می کند این است که اینشتن زمان را نسبت به چارچوب می سنجید ولی نیوتن زمان را مطلق می دانست و  این بدان معنا است که زمان در همه ی چارچوب ها یکسان است .  یکی دیگر از نتایج اساسی نسبیت موضوعی است که اتساع زمان نام دارد . اتساع زمان بر این موضوع دلالت دارد که در چارچوب های متحرک زمان کندتر از چارچوب های ثابت می گذرد . برای درک این موضوع بهتر است به توضیحات بیشتری تکیه کنیم ، فرض کنیم شما در فضا پیمایی هستید که با سرعتی نزدیک به سرعت نور در حال حرکت است . اگر شما با زمین در ارتباط باشید می توانید به این موضوع پی ببرید زمان در فضاپیمای شما کندتر از زمین میگذرد .

 برای پی بردن به این موضوع به این مثال توجه کنید. نخست دو ساعت کاملا" مشابه تهیه میکنیم . سپس دو آینه که با هم موازی هستند ، یکی را در چارچوبی متحرک و دیگری را در چارچوب ساکن قرار می دهیم . اگر فاصله دو آینه را x در نظر بگیریم و سپس پرتویی از آینه ی یک به آینه ی دو بتابانیم و پس از برخورد بازگردد آن گاه زمان رفت و برگشت برابر t خواهد بود که از این فرمول محاسبه می شود . t = 2x/c   در این فرمول c سرعت نور است.

حال به سراغ چارچوب متحرک می رویم . چون این چارچوب حرکت می کند پس متناوبا" آینه ها نیز در حال حرکت هستند و پرتوی نوری که آینه ی یک را ترک گفت باید مسیری شکسته و بلند تر را برای رفت و برگشت طی کند ، پس در فرمول بالا t  کوچکتر می شود و این بدان معنا است که زمان کندتر شده است . در واقع زمان در چارچوب متحرک سریعتر کندتر از چارچوب ثابت می گذرد هرچند که در چارچوب های فعلی با این سرعت های ناچیز این اتساع بسیار کم است هرچند که دانشمندان با ساعت های اتمی بسیار دقیق این کندی را اندازه گرفته اند .  ولی در سرعت های بالا قابل مشاهده است مثلا اگر جرمی بتواند با سرعت 99/9 %  سرعت نور حرکت کند زمان برایش بیست و دو بار از ناظر زمینی کندتر می گذرد ، در واقع 22 ثانیه بر روی زمین معادل یک ثانیه برای اوست . برای توضیح بهتر اتساع زمان از پارادوکس دوقلوها استفاده می شود . این پارادوکس می گوید که دو برادر دوقلو در سن بیست سالگی بوده اند یکی از آنها با فضاپیمایی که سرعتی نزدیک به سرعت نور دارد به فضا می رود سفر این فضا پیما 70 سال زمینی به طول می انجامد و وقتی که این فضا پیما بر می گردد برادر دوم که در روی زمین بوده 90 سال سن دارد در حالی که برادر اول که با فضاپیما به سفر پرداخته تنها 29 سال دارد .

یکی دیگر از نتایج عجیب نسبیت انقباض طول است .

این انقباض به انقباض لورنتس – جرالد معروف است ، این نتیجه را می توان حاصل اتساع زمان دانست. این نتیجه ی اعجاب انگیز می گوید که در سرعت های بالا طول اجسام کاهش می یابد .

برای ثبات این موضوع جالب دو خط کش به طول x تصور کنید که یکی در چارچوب ساکن قرار دارد و دیگری در چارچوب متحرک . هرگاه پرتوی نوری را از یک سر خط کش به سر دیگر آن که آینه ای در آن قرار دارد بتابانیم طول خط کش برابر زمان رفت و برگشت نورد در سرعتش است . یعنی x = t.v

ولی در چارچوب متحرک ما که خط کش در آن قرار دارد طول خط کش کاهش می یابد زیرا  بر طبق قاعده ی اتساع زمان زمان در چارچوب های متحرک زمان کندتر می گذرد پس وقتی که زمان کمتری در همان سرعت ضرب شود طول کاهش می شود .

مثالی که برای انقباض لورنتس – جرالد وجود دارد ، قضیه ی فضا پیما ها است ؛ می گویند فضاپیمایی که در حالت عادی 70 متر طول دارد زمانی که با سرعتی در نزدیکی به سرعت نور حرکت کند از دید ناظر در حدود 10 متر به نظر می رسد . به گفته لورنتس علت این پدیده این است که  نیروی الکترومغناطیسی در اتم ها در سرعت های بالا تغییر می یابد .

شاید تمام چیزهای که تا کنون گفته شد در نسبیت مهم به نظر بیایند اما چیزی که باعث شهرت زیاد نسبیت شد معادله ی هم ارزی جرم و انرژی است که به صورت زیر نمایش داده می شود .

شاید این فرمول یکی از مهم ترین فرمول های فیزیک نوین باشد . در این فرمول E معادل انرژی است و m جرم جسم است ، همچنین در این فرمول  c²مجذور سرعت نور است . این فرمول بیان می دارد که انرژی و جرم هم ارزند و در واقع قابل تبدیل به یک دیگر هستند .

این فرمول اساس کار نیروگاه ها و رآکتورهای اتمی است که در آن ها اتم های اورانیم 235 به وسیله ی یک نوترون کند شکافته می شود و انرژی عظیمی تولید می شود در واقع ماده شکافته شده و تولید انرژی می کند .

در واکنش های همجوشی نیز چهار اتم هیدروژن به هم می پیوندند و یک اتم هلیم می سازند و در طی این فرایند انرژی عظیمی آزاد می شود . این واکنش ها فقط در سطح خورشید و دیگر ستاره ها مشاهده می شوند و هنوز چنین رآکتوری در روی زمین به وجود نیامده است .

البته شاید این فرمول از جهاتی باعث تنفر بعضی از مردم جهان از اینشتین باشد ، زیرا بر پایه همین فرمول مخرب ترین سلاح کشتار جمعی ساخته شد ، این سلاح بمب اتم نام دارد که در آن با واکنش های زنجیره ای زیاد شکافت انرژی هنگفتی آزاد می شود و باعث تخریب شهری می شود و همچنین بر روی نسل انسان های بعد تأثیر منفی می گذارد .

در هر صورت هر چه که باشد اینشتین خدمتی غیر قابل وصف به فیزیک و علوم وابسته ی به فیزیک کرد . هرچند که ما می دانیم او شخصا" فردی صلح طلب بود و با جنگ مخالف بود . همانطور که او می گوید : مشکل انسان ها بمب اتم نیست بلکه مشکل آنها قلبشان است .

تلاش های او باعث شد که اجرامی به نام سیاهچاله کشف شوند . تلاش های او باعث شد تا ما به طور آشکار ماهیت گرانش را درک کنیم .

به هر حال ما در این مقاله چند مورد از عجایب نسبیت را که در ذهن هر انسان عجیب و غریب به نظر می آیند گفتیم و توضیح دادیم . نسبیت دریچه ی تازه ای به افق های دوردست فیزیک است .