قوانین نسبیت انیشتن :
اینیشتن این فرض ساده را مطرح کرد که قانون های فیزیک و به ویژه سرعت نور بایستی که برای همه ناظرانی که یکنواخت حرکت می کنند ،یکسان باشد .برای این که ببینید چرا دو رویداد را درون یک هواپیمای جت ،در یک نقطه اما در دو زمان مختلف ،تجسم می کنید . کافیست بدانید برای یک ناظر درون جت ،مسافت میان دو رویداد صفر است ولی برای ناظر روی زمین ،دو رویداد به اندازه مسافتی که جت بین دو رویداد سفر کرده ،از هم جدا هستند.
این نشان می دهد که دو ناظر که نسبت به هم در حرکت هستند ،در مورد مسافت میان دو رویداد توافق ندارند.از آن جا که سرعت برابر است با مسافت پیموده شده بخش بر زمان پیمایش ،پس اگر آن ها روی سرعت پیمایش تپ توافق داشته باشند ،سرعت نور ،آنان در مورد مدت زمان پیمایش میان تابش و دریافت توافق نخواهند داشت.
آنچه این را عجیب می کند این است که ،هر چند دو ناظر زمان های متفاوتی را اندازه گیری می کنند ،آنان واقعیت فیزیکی یکسانی را شاهد هستند .نتیجه گیری منطقی انیشتین از این رخ داد این بود که ،اندازه گرفته شده از مدت زمان ،همانند اندازه گیری مسافت پیموده شده ،بستگی به ناظری دارد که اندازه گیری را انجام داده است .این تاثیر یکی از کلیدهای رساله انیشتن به نام نسبیت ویژه شد.
اگر ما فرض کنیم که دو ناظر به ساعت نگاه می کرده اند. نسبیت ویژه می گوید ،ساعت از دید ناظری که نسبت به آن ساکن است ،سریع تر کار می کند .و از دید ناظرانی که نسبت به ساعت ساکن نیستند ،ساعت کند تر کار می کند.
کارهای انیشتن نشان داد که همانند، مفهوم سکون ،آن گونه که نیوتن می پنداشت ،زمان نمی تواند مطلق باشد .به عبارت دیگر امکان ندارد بتوان برای هر رویداد زمان ویژه ای داد که همه ناظران با آن توافق داشته باشند.
برپایه کار اینیشتن ،فیزیکدانان متوجه شدند برای این خواسته که سرعت نور در همه چارچوب های تئوری الکتریک و مغناطیس ماکسول یکسان باشد ،زمان را نباید جدا از سه بعد فضا پنداشت .یعنی زمان وفضا در هم تنیده اند.فیزیکدانان این را ازدواج فضا و زمان یا (فضا-زمان ) می خوانند و از آن جا که فضا –زمان ،شامل یک جهت چهارم می شود.آنان آن را بعد چهارم می خوانند.جهت زمان نیز بستگی بسیار به سرعت ناظر دارد.ناظرانی که با سرعت های مختلف حرکت می کنند ،برای زمان درون فضا –زمان جهت های مختلفی را برمی گزینند.
تئوری نسبیت ویژه اینیشتن ،یک مدل نوین بود که مفهوم های زمان مطلق و سکون مطلق (یعنی سکون نسبت به اتر ثابت) را رد کرد .اما اینیشتن دریافت که برای سازگار کردن گرانش با نسبیت ،تغییر دیگری هم لازم است .بر پایه تئوری گرانش نیوتن ،در هر زمان معین ،جسم ها نسبت به یکدیگر با نیرویی که بستگی به فاصله آن ها از یکدیگر در همان زمان دارد ،ربایش دارند. اما تئوری نسبیت مفهوم زمان مطلق را منسوخ کرده ،بنابراین هیچ راهی برای تعریف این که کی می توان فاصله میان دو توده را اندازه گیری کرد وجود ندارد.پس تئوری گرانش نیوتن با نسبیت ویژه سازگار نیست و باید اصلاح شود.
یازده سال بعد انیشتن ،تئوری نوینی از گرانش را به وجود آورد که آن را نسبیت کلی خواند .مفهوم گرانش در نسبیت کلی به هیچ وجه شبیه گرانش نیوتن نیست . بلکه بر پایه این پیشنهاد انقلابی است که فضا – زمان ،آن گونه که پیشتر پنداشته می شد ،تخت نیست و در اثر توده و انرژی درون آن خمیده شده است.برای مثال بر رویه زمین ( دوبعدی ) کوتاه ترین مسافت میان دو نقطه که می دانیم طبق هندسه اقلیدسی یک خط است ،مسیری است که دو نقطه را در امتداد چیزی که دایره بزرگ خوانده می شود ،پیوند می دهد.(دایره بزرگ ،دایره ای بر رویه کره زمین است که مرکز آن با مرکز کره زمین یکی است )
بر پایه قانون های حرکت نیوتن ،جسم هایی مانند گلوله های توپ یا سیاره ها ،در مسیر سر راست حرکت می کنند .مگر این که نیرویی مانند گرانش بر آن ها وارد آید . ولی گرانش در تئوری اینیشتن ،نیرویی همانند نیروهای دیگر نیست ،بلکه پیامد این واقعیت است که توده فضا – زمان را خمیده می کند . در تئوری اینیشتن ،جسم ها در راستای کوتاه ترین مسیر میان دو نقطه حرکت می کنند .که نزدیک ترین چیز به خط راست در یک فضا خمیده است .خط ها نزدیک ترین مسیر بر رویه های تخت هستند و دایره های بزرگ بر رویه کره زمین .در غیاب ماده ،کوتاه ترین مسیر در فضا – زمان چهار بعدی ،در پیوند با خط راست در فضا سه بعدی است .ولی هنگامی که ماده وجود داشته باشد ،که فضا – زمان را خمیده می کند ،مسیر جسم ها در فضا سه بعدی مربوط به آن ها ،به همان گونه خمیده می شود که در تئوری نیوتنی به وسیله ربایش گرانشی توصیف شده است .وقتی فضا – زمان تخت نباشد ،مسیر جسم ها به دید خمیده می آیند و این وانمود می کند که نیرویی بر آن ها وارد شده است.
تئوری نسبیت کلی اینیشتن ،هنگامی که گرانش وجود نداشته باشد ،نسبیت ویژه را بازتولید و تقریبا همان پیشگویی های تئوری گرانش نیوتن را در پیرامون گرانش کم توان سامانه خورشیدی ما می کند البته نه به طور کامل.همچنین اثرات تازه ای مانند موج های گرانشی و سیاه چاله ها را پیش گویی می کند.
تئوری الکترومغناطیس ماکسول و تئوری گرانش نسبیت کلی اینیشتن، گر چه هر دو فیزیک را دگرگون کرده اند اما همانند فیزیک نیوتن ،تئوری کلاسیک هستند . یعنی این ها مدل هایی هستند که در آن ها کیهان تنها یک تاریخ دارد.
