معنای نسبیت زمان نزد انیشتین

اینشتین به عنوان اصل پذیرفته بود که: نمی توان در عالم جسمی را به عنوان ساکن مشخص کرد. اما اینکه تنوع حرکات، موجب پیدایش اجسام متنوع و مختلف است، حرفی نیست که اختصاص به او داشته باشد؛ دیگران در گذشته قبل از اینشتین آن را متذکر شده اند. او می گوید: امتداد زمانی از امتداد مکانی انفکاک ندارد و حجم عالم طبیعت از چهار بعد به وجود آمده است: سه بعد معروف (طول و عرض و ارتفاع) و بعد چهارم زمان است.
نیوتون زمان را به سیالی تشبیه کرد که به طور یکنواخت جریان دارد، بدون آنکه رابطه ای با اشیای خارجی داشته باشد. از دیدگاه او لحظات این زمان مطلق رشته ای شبیه نقاط یک خط مستقیم تشکیل می دهند و آن اساسی که این لحظات دنبال یکدیگر می آیند مستقل از تمام حوادث است؛ اما حوادث، هر یک برخی از این لحظات را اشغال می کنند. این عقیده نیوتن که زمان مطلق، مستقل از آنچه در جهان رخ می دهد وجود دارد، حتی مورد انتقاد معاصرین او از جمله لایب نیتس قرار گرفت. لایب نیتس معتقد بود که حوادث اساسی ترند و لحظات مفاهیم انتزاعی هستند، یعنی مجموعه هایی از حوادث همزمان. ما زمان را از حوادث انتزاع می کنیم و زمان در حقیقت معرف ترتیبی است که حوادث رخ می دهند.
اینشتین فرض وجود زمان مطلق را رد کرد و نقطه شروع تحقیقاتش این بود که می خواست نظریه الکترومغناطیسی ماکسول را با بقیه قضایای فیزیکی که مبتنی بر مکانیک نیوتن بود آشتی دهد.
نیوتون در کتاب اصولش گفته است که: حرکات اجسام در یک فضای معین یکی است، خواه این فضا ساکن باشد خواه در حرکت یکنواخت. یعنی آزمایش های مکانیکی محض باید همواره یک نتیجه بدهند، چه در آزمایشگاهی ساکن روی زمین انجام شوند و چه در یک کشتی که حرکت یکنواخت دارد؛ مثلا سنگی که از دست رها می شود در هر دو دستگاه یک شتاب دارد. این مطلب که یکی از اصول نسبیت است با تئوری ماکسول سازگار نبود؛ چه طبق نظریه ماکسول به وسیله یک آزمایش الکتریکی یا نوری میتوان بین این دو نوع تمایز قائل شد. فلهذا اینشتین گفت: نه تنها قوانین مکانیک بلکه حتی قوانین الکترو مغناطیسی (که حاکم بر پدیده های نوری و الکتریکی هستند) هم باید برای تمام ناظرهایی که نسبت به هم حرکت یکنواخت دارند یکی باشد و از جمله سرعت نور باید برای تمامی این ناظرها برابر باشد.
اینشتین در تحلیلی که از حرکت کرد به این نتیجه رسید که: اندازه گیری زمان بستگی به مفهوم همزمانی دارد و به نظر او تمام قضایایی که در آنها زمان سهمی دارد همواره قضایایی درباره حوادث همزمان هستند؛ مثلا وقتی می گوییم قطار در ساعت 6 به اینجا میرسد منظور ما اینست که رسیدن عقربه کوچک ساعت در مقابل شماره 6 و رسیدن قطار به ایستگاه، همزمان هستند. فعلیهذا همزمانی امری است نسبی.
اینشتین به این نتیجه رسید که: اگر فاصله یک شیء خارجی تا ناظر معلوم باشد و سرعت علامتی که آن شیء را با ناظر مربوط می کند (صورت و یا نور و یا امواج الکترو مغناطیسی) نیز معلوم باشد، در این صورت میتوان زمان وقوع یک حادثه را حساب کرد؛ اما محاسبه برای هر ناظری یگانه خواهد بود و برای ناظرهای مختلف، متفاوت است.
قبلا چنین فکر میشد که اگر از روی مشاهده یک حادثه، زمان وقوع آن را حساب کنیم، تمامی حوادث را می توان به صورت یک رشته زمانی واحد مرتب کرد و بالنتیجه تمام ناظرها برای زمان وقوع هر حادثه یک نتیجه عددی واحد به دست می آورند؛ او این مطلب را رد کرد و گفت: چنانچه بین حوادث خارجی و ناظر هیچ ارتباط آنی وجود نداشته باشد سریع ترین وسیله ارتباط که امواج الکترو مغناطیسی (نوری) است، این امواج سرعتشان نسبت به تمام ناظرهایی که حرکت یکنواخت دارند یکی است و اما ناظرهایی که نسبت به هم در حرکت می باشند به زمان وقوع حوادث، اعداد مختلفی را نسبت می دهند.
و چند قضیه استنتاج کرد:
اول: اینکه یک ساعت که نسبت به یک ناظر در حرکت است، نسبت به ساعتی مشابه که برای آن ناظر ساکن است کندتر کار می کند. (این قضیه به اتساع زمان موسوم شده است.) از نظر او اتساع زمان پدیده ایست ناشی از عمل اندازه گیری.
دوم: آنکه قوانین نیوتنی حرکت که قبلا بعنوان پایه های فیزیک تلقی می شدند، باید تغییر کنند. از جمله جرم یک جسم که قبلا به نظر می آمد مستقل از حرکتش باشد باید با حرکتش زیاد شود؛ و در نتیجه یک نیروی معین، وقتی که سرعت جسم افزایش می یابد، تأثیر کمتری در تغییر سرعت آن می گذارد و در نتیجه هیچ ذره ای نمی تواند سرعت نور را کسب کند و اگر ساعتی می توانست با سرعت نور حرکت کند همواره یک زمان را نشان میداد.
سوم: آنکه طول ها در جهت حرکت کوتاه می شوند. یعنی اگر ما نسبت به یک خط کش در حرکت باشیم، طولی که توسط اندازه گیری برای آن بدست می آوریم کوتاه تر است از طولی که در صورت سکون خط کش به دست می آوریم. این کوتاه شدن طول ها نیز ناشی از عمل اندازه گیری است.
در زمان حاضر شواهد تجربی برای پدیده های اتساع زمان و کوتاه شدن طول ها وجود دارد. در نسبیت خاص، برای هر ناظر یک زمان مخصوص تعریف می کنند. زمان مخصوص هر ناظر زمانی است که ساعت همراه او نشان می دهد. ضمنا هر ناظر به هر حادثه ای که در جای دیگر اتفاق افتد، یک زمان مختص به او نسبت می دهد که میتواند آن را از روی اطلاعاتی که درباره محل وقوع حادثه دارد و سرعت علامتی که او را با آن حادثه مربوط می کند حساب نماید. برای حوادث محلی زمان مختص به آنها با زمان مخصوص به ناظر یکی است. از دیدگاه یک ناظر، تمام حوادثی که یک زمان مختص به آنها دارد، یک حالت لحظه ای جهان را مشخص می کند. پس در حالی که برای نیوتون زمان مستقل از جهان بود، برای اینشتین جنبه ای از رابطه بین این جهان و ناظر است.
از دیدگاه نسبیت خاص، نه تنها فاصله زمانی بین دو حادثه بستگی به ناظر دارد بلکه حتی ترتیب زمانی آنها (از لحاظ تقدم و تأخر) نیز بستگی به ناظر دارد. اما در اینجا نیز نشان می دهند که برای حوادثی که رابطه علت و معلولی دارند، ترتیب وقوع آنها به هم نمی خورد.