اقدامات منیکوسکی بر روی نظریه نسبیت انیشتین

بعد از ارائه نظریه نسبیت خاص توسط اینشتین در 1905 میلادی، مینکوسکی مقداری کار ریاضی روی این نظریه انجام داد (1908).
حرف مینکوسکی به طور خلاصه این بود که: هیچکس هیچ وقت مکانی را در نظر نگرفته است مگر برای زمانی خاص، و بالعکس. از این لحاظ او به جای زمان و مکان، مفهوم فضا و زمان و به اصطلاح معروف جایگاه را به کار برد. قبل از نسبیت چه فاصله زمانی بین دو حادثه و چه فاصله مکانی بین آنها، از دیدگاه همه ناظرها یکسان بود، ولی از دیدگاه نسبیت هر یک از این دو بستگی به ناظر دارد؛ اما ترکیبی از آنها را می توان در نظر گرفت که از دیدگاه همه ناظرها یکی است. فلهذا مینکوسکی گفت: از این به بعد مکان به تنهائی یا زمان به تنهائی محو می شوند؛ و تنها نوعی از ترکیب آنها به عنوان واقعیت مستقل باقی می ماند.

اینشتین پس از کار مینکوسکی به این نتیجه رسید که دنیای خارجی فیزیکی یک دنیای چهار بعدی است، و تفکیک آن به فضای سه بعدی و زمان یک بعدی، برای تمام ناظرها یکسان نیست. و بنابراین گفت: بنظر می رسد طبیعی تر باشد واقعیت فیزیکی را به صورت یک وجود چهار بعدی در نظر بگیریم، تا تحول یک وجود سه بعدی. فضای مینکوسکی از لحاظ ریاضی یک فضای خاص بشمار می رود، نه اینکه فضا به معنای معمولی آن واقعا چهار بعدی باشد و یا زمان شکلی از فضا باشد. محصل نظریه نسبیت این است که خواص زمان و فضا بهم آمیخته و مربوط اند، و شکل های جداگانه از هر یک را بهیچ وجه نمی توان ارائه داد. باری اینشتین نظریه نسبیت خاص و نسبیت عام را مطرح کرده است. نسبیت خاص در حرکات یکنواخت، أعم از مستقیم الخط و منحنی شکل مطرح است؛ و ناظرهائی را که نسبت به هم حرکت یکنواخت دارند به هم مربوط می کند. و نسبیت عام، هر دو ناظری را به هم مربوط می کند چه نسبت به هم شتاب داشته باشند و چه نداشته باشند.

نسبیت خاص بر اساس دو فرضیه بنا شده است:
اول: آنکه قوانین فیزیک نسبت به تمام ناظرهائی که در حرکت یکنواخت (یعنی سرعت ثابت)، نسبت به یکدیگر هستند یک شکل دارند.
دوم: آنکه سرعت نور در خلأ نسبت به تمام ناظرهائی که در حرکت یکنواخت نسبت به یکدیگر هستند یکی است. نسبیت عام بر اساس چند قاعده قرار گرفته است که هنوز بعضی از آنها فرض است و ثبوت علمی ندارد مانند عمومیت حرکت، قانون جاذبیت عمومی اجسام، ثبات سرعت نور. البته قانون جاذبیت عمومی اجسام در نسبیت عام به صورتی که در مکانیک نیوتنی مطرح بود مورد نظر نیست، بلکه در آنجا ثقل (جاذبه) جلوه ای از هندسه فضاست. (یعنی آثار ثقلی ناشی از خواص فضا زمان هستند) و کسب جسم متکی بر جسم متحرک سرعت آن را، چیزی نیست که مخصوص نسبیت خاص بوده باشد، در مکانیک نیوتنی هم موجود است منتهی الامر تفصیل آن در این دو مورد متفاوت است.

اصل نسبیت را بعضی از علمای قبل از اینشتین نیز مطرح کردند:
لورنتز بعضی از نتائج ریاضی نظریه نسبیت را قبل از اینشتین بدست آورده بود، اما تعبیر او از این نتائج با تعبیری که بعدا اینشتین ارائه داد تفاوت کامل دارد. پوانکاره اصل نسبیت را که همان فرض اول نظریه نسبیت خاص می باشد، قبل از اینشتین مطرح کرد. ولی این فرض به تنهائی کافی نیست، و واقعا امتیاز ارائه نظریه نسبیت خاص از آن اینشتین است که در حرکات یکنواخت اعم از مستقیم و دوری مطرح شد. و البته در نسبیت عام نیز حرکات مستقیم الخط چه یکنواخت و چه غیر یکنواخت مطرح هستند.
مینکوسکی قبل از اینشتین کلامی درباره نسبیت نگفته است، اما بعد از ارایه نظریۀ نسبیت خاص توسط اینشتین، او قالب ریاضی جالبی برای بیان نسبیت خاص ارائه داد. اساس نسبیت بر حرکت است، و اگر فضا و عالم طبع ساکن بودند و حرکتی نداشتند نظریه نسبیت موردی نداشت. در نزد اینشتین و سائر دانشمندان قائل به نسبیت، ماده و افعال ماده همه متحرکند و همه از قبیل میدان ثقلی (جاذبه) و میدان الکترومغناطیسی هستند. و چون خبر حوادث و مکان و حیز (جایگاه) آنها را برای ما نور و یا صورت می آورند، و خود آنها زمانی را فرا می گیرند (نور سیصد هزار کیلومتر در ثانیه و صوت سیصد و سی و یک متر در ثانیه) و علاوه بر این خود اجسام نیز در حرکتند، لهذا ما بهیچ وجه زمان وقوع حادثه را بطور عام و کلی نمی توانیم بدست آوریم. طبق نظریه نسبیت خاص، زمانی که به این طریق بدست می آید، برای ناظرهای مختلف که نسبت به هم در حرکتند متفاوت است. ما فقط می توانیم زمان وقوع حادثه را نسبت به ناظر خاص به طور دقیق بدست آوریم. مثلا ما در اینجا می بینیم که خورشید طلوع کرده است، می گوئیم حالا طلوع کرد. در حالیکه وقتی ما طلوع آن را می بینیم طلوع نکرده است، و محل آن در افق، جائی را که ما می بینیم نمی باشد؛ چون فاصله آن تا زمین در حدود 150 میلیون کیلومتر است و هشت دقیقه و سیزده ثانیه طول می کشد تا نورش به زمین برسد. و ما منظره طلوع آن را پس از این مدت که واقعا طلوع کرده است می بینیم، و مکان آن بدین مقدار که از افق بالا آمده است، و نیز منظره غروب آن را پس از این مدت که غروب کرده است و در زیر افق پنهان شده است می بینیم. یعنی خورشید هشت دقیقه و سیزده ثانیه است که غروب کرده ولی ما آن را در افق می بینیم که در آستانه غروب کردن است و پیوسته به افق نزدیک می شود. و چون نور ماه یک ثانیه و یک پنجم ثانیه طول می کشد تا به زمین برسد، طلوع آن را به این مدت بعد از طلوع واقعی آن و غروب آن را به این مدت بعد از غروب واقعی آن مشاهده می کنیم.
و پیوسته در سراسر روز محل خورشید را جلوتر از محل واقعی آن در افق می بینیم. و محل ماه را در سراسر شب جلوتر از محل واقعی آن می نگریم. و نور ستارگان دیگری که بعضی از آنها بیست و چهار ساعت طول می کشد تا به زمین برسد، بعد از گردش زمین می بینیم. و بعضی از آنها که یک سال طول می کشد بعد از سیصد و شصت و پنج دور گردش زمین به دور خود در حرکت وضعی، مشاهده می نمائیم. و چه بسا ستارگانی که مبدأ طلوعشان روز بوده و چون نور آنها به زمین برسد شب است. و چه بسیار از ستارگانی که مبدأ طلوعشان شب بوده و چون نورشان به زمین برسد روز است. و علاوه بر زمانی که طول می کشد تا نورشان به زمین برسد، در خود این مدت نیز خود آنها در حرکت هستند و یا به زمین نزدیک می شوند و یا دور می گردند، و نیز خود زمین در این مدت در حرکت است یا به آنها نزدیک می شود و یا دور، پس برای رصد کردن ستارگان به نحو تحقیق باید مبنای محاسبه را برای خصوص ما که ناظریم قرار دهیم؛ این رصدها برای ما و نسبت به ما که از زمین رصد می کنیم می باشد، و مثلا برای کسانی که بخواهند از کرات دیگر رصد کنند یا آن کسی که بخواهد زمین را از آن ستاره رصد کند تفاوت دارد، و حتی برای ناظرهای مختلف در روی زمین که نسبت به هم در حرکتند متفاوت است. با همه این احوال از نقطه نظر مسأله نسبیت این فاصله ها فرق دارد؛ فاصلۀ خورشید چنانکه گفته شد هشت دقیقه و سیزده ثانیه است تا زمین، اما این زمان غیر از زمانی است که بین غروب آفتاب و مغرب و یا طلوع واقعی و طلوع ظاهری آن طول می کشد. و این تفاوت ناشی از نسبیت خاص زمانی می باشد. و همین مطلب در مورد ماه و ستارگان هم صادق است.
و بنابر آنچه گفته شد، چون اولا تمام موجودات در حرکت هستند و در تعیین موضع و موقف آنها زمان دخالت دارد، چون مسافت جسم متحرک در حرکت های یکنواخت مساوی است با سرعت آن ضرب در زمان و زمان عبارت است از حاصل قسمت مسافت بر سرعت حرکت، می توان زمان را در تعیین ابعاد اجسام دخالت داد و آن را بعد چهارم به حساب آورد. و ثانیا زمان هم مانند مکان می تواند نسبی بوده باشد، و نسبت به اشخاص مختلف و امکنه متفاوت مختلف شود.
اینشتین می گوید: مکان و زمان دو ظرف مستقل برای موجودات مادی نیستند بلکه دو صفت از صفات آنها هستند، و این دو صفت نسبی است؛ در حالیکه در مکانیک نیوتنی زمان و مکان، مستقل از جهان در نظر گرفته می شد. در نسبیت خاص زمان و مکان جنبه هائی از رابطه بین اشیاء و ناظر هستند. چون از نظر نسبیت قوانین فیزیک برای تمام ناظرها یک شکل دارند، بنابراین حرکت الکترون ها در خورشید و در زمین از یک قانون تبعیت می کنند؛ منتهی زمانی که ما به حرکت یک الکترون خورشیدی نسبت می دهیم با زمانی که یک ناظر خورشیدی به آن نسبت می دهد فرق دارد.