آشنایی با نسبیت - ۲

لختی

در راستای پاسخ به سؤال ۶، اصل ساده‌ای مطرح شد که اصل لَختی نام دارد. لَخت بودن به معنای مقاوم بودن در برابر تغییرات حرکت است و همه اجسام مشمول اصل لختی هستند. ما این اصل را به‌خوبی می‌شناسیم. همه‌مان می‌دانیم که اگر به توپ ساکن ضربه نزنیم، توپ تکان نمی‌خورد؛ توپِ ساکن دوست دارد ساکن بماند. یا اگر بچه‌ای را سوار تاب کنید و او را هل بدهید و یکباره تاب را بگیرید، بچه به جلو پرت می‌شود! اینها نمونه‌هایی از پیامدهای اصل لختی هستند که می‌گوید:

+ جسمِ ساکن دوست دارد ساکن بماند، مگر اینکه نیرویی به آن اعمال شود.
+ جسم متحرکی که با سرعت ثابت پیش می‌رود، دوست دارد با همان سرعت (با همان تندی و در همان جهت) به حرکتش ادامه دهد، مگر اینکه نیرویی به آن اعمال شود.

(مفهوم نیرو را ساده بگیرید. چیزی شبیه به آنچه از این بیت می‌فهمید: همی زور کرد این بر آن، آن بر این ** نجنبید یک شیر بر پشت زین)

ضمناً می‌توانیم به جای جمله «همه اجسام در اصل لختی صدق می‌کنند» بگوییم «همه اجسام خاصیت لختی دارند». یا اینکه خاصیت لختی را جرم لختی بنامیم و بگوییم «همه اجسام جرم لختی دارند». هر سهٔ این جمله‌ها یک معنا دارند.

وقتی چارچوبی در شرایط اصل لختی صدق می‌کند (یعنی یا ساکن است، یا با سرعت ثابت پیش می‌رود)، می‌گوییم این چارچوب لخت است. یا اگر فرض کنیم فردی در آن چارچوب مستقر است، می‌گوییم آن فرد «ناظرِ لَخت» (نه ناظر لُخت!) است. البته لخت بودن چارچوب، خود، موضوعی نسبی است. مثلاً اگر قرار باشد سرعت ماشین را بسنجیم، درخت ریشه‌دار در زمین، ناظری لخت قلمداد می‌شود؛ ولی اگر بخواهیم حرکت مریخ را بررسی کنیم، درخت ناظر لخت نیست. با توجه به این موضوع، نباید انتظار داشت که اصل لختی در همه چارچوب‌ها درست باشد. در واقع، حدس اولیه ما این است که اصل لختی فقط در چارچوب‌های لخت برقرار است -- یعنی چارچوب‌هایی که سرعتشان تغییر نمی‌کند.

برای اینکه شاهدی بر این ادعا داشته باشیم، مثالی ساده را در نظر می‌گیریم. فرض کنید داخل ماشین متحرکی نشسته‌اید و عقربهٔ سرعت‌سنج روی ۶۰ است. ناگهان به چراغ‌قرمز می‌رسید و ترمز می‌گیرید. اگر کمربند ایمنی را نبسته باشید، به جلو پرت می‌شوید، در حالی که هیچ کسی به شما دست نزده است! در این حالت، چه چیزی شما را روی صندلی ماشین تکان می‌دهد؟ مسلماً نیرویی از داخل ماشین به شما وارد نشده است. در واقع هیچ چیزی تغییر نکرده است، به‌جز وضعیت حرکت ماشین (ترمز گرفتن روی چرخ ماشین اثر می‌گذارد، نه روی سرنشینان). ترمز گرفتن، نحوهٔ حرکت ماشین را تغییر داده است. پیش از ترمز، ماشین با سرعت ثابت پیش می‌رفت و هنگام ترمز، سرعت ماشین تغییر می‌کند. هنگام ترمز گرفتن، چارچوب ماشین لخت نیست و در این چارچوب نالخت، اصل لختی برقرار نیست، چرا که بدون اعمال نیرو به راننده، نحوه حرکت راننده عوض شده است.

وقتی حرکتی در یک چارچوب لخت با سرعت ثابت انجام می‌شود، در تمام چارچوب‌هایی هم که سرعت ثابتی نسبت به آن چارچوب دارند، با سرعت ثابت (ولو با سرعت ثابت دیگری) انجام می‌شود. از سوی دیگر، وقتی چارچوبی لخت نباشد، اصل لختی برقرار نیست و بی‌آنکه اثری از نیرو ببینیم، جسم ساکن حرکت می‌کند یا جسم متحرک، ساکن می‌شود.