09-01-2009, 11:22 PM
قبل از اينكه ذهن مخاطب آمادة دريافت مطلب ومنظور اصلي اين نوشته شود، لازم مي‌دانم موضع مكانيك كلاسيك ونظريات نسبيت خاص وعام در قبال آنچه كه فضا مي ناميم روشن شود. همچنين صرف نظر از خصوصيات مفهوم فضا مانند تخت يا خميده بودن وبطور كلي چيستي آن، به نقشي كه در توضيح مفهوم حركت وتدوين قوانين آن ايفا مي كند توجه شود.
همانطور كه مي دانيم تعريف مكانيك به طور ساده از زبان يكي از بزرگان علم فيزيك، عبارت است از نشان دادن تغيير وضعيت اجسام در فضا بازمان، براي انجام اين كار جسم صلب مراجعه كه حركت نسبت به آن سنجيده مي شود تعريف ودستگاه مختصات دكارتي برآن چنان فرض مي كنند كه هرگونه حادثه يا وضعيت حركتي جسم رجوع داده شده را بتوان نسبت به محورهاي اين دستگاه با توجه به اصول انطباق مورد سنجش قرار داد. بسياري از مقدمات ذكر نشدة اين كار از جمله تعريف واحدهاي طول و زمان بركسي پوشيده نيست. همة اين مقدمات جهت بررسي وتدوين قوانين حركت برپاية پيش فرض بديهي مفهوم حركت يعني جابجايي وانتقال جسم از يك نقطه به نقطه ديگر با گذر از فضاي بين اين دو نقطه استوار شده اند. لازم است كه فضا حتماً متصل وپيوسته باشد زيرا در غير اينصورت جسم مي بايست از يك نقطه از فضا به نقطة ديگر برود بدون گذر ازهيچ نقطه‌اي.
فضا در مكانيك نيوتني محمل تخت ماده وميدان است واجسام برطبق قانون اول او در غياب نيرو در حال سكون يا حركتي مستقيم الخط ويكنواخت در فضا هستند.
در نظرية نسبيت خاص نيز آنچنانكه توسط باني آن عنوان شده است، همبافتة چهار بعدي مينكوسكي به عنوان محمل ماده وميدان است واگر ايندو از ميان برداشته شوند، محمل يعني فضا-زمان باقي خواهد ماند زيرا فضا زمان وجودي مقدم برماده ومستقل است. وبالاخره در نسبيت عام ميدان بازيگر نقش محمل وفضا وهندسة جهان است.
با همة تغييراتي كه در ساختار اين مفهوم( فضا) در روند تكامل نظريات بوجود آمده است، وظيفه ونقشي كه بخاطر آن در اذهان بوجود آمد، در همة نظريات ايفا مي شود ودر توضيح وتدوين قوانين حركت دخالت دارد.
نقش اين مفهوم اغلب به دو صورت درذهن متصور مي‌شود. اول جا ومكاني كه اجسام فيزيكي وداراي واقعيت خارج از ذهن اعم از ماده وميدان درون آن قرار دارند وساكن يا متحركند. دوم نقشي است كه بعنوان يك دستگاه مراجعه به هنگام بررسي حركت يا سكون اجسام بازي مي‌كند. به اين معنا كه نقاط يا مكانهاي مختلف آن مي‌تواند محلي براي قرار گرفتن ناظر باشد. درست مانند مكان ناظري كه مي تواند خود يا جسمي را كه برآن قرار دارد در مركز يك دستگاه مختصات دكارتي فرض كند وحركات وپديده ها را نسبت به محورهاي اين دستگاه بسنجد.
اكنون فرض كنيم ناظري برجسمي قرار دارد كه فارغ از نيرو ولخت است به عبارت ديگر يك ناظر گاليله‌اي است. از نظر اين ناظر تمام اجسام ديگر نسبت به دستگاه مختصاتي كه او برجسم خود فرض مي‌كند ساكنند يا متحرك. تمام اجسامي كه نسبت به دستگاه اين ناظر ساكنند، خود نيز نسبت به هم ساكنند ومي‌توان همة آنها رابا اجسام صلب به هم وبه جسم اين ناظر وصل كرد وبراي همه يك دستگاه مختصات فرض كرد. مي‌توان بر روي هر جسم از اين مجموعه ناظري همراه يك دستگاه مختصات فرض كرد .چون همه نسبت به هم ساكنند، دستگاه مختصات آنها نيز نسبت به هم ساكنند ويك شبكه را تشكيل مي‌دهند. براي كل اين شبكه يك دستگاه مختصات مي‌توان تصور كرد. در واقع هريك از اين ناظرين از نقاط يا مكانهاي مختلف اين دستگاه كلي به كار نظارت مشغولند. اگر جسمي نسبت به يكي از اين ناظرين در حال حركت باشد نسبت به بقيه نيز در حال حركت است وسرعت وجهت ومسير حركت آن براي همه يكي است.
حال با توجه به خصوصياتي كه فضا بايد داشته باشد تا نقش اول آن رابدرستي بازي كند از جمله اتصال وپيوستگي آن، مي‌توان بحث بالا را در مورد فضا نيز صادق دانست. به اين معنا كه تمام ناظريني كه ادعا مي‌كنند براجسامي قرار دارند كه نسبت به فضا ساكنند ويا از نقاطي از فضا در حال نظاره هستند، همه نسبت به هم ساكنند واز مكانهاي مختلف يك دستگاه در حال نظارت هستند.
اگر جسمي نسبت به يكي از اين ناظرين در حال حركت باشد نسبت به بقيه نيز در حركت واگر نسبت به يكي در حال سكون باشد نسبت به همه در حال سكون است.
آنچه ذكر شد زمينه‌اي بود براي اثبات وجود تناقضي بزرگ در توضيح مفهوم حركت وتدوين قوانين آن كه حل وفصل آن منجر به توضيحي زيبا ساده وبسيار منطقي از پديدة گرانش وتمام نمودهاي آن خواهد شد.
تاريخچة مكانيك حاكي از اين است كه در روندتكامل نظريات در مورد حركت، از آموزه هاي ارسطو تا نسبيت عام، تعريف ومفهوم حركت بدون تغيير مانده است. به اين معنا كه حركت يعني جابجايي يك جسم از يك مكان به مكان ديگر يا انتقال آن از يك نقطه به نقطة ديگر. تاپيش از اثبات نسبي بودن حركت، براي ارسطو وپيروانش كه فقط از ديدگاه ناظر زميني حركت را مورد بررسي قرار داده بودند، مكانها يا نقاطي كه جسم طي مي‌كرد نقاطي مشخص ونامتغير بودند. به اين معنا كه ازهر نقطة جهان كه به حركت يك جسم نگاه شود مسير وجهت حركت يكي است. اما معلوم شد كه از ديد ناظريني كه خود نسبت به هم در حال حركتند، سرعت، جهت ومسير حركت يك جسم متفاوت است. با اثبات نسبي بودن حركت، توصيف حركت يك جسم مقيد به ذكر دستگاه مختصاتي شد كه با مراجعه به آن حركت جسم بررسي وتوصيف شده است. اما هيچگونه تغييري در مفهوم حركت حاصل نشد. در حالي كه تمام شاخصهاي حركت يك جسم يعني سرعت، جهت ومسير حركت آن از يك دستگاه مراجعه به دستگاه يا دستگاههاي مراجعة متحرك نسبت به هم متفاوت است بازهم حركت جسم به معناي جابجايي يا انتقال تلقي شده است. در نتيجه اندازه‌هاي حاصل شده از شاخصهاي حركت يك جسم در هر دستگاه مختصات به صورت يك طرفه فقط به خود جسم نسبت داده مي‌شود واعتبار آنها در هر دستگاه مراجعه درحدي است كه پاية تمام اندازه گيريهاي بعدي همچون اندازه حركت وانرژي جسم قرار مي‌گيرد.
گرچه در مكانيك كلاسيك ونسبيت خاص منظور از جابجايي وانتقال جسم غالباً جابجايي وانتقال نسبت به يك دستگاه مراجعه بوده است وبه دليل عدم شناخت از ذات وساختار فضا به صراحت از انتقال جسم درون فضا صحبت نشده است اما چنانكه خواهيم ديد، تلقي حركت به مفهوم جابجايي وانتقال جسم حتي نسبت به يك دستگاه مراجعه نيز مشروط به وجود محيطي است كه جابجايي وانتقال از نقاط آن وسكون نيز نسبت به نقاط آن معناي مشخص وكاربرد فيزيكي پيدا مي‌كنند واين محيط بعنوان يك دستگاه مختصات در تدوين قوانين حركت نقش داشته است. اين نكته غير قابل انكار است كه اساس وپاية اندازه گيريها در حركت بر مفهوم مذكور صورت مي‌گيرد. اندازة سرعت يعني تعداد واحدهاي فاصلة پيموده شده در واحد زمان كه خود حكايت از انتقال جسم از يك نقطه به نقطة ديگر درون فضا دارد. از طرفي قانون اول نيوتن كه حركت جسم فارغ از نيرو را توصيف مي‌كند، بخوبي بيانگر اين مفهوم است: حركتي يكنواخت ومستقيم الخط در فضا.
اما نسبي بودن حركت به اين معنا كه شاخصهاي حركت يك جسم(سرعت، جهت ومسير) با اندازه گيري ناظرين دستگاههاي مختلف متفاوت است با مفهوم حركت به معناي جابجايي جسم نسبت به نقاط يك دستگاه مختصات مراجعه يا نقاط فضا سازگاري منطقي ندارد زيرا به اين سؤال منجر مي‌شود كه آيا يك جسم مي‌تواند در يك آن در همة جهات جابجا شود؟
اهميت اين سؤال هنگامي بخوبي روشن مي‌شود كه هم به اهميت واعتبار اندازه‌هاي حاصل شده در هر دستگاه ودر عين حال عدم اعتبار اين اندازه‌ها براي دستگاههاي ديگر توجه كنيم وهم به هدف اعلاي مكانيك يعني توصيف فضازماني حوادث وحركات از ديدگاه دستگاههاي مراجعه مختلف.
هدف از علم مكانيك اين است كه نشان دهد اجسام چگونه جاي خود را درفضا بازمان تغيير مي‌دهند. اما اولاً تغيير مكان جسمي كه مورد بررسي قرار مي‌گيرد براي ناظرين دستگاههاي مراجعة مختلف ومتحرك متفاوت است. ثانياً نمي‌توانيم نقطه‌اي از محيطي كه اجسام درون آن جابجا مي‌شوند يعني نقطه‌اي از فضا را پيدا كنيم كه بدون دخالت در حركت اجسام جابجايي آنها را مورد بررسي قرار دهيم وهرگونه تصوري از چنين نقطه‌اي بازهم از ديدگاه ناظري خواهد بود كه باديگر اجسام در حركت نسبي است.
بنابراين وبه ناچار تغيير مكان اجسام را بايد نسبت به يك دستگاه مراجعه سنجيد وبدون اينكه از دستگاه مراجعه ذكري شود، صحبت از تغيير مكان بي معناست.
آنچه در مكانيك رايج است در واقع چنين كاري است. يعني اندازه گيري مكان وزمان وقوع رويدادهاي مربوط به پديده يا جسم مورد سنجش از جمله حركت آن نسبت به يك دستگاه مراجعة خاص. نتيجة اندازه گيري در هر دستگاه مراجعه، خاص همان دستگاه است وبراي اعتبار يافتن اين اندازه ها براي دستگاههاي ديگر بايد از قالب تبديلات گاليله در مكانيك نيوتني يا تبديلات لورنتس درنسبيت خاص بگذرند.
اما تلقي حركت يك جسم به معناي انتقال وجابجايي آن نسبت يك دستگاه مختصات مراجعه به تناقض منجر مي‌شود.
قبل از بيان اين تناقض لازم است كه به سه نكتة مهم اشاره شود:
نكته اول اينكه بنا به اصل نسبيت همة اجسام لخت گاليله‌اي مي‌توانند به عنوان دستگاه مراجعه انتخاب شوند وصلاحيت همه به يك اندازه است.
نكته دوم اينكه جابجايي جسم نسبت به يك دستگاه مراجعه به شرطي معناي مشخص فيزيكي وقابل اندازه گيري دارد كه نقاطي كه جسم از آنها عبور مي‌كند نسبت به دستگاه مختصات ساكن باشند. به عبارت ديگر دستگاه مختصات خودبايد نسبت به نقاط مسير جسم ساكن باشد تا تغيير مكان جسم معنا پيدا كند.
نكته سوم كه از اهميت بيشتري برخوردار است اينكه در مكانيك علاوه بر مختصات عددي(x,y,z) كه براي هر نقطه از نقاط مسير جسم نسبت به دستگاه مختصات بدست مي‌آيد، هر نقطه متناظر با مكان فضايي جسم نيز محسوب مي‌شود. (اصطلاح مكان فضايي در اينجا معرف نقاط فضاي متصور براي ناظر قرار گرفته روي يك دستگاه است كه او با تكيه بر سكون دستگاهش نسبت به آن، حركت دستگاههاي متحرك نسبت به خود را درك مي كند) به عبارت ديگر هر نقطه از نقاط مسير جسم متناظر با يك عضو از دو مجموعه است. يك مجموعه مختصات عددي نقاط نسبت به دستگاه مختصات وديگري مجموعه نقاطي كه بعنوان مكانهاي فضايي جسم فرض مي‌شوند. آنچه كه تصورفضا را در ذهن ناظر يك دستگاه مختصات تشكيل مي‌دهد، در واقع تصورنقاط مجموعة اخير در همه جهات دستگاه مراجعه تا بينهايت است. هر عضو از اين مجموعه مي‌تواند مكاني براي قرار گرفتن يك جسم باشد. كه نسبت به دستگاه مختصات مراجعه ساكن است و چنانكه ذكر شد براي معنا دار بودن جابجايي يك جسم متحرك اين مجموعه بايد نسبت به دستگاه مختصات ساكن باشند. گرچه اين نقاط فقط تصورات ذهني هستند، اما چون هر نقطه مي‌تواند متناظر بايك جسم باشد كه نسبت به دستگاه مختصات ساكن است ادعاي سكون يا حركت نسبت به اين نقاط معناي مشخص فيزيكي پيدا مي‌كند. بعنوان مثال اگر دو جسم نسبت به مكان فضايي متناظر با نقطه (x,y,z) در يك دستگاه مختصات كه محل قرار گرفتن يك جسم است ساكن باشند، خود نيز نسبت به هم ساكنند. به اين ترتيب ادعاي ناظر يك دستگاه مبني برجابجايي يك جسم نسبت به دستگاه او مشروط به فرض وجود مجموعة اين مكانها كه آن را محيط انتقال مي‌ناميم وهمچنين سكون دستگاه مختصات او نسبت به اين محيط است. در غير اين صورت نه سكون دستگاه مختصات او معناي مشخص فيزيكي دارد نه انتقال جسم.
اكنون اگر مختصات نقطة متناظر با مكان يك حادثه در يك دستگاه مراجعه معلوم باشد، براي تعيين مكان همين حادثه در دستگاهي كه نسبت به دستگاه اول در حركت است ملاك ميزان انتقال دستگاه اخير نسبت به دستگاه اول خواهد بود. چون دستگاه اخير در لحظة تعيين مكان حادثه در يكي از نقاط مسيرش نسبت به دستگاه اول خواهد بود واين نقطه نسبت به دستگاه اول ساكن است، مفهوم كلي مطلب اين است كه در مكانيك سعي بر اين است كه مكان وقوع يك حادثه را از نقاط مختلف يك محيط متصل فرضي كه نقاط آن نسبت به هم ساكنند به نام فضا تعيين كنند.
از طرفي همة دستگاههاي لخت گاليله‌اي به هنگام توصيف وبررسي يك حادثه ويا حركت يك جسم رجوع داده شده به آنها، خودرا نسبت به نقاط اين محيط ساكن فرض مي‌كنند در نتيجه همة آنها نسبت به هم ساكن خواهند بود وحركت آنها نسبت به هم نقض مي شود.
ذيلاً طي يك آزمايش ذهني اين تناقض به صورت تجسمي تر توضيح داده مي‌شود:
دو جسم لخت گاليله‌اي به نامهاي K و K' كه نسبت به هم در حال حركتند مجسم مي‌كنيم. بر روي هر جسم ناظري كه مي‌تواند يك دستگاه مختصات دكارتي براي خود فرض كند قرار گرفته است. آنچنانكه مي‌دانيد هيچ راهي وجودندارد كه حركت را به طور مطلق به يكي وسكون را به ديگري نسبت داد. هر يك از اين ناظرين خودودستگاهش را ساكن مي بيند وديگري را در حال حركت يكنواخت.
در دستگاه K نقطه دلخواهي به مختصات(x,y,z) تصور مي‌كنيم. اين نقطه مي‌تواند توسط جسمA اشغال شود. در اين صورت جسم A در دستگاه K ساكن است ومكان فضايي آن با مراجعه به دستگاه K متناظر با نقطه (x,y,z) است. مكان جسم A را كه يك نقطه از پيوسته فضا است با P نشان مي دهيم. بديهي است كه سكون جسم A نسبت به دستگاه K منوط به ثبات (x,y,z) وسكون P نسبت به K است. با مراجعه به دستگاه K'جسمA در حال حركت يكنواخت است. ناظراين دستگاه خود ودستگاهK' را ساكن مي‌بيند ودستگاه K و جسمA را در حال حركت. مكان جسمA با مراجعه به دستگاه K' ديگر نظير يك نقطه نيست بلكه متناظر با مجموعه‌اي از نقاط است كه مسير حركت جسم A را تشكيل مي‌دهند. اين نقاط هر يك مختصات ثابتي در دستگاه K' دارند وهركدام نظير يك نقطه از نقاط پيوستة فضا است كه نسبت به دستگاه K' ساكن است. آنچنانكه حركت جسم به معناي انتقال از يك نقطه به نقطه ديگر از اين مجموعه نقاط فضا خواهد بود. مجموعة اين نقاط را با خط d1 نشان مي‌دهيم وبه جاي همة آنها جسم صلب وميله اي B را قرار مي‌دهيم كه نسبت به K'ساكن است. مي‌توانيم به تعداد دلخواه دستگاههاي ديگر ,K1 K2000 را تصور كنيم كه به همراه ناظرين قرار گرفته برآنها نسبت به دستگاه K ودر نتيجه جسم A در جهات مختلف در حال حركتند. با مراجعه به هريك از آنها جسمA در جهتي در حال حركت است و به ترتيبي كه در مورد دستگاه K' ذكر شد مسير حركت جسمA نسبت به هر دستگاه مجموعه نقاطي از فضا خواهد بود كه نسبت به هر دستگاه ساكن است. مجموعه اين نقاط براي هر دستگاه خطوطي تشكيل مي‌دهند كه آنها را d2 ,d1000 مي ناميم. به جاي اين خطوط نيز مي‌توانيم اجسام صلب B1وB2و000 را قرار دهيم كه هر يك نسبت به دستگاه خود در حال سكون است. اما همه خطوط d2 ,d1000 دست كم يك نقطه مشترك دارند.
زيرا همه از جسم A مي‌گذرند.( بعضي از اين خطوط مربوط به دو دستگاه كه نسبت بهA در دو جهت مخالف يك راستا در حال حركتند برهم منطبقند) اكنون اگر بر يك نقطة مشترك از اين خطوط يك دستگاه مختصات دكارتي بنا كنيم همة اين خطوط نقش محورها وخطهاي گذرنده از مبدا اين دستگاه را دارند وهمه نسبت به هم ساكنند وبالاخره دستگاههاي مراجعةK K' و000 نيز نسبت به هم ساكن خواهند بود.
هيچ راه گريزي از اين مسئله نيست وهندسة فضا چه به صورتي كه نيوتن توصيف كرده است وچه به صورت همبافتة فضا زماني آن در نسبيت خاص آنچنانكه مينكوسكي توصيف كرده است به عنوان محمل ماده وميدان وصحنة وقوع حوادث وحركات، با خود حركت و اصل نسبيت در تناقض است.
موضع مكانيك كلاسيك ونظريه نسبيت خاص در قبال مسئله فضا بخوبي توسط باني نسبيت خاص بيان شده است.
« در مكانيك كلاسيك كليه حوادث فيزيكي در پيوستة چهار بعدي محاط مي‌شوند. اما اين پيوستة چهار بعدي به يك بعد زمان وسه بعد فضا تقسيم ميشد. در نسبيت خاص پيوستة چهار‌بعدي قابل تقسيم به قسمتهاي فضا وزمان نيست. ساختمان چهار بعدي وغير قابل تقسيم مينكوسكي به عنوان محمل ماده وميدان تلقي مي‌شود واگر تصور كنيم كه ماده وميدان از ميان برداشته شوند، فضا زمان باقي خواهد ماند. توصيف حالات فيزيكي برمبناي اين اصل است كه فضا زمان را وجودي مقدم بر ماده وميدان ومستقل بدانيم»
اما هيچ راهي براي تعيين نقطه يا مكاني از اين محمل (فضازمان) براي برپاكردن يك دستگاه مختصات كه بدون دخالت در حركت اجسام حركات وحوادث را از طريق آن بسنجيم وجود ندارد و هرتلاش ذهني براي يافتن چنين مكاني بازهم از ديدگاه ناظري خواهد بود كه باديگر اجسام در حركت يا سكون نسبي است.
بناچار اجراي اين نقش به دستگاههاي گاليله‌اي سپرده شده است. به اين معنا كه تمام اجسامي كه داراي حركت يكنواخت هستند و از آنها به عنوان اجسام گاليله‌اي ياد مي‌كنيم اين صلاحيت را دارند كه بعنوان دستگاههاي مراجعه جهت توصيف فضا زمان وتدوين وفرمولبندي قوانين حركات وحوادثي كه در آن رخ مي‌دهد به كار گرفته شوند. خاصيت مشترك همه اين دستگاهها احساس سكوني است كه ناظرين آنها دارند. اما تفكر وجود محمل فضا زمان بعنوان گستره وزمينه‌اي كه ماده وميدان را در برمي گيرد وحوادث وحركات درون آن صورت مي‌پذيرد باعث شد تا احساس سكون ناظرين گاليله‌اي سكون نسبت به فضا تلقي شود. زيرا اولاً اثبات حركت يك دستگاه گاليله‌اي نسبت به فضا توسط ناظر همان دستگاه به دليل اصل نسبيت امكانپذير نيست. ثانياً نحوة رجوع دادن حوادث وحركات به يك دستگاه مراجعه به مفهوم حادث شدن در يك نقطة خاص از فضا وانتقال جسم از يك نقطه به نقطة ديگر فضا، دستگاه مراجعه را در موضع سكون نسبت به فضا قرار مي‌دهد وبالعكس سكون دستگاه مراجعه نسبت به فضا، به حركت جسم رجوع داده شده مفهوم انتقال در فضا مي‌دهد. به اين ترتيب هر ناظر اندازه گير در دستگاه مراجعة خود با تكيه برسكون دستگاه خويش حركت جسم رجوع داده شده به دستگاهش را به معناي جابجايي وانتقال آن تلقي مي‌كند وميزان انتقال جسم مبناي تمام اندازه گيريهايي است كه همه به صورت يك طرفه به جسم رجوع داده شده نسبت داده مي‌شود. شاخصهاي حركت جسم رجوع داده شده كه برپاية مفهوم انتقال اندازه گرفته مي‌شود فقط براي ناظر اندازه گير معتبر است وبراي اعتبار يافتن آنها براي دستگاههاي ديگر ملاك بازهم ميزان انتقال يك دستگاه نسبت به ديگري است. نتيجة كار اين خواهد بود كه براي يك جسم به تعداد دستگاههاي مراجعه كه حركت آن را بررسي مي كنند سرعت، جهت ومسير مختلف بدست مي‌آيد كه همه فقط به اين جسم نسبت داده مي‌شود.
اين برداشت از مفهوم حركت يعني انتقال وجابجايي جسم نسبت به دستگاه مختصات مرجع واندازه گيري ميزان آن منجر به چندين اشكال مي‌شود.
اول اينكه ناظرين قرار گرفته برچندين دستگاه كه نسبت به هم در حركتند، با تلقي حركت يك جسم رجوع داده شده به آنها به معناي جابجايي آن، دستگاه مختصات خود را نسبت به نقاطي فرضي كه فقط با فرض وجود آنها جابجايي جسم معنا دارد ساكن مي‌دانند. اين نقاط خود نسبت به هم ساكنند. در نتيجه همة دستگاهها نسبت به هم ساكن خواهند بود. با اين كار نقش نيروهايي كه باعث ايجاد حركت نسبي دستگاهها شده است به كلي ناديده گرفته مي‌شود.
دوم اينكه هر ناظر اندازه گير حركت نسبي دستگاه خود وجسم رجوع داده شده را به صورت يك طرفه فقط به جسم رجوع داده شده نسبت مي‌دهد زيرا عمل انتقال وجابجايي واندازةآن فقط مربوط به جسم رجوع داده شده است. از طرفي آنچه كه باعث مي‌شود اندازه‌هاي بدست آمده از حركت جسم رجوع داده شده در دستگاههاي مختلف متفاوت باشد به دليل اعمال نيروهاي مختلفي است كه باعث ايجاد حركت نسبي دستگاههاي اندازه‌گير شده است. به عبارت ديگر هر دستگاه با دستگاه ديگر داراي تفاوتي است كه نيرو ايجاد كرده است. اما در مكانيك كلاسيك ونسبيت خاص اختلاف وتفاوت بين دو يا چند دستگاه فقط از جنس جابجايي خطي است ونقش نيرو به كلي ناديده گرفته شده است. دستگاهها وناظرين آنها در حقيقت از مكانهاي مختلف يك دستگاه مختصات كه نقاط آن نسبت به هم ساكنند اقدام به اندازه گيري حركت جسم رجوع داده شده مي‌كنند وآنچه كه ناديده گرفته مي‌شود، يعني تفاوت هردستگاه با ديگري كه در اثر وارد شدن نيرو ايجاد شده است در اندازه‌هاي بدست آمده از حركت جسم رجوع داده شده بروز مي‌كند وفقط به اين جسم نسبت داده مي‌شود. آنچنانكه بايد فكر كنيم كه اين جسم علاوه بر حركت همزمان در مسيرهاي مختلف، سرعت خود را نيز بدون هيچ دليلي نسبت به هر دستگاه اندازه گير تغيير دهد.
سومين اشكال مربوط به اصل نسبيت است. آنچه كه اصل نسبيت در حوزة حركات لخت گاليله‌اي عنوان مي‌كند عبارت است از هم ارزي دستگاههاي مختلف ومتحرك گاليله‌اي براي تدوين وفرمولبندي قوانين طبيعت منجمله قوانين مكانيك.
چنانكه ذكر شد تلقي حركت يك جسم رجوع داده شده به يك دستگاه مختصات مرجع به معناي انتقال وجابجايي آن، دستگاه مرجع را در موضع سكون نسبت به نقاط مفروض محيط انتقال قرار مي دهد. به اين ترتيب هنگامي كه حركت يك جسم را به چندين دستگاه رجوع داده‌ايم همة دستگاهها در مواضعي ساكن نسبت به محيط انتقال قرار مي‌گيرند. اين درست به اين معناست كه حركت جسم رجوع داده شده از نقاط مختلف يك دستگاه مورد بررسي قرار گرفته است نه از دستگاههاي مختلف وهم ارز. روشن است كه با وضعيت موجود لازم است كه در بنيادي ترين ودر نظر اول بديهي ترين مفاهيم وضع شده براي توضيح حركت يعني فضا زمان وجابجايي تجديد نظر كنيم.
قبل از هر چيز بايد روشن شود كه آيا اين مفاهيم به ويژه مفهوم فضا بادركي كه ما بواسطة كشف دو خاصيت مهم حركت يعني نسبي بودن حركت واصل نسبيت از حركات اجسام بدست آورده‌ايم سازگاري منطقي دارند يا خير.
وجود فضا بعنوان زمينه ومحيطي كه حركت به معناي جابجايي در آن صورت مي‌پذيرد، از اركان وملزومات اساسي فرمولبندي قوانين حركت در مكانيك كلاسيك ونظريات نسبيت است. براي اينكه حركت جسم يا پديدة بررسي شونده به معناي انتقال آن باشد ودر نتيجه بتوان ميزان آن را اندازه گيري وبصورت يك طرفه فقط به خود آن جسم يا پديده نسبت داد، لازم است دستگاه مرجع وناظر اندازه گير همراه آن نسبت به فضايي كه جسم درون آن منتقل مي‌شود ساكن باشد ودر صورتي كه دستگاه مرجع خود نيز در حال حركت باشد ناظر همراه آن مي‌بايست بتواندميزان انتقال دستگاه خودرا نسبت به محيط انتقال يعني فضا اندازه گيري كند وسپس به تركيب وتبديل سرعتها بپردازد. در آن صورت اصل نسبيت معنا نداشت وهمة حركات وپديده ها نسبت به يك دستگاه مراجعة متماز يعني فضا بررسي واندازه گيري ميشد.
ا??
همانطور كه مي دانيم تعريف مكانيك به طور ساده از زبان يكي از بزرگان علم فيزيك، عبارت است از نشان دادن تغيير وضعيت اجسام در فضا بازمان، براي انجام اين كار جسم صلب مراجعه كه حركت نسبت به آن سنجيده مي شود تعريف ودستگاه مختصات دكارتي برآن چنان فرض مي كنند كه هرگونه حادثه يا وضعيت حركتي جسم رجوع داده شده را بتوان نسبت به محورهاي اين دستگاه با توجه به اصول انطباق مورد سنجش قرار داد. بسياري از مقدمات ذكر نشدة اين كار از جمله تعريف واحدهاي طول و زمان بركسي پوشيده نيست. همة اين مقدمات جهت بررسي وتدوين قوانين حركت برپاية پيش فرض بديهي مفهوم حركت يعني جابجايي وانتقال جسم از يك نقطه به نقطه ديگر با گذر از فضاي بين اين دو نقطه استوار شده اند. لازم است كه فضا حتماً متصل وپيوسته باشد زيرا در غير اينصورت جسم مي بايست از يك نقطه از فضا به نقطة ديگر برود بدون گذر ازهيچ نقطه‌اي.
فضا در مكانيك نيوتني محمل تخت ماده وميدان است واجسام برطبق قانون اول او در غياب نيرو در حال سكون يا حركتي مستقيم الخط ويكنواخت در فضا هستند.
در نظرية نسبيت خاص نيز آنچنانكه توسط باني آن عنوان شده است، همبافتة چهار بعدي مينكوسكي به عنوان محمل ماده وميدان است واگر ايندو از ميان برداشته شوند، محمل يعني فضا-زمان باقي خواهد ماند زيرا فضا زمان وجودي مقدم برماده ومستقل است. وبالاخره در نسبيت عام ميدان بازيگر نقش محمل وفضا وهندسة جهان است.
با همة تغييراتي كه در ساختار اين مفهوم( فضا) در روند تكامل نظريات بوجود آمده است، وظيفه ونقشي كه بخاطر آن در اذهان بوجود آمد، در همة نظريات ايفا مي شود ودر توضيح وتدوين قوانين حركت دخالت دارد.
نقش اين مفهوم اغلب به دو صورت درذهن متصور مي‌شود. اول جا ومكاني كه اجسام فيزيكي وداراي واقعيت خارج از ذهن اعم از ماده وميدان درون آن قرار دارند وساكن يا متحركند. دوم نقشي است كه بعنوان يك دستگاه مراجعه به هنگام بررسي حركت يا سكون اجسام بازي مي‌كند. به اين معنا كه نقاط يا مكانهاي مختلف آن مي‌تواند محلي براي قرار گرفتن ناظر باشد. درست مانند مكان ناظري كه مي تواند خود يا جسمي را كه برآن قرار دارد در مركز يك دستگاه مختصات دكارتي فرض كند وحركات وپديده ها را نسبت به محورهاي اين دستگاه بسنجد.
اكنون فرض كنيم ناظري برجسمي قرار دارد كه فارغ از نيرو ولخت است به عبارت ديگر يك ناظر گاليله‌اي است. از نظر اين ناظر تمام اجسام ديگر نسبت به دستگاه مختصاتي كه او برجسم خود فرض مي‌كند ساكنند يا متحرك. تمام اجسامي كه نسبت به دستگاه اين ناظر ساكنند، خود نيز نسبت به هم ساكنند ومي‌توان همة آنها رابا اجسام صلب به هم وبه جسم اين ناظر وصل كرد وبراي همه يك دستگاه مختصات فرض كرد. مي‌توان بر روي هر جسم از اين مجموعه ناظري همراه يك دستگاه مختصات فرض كرد .چون همه نسبت به هم ساكنند، دستگاه مختصات آنها نيز نسبت به هم ساكنند ويك شبكه را تشكيل مي‌دهند. براي كل اين شبكه يك دستگاه مختصات مي‌توان تصور كرد. در واقع هريك از اين ناظرين از نقاط يا مكانهاي مختلف اين دستگاه كلي به كار نظارت مشغولند. اگر جسمي نسبت به يكي از اين ناظرين در حال حركت باشد نسبت به بقيه نيز در حال حركت است وسرعت وجهت ومسير حركت آن براي همه يكي است.
حال با توجه به خصوصياتي كه فضا بايد داشته باشد تا نقش اول آن رابدرستي بازي كند از جمله اتصال وپيوستگي آن، مي‌توان بحث بالا را در مورد فضا نيز صادق دانست. به اين معنا كه تمام ناظريني كه ادعا مي‌كنند براجسامي قرار دارند كه نسبت به فضا ساكنند ويا از نقاطي از فضا در حال نظاره هستند، همه نسبت به هم ساكنند واز مكانهاي مختلف يك دستگاه در حال نظارت هستند.
اگر جسمي نسبت به يكي از اين ناظرين در حال حركت باشد نسبت به بقيه نيز در حركت واگر نسبت به يكي در حال سكون باشد نسبت به همه در حال سكون است.
آنچه ذكر شد زمينه‌اي بود براي اثبات وجود تناقضي بزرگ در توضيح مفهوم حركت وتدوين قوانين آن كه حل وفصل آن منجر به توضيحي زيبا ساده وبسيار منطقي از پديدة گرانش وتمام نمودهاي آن خواهد شد.
تاريخچة مكانيك حاكي از اين است كه در روندتكامل نظريات در مورد حركت، از آموزه هاي ارسطو تا نسبيت عام، تعريف ومفهوم حركت بدون تغيير مانده است. به اين معنا كه حركت يعني جابجايي يك جسم از يك مكان به مكان ديگر يا انتقال آن از يك نقطه به نقطة ديگر. تاپيش از اثبات نسبي بودن حركت، براي ارسطو وپيروانش كه فقط از ديدگاه ناظر زميني حركت را مورد بررسي قرار داده بودند، مكانها يا نقاطي كه جسم طي مي‌كرد نقاطي مشخص ونامتغير بودند. به اين معنا كه ازهر نقطة جهان كه به حركت يك جسم نگاه شود مسير وجهت حركت يكي است. اما معلوم شد كه از ديد ناظريني كه خود نسبت به هم در حال حركتند، سرعت، جهت ومسير حركت يك جسم متفاوت است. با اثبات نسبي بودن حركت، توصيف حركت يك جسم مقيد به ذكر دستگاه مختصاتي شد كه با مراجعه به آن حركت جسم بررسي وتوصيف شده است. اما هيچگونه تغييري در مفهوم حركت حاصل نشد. در حالي كه تمام شاخصهاي حركت يك جسم يعني سرعت، جهت ومسير حركت آن از يك دستگاه مراجعه به دستگاه يا دستگاههاي مراجعة متحرك نسبت به هم متفاوت است بازهم حركت جسم به معناي جابجايي يا انتقال تلقي شده است. در نتيجه اندازه‌هاي حاصل شده از شاخصهاي حركت يك جسم در هر دستگاه مختصات به صورت يك طرفه فقط به خود جسم نسبت داده مي‌شود واعتبار آنها در هر دستگاه مراجعه درحدي است كه پاية تمام اندازه گيريهاي بعدي همچون اندازه حركت وانرژي جسم قرار مي‌گيرد.
گرچه در مكانيك كلاسيك ونسبيت خاص منظور از جابجايي وانتقال جسم غالباً جابجايي وانتقال نسبت به يك دستگاه مراجعه بوده است وبه دليل عدم شناخت از ذات وساختار فضا به صراحت از انتقال جسم درون فضا صحبت نشده است اما چنانكه خواهيم ديد، تلقي حركت به مفهوم جابجايي وانتقال جسم حتي نسبت به يك دستگاه مراجعه نيز مشروط به وجود محيطي است كه جابجايي وانتقال از نقاط آن وسكون نيز نسبت به نقاط آن معناي مشخص وكاربرد فيزيكي پيدا مي‌كنند واين محيط بعنوان يك دستگاه مختصات در تدوين قوانين حركت نقش داشته است. اين نكته غير قابل انكار است كه اساس وپاية اندازه گيريها در حركت بر مفهوم مذكور صورت مي‌گيرد. اندازة سرعت يعني تعداد واحدهاي فاصلة پيموده شده در واحد زمان كه خود حكايت از انتقال جسم از يك نقطه به نقطة ديگر درون فضا دارد. از طرفي قانون اول نيوتن كه حركت جسم فارغ از نيرو را توصيف مي‌كند، بخوبي بيانگر اين مفهوم است: حركتي يكنواخت ومستقيم الخط در فضا.
اما نسبي بودن حركت به اين معنا كه شاخصهاي حركت يك جسم(سرعت، جهت ومسير) با اندازه گيري ناظرين دستگاههاي مختلف متفاوت است با مفهوم حركت به معناي جابجايي جسم نسبت به نقاط يك دستگاه مختصات مراجعه يا نقاط فضا سازگاري منطقي ندارد زيرا به اين سؤال منجر مي‌شود كه آيا يك جسم مي‌تواند در يك آن در همة جهات جابجا شود؟
اهميت اين سؤال هنگامي بخوبي روشن مي‌شود كه هم به اهميت واعتبار اندازه‌هاي حاصل شده در هر دستگاه ودر عين حال عدم اعتبار اين اندازه‌ها براي دستگاههاي ديگر توجه كنيم وهم به هدف اعلاي مكانيك يعني توصيف فضازماني حوادث وحركات از ديدگاه دستگاههاي مراجعه مختلف.
هدف از علم مكانيك اين است كه نشان دهد اجسام چگونه جاي خود را درفضا بازمان تغيير مي‌دهند. اما اولاً تغيير مكان جسمي كه مورد بررسي قرار مي‌گيرد براي ناظرين دستگاههاي مراجعة مختلف ومتحرك متفاوت است. ثانياً نمي‌توانيم نقطه‌اي از محيطي كه اجسام درون آن جابجا مي‌شوند يعني نقطه‌اي از فضا را پيدا كنيم كه بدون دخالت در حركت اجسام جابجايي آنها را مورد بررسي قرار دهيم وهرگونه تصوري از چنين نقطه‌اي بازهم از ديدگاه ناظري خواهد بود كه باديگر اجسام در حركت نسبي است.
بنابراين وبه ناچار تغيير مكان اجسام را بايد نسبت به يك دستگاه مراجعه سنجيد وبدون اينكه از دستگاه مراجعه ذكري شود، صحبت از تغيير مكان بي معناست.
آنچه در مكانيك رايج است در واقع چنين كاري است. يعني اندازه گيري مكان وزمان وقوع رويدادهاي مربوط به پديده يا جسم مورد سنجش از جمله حركت آن نسبت به يك دستگاه مراجعة خاص. نتيجة اندازه گيري در هر دستگاه مراجعه، خاص همان دستگاه است وبراي اعتبار يافتن اين اندازه ها براي دستگاههاي ديگر بايد از قالب تبديلات گاليله در مكانيك نيوتني يا تبديلات لورنتس درنسبيت خاص بگذرند.
اما تلقي حركت يك جسم به معناي انتقال وجابجايي آن نسبت يك دستگاه مختصات مراجعه به تناقض منجر مي‌شود.
قبل از بيان اين تناقض لازم است كه به سه نكتة مهم اشاره شود:
نكته اول اينكه بنا به اصل نسبيت همة اجسام لخت گاليله‌اي مي‌توانند به عنوان دستگاه مراجعه انتخاب شوند وصلاحيت همه به يك اندازه است.
نكته دوم اينكه جابجايي جسم نسبت به يك دستگاه مراجعه به شرطي معناي مشخص فيزيكي وقابل اندازه گيري دارد كه نقاطي كه جسم از آنها عبور مي‌كند نسبت به دستگاه مختصات ساكن باشند. به عبارت ديگر دستگاه مختصات خودبايد نسبت به نقاط مسير جسم ساكن باشد تا تغيير مكان جسم معنا پيدا كند.
نكته سوم كه از اهميت بيشتري برخوردار است اينكه در مكانيك علاوه بر مختصات عددي(x,y,z) كه براي هر نقطه از نقاط مسير جسم نسبت به دستگاه مختصات بدست مي‌آيد، هر نقطه متناظر با مكان فضايي جسم نيز محسوب مي‌شود. (اصطلاح مكان فضايي در اينجا معرف نقاط فضاي متصور براي ناظر قرار گرفته روي يك دستگاه است كه او با تكيه بر سكون دستگاهش نسبت به آن، حركت دستگاههاي متحرك نسبت به خود را درك مي كند) به عبارت ديگر هر نقطه از نقاط مسير جسم متناظر با يك عضو از دو مجموعه است. يك مجموعه مختصات عددي نقاط نسبت به دستگاه مختصات وديگري مجموعه نقاطي كه بعنوان مكانهاي فضايي جسم فرض مي‌شوند. آنچه كه تصورفضا را در ذهن ناظر يك دستگاه مختصات تشكيل مي‌دهد، در واقع تصورنقاط مجموعة اخير در همه جهات دستگاه مراجعه تا بينهايت است. هر عضو از اين مجموعه مي‌تواند مكاني براي قرار گرفتن يك جسم باشد. كه نسبت به دستگاه مختصات مراجعه ساكن است و چنانكه ذكر شد براي معنا دار بودن جابجايي يك جسم متحرك اين مجموعه بايد نسبت به دستگاه مختصات ساكن باشند. گرچه اين نقاط فقط تصورات ذهني هستند، اما چون هر نقطه مي‌تواند متناظر بايك جسم باشد كه نسبت به دستگاه مختصات ساكن است ادعاي سكون يا حركت نسبت به اين نقاط معناي مشخص فيزيكي پيدا مي‌كند. بعنوان مثال اگر دو جسم نسبت به مكان فضايي متناظر با نقطه (x,y,z) در يك دستگاه مختصات كه محل قرار گرفتن يك جسم است ساكن باشند، خود نيز نسبت به هم ساكنند. به اين ترتيب ادعاي ناظر يك دستگاه مبني برجابجايي يك جسم نسبت به دستگاه او مشروط به فرض وجود مجموعة اين مكانها كه آن را محيط انتقال مي‌ناميم وهمچنين سكون دستگاه مختصات او نسبت به اين محيط است. در غير اين صورت نه سكون دستگاه مختصات او معناي مشخص فيزيكي دارد نه انتقال جسم.
اكنون اگر مختصات نقطة متناظر با مكان يك حادثه در يك دستگاه مراجعه معلوم باشد، براي تعيين مكان همين حادثه در دستگاهي كه نسبت به دستگاه اول در حركت است ملاك ميزان انتقال دستگاه اخير نسبت به دستگاه اول خواهد بود. چون دستگاه اخير در لحظة تعيين مكان حادثه در يكي از نقاط مسيرش نسبت به دستگاه اول خواهد بود واين نقطه نسبت به دستگاه اول ساكن است، مفهوم كلي مطلب اين است كه در مكانيك سعي بر اين است كه مكان وقوع يك حادثه را از نقاط مختلف يك محيط متصل فرضي كه نقاط آن نسبت به هم ساكنند به نام فضا تعيين كنند.
از طرفي همة دستگاههاي لخت گاليله‌اي به هنگام توصيف وبررسي يك حادثه ويا حركت يك جسم رجوع داده شده به آنها، خودرا نسبت به نقاط اين محيط ساكن فرض مي‌كنند در نتيجه همة آنها نسبت به هم ساكن خواهند بود وحركت آنها نسبت به هم نقض مي شود.
ذيلاً طي يك آزمايش ذهني اين تناقض به صورت تجسمي تر توضيح داده مي‌شود:
دو جسم لخت گاليله‌اي به نامهاي K و K' كه نسبت به هم در حال حركتند مجسم مي‌كنيم. بر روي هر جسم ناظري كه مي‌تواند يك دستگاه مختصات دكارتي براي خود فرض كند قرار گرفته است. آنچنانكه مي‌دانيد هيچ راهي وجودندارد كه حركت را به طور مطلق به يكي وسكون را به ديگري نسبت داد. هر يك از اين ناظرين خودودستگاهش را ساكن مي بيند وديگري را در حال حركت يكنواخت.
در دستگاه K نقطه دلخواهي به مختصات(x,y,z) تصور مي‌كنيم. اين نقطه مي‌تواند توسط جسمA اشغال شود. در اين صورت جسم A در دستگاه K ساكن است ومكان فضايي آن با مراجعه به دستگاه K متناظر با نقطه (x,y,z) است. مكان جسم A را كه يك نقطه از پيوسته فضا است با P نشان مي دهيم. بديهي است كه سكون جسم A نسبت به دستگاه K منوط به ثبات (x,y,z) وسكون P نسبت به K است. با مراجعه به دستگاه K'جسمA در حال حركت يكنواخت است. ناظراين دستگاه خود ودستگاهK' را ساكن مي‌بيند ودستگاه K و جسمA را در حال حركت. مكان جسمA با مراجعه به دستگاه K' ديگر نظير يك نقطه نيست بلكه متناظر با مجموعه‌اي از نقاط است كه مسير حركت جسم A را تشكيل مي‌دهند. اين نقاط هر يك مختصات ثابتي در دستگاه K' دارند وهركدام نظير يك نقطه از نقاط پيوستة فضا است كه نسبت به دستگاه K' ساكن است. آنچنانكه حركت جسم به معناي انتقال از يك نقطه به نقطه ديگر از اين مجموعه نقاط فضا خواهد بود. مجموعة اين نقاط را با خط d1 نشان مي‌دهيم وبه جاي همة آنها جسم صلب وميله اي B را قرار مي‌دهيم كه نسبت به K'ساكن است. مي‌توانيم به تعداد دلخواه دستگاههاي ديگر ,K1 K2000 را تصور كنيم كه به همراه ناظرين قرار گرفته برآنها نسبت به دستگاه K ودر نتيجه جسم A در جهات مختلف در حال حركتند. با مراجعه به هريك از آنها جسمA در جهتي در حال حركت است و به ترتيبي كه در مورد دستگاه K' ذكر شد مسير حركت جسمA نسبت به هر دستگاه مجموعه نقاطي از فضا خواهد بود كه نسبت به هر دستگاه ساكن است. مجموعه اين نقاط براي هر دستگاه خطوطي تشكيل مي‌دهند كه آنها را d2 ,d1000 مي ناميم. به جاي اين خطوط نيز مي‌توانيم اجسام صلب B1وB2و000 را قرار دهيم كه هر يك نسبت به دستگاه خود در حال سكون است. اما همه خطوط d2 ,d1000 دست كم يك نقطه مشترك دارند.
زيرا همه از جسم A مي‌گذرند.( بعضي از اين خطوط مربوط به دو دستگاه كه نسبت بهA در دو جهت مخالف يك راستا در حال حركتند برهم منطبقند) اكنون اگر بر يك نقطة مشترك از اين خطوط يك دستگاه مختصات دكارتي بنا كنيم همة اين خطوط نقش محورها وخطهاي گذرنده از مبدا اين دستگاه را دارند وهمه نسبت به هم ساكنند وبالاخره دستگاههاي مراجعةK K' و000 نيز نسبت به هم ساكن خواهند بود.
هيچ راه گريزي از اين مسئله نيست وهندسة فضا چه به صورتي كه نيوتن توصيف كرده است وچه به صورت همبافتة فضا زماني آن در نسبيت خاص آنچنانكه مينكوسكي توصيف كرده است به عنوان محمل ماده وميدان وصحنة وقوع حوادث وحركات، با خود حركت و اصل نسبيت در تناقض است.
موضع مكانيك كلاسيك ونظريه نسبيت خاص در قبال مسئله فضا بخوبي توسط باني نسبيت خاص بيان شده است.
« در مكانيك كلاسيك كليه حوادث فيزيكي در پيوستة چهار بعدي محاط مي‌شوند. اما اين پيوستة چهار بعدي به يك بعد زمان وسه بعد فضا تقسيم ميشد. در نسبيت خاص پيوستة چهار‌بعدي قابل تقسيم به قسمتهاي فضا وزمان نيست. ساختمان چهار بعدي وغير قابل تقسيم مينكوسكي به عنوان محمل ماده وميدان تلقي مي‌شود واگر تصور كنيم كه ماده وميدان از ميان برداشته شوند، فضا زمان باقي خواهد ماند. توصيف حالات فيزيكي برمبناي اين اصل است كه فضا زمان را وجودي مقدم بر ماده وميدان ومستقل بدانيم»
اما هيچ راهي براي تعيين نقطه يا مكاني از اين محمل (فضازمان) براي برپاكردن يك دستگاه مختصات كه بدون دخالت در حركت اجسام حركات وحوادث را از طريق آن بسنجيم وجود ندارد و هرتلاش ذهني براي يافتن چنين مكاني بازهم از ديدگاه ناظري خواهد بود كه باديگر اجسام در حركت يا سكون نسبي است.
بناچار اجراي اين نقش به دستگاههاي گاليله‌اي سپرده شده است. به اين معنا كه تمام اجسامي كه داراي حركت يكنواخت هستند و از آنها به عنوان اجسام گاليله‌اي ياد مي‌كنيم اين صلاحيت را دارند كه بعنوان دستگاههاي مراجعه جهت توصيف فضا زمان وتدوين وفرمولبندي قوانين حركات وحوادثي كه در آن رخ مي‌دهد به كار گرفته شوند. خاصيت مشترك همه اين دستگاهها احساس سكوني است كه ناظرين آنها دارند. اما تفكر وجود محمل فضا زمان بعنوان گستره وزمينه‌اي كه ماده وميدان را در برمي گيرد وحوادث وحركات درون آن صورت مي‌پذيرد باعث شد تا احساس سكون ناظرين گاليله‌اي سكون نسبت به فضا تلقي شود. زيرا اولاً اثبات حركت يك دستگاه گاليله‌اي نسبت به فضا توسط ناظر همان دستگاه به دليل اصل نسبيت امكانپذير نيست. ثانياً نحوة رجوع دادن حوادث وحركات به يك دستگاه مراجعه به مفهوم حادث شدن در يك نقطة خاص از فضا وانتقال جسم از يك نقطه به نقطة ديگر فضا، دستگاه مراجعه را در موضع سكون نسبت به فضا قرار مي‌دهد وبالعكس سكون دستگاه مراجعه نسبت به فضا، به حركت جسم رجوع داده شده مفهوم انتقال در فضا مي‌دهد. به اين ترتيب هر ناظر اندازه گير در دستگاه مراجعة خود با تكيه برسكون دستگاه خويش حركت جسم رجوع داده شده به دستگاهش را به معناي جابجايي وانتقال آن تلقي مي‌كند وميزان انتقال جسم مبناي تمام اندازه گيريهايي است كه همه به صورت يك طرفه به جسم رجوع داده شده نسبت داده مي‌شود. شاخصهاي حركت جسم رجوع داده شده كه برپاية مفهوم انتقال اندازه گرفته مي‌شود فقط براي ناظر اندازه گير معتبر است وبراي اعتبار يافتن آنها براي دستگاههاي ديگر ملاك بازهم ميزان انتقال يك دستگاه نسبت به ديگري است. نتيجة كار اين خواهد بود كه براي يك جسم به تعداد دستگاههاي مراجعه كه حركت آن را بررسي مي كنند سرعت، جهت ومسير مختلف بدست مي‌آيد كه همه فقط به اين جسم نسبت داده مي‌شود.
اين برداشت از مفهوم حركت يعني انتقال وجابجايي جسم نسبت به دستگاه مختصات مرجع واندازه گيري ميزان آن منجر به چندين اشكال مي‌شود.
اول اينكه ناظرين قرار گرفته برچندين دستگاه كه نسبت به هم در حركتند، با تلقي حركت يك جسم رجوع داده شده به آنها به معناي جابجايي آن، دستگاه مختصات خود را نسبت به نقاطي فرضي كه فقط با فرض وجود آنها جابجايي جسم معنا دارد ساكن مي‌دانند. اين نقاط خود نسبت به هم ساكنند. در نتيجه همة دستگاهها نسبت به هم ساكن خواهند بود. با اين كار نقش نيروهايي كه باعث ايجاد حركت نسبي دستگاهها شده است به كلي ناديده گرفته مي‌شود.
دوم اينكه هر ناظر اندازه گير حركت نسبي دستگاه خود وجسم رجوع داده شده را به صورت يك طرفه فقط به جسم رجوع داده شده نسبت مي‌دهد زيرا عمل انتقال وجابجايي واندازةآن فقط مربوط به جسم رجوع داده شده است. از طرفي آنچه كه باعث مي‌شود اندازه‌هاي بدست آمده از حركت جسم رجوع داده شده در دستگاههاي مختلف متفاوت باشد به دليل اعمال نيروهاي مختلفي است كه باعث ايجاد حركت نسبي دستگاههاي اندازه‌گير شده است. به عبارت ديگر هر دستگاه با دستگاه ديگر داراي تفاوتي است كه نيرو ايجاد كرده است. اما در مكانيك كلاسيك ونسبيت خاص اختلاف وتفاوت بين دو يا چند دستگاه فقط از جنس جابجايي خطي است ونقش نيرو به كلي ناديده گرفته شده است. دستگاهها وناظرين آنها در حقيقت از مكانهاي مختلف يك دستگاه مختصات كه نقاط آن نسبت به هم ساكنند اقدام به اندازه گيري حركت جسم رجوع داده شده مي‌كنند وآنچه كه ناديده گرفته مي‌شود، يعني تفاوت هردستگاه با ديگري كه در اثر وارد شدن نيرو ايجاد شده است در اندازه‌هاي بدست آمده از حركت جسم رجوع داده شده بروز مي‌كند وفقط به اين جسم نسبت داده مي‌شود. آنچنانكه بايد فكر كنيم كه اين جسم علاوه بر حركت همزمان در مسيرهاي مختلف، سرعت خود را نيز بدون هيچ دليلي نسبت به هر دستگاه اندازه گير تغيير دهد.
سومين اشكال مربوط به اصل نسبيت است. آنچه كه اصل نسبيت در حوزة حركات لخت گاليله‌اي عنوان مي‌كند عبارت است از هم ارزي دستگاههاي مختلف ومتحرك گاليله‌اي براي تدوين وفرمولبندي قوانين طبيعت منجمله قوانين مكانيك.
چنانكه ذكر شد تلقي حركت يك جسم رجوع داده شده به يك دستگاه مختصات مرجع به معناي انتقال وجابجايي آن، دستگاه مرجع را در موضع سكون نسبت به نقاط مفروض محيط انتقال قرار مي دهد. به اين ترتيب هنگامي كه حركت يك جسم را به چندين دستگاه رجوع داده‌ايم همة دستگاهها در مواضعي ساكن نسبت به محيط انتقال قرار مي‌گيرند. اين درست به اين معناست كه حركت جسم رجوع داده شده از نقاط مختلف يك دستگاه مورد بررسي قرار گرفته است نه از دستگاههاي مختلف وهم ارز. روشن است كه با وضعيت موجود لازم است كه در بنيادي ترين ودر نظر اول بديهي ترين مفاهيم وضع شده براي توضيح حركت يعني فضا زمان وجابجايي تجديد نظر كنيم.
قبل از هر چيز بايد روشن شود كه آيا اين مفاهيم به ويژه مفهوم فضا بادركي كه ما بواسطة كشف دو خاصيت مهم حركت يعني نسبي بودن حركت واصل نسبيت از حركات اجسام بدست آورده‌ايم سازگاري منطقي دارند يا خير.
وجود فضا بعنوان زمينه ومحيطي كه حركت به معناي جابجايي در آن صورت مي‌پذيرد، از اركان وملزومات اساسي فرمولبندي قوانين حركت در مكانيك كلاسيك ونظريات نسبيت است. براي اينكه حركت جسم يا پديدة بررسي شونده به معناي انتقال آن باشد ودر نتيجه بتوان ميزان آن را اندازه گيري وبصورت يك طرفه فقط به خود آن جسم يا پديده نسبت داد، لازم است دستگاه مرجع وناظر اندازه گير همراه آن نسبت به فضايي كه جسم درون آن منتقل مي‌شود ساكن باشد ودر صورتي كه دستگاه مرجع خود نيز در حال حركت باشد ناظر همراه آن مي‌بايست بتواندميزان انتقال دستگاه خودرا نسبت به محيط انتقال يعني فضا اندازه گيري كند وسپس به تركيب وتبديل سرعتها بپردازد. در آن صورت اصل نسبيت معنا نداشت وهمة حركات وپديده ها نسبت به يك دستگاه مراجعة متماز يعني فضا بررسي واندازه گيري ميشد.
ا??
هرکجا هستم باشم-آسمان مال من است!
