زمان لورنتس هسته اصلى نظریه نسبیت را تشکیل مى دهد. با دانستن قواعد تبدیلات لورنتس مى توان تمام پیش بینى هاى شناخته شده نسبیت را به دست آورد. تا قبل از مقاله ???? اینشتین، معادلات مربوط به این پدیده ها توسط محققان دیگرى از جمله خود لورنتس به دست آمده بود. اما آنها این معادلات را به عنوان تغییرات فیزیکى در اشیا تعبیر مى کردند؛ به عنوان مثال طول پیوند بین اتم ها کوتاه مى شود تا موجب ایجاد پدیده انقباض طول شود.
سهم بزرگ اینشتین این بود که او تمام قطعات را به هم پیوند داد و آشکار ساخت که طول ها و آهنگ کار ساعت  ها ارتباط تنگاتنگى با یکدیگر دارند و بدین ترتیب تصور فضا و زمان در مفهوم جدیدى به نام فضا- زمان یکى گشتند.
تقارن لورنتس یک عنصر کلیدى و پایه بهترین توصیفات ما از ذرات بنیادى و نیروها است. تقارن لورنتس هنگامى که با اصول مکانیک کوانتومى ترکیب مى شود چارچوبى را بنا مى کند که نظریه میدان هاى کوانتومى نسبیتى نامیده مى شود. در این چارچوب هر ذره و نیرو توسط میدانى توصیف مى شود که تمام فضا- زمان را پر کرده و داراى تقارن لورنتس است. ذراتى مانند الکترون ها و فوتون ها به عنوان برانگیختگى هاى موضعى کوانتوم هاى میدان مربوطه شناخته مى شوند. مدل استاندارد ذرات که تمام ذرات و نیروهاى غیرگرانشى شناخته شده (شامل الکترومغناطیس؛ برهمکنش ضعیف و برهمکنش قوى) را توضیح مى دهد یک نظریه میدان کوانتومى نسبیتى است. لزوم برقرار بودن تقارن لورنتس به شدت نوع برهمکنش و طرز رفتار این میدان ها را مقید و مشخص مى سازد.

بسیارى از برهمکنش ها که مى توانند به صورت جملات محتمل در معادلات این نظریه ظاهر شوند به دلیل نقض تقارن لورنتس ممنوع است.
مدل استاندارد شامل برهمکنش گرانشى نیست. بهترین توصیف ما از گرانش یعنى نظریه نسبیت عام اینشتین نیز از تقارن لورنتس تبعیت مى کند. (کلمه «عام» یعنى شامل گرانش است. گرانش در نسبیت «خاص» در نظر گرفته نمى شود.) در نسبیت عام، مانند قبل، قوانین فیزیک در یک مکان از دید مشاهده گرهایى که داراى جهت هاى مختلف و سرعت هاى متفاوت هستند یکسان است. اما وجود گرانش مى تواند مقایسه پیچیده اى بین آزمایش ها در دو مکان متفاوت ایجاد کند. نسبیت عام یک نظریه کلاسیک غیرکوانتومى) است و کسى نمى داند که چگونه مى توان آن را به صورت رضایت بخشى با مدل استاندارد ترکیب کرد.
با این همه این دو را مى توان در نظریه اى با عنوان «مدل استاندارد با گرانش» که دربرگیرنده تمام ذرات و چهار نیرو است، تا حدودى با یکدیگر تلفیق کرد.

دانشمندان براى آشکار شدن خصوصیات و ساختارهاى احتمالى یک نظریه نهایى در جست وجوى نقض اصول فیزیکى اینشتین هستندکه زمانى مقدس بود.»
نسبیت در قلب مهم ترین نظریات بنیادین فیزیک قرار گرفته است. نسبیت آنگونه که اینشتین آن را در ??0? فرمولبندى کرد بر این ایده کلیدى بنا شده که قوانین فیزیک از نگاه تمام مشاهده گرهاى لخت (اینرسى) (مشاهده گرهایى که از دید یک مشاهده گر داراى جهت دلخواه و سرعت ثابت هستند) یکسان است. این نظریه یک دسته از آثار شناخته شده را پیش بینى مى کند که از میان آنها مى توان به ثابت بودن سرعت نور براى تمام مشاهده گرها، کند شدن ساعت هاى در حال حرکت، کوتاه شدن طول اجسام متحرک و هم ارزى جرم و انرژى  E=mc2  اشاره کرد. آزمایش هاى بسیار دقیق این نتایج را تائید مى کنند. نسبیت اکنون یک پایه و ابزار مهم و روزمره براى فیزیکدانان تجربى است:  برخورد دهنده هاى ذرات از مزایاى افزایش جرم و طول عمر ذرات پرسرعت به خوبى بهره مى برند و آزمایش با ایزوتوپ هاى رادیواکتیو نشان دهنده تبدیل جرم به انرژى است.
حتى کاربران و بهره برداران دستگاه هاى الکترونیک نیز تحت تاثیر این پدیده ها هستند. در سیستم مکان یابى جهانى باید تصحیح مربوط به تاخیر زمانى را در نظر گرفت. این تاخیر زمانى سرعت کار ساعت هاى موجود در مدارهاى ماهواره اى را تغییر مى دهد. با این حال در سال هاى اخیر تلاش براى یکى کردن نیروها و ذرات شناخته شده در یک نظریه نهایى براى عده اى از فیزیکدانان این انگیزه را به وجود آورده که درباره امکان تقریبى بودن اصول نسبیت تحقیق کنند. این انتظار وجود دارد که مشاهده انحرافى کوچک از نظریه نسبیت طلیعه نخستین آزمایش ها براى جست وجو و تحقیق درباره یک نظریه نهایى است.

ثابت بودن یا ناوردایى؛ قوانین فیزیک براى مشاهده گرهاى مختلف نشان دهنده تقارن در فضا و زمان (فضا _ زمان) است که تقارن لورنتس نامیده مى شود. هنریش آنتوان لورنتس فیزیکدان هلندى است که براى نخستین بار در دهه ???? در این باره تحقیق کرده است. کره کامل نمایش دهنده تقارنى است که به عنوان تقارن تحت دوران (چرخش) شناخته مى شود: کره را در هر جهت و به هر میزان بچرخانید کاملاً مشابه به نظر مى رسد. تقارن لورنتس اینگونه بر روى تشابه اشیا بنا نشده است بلکه مبناى آن یکى بودن قوانین فیزیک تحت تبدیلات دورانى و بوست (boost  که سرعت را تغییر مى دهد) است. مشاهده گرهاى لخت مستقل از اینکه داراى چه جهت و چه سرعت ثابتى هستند قوانین فیزیک را یکى مى بینند. هنگامى که تقارن لورنتس درنظر گرفته شود فضا- زمان همسانگرد به نظر مى رسد، بدین معنى که همه جهت ها و حرکت هاى ثابت هم ارز هستند و هیچ کدام بر دیگرى برترى ندارند.
ادامه مطلب...

.هدف اینشتین دست یافتن به نظریه اى بود که نه تنها گرانش بلکه الکترومغناطیس را نیز دربرگیرد. از بخت بد، او بسیار زود با این مسئله درگیر شده بود. هم اکنون ما معتقدیم که الکترومغناطیس رابطه نزدیکى با نیروهاى ضعیف و قوى دارد. (نیروى قوى بین کوارک ها عمل مى کند که سازنده ذراتى مانند پروتون و نوترون هستند، در حالى که نیروى ضعیف عامل فعالیت هاى رادیواکتیو و همچنین واپاشى نوترونى است.) یک رهیافت فراگیر و امیدبخش به چنین نظریه نهایى، نظریه ریسمان است. این نظریه بر این ایده بنا شده که تمام ذرات و نیروها را مى توان براساس اشیایى یک بعدى («ریسمان ها») به همراه رویه هاى دوبعدى و بالاتر که به آنها ابررویه مى گویند، توصیف کرد. رهیافت شناخته شده دیگر گرانش کوانتومى حلقه اى loop quantum gravity  است که به دنبال یک تفسیر سازگار کوانتومى از نسبیت عام است و پیش بینى مى کند که فضا از قطعات جداى (کوانتوم ها) حجم و سطح ساخته شده است. شکل نظریه نهایى هرگونه که باشد این انتظار وجود دارد که فیزیک کوانتومى و گرانش در مقیاس یک طول بنیادى 10 - 35 m  که به خاطر ماکس پلانک فیزیکدان قرن ?? آلمان طول پلانک نامیده مى شود؛ به طور جداناپذیرى درهم تافته شوند. طول پلانک بسیار کوچک تر از طول هایى است که مى توان به کمک میکروسکوپ هاى معمولى دید و یا در شتاب دهنده هاى انرژى بالا کاوید. بنابراین نه تنها ارائه نظریه نهایى یک چالش جدى است، بلکه انجام مشاهدات مستقیم تجربى براى آزمودن پیش بینى هاى چنین نظریه اى نیز عملاً غیرممکن به نظر مى رسد.با وجود چنین سدهایى باز هم ممکن است راه هایى براى کسب اطلاعات آزمایشگاهى از نظریه نهایى در مقیاس پلانک وجود داشته باشد. شاید در آزمایش هایى که به اندازه کافى حساس هستند، پدیده هایى کوچک که به طور غیرمستقیم بازتابنده فیزیکى جدید در نظریه نهایى است، مشاهده شود. همانند تصاویر روى نمایشگر تلویزیون یا کامپیوتر که از تعداد زیادى نقاط روشن (Pixle)  تشکیل شده اند. این نقاط در مقایسه با فاصله تماشایى نمایشگر به حدى کوچک است که تصویر از دید چشم کاملاً یکنواخت به نظر مى رسد. اما در بعضى شرایط خاص این نقاط مشاهده مى شوند، به عنوان مثال هنگامى که گوینده خبر کراواتى راه راه با نوارهاى باریک بپوشد باعث ایجاد طرحى مى شود که به طرح «مویر» معروف است.یکى از چنین طرح هایى که از طول پلانک نشات مى گیرد نقض نظریه نسبیت است. در فواصل ماکروسکوپیک (معمولى)، فضا- زمان ناورداى لورنتس به نظر مى رسد، ولى ممکن است که این تقارن در فواصل به اندازه کافى کوچک به عنوان جلوه اى از وحدت فیزیک کوانتومى و گرانش شکسته شده باشد. انتظار مى رود که آثار قابل مشاهده نقض نظریه نسبیت در مقیاس پلانک در فاصله   10 - 17 to 10 - 34  قرار گرفته باشند. تقارن بنیادین دیگرى از فضا- زمان که مى تواند نقض شودCPT  نام دارد. این تقارن هنگامى وجود دارد که قوانین فیزیک تحت سه تبدیل زیر (به طور همزمان) تغییر نکنند: تعویض ذره و پادذره مزدوج بار، C بازتاب در آینه (تبدیل پاریته، P  و برگشت زمانى (T) .

مکانیک کوانتومی و فیزیک کلاسیک
[عناوین آرشیوشده]