فصل ۰: مقدمه‌ای بر تئوری نسبیت عامل اینشتین
در اوایل قرن بیستم، آلبرت اینشتین با تئوری‌های نظریه نسبیت ویژه و عمومی شگرف خود، درک ما از فضا، زمان و جاذبه را کاملاً تغییر داده است. این تئوری‌ها در بنیانها، رویکرد جدیدی نسبت به نگرش ما نسبت به کیهان را به وجود آورده و پایه‌های فیزیک مدرن را فراهم آورده‌اند.
سفر اینشتین به سمت نسبیت در سال ۱۹۰۵ با نظریه ویژه نسبیت شروع شد. این نظریه بر دو اصل کلیدی تأسیس شد:
۱. قوانین فیزیک در همه چارچوب‌های مرجع داخلی یکسان هستند. ۲. سرعت نور در یک خلاء ثابت و مستقل از حرکت منبع نور یا مشاهده‌کننده است.
از این فرضیات به‌ظاهر ساده، اینشتین چندین پیامد عمیق استخراج کرد که نگرش نیوتونی سنتی از فضای مطلق و زمان مطلق را در چالش قرار دادند. نظریه ویژه نسبیت نشان داد که فضا و زمان به طور اصولی با یکدیگر ارتباط دارند و ناظران مختلف می‌توانند در مورد طول‌ها و مدت‌ها بر اساس حرکت نسبی خود اختلاف‌نظر کنند. اثرهای عجیبی مانند افزایش زمان، فشرده شدن طول و نسبیت همزمانی به عنوان پیش‌بینی‌های این تئوری ظاهر می‌شوند.
از آنجا که درک نسبیت، در این دوره زمانی، از اصول نسبت به چیزهای خلاق و چالش‌برانگیز است، اینشتین در دهه بعد با توسعه تئوری نسبیت عمومی، مبانی تئوری نسبیت را به چارچوبی با سرعت افزایشی بدهد و درخت‌بانتایی جاذبه را به صورت هندسی شرح دهد. در نسبیت عمومی جاذبه دیگر به عنوان یک نیرو در نظر گرفته نمی‌شود، بلکه به عنوان خمیدگی فضا-زمان ناشی از وجود جرم و انرژی تلقی می‌شود. این تئوری چندین پیش‌بینی شگفت‌انگیز، مانند خمیدگی نور ستاره‌ای توسط خورشید، وجود سیاهچاله‌ها و انبساط کیهان، ارائه می‌کند.
در قرنی که از آغاز آن گذشته است، تئوری‌های ویژه و عمومی نسبیت به آزمایش‌های دقیق و چالشی تحت عمل آمده‌اند و بدون هیچ گونه خللی تأیید شده‌اند. از اندازه‌گیری دقیق تغییرات جزئی در مدار کوچک عطارد تا تشخیص اخیر موج‌های گرانشی از اصطدام سیاهچاله‌های همدیگر، نسبیت به عنوان یکی از موفق‌ترین تئوری‌های علمی است که تاکنون تدوین شده است.
با این‌حال، علم نسبیت عمومی به هرچند پیروزی خود، برخلاف درک رایج، بسیار پیچیده و سخت برای بسیاری از افراد است. شرح آن درباره یک زمان-فضا قابل تغییر است که فضا و زمان با جرم و انرژی تعامل دارد و با توجه به پاسخ به ماشین‌زمان و سفر زمان، تجارب ذاتی ما را در مورد طبیعت واقعی کنار می‌گذارد.
در این کتاب، ما در سفری به تفکیک رموز نسبیت اینشتین حضور خواهیم داشت. از اصول اولیه، ارائه چارچوب مفهومی و شیوهٔ ریاضی تئوری‌های ویژه و عمومی را با دقت توسعه خواهیم داد. ما با پیامدهای جالب نسبیت، از پارادوکس دوقلو تا E=mc2 و سیاهچاله‌ها و سفر زمان، به بررسی خواهیم پرداخت. و خواهیم دید که نسبیت چگونه درک ما از بهترین جهان سازماندهی و تمام از زیربناهای کیهانی را تشکیل داده است.
در حین ادامه کتاب، ما به دنبال شفافیت و دید فیزیکی بیشتر نسبت به دقت ریاضی خواهیم بود. در حالی که معادلات برخی جا نشدنی خواهند بود، تأکید بر توسعه یک درک حدسی عمیق از ایده‌های هسته‌ای نسبیت است. آزمایش فکری، تشبیهات و تصاویر به‌عنوان راهنمایی برای سفر ما به کار می‌روند.
به پایان این کتاب، شما یک فهم قوی از تئوری‌های ویژه و عمومی نسبیت خواهید داشت. شما درک خواهید کرد که چگونه ایده‌های جرأت‌آمیز اینشتین ما را مجبور کرد تا درباره فضا، زمان و جاذبه دوباره فکر کنیم. و شما با ارزیابی تئوری‌های زیبا و عمیقی که دربارهٔ فیزیک مدرن وجود دارند، بیرون خواهید آمد.
پس اجازه بدهید به بررسی نسبیت اینشتین بپردازیم و ببینیم چگونه هنوز بیش از یک قرن پس از تولدش، دیدگاه ما از جهان را شکل می‌دهد.