مطلق بودن فضا: آری یا نه؟ (قسمت دوم)

بیگ بنگ: چرا نباید مرکزیت خطوط شبکه را به خورشید انتقال دهیم؟ این فکر تقریباً ساده‌ای است، اما آن‌هم غلط است، زیرا خود خورشید نیز حول مرکز کهکشان راه شیری در حال دوران است. راه شیری جزیره محلی ماست که از ۲۰۰ میلیارد ستاره تشکیل‌شده است و شما احتمالاً تصور می‌کنید که خیلی بزرگ است و گردش به دور آن خیلی طول می‌کشد. خورشید و زمین متصل به آن با سرعت ۴۸۶۰۰۰ مایل بر ساعت در فاصله ۱۵۶۰۰۰ تریلیون مایلی به دور مرکز کهکشان می‌ چرخند. در چنین سرعتی ۲۲۶ میلیون سال طول می‌کشد تا یک دور کامل بزنند.

پس باز با یک گام به جلو، هنوز هم می‌توان ایده ارسطو را تعمیم داد. مرکز خطوط شبکه را به مرکز کهکشان راه شیری ببرید و این ایده مهیج را در ذهن مرور کنید: در مدتی که بر روی تختتان دراز کشیدید تصور کنید که آخرین باری که زمین “اینجا” و در همین نقطه بود، دایناسورها در اول صبح در حال خوردن برگ درختان ماقبل تاریخ،دقیقاً جایی که الان اتاق شما قرار دارید بودند. بازهم اشتباه است. در حقیقت خود کهکشان‌ها نیز در حال دور شدن از همدیگر هستند و هرقدر که کهکشانی از ما دورتر باشد، با سرعت بیشتری نیز از ما دور می‌شود. حرکت ما در میان هزاران هزار کهکشان که جهان را تشکیل داده، مسئله تعیین دقیق مکان را به‌شدت پیچیده می‌کند. پس ارسطو مشکلی دارد، زیرا به نظر غیرممکن می‌آید که واژه‌های “ایستادن همیشگی” را تعریف کنیم. به‌عبارت‌دیگر به نظر غیرممکن می‌آید که جایی را به‌عنوان مبدأ مختصات برای خطوط شبکه مجازی‌مان انتخاب کنیم و پس‌ازآن بفهمیم که چه چیزی ساکن و چه چیزی متحرک است. خود ارسطو هرگز به چنین مشکلی برنخورده بود، زیرا تصور جهان ثابت که توسط کره‌های در حال دوران احاطه شده است، تا ۲۰۰۰ سال بعد از او تغییر آن‌چنانی نکرد. درست است که باید تغییر می‌کرد، اما همان‌طور که گفتیم آن ایده‌ها برای حتی نوابغ آن دوران نیز خدشه‌ناپذیر بود.

گالیلو گالیله ۲۰ سال پس ‌از اینکه کوپرنیک مدل خورشید محورش را ارائه داد، به دنیا آمد و او درباره مفهوم حرکت عمیقاً فکر کرد. نگرش غریزی او نیز احتمالاً مانند ما بود: زمین در نظر ما ساکن می‌آید، گرچه شواهدی مبنی بر حرکت سیارات در آسمان، به‌وضوح می‌گوید که این‌طور نیست. بینش عالی گالیله باعث شد که نتیجه بسیار ژرفی از این تناقض بگیرد. به نظر می‌آید که ما ساکن هستیم، گر چه می‌دانیم که به دور خورشید می‌گردیم. به‌طورکلی هیچ راهی وجود ندارد که بدانیم چه چیزی ساکن و چه چیزی درحرکت است. به‌بیان‌دیگر حرکت زمانی معنی پیدا می‌کند که نسبت به چیز دیگری سنجیده شود. این ایده فوق‌العاده مهمی است. شاید این حرف در ابتدا ساده و بدیهی به نظر آید، اما برای درک کامل محتویات آن به اندکی تعمق نیاز است.

این حرف ازآن‌جهت ساده به نظر می‌آید که مثلاً زمانی که شما در هواپیمایی نشسته‌اید و کتابی در دست دارید، کتاب نسبت به شما حرکت نسبی ندارد. اگر شما آن را بر روی میز مقابلتان قرار دهید، این کتاب فاصله ثابتی را از شما حفظ خواهد کرد. و البته از دید شخص ناظر بر روی زمین، کتاب به همراه هواپیما در آسمان در حال حرکت است. مفاد واقعی مطلب گالیله می‌گوید این دو عبارت تنها عبارت‌هایی است که می‌توان بیان کرد و تمام چیزی که شما می‌توانید بگویید این است که می‌توانید درباره حرکت کتاب نسبت به شمایی که در هواپیما نشسته‌اید، یا نسبت به زمین، یا نسبت به خورشید، یا کهکشان راه شیری صحبت کنید، اما همواره باید حرکت را نسبت به چیزی بسنجید و حرکت مطلق، ایده نامعینی است.

این عبارتِ نسبتاً تحریک‌ کننده در صورت نگاه سطحی، عجیب و به‌ مانند حرف‌های اشخاص پیشگو و فالگیر می‌ماند. با این‌ وجود، در این حالت دارای مفهوم عمیقی است. گالیله لیاقت مشهور شدن را داشت. برای اینکه بدانید چرا، بیایید ببینیم که آیا شبکه‌ بندی ارسطو که به ما اجازه می‌داد بفهمیم چیزی درحرکت مطلق است یا نه، از دید علمی مفید است. از دید علمی مفید بودن به این معنی است که آیا این ایده نتایج تجربی نیز دارد یا نه. یعنی ایده باید اثری داشته باشد که بتوان آن اثر را با آزمایشی ردیابی کرد. منظور ما از “آزمایش”، اندازه‌گیری هر چیز به هر طریقی است؛ نوسان یک آونگ، رنگ نور ناشی از شعله یک شمع یا برخورد ذرات زیر اتمی دربرخورددهنده بزرگ در سِرن (ما بعداً به این آزمایش خواهیم پرداخت). اگر هیچ‌گونه اثر متعاقبی از یک ایده وجود نداشته باشد، این ایده لزومی ندارد که در فهم ما از جهان جای بگیرد، گرچه ممکن است ایده‌ایتأثیر ظاهری داشته و ما را دل‌خوش کند.

ارائه یک ایده که نه توسط مشاهدات ثابت می‌شود و نه رد بی‌فایده است زیرا به دانش شما چیزی اضافه نمی‌کند، صرف‌نظر از اینکه چقدر شما به آن باور دارید. شما می‌توانید هر ایده یا جسمی را اختراع کنید، اما تا زمانی که آن ایده یا اثرات آنقابل‌مشاهده و ردیابی نباشند، شما هیچ کمکی به افزایش فهم علمی بشر از جهان نکرده‌اید. به همین ترتیب ایده حرکت مطلق زمانی در مجامع علمی معنی خواهد داشت که بتوان آزمایشی را برای کشف آن طرح کرد و اثراتش را دید. برای مثال ما می‌توانیم یک آزمایشگاه فیزیک در داخل هواپیمایی راه بی‌اندازیم و اندازه‌گیری‌های دقیقی را بر روی هر پدیده فیزیکی ممکنی انجام دهیم تا بتوانیم در یک تلاشی طاقت‌فرسا حرکتمان را کشف کنیم. مثلاً آونگی را به نوسان درآوریم و زمان نوسانش را اندازه بگیریم، یا آزمایش‌هایی الکتریکی را توسط باتری‌ها، ژنراتورها، و موتورها هدایت کنیم یا واکنش‌های هسته‌ای را بررسی کرده و تشعشعات تابیده‌شده از آن را ثبت کنیم.

به‌طورکلی با داشتن یک هواپیمای بزرگ ما تقریباًمی‌توانیم تمامی ‌آزمایش‌هایی که تابه‌حال در تاریخ بشریت صورت گرفته‌اند را [دوباره درون هواپیما] انجام دهیم. نکته اصلی موجود در این کتاب که اساس فیزیک مدرن را تشکیل می‌دهد این است که درصورتی‌که هواپیما شتابی نداشته باشد، هیچ‌کدام از این آزمایش‌ها نمی‌توانند حرکت ما را آشکار کنند. حتی نگاه کردن از پنجره هواپیما به بیرون نیز کمکی نمی‌کند، زیرا به‌طور مشابهی می‌توان گفت زمین با سرعت ۶۰۰ مایل بر ساعت در زیر هواپیما در حال چرخش است و ما [که درون هواپیما هستیم] ساکنیم. بهترین کاری که می‌توانیم بکنیم این است که بگوییم “ما نسبت به هواپیما ساکن هستیم” یا “ما نسبت به زمین در حال حرکت هستیم”. این قانون نسبیت گالیله است. چیزی به نام حرکت مطلق وجود ندارد زیرا نمی‌توان آن را به‌طور تجربی کشف کرد.

شاید تمام این حرف‌ها فلسفی به نظر آیند اما درواقع چنین اندیشه‌هایی ما را به نتایج ژرفی درباره طبیعت خودِ فضا می‌رساند و به ما اجازه می‌دهد تا اولین گام را در راستای نظریات نسبیت انیشتین برداریم. بنابراین چه نتیجه‌ای درباره فضا از منطق گالیله می‌توان گرفت؟ نتیجه‌ این است: اگر به‌طورکلی نتوان حرکت مطلق را کشف کرد، درنتیجه خطوط شبکه‌ای که “حالت سکون” را تعریف می‌کنند، ارزشی ندارند و در حقیقت ایده فضای مطلق ارزشی ندارد.راهی وجود ندارد که موقعیت مطلقی را در فضا تعیین کنیم وتصور جهان به‌مانندجعبه‌ای بزرگ که در آن اجسام در حال حرکت هستند، ایده‌ای است که آزمایش‌ها وجودش را لازم ندانسته‌اند. ما از ایده فضای مطلق رهایی یافتیم و همزمان از ایده حرکت مطلق نیز رهایی یافتیم. خب حالا چه؟ رهایی از بار سنگین فضای مطلق نقش بسیار مهمی برای انیشتین داشت تا این اجازه را پیدا کرد که نظریه فضا و زمانش را توسعه دهد.

توضیحات کاملتر این بحث و نتایج آن در کتاب “چرا E=mc2” آمده است.

image_pdfimage_print
(6 نفر , میانگین : 5٫00 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=18221

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *