گرانش، از نیوتن تا اینشتین – قسمت پنجم

همکاری نهایی :

اگر قرار باشد یک نظریه‌ی علمی جدید، جدی به شمار آید، باید دو آزمایش منتقدانه را با موفقیت بگذراند. نخست، آن نظریه باید بتواند نتایج تئوری‌ای را حاصل نماید که با همه‌ی مشاهدات موجود یک واقعیت، منطبق باشد. تئوری نیروی جاذبه ی اینشتین این آزمایش را گذارنده بود. زیرا در میان چیزهای دیگر مورد آزمایش، این نظریه دقیقاً مقدار صحیح پیچ‌خوردگی مدار سیاره‌ عطارد را مشخص کرده بود. آزمایش دوم که حتی دقیق‌تر می‌باشد، این است که یک نظریه باید نتایجی را برای مشاهداتی پیش‌گویی کند که هنوز انجام نگرفته‌اند. اگر دانشمندان بتوانند مشاهداتی را انجام دهند که با پیش‌گویی‌ها منطبق باشند، دلیل قاطعی است بر اینکه نظریه از هر نظر درست و معتبر است.

وقتی کپلر و گالیله اظهار داشتند که زمین به دور خورشید می‌چرخد، آنها خیلی زود توانستند نخستین آزمایش و بررسی را که طی آن قرار بود نتایج نظری به دست آمده با حرکات شناخته‌ شده‌ی سیارات مطابقت داشته باشد، با موفقیت انجام دهند، اما دومین آزمایش زمانی انجام گرفت که مشاهده‌ی گالیله از منظره‌های سیاره زهره با پیش‌گویی نظری که دهه‌ها پیش توسط کوپرنیک به عمل آمده بود، مطابقت و هماهنگی داشت.

دلیل این‌که چرا نوع اول آزمایش به تنهایی برای اطمینان افراد مردد کافی نیست، ترس از این احتمال است که برای دستیابی به نتیجه‌ی درست، ممکن است آن تئوری به گونه‌ای با حیله و نیرنگ و حقه‌بازی سر هم‌بندی شده باشد. اما به هر حال، ساخت یک نظریه به نحوی که بتواند با نتیجه‌ی یک مشاهده‌ی انجام نشده هماهنگی داشته باشد، غیر ممکن است.

بنابراین اگر اینشتین می‌خواست ثابت کند که نظریه‌اش درست است و نظریه‌ی نیوتن ناکامل، او مجبور بود با استفاده از نظریه‌اش پیش‌گویی غالبی در مورد یک پدیده مشاهده‌ شده به عمل آورد. البته این پدیده می‌بایست در یک محیط که دارای نیروی جاذبه شدید است صورت می‌گرفت. وگرنه پیش‌گویی‌های نیوتن و اینشتین یکی می‌بود و در این حال پیروزی یا برتری یک نظریه‌ بر نظریه‌ی دیگر وجود نمی‌داشت.

سرانجام قرار بر این شد که ساخت آزمون و یا قطع آن پدیده‌ای باشد که با عملکرد و رفتار نور در ارتباط باشد. حتی پیش از این‌که اینشتین نظریه‌اش را در مورد سیاره‌ی عطارد به کار برد (یعنی در حقیقت پیش از این‌که تئوری نسبیت عام را به تکامل برساند)، او کشف تأثیر متقابل واقعی بین نور و نیروی جاذبه را آغاز کرده بود. با توحه به فرمول‌ نیروی جاذبه فضای چهاربعدی او، هر پرتوی نوری که از کنار یک ستاره و یا از کنار هر سیاره متراکم عبور می‌کرد، توسط نیروی جاذبه به سوی آن ستاره و یا آن سیاره کشیده می‌شد و نور تا اندازه‌ای از مسیر اصلی‌اش منحرف می‌گشت. چه این‌که این خمیدگی و انحراف کم و یا بسیار کم می‌بود، این مورد را تعیین می‌کرد که نظریه‌ی چه کسی کامل بوده است. نظریه‌ی اینشتین یا نظریه‌ی نیوتن؟

در سال ۱۹۱۲، اینشتین در مورد این‌که چگونه برای انحراف نور اندازه‌گیری دقیقی را به عمل آورد، با اروین فراند لیخ (Erwin Freundlich) شروع به همکاری نمود.

fig2

در حالی‌که اینشتین یک دانشمند در علم فیزیک نظری بود، فراندلیخ یک منجم چیره و فاضل بود و بنابراین در وضعیت بهتری بود تا بگوید چگونه ممکن است کسی مشاهداتی را از نقطه‌ نظر انحراف نوری با توجه به اصل نسبیت عام،‌ پیش‌گویی کند.

نخست، آن‌ها دچار این شگفتی شدند که آیا سیاره مشتری به اندازه‌ی کافی بزرگ است تا بتواند نور تابیده از یک ستاره را منحرف سازد.

general_relativity

 اما هنگامی که اینشتین با استفاده از فرمول خودش، سنجش و اندازه‌گیری مربوط را کامل کرد، چنین ثابت شد که مقدار انحراف نور تابیده از سیاره‌ی مشتری آن‌قدر کم بود که ممکن نبود تا آن را مورد بررسی قرار داد. او طی نامه‌ای به فراند‌لیخ چنین نوشت:

«« چه می‌شد اگر طبیعت سیاره‌ای بزرگ‌تر از سیاره‌ی مشتری به ما داده بود!»

پس از آن، اینشتین و فراندلیخ توجه خود را بر روی خورشید معطوف داشتند. خورشید هزار مرتبه از سیاره مشتری بزرگ‌تر است. این‌ بار، اینشتین ثابت کرد که نیروی جاذبه خورشید تأثیر قابل ملاحظه‌ای بر روی یک شعاع نوری ستاره دوردست دارد و این‌که انحراف آن نور می‌بایست قابل بررسی و اندازه‌گیری باشد.

اینشتین امیدوار بود که انحراف نور ستاره در دوردست که از سوی خورشید پدید می‌آید، می‌تواند برای اثبات تئوری نسبیت عام به کار آید. خورشید خط دید ما بین زمین و ستاره دوردست را می‌پوشاند، اما وزن خورشید فضای چهاربعدی را خمیده می‌کند و نور ستاره در حالی‌که می‌خواهد مسیر پیچیده‌ای را به سوی زمین طی کند، منحرف می‌گردد. دریافت ما چنین است که نور در مسیر خط نور ستاره حرکت می‌کند. بنابراین ما از زمین،‌نور برگشت (انعکاس نور) را در طول خط مستقیمی که به نظر می‌رسد آن نور به زمین رسیده است، تصور می‌کنیم و چنین به نظر می‌رسد که ستاره تغییر مکان داده است.

G2

مقدار حرکت نور ستاره از وضعیت واقعی تا وضعیت ظاهری باید خیلی کم باشد، اما این وضعیت ثابت می‌کند که نظریه‌ی چه کسی کامل‌تر است. تئوری اینشتین تغییر مکان بیش‌تر نور ستاره‌ای را تا نظریه‌ی نیوتون پیش‌گویی می‌کرد. بنابراین، با اندازه‌گیری این تغییر مشخص می‌شود که کدام تئوری در مورد نیروی جاذبه کامل‌تر است.

اما مشکلی بزرگ وجود داشت. دیدن ستاره‌ای که نور آن توسط خورشید منحرف می‌گردید، به‌‌ طوری‌که مکان آن به طور آشکارا به سوی کناره‌ی خورشید تغییر می‌کرد،‌ غیرممکن بود و این به دلیل درخشندگی فوق‌العاده و پوشاننده‌ی خورشید بود. در حقیقت در نواحی اطراف خورشید، ستارگان همیشه به صورت نقطه‌ نقطه‌هایی وجود دارند. اما همگی آنها غیر قابل رؤیت باقی می‌مانند، زیرا درخشندگی آن‌ها در مقایسه با درخشندگی خورشید بسیار ناچیز است.

اما وضعیتی وجود داشت که در آن،‌ستارگان آنطرف لبه‌ی خورشید می‌توانند خود را آشکار سازند. در سال ۱۹۱۳، اینشتین در نامه‌ای به فراندلیخ پیشنهاد کرد تا در یک وضعیت خورشیدگرفتگی، به دنبال تغییر مکان ستاره‌ای باشد.

ادامه دارد ….

منبع:  کتاب انفجار بزرگ نوشته‌ی سایمون سینگ

لینک قسمت اول
لینک قسمت دوم
لینک قسمت سوم
لینک قسمت چهارم

image_pdfimage_print
(16 نفر , میانگین : 2٫44 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=1900
اسماعیل جوکار

اسماعیل جوکار

نویسنده این مطلب: اسماعیل جوکار، دانشجوی مقطع کارشناسی فیزیک، علاقمند به فیزیک، نجوم و کیهان شناسی می باشد و به عنوان نویسنده در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

پاسخ دهید

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