گرانش، از نیوتن تا اینشتین – قسمت چهارم

در ۱۸ نوامبر ۱۹۱۵، اینشتین در مقابل آزمایشی که به دنبالش بود،‌قرار گرفت. یک نوعی رفتار ستاره‌ای که منجمین را برای دهه‌ها شگفت‌زده کرده بود. صحنه‌‌ی این بررسی بود که توجه او را به خود جلب کرد.

اگر به سال ۱۸۹۵ برگردیم، در می‌یابیم که منجم فرانسوی به نام اوربین لووریر یک فاصله‌ی شکسته را در مدار سیاره‌ی عطارد مورد تجزیه و تحلیل قرار داده بود. این سیاره دارای یک مدار بیضی شکل است، اما به جای اینکه این مدار بیضی‌شکل ثابت باشد، خود آن بیضی به دور خورشید می‌پیچید. (به شکل توجه کنید).

Gravity-Einstein-04

مدار بیضی‌ شکل که به دور خورشید پیچ می‌خورد، شکل و الگویی که به اسپیروگراف‌های قدیمی، (تنفس‌سنج) شبیه است، به دنبال خود بر جای می‌گذارد. پیچش به دور خورشید بسیار کم و در حدود ۷۵۴ آرک در ثانیه در هر صد سال می‌باشد و یک میلیون مدار و بیش از دویست‌ هزار سال طول می‌کشد تا سیاره‌ی عطارد مسیر دایره‌ای خود را به دور خورشید کامل نماید و به مسیر اصلی مداری شکل خود برگردد.

منجمین چنین فرض کرده بودند که رفتار مخصوص سیاره عطارد در نتیجه‌ی کشش نیروی جاذبه‌ی سیارات دیگر منظومه‌ی شمسی که به مدار آن وارد می‌آید، اما وقتی‌که لووری‌یر (Urbain Le Verrier) از فرمول نیوتن برای جاذبه استفاده نمود، او دریافت که ترکیبی از تأثیرات سیارات دیگر می‌تواند فقط برای ۵۳۱ آرک ثانیه از ۵۷۴ آرک ثانیه که در هر صد سال پدید می‌آمد، به حساب آید، به این معنی که مقدار ۴۳ آرک ثانیه از پیچش سیاره‌ی عطارد به دور خورشید نادیده گرفته شده و به حساب نیامده بود.

logo Le Verrier

طبق نظریه‌ی برخی از دانشمندان،‌ می‌بایست اثر یک نیروی اضافی و رویت‌نشده اصلی بر روی مدار سیاره‌ی عطارد وجود داشته باشد که سبب نادیده گرفتن آن ۴۳ آرک ثانیه چرخش بوده باشد. مثلاً می‌توان تأثیر حاصل از یک خرده سیاره و یا تأثیر حاصل از یک قمر شناخته نشده سیاره عطارد را در این مورد در نظر گرفت. بعضی از دانشمندان حتی چنین بیان می‌داشتند که وجود یک سیاره‌ی تاکنون شناخته نشده‌‌ای که به والکان (Vulcan) مشهور است و در محدوده‌ی مدار سیاره‌ی عطارد قرار دارد، سبب این مقدار ۴۳ آرک ثانیه چرخش بوده باشد. منجمین فرض می‌کردند که فرمول نیروی جاذبه‌ی زمین درست است و این مشکل باید به دلیل ناتوانی خودشان برای قرار دادن تمامی عوامل لازم در آن فرمول بوده باشد. هنگامی که آن‌ها،  آن خرده سیاره‌های  جدید بین مریخ و مشتری را کشف نمودند که شکل یک ماه و یا یک سیاره را داشت، آن‌ها انتظار داشتند که با اندازه‌گیری دوباره، همان پاسخ درست ۵۷۴ آرک ثانیه را به دست آورند.

اینشتین به هر حال مطمئن بود که هیچ خرده سیاره‌ی کشف نشده‌ای یا هیچ قمر و یا هیچ سیاره‌ای دیگر وجود نداشت و مطمئن بود که مشکل در فرمول نیروی جاذبه‌ی نیوتن نهفته است.

نظریه‌ی نیوتن در توصیف این که در وضعیت نیروی کمتر جاذبه‌ی زمین، چه چیزی رخ می‌دهد، خوب عمل می‌کرد. اما اینشتین مطمئن بود که نیروی جاذبه‌ی شدیدی که در نزدیکی خورشید یافت می‌شود، خارج از درک نیوتن بود. این مورد، زمینه‌ای کامل برای مقایسه آن دو نظریه‌ی نیوتن و اینشتین در مورد نیروی جاذبه بود و اینشتین کاملاً مطمئن بود که نظریه‌ی خود او پیچ‌خوردگی‌ سیاره‌ی عطارد را به روشنی به حساب می‌آورد.

او محاسبات لازم را با استفاده از فرمول خودش انجام داد و نتیجه‌ی آن اندازه‌ی همان ۵۷۴ آرک ثانیه بود که دقیقاً با مشاهداتش یکسان بود. اینشتین آنگاه چنین گفته بود:

««  پس از این موفقیت، چند روزی را به تنهایی با هیجانات شادی‌آور خودم به سر می‌بردم».

dn8928-1_600

متأسفانه جامعه‌ی دانشمندان علم فیزیک به طور کامل، از محاسبات اینشتین راضی نبودند. اساساً استقرار و بقای یک نظریه‌ی علمی با احتیاط و محافظه‌کارانه صورت می‌پذیرد. بعضا،ً هم به لحاظ علمی و هم به لحاظ دلایل احساسی. اگر نظریه‌ی جدید بر نظریه‌ی قبلی چیره گردد، نظریه‌ی پیشین می‌بایست فراموش گردد و آن‌ چه از یک ساختار علمی بر جای می‌ماند، باید با تئوری جدید سازگاری پیدا کند. تنها اگر ثابت شود که نظریه‌ی جدید مؤثر بوده و کارایی دارد، چنین تحولی توجیه‌کننده است.

فشار و سنگینی روند اثبات یک نظریه، همیشه بر دوش طرفداران آن نظریه‌ی جدید وارد می‌آید. موانع عاطفی نیز برای پذیرش نظریه‌ی جدید نیز به همین نسبت بالا است. دانشمندان کم‌ رتبه‌ای که در تمام دوره‌ی زندگی‌شان به نظریه‌ی نیوتن معتقد بودند، نمی‌خواستند آن‌چه را که درک می‌کردند، رها کرده و به نظریه‌ی جدید دیگری اعتماد نمایند. مارک تواین (Mark Twain) نویسنده مشهور‌ در این مورد چنین گفته است:

««  یک دانشمند هرگز به نظریه‌‌ای که خودش آن را شروع نکرده است، توجه نمی‌کند.»

mark-twain-for-every-grade-level

تعجبی نیست که به هر حال آن نظریه‌ی علمی مبنی بر این که فرمول نیوتون درست است و منجمین زود یا دیر درمی‌یافتند که یک شی‌ء جدید در پیچش مداری سیاره‌ی مریخ دخالت دارد، ادامه داشت و در باورها استقرار یافته بود، اما هنگامی که مشاهده‌ی دقیق‌تری به عمل آمد، نشانه‌ای از خرده ستاره یا ماه و یا سیاره‌ای مشاهده نشد و منجمین راه حل جدیدی برای این که نظریه‌ی ضعیف و لرزان نیوتن را درباره‌ی جاذبه تقویت نمایند، ارائه نمودند و این راه حل یک تغییر جزئی در معادله نیوتن بود. یعنی تغییر (r  به توان ۲) به (r  به توان ۲٫۰۰۰۰۰۰۱۶).

با این راه حل آنها می‌توانستند با روش قدیمی، نیروی جاذبه را در مدار سیاره‌ی عطارد به دست آورند.

اما به هر حال این روش یک حقه‌ی ریاضی بود که در علم فیزیک توجیه‌پذیر نبود. اما این روش آخرین کوشش برای نجات نظریه‌ی نیروی جاذبه‌ی نیوتن بود. در حقیقت یک چنین حقه‌ی سر هم‌ بندی‌ شده‌ی علمی‌ای، نشانه‌ای از آن نوع منطق و استدلال کورکورانه بوده که در گذشته هم سبب شده بود تا “پتالمی”، دایره های بیشتری را به نظریه‌ی دایره‌های نجومی‌اش در مورد جهان زمین‌محوری بیافزاید.

اگر اینشتین می‌خواست به چنین محافظه‌کاری‌ای غلبه یابد و بر منتقدانش پیروز شود و نظریه‌ی نیوتن را کامل کند، او مجبور بود تا دلیل دیگری را در حمایت و اثبات از نظریه‌اش پیدا کند. او می‌بایست پدیده‌ی دیگری که می‌توانست با تئوری خود او و نه تئوری نیوتن به اثبات برسد، پیدا کند. این پدیده باید چیز فوق‌العاده‌ی می‌بود که دلیل غالب و بدون بحثی را در حمایت از نظریه‌ی اصل نسبیت عام و فضای چهاربعدی در بر داشته باشد.

ادامه دارد ….

منبع:  کتاب انفجار بزرگ نوشته‌ی سایمون سینگ

لینک قسمت اول
لینک قسمت دوم
لینک قسمت سوم

image_pdfimage_print
(21 نفر , میانگین : 2٫48 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=1678
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 *