دنياي اینشتين – بخش اول

8
623

بیگ بنگ: آلبرت اینشتین (Albert Einstein ) متولد ۱۴مارس ۱۸۷۹ كه همراه با آخرين ياداشت هاي علمي اش در ۱۸آوريل ۱۹۵۵بر روي تخت بيمارستان از دنيا رفت. او بيشتر بخاطر نظريه نسبيت و به ويژه برای هم‌ ارزی جرم و انرژی شهرت دارد.

1البته به نظرم نظريه نسبيت عام او و تلاشهايي كه براي آزمون آن در كسوف انجام گرفت، وي را بسيار خبر ساز نمود. علاوه بر اين، او در بسط تئوری کوانتوم و مکانيک آماری سهم قابل توجهي داشت. اینشتين جايزه نوبل فيزيک را در سال ۱۹۲۱ برای خدماتش به فيزيک نظری و به خصوص به خاطر تفسير پديده فتوالکتريک دريافت کرد. او به دليل تأثيرات چشمگيرش، به عنوان يکی از بزرگ‌ترين فيزيکدانانی شناخته می‌شود که به اين جهان پا گذاشته‌اند. اینشتين نه در دوران دانش آموزي و نه در زمان دانشجويي خود در دانشگاه پلي تكنيك سوئيس، مورد توجه هيچ معلم و استادي قرار نگرفت. وي پس از فارغ التحصيل شدن، هيچ شغلي متناسب با تحصيلاتش پيدا نكرد و حتي نامه نگاريهاي پدرش به اساتيد به منظور يافتن شغلي براي پسرش در دانشگاه افاقه نكرد. او دوراني را در افسردگي به سر برد تا سرانجام به عنوان يك كارمند ساده در اداره ثبت اختراعات سوئيس مشغول كار شد. در اين زمان بود كه او دوباره متمركز يكي از روياهاي دوران نوجواني خويش افتاد : سفر با سرعت نور!

نظريه نسبيت اينشتين براي اولين بار پس از دو قرن به صورت جهشي و اساسي بديهيات و در واقع عادات ذهني درگير با فيزيك نيوتني را به چالش مي كشيد. هنگاميكه اينشتين گمنام در اوج هيجانات خود مقاله نسبيت را براي ژورنالهاي مختلف فرستاد، هيچ جوابي دريافت نكرد.در طول اين چند ماه او دوباره افسرده شد! به جرات مي گويم كه اگر دنيا شبيه فضاي علمي و فرهنگي كنوني جامعه ما بود، اينشتين و صدها نفر شبيه او كه دور از فضاي آكادميك به مفاهيم عميقي مي رسيدند، در اوج افسردگي از دنيا مي رفتند و هيچگاه چيزي از خود باقي نمي گذاشتند. اما در اروپا يك فيزيكدان مشهور پيدا شد كه به جاي توجه به اسم و رسم و ظاهر و …، به كيفيت و عمق مقاله توجه نمود : ماكس پلانک، اين فيزيكدان بزرگ در آن زمان ويراستار يكي از ژورنال هاي مهم در برلين به نام”سالنامه فيزيك” بود. وي مقاله اينشتين را ديد و چون سواد و تخصص كافي داشت، آن را فهميد و چون انسان فهميده و با اعتماد به نفسي بود، به جاي كلمه “رقيب” به يك ” همكار” فكر كرد. به جاي موقعيت خود به آينده فيزيك و علم فكر كرد! بنابراين وي مقاله اينشتين را در سال 1905 چاپ كرد و راه را براي توجه بقيه و شهرت انيشتين باز نمود. مقاله اي كه تاريخ ساز شد!

einstein_planckدرك نسبيت به هوش خيلي بالا نياز ندارد. سختي فهم آن به خاطر عادت به اصول فيزيك كلاسيك است. حتي رياضي نسبيت خاص برخلاف مدل عام آن نسبتا ساده است.مفاهيم فيزيك نيوتني با مشاهدات روزمره ما تطابق دارد و اصول آن تطابق خوبي با احساسات ما دارد. به همين خاطر جهش به نتايج نسبيت، ذهن ما را به چالش مي كشد. كساني كه به هر دليلي انعطاف ذهني كافي ندارند، حتي اگر هوش مناسبي داشته باشند، براي پذيرش نظرات جديد مانند نسبيت با دردسر روبرو مي شوند! بياييد همچون اینشتين شده و گام به گام به سوي نسبيت پيش برويم : حتما مي دانيد كه حركت، نسبي است و صحبت از سرعت اجسام بدون در نظر گرفتن يك مرجع يا دستگاه مختصات بي معناست. اگر شما درون يك فضاي خالي باشيد، از كجا متوجه خواهيد شد كه ساكن هستيد يا متحرك؟ مرجعي براي مقايسه وجود ندارد. در فيزيك نيوتني هميشه يك مرجع براي سنجش سرعت در نظر گرفته مي شود.

مثلا سرعت سنج خودرو، سرعت آن را نسبت به جاده ساكن نشان مي دهد، در حاليكه سرعت همين خودرو نسبت به راننده آن صفر است. حتي حواس ما به طور ناخود آگاه با انتخاب مرجع، حركت را حس مي كند.هنگامي كه دوستتان را ملاقات مي كنيد، بلافاصله با مقايسه مكان او نسبت به يك مرجع نزديك مانند درخت، ساختمان، تير چراغ و يا خودتان متوجه مي شويد كه وي به سمت شما در حال حركت است. حتي زاويه ديد يا نوك بيني و … نيز مي تواند نقش يك مرجع را بازي كند. بنابراين شكي نيست كه حركت و سرعت نسبي است. حركت نسبي حتي بدين مفهوم است كه زمان حركت با يك خودرو، تفاوتي بين اينكه من به سمت جلو مي روم يا كل اشياء پيرامون به سمت عقب مي روند، وجود ندارد. البته تجربيات روزمره ما چنين تفاوتي را براي ما مهم و قابل درك مي نمايد. بنابراين لازم است بدانيم كه ما و خودرو در حال حركتيم و اشياء دور و بر شامل درختان، ساختمانها و … ساكن هستند. اگر شخصي از ابتداي تولدش در يك خودروي در حال حركت زندگي كرده باشد، چنين تفاوتي را درك نمي كند! ما نيز اگر در يك فضاي خالي با يك سيارك روبرو شويم كه در حال نزديك شدن به ماست، نمي توانيم تشخيص دهيم كه كداميك در حال حركتيم!

41414
چندين سال قبل بر روي صندلي يك اتوبوس در حالتي بين خواب و بيداري لميده بودم. راننده و بقيه سرنشينها پياده شده بودند. اتوبوس در امام زاده هاشم لابلاي اتوبوس هاي ديگر پارك كرده بود. همانطور كه به خودروي بغلي نگاه مي كردم، ناگهان حس كردم، همراه با اتوبوس به سمت عقب در حال حركتيم! ميدانستم كه چند متر عقب تر يك دره عميق انتظار ما را مي كشد؛ با وحشت از جايم بلند شدم اما به سرعت متوجه شدم كه در واقع اتوبوس كناري به سمت جلو حركت مي كند! زمين مرجع مطمئن تري بود. با توجه به نسبي بودن سرعت، نتيجه اين است كه سرعت اجسام براي ناظرين مختلف مي تواند مقادير متفاوتي داشته باشد. اين موضوع در معادلات حركت نيوتني كاملا صادق است. مثلا اگر شما با سرعت 80 كيلومتر درساعت در حال رانندگي به سمت خودرويي با سرعت 100 باشيد، سرعت خودروي مقابل براي شما 180 خواهد بود. اين سرعت را مي توان مثلا با رادار به دست آورد و حتي قابل حس است. اين سرعت نسبي براي امواج نيز صادق است. اگر شما درانتهاي اتوبوس متحركي بشكن بزنيد، صداي آن با سرعت 330 متر در ثانيه به سمت راننده حركت مي كند. براي شخص ساكن در زمين سرعت اين موج صوتي با سرعت اتوبوس جمع بسته مي شود.

اكنون به اصل مطلب مي رسيم. فرض كنيد فوتون هاي نور همانند يك خودرو حركت مي كنند. براي يك ناظر ساكن، سرعت اين فوتونها حدود 300 هزار كيلومتر در ثانيه است. طبق فيزيك نيوتني اگر بر فرض شما با سفينه اي به سرعت 10 كيلومتر در ثانيه به سمت نور پرواز كنيد، سرعت نور براي شما 300 هزار و 10 كيلومتر در ثانيه خواهد بود. ظاهرا اين موضوع بديهي است؛ اما آزمايش چه مي گويد؟

2
سرعت نور براي شما همان 300 هزار است. كلي تر بگوييم : سرعت نور (در خلاء) براي تمام ناظرها و در هر شرايطي مقدار ثابت و يكساني دارد. يعني شما در هر وضعيت و حالتي، با اندازه گيري سرعت نور به مقدار ثابت C دست خواهيد يافت. همين موضوع ، ذهن انيشتين را متمركز اصول نظريه نسبيت خاص نمود. در آن دوران كمتر كسي به موجي بودن نور شك داشت. معادلات قدرتمند ماكسول، نور را يك موج الكترومغناطيس معرفي مي كرد و حتي سرعت آن را پيش بيني مي كرد. تاييد تجربي اين معادلات و كشف امواج الكترومغناطيس، توسط هاينريش هرتز در آزمايشگاهي صورت گرفت كه طول كوچك آن مدتها باعث اختلال در آزمايش و سر درگمي هرتز شده بود! بحث اصلي در مورد حامل اين امواج با نام پذيرفته شده ” اتر” بود. آب دريا حامل امواجي است كه ما در ساحل مي بينيم. هوا حامل امواج صداست كه با سرعت 330 كيلومتر در ساعت منتقل مي شود . در واقع موج همچون اغتشاشي است كه در حامل خود منتشر مي شود. ظاهرا حامل امواج نور نيز اتر مي باشد. چه راهي براي اثبات آن وجود دارد؟

در سال 1887 بود كه مايكلسون و مورلي براي كشف حامل امواج نور، دست به يك آزمايش خلاقانه زدند. يك فرض بر اين بود كه اتر در فضا ساكن است و كره زمين نسبت به آن متحرك مي باشد. فرض ديگر حركت اتر با كره زمين بود. اين دو دانشمند تجربي، سرعت نور را بر روي زمين متحرك در فضا و در جهت هاي مختلف و عمود بر يكديگر اندازه گرفتند. به نظر شما چه نتايجي مي بايست به دست مي آمد؟ طبق فيزيك كلاسيك، به خاطر حركت زمين مي بايست سرعت هاي مختلفي براي نور در جهات گوناگون به دست مي آمد (چرا؟ در این لينك ببينيد)، اما نتيجه عجيبي حاصل شد. سرعت نور در تمام حالتها يكسان و ثابت بود. از اين لحظه بود كه تعدادي از فيزيكدانان به جاي توجه به پتانسيل انقلابي اين آزمايش سعي در توجيه اين انحراف نمودند. يكي از بهترين آنها به انقباض طول لورنتز – جرالد معروف است. نكته جالب اينكه معادلات اين انقباض توسط اينشتين استفاده شد، اما در يك مفهوم انقلابي و نه براي توجيه!

ادامه دارد »»»

نویسنده : احمد مصدر / سایت علمی بیگ بنگ
منابع :
• نظريه نسبيت اينشتين، ماكس بورن – ترجمه هوشنگ گرمان
• نسبيت و مفهوم نسبيت، آلبرت اينشتين – ترجمه محمد رضا خواجه پور
• آشنايي با نسبيت خاص، رابرت رزنيك، ترجمه جعفر گودرزي
• نسبيت براي همگان ، مارتين گاردنر، ترجمه محمود مصاحب



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

8 دیدگاه‌ها

  1. با سلام خدمت شما نویسنده گرانقدر
    بنده با توجه به علاقه ای که به شیمی دارم بسیار علاقمند به معاشرت و مشورت با شما هستم امیدوارم از طریق ایمیل با بنده تماس بگیرید
    محمدرضا موسی پور

  2. عالی است، با نوشته های شما و کل سایت زندگی می کنم. لطفا در متن فوق اصلاح گردد:
    “هوا حامل امواج صداست که با سرعت ۳۳۰ کیلومتر در ساعت منتقل می شود” درست آن در ذیل آمده است:
    سرعت صوت ۳۴۳٫۲ متر بر ثانیه (۱۱۲۶ فوت بر ثانیه)، ۱۲۳۶ کیلومتر بر ساعت (۷۶۸ مایل بر ساعت) یا به طور تقریبی، یک کیلومتر در سه ثانیه و یا تقریباً یک مایل در پنج ثانیه است.

  3. واقعا عالی بود کسی عالم است کسی است که برای ترویج
    آن بکوشد وگرنه میوه بدون درخت و درخت بدون خاک ارزشی ندارد ومیوه رشد نخواهد کرد

    تشکر بی پایان ازشما .ممنون.