گرانش، از نيوتن تا اينشتين – قسمت پنجم

0
491

همكاري نهايي :

اگر قرار باشد يك نظريه‌ي علمي جديد، جدي به شمار آيد، بايد دو آزمايش منتقدانه را با موفقيت بگذراند. نخست، آن نظريه بايد بتواند نتايج تئوري‌اي را حاصل نمايد كه با همه‌ي مشاهدات موجود يك واقعيت، منطبق باشد. تئوري نيروي جاذبه ي اينشتين اين آزمايش را گذارنده بود. زيرا در ميان چيزهاي ديگر مورد آزمايش، اين نظريه دقيقاً مقدار صحيح پيچ‌خوردگي مدار سياره‌ عطارد را مشخص كرده بود. آزمايش دوم كه حتي دقيق‌تر مي‌باشد، اين است كه يك نظريه بايد نتايجي را براي مشاهداتي پيش‌گويي كند كه هنوز انجام نگرفته‌اند. اگر دانشمندان بتوانند مشاهداتي را انجام دهند كه با پيش‌گويي‌ها منطبق باشند، دليل قاطعي است بر اينكه نظريه از هر نظر درست و معتبر است.

وقتي كپلر و گاليله اظهار داشتند كه زمين به دور خورشيد مي‌چرخد، آنها خيلي زود توانستند نخستين آزمايش و بررسي را كه طي آن قرار بود نتايج نظري به دست آمده با حركات شناخته‌ شده‌ي سيارات مطابقت داشته باشد، با موفقيت انجام دهند، اما دومين آزمايش زماني انجام گرفت كه مشاهده‌ي گاليله از منظره‌هاي سياره زهره با پيش‌گويي نظري كه دهه‌ها پيش توسط كوپرنيك به عمل آمده بود، مطابقت و هماهنگي داشت.

دليل اين‌كه چرا نوع اول آزمايش به تنهايي براي اطمينان افراد مردد كافي نيست، ترس از اين احتمال است كه براي دستيابي به نتيجه‌ي درست، ممكن است آن تئوري به گونه‌اي با حيله و نيرنگ و حقه‌بازي سر هم‌بندي شده باشد. اما به هر حال، ساخت يك نظريه به نحوي كه بتواند با نتيجه‌ي يك مشاهده‌ي انجام نشده هماهنگي داشته باشد، غير ممكن است.

بنابراين اگر اينشتين مي‌خواست ثابت كند كه نظريه‌اش درست است و نظريه‌ي نيوتن ناكامل، او مجبور بود با استفاده از نظريه‌اش پيش‌گويي غالبي در مورد يك پديده مشاهده‌ شده به عمل آورد. البته اين پديده مي‌بايست در يك محيط كه داراي نيروي جاذبه شديد است صورت مي‌گرفت. وگرنه پيش‌گويي‌هاي نيوتن و اينشتين يكي مي‌بود و در اين حال پيروزي يا برتري يك نظريه‌ بر نظريه‌ي ديگر وجود نمي‌داشت.

سرانجام قرار بر اين شد كه ساخت آزمون و يا قطع آن پديده‌اي باشد كه با عملكرد و رفتار نور در ارتباط باشد. حتي پيش از اين‌كه اينشتين نظريه‌اش را در مورد سياره‌ي عطارد به كار برد (يعني در حقيقت پيش از اين‌كه تئوري نسبيت عام را به تكامل برساند)، او كشف تأثير متقابل واقعي بين نور و نيروي جاذبه را آغاز كرده بود. با توحه به فرمول‌ نيروي جاذبه فضاي چهاربعدي او، هر پرتوي نوري كه از كنار يك ستاره و يا از كنار هر سياره متراكم عبور مي‌كرد، توسط نيروي جاذبه به سوي آن ستاره و يا آن سياره كشيده مي‌شد و نور تا اندازه‌اي از مسير اصلي‌اش منحرف مي‌گشت. چه اين‌كه اين خميدگي و انحراف كم و يا بسيار كم مي‌بود، اين مورد را تعيين مي‌كرد كه نظريه‌ي چه كسي كامل بوده است. نظريه‌ي اينشتين يا نظريه‌ي نيوتن؟

در سال 1912، اينشتين در مورد اين‌كه چگونه براي انحراف نور اندازه‌گيري دقيقي را به عمل آورد، با اروين فراند ليخ (Erwin Freundlich) شروع به همكاري نمود.

fig2

در حالي‌كه اينشتين يك دانشمند در علم فيزيك نظري بود، فراندليخ يك منجم چيره و فاضل بود و بنابراين در وضعيت بهتري بود تا بگويد چگونه ممكن است كسي مشاهداتي را از نقطه‌ نظر انحراف نوري با توجه به اصل نسبيت عام،‌ پيش‌گويي كند.

نخست، آن‌ها دچار اين شگفتي شدند كه آيا سياره مشتري به اندازه‌ي كافي بزرگ است تا بتواند نور تابيده از يك ستاره را منحرف سازد.

general_relativity

 اما هنگامي كه اينشتين با استفاده از فرمول خودش، سنجش و اندازه‌گيري مربوط را كامل كرد، چنين ثابت شد كه مقدار انحراف نور تابيده از سياره‌ي مشتري آن‌قدر كم بود كه ممكن نبود تا آن را مورد بررسي قرار داد. او طي نامه‌اي به فراند‌ليخ چنين نوشت:

«« چه مي‌شد اگر طبيعت سياره‌اي بزرگ‌تر از سياره‌ي مشتري به ما داده بود!»

پس از آن، اينشتين و فراندليخ توجه خود را بر روي خورشيد معطوف داشتند. خورشيد هزار مرتبه از سياره مشتري بزرگ‌تر است. اين‌ بار، اينشتين ثابت كرد كه نيروي جاذبه خورشيد تأثير قابل ملاحظه‌اي بر روي يك شعاع نوري ستاره دوردست دارد و اين‌كه انحراف آن نور مي‌بايست قابل بررسي و اندازه‌گيري باشد.

اينشتين اميدوار بود كه انحراف نور ستاره در دوردست كه از سوي خورشيد پديد مي‌آيد، مي‌تواند براي اثبات تئوري نسبيت عام به كار آيد. خورشيد خط ديد ما بين زمين و ستاره دوردست را مي‌پوشاند، اما وزن خورشيد فضاي چهاربعدي را خميده مي‌كند و نور ستاره در حالي‌كه مي‌خواهد مسير پيچيده‌اي را به سوي زمين طي كند، منحرف مي‌گردد. دريافت ما چنين است كه نور در مسير خط نور ستاره حركت مي‌كند. بنابراين ما از زمين،‌نور برگشت (انعكاس نور) را در طول خط مستقيمي كه به نظر مي‌رسد آن نور به زمين رسيده است، تصور مي‌كنيم و چنين به نظر مي‌رسد كه ستاره تغيير مكان داده است.

G2

مقدار حركت نور ستاره از وضعيت واقعي تا وضعيت ظاهري بايد خيلي كم باشد، اما اين وضعيت ثابت مي‌كند كه نظريه‌ي چه كسي كامل‌تر است. تئوري اينشتين تغيير مكان بيش‌تر نور ستاره‌اي را تا نظريه‌ي نيوتون پيش‌گويي مي‌كرد. بنابراين، با اندازه‌گيري اين تغيير مشخص مي‌شود كه كدام تئوري در مورد نيروي جاذبه كامل‌تر است.

اما مشكلي بزرگ وجود داشت. ديدن ستاره‌اي كه نور آن توسط خورشيد منحرف مي‌گرديد، به‌‌ طوري‌كه مكان آن به طور آشكارا به سوي كناره‌ي خورشيد تغيير مي‌كرد،‌ غيرممكن بود و اين به دليل درخشندگي فوق‌العاده و پوشاننده‌ي خورشيد بود. در حقيقت در نواحي اطراف خورشيد، ستارگان هميشه به صورت نقطه‌ نقطه‌هايي وجود دارند. اما همگي آنها غير قابل رؤيت باقي مي‌مانند، زيرا درخشندگي آن‌ها در مقايسه با درخشندگي خورشيد بسيار ناچيز است.

اما وضعيتي وجود داشت كه در آن،‌ستارگان آنطرف لبه‌ي خورشيد مي‌توانند خود را آشكار سازند. در سال 1913، اينشتين در نامه‌اي به فراندليخ پيشنهاد كرد تا در يك وضعيت خورشيدگرفتگي، به دنبال تغيير مكان ستاره‌اي باشد.

ادامه دارد ….

منبع:  كتاب انفجار بزرگ نوشته‌ي سايمون سينگ

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



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.