گرانش، از نيوتن تا اينشتين – قسمت چهارم

0
587

در 18 نوامبر 1915، اينشتين در مقابل آزمايشي كه به دنبالش بود،‌قرار گرفت. يك نوعي رفتار ستاره‌اي كه منجمين را براي دهه‌ها شگفت‌زده كرده بود. صحنه‌‌ي اين بررسي بود كه توجه او را به خود جلب كرد.

اگر به سال 1895 برگرديم، در مي‌يابيم كه منجم فرانسوي به نام اوربين لوورير يك فاصله‌ي شكسته را در مدار سياره‌ي عطارد مورد تجزيه و تحليل قرار داده بود. اين سياره داراي يك مدار بيضي شكل است، اما به جاي اينكه اين مدار بيضي‌شكل ثابت باشد، خود آن بيضي به دور خورشيد مي‌پيچيد. (به شكل توجه كنيد).

Gravity-Einstein-04

مدار بيضي‌ شكل كه به دور خورشيد پيچ مي‌خورد، شكل و الگويي كه به اسپيروگراف‌هاي قديمي، (تنفس‌سنج) شبيه است، به دنبال خود بر جاي مي‌گذارد. پيچش به دور خورشيد بسيار كم و در حدود 754 آرك در ثانيه در هر صد سال مي‌باشد و يك ميليون مدار و بيش از دويست‌ هزار سال طول مي‌كشد تا سياره‌ي عطارد مسير دايره‌اي خود را به دور خورشيد كامل نمايد و به مسير اصلي مداري شكل خود برگردد.

منجمين چنين فرض كرده بودند كه رفتار مخصوص سياره عطارد در نتيجه‌ي كشش نيروي جاذبه‌ي سيارات ديگر منظومه‌ي شمسي كه به مدار آن وارد مي‌آيد، اما وقتي‌كه لووري‌ير (Urbain Le Verrier) از فرمول نيوتن براي جاذبه استفاده نمود، او دريافت كه تركيبي از تأثيرات سيارات ديگر مي‌تواند فقط براي 531 آرك ثانيه از 574 آرك ثانيه كه در هر صد سال پديد مي‌آمد، به حساب آيد، به اين معني كه مقدار 43 آرك ثانيه از پيچش سياره‌ي عطارد به دور خورشيد ناديده گرفته شده و به حساب نيامده بود.

logo Le Verrier

طبق نظريه‌ي برخي از دانشمندان،‌ مي‌بايست اثر يك نيروي اضافي و رويت‌نشده اصلي بر روي مدار سياره‌ي عطارد وجود داشته باشد كه سبب ناديده گرفتن آن 43 آرك ثانيه چرخش بوده باشد. مثلاً مي‌توان تأثير حاصل از يك خرده سياره و يا تأثير حاصل از يك قمر شناخته نشده سياره عطارد را در اين مورد در نظر گرفت. بعضي از دانشمندان حتي چنين بيان مي‌داشتند كه وجود يك سياره‌ي تاكنون شناخته نشده‌‌اي كه به والكان (Vulcan) مشهور است و در محدوده‌ي مدار سياره‌ي عطارد قرار دارد، سبب اين مقدار 43 آرك ثانيه چرخش بوده باشد. منجمين فرض مي‌كردند كه فرمول نيروي جاذبه‌ي زمين درست است و اين مشكل بايد به دليل ناتواني خودشان براي قرار دادن تمامي عوامل لازم در آن فرمول بوده باشد. هنگامي كه آن‌ها،  آن خرده سياره‌هاي  جديد بين مريخ و مشتري را كشف نمودند كه شكل يك ماه و يا يك سياره را داشت، آن‌ها انتظار داشتند كه با اندازه‌گيري دوباره، همان پاسخ درست 574 آرك ثانيه را به دست آورند.

اينشتين به هر حال مطمئن بود كه هيچ خرده سياره‌ي كشف نشده‌اي يا هيچ قمر و يا هيچ سياره‌اي ديگر وجود نداشت و مطمئن بود كه مشكل در فرمول نيروي جاذبه‌ي نيوتن نهفته است.

نظريه‌ي نيوتن در توصيف اين كه در وضعيت نيروي كمتر جاذبه‌ي زمين، چه چيزي رخ مي‌دهد، خوب عمل مي‌كرد. اما اينشتين مطمئن بود كه نيروي جاذبه‌ي شديدي كه در نزديكي خورشيد يافت مي‌شود، خارج از درك نيوتن بود. اين مورد، زمينه‌اي كامل براي مقايسه آن دو نظريه‌ي نيوتن و اينشتين در مورد نيروي جاذبه بود و اينشتين كاملاً مطمئن بود كه نظريه‌ي خود او پيچ‌خوردگي‌ سياره‌ي عطارد را به روشني به حساب مي‌آورد.

او محاسبات لازم را با استفاده از فرمول خودش انجام داد و نتيجه‌ي آن اندازه‌ي همان 574 آرك ثانيه بود كه دقيقاً با مشاهداتش يكسان بود. اينشتين آنگاه چنين گفته بود:

««  پس از اين موفقيت، چند روزي را به تنهايي با هيجانات شادي‌آور خودم به سر مي‌بردم».

dn8928-1_600

متأسفانه جامعه‌ي دانشمندان علم فيزيك به طور كامل، از محاسبات اينشتين راضي نبودند. اساساً استقرار و بقاي يك نظريه‌ي علمي با احتياط و محافظه‌كارانه صورت مي‌پذيرد. بعضا،ً هم به لحاظ علمي و هم به لحاظ دلايل احساسي. اگر نظريه‌ي جديد بر نظريه‌ي قبلي چيره گردد، نظريه‌ي پيشين مي‌بايست فراموش گردد و آن‌ چه از يك ساختار علمي بر جاي مي‌ماند، بايد با تئوري جديد سازگاري پيدا كند. تنها اگر ثابت شود كه نظريه‌ي جديد مؤثر بوده و كارايي دارد، چنين تحولي توجيه‌كننده است.

فشار و سنگيني روند اثبات يك نظريه، هميشه بر دوش طرفداران آن نظريه‌ي جديد وارد مي‌آيد. موانع عاطفي نيز براي پذيرش نظريه‌ي جديد نيز به همين نسبت بالا است. دانشمندان كم‌ رتبه‌اي كه در تمام دوره‌ي زندگي‌شان به نظريه‌ي نيوتن معتقد بودند، نمي‌خواستند آن‌چه را كه درك مي‌كردند، رها كرده و به نظريه‌ي جديد ديگري اعتماد نمايند. مارك تواين (Mark Twain) نويسنده مشهور‌ در اين مورد چنين گفته است:

««  يك دانشمند هرگز به نظريه‌‌اي كه خودش آن را شروع نكرده است، توجه نمي‌كند.»

mark-twain-for-every-grade-level

تعجبي نيست كه به هر حال آن نظريه‌ي علمي مبني بر اين كه فرمول نيوتون درست است و منجمين زود يا دير درمي‌يافتند كه يك شي‌ء جديد در پيچش مداري سياره‌ي مريخ دخالت دارد، ادامه داشت و در باورها استقرار يافته بود، اما هنگامي كه مشاهده‌ي دقيق‌تري به عمل آمد، نشانه‌اي از خرده ستاره يا ماه و يا سياره‌اي مشاهده نشد و منجمين راه حل جديدي براي اين كه نظريه‌ي ضعيف و لرزان نيوتن را درباره‌ي جاذبه تقويت نمايند، ارائه نمودند و اين راه حل يك تغيير جزئي در معادله نيوتن بود. يعني تغيير (r  به توان 2) به (r  به توان 2.00000016).

با اين راه حل آنها مي‌توانستند با روش قديمي، نيروي جاذبه را در مدار سياره‌ي عطارد به دست آورند.

اما به هر حال اين روش يك حقه‌ي رياضي بود كه در علم فيزيك توجيه‌پذير نبود. اما اين روش آخرين كوشش براي نجات نظريه‌ي نيروي جاذبه‌ي نيوتن بود. در حقيقت يك چنين حقه‌ي سر هم‌ بندي‌ شده‌ي علمي‌اي، نشانه‌اي از آن نوع منطق و استدلال كوركورانه بوده كه در گذشته هم سبب شده بود تا “پتالمي”، دايره هاي بيشتري را به نظريه‌ي دايره‌هاي نجومي‌اش در مورد جهان زمين‌محوري بيافزايد.

اگر اينشتين مي‌خواست به چنين محافظه‌كاري‌اي غلبه يابد و بر منتقدانش پيروز شود و نظريه‌ي نيوتن را كامل كند، او مجبور بود تا دليل ديگري را در حمايت و اثبات از نظريه‌اش پيدا كند. او مي‌بايست پديده‌ي ديگري كه مي‌توانست با تئوري خود او و نه تئوري نيوتن به اثبات برسد، پيدا كند. اين پديده بايد چيز فوق‌العاده‌ي مي‌بود كه دليل غالب و بدون بحثي را در حمايت از نظريه‌ي اصل نسبيت عام و فضاي چهاربعدي در بر داشته باشد.

ادامه دارد ….

منبع:  كتاب انفجار بزرگ نوشته‌ي سايمون سينگ

لینک قسمت اول
لینک قسمت دوم
لینک قسمت سوم



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.