پنجشنبه, ۲۰ بهمن, ۱۴۰۱ / 9 February, 2023
مجله ویستا

انیشتین و نسبیت


انیشتین و نسبیت

آلبرت آینشتاین به سال ۱۸۷۹ میلادی در شهر اولم به دنیا آمد خانواده اش بعدا به مونیخ کوچ کرده و پدرش بهمراه عمویش شرکت برق تاسیس کرد

آلبرت آینشتاین به سال ۱۸۷۹ میلادی در شهر اولم به دنیا آمد. خانواده اش بعدا به مونیخ کوچ کرده و پدرش بهمراه عمویش شرکت برق تاسیس کرد. شرکت پدرش به سال ۱۸۹۴ ورشکسته شد و خانواده ی آینشتاین به میلان در ایتالیا نقل مکان کردند. آینشتاین بعدا به زوریخ رفته و به تحصیلات خود ادامه داده و به سال ۱۹۰۰ از دانشکده فنی فدرال زوریخ فارغ التحصیل شد.گویا به دلیل سئوالات فراوان و گیچ کننده ای که آینشتاین از اساتید خود می کرده آنان دل خوشی از وی نداشتند. و این باعث شد که وی نتواند شغلی دائمی در آن دانشگاه بدست آورد. دو سال بعد از پایان تحصیل بالاخره وی به سال ۱۹۰۲ در اداره ی ثبت اختراعات برن مشغول به کار شد.در همان جا بود که به سال ۱۹۰۵ کارهای عظیمی کرد که اندیشه ی ما را در باره ی زمان ، مکان و واقعیت عوض کرد. بقول نیوتن هر مرد بزرگی روی شانه ی بزرگان می نشیند. آینشتاین نه تنها روی شانه ی بزرگان نشسته بود بلکه فرزند زمان خود بود.حال کمی راجع به غولها و زمان آینشتاین صحبت کنیم.رشد فیزیک در اواخر قرن نوزدهم چنان بود که برخی فیزیکدانها پایان فیزیک را اعلام می کردند. این مورد در فیزیک کیهان شناختی از همه بیشتر توی ذوق می زد.بنیاد فیزیک تا آنزمان روی پایه های قوانین نیوتن دانشمند بلند آوازه انگلیسی و یکی از بزرگترین نوابغ تاکنونی بشر، بنیان گذارده شده بود. این قوانین چنان محکم و استوار و خدشه ناپذیر بنظر می رسید که کسی را یارای ضدیت با آن نبود. این قوانین از عهده ی بسیاری از مسائل سربلند بیرون آمده بود. تمامی عرصه های فیزیک و مکانیک از جمله مکانیک کلاسیک که تماما مکانیک نیوتونی را در بر میگیرد وترمو دینامیک، فیزیک نور، الکتریسیته، مغناطیس، الکترومغناطیس، فیزیک سیالات و غیره همگی تا آنزمان روی قوانین نیوتنی بنیان گذاشته شده بودند. ویران کردن و اندیشه ی نو انداختن فیزیکی جدید که بتواند جای آن را بگیرد امری محال بنظر می رسید. ولی جهان فیزیک زیر اندیشه ها، آزمون ها و یافته های جدیدی که هر روز بر تعداد آنها افزوده می گشت داشت کمر خم می کرد و فرو میریخت. بنابر این اوجی که گمان میرفت که فیزیک روی آن نشسته به سقوطی عظیم استحاله یافت. سرتاسر فیزیک را بحران گرفت. به عمده ترین آنها اشاره می کنم.یکی از بزرگترین فیزیک دانان آنزمان جیمز کلارک ماکسول بود. وی تحت تاثیر آزمایشات میشل فارادی در باره الکتریسیته قرار میگیرد و از خود چهار فرمول بجای می گذارد که جهان فیزیکی را به لرزه می اندازد. این چهار فرمول بسیار شگفت آورند. چرا که در ابتدا رابطه ای بین الکتریسته و مغناطیس به دست می دهد و هر دوی این بخشهای فیزیک را زیر چتر الکترومغناطیس می برد. دوم اینکه نور را در ریف میدان الکترومغناطیسی قرار داده و حکم اینکه نور نیز از جنس میدان الکترومغناطیس است، پدیدار می شود. این یکی از جسورانه ترین اندیشه های فیزیکی تا آنزمان بود. بیان اینکه میدانهای الکترومغناطیسی با سرعت نور حرکت می کنند، اکنون بنظر چیز ساده ای می آید ولی این کشف کمک شایان توجهی به نسبیت و هم به مکانیک کوانتمی کرده است که بدون آن رسیدن به این اندیشه ها محال بنظر می رسد. بنابراین تئوری نور مرئی که چشم ما را متاثر می کند فقط بخش کوچکی از طول موج هایی است که در گستره ی امواج الکترومغناطیس قرار دارند.اندیشه ی دیگر مسئله ی محدود بودن سرعت نور بود. از زمان گالیله و حتی پیش از آن دیگر معلوم شده بود که سرعت نور محدود است. بعدها عنوان شد که این سرعت در خلاء ثابت است و چنانکه حالا هر بچه محصل نیز می داند که این سرعت محاسبه شده و حدودا برابر ۳۰۰۰۰۰ کیلومتر در ثانیه ویا یک میلیارد کیلومتر در ساعت است. این خود به تنهایی مسئله آفرین بود ولی مسئله در جای دیگری نیز بود و آن اینکه نور به چه شکلی حرکت می کند و از چه تشکیل شده است؟ دو نظر در آن دوران فیزیک دانان را از هم جدا کرده بود. یک عده کسانی بودند که ماهیت نور را ذره ای و دیگری آنرا موجی میدانستند. اندیشه ی نیوتنی وزنه را روی ذره ای بودن نور سنگینتر می کرد ولی آزمایش های یانگ و فرنل موجی بودن نور را بی برو برگرد کرده بودند.ولی مسئله ی موجی بودن نور خود مسئله آفرین و یکی از پیچیده ترین آنها هم بود. اگر نور موجی بود پس این موج روی چه چیزی حرکت می کند؟ موج آب روی آب، اصوات روی اتمها و مولکولهای معلق در هوا ولی نور روی چه چیز؟ جواب این مسئله در انتظارآلبرت آینشتاین نشسته بود. ولی آنزمان برای جواب دادن به این سئوال نظری جالب مطرح شده بود. در هم شکستن این نظر اشتباه آمیز خود قدرتی را می طلبید.نظر غالب در آن زمان این بود که فضا پر از ماده ای به اسم اثیر است که به انگلیسی بدان اتر می گویند. این اثیر نقش آب مانندی را برای حرکت موجی نوربازی می کند. این اندیشه بسیار منطقی می نمود و بدین دلیل بود که هر چه زودتر در آغوش فیزیک خرامید و رد و قبول آن مشکلی جدید بوجود آورد. چرا که اگر رد شود چه چیزی جانشین آن می شود؟ و اگر قبول شود جنس اش، ماهیت اش، خواص دیگرش و غیره خود مسئله آفرین می شدند. فرض بر قبول کردن آن بود که باز آینشتاین آنرا رد کرد و مایکلسون با آزمایشات خود بر این اندیشه ی آینشتاین صحه گذاشت.اندیشه ی بعدی که جهان فیزیک را متلاطم کرد. انقلابی بود که بواسطه ی ماکس پلانک بر جسته ترین فیزیکدان اواخر قرن نوزدهم و اوایل قرن بیستم بنیان گذارده شد. وی از آزمایشاتی که در باره ی قانون دوم ترمودینامیک کرده بود به این نتیجه رسید که انرژی بصورت منفصل و نه متصل انتشار می یابد. این بنظر کشفی پیش پا افتاده ویا حداقل ساده می نماید ولی برای فیزیک دانان اینچنین نیست. این کشف به وسیله ی فیزیک دانانی چون بور، شرودینگر، هایزنبرگ، ماکس بورن، پائولی، دوبروی، دیراک، فرمی، رادرفورد، فین من و بسیاری دیگر فیزیک کوانتم را بنیان گذاشت که یکی از عرصه های وسیع فیزیک مدرن را تشکیل می دهد و یکی از بزرگترین و بحث انگیزترین بخش فیزیک است. با اینهمه که آینشتاین در بنیان گذاری آن شرکت کرده ولی تا آخر عمر خود آنرا بطور تام وتمام قبول نکرد. این اندیشه ی شایان فیزیکی بدلیل اینکه روی اصل عدم قطعیت هایزنبرگ استوار است برای محاسبات خود از آمار و احتمالات استفاده می کند که مورد پسند آینشتاین قرار نگرفت. جمله ی معروف وی اینکه "خداوند در موقع خلق جهان تاس نینداخته است" معروف است. ولی پیروزی های مکانیک کوانتمی صحت تا کنونی مکانیک کوانتمی را نشان داده است. تا ببینیم که بعدها چه خواهد شد. اکنون نظرات جدیدی هستند که در صدد آشتی دادن بین فیزیک نسبیتی و فیزیک کوانتمی می باشند. مثل استرینگ تئوری، ام تئوری وغیره که مورد بحث ما نیست.بالاخره تئوری کوانتمی ما را به این مسئله کشاند که قبول کنیم که انرژی بصورت بسته هایی که کوانتا نامیده می شوند انتقال می یابند. این مسئله به آنجا کشید که مشکل ماهیت نور حل شود که آن را بیشتر مدیون آینشتاین هستیم. وی با یک تیر چندین نشان زد. با بیان اینکه نور از ذراتی بدون جرم به اسم فوتون تشکیل شده و خود بسته های انرژی را تشکیل می دهد. پس فوتون ها به دلیل اینکه خود منبع انرژی هستند لذا احتیاج به بستری برای گرفتن انرژی جهت حرکت موجی خود ندارند. پس اتر لزوم وجودی خود را از دست می دهد. چنانکه پیشتر گفتیم بعدها نیز مایکلسون با آزمایشات سخت کوشانه اش به این دلیل آینشتاین صحه گذاشت و بحث اتر پایان یافت.انقلابات عظیم دیگری درآنسوی فیزیک یعنی ریاضیات رخ داده بود که به جهان فیزیکی و علی الخصوص در دستیابی به نسبیت شدیدا کمک کرد.ریمان و لباچفسکی فضا های غیر اقلیدسی را پیش کشیدند که مبنایی بدین صورت داشتند که هندسه ی اقلیدسی فقط حالت خاصی از جهان هندسه ی نا اقلیدسی بود. مثلاً در این فضا می توان مثلثی با مجموع زوایایی بیشتر ویا کمتر از ۱۸۰ درجه ساخت. یا از یک نقطه واقع در خارج از یک خط بینهایت خط بتوان به موازات آن خط رسم کرد. از سوی دیگر داوید هیلبرت فضا های برداری و ریاضیات تانسوری را در ابعاد بالاتر بنیان گزارد. گاووس مساحت سطوح خمیده را محاسبه کرد کانتور مسئله ی بینهایت های متفاوت را پیش کشید و بالاخره توپولوژی رونق فراوان یافت. این پیشرفتها مباحث ریاضی بسیار پیچیده ای هستند که هر کدام بحث های طولانی و پیچیده ای را می طلبد که از حو صله ی این بحث خارج است. ولی ناگفته نماند که تمامی این ریاضیات مدرن در رشد و ارائه ی نسبیت دخیل بودند.مثلاً مورد دیگری که فیزیک با آن روبرو شد انحنای مدار سیاره ی عطارد بود که لووریه این انحنا را کشف کرده بود و مقدارش برابر ۴۳ ثانیه است. قوانین نیوتن از تجزیه و تحلیل آن عاجز بود. نسبیت عمومی که به هندسه ی نااقلیدسی متکی است نشان داد که حضیض هر جسم دوران کننده حرکتی اضافه بر آنچه قوانین نیوتن بیان می داشت، دارد. این پاسخ بسیار روشن و شفافی برای حضیض عطارد داد.همین جا بایستی اشاره کنم که هنری پوانکاره ریاضی دان و فیزیک دان فرانسوی چند هفته بعد از اعلام نسبیت خصوصی اینشتاین و بدون اطلاع از نسبیت خصوصی مقاله ای منتشر کرد که نسبیت خصوصی را بصورت ریاضی مطرح کرد. چون خیلی ها از درک آن عاجز بودند ولی درک نسبیت خصوصی اینشتاین ساده تروملموس تر از پوانکاره بود و در عین حال روی مثالهایی استوار بود. قرعه به اسم اینشتاین افتاد ولی نبایستی پوانکاره را فراموش کرد.


شما در حال مطالعه صفحه 1 از یک مقاله 2 صفحه ای هستید. لطفا صفحات دیگر این مقاله را نیز مطالعه فرمایید.


همچنین مشاهده کنید





سایت اکوایرانروزنامه تعادلسایت اعتماد آنلاینسایت مجله شبکهسایر منابعسایت عصرایرانسایت بیتوتهروزنامه ابتکارروزنامه شرقسایت جماران