Scientific Information

زندگي تكثير ثروتی است كه نامش محبت است

فیزیک روشنگر جهان
ساعت ۱٢:٥٠ ‎ب.ظ روز یکشنبه ۳٠ تیر ۱۳۸٧  
اکنون ۱۰۰ سال از زمانی که اینشتین ۵ مقاله را منتشر کرد، می گذرد. او جایزه نوبل را دریافت کرد و از معروف ترین معادله علمی دنیا پرده برداشت و فیزیک را در مسیری قرار داد که تا امروز همچنان دنبال می شود. یک قرن پیش نظریه های اینشتین پیشرفت های جدید ماموریت های فضایی را به وجود آورد. اکنون ماهواره ای با نام کاوشگر گرانش B که ۶۵۰ کیلومتری بالای زمین می گردد به دنبال پیداکردن تاثیرات پیچیده ای است که نظریه نسبیت اینشتین پیش بینی کرده است. کشف این تاثیرها نیازمند دقتی بی نظیر است. چرخنده های ابزار ژیروسکوپ ماهواره بهترین گوی هایی هستند که تاکنون به دست بشر ساخته شده اند. این ماموریت آخرین مدرکی است که نشان می دهد جست وجو به دنبال مسیر اینشتین هرگز پایان نمی یابد. اکنون ۱۰۰ سال از زمانی که اینشتین ۵ مقاله را منتشر کرد، می گذرد. او جایزه نوبل را دریافت کرد و از معروف ترین معادله علمی دنیا پرده برداشت و فیزیک را در مسیری قرار داد که تا امروز همچنان دنبال می شود. کار اینشتین در کنار پیشرفت های پی درپی در مکانیک کوانتوم، در کشف های علمی شکوفا شد که از بسیاری جهات زندگی عادی را تحت تاثیر قرار می دهد. «استفن بنکا» (S.Benka) سردبیر مجله فیزیکس تودی (Physics Today) می گوید: «اکنون دوران طلایی فیزیک است. فیزیک نه تنها ما را از جهان طبیعت آگاه می کند، بلکه زندگی بشر را نیز در بسیاری از موارد کاربردی تحت تاثیر قرار می دهد. برای مثال با استفاده از شبکه هشدار دهنده سونامی به سرعت در مورد زمین و سیستم های فیزیکی آن اطلاعات کسب می کنیم.» به گفته وی: «حوزه زیست شناسی نیز به وسیله فیزیک روشن تر می شود.» وی می گوید: حتی جنبه های پیچیده فیزیک کوانتوم استفاده کاربردی به شکل کدهای غیرقابل شکست (hard*to*break) دارد که از اطلاعات بانکی آن لاین محافظت می کند. دیگر جنبه های فیزیک بیشتر به صورت نظریه باقی مانده است: امکان وجود بعدهای بیشتر، رمزگشایی دینامیک فیزیکی سیستم های پیچیده و به شدت غیرقابل پیش بینی مثل وضعیت آب و هوای زمین. در سال ۱۹۰۵ پنج مقاله اینشتین نشان داد که چطور به طور قطعی می توان وجود اتم را ثابت کرد. موضوع وجود یا عدم وجود اتم حتی تا صد سال پیش هم موضوع بحث برانگیزی بود. اینشتین نشان داد که نور از قسمت های مجزا به اسم فوتون تشکیل شده است و دیدگاه ما را نسبت به فضا و زمان برای همیشه تغییر داد. این دستاوردها برای فرد ۲۶ ساله ای که به تازگی دکترای خود را گرفته و در اداره ثبت اختراعات سوئیس کار می کند، چندان هم بد نیست. یکی از این مقاله های شگفت انگیز که شهرت کمتری دارد در مورد پرسشی است که هزاران سال است برای مشاهده کنندگان به صورت معما باقی مانده است. چرا ذرات غبار در هوا و ذرات شن در آب به صورت نامرتب می چرخند؟ گیاه شناسی به نام رابرت براون این پدیده را در سال ۱۸۲۷ بررسی کرد و بعد از آن فیزیکدانان آن را «حرکت براونی» نامگذاری کردند. اینشتین علت این حرکت را برخورد ذرات با مولکول ها دانست. او نشان داد این حرکت چگونه محاسبه می شود و چند مولکول به یک ذره شن ضربه می زنند و با چه سرعتی حرکت می کنند. ژان پرن (Jean Perrin) فیزیکدان فرانسوی از دیدگاه اینشتین برای انجام چند آزمایش استفاده کرد و یک بار برای همیشه وجود اتم و مولکول را ثابت کرد. این کارش جایزه نوبل را برای او به ارمغان آورد. ایده اصلی اینشتین که در سال ۱۹۰۵ منتشر شد این بود که نور ذره ای است که مانند موج رفتار می کند. این ایده به اثر فتوالکتریک مربوط می شود. در این اثر نور به مواد خاصی می تابد و جریان الکتریکی ایجاد می کند. سلول های فتوالکتریک که برای بازکردن در سوپرمارکت استفاده می شود از همین اثر استفاده می کند. اینشتین در توضیح این پدیده گفت نور مجموعه ای از ذرات به نام فوتون است و انرژی آنها تنها بستگی به رنگ نور دارد. او برای این دیدگاه جایزه نوبل دریافت کرد. این کشف همچنین راه را برای گسترش علم فیزیک کوانتوم باز کرد. بسیاری از فیزیکدانان به دیدگاه های نسبیت توجه می کنند که در سال ۱۹۰۵ ارائه شد. پیامدهای بعدی بزرگترین دستاورد او بودند. استیون واینبرگ (Steven Weinberg) فیزیکدان دانشگاه تگزاس و برنده جایزه نوبل می گوید: همه ما تصوری از فضا و زمان داریم که در ما ایجاد شده است. این چیزی است که اینشتین خلاف آن را ثابت کرد. او برای اولین بار نشان داد فضا و زمان بخشی از فیزیک است نه متافیزیک. نیوتن و فیزیکدانان بعد از او فضا و زمان را اساساً مطلق در نظر گرفتند. فرض می شد که فضا و زمان برای تمام مشاهده کنندگان یکسان است. هیچ کس هم در مورد صحت این فرض شک نکرد. اما اینشتین گفت قانون های طبیعت و سرعت نور مطلق هستند و برای تمام مشاهده کنندگانی که به طور ثابت و وابسته به هم در حرکت هستند یکسان است. مشاهده کنندگانی که با سرعت های متفاوت درحرکتند بعدهای فرازمانی کسب کرده و ساعت شان با سرعت متفاوتی کار می کند. این اصول مهم پیامدهای مهمی دارند این پیامدهای مهم را که اینشتین مهم ترین دستاورد زندگی اش می داند، مشهورترین معادله فیزیک است: E=mc۲. این معادله نشان می دهد جرم ماده و انرژی هم ارز هستند. این نظریه موجب پیشرفت بمب اتمی و نیروگاه های هسته ای شد. بعد از آن اینشتین اصل هم ارزی نسبیت را اضافه کرد و نظریه خود را با افزودن گرانش به آن گسترش داد. او فرض کرد وقتی به جسمی نیرویی وارد می شود جرمی که شتاب را تعیین می کند و جرمی که بر اثر جاذبه به وجود می آید یکسان هستند. در این نظریه گرانش کشش بین اجسام نیست. به همین شیوه است که جرمی مثل زمین فضا را تغییر می دهد و بر سرعت حرکت ساعت تاثیر می گذارد. امروزه کاوشگر گرانش B مسیر منحنی ای را در فضا طی می کند که توسط جرم زمین تولید شده است. هیچ نیروی گرانشی آن را در فضا نگه نداشته است و آن فقط مسیر مشخص را طی می کند. ماهواره ای به دقت حرکت های آن را دنبال می کند تا دریابیم آیا با پیش بینی های اینشتین مطابقت دارد یا خیر؟ اینشتین همچنین پیش بینی کرد که چرخش زمین فضا را به دور خود می کشد. این پدیده پیش از این فقط یک بار مشاهده شده بود. دانشمندان امیدوارند کاوشگر گرانش B دقت مشاهده را نسبت به آزمایش های قبلی تا ده برابر افزایش دهد.