ظاهراً اينشتين درست مي‌گفت

[sohrab_poet]

«آلبرت اينشتين» را اكثر مردم مي‌‌شناسند. مردم او را نابغه‌اى مي‌‌دانند كه توانسته كار‌هاى بزرگى در جهان دانش انجام دهد، اما بيشتر به خاطر دو چيز در بين مردم معروف شده است

يكى تئورى معروف نسبيت و ديگري نامه‌اش به رئيس‌جمهور آمريكا و تذكر به وي بر لزوم ساخت بمب اتمي پيش از هيتلر.

اما نسبيت دستاويز عده‌اى شد تا با برداشت نادرست از عنوان اين نظريه و بدون آگاهي از ماهيت آن، به اين بهانه به ترويج افكار خود به خصوص بعد از ويرانى‌هاى ناشى از جنگ‌هاى جهانى در اروپا بپردازند، تا جايى كه حتى اينشتين در اواخر عمر به خاطر سوءاستفاده‌هاى افراد ناآگاه از اسم تئورى نسبيت، از اين نام‌گذارى بسيار متأسف شد. لازم به ذكر است كه نظريه‌هاى نسبيت (خاص و عام) بر روى اصول موضوعه كاملاً مطلق بنا نهاده شده‌اند.

در نسبيت خاص، ثابت بودن سرعت نور و يكى بودن قوانين فيزيكى در همه دستگاه‌هاى لخت و در نسبت عام هم‌ارزى جرم لختى و جرم گرانشى اصل موضوع هستند.

دليل ديگر معروفيت اينشتين در دنيا به همكارى، البته غيرعلمي، وى در پروژه‌هاى ساخت بمب اتمي‌ ‌براى ايالات متحده (پروژه منهتن) مربوط مي‌‌شود. اينشتين يهودى بود و درجريان جنگ دوم جهاني از آلمان گريخته و ساكن آمريكا شده ‌بود.

او در آمريكا و به اسرار ليو زيلارد (فيزيكدان تجربي لهستاني كه او هم از اروپا فرار كرده و به آمريكا پناه آورده ‌بود) با نوشتن نامه‌اى به رئيس‌جمهور، روزولت، لزوم ساخت هر چه سريع‌تر بمب اتمي را پيش از رسيدن آلمان نازى به اين تكنولوژى متذكر شد.

او بعدها پس از تنها باري كه در تاريخ بشري بمب اتمي به كار رفت، يعني در هيروشيما و ناكازاكي، بسيار خود را از اين بابت سرزنش كرد و حتي گفت كه اگر دوباره فرصت زندگي داشت، مي‌رفت و كفاش مي‌شد.

او در پايان عمرش با پيشنهاد رياست جمهوري اسرائيل روبه‌رو شد. اما در پاسخ گفت: «اسرائيل را در سرزمين فلسطين تأسيس كرده‌ا‌ند و اين انتخاب دلايل نژادي دارد و من با هرگونه نژادپرستي مخالفم.» و به اين ترتيب اين پيشنهاد را رد كرد. او جايي مثل اوگاندا را براي تأسيس اسرائيل مناسب‌تر مي‌دانست.

اما در جامعه علمي‌ ‌اينشتين دلايل زيادى براى معروفيت دارد. وى در طول حيات خود كارهاى بزرگى انجام داد كه هر كدام از آنها به تنهايى لايق يك جايزه نوبل فيزيك بودند. سه مقاله معروفى كه در سال ۱۹۰۵ و به فاصله هشت هفته چاپ شدند، حاصل بيش از 5 سال پژوهش نظري وي بود.

اين سه مقاله در مورد حل نظرى حركت «براونى»، توضيح اثر فتوالكتريك و نسبيت خاص (الكتروديناميك اجسام متحرك) بودند. مقاله اول او حركتي جدي را در مكانيك آماري آغاز كرد. مقاله دوم تأييدي بود بر «كوانتم‌هاي انرژي پلانك».

اين مقاله و چند مقاله و كشف ديگر در ربع اول قرن بيستم، سرمنشاء اصلي بزرگ‌ترين انقلاب علمي تاريخ «مكانيك كوانتومي» شدند. دليل اصلي كسب جايزه نوبل فيزيك توسط اينشتين هم همين توضيح اثر فتوالكتريك بود.

در مقاله سوم، اينشتين نظريه‌اي داد كه نتيجه چند آزمايش قبلي را كه نظريه‌هاي موجود (مكانيك كلاسيك يا نيوتوني) نمي‌توانستند آنها را توجيه كنند، توجيه كرد. نسبيت خاص، منجر به انقلابي در مفاهيم فيزيكي مثل فضا و زمان شد. اين كار نتيجه تلاش طاقت‌فرساي چند‌ساله او بود.

چند تا از مهم‌ترين تئوري‌هايي كه اينشتين نقش برجسته‌اي در آنها داشته، عبارتند از: توضيح گذارهاى خودبه‌خودى و واداشته كه سرمنشاء اصلى ساخت ليزرها شد، آمار بوز اينشتين كه توضيح دهنده سرشت آمارى ذراتى به نام بوزون (حامل‌هاى نيرو) است، گل سرسبد آنها نسبيت عام كه كامل‌ترين نظريه براى توضيح گرانش است، طراحى آزمايش EPR با همكارى پودولسكى و روزن كه منشأيى مهم در تئورى‌هايى مثل كامپيوترهاي كوانتومي و اطلاع‌رسانى كوانتومي‌‌ و رمزگشايى است و جديداً مورد توجه جامعه علمي‌ ‌قرار گرفته، كارهايى هستند كه در مقابل اين ۱۰6 جايزه نوبلى كه داده شده‌اند، هر كدام به تنهايى ارزش يك جايزه نوبل فيزيك را دارند.

اين در حالى است كه اينشتين، سى سال آخر عمر خود را صرف ساختن تئورى‌اى بنيادي كرد و قصد داشت كه در آن نظريه، بين نيروى گرانش و الكترو مغناطيس وحدت ايجاد كند. البته در آن زمان نيروهاى هسته‌اى قوى و ضعيف شناخته شده نبودند به همين دليل عده‌اى، اين فعاليت‌هاى اينشتين را بى‌ثمر توصيف كرده‌اند.

اما همين ميل خواستن «توضيح جهان توسط يك نظريه واحد» كه در حال حاضر تعداد زيادى از بزرگ‌ترين نوابغ جهان در نظريه‌هاى ريسمان و ابر ريسمان به دنبال آن هستند، بسيار مديون كارها و ايده‌هاي اينشتين است. آلبرت اينشتين در سال ۱۹۲۱ به خاطر «خدماتش به فيزيك نظرى» جايزه نوبل فيزيك را دريافت كرد.

***

پس از اين كه اينشتين در نسبيت خاص، مفاهيم علمي ‌‌درباره فضا و زمان را باز تعريف كرد، لازم بود كه اين نظريه به دستگاه‌هاى شتاب دار تعميم يابد. ده سال كار مداوم اينشتين باعث بنيان‌ نهادن نظريه نوين براى گرانش يعنى نسبيت عام شد.

نظريه كلاسيك گرانش (نيوتنى) در نوع خود بسيار بى‌نظير و موفقيت‌آميز بود. كشف سياره اورانوس از روى اختلال مدارى كيوان و كشف نپتون از روى اختلال مدارى اورانوس ابرشاهكارهاى مكانيك نيوتنى هستند.

اما توضيح اختلالى بسيار كوچك در مدار تير كه قابل توضيح توسط نظريه گرانش نيوتنى نبود، توسط اينشتين در همان اوان تدوين نسبيت عام يعني «چرخش حضيض بيضي مدار تير به اندازه تنها ۴۳ ثانيه قوسى در قرن» باعث مقبوليت نسبيت عام شد.

ضمن اين‌كه يكى از پيشگويى‌هاى نسبيت عام در سال ۱۹۱۶ اين بود كه مسير نور در هنگام گذر از كنار اجسام سنگين منحرف مي‌‌شود. اثرى كه توسط سر آرتور ادينگتون در ۱۹۱۹ در رصد خورشيدگرفتگى در نيم‌كره جنوبي مشاهده شد و به اعتبار نسبيت عام افزود.

اما پس از اين نسبيت عام وارد يك دوران ركود نسبى شد. رياضيات غامض و پيچيده كه حتى براى خيلى از فيزيكدانان نيز به سادگى قابل فهم نبود از يك سو و نبود تكنولوژى لازم براى انجام آزمايش اثرات نسبيت عام در نزديكى زمين، به دليل كوچك بودن اجرامي‌‌مثل زمين يا ماه اين اثرات حتى در حد چند ده سانتى متر هستند، باعث شده بود كه هم از لحاظ نظرى و هم تجربى پيشرفت چندانى در نسبيت عام به وجود نيايد.

اما در دهه ۱۹۶۰ وقايعى اتفاق افتاد كه مي‌‌توان از آن به عنوان «نوزايش نسبيت عام» ياد كرد.

از يك سو مقاله راجر پن‌روز «رهيافت اسپينورى به نسبيت عام» باعث شده بود كه حل بعضى از مسأله‌هاى نسبيت عام آسان‌تر شود كه اين امر توجه فيزيكدانان نظرى را به نسبيت عام جلب كرد و از طرف ديگر پيشرفت‌هاى تكنولوژى و آغاز عصر فضا، تاسيس ناسا و رقابت فضايي آمريكا و شوروي باعث سرازير شدن بودجه هنگفت پژوهشي به تحقيقات فضايي شد.

فيزيكدانان تجربى شروع به انجام آزمايش‌هاي بسيار دقيق در زمينه نسبيت عام كردند. اين عوامل باعث نوزايش نسبيت عام شد.

خود اينشتين در بدو تاسيس نسبيت عام سه آزمايش را براى تاييد نظريه پيشنهاد داد. اولين آن انتقال به سرخ گرانشى بود و بعد انحراف مسير نور از خط مستقيم و سومي‌‌ پيشروى حضيض سياره تير.

اين سه موضوع و آزمايش‌هاى پيشرفته ديگر با دقتي بسيار بالاتر مثل آزمونى كه از چشم اينشتين دور مانده بود، اما قادر بود خيلى خوب نسبيت عام را تاييد يا رد كند، يعنى تاخير زمانى نور از آزمايش‌هاي مهم آن زمان هستند.

البته آزمايش تاخير زمانى نور نياز به تكنولوژى بسيار بالا دارد كه بتواند اختلاف زمانى در حدود نانوثانيه را آشكار كند. اين امر باعث شد انجام اين آزمايش دشوار شود. تفاوت در شتاب اجسام سنگين و سبك، از ديگر آزمايش‌هاى نسبيت عام است كه نسبيت عام از آن سربلند بيرون آمد.

در حيطه نظرى نيز نسبيت عام در برج عاج نبود،بلكه نظريه‌هاى رقيبى براى آن ارائه شد كه بسيارى از نتايج آزمايش‌هاى انجام شده تا آن روز را تاييد مي‌‌كردند و نياز به آزمايش‌هاى بسيار دقيق‌ترى بود كه بين آنها و نسبيت عام فرق بگذارد.

يكى از مهم‌ترين اين نظريه‌ها، نظريه برنز _ ديكى بود كه حدود يك دهه رقيب جدي نسبيت عام بود. ثابت گرانش و آشكارسازى غيرمستقيم امواج گرانشى در تپ‌اخترهاي دوتايى از ديگر موضوعات مهم در اواخر قرن بيستم‌اند كه نسبيت عام را تاييد كردند.

تا به امروز، نسبيت عام اينشتين يكي از معتبرترين نظريه‌هاي علمي است كه دوران فراز و فرود زيادي را پشت سرگذاشته و از آزمايش‌هاي بسياري سربلند بيرون آمده‌است. اين نظريه را مي‌توان در كنار «مكانيك كوانتومي» و «ژنتيك مولكولي» بزرگ‌ترين دستاوردهاي خرد بشري و لب‌لباب عقلانيت مدرن هستند.

نظريه نسبيت عام در حال حاضر با دو چالش اساسي «ماده تاريك» و «انرژي تاريك» مواجه است. نوعي جرم كه قابل رديابي نيست، اما بايد وجود داشته باشد تا سرعت فعلي ستاره‌ها به دور كهكشان‌ها را توجيه كند و 20 درصد دنيا بايد از آن ساخته شده ‌باشد، ماده تاريك نام دارد و نوعي انرژي كه قابل رديابي نيست، اما بايد وجود داشته باشد تا سرعت فعلي انبساط عالم را توجيه كند و بيش از 75 درصد دنيا بايد از آن ساخته شده ‌باشد، انرژي تاريك نام دارد. در آينده در مورد اين دو چالش اساسي نسبيت عام بيشتر خواهيم نوشت.

پي‌نوشت:

* كتاب «آيا اينشتين درست مي‌‌گفت؟» روايتى رمان گونه از وقايعي است كه از سپتامبر ۱۹۵۹ با «نوزايش نسبيت عام» آغاز شد و تاكنون ادامه دارد. كليفورد ام ويل، نويسنده كتاب، خودش از فيزيكداناني است كه در زمينه گرانش تحقيق مي‌كند. ترجمه فارسى آن توسط دكتر احمد شريعتى انجام شده است.

وى يكى از نخستين فارغ‌التحصيلان دوره دكتراى فيزيك در ايران از دانشگاه صنعتى شريف است كه حوزه پژوهشى وى «فيزيك رياضى» است. وى هم اكنون استاد دانشگاه الزهرا است. عنوان اين مقاله كوتاه هم از نام اين كتاب گرفته ‌شده است.