چهارشنبه، آذر ۲۳، ۱۳۸۴

سال جهاني فيزيك


حالا كه سال 2005 ميلادي رو به پايان است، به عنوان يك دانشجوي قراضه و بي‌سواد فيزيك ديدم بد نيست كمي درباره اين سال و دليل نام‌گذاري آن به اين نام بنويسم. اصولاً از اوّل كه وب‌نويسي را شروع كردم، يكي از اهداف مهمّي كه داشتم، نوشتن در حيطه رشته تحصيلي‌ام، فيزيك، بود. امّاانصافاً وقتي وب‌نويسي فيزيكدانهاي بزرگي مثل Carroll و يا Baez را مي‌خوانم (كه لينكهاي برگزيده‌شان را در صدر لينكهايم قرار داده‌ام،)، ناخودآگاه اين شعر برايم تداعي مي‌شود:

...كه جايي كه درياست، من كيستم

گر او هست، حقّا كه من نيستم

بگذريم. صد سال پيش در چنين سالي، و تنها در يك دوره زماني چند ماهه، يك فيزيكدان يهودي آلماني به نام آلبرت آينستاين (يك بار هم كه شده اسم اين بيچاره را درست بنويسيم) سه مقاله بسيار بسيار مهم را منتشر كرد كه نگرش فيزيكي در بيشتر حوزه‌هاي شناخته‌شده فيزيك تا آن زمان را دگرگون كرد و همچنين چراغ راهنمايي براي نظريّاتي شد كه بعداً متولّد شدند:

مقاله اوّل ادّعاي ذرّه‌اي بودن نور (يا به طور كلّي:امواج الكترومغناطيسي) را مطرح مي‌كرد و در واقع ادامه و تكميل كارهاي ماكس پلانك در مورد نظريه تابش جسم سياه و همچنين در جهت توضيح پديده فوتوالكتريك بود. اين مقاله در واقع اوّلين حركت اساسي در تكوين مكانيك كوانتومي بود. اين ذرّات يا «بسته‌هاي انرژي» را بعداً گيلبرت لوئيس، شيمي‌دان آمريكايي، فوتون (Photon) ناميد، نامي كه بعد از آن و تا امروز به كار مي‌رود.

مقاله دوّم آزمايشي تجربي براي نظريه حرارت را ارائه مي‌داد.

مقاله سوّم رابطه نظريه الكترومغناطيس كلاسيك و مكانيك كلاسيك را بيان مي‌كرد و معمّاي «اصل نسبيّت» را حل مي‌كرد: اين همان نظريه نسبيّت خاص بود. معادلات رياضي اين نظريه قبلاً توسّط لورنتز ارائه شده‌بود، امّا آينستاين توانست با وضع كردن سه اصل موضوع ساده (كه لااقل دو تا از آنها از نظر شهود فيزيكي بديهي هستند)، اين نظريه را به شكلي منسجم و خودسازگار ارائه كند. معادلات لورنتز جزء ساده‌ترين معادلات فيزيك از نظر ساختار رياضي هستند، امّا درك نظريه نسبيت خاص و همين چند رابطه به ظاهر ساده، در واقع بسيار سخت حاصل مي‌شود. شايد به همين خاطر باشد كه افراد بسياري تاكنون ادّعا كرده‌اند كه مي‌توانند نادرستي نظريه نسبيّت خاص را ثابت كنند، و جالب اين كه بيشتر اين افراد به صورت تفنّني به سراغ فيزيك آمده‌اند. تاكنون كه كسي موفّق به رد كردن نسبيّت خاص نشده‌است و بعيد به نظر مي‌رسد كه بعد از صد سال، همه (يا اكثر) فيزيكدانها در اشتباه بوده‌باشند.

نسبيّت خاص از آن جهت «خاص» خوانده مي‌شود كه نيروي گرانش و شتاب ناشي از آن را نمي‌تواند توضيح دهد و فقط بر سه نيروي بنيادي ديگر اعمال مي‌شود. امّا از همين جهت هم نسبيّت خاص كلّي‌تر و يا «عام»تر از نظريه‌اي است كه با رعايت همان اصول نسبيّت خاص، گرانش را هم شامل شود، چرا كه در اكثر حوزه‌هاي فيزيك (به جز خود شاخه گرانش)، كار زيادي با گرانش نداريم. در عين حال آن نظريه عام‌تر كه گرانش را هم شامل شود، ده سال بعد از ارائه نسبيّت خاص، يعني در سال 1915 توسّط همان كسي ارائه شد كه نسبيّت خاص را ارائه‌كرده‌بود: توسّط آينستاين.

براي حلّ ناسازگاري تبديلات گليله‌اي سرعت، آينستاين مفهوم زمان مطلق و جهاني را كه از زمان نيوتن حاكم بود، زير سؤال برد و نهايتاً كنار گذاشت. به اين ترتيب تبديلات لورنتز به جاي تبديلات گاليله ارائه شد كه البتّه در حدّ سرعتهاي پايين، اين دو به جوابهاي يكساني مي‌رسند (كه منطقاً انتظاري هم جز اين نيست.). همچنين مفاهيم انرژي و جرم كه تا پيش از آن مفاهيمي مستقل بودند، اكنون در نظريه نسبيّت خاص خويشاوندي نزديكي يافتند. غيرممكن است كه تاكنون سند اين خويشاوندي را، كه معروف‌ترين فرمول فيزيك است، جايي نديده‌باشيد:

E=mc2

براي وارد كردن گرانش در نظريه نسبيّت، راهي بسيار طولاني‌تر پيموده شد و نهايتاً نسبيّت عام متولّد شد، نظريه‌اي كه بي‌شك يكي از دشوارترين و در عين حال جذّاب‌ترين شاخه‌هاي فيزيك است. در نسبيّت عام هماهنگي و تناسب كمّيّتهاي فيزيكي به بيشترين حد مي‌رسد: فضا و زمان (در ادامه راه نسبيّت خاص) به موجودي واحد تبديل مي‌شوند: فضا-زمان. همچنين مفهوم نيرو به شكل قبلي آن از ميان مي‌رود و همه آنچه كه قبلاً نيرو خوانده مي‌شد، اكنون با انحناي اين فضا-زمان تفسير مي‌شود: نظريه‌اي كاملاً هندسي. چيز زيباتري را مي‌توانيد تصوّر كنيد؟

در ادامه تاريخ علم فيزيك چه وقايعي در راستاي كارهاي آينستاين رخ داد؟ مكانيك كوانتومي آرام‌آرام شكل گرفت و در نهايت در دهه 1920 شكل نهايي‌اش را پيدا كرد. از ازدواج اين نظريه با نسبيّت خاص، نظريه كوانتومي ميدانها متولّد شد (كه البتّه بنده هم اين ترم در حال زاييدن دوباره آن هستم.). نسبيّت عام به تنهايي شاخه‌اي مهم (والبتّه غيركاربردي) از فيزيك است كه كيهان‌شناسي به مفهوم امروزي‌اش هم از فراورده‌هاي آن محسوب مي‌شود. تلاشهاي فراواني در جريان است، بلكه بتوان يوغ كوانتومي شدن را به گردن متمرّد گرانش هم بست. رهيافت‌هاي متفاوتي در اين راه امتحان شده‌اند: نظريه ريسمان، نظريه ميدانهاي كوانتومي در فضاهاي خميده و ...

نقطه شروع يك شاخه بسيار اساسي ديگر در فيزيك هم از يك مقاله آينستاين بوده: مقاله‌اي كه در آن ايجاد تابش القايي در اتمها پيش‌بيني شده‌بود، در واقع نحوه كار ليزر را تشريح مي‌كرد. همچنين آينستاين به عنوان يك فيزيكدان پيشرو، راهنما و انگيزاننده بسياري از پيشرفتها در شاخه‌هاي ديگر فيزيك، مانند فيزيك هسته‌اي بوده‌است.

چنين بوده كه آينستاين را بسياري از فيزيكدانها به عنوان بزرگترين فيزيكدان تاريخ علم، تاكنون، مي‌شناسند. البتّه رتبه متوسّط او در نظر‌سنجي‌هاي مختلف، رتبه دوّم است، بعد از نيوتن. امّا اگر آينستاين در زمان ما زندگي مي‌كرد، بي‌شك به راحتي برنده لااقل چهار جايزه نوبل فيزيك مي‌شد (او فقط يك بار و آن هم براي تشريح پديده فوتوالكتريك، يا همان خاصيّت ذرّه‌اي تابش، برنده جايزه نوبل فيزيك شد.).

از آينستاين جملات جالب فراواني بر جا مانده. يكي را براي نمونه مي‌آورم:

One thing I have learned in a long life: that all our science, measured against reality, is primitive and childlike—and yet it is the most precious thing we have.

اگر هوس كرديد درباره سال جهاني فيزيك(2005) و همچنين در باره آينستاين مطالبي بخوانيد، سايتهاي زير و لينكهايي كه در آنها پيدا خواهيد كرد، دريايي از اطّلاعات جالب را دربر دارند:

http://www.physics2005.org

http://www.aip.org/history/einstein

http://www.alberteinstein.info

http://www.westegg.com/einstein/

http://www-groups.dcs.st-and.ac.uk/~history/Mathematicians/Einstein.html

http://www.albert-einstein.org/

1 Comments:

At پنجشنبه, آذر ۲۴, ۱۳۸۴ ۹:۵۶:۰۰ بعدازظهر, Anonymous ناشناخته ها said...

بسیار جالب و آموزنده بود. دستت درد نکنه. با اینکه در دبیرستان نقطهء ضعفم بود، اما براستی که به گمانم این یکی از محکم ترین دریچه ها برای درک جهان است، و در بهترین حالت از حد علم هم می گذرد و گام به عرصهء تخیل می گذارد و تبدیل به هنر محض می شود. اگر یک آدم چند زندگی می داشت حتما می بایست یکی را کلا صرف این رشته می کرد. در ضمن چرا بگویی من کیستم؟ یا من نیستم. خیلی هم هستی. و ممنون از سهیم کردن دانشت. شادکام باشی.

 

ارسال یک نظر

Links to this post:

ایجاد یک پیوند

<< Home