مسعود نعمتی نسب چهارشنبه 25 شهریور 1394 12:49 ب.ظ نظرات ()

حکایت آن مرد ژولیده

قسمت آخر

حکایت آن مرد ژولیده

حرکت براونی


در تابستان سال 1827 براون گیاه شناس اسکاتلندی پدیده عجیبی را در میکروسکوپ خود مشاهده کرد. هنگامی که وی گرده گیاهی را در آب پراکنده ساخت مشاهده کرد که این دانه های ریز به طور مداوم در حال حرکت و جست و خیز هستند. به راستی چه عاملی می تواند باعث این حرکت دائم شود؟ 

...

ادامه در ادامه مطلب

حرکت براونی


حرکت براونی

در تابستان سال 1827 براون گیاه شناس اسکاتلندی پدیده عجیبی را در میکروسکوپ خود مشاهده کرد. هنگامی که وی گرده گیاهی را در آب پراکنده ساخت مشاهده کرد که این دانه های ریز به طور مداوم در حال حرکت و جست و خیز هستند. به راستی چه عاملی می تواند باعث این حرکت دائم شود؟ اولین چیزی که ممکن است به ذهن خطور کند این است که چنین ذراتی زنده اند. اما وی با بررسی ذرات معدنی که قطعا زنده نبودند، نشان داد که عامل دیگری در اینجا نقش دارد. این عامل نمی توانست دما یا نور باشد، پس علت چیست؟ امروزه مفهوم اتم واقعیتی چندان بدیهی و ابتدایی به نظر می رسد که شاید باور کردنش هم برای ما دشوار باشد که تا همین صد سال پیش (یعنی زمان نگارش مقاله های انیشتین) وجود اتم ها محل بحث فراوان بود. در قرن نوزدهم دانشمندان در دو گروه کلی باورمندان به نظریه اتمی دالتون و مخالفان آن قرار می گرفتند. از معروفترین مخالفان نظریه اتمی می توان از ارنست ماخ ویلهم اسوالد یاد کرد. هرچند دانشمندان بزرگی چون آووگادر وبولتزمان توانستند با استفاده از نظریه اتمی بسیاری از رفتار گازها را تشریح کنند، اما واقعیت اتم ها همچنان محل تردید بود. انیشتین گفت اگر نظریه جنبشی گازها صحیح باشد، می توان نتیجه گرفت که مولکول های آب دائم در حال حرکت هستند و بنابراین در هر لحظه تعداد مشخصی از مولکول های آب با ذرات معلق در آب برخورد می کنند و مقدار مشخصی انرژی به آن می دهند و این انرژی که در هر لحظه اندازه و جهت آن تغییر می کند، باعث حرکت اتفاقی ذره می شود که خود را به صورت حرکت براونی نشان می دهد. نکته ای را که باید به آن توجه داشت این است که ذرات گرده به تقریب هزار برابر مولکول های آب هستند، یعنی آنقدر بزرگ هستند که بتوان آنها را زیر میکروسکوپ تماشا کرد و در عین حال آنقدر کوچک و سبک هستند که تحت تاثیر برخوردهای نامنظم مولکول های آب به اطراف حرکت کنند. بعدها تئودور اسودبرگ تفسیر های قانع کننده ای از حرکت مولکول ها در کلویدها ارائه کرد و فیلکس ارنهافت حرکت ذرات غبار در هوا را بر اساس حرکت دائم مولکول های هوا توجیه کرد (همان پدیده که هنگام تابیدن نور خورشید از یک روزنه ، گرد و غبار اتاق را به ما نشان می دهد) بعدها ژان پرن فرانسوی نشان داد که حرکت براونی ذره ها همان گونه که انیشتین گفته بود با استفاده از نظریه جنبشی قابل توجیه است. بعدها حتی شکاک ترین افراد  ازجمله اسوالد  پذیرفت که آزمایش های پرن که بر اساس مطالعات نظری انیشتین انجام شده بود، اثبات می کند اتم ها واقعی هستند و بدین ترتیب به مناقشه ای طولانی مدت پایان داد. با این همه باید دانست که اهمیت کار انیشتین در مورد حرکت براونی امروز بیشتر آشکار شده است زیرا از مبانی نظری آن می توان برای توجیه بسیاری پدیده ها (از عملکرد سلول گرفته تا ترافیک و نظریه بازها و افت و خیز قیمت ها در بازار بورس) استفاده کرد. اینها که توضیح دادیم بخشی از کارهای انیشتین بود. انیشتین دستاوردهای بسیار دیگری نیز داشت همانند ارائه آمار بوزانیشتین، تفسیر پدیده گذاری اتمی و... اما مهمترین کاری که انیشتین به انجامش اقدام کرد اما موفق نبود، مسئله وحدت نیروها بود. انیشتین به ویژه سال های پایانی عمرش را در جست و جوی وحدت نیروها بود، یعنی می خواست تمام نیروهای طبیعت را در یک نظریه توضیح دهد، کاری شبیه به کار ماکسول و البته مهمتر که توانسته بود الکتریسیته و مغناطیس را با یکدیگر تلفیق کند. نکته لازم به ذکر آن  است که در زمان انیشتین فقط دو نیروی گرانش و الکترومغناطیس کشف شده بود و بعدها دو نیروی هسته ای قوی وضعیت شناخته شد. پس از سال ها تلاش الکترومغناطیس با نیروی هسته ای ضعیف و سپس نیروهای هسته ای قوی تلفیق شد و به صورت نیروی واحد درآمد. اما پس از گذشت پنجاه سال از درگذشت انیشتین هنوز هم کسی نتوانسته است، تمام این چهار نیرو را به صورت واحد تفسیر کند.


نیم نگـــاه :

چه کسی دکمه را فشار داد؟

یکی از نکات جالب توجه در زندگی انیشتین این است که مردم عادی وی را پدر بمب اتم می شناسند و معتقدند که وی با ساختن چنین بمبی مسئول مرگ هزاران انسان بی گناه در هیروشیما و ناکازاکی است. اما باید دانست که واقعیت چیز دیگری است. اول آنکه وی در تمام عمر انسانی صلح دوست و صلح طلب بود و هیچ گاه نه تنها برای نظامیان کار نکرد بلکه حتی از نظامی گری هم متنفر بود. دیگر آنکه هر چند رابطه هم ارزی جرم و انرژی که در رابطه E = mc2 خلاصه شده است می گوید از تبدیل مقدار کمی ماده مقدار معتنابهی انرژی حاصل می شود اما خود انیشتین متوجه این معنی ضمنی نسبیت نشده بود که واقعا بتوان با انجام یک واکنش هسته ای و شکافت اورانیوم بتوان به چنین انرژی دست یافت. هنگامی که دیگر دانشمندان متوجه این موضوع شده و آن را با انیشتین در میان گذاشتند با ناباوری وی مواجه شدند. در سال 1939 جنگ جهانی دوم آغاز شد و نازی ها مصمم بودند که بمب اتم را بسازند، معلوم نبود بعد از آنکه هیتلر بمب اتم را به چنگ می آورد، دنیا به چه روزی می افتاد. دو استاد دانشگاه کلمبیا که از تصور چنین وضعیتی به وحشت افتاده بودند نامه ای به رئیس جمهور وقت ایالات متحده آمریکا نوشتند و در آن به طور خلاصه انرژی هسته ای را توضیح دادند و گفتند این انرژی می تواند برای پایان جنگ بسیار تعیین کننده باشد. آنها در این نامه رئیس جمهور را تشویق کردند که دست به اقدام عملی بزند. اما برای آنکه این نامه موثر باشد، لازم بود زیر نامه را یک دانشمند و فیزیکدان شناخته شده که نزد رئیس جمهور نیز از وجه شایسته ای برخوردار است امضا کند. زیلارد و ویگنر، تنظیم کنندگان این نامه انیشتین را مجاب کردند که بر تمایلات صلح طلبانه خود غلبه کرده و نامه را امضا کند. انیشتین نیز که نمی خواست آلمان نازی به چنین سلاح مخربی دست پیدا کرده و کل جهان و بشریت را تهدید کند، پیشنهاد را پذیرفت و نامه را امضا کرد. پس از آن بود که آمریکا برنامه پژوهشی خود را برای ساخت بمب که پروژه منهتن نام گرفت آغاز کرد و در نهایت بمب ها ساخته شدند. در سال 1945 این بمب بر فراز هیروشیما منفجر شد و از آن پس مردم انیشتین را به دلیل آنکه "دکمه را فشار داده است" مسئول مرگ هزاران نفر است، ملامت کردند. اما واقعیت آن است که خود انیشتین در پروژه ساخت بمب هیچ نقش مستقیم یا غیر مستقیمی نداشت، حتی مسئولان نسبت به انیشتین بدگمان بودند و هیچ وقت نتایج پروژه ها در اختیار وی قرار نمی گرفت. پس از انفجار نیز انیشتین وحشت زده شد و ماتم گرفت و بدین ترتیب کم کم انزوایش شروع شد. با این همه از تلاش برای دستیابی به صلح خسته نشد و به همراه راسل، پاولینگ، رات بلات و.. متن نامه ای را امضا کرد و خطرات گسترش جنگ و سلاح های هسته ای را گوشزد کرد که البته تاثیر بسیاری نیز بر وضعیت فعلی جهان و شیوه استفاده از این انرژی داشت.

 

 

نیم نگــاه:

آنکه از شهرت بیزار بود

انیشتین در سال 1905 چند مقاله نوشت که اینها مسیر فیزیک را نه در آن سال که در تمام قرن بیستم تغییر داد و تحول بسیاری در شناخت ما از طبیعت (که انیشتین خود را ذره ای کوچک از آن می دانست) ایجاد کرد و توانست جایگاه انیشتین را تا مقام «مرد قرن» ارتقا دهد. هنگامی که دستاوردهای انیشتین و مقاله های وی را مرور می کنیم می بینیم هر کدام از آنها سرگذشت و ماجرای جالبی داشتند. مهمترین دستاورد انیشتین نسبیت بود. هر چند که این نظریه ساده و زیبا بود و به همین دلیل فیزیک دانان را قانع کرد، اما چون با تصور مردم از طبیعت مغایرت داشت بسیاری در مقابل آن ایستادگی کردند. شاید هیچ نظریه ای در تاریخ علم به اندازه نسبیت نیازموده باشند (که البته نسبیت در همه آنها سربلند بود). نسبیت را به این دلیل به این نام می خوانند که می گوید: فقط سرعت های نسبی اهمیت دارند. اما بسیاری دامنه تعریف و شمول نسبیت را گسترش دادند و مثلا نتیجه گرفتند که هیچ معیار مطلق اخلاقی وجود ندارد و همه چیز نسبی است. هنگامی که نسبیت با رصد کسوف سال 1919 به اثبات رسید، انیشتین به شهرت عالم گیری دست یافت، همان چیزی که وی از آن به شدت متنفّر بود. به باور انیشتین این شهرت نوعی مجازات بود. امروزه این شهرت انیشتین و نسبیت به قدری زیاد است که بسیاری بر این باورند که انیشتین جایزه نوبلش را در سال 1921 به خاطر نسبیت دریافت کرده است، اما واقعیت این است که انیشتین جایزه را به خاطر توجیه اثر فتوالکتریک دریافت کرد. جالب آنکه مسئولان کمیته نوبل از وی خواستند در سخنرانی اهدای جایزه از نسبیت (که هنوز محل بحث و مجادله بود) سخنی به میان نیاورد. اما دیگر پژوهش وی اثر فتوالکتریک بود. این پژوهش از آن جهت مهم است که توانست اولین گام ها را برای تثبیت نظریه کوانتوم را بردارد. انیشتین با توجیه اثر فتوالکتریک، نظریه کوانتوم را تثبیت کرد، اما بعدها از نتیجه پژوهش های هیزنبرگ، دیراک و شرودینگر به شدت آشفته شد و به مخالفت با آن ها برخاست. از شگفتی های تاریخ علم است که کسی به مقابله با دستاوردهای نظریه ای برخاست که خود از اولین بنیانگذاران آن بود و به خاطر آن نوبل گرفت. دیگر پژوهش مهم انیشتین توجیه حرکت براونی بود. حرکت براونی نیز تاریخچه ای جذاب دارد. اول بار این پدیده توجه گیاهشناسان را به خود جلب کرد. بعدها که فیزیکدانان وارد میدان شدند توانستند کار چندانی از پیش ببرند، تا اینکه انیشتین ظاهر شد. حرکت براونی از چندیت جهت مهم است؛ اول آنکه این مقاله به رغم شهرت کمتر بیشترین تعداد ارجاعات را نسبت به همه مقاله های انیشتین دارد (به دلیل کاربردهای فراوان آن در دیگر رشته ها همچون شیمی، زیست شناسی، جامعه شناسی، اقتصاد و بازار سهام). دیگر آنکه هرچند حرکت براونی همانند نظریه های نسبیت و کوانتوم تاثیرگذار بود، اما گسترش آن همانند دو نظر دیگر انقلابی و یک شبه نبود، بلکه طی چندین دهه راهنمای دانشمندانی در حوزه های مختلف شد.


حکایت آن مرد ژولیده / قسمت اول

حکایت آن مرد ژولیده / قسمت دوم


گالری فیزیک

سالنامه شرق 84 / سلیمان فرهادیان