تبلیغات
فیزیک اول دبیرستان
فیزیک اول دبیرستان

تا سال 1900 فیزیك كلاسیك به اوج شكوفایی خود رسیده بود از توصیف حركات سیارات گرفته تا تشریح انتشار نور(پدیده‌های تداخل پراش قطبش) و ماهیت آن به عنوان یك موج الكترومغناطیس،قوانین ترمودینامیك و نظریه جنبشی قادر به توصیف دقیق رفتارتمامی پدیده‌های شناخته شده تا آن زمان بود.الكتریسته و مغناطیس با كارهای ماكسول وحدت یافته و معادلات الكترومغناطیس به عنوان عصاره كارهای او در این زمینه شكل گرفت این معادلات به خوبی تمامی معلوماتی كه تا آن زمان از الكتریسیته و مغناطیس موجود بود را فرمول بندی می‌كرد  چهارده سال بعد از كشف این معادلات  هرتز به صورت عملی این امواج را در آزمایشگاه تولید كرد. درحقیقت تا اواخر قرن نوزدهم به نظر می‌رسید كه تمامی اصول بنیادی حاكم بررفتار جهان فیزیكی شناخته شده است. همه چیز از مكانیك نیوتنی و الكترومغناطیس ماكسول تبعیت می‌كرد این فرمول بندی نظم حاكم بر جهان، چنان دانشمندان را تحت تاثیر قرار داد كه  لاپلاس ریاضیدان فرانسوی وقتی كتاب  خود یعنی مكانیك آسمانی رانوشت درجواب  ناپلئون كه از او پرسید چرا اودر كتابش نامی از خدا نبرده است گفت «من نیازی برای مطرح كردن این فرضیه نمی‌بینم»

نواقص فیزیك كلاسیك

همانگونه كه گفتیم فیزیك كلاسیك تا اواخر  قرن نوزدهم با داشتن قوانین نیوتون و ترمودینامیك و معادلات ماكسول هر ذهنی را متقاعد می‌ساخت كه روابط  این علم می‌تواند هر پدیده موجود درعالم را از موج گرفته تا حركات كرات آسمانی  توجیه نماید ولی برخی از پدیده‌ها كه ذكر خواهد شد همانند سونامی اقیانوس آرام فیزیك كلاسیك را به چنان تلاطمی واداشت كه امواج قدرتمند ناشی از آن انسان را از زمین بركره ماه و از چراغ پی سوز به نیروگاه هسته‌ای و از كبوترهای      نامه ر‌سان به تلفن همراه و اینترنت و یا به عبارتی از خاك عقب ماندگی به افلاك تكنولوژی و پیشرفت سوق دارد.

از دل این پدیده‌های غیر قابل توضیح توسط مكانیك كلاسیك، دو ابر نظریه بوجود آمد یكی نسبیت و دیگری كوانتوم در این میان نسبیت سئوالهای فلسفی چندین هزار ساله ما را از گذشته و آینده كائنات جواب داد و چشم ما را به دنیای نوینی گشود كه درآن همه چیز درحال حركت است با آغاز و پایانی معلوم، دنیای بیكرانه و محدودی كه زمانی شروع به انبساط نمود وزمانی نیز از انبساط بازخواهد ایستاد.

درحالی كه دنیائی كه كوانتوم، ما را با آن آشنا ساخت درنهایت كوچكی و خردی بود ما اكنون به یمن وجود  فیزیك كوانتوم از رویدادهای شكافت هسته‌ای گرفته تا رفتار ذراتی كه شعاعشان از یك هزار میلیاردیوم میلی متر هم كوچكتر است آگاهیم.

 

اتر نورسان واقعیتی خیالی

اگر تغییر مكان سیارات در آسمان شب و ایجاد شب و روز وتغییر فصل‌ها نبود شاید كوپرنیك درقرن شانزدهم انگیزه‌ای برای ارائه مدل كیهان شناختی خود كه خورشید در مركز و زمین و سایر سیارات شناخته شده درآن دوران به دور آن درحال چرخشند در او ایجاد نمی‌شد.یا اگر در اواخر قرن هفدهم نیوتن به قصد استراحت درخت سیب را انتخاب نمی‌كرد و سیبی از درخت بر سراو (یا كنار او) نمی‌افتاد شاید حس كنكاش درمورد جاذبه عمومی در وی نیز ایجاد نمی‌شد وقانون جاذبه كشف نمی‌گردید.هرچند كه این نظریه‌ها در نوع خود می‌توانند جزء بنیادترین مفاهیم علم فیزیك باشند ولی ظهور و نمودشان را ناشی از وقوع پدیده‌هایی می‌توان دانست كه نه در یك لحظه بلكه در طول تمام عمر كاشفان آنها با آن سروكار داشتند یا به آن دائما می‌اندیشیدند. ولی نظریه‌های نسبیت كه نه با تجارت روزانه ما سروكار دارند و نه ذهن جستجوگر برای پی بردن به وجود آنها می‌تواند در دور و بر خود سرنخ‌هایی ازآنها بیابد.گرچه نتیجه آزمایش مایكلسون-مورلی كه وجود اتر را نقض می‌كرد می‌توانست شاهد راسخی برای اثبات این ادعا كه سرعت نور ثابت است باشد و زمینه ساز  شكل‌گیری نسبیت خاص (Special relativity)شود ولی به گفته اینشتین او تا قبل از بیان نظریه نسبیت خاص به هیچ عنوان از انجام آزمایش مایكلسون آگاهی نداشت.ایمان به وجود اتر(ether)  در بین دانشمندان را به خوبی می‌توان به عنوان نمونه ایی از نقص فكری بشر از نوع مخرب آن دانست كه تبعات این نوع از نگرش ها در طول تاریخ ضربات جبران ناپذیری به پیشرفت دانش و تكنولوژی وارد آورده است اتر یك پدیده ساخته ذهن دانشمندان است تنها به صرف اینكه شرط انتشار امواج در روی زمین مانند موج‌های طولی (صدا) وجود ماده است دانشمندان همین شرط را هم برای انشار نور به عنوان یك موج عرضی در نظر گرفتند.

ماكسول می‌گوید:

نور یك موج الكترومغناطیس است كه تنها با ایجاد آ‎شفتگی در اتر منتشر می‌گردد.

چون در محیط‌های چگال سرعت امواج  افزایش می‌یابد آنها برهمین اساس محیطی كه نور در   آن انتشار می‌یابد را یك محیط فوق العاده كشسان درنظر گرفتند تا بتوانند به این صورت سرعت حیرت انگیز نور را توجیه كنند وچون افزایش تراكم ماده سبب كاهش شفافیت آن میشود بنابراین خصلت اتر را محیطی شفاف، نامرئی و بدون جرم كه هیچگونه مقاومتی در مقابل حركت اشیاء نمی‌كند، بیان نمودند تا بدین صورت انتشار امواج الكترومغناطیس را در فضا  توجیه نمایند.

ما می‌توانیم با خالی كردن هوای درون یك ظرف از انتقال موج صوتی در آن جلوگیری كنیم، چون دیگر ماده‌ای برای انتقال صوت وجود ندارد ، ولی هیچ كس با هیچ پمپ تخلیه‌ای قادر به خارج كردن اتر از دورن یك محیط سربسته نمی‌باشد حال این چه ماده مرموزی است كه هم فوق العاده متراكم است هم فوق العاده شفاف، همه جا وجود دارد ولی هیچ كس آن را حس نمی‌كند و اصلا قابل آشكار سازی هم نیست.گرچه هیچ فیزیكدانی قادر به اثبات وجود اتر نبود ولی دانشمندان تا پای جان از وجود این ماده مرموز و غیر قابل تفصیر دفاع می‌كردنند تا جائی كه ماكسول می‌گوید:

با تمام سختی‌هائی كه برای تجسم اتر وجود دارد  ولی بی‌تردید تمام عالم را جسمی بسیار بزرگ و یكدست(اتر) پركرده است.

یك جوان آمریكایی به نام آلبرت آبراهام مایكلسون(Albert Abraham Michelson) در سال 1881 میلادی با ابداع یك آزمایش جالب و مشهوری قصد به اندازه گیری سرعت حركت زمین در درون اتر نمود تا قبل از انجام آزمایش مایكلسون

آلبرت آبراهام مایكلسون

  (December 19, 1852 - May 9, 1931

دانشمندان وضعیت اتر را از دوحالت خارج ندانستند

درصورت اول باید سرعت نوری كه از ستارگان دور دست به زمین می‌آید با سرعت نوری كه در تمام جهات در روی زمین محاسبه می‌شود متفاوت باشد ولی این فرض بكلی مردود است. زیرا جیمز برادلی درسال 1725 ثابت كرد كه تغییر موضع ستارگان نسبت به راستای حركت مداری زمین به موقعیت زمین بستگی ندارد. (ابیراهی ستارگان)

درصورت دوم با اندازه‌گیری سرعت نور درجهت های مختلف حركت زمین بدورخورشیدمی توانستیم وجود اتر را ثابت كنیم چرا كه سرعت نور در  اتر ثابت است و زمین نسبت به اتر حركت میكند  بنابراین باید سرعت اندازه‌گیری شده نور نسبت به زمین تحت تاثیر حركت این سیاره قرار گیرد و تغییر نماید از اینرو ما می‌توانستیم باارائه دلیل محكم وجود اتر را تایید یارد كنیم.مایكلسون با انجام آزمایشی در دفعات متوالی در زوایای مختلف در مراحل گوناگون(به تناوب هر سه ماه یكبار) كه زمین  در وضعیت‌های مختلف نسبت به اتر قرار می‌گرفت نشان داد كه درهمه حالات سرعت نور هیچ تغییری نسبت به سایر اندازه‌گیری‌ها نمی‌كند بنابراین مایكلسون نتوانست وجود اتر را با این آزمایش ثابت كند.

ولی مایكلسون به جای تردید  دروجود اتر نتیجه آزمایش خود را این گونه  ارزیابی كرد  « فكر می‌كنم باید این را بپذیریم كه هر چند این آزمایش جواب منفی داده است ولی اختراع  تداخل سنج این نتیجه منفی را جبران میكند»

سایردانشمندان به جای تامل در نتیجه آزمایش مایكلسون تنها به صرف جوان بودن وی (مایكلسون در هنگامی كه اقدام به انجام آزمایش نمود تنها 26 سال داشت) وتعصب در باورهای غلط خود، بدون تفكر از وجود اتر دفاع می كردند یكی از این دانشمندان  لورنتس بود او نظرخود را در مورد آزمایش مایكلسون این گونه ابراز داشت كه :

درمحاسبات انجام شده در آزمایش (مایكلسون ) حتما اشكالی وجود دارد كه مایكلسون از آن بی خبر است.

او عدم تفاوت در اندازه گیری سرعت نور در جهات مختلف را ناشی از ایده ی انقباض اشیاء و كند شدن ساعت ها حین حركت در درون اتر دانست .بار دیگر مایكلسون مجبور شد آزمایش خود را با دقت بیشتر انجام دهد  او  این بار از همكاری مورلی برای انجام آزمایش خوداستفاده نمود (1887 میلادی) ولی دوباره به همان نتیجه ی شش سال پیش رسید، مایكلسون از سر استیصال چنین گفت:

به نظر می آید كه چنانچه هرگونه حركت نسبی بین زمین و اتر نوررسان وجود داشته باشد این حركت باید بسیار ناچیز باشد.

 

            

باز با این آزمایش دقیق مایكلسون نمی توانست با باورهای چند دهه به مبارزه برخیزد و وجود اترنوررسان را به كلی رد كند. آغاز قرن بیستم كه حقیقتا قرن انقلاب در اندیشه های بشری بود را می توان برای علم فیزیك یك عصر شكوفایی و بالندگی به حساب آورد در این قرن بود كه دو ابر نظریه ی نسبیت و كوانتوم متولد شده و به تكامل رسیدند.

فیزیك، هسته ی اتم را شكافت و انرژی آن را مهار نمود ، ترانزیستورها پا به دنیای تكنولوژی نهادند و فضا به تسخیر بشردر آمد در این قرن بود كه انسان به ماه سفر كرد و رویای دیرین او به تحقق پیوست، شاید حال وهوای این قرن بود كه روح عصیان را در هانری پوانكاره دمید آن هنگام كه او وجود اتر نوررسان را به كلی توهم قلمداد نمود و گفت:

آیا این اتر نور رسان واقعا وجود دارد ؟ اعتقاد من این است كه ما چیزی فراتر از یك جا به جایی نسبی نمی توانیم اثبات كنیم   



ارسال در تاریخ شنبه 1389/09/20 توسط علی پاییزی
قالب وبلاگ