عرفان کسرایی| روزنامه شرق ، شماره ۲۳۸۲
نسبیت عام اینشتین، کلیدی برای فهم بهتر جهان
فیزیک، بی‌کم‌وکاست بنیادی‌ترین دانش بشری است، دانشی که جهان هستی و عملکرد طبیعت را تشریح می‌کند و قادر است از حرکت یک سیاره گرفته تا سوختن یک شمع را توضیح دهد. در شاخه‌های مختلف فیزیک امروز یک چیز اما مشترک است؛ معادلات ریاضی! فیزیک، اغلب با زبان ریاضی به ما می‌گوید که جهان چگونه کار می‌کند. این معادلات به‌عبارتی، کلید فهم جهان هستند. از بین قوانین و نظریات و معادلات فیزیک، هیچ معادله‌ای در تاریخ علم به اندازه معادله مشهور اینشتین* شهرت جهانی پیدا نکرده است. «آلبرت اینشتین» نزد عموم مردم دنیا به‌عنوان نماد هوش بشری و یکی از بزرگ‌ترین دانشمندان سراسر تاریخ شناخته شده است. وی سهم بزرگی در توسعه شاخه‌های مختلف فیزیک داشته و نظریات او به‌خصوص دو نظریه نسبیت خاص و نسبیت عام، دیدگاه بشر نسبت به ساختار جهان را از اساس دگرگون کرده است.
«کارل پوپر»، فیلسوف علم می‌گوید: «نسبیت عام به اعتقاد من یکی از بزرگ‌ترین انقلاب‌های علمی است که تاکنون به وقوع پیوسته است؛ زیرا با بزرگ‌ترین و بهترین نظریه‌ای که تا آن زمان مورد تأیید تجربی قرار گرفته بود، یعنی نظریه نیوتن درباره جاذبه و منظومه شمسی درگیر شد».
نظریه نسبیت عام اینشتین، به‌لحاظ تاریخی در نوامبر سال ١٩١٥ و در قالب یک مجموعه سخنرانی در آکادمی علوم پروس در برلین مطرح شد. بااین‌وجود تا زمانی که نظریه جدید و انقلابی او موردپذیرش جامعه علمی قرار گیرد، سال‌های زیادی طول کشید. «هایزنبرگ» در کتاب جزء و کل، به دفعات از گفت‌وگوهای میان خود و فیزیک‌دانان نوشته است. او می‌نویسد: ولفگانگ پاوولی در سال‌های حدود ١٩٢٠ معتقد بود نظریه نسبیت عام هنوز نظریه‌ای است بحث‌برانگیز و چندان رضایت‌بخش نیست؛ زیرا برای هر آزمایشی باید صد صفحه نظریه را که پر از پیچیده‌ترین فرمول‌های ریاضی است، خواند. هیچ‌کس نمی‌تواند بگوید که این نظریه سراپا درست است یا نه.
او می‌نویسد: در تابستان سال١٩٢١ یک روز «ولفگانگ پاوولی» از من پرسید: آیا نظریه نسبیت اینشتین را فهمیده‌ای؟ من در جواب گفتم که درست نمی‌دانم معنی «فهمیدن» در فیزیک چیست. چارچوب ریاضی نظریه نسبیت برای من اشکالی به وجود نمی‌آورد اما این اصلا به آن معنی نیست که فهمیده‌ام چرا زمان برای ناظر متحرک و ناظر ساکن متفاوت است. مسئله اصلا برای من روشن نیست و به‌نظرم می‌رسد که به‌کلی غیرقابل‌درک است.
«هایزنبرگ» با اشاره به مخالفت‌های فراوانی که علیه «اینشتین» در آلمان وجود داشت، می‌افزاید: در تابستان سال ١٩٢٢ به پیشنهاد استادم زومرفلد (که در آن زمان رئیس دانشکده فیزیک نظری دانشگاه مونیخ بود)، برای شرکت در کنگره فیزیک‌دانان آلمان در لایپزیگ شرکت کردم. قرار بود «اینشتین» در آن کنفرانس درباره نسبیت عام صحبت کند. در بدو ورود به سالن کنفرانس، جوانی که دستیار یکی از استادان معروف فیزیک در یکی از دانشگاه‌های جنوب آلمان بود، اعلامیه‌ای به من داد که مرا از «اینشتین» و نسبیت بر حذر می‌داشت و می‌گفت سراپای این نظریه جز مشتی تخیلات لجام‌گسیخته نیست. این فیزیک‌دان مشهور برای رد نظریه نسبیت، ابزار بد و بی‌پایه‌ای را به‌کار گرفته بود که فقط می‌توانست به یک‌چیز دلالت کند: او از اینکه بتواند نظریه نسبیت را با استدلال علمی رد کند، به کلی مأیوس شده بود.
خود «اینشتین» آن‌گونه که «کارل پوپر»، فیلسوف علم می‌گوید در سال١٩٢٢ نظریه‌اش را صرفا یک مرحله گذرا می‌دانست و به «لوپالد اینفلد» گفته بود سمت چپ معادله میدانش (تانسور انحنا) به صلابت یک صخره است، حال آنکه سمت راست معادله‌اش (تانسور انرژی- مومنتوم) در سستی به یک کاه شبیه است.
همان‌طور که گفتیم، زمانی که صحبت از نسبیت می‌کنیم، مقصود دو نظریه نسبیت خاص است و نسبیت عام. نسبیت خاص که ١٠ سال پیش از نظریه نسبیت عام مطرح شده بود، سینماتیک نیوتنی را کنار می‌گذاشت و به جای تبدیلات گالیله، تبدیلات لورنتس را قرار می‌داد، اما در نسبیت عام که در کلیت خود یک طرح هندسی بود، مسئله بر سر این است که در آن، دیگر گرانش مانند مفهوم جاذبه نیوتن، نیرو محسوب نمی‌شود، بلکه نتیجه خمیدگی فضازمان است.
«هانری پوانکاره»، ریاضی‌دان و فیزیک‌دان مشهور فرانسوی در کتاب علم و فرضیات در سال ١٩٠٥ یعنی ١٠ سال پیش از انتشار نسبیت عام اینشتین می‌نویسد: فرض کنید فیزیک‌دانان کشف کنند ساختار فضا با هندسه اقلیدسی اختلاف دارد. دو راه پیش پای فیزیک‌دانان باقی می‌ماند؛ آنها یا باید هندسه نااقلیدسی را بپذیرند و از قوانین جدیدی استفاده کنند یا فضای اقلیدسی را دست‌نخورده نگاه داشته و نیروهای جدیدی وارد نظریه‌های خود کنند. الگویی که «اینشتین» در نظریه نسبیت عام خود به کار بست، هندسه نااقلیدسی بود. با وجود اینکه عمده شهرت «اینشتین» بابت ارائه نظریه نسبیت است، اما جالب است بدانیم او جایزه نوبل سال ١٩٢١ فیزیک را نه برای این نظریه، بلکه بابت توضیح پدیده فوتوالکتریک دریافت کرد.
تلاش برای اثبات تجربی نظریه نسبیت عام در همان سال‌های دهه٢٠ میلادی آغاز شد. مشاهدات «آرتور ادینگتون» نشان می‌داد خمیدگی نور در کسوف سال ١٩١٩ به همان میزان است که نسبیت عام پیش‌بینی می‌کند. آزمون‌های دیگری هم مثلا توسط «فیندلی فرویندلیش» در تپه‌های نزدیک برلین انجام شد. «رودولف کارناپ»، فیزیک‌دان و فیلسوف علم در کتاب مشهور خود، مبانی فلسفی فیزیک می‌نویسد: من آن زمان در وین زندگی می‌کردم. «فرویندلیش» کارش را در زیرزمین یک برج انجام می‌داد. او چندین روز وقت صرف کرد تا موقعیت‌های ستارگان را روی یک صفحه عکاسی (که در حدود ١٠ اینچ‌مربع یا ٦٤,٥ سانتی‌متر بود)، دقیقا اندازه بگیرد. وی با استفاده از یک میکروسکوپ، مختصات هر یک از ستارگان را بارها اندازه می‌گرفت و بعد با پیداکردن میانگین این اندازه‌ها، دقیق‌ترین تخمین ممکن را از موقعیت ستاره محاسبه می‌کرد. او از کمک‌گرفتن از دستیارانش در اندازه‌گیری خودداری می‌ورزید و همه اندازه‌گیری‌ها را خودش انجام می‌داد، چون به اهمیت تاریخی این آزمایش‌ها واقف بود. معلوم شد اگرچه جابه‌جایی ستاره بسیار اندک است، ولی می‌توان آن را مشاهده کرد. این آزمایش تأیید قاطعانه نظریه اینشتین به شمارمی‌رفت.
*E = mc²
فایل پی دی اف این مقاله در وبسایت روزنامه شرق