مهبانگ | برنامه روز هشتم اکتبر 2018
تاریخ فیزیک در قرن بیستم
چگونه تب یونجه دنیای فیزیک را تغییر داد؟
معمای هندسی گرانش و نسبیت عام اینشتین، گربه شرودینگر در روستای آلپباخ، هایزنبرگ در جزیره هلگولاند به چه می اندیشید؟
مهبانگ، کانون پرورش افکار
برنامه ای از دکتر علی نیری
لینک تماشای این برنامه در فیس بوک بنیاد آینه
لینک این برنامه درکانال یوتیوب برنامه مهبانگ
عرفان کسرایی| مجله دانستنیها، اردیبهشت 1394
سالهای اول دوران دانشجویی ام بود. خیلی خوب خاطرم هست که در یک کلبه ییلاقی کنار شومینه نشسته بودم و سوختن هیزم را تماشا می کردم و در افکار خودم غوطه ور بودم. از داخل کوله پشتی کوچک ، کتاب جزء و کل؛ اثر فیزیکدان بزرگ ورنر هایزنبرگ را که از کتابخانه دانشگاه به امانت گرفته بودم برداشتم و زیر نور فانوس نفتی شروع کردم به خواندن. وصف هایزنبرگ از بحث های علمی اش با ولفگانگ پاوولی، اتو هان، آلبرت اینشتین، شرودینگر و سایر مشاهیر و دانشمندان برجسته تاریخ علم؛ چنان مرا مسحور کرد که متوجه گذر زمان نشدم . صبح شده بود و همچنان غرق در مطالعه قلم جادویی هایزنبرگ بودم.
سالها گذشت و به گونه ای کاملا اتفاقی سر از سرزمینی در آوردم که وصف آن را در کتاب هایزنبرگ خوانده بودم. ماکس پلانک پایه گذار مکانیک کوانتومی یکی از برجسته ترین دانشمندان تاریخ علم جهان؛ اتو هان؛ ماکس بورن و کارل فریدریش گاووس جایی زندگی و تدریس می کرده اند که با من تنها چند کیلومتر فاصله دارد. گوتینگن در تاریخ علم شهر مهمی محسوب می شود. رودولف کارناپ فیلسوف مشهور علم در کتاب خود با نام مبانی فلسفی فیزیک در فصل هندسه های نااقلیدسی می نویسد که کارل فریدریش گاووس در فکر اندازه گیری مجموع زاویه های مثلث عظیم نجومی بود. سپس داستانی مشهور نقل می کند که البته در صحت آن تردید دارد. گفته می شود گاووس که پروفسور دانشگاه گوتینگن بود با انتخاب سه قله کوه اطراف شهر گوتینگن، اختلافی در نتایج پیدا کرد و به این نتیجه رسید که فضا یا اقلیدسی است یا اگر نااقلیدسی باشد انحرافش بسیار کوچک و کمتر از خطای محتمل اندازه گیری هاست.
هایزنبرگ در همان کتاب ٬جزء و کل٬ در فصلی با عنوان ٬معنی فهمیدن در فیزیک جدید٬ که در آن به شرح گفتگوهایش با ولفگانگ پاوولی و زومرفلد درباره نظریه اتمی می پردازد می نویسد: زومرفلد بعد از یک گفتگوی طولانی درباره نظریه اتمی تقریبا ناگهانی از من پرسید: دلت می خواهد نیلز بور را ببینی؟ او می خواهد در گوتینگن یک سخنرانی ایراد کند. از من دعوت شده است و دلم می خواهد تو را هم با خودم ببرم. من چند لحظه مردد بودم. کرایه رفت و برگشت کاملا خارج از توانایی مالی من بود. احتمالا زومرفلد این فکر را در صورت من دید. به هر حال او فورا اضافه کرد که هزینهء مرا خواهد پرداخت و در نتیجه من با کمال میل پذیرفتم. در اوایل تابستان سال ۱۹۲۲؛ گوتینگن آن شهر کوچک دوست داشتنی با ویلاها و باغهایش در دامنه کوه هاین؛ گویی توده ای از باغهای گل سرخ و گلدان بود. گویا طبیعت هم نام (جشنواره بوهر) را که ما بعدا به آن روزهای شکوهمند دادیم پذیرفته بود.
هایزنبرگ در این سخنرانی با نیلز بور آشنا شد و می نویسد که بوهر از او خواسته بعدازظهر آن روز در دامنه کوه هاین قدمی بزنند و گفتگو کنند. او می افزاید: « این گردش تاثیر عمیقی در زندگی علمی من داشت؛ یا شاید بهتر باشد بگویم؛ دوران واقعی زندگی علمی من از آن بعدازظهر آغاز شد. جاده جنگلی شیب دار از مقابل قهوه خانه معروف تسوم روهنز می گذشت و به ارتفاعات آفتابگیر می رسید و ما از آنجا شهر کوچک دانشگاهی ر ا می دیدیم.»
مقبره ماکس پلانک، پدر نظریه کوانتومی کمی آنسوتر با یک سنگ بنای ساده مشخص شده است. گویی که لازم نبوده هیچ نشانه ای جز نام ماکس پلانک و عدد ثابت مشهوری که به نام او ثبت شده روی سنگ نوشته شود. ثابت پلانک یکی از بنیادی ترین اعداد ساختار طبیعت است و به همین سبب ؛ پلانک یکی از بزرگترین دانشمندان تمام قرون و اعصار شاخته می شود.
وی راهی جدید در فیزیک گشود و دریچه ای تازه به روی فهم انسان از جهان هستی باز کرد. در سال ۱۹۱۸ آلبرت اینشتین، نیلز بوهر و ارنست رادرفورد، که همگی مستحق کسب جایزه نوبل بودند، با توافق پلانک را مستحقترین شخص برای کسب این افتخار دانستند. بدین ترتیب پلانک به اخذ جایزهٔ نوبل نائل آمد و استاد دانشگاه برلین گردید.
اینشتین در کتاب حاصل عمر (مجموعه گردآوری شده از ۴۴ مقاله اینشتین) ؛ ستایشنامهای که عنوان آن در رثای ماکس پلانک بود می نویسد: مردی که سعادت آن را داشته است که دنیا را با اندیشه ای بلند و خلاق متبرک سازد؛ نیازی به بزرگداشت آیندگان ندارد. کار بزرگ او تا هم اکنون نیز مایه سرافرازی اش بوده است. کشف ثابت جهانی توسط پلانک، شالوده تمام پژوهش های قرن بیستم در زمینه فیزیک گردید و تکامل بعدی این علم را تقریبا به تمامی در گستره نفوذ خود گرفت. کشف پلانک؛ کل چارچوب علم مکانیک و الکترودینامیک کلاسیک را در هم ریخت و وظیفه ای تازه در برابر علم قرار داد. وظیفهء یافتن شالوده نظری جدید برای کل علم فیزیک.
چند قدم آنسوتر اما نام دانشمندی بر سنگ نقش بسته که اندیشه و کارش تاریخ جهان را تغییر داد. باری! بدون تعارف شکافت هسته ای، حاصل کار اتوهان بود. همان کسی که در سال ۱۹۴۴ برنده جایزه نوبل شیمی شد. او خود را بابت اکتشافی که به ساخت بمب اتمی و نابودی و ویرانی هیروشیما منجر شده بود سرزنش می کرد. اتو هان در سال ۱۹۳۸ با کشف شکافت هستهای راهی را گشود که حتی تصورش را هم نمی کرد روزی منجر به ساخت سلاحی مخرب و ویرانگر شود.
هایزنبرگ در کتاب (جزء و کل) در فصلی با عنوان مسوولیت دانشمند درباره واکنش اتو هان از شنیدن خبر بمباران اتمی هیروشیما می نویسد: بعد ازظهر روز ۶ آگوست ۱۹۴۵ ؛ کارل ویرتس شتابان آمد و خبر تازه ای برای من آورد. هیروشیما بمباران اتمی شده بود. اول نمی خواستم این خبر را باور کنم؛ زیرا اعتقاد داشتم که ساختن بمب اتمی مستلزم کوشش های عظیم فنی و صرف هزاران میلیون دلار است. اما شب با شنیدن اخبار رادیو با کمال اکراه و ناچار قبول کردم که تحول فیزیک اتمی که مدت ۲۵ سال در آن شرکت جسته بودم اکنون باعث مرگ صد هزار انسان شده است.
اتو هان از همه ما بیشتر ناراحت بود. شکافت اورانیوم؛ مهمترین کشف علمی او؛ گام اساسی در راه رسیدن به قدرت اتمی بود و این گام اکنون به انهدام وحشتناک یک شهر و ساکنان آن؛ یعنی گروهی مردم بی سلاح منجر شده بود. هان در اتاق خود از همه کناره گرفته بود، پیدا بود که سخت متاثر و ناراحت است. همهء ما نگران بودیم که مبادا بلایی سر خودش بیاورد. آن شب از هر دری حرف زدیم و تا صبح روز بعد نتوانستیم به افکار آشفته خود نظمی ببخشیم.
هایزنبرگ می نویسد: صبح روز بعد از آن اتفاق وحشتناک، کارل فریدریش فون وایتساکر و من چند ساعت پشت فارم هال، یک ساختمان قدیمی از آجر سرخ در گذرگاه چمن و باغچه گل سرخ قدم زدیم و صحبت کردیم. گفتگوی ما با اظهار نگرانی درباره اتو هان شروع شد. او گفت: پی بردن به علت ناراحتی هان کار مشکلی نیست. دامن بزرگترین کشف علمی او اکنون به لکه ننگ عظیم ترین مصائب بشری آلوده شده است. اما آیا او واقعا باید احساس گناه بکند؟ آیا گناه او از بقیه ما که در فیزیک اتمی کار کرده ایم بیشتر است؟
هایزنبرگ در پاسخ می گوید که اتو هان همواره در حرفهایش اصرار داشت که استفاده از شکافت اورانیوم به مقاصد صلح آمیز منحصر شود. در آلمان با صدای بلند درباره استفاده از انرژی اتمی در جنگ هشدار می داد. کارل فریدریش دنباله حرفهای هایزنبرگ را می گیرد و می گوید علاوه بر این باید حساب کار کاشف و مخترع را جدا کرد.
معمولا کاشف نمی تواند پیش از کشفی که می کند نتایج آن را پیش بینی کند؛ به خصوص وقتی که میان کشف او و بهره برداری از آن چندین سال فاصله باشد. گالوانی و ولتا کمترین تصوری از تحولات بعدی مهندسی برق نداشتند و نمی توان آنها را بابت استفاده های درست یا نادرستی که از تحولات بعدی شده است مسوول دانست. آزمایش های هان در شکافت اتم کشف بود؛ اما ساختن بمب اتم اختراع است. فیزیکدانانی که بمب اتم را در آمریکا ساختند مخترع بودند.
فایل پی دی اف این مقاله در مجله دانستنیها
عرفان کسرایی | روزنامه شرق، شماره ۲۳۶۸ – دوشنبه ۱۹ مرداد نود و چهار
تب یونجه* یکی از مصائب فصل بهار و تابستان در سرزمین ژرمنهاست. شروع بهار و فصل گردهافشانی گلها و گیاهان، بسیاری را به بستر بیماری میاندازد و ظاهرا چارهای هم جز تحمل و کنارآمدن با آن وجود ندارد. «ورنر هایزنبرگ» در ماه می سال ١٩٢٥، چنان از تب یونجه به تنگ آمده بود که مجبور شد از «ماکس بورن» در دانشگاه گوتینگن تقاضای مرخصی دو هفتهای کند، تصمیمی که دنیای فیزیک را بهصورت بنیادینی تغییر داد.
باری! «هایزنبرگ» ٢٣ساله تا آن حد از تب یونجه بدحال و ناخوش بود که صورتش ورم کرده بود و حالش روزبهروز وخیمتر میشد. بههمیندلیل راهی جزیره «هلگولاند» در دریای شمال شد تا آنجا با دوری از گردهافشانی گل و گیاه، بتواند سلامتی خود را بازیابد. اتاق «هایزنبرگ» آنگونه که خودش بعدها در اتوبیوگرافیاش مینویسد، در طبقه دوم مهمانخانهای قرار داشت که روی بلندی مشرف به سمت جنوبی این جزیره صخرهای واقع شده بود. «هایزنبرگ» مینویسد: «از روی بالکن، میتوانستم چشمانداز فوقالعادهای از دریا را مقابل خود ببینم و گاهی به یاد این حرف نیلز بوهر میافتادم که میگفت ما (دانمارکیها) با نگاه به دریا احساس میکنیم بخشی از بینهایت در دسترس ماست». نقلقول «هایزنبرگ» از این سخن «بوهر» مربوط است به سفرش به دانمارک در سال ١٩٢٤، یعنی یک سال پیش از مرخصی استعلاجی «هایزنبرگ» در جزیره هلگولاند.
او در تعطیلات عید پاک سال ١٩٢٤، با کشتی و از طریق «وارن مونده» عازم دانمارک شده بود تا در «انستیتو نیلز بوهر» مشغولبهکار شود. «بوهر» چند روز بعد از «هایزنبرگ» میخواهد برای گپوگفت به یک پیادهروی طولانی بروند. در خلال این گفتوگوها، که عمدتا درباره سیاست و تاریخ بود، در حوالی ساحل شمالی «زیلند»، «بوهر» به «هایزنبرگ» میگوید: «تو در مونیخ بزرگ شدهای، نزدیک کوهستان! ما درباره کوهنوردیهایت پیشازاین با هم زیاد صحبت کردهایم. دانمارک برای کسانی که به زندگی در کوهستانها عادت کردهاند، هموار و ملالآور است. شاید تو هرگز نتوانی کشور ما را دوست داشته باشی. برای ما مهمترین چیز، دریاست! وقتی به دریا مینگریم گویی به بخشی از بینهایت دست یافتهایم». «بوهر» ادامه میدهد: «مرتفعترین کوه ما در دانمارک ١٥٠متر است. همین ارتفاع به نظر ما آنقدر باشکوه میآید که به آن کوه آسمان** میگوییم
یک روز یک دانمارکی تلاش کرد به باور خود، توجه یک نروژی را به این کوه مرتفع جلب کند. میهمان نروژی نگاهی به میزبان میاندازد و میگوید: «ما در نروژ به چنین چیزی میگوییم تپه!» باری! «هایزنبرگ» آنگونه که خود مینویسد در بالکن اتاقش در مهمانخانه جزیره هلگولاند به این سخن از «بوهر» میاندیشیده است که در آن پیادهروی خاطرهانگیز گفته بود: «ما وقتی به دریا مینگریم، گویی به بخشی از بینهایت دست یافتهایم».
«هایزنبرگ» جوان در جزیره هلگولاند و در آن شبی که صورتبندی مکانیک ماتریسی را انجام میداد، دچار شعف زایدالوصفی بود و از اشتیاق این فکر که فرم جدید مکانیک کوانتومی، هم بهلحاظ فیزیکی و هم ساختار ریاضی، سازگار است، ذوقزده شد. او اصلا و ابدا نمیتوانست بخوابد و پس از آنکه نخستین قسمت محاسباتش در ساعت سه بامداد، درست از آب درمیآیند، راهی ساحل جنوبی جزیره شد و از یک صخره بلند بالا رفت تا طلوع آفتاب را به تماشا بنشیند! محاسبات اولیه او نشان میداد که صورتبندی مکانیک جدید، با اصل بقای انرژی همخوانی دارد. این موضوع وی را به قدری هیجانزده میکند که به گفته خودش، در محاسبات بعدی دچار اشتباهات بسیاری هم میشود. او این ماجرا را بعدها برای شاگرد و البته دوست خود «کارل فریدریش فون وایتسزکر»*** اینچنین روایت کرده است:
«واقعا هرگز نمیتوانستم چشم بر هم بگذارم. یکسوم از شبانهروز را روی محاسبات مکانیک کوانتومی کار میکردم، یکسوم دیگر را از صخرههای ساحل بالا میرفتم و در یکسوم باقیمانده، اشعار دیوان غربی – شرقی گوته را از بر میکردم».
او نتایج کار خود را پس از بازگشت از این سفر اعجابانگیز با «ولفگانگ پائولی» و همچنین «ماکس بورن» در گوتینگن در میان میگذارد. «پائولی» اینبار برخلاف سابق، که همواره به «هایزنبرگ» انتقاد میکرده، تحتتأثیر کار او قرار میگیرد و صمیمانه او را تشویق میکند.
«بورن» نیز در نامهای در جولای سال ١٩٢٥، به «اینشتین» مینویسد: «آخرین مقاله هایزنبرگ که به زودی منتشر خواهد شد، تا حدی مبهم بهنظر میرسد؛ اما بدون شک درست و عمیق است». «هایزنبرگ» در بهار سال ١٩٢٦ برای سخنرانی به برلین دعوت شد و ملاقات و گفتوگوهای عمیق بین او و «آلبرت اینشتین» درباره سرشت مکانیک کوانتومی، درست در همین زمان اتفاق افتاد.
او آنچه را در آن شب طولانی در هلگولاند رخ داد، به کشف قاره آمریکا توسط «کریستف کلمب» تشبیه میکند و میگوید: «دلیل موفقیت کلمب آن بود که او ساحل امن را با جسارت زیاد ترک کرد، درحالیکه میدانست راهی سفری بیبازگشت میشود. او میدانست منابع و آذوقه فقط برای رفتن کفایت میکردند و برگشتی در کار نخواهد بود». در حقیقت «هایزنبرگ» نیز با جسارت بسیار، مرزها و سواحل امن مکانیک رایج را پشت سر گذاشت و قدم به سرزمینی نو نهاد.
«ارنست پیتر فیشر» فیزیکدان و مورخ علم در یادداشتی مینویسد: «هایزنبرگ با کار خود تمام پلهای پشتِسر را برای بازگشت به فیزیک کلاسیک خراب کرد». انستیتو ماکس پلانک در سال٢٠٠٠، به مناسبت هفتادوپنجمین سال سفر «هایزنبرگ» به جزیره هلگولاند، سنگِبنای یادبودی بر صخرههای سرخ این جزیره سنگی قرار داد. روی این بنای یابود سنگی و بهعبارت بهتر روی صفحه برنزی روی آن برای اطلاع بازدیدکنندگان، تاریخچه مختصری از مکانیک کوانتومی و پژوهشهای هایزنبرگ نوشته شده است.
*«Heufieber» یا «Pollenallergie» به زبان آلمانی
**ارتفاع دقیق آن نیز ١٤٧متر است Himmelberg
***Carl Friedrich von Weizsäcker
فایل پی دی اف این مقاله در وبسایت روزنامه شرق