Tag: پلانک

  • گوتینگن، موزه تاریخ علم معاصر

    گوتینگن، موزه تاریخ علم معاصر

    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.»

                                   مزار ماکس پلانک

    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

  • فیزیک‌دانان قرن بیستم بر شانه‌های غول

    فیزیک‌دانان قرن بیستم بر شانه‌های غول

    عرفان کسرایی| ماهنامه دانشمند، شماره 12، اسفند 1394

     

    فایل پی دی اف متن کامل این مقاله در ماهنامه دانشمند

     

  • آیا “نظریه همه چیز” وجود دارد؟

    آیا “نظریه همه چیز” وجود دارد؟

     عرفان کسرایی|ماهنامه دانشمند، شماره ۶۴۵

     اگر به فیلم های علمی علاقمند باشید احتمالا فیلم نظریه‌ی همه‌چیز با موضوع زندگی شخصی و علمی استیون هاوکینگ را دیده اید. اما نظریه همه چیز چیست؟ آیا نظریه ی همه چیز وجود دارد یا می تواند وجود داشته باشد؟ در قرن ۱۹ میلادی به نظر می رسید چیزی برای کشف و نظریه پردازی در فیزیک باقی نمانده است. تقریبا همه چیز اینطور به نظر می رسید که پرونده فیزیک در حال بسته شدن است و بشر به فهم کاملی از طبیعت دست یافته است. انسان می دانست که نیرویی که باعث افتادن سیب از درخت می شود همان نیرویی است که باعث گردش ماه به دور زمین می شود. ماشین های بخار ساخته می شد و خیلی چیزهای دیگر. بسیاری بر این عقیده بودند که به زودی مسایل باقی مانده نیز حل شده و پرونده فیزیک به کلی بسته خواهد شد و دیگر چیز تازه ای برای فهمیدن از طبیعت وجود ندارد.

    گرانش کوانتومی – راز بزرگ فیزیک

    همه ما گرانش و  آثار ناشی از آن را می شناسیم. زمانی که اشیاء را رها می کنیم می بینیم که به سوی زمین حرکت می کنند و یا همه ما بر حسب تجربه می دانیم که دویدن به سمت بالای تپه به مراتب سخت تر از دویدن به پایین آن است. با این وجود آثار ناشی از گرانش از دید یک فیزیکدان بسیار فراتر از این دست مثال های ساده و دم دستی است. نقش گرانش در مقیاس اشیاء بسیار بزرگ ؛ خیلی مهم تر هم می شود. این نیروی گرانش است که سبب گردش زمین به دور خورشید و یا گردش ماه به دور زمین است. این گرانش است که باعث می شود مثلا خورشید به دور مرکز کهکشان راه شیری در گردش باشد. گردشی طولانی که با سرعت ۲۲۰ کیلومتر بر ثانیه چیزی در حدود ۲۵۰ میلیون سال طول می کشد. در طبیعت ۴ نیروی بنیادی وجود دارد. گرانش، الکترومغناطیس و نیروی هسته ای ضعیف و قوی. از دیدگاه فیزیکدانان ، عمومیت داشتن گرانش (یعنی اینکه همواره به صورت جاذبه عمل می کند) آن را از ۳ نیروی دیگر متمایز کرده است. مثلا در  مقایسه با نیروی الکتریکی میان اجسام باردار . می دانیم که بارهای الکتریکی دو نوع هستند. مثبت و منفی. بنابراین نیروی الکتریکی می تواند برای بارهای ناهمنام به صورت جاذبه ظاهر شود  و برای بارهای همنام به صورت دافعه.

    در حالی که نیروی گرانش فقط به صورت جاذبه وجود دارد و اتفاقا به همین دلیل است که گرانش برای کیهان شناسان از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است. اگر می توانستیم در زمان به عقب سفر کنیم و به عبارتی به زمانهای اغازین شکل گیری جهان یعنی نزدیک بیگ بنگ بر گردیم چهار نیروی بنیادی طبیعت با یکدیگر ادغام می شوند. اگر این امکان وجود داشت که در زمان تا لحظه بیگ بنگ به عقب بر گردیم  و آغاز جهان را شبیه سازی کنیم گرانش اولین نیرویی است که بعد از بیگ بنگ، بصورت دقیق تر در زمان پلانک یعنی ۱۰ به توان منفی ۴۳ ثانیه پس از انفجار بزرگ، اعلام استقلال کرده و به عنوان یک نیروی مستقل جدا می شود. پس از گرانش به ترتیب نوبت به نیروی هسته ای قوی می رسد و بعد هم نیروی هسته ای ضعیف و دست آخر نیروی الکترومغناطیس. فیزیکدانان می گویند ادغام سه نیرو همگی با نظریه ی کوانتوم تبیین می شود. تمام تلاش ها برای اراﯬ نظریه همه چیز در این راستاست که این نیروی چهارم یعنی گرانش را تبیین کند. اولین قدم برای انجام چنین کاری ، متحد کردن فیزیک کوانتومی با نظریه ی گرانش است. به عبارت ساده تر به وجود آوردن یک نظریه ی گرانش کوانتومی! یعنی همان چیزی که در فیلم اینترستلار شخصیتی به نام پروفسور براند  ۴۰ سال برای حل آن زمان صرف کرده بود.

    آیا نظریه همه چیز ممکن است؟

    قوانین فیزیک که به عنوان قوانین بنیادی طبیعت شناخته می شوند ابزار اصلی علم فیزیک هستند. این قوانین شامل معادلاتی ریاضی هستند که رفتار ماده به صورت ذرات بنیادی  را تبیین می کنند.  کیهان شناسان سالهاست که در پی ایجاد وحدت بین فیزیک کوانتومی و نظریه گرانش بوده اند. از دید آنها این هدف غایی علم است. نوشتن قوانین ریاضی که همه نیروهای شناخته شده طبیعت را به صورت یک معادله واحد در می آورد. پیتر کلز در کتاب خود با نام کیهان شناسی می نویسد شاید در این صورت دیگر احساس پوشیدن چند لباس روی هم نداشته باشیم. در هر صورت باید در باره ی سرشت تبیینی که نظریه ای برای همه چیز فراهم می آورد احتیاط به خرج داد. مثلا باید بفهمیم که چگونه این نظریه تبیین خواهد کرد که چرا “نظریه ای برای همه چیز” اینگونه است و به شکل دیگری نیست. باید بفهمیم آیا نظریه ای که بر پایه ی مکانیک کوانتومی باشد می تواند از هر لحاظ کامل باشد در حالی که خود نظریه ی کوانتومی در ذات خودش نامعین است؟ ضمن اینکه پیشرفت های منطق ریاضی در قبال این موضوع که نظریه ای بتواند کاملا خودبسنده باشد ایجاد تردید کرده است. کرت گودل منطق دان مشهور قضیه ای را اثبات کرده بود که به نام خود او به قضیه ناتمامیت گودل معروف است و نشان می دهد هر نظریه ی ریاضی همواره شامل مواردی است که در درون همان نظریه قابل اثبات نیستند. با این اوصاف آیا نظریه همه چیز وجود خواهد داشت؟ هنوز راه درازی در پیش داریم تا بتوانیم به این پرسش پاسخ بدهیم.

    فایل پی دی اف آیا “نظریه همه چیز” وجود دارد؟ در مجله دانشمند