فيزيك كلاسيك و ظرفيت‌هاي آن
فيزيك كلاسيك و ظرفيت‌هاي آن
تا سال 1900 فيزيك كلاسيك به اوج شكوفايي خود رسيده بود از توصيف حركات سيارات گرفته تا تشريح انتشار نور(پديده‌هاي تداخل – پراش –قطبش) و ماهيت آن به عنوان يك موج الكترومغناطيس،قوانين ترموديناميك و نظريه جنبشي قادر به توصيف دقيق رفتارتمامي پديده‌هاي شناخته شده تا آن زمان بود.الكتريسته و مغناطيس با كارهاي ماكسول وحدت يافته و معادلات الكترومغناطيس به عنوان عصاره كارهاي او در اين زمينه شكل گرفت اين معادلات به خوبي تمامي معلوماتي كه تا آن زمان از الكتريسيته و مغناطيس موجود بود را فرمول بندي مي‌كرد چهارده سال بعد از كشف اين معادلات هرتز به صورت عملي اين امواج را در آزمايشگاه توليد كرد. درحقيقت تا اواخر قرن نوزدهم به نظر مي‌رسيد كه تمامي اصول بنيادي حاكم بررفتار جهان فيزيكي شناخته شده است. همه چيز از مكانيك نيوتني و الكترومغناطيس ماكسول تبعيت مي‌كرد اين فرمول بندي نظم حاكم بر جهان، چنان دانشمندان را تحت تاثير قرار داد كه لاپلاس رياضيدان فرانسوي وقتي كتاب خود يعني مكانيك آسماني رانوشت درجواب ناپلئون كه از او پرسيد چرا اودر كتابش نامي از خدا نبرده است گفت «من نيازي براي مطرح كردن اين فرضيه نمي‌بينم»
نواقص فيزيك كلاسيك
همانگونه كه گفتيم فيزيك كلاسيك تا اواخر قرن نوزدهم با داشتن قوانين نيوتون و ترموديناميك و معادلات ماكسول هر ذهني را متقاعد مي‌ساخت كه روابط اين علم مي‌تواند هر پديده موجود درعالم را از موج گرفته تا حركات كرات آسماني توجيه نمايد ولي برخي از پديده‌ها كه ذكر خواهد شد همانند سونامي اقيانوس آرام فيزيك كلاسيك را به چنان تلاطمي واداشت كه امواج قدرتمند ناشي از آن انسان را از زمين بركره ماه و از چراغ پي سوز به نيروگاه هسته‌اي و از كبوترهاي نامه رسان به تلفن همراه و اينترنت و يا به عبارتي از خاك عقب ماندگي به افلاك تكنولوژي و پيشرفت سوق دارد.
از دل اين پديده‌هاي غير قابل توضيح توسط مكانيك كلاسيك، دو ابر نظريه بوجود آمد يكي نسبيت و ديگري كوانتوم در اين ميان نسبيت سئوالهاي فلسفي چندين هزار ساله ما را از گذشته و آينده كائنات جواب داد و چشم ما را به دنياي نويني گشود كه درآن همه چيز درحال حركت است با آغاز و پاياني معلوم، دنياي بيكرانه و محدودي كه زماني شروع به انبساط نمود وزماني نيز از انبساط بازخواهد ايستاد.
درحالي كه دنيائي كه كوانتوم، ما را با آن آشنا ساخت درنهايت كوچكي و خردي بود ما اكنون به يمن وجود فيزيك كوانتوم از رويدادهاي شكافت هسته‌اي گرفته تا رفتار ذراتي كه شعاعشان از يك هزار ميليارديوم ميلي متر هم كوچكتر است آگاهيم.
اتر نورسان واقعيتي خيالي
اگر تغيير مكان سيارات در آسمان شب و ايجاد شب و روز وتغيير فصل‌ها نبود شايد كوپرنيك درقرن شانزدهم انگيزه‌اي براي ارائه مدل كيهان شناختي خود كه خورشيد در مركز و زمين و ساير سيارات شناخته شده درآن دوران به دور آن درحال چرخشند در او ايجاد نمي‌شد.يا اگر در اواخر قرن هفدهم نيوتن به قصد استراحت درخت سيب را انتخاب نمي‌كرد و سيبي از درخت بر سراو (يا كنار او) نمي‌افتاد شايد حس كنكاش درمورد جاذبه عمومي در وي نيز ايجاد نمي‌شد وقانون جاذبه كشف نمي‌گرديد.هرچند كه اين نظريه‌ها در نوع خود مي‌توانند جزء بنيادترين مفاهيم علم فيزيك باشند ولي ظهور و نمودشان را ناشي از وقوع پديده‌هايي مي‌توان دانست كه نه در يك لحظه بلكه در طول تمام عمر كاشفان آنها با آن سروكار داشتند يا به آن دائما مي‌انديشيدند. ولي نظريه‌هاي نسبيت كه نه با تجارت روزانه ما سروكار دارند و نه ذهن جستجوگر براي پي بردن به وجود آنها مي‌تواند در دور و بر خود سرنخ‌هايي ازآنها بيابد.گرچه نتيجه آزمايش مايكلسون-مورلي كه وجود اتر را نقض مي‌كرد مي‌توانست شاهد راسخي براي اثبات اين ادعا كه سرعت نور ثابت است باشد و زمينه ساز شكل‌گيري نسبيت خاص (Special relativity)شود ولي به گفته اينشتين او تا قبل از بيان نظريه نسبيت خاص به هيچ عنوان از انجام آزمايش مايكلسون آگاهي نداشت.ايمان به وجود اتر(ether) در بين دانشمندان را به خوبي مي‌توان به عنوان نمونه ايي از نقص فكري بشر از نوع مخرب آن دانست كه تبعات اين نوع از نگرش ها در طول تاريخ ضربات جبران ناپذيري به پيشرفت دانش و تكنولوژي وارد آورده است اتر يك پديده ساخته ذهن دانشمندان است تنها به صرف اينكه شرط انتشار امواج در روي زمين مانند موج‌هاي طولي (صدا) وجود ماده است دانشمندان همين شرط را هم براي انشار نور به عنوان يك موج عرضي در نظر گرفتند.
ماكسول مي‌گويد:
نور يك موج الكترومغناطيس است كه تنها با ايجاد آشفتگي در اتر منتشر مي‌گردد.
چون در محيط‌هاي چگال سرعت امواج افزايش مي‌يابد آنها برهمين اساس محيطي كه نور در آن انتشار مي‌يابد را يك محيط فوق العاده كشسان درنظر گرفتند تا بتوانند به اين صورت سرعت حيرت انگيز نور را توجيه كنند وچون افزايش تراكم ماده سبب كاهش شفافيت آن ميشود بنابراين خصلت اتر را محيطي شفاف، نامرئي و بدون جرم كه هيچگونه مقاومتي در مقابل حركت اشياء نمي‌كند، بيان نمودند تا بدين صورت انتشار امواج الكترومغناطيس را در فضا توجيه نمايند.
ما مي‌توانيم با خالي كردن هواي درون يك ظرف از انتقال موج صوتي در آن جلوگيري كنيم، چون ديگر ماده‌اي براي انتقال صوت وجود ندارد ، ولي هيچ كس با هيچ پمپ تخليه‌اي قادر به خارج كردن اتر از دورن يك محيط سربسته نمي‌باشد حال اين چه ماده مرموزي است كه هم فوق العاده متراكم است هم فوق العاده شفاف، همه جا وجود دارد ولي هيچ كس آن را حس نمي‌كند و اصلا قابل آشكار سازي هم نيست.گرچه هيچ فيزيكداني قادر به اثبات وجود اتر نبود ولي دانشمندان تا پاي جان از وجود اين ماده مرموز و غير قابل تفصير دفاع مي‌كردنند تا جائي كه ماكسول مي‌گويد:
با تمام سختي‌هائي كه براي تجسم اتر وجود دارد ولي بي‌ترديد تمام عالم را جسمي بسيار بزرگ و يكدست(اتر) پركرده است.
يك جوان آمريكايي به نام آلبرت آبراهام مايكلسون(Albert Abraham Michelson) در سال 1881 ميلادي با ابداع يك آزمايش جالب و مشهوري قصد به اندازه گيري سرعت حركت زمين در درون اتر نمود تا قبل از انجام آزمايش مايكلسون
آلبرت آبراهام مايكلسون
(December 19, 1852 - May 9, 1931
دانشمندان وضعيت اتر را از دوحالت خارج ندانستند
درصورت اول بايد سرعت نوري كه از ستارگان دور دست به زمين مي‌آيد با سرعت نوري كه در تمام جهات در روي زمين محاسبه ميشود متفاوت باشد ولي اين فرض بكلي مردود است. زيرا جيمز برادلي درسال 1725 ثابت كرد كه تغيير موضع ستارگان نسبت به راستاي حركت مداري زمين به موقعيت زمين بستگي ندارد. (ابيراهي ستارگان)
درصورت دوم با اندازه‌گيري سرعت نور درجهت هاي مختلف حركت زمين بدورخورشيدمي توانستيم وجود اتر را ثابت كنيم چرا كه سرعت نور در اتر ثابت است و زمين نسبت به اتر حركت ميكند بنابراين بايد سرعت اندازه‌گيري شده نور نسبت به زمين تحت تاثير حركت اين سياره قرار گيرد و تغيير نمايد از اينرو ما مي‌توانستيم باارائه دليل محكم وجود اتر را تاييد يارد كنيم.مايكلسون با انجام آزمايشي در دفعات متوالي در زواياي مختلف در مراحل گوناگون(به تناوب هر سه ماه يكبار) كه زمين در وضعيت‌هاي مختلف نسبت به اتر قرار مي‌گرفت نشان داد كه درهمه حالات سرعت نور هيچ تغييري نسبت به ساير اندازه‌گيري‌ها نمي‌كند بنابراين مايكلسون نتوانست وجود اتر را با اين آزمايش ثابت كند.
ولي مايكلسون به جاي ترديد دروجود اتر نتيجه آزمايش خود را اين گونه ارزيابي كرد « فكر مي‌كنم بايد اين را بپذيريم كه هر چند اين آزمايش جواب منفي داده است ولي اختراع تداخل سنج اين نتيجه منفي را جبران ميكند»
سايردانشمندان به جاي تامل در نتيجه آزمايش مايكلسون تنها به صرف جوان بودن وي (مايكلسون در هنگامي كه اقدام به انجام آزمايش نمود تنها 26 سال داشت) وتعصب در باورهاي غلط خود، بدون تفكر از وجود اتر دفاع مي كردند يكي از اين دانشمندان لورنتس بود او نظرخود را در مورد آزمايش مايكلسون اين گونه ابراز داشت كه :
درمحاسبات انجام شده در آزمايش (مايكلسون ) حتما اشكالي وجود دارد كه مايكلسون از آن بي خبر است.
او عدم تفاوت در اندازه گيري سرعت نور در جهات مختلف را ناشي از ايده ي انقباض اشياء و كند شدن ساعت ها حين حركت در درون اتر دانست .بار ديگر مايكلسون مجبور شد آزمايش خود را با دقت بيشتر انجام دهد او اين بار از همكاري مورلي براي انجام آزمايش خوداستفاده نمود (1887 ميلادي) ولي دوباره به همان نتيجه ي شش سال پيش رسيد، مايكلسون از سر استيصال چنين گفت:
به نظر مي آيد كه چنانچه هرگونه حركت نسبي بين زمين و اتر نوررسان وجود داشته باشد اين حركت بايد بسيار ناچيز باشد.
باز با اين آزمايش دقيق مايكلسون نمي توانست با باورهاي چند دهه به مبارزه برخيزد و وجود اترنوررسان را به كلي رد كند. آغاز قرن بيستم كه حقيقتا قرن انقلاب در انديشه هاي بشري بود را مي توان براي علم فيزيك يك عصر شكوفايي و بالندگي به حساب آورد در اين قرن بود كه دو ابر نظريه ي نسبيت و كوانتوم متولد شده و به تكامل رسيدند.
فيزيك، هسته ي اتم را شكافت و انرژي آن را مهار نمود ، ترانزيستورها پا به دنياي تكنولوژي نهادند و فضا به تسخير بشردر آمد در اين قرن بود كه انسان به ماه سفر كرد و روياي ديرين او به تحقق پيوست، شايد حال وهواي اين قرن بود كه روح عصيان را در هانري پوانكاره دميد آن هنگام كه او وجود اتر نوررسان را به كلي توهم قلمداد نمود و گفت:
آيا اين اتر نور رسان واقعا وجود دارد ؟ اعتقاد من اين است كه ما چيزي فراتر از يك جا به جايي نسبي نمي توانيم اثبات كنيم
