گروه نرم افزاری آسمان






بررسي تئوري نسبيت انيشتن


زيست نامه

آلبرت انيشتن در سال 1879 ميلادي در شهر اولم آلمان متولد شد. پدرش مهندس الکترونيک بود. از همان ابتدا تفاوت هايي در فکر ورفتار اين کودک با بقيه همسالان خود نمايان بود. گزارش هميشگي معلمين او به خانواده اش اين بود که آلبرت خيلي کند ذهن، غير معاشرتي و گوشه گير است. او سرعت انتقال بچه هاي عادي را ندارد. بچه ها به او "باباي کند ذهن" مي گويند. حق با آنها بود زيرا او همواره غرق خيالات و افکار جذاب ـ و به زعم آنها احمقانه ـ خود بود. او مي گويد : پنج ساله بودم که پدرم يک قطب نما به من نشان داد. با مشاهده آن احساس ديدن يک معجزه کردم. در وراي آن گونه اشيا بايد چيزهايي نهفته مي بود. مشغله ذهني او از سن ۱۰ سالگي به طور جدي، مطالعه درباره جهان عظيم بود. در سن 15 سالگي خانواده اش به ايتاليا رفت و او براي به پايان رساندن درس خود در مونيخ ماند. يکسال بعد در آزمون ورودي پلي تکنيک سوئيس شرکت کرد ولي موفق نشد. در 17 سالگي دبيرستان را به پايان رساند و در دانشگاه زوريخ پذيرفته و چهار سال بعد در رشته فيزيک فارغ التحصيل شد. در اين اثنا ازدواج کرد و در سال 1901، پس از فراغت از تحصيل، شهروند سوئيس شد و مدتي بيکار بود و دنبال کار مي گشت. يکسال بعد با مساعدت مارسل گراسمن، در اداره ثبت اختراعات سوئيس در برن، به يک شغل دفتري مشغول شد، اما او همواره غرق در ارقام و اعداد و معادلاتي بود که در ذهن خود داشت.

سال 1905 براي او "سال معجزه" بود. در اين هنگام او 26 ساله بود. پنج مقاله (Paper) نوشت و با كمروئي، يکي از آنها را به رئيس اداره ثبت اختراعات سوئيس داد و گفت خوشحال مي شوم اگر شما جايي براي درج اين مقاله در مجله خود مي داشتيد. اين مقاله چند صفحه اي که در شماره 17 مجله سالنامه فيزيک (Annalen der physik) منتشر شد او را به سرعت به يکي از مشهورترين دانشمندان جهان تبديل کرد. 17 سال بعد جايزه نوبل به دليل انتشار همين مقاله در زمينه پديده فتوالکتريک به او تعلق گرفت. مقاله بعد "تئوري حرکت براوني" بود که او با استفاده از فيزيک کلاسيک و روش مستقيم ثابت کرد که ماده داراي ساختار اتمي است. مقاله ديگر، "الکتروديناميک اجسام متحرک" بود که در آن به تحليل عميق مفهوم فضا و زمان پرداخت و تئوري نسبيت خاص را پايه ريزي کرد. چند ماه بعد نيز هم ارزي ماده و انرژي را در فرمول معروف E = mc2 ارائه داد. مقاله ديگر، "نظريه کوانتمي بودن نور" براساس تعميم فرض ماکس پلانک در مورد کوانتينره بودن تابش جسم سياه بود. با اين کار او راه را براي تثبيت نظريه دوگانه موج ـ ذره در مورد نور هموار کرد. پس از آن بود که کرسي استادي دانشگاه زوريخ و سپس برلين به او پيشنهاد شد. سال 1911 که اولين کنفرانس جهاني فيزيک در بروکسل برگزار شد از او به عنوان جوانترين فيزيکدان دعوت به عمل آمد. در آستانه جنگ جهاني اول، او در دانشگاه برلين به دنبال تکميل مطالعات و نظرات خود در مورد تعميم تئوري نسبيت خاص با دخالت دادن موضوع گرانش(1) بود. ۱۰ سال پس از ارائه تئوري نسبت خاص، در سال 1915 نظريه "نسبت عام"(2) را ارائه داد. جالب است که بدليل عجيب بودن نظرات او و عمق خلاقانه تئوري نسبت خاص و عام، درکي صحيح و کامل از نظرات او در خواص و عوام وجود نداشت. او در اين زمان به يک چهره مشهور تبديل شده بود اما به گفته خودش نمي دانست "چرا همه او را دوست دارند اما هيچکس او را نمي فهمد"(3). او در پاسخ نامه بورن نوشت: در زمان حاضر من در عقايدم تنها هستم. به همين دليل بود که جايزه نوبل فيزيک در سال 1921 نه به دليل ارائه تئوري نسبيت بلکه به خاطر کارهايش در موضوع فوتوالکتريسيته به او تعلق گرفت. اين در حالي بود که کسوف سال 1919، نظريه او مبني بر انحراف نور در مجاورت اجرام سنگين آسماني را تائيد و شهرت او را عالمگير کرد. اما او خود مي گفت اين گونه شهرت ها دوام ندارد.

انيشتن شخصيت خاص خود را داشت. او در عمرش هرگز تقاضاي خودرويي نکرد. تنها به دنبال يک قدم زدن خيلي مطبوع بود. بنابراين به دوچرخه و ويولن خود دلخوش بود. وقتي ملکه بلژيک از او دعوت کرد و هيئت عالي رتبه اي را براي پيشواز او به ايستگاه قطار فرستاد، انيشتن با يک جعبه شيريني در دست و ويلون در دست ديگر پياده شد و بدون توجه به تشريفات با سر و کله خاکي به قصر رفت. وقتي ملکه گفت چرا از خودروي تشريفات استفاده نکردي، گفت: پياده روي بسيار مطبوعي بود اعليحضرتا. پس از جنگ جهاني و اوج گرفتن فشار حکومت نازي به يهوديان، به هلند و سپس به هند و چين و ژاپن و فلسطين و اسپانيا و آمريکا رفت و سرانجام در 1933 ساکن آمريکا شد و در دانشگاه پرينستون به کار مشغول گشت. در سال 1927، در پنجمين کنفرانس جهاني فيزيک حضور يافت و در زمينه مکانيک کوانتم مباحث زيادي با نيلز بور داشت. از سال 1928 ايده خود را در مورد " تئوري ميدان واحد"(4) آغاز کرد و تا آخر عمر روي آن کار کرد، گرچه هيچگاه موفق به ارائه آن نشد. در آستانه جنگ جهاني دوم نامه اي به رئيس جمهور وقت آمريکا نوشت و با اصرار بر تحقيقات هسته اي، درصدد جلوگيري از امکان دست يابي آلمان نازي به بمب اتمي برآمد. رئيس جمهور براساس اين نامه، پروژه مانهتن را براي ساخت بمب اتمي به سرپرستي اوپنهايمر راه انداخت. راکتور ساخت بمب اتم در 1943 شروع به کار کرد و اولين بمب اتمي آمريکا، در سال 1945 شهر هيروشيماي ژاپن را به نابودي کشاند. انيشتن پس از آن که ديد ترس او از مجهز شدن نازي ها به بمب اتم و پيشنهادش براي جلوگيري از اين کار به کجا انجاميد بشدت مغموم بود و در مورد گسترش صلح جهاني بسيار سخن مي گفت: من خود را پدر آزادسازي انرژي اتمي نمي دانم. سهم من از اين کار کاملا غيرمستقيم بوده است. من حتي پيش بيني هم نمي کردم که اين امر در زمان من به وقوع بپيوندد. استنباط من فقط اين بود که آزاد کردن انرژي اتمي از لحاظ نظري امکان پذير است.


فيزيک نيوتني

قرن نوزدهم براي فيزيک، نقطه عطف مهمي محسوب مي شود. فيزيک کلاسيک يا فيزيک نيوتني با کارهاي دانشمندان بزرگي همچون گاليه و نيوتن نضج گرفت و با ارائه نظريه الکترومغناطيس ماکسول در نيمه دوم قرن 19 به کمال رسيد. گاليه با تفسير زيرکانه ساده ترين واقعيت هاي تجربي، اين حکم را صادر کرده بود که هر جسم تا هنگامي که نيروي خارجي بر آن تاثير نگذارد سرعت اوليه و راستاي خود را حفظ خواهد کرد و در حرکت خطي مستقيم و يکنواخت باقي خواهد ماند. بنابراين اگر جسم، سرعت يا جهت حرکت خود را تغيير دهد، اين تغيير را بايد منتسب به علت خارجي دانست. اين اصل در مکانيک کلاسيک، در مورد دستگاهها يا سيستم هاي لخت (Intertial) صادق است. دستگاههاي لخت نسبت به يکديگر در حال حرکت خطي مستقيم و يکنواخت هستند. نيوتن علاوه برابداع رياضيات ديفرانسيلي، قوانين مشهور سه گانه خود را ارائه داد و به همين دليل فيزيک کلاسيک به فيزيک نيوتني نامبردار شد. در فيزيک نيوتني، جهان يک ماشين عظيم است که توسط خدا به حرکت در مي آيد. اين ماشين از مجموعه اجزائي تشکيل شده که درک اين اجزا به درک کل منجر مي شود. قوانين نيوتن عبارتند از :

1. قانون اول : اجسام تا ابد با سرعت ثابت و در امتداد مستقيم در حرکت هستند مگر مزاحمتي براي آنان پيش بيايد.

2. قانون دوم : به هر جسمي که حرکت مي کند، نيروئي برابر حاصل ضرب جرم در شتاب آن وارد شود : F = ma

اگر دو جسم مسير يکديگر را تغيير دهند، حتما بر هم نيرو وارد مي کنند.

در اينجا سرعت عبارت است از فاصله جابجائي يک جسم به مدت جابجائي :





شتاب نسبت تغيير سرعت يک جسم به مدت زمان است:

فورمول بالا


شتاب سرعت ثابت، صفر است.

3. قانون سوم : نيرويي که دو جسم بر يکديگر وارد مي کنند از نظر مقدار با يکديگر مساوي است.

در تئوري نيوتن، فضا و زمان دو کميت مطلق و مجزاي از يکديگر است. مدت زمان عبارت است از طول قطعه اي از اين زمان مستقل. فضا نيز يک کميت بي حرکت و ساکن و بي نهايت است. نور خاصيت ذره اي دارد و مي تواند در خلا انتشار يابد. حرکت، خاصيت ذاتي جسم است. ابعاد جسم (مکان) و طول يک اتفاق (زمان) همواره ثابت است. اگر ابعاد جسمي يا طول مدت اتفاقي، يک بار توسط شخصي در حالت سکون اندازه گيري شود و بار ديگر توسط شخصي اندازه گيري شود که با سرعت خاص حرکت مي کند، نتيجه يکسان خواهد بود.





انقلاب کوانتم

سيطره فيزيک نيوتني تا اواخر قرن ۱۹ در همه جا حاکم بود؛ اما در آن زمان بعضي پديده ها قابل توجيه با فيزيک کلاسيک نبود. در سال ۱۹۰۰ نظريه ماکس پلانک، انقلاب کوانتم (quantum) را پديد آورد. ناسازگاري مکانيک نيوتني و الکترومغناطيس در ابعاد کم براي اتم ها منجر به تولد مکانيک کوانتمي شد. در اين تئوري عنوان شد که برخي کميات، صرفا مقادير منفصل اختيار مي کنند. از ديدگاه فيزيک کوانتم، جهان دائما در حرکت است، هر چند ظاهرا ساکن و بي حرکت باشد. همه چيز از اتم تشکيل شده که به طور مداوم در حرکت و ارتعاش است. در دنياي اتم، ذرات داراي حرکتي پيوسته نيستند بلکه به شکل جهشي و ناپيوسته تغيير مکان مي دهند. نور و ساير ذرات بنيادي اتم، هم رفتار موجي دارد و هم ذره اي.

پلانک نشان داد که گذشته از ساختار اتمي ماده، نوعي ساختار اتمي انرژي (کوانتم) هم در ميان است که يک ثابت جهاني بر آن حکمفرماست. کشف پلانک در سال 1900 درباره تابش اجسام به عنوان تابعي از دما نشان داد که تابش جسم با فرکانس معين، متشکل از اتم هاي انرژي منفرد (کوانتم) است : E = hf. h ثابت جهاني پلانک و برابر j/sec 34- 10 * 6/6 است. پلانک با ارائه اين تئوري، در زمينه توضيح دليل انتشار نور از اجسام داغ، جايزه نوبل فيزيک را در سال 1920 نصيب خود کرد. او مشخص کرد که ماده، انرژي حرارتي را جذب مي کند و آن را به صورت انرژي نوراني منتشر مي کند. جذب انرژي حرارتي و انتشار انرژي به صورت ناپيوسته يعني جريان تکه اي انرژي انجام ميشود. انرژي به صورت بسته هاي کوچک (کوانتا: quanta) انتقال مي يابد. نور در بسته ها يا کوانتاهاي مشخصي که هر کوانتا داراي انرژي hf است منتشر مي شود. با ارائه فرمول E = hf فيزيک کوانتم متولد شد.




جدال فکري فيزيک قديم و جديد

انقلاب کوانتم که با کارهاي پلانک در اول قرن بيستم شروع شده بود به مدت ۲۵ سال با کارهاي بور و هايزنبرگ و بورن و شرودينگر و ديراک و پاولي به اوج رسيد و بر جاي فيزيک کلاسيک نشست. اين انقلاب بر بسياري مباني فلسفي فيزيک کلاسيک خدشه وارد آورد. اما از همان زمان عده اي از فيزيکدانان برجسته نظير انشيتن و شرودينگر با ديدگاههاي فلسفي فيزيکدانان کوانتمي به معارضه برخاستند.

انيشتن با اعتقاد به پيوسته بودن حرکت، فيزيک کوانتم را ناکامل مي دانست. او کوشش کرد نشان دهد چگونه مفاهيم شي مادي، فضا و زمان ذهني و عيني با يکديگر و با ماهيت تجربه مرتبط هستند. او با مباني فلسفي فيزيکدانان کوانتمي نيز سرسازگاري نداشت و به صراحت مي گفت خدا تاس بازي نمي کند. اين بيان، موضع گيري انيشتن در مقابل تفسير و برداشت و تعبيري از مکانيک جديد يا مکانيک کوانتمي بود که از سال 1925 به بعد توسط هايزنبرگ، شرودينگر و ديراک پايه گذاري شد و با کارهاي بور، هايزنبرگ و بورن به اوج رسيد و تعبيري که به " تعبير کپنهاگي " يا تعبير سنتي از مکانيک کوانتم موسوم گشت مورد قبول تقريبا عموم فيزيکدانان قرار گرفت. در حقيقت مکانيک کوانتمي دو شکل عام يافت: مکانيک کوانتمي هايزنبرگ که در آن سيستم ميکروفيزيکي با يک رشته ماتريس نمايش داده مي شد و مکانيک کوانتمي شرودينگر که در آن سيستم ميکروفيزيکي به وسيله يک معادله موجي توجيه مي شد.


تئوري نسبيت خاص

ضعف هاي مکانيک نيوتني در توجيه موقعيت پديده ها در سرعت هاي زياد منجر به تولد تئوري نسبيت خاص (Special theory of relativity) در سال 1905 توسط انيشتن شد. اساس تئوري انيشتن در مورد نسبي بودن زمان است. براي اولين بار در تاريخ علوم، زمان به طور مستقل و اصالتا مطرح مي شود. در تئوري نسبيت، فضا و زمان کميت هاي مطلق و مستقل نيستند. اين تئوري در خارج از ابعاد ملموس و محسوس زميني و اشتغالات روزمره زندگي مورد استمال مي يابد؛ آنجا که سرعت هاي نزديک به سير نور در کار باشد. لفظ نسبيت که انيشتن براي زمان و مکان به کار برد آنچنان تاثيري در ميان دانشمندان دنيا گذاشت که بسرعت علوم انساني مانند علم اخلاق، فلسفه يا زبان شناسي کوشيدند به نوعي، اصل نسبيت را در مباحث خود وارد کنند.

سنگ زيربناي تئوري نسبيت اين سئوال بود که چه اتفاقي مي افتد اگر همراه با نور حرکت کنيم. اين سئوالي بود که از همان ابتدا ذهن انيشتن جوان را به خود مشغول کرده بود. بايد توجه داشت که نسبيت نمي گويد همه چيز نسبي است، بلکه در مورد نسبي بودن زمان و مکان (فضا) بحث مي کند که در فيزيک کلاسيک، مطلق انگاشته مي شد. در حالي که سرعت نور را مطلق و ثابت مي داند و همين ثابت بودن هميشگي سرعت نور يکي از ارکان نظريه نسبيت خاص است. نسبيت سبب مي شود که حوادث و رويدادها براي يک ناظر در مقايسه با ناظر ديگر با سرعت متفاوتي پيش رود. تئوري نسبيت خاص تنها به سرعت هايي مي پردازد که در طول حرکت ثابت است و شتاب ندارد و بنابراين بحث نيرو، مانند گرانش، در آن جاي ندارد. به دليل در نظر گرفته نشدن نيروها در اين نظريه که تنها حالت خاصي از نسبيت را مورد توجه قرار ميدهد، تئوري نسبيت خاص يا محدود ناميده شد. نسبيت خاص برداشت ما را از مفهوم زمان و مکان تغيير داد. در تئوري نسبيت، ابعاد يک جسم (طول، عرض، ارتفاع) و مدت اتفاق(زمان)، مقادير ثابتي نيستند و به ناظر (کسي که اندازه گيري مي کند) بستگي دارد؛ که آيا ساکن است يا حرکت مي کند. مثال " برادران دو قلو " که خود انيشتن مطرح کرده در اين زمينه معروف است. او مي گويد اگر يکي از اين برادران با سفينه اي نزديک سرعت نور به مسافرت فضايي رود، با ساعت و تقويم سفينه، زمان بر او چند سال مي گذرد، در حالي که وقتي به کره زمين بر گردد پيرمرد ريش سفيدي را مي بيند که همان برادر دو قلوي اوست، يعني برادري که با سرعت نزديک نور حرکت کرده فقط چند سال زمان بر او گذشته و برادر زميني کاملا پير شده است. اين بدان معناست که زمان در سفينه بسيار کندتر سپري شده است تا روي کره زمين. اگر ساعتي در حال حرکت باشد، نسبت به ساعت ساکن کندتر کار خواهد کرد. اگر سرعت جسم به حد سرعت نور برسد زمان متوقف مي شود. اگر جسمي با سرعت نور حرکت کند در همه وقايع حضور خواهد داشت يعني همه چيز همزمان بوده، گذشته و آينده برايش وجود ندارد.









پيش بيني کاربردهاي فتوسل و ليزر

نور و ماهيت و سرعت آن نقش محوري در نظريه انيشتن دارد. کشف او درباره پديده فوتوالکتريک بر اساس ذره اي بودن نور استوار بود که نظريه پلانک را نيز تائيد مي کرد. کوانتاي نور انيشتن، فوتون (photon) ناميده مي شود. با تابش انرژي کوانتا (نور) به جسم، الکترون آزاد مي شود، بدين معنا که از يک سطح انرژي (مدار) به سطح ديگر مي رود. مطابق مدل اتمي بور، هر الکترون در مداري کاملا مشخص قرار دارد که انرژي کاملا مشخصي برابرضريب صحيحي از ثابت پلانک (f) دارد. در اين تغيير مدار، انرژي از دست رفته به شکل نور منتشر مي شود . هر چه فرکانس نور تابشي به جسم بيشتر باشد انرژي الکترونها نيز بيشتر است. چشم برقي (فتوسل) که براساس تاثير فتوالکتريک کار مي کند امروزه در زمينه هاي مختلف زندگي بشر مانند در برقي، چراغ خيابانها، باتريهاي خورشيدي و ماهواره ها کاربرد دارد. مقاله انيشتن در 1917 درباره نظريه کوانتمي تشعشع نيز منجر به اختراع ليزر گرديد، گر چه عملا دستگاه ليزر در سال 1954 ساخته شد. در اين مقاله توضيح داده شد که تحريک شدن الکترون هاي اتم ها با فوتون هاي تابشي و تشعشع فوتون ديگر باعث مي شود که اين دو فوتون، الکترون هاي دو اتم ديگر را تحريک کرده و چهار فوتون تشکيل دهند و کار ادامه يابد. با متمرکز کردن اين فوتون ها، پرتو ليزر پديد مي آيد.




اهميت سرعت نور

سرعت نور 300 هزار کليومتر در ثانيه يا يک ميليارد کيلومتر در ساعت است. در تئوري نسبيت دقيق ترين موارد به سرعت نور بر مي گردد. فرض اساسي تئوري انيشتن، ثابت بودن سرعت نور است. مطابق نظر انيشتن، دست يابي به سرعت نور ممکن نيست زيرا جسمي که با سرعت نور حرکت کند، داراي جرم بينهايت خواهد شد. البته امکان حصول سرعت هاي نزديک نور ممکن است. شتاب دادن به ذره و رساندن سرعت آن به نزديک سرعت نور در شتاب دهنده ها، از جمله کاربردهاي عمومي نظرات انيشتن است.

رسيدن به سرعت نور امکان پذير نيست زيرا اگر بخواهيم جسمي را به سرعت نور برسانيم بايد انرژي برابر بي نهايت مصرف کنيم و چون اين مقدار انرژي وجود ندارد هرگز نخواهيم توانست جسمي را به آن سرعت برسانيم. شکل تکامل يافته معادله معروف انرژي انيشتن (E = mc2)به كمك تبديلات لورنس عبارت است از :






اگر سرعت بخواهد به سرعت نور برسد، انرژي به سمت بينهايت ميل مي کند. انرژي لازم براي رساندن سفينه اي ۳ کيلوئي به ۹۸ درصد سرعت نور 1018 ژول خواهد بود. بنابراين هيچ جسم مادي تحت تاثير هر نيروي عظيمي هم که قرار گرفته باشد، هر مدتي هم که نيرو روي آن عمل کند ممکن نيست بتواند با سرعت نور حرکت کند. به عبارت ديگر هيچ چيز مادي در هر شرايطي نمي تواند سريعتر از نور حرکت کند. بنابراين ارسال هيچ پيامي نمي تواند سريعتر از نور باشد.



تاثير حرکت در زمان

اين محدوديت سرعت در عالم براي دريافت پيام سبب مي شود که ما هيچگاه نتوانيم از وضعيت ستاره ها و کهکشانها به طور "همزمان" اطلاع بدست آوريم. ما وقتي از دريچه تلسکوپ هاي قوي به عالم نگاه مي کنيم، گذشته عالم را مي بينيم. با اين محدوديت سرعت جرم مادي، ما هرگز نخواهيم توانست به نزديکترين کهکشان، که تنها چهار سال نوري با ما فاصله دارد برويم. يک انسان تا قيد در حيات است در منظومه شمسي محبوس خواهد بود! اما تنها اميد دانشمندان براي امکان خروج از منظومه شمسي و جهان هاي دور، مبتني بر صحت نظريه انشيشتن درباره تاثير حرکت در زمان است. تنها در اين صورت است که نسل هاي آينده سفرهاي چندين ميليون ساله را در چند سال مي توانند انجام دهند. اگر فرض شود سفينه اي بتواند با سرعت ۹۸ درصد مسير نور حرکت کند، 5/5 سال طول مي کشد تا به تدريج به 98٪ سرعت نور برسد. اما دستگاههاي زمان سنج سفينه تنها گذشت يک سال را نشان مي دهد و ساکنين سفينه نيز تنها يک سال پيرتر شده اند. اگر اين سفينه با سرعت 99/99 درصد سرعت نور، گشتي در فضا بزند و 33 سال بعد به زمين برگردد، براي زميني ها ـ اگر زميني مانده باشد ـ 10 ميليارد سال زمان گذشته است. سرعت، زمان را کند (تنبل) مي کند و در سرعت نور، زمان متوقف مي شود. اگر به همراه نور به ستاره اي برويم تقريبا زماني نمي گذرد اما در برگشت، دو ميليارد سال از سن زمين گذشته است. اگر بخواهيم زمين را به قصد ستاره ها ترک کنيم احتمالا بايد براي هميشه با زمين خداحافظي کنيم.




همزماني وقايع

نسبيت نشان داد که يک حقيقت فيزيکي که بتوان با آن فاصله دو جسم را در يک زمان معين نام نهاد وجود خارجي ندارد زيرا زمان و فاصله، هر دو به چگونگي وضع ناظر بستگي دارد. نسبيت بر پايه تفسير فيزيکي منسجم سه مفهوم حرکت، فضا و زمان استوار شده است. اصطلاح نسبيت با اين واقعيت مرتبط است که حرکت از ديدگاه تجربه همواره همچون حرکت نسبي يک شي در برابر شي ديگر متجلي مي شود. حرکت هيچگاه به عنوان حرکت نسبت به فضا يا حرکت مطلق قابل مشاهده نيست. به تعبير انيشتن، حرکت مطلق به هيچ وجه وجود ندارد.

قبل از پيدايش تئوري نسبيت خاص، کسي تصور نمي کرد که در حالت وقوع دو حادثه همزمان در محل هاي مختلف ممکن است ابهامي وجود داشته باشد. نظريه نسبيت، همزماني را در هم شکست و بيان کرد که ترتيب زماني وقايع هميشه يک ارتباط ذاتي بين خود وقايع نيست بلکه تا حدي تابع حالات ناظر است. اطلاق همزماني به دو واقعه دور از هم بي معني است. همزماني دو واقعه فقط نسبت به ناظر معيني معني معيني در بر دارد. اختلاف نهاد زمان در جاهاي مختلف، مشکل ترين جنبه تئوري نسبيت خاص است. نسبي بودن بدين معني است که اگر براي ناظري دو واقعه، همزمان تشخيص داده شود ممکن است براي ناظر ديگري همزمان نباشد. بنابراين يک زمان جهاني (Cosmic time) يا كيهاني (universal time) كه حقيقت بي چون و چرا تلقي شود اعتبار ندارد. براي هر جسمي، زمان خاص (proper time) وجود دارد. هر ساعت، فقط از زمان "خاص" خود اندازه صحيحي بدست مي دهد. انسان ها روي زمان خاص زميني توافق دارند زيرا نسبيت در سرعت هاي زميني اصلا قابل مقايسه با سرعت نور نيست و ميزان کند شدن زمان آنقدر کم است که اسباب هاي فيزيکي قادر به تشخيص آن نيست. ما بر حسب عادت، بين "همزماني ديد" و "همزماني رويداد" تمايزي قائل نمي شويم و در نتيجه تفاوت بين "زمان" و "زمان محلي" لوث مي شود. دليل اين امر آن است که در تجربيات روزمره، ما مي توانيم زمان انتشار نور را ناديده بگيريم اما اگر پا را از زمين خود فراتر بگذاريم، اين همزماني وجود ندارد. بدين سبب است که وقتي به عالم مي نگريم، گذشته آن را مشاهده مي کنيم؛ به تعبيري ما در راس قله زمان قرار گرفته ايم و هر چه مي بينيم گذشته خودمان و گذشته عالم خودمان است. به زبان نسبيت انيشتن، اين قله، "مخروط نور" است. همه رويدادهاي گذشته در داخل مخروط نور گذشته و همه رويدادهاي آينده در داخل مخروط نور آينده است. نمودار فضا ـ زمان در نگاه نيوتني تخت است اما در نگاه انيشتن، چون عالم انحنا دارد، پس مخروط نور نيز انحنا دارد.



تاثير حرکت بر جرم

در تئوري نسبيت، جرم نيز همچون زمان مشمول نسبيت مي شود. در اينجا ديگر جرم، يک "کميت ماده" و مطلق نيست بلکه مقدار آن بسته به سرعتي که نسبت به ناظر دارد تعيين مي شود. از نظر ناظر ساکن زمين، هر چه ذرات β،که از اجسام راديواکتيويته متصاعد مي شود، سريعتر در حرکت باشند جرم آنها بيشتر مي شود. ابعاد جسم نيز در اثر سرعت کاهش مي يابد و در سرعت نور به صفر مي رسد:





اگر سرعت جسم در حال حرکت (v) به سرعت نور (c) برسد،طول جسم (l) به صفر مي رسد.





هم ارزي جرم و انرژي

در تئوري نسبيت خاص، لختي هر دستگاه به ميزان انرژي آن بستگي دارد. جرم لخت چيزي نيست جز انرژي داخلي. بنابراين اصل بقاي جرم استقلال خود را از دست مي دهد و در اصل بقاي انرژي ادغام مي شود. با ادغام قوانين بقاي اندازه حرکت و انرژي، اصل هم ارزي جرم و انرژي ارائه مي شود. انيشتن نشان دادکه جرم نوعي انرژي نيست، جرم همان انرژي است و انرژي همان جرم : E = mc2.

اصل هم ارزي مي گويد هر افزايش انرژي (E) لزوما بايد با افزايش معادل:




در جرم همراه باشد اما چون در افزايش جرم، عامل عظيم C2 در مخرج قرار مي گيرد، افزايش جرم بيش از آن کوچک خواهد بود که بتوان آن را حتي با حساس ترين ترازوها اندازه گرفت. در تئوري نسبيت خاص انيشتن، جرم و انرژي دو نام بر يک حقيقت است. انرژي دو جلوه دارد: انرژي پتانسيل که استعدادي است که مي تواند به کار تبديل شود و انرژي جنبشي که نصف جرم در مجذور سرعت جسم است. اگر جرم توسط ناظر برآورده شود جرم نسبي ناميده مي شود و اگر بدون آن، جرم خاص. رابطه جرم نسبي و جرم خاصي چنين است:



/ جرم خاص = جرم نسبي





در تئوري نسبيت، قانون بقاي انرژي جنبشي متغير است و ايده انرژي پتانسيل نيز زير سوال مي رود زيرا به جرم نسبي و انرژي به يک چشم نگاه مي شود و سه اصل مهم مکانيک کلاسيک يعني بقاي جرم، انرژي و ممنتوم در اصل "هم ارزي جرم و انرژي" ادغام مي شود. وقتي جسمي انرژي کسب مي کند (مثلا با گرم شدن) جرم خاص آن کمي افزايش مي يابد. وقتي انرژي از دست مي دهد جرم خاص آن کم مي شود. جرم يک اتم هليوم کمتر از چهار اتم هيدروژن است زيرا مقداري انرژي براي اين تبديل صرف شده است.




ثروتمند خسيس

فرمول هم ارزي E = mc2 پايه تمام تحولات هسته اي است که در آن ماده به انرژي يا انرژي به ماده تبديل مي شود. براي آنکه افزايش جرم قابل اندازه گيري باشد، تغيير انرژي به نسبت هر واحد جرم بايد فوق العاده زياد باشد. در حال حاضر تنها حوزه منحصر به فردي که قادر به آزاد ساختن چنين مقاديري از انرژي است فروپاشي راديواکتيويته است. يک اتم از جرم M مي شكافد و به دو اتم با جرمهاي M' و M" تقسيم مي شود که با انرژي و جنبشي فوق العاده اي از هم جدا مي شوند. اگر اين دو جرم را به حالت اوليه برگردانيم، هر دو از لحاظ انرژي فقيرتر از اتم اولي هستند (در حد 1/0 درصد). اما اين انرژي جنبشي آنقدر بزرگ است که خطر عظيمي را به همراه داشته باشد. در حالت عادي، تا هر زمان که اين انرژي نمود خارجي پيدا نکند قابل مشاهده نخواهد بود. درست مانند شخص ثروتمندي که تا پولي خرج نکند يا نبخشد، هيچکس از ثروت او با خبر نمي شود. انيشتن اتم M را همان ثروتمند خسيسي مي داند که در طول عمر خود پولي (انرژي) از دست نمي دهد ولي در وصيت نامه اش تمام دارائي خود را به دو پسرش M' و M" مي بخشد، مشروط بر آنکه بخش ناچيزي از آن را که کمتر از يک هزارم کل دارائي اش (انرژي يا جرم) مي شود خرج جامعه کند. ثروت پسران روي هم رفته کمتر از ثروت پدرشان است، اما آن بخش که به جامعه داده مي شود، هر چند به طور نسبي ناچيز است اما باز هم (به صورت انرژي جنبشي) آنقدر زياد است که مي تواند بسيار مخرب باشد.

خلاصه نظريه و نتايج تئوري نسبيت خاص عبارتند از:

1. زمان و مکان و جرم نسبي است و به وضع ناظر و سرعت آن بستگي دارد.

2. جرم و انرژي هم ارز هستند و قوانين بقاي جرم و ممنتوم و انرژي با اين اصل به صورت قانوني واحد در مي آيد.

3. قانون حرکت نيوتن در مواردي که سرعت يک جسم معين در قياس با سرعت نور ناچيز نباشد تعديل مي شود.

4. سرعت نور همواره ثابت است.

5. در حرکت با سرعت نور، زمان متوقف مي شود.

6. در حرکت با سرعت نور، جرم جسم متحرک بي نهايت مي شود.

7. در حرکت با سرعت بالا، ابعاد جسم کاهش مي يابد و در سرعت نور به صفر مي رسد.




نسبيت عام





انيشتن 10 سال بعد از ارائه تئوري نسبيت خاص، در سال 1915 تئوري نسبيت عام (General theory of relativity) را، به دنبال کشف معادله ميدان گرانشي، مطرح کرد. نسبيت خاص در مورد پديده هايي با سرعت ثابت مصداق داشت، اما انيشتن با مورد توجه قرار دادن سيستم هاي شتاب دار، بويژه نيروي جاذبه، به نسبيت خاص عموميت بخشيد و آن را نسبيت عام نام نهاد. تئوري نسبيت عام در حالت خاص، که سرعت ثابت و شتاب صفر است، به همان نسبيت خاص تبديل مي شود. بنابراين نسبيت خاص، محدود به مسافت هاي دور از ماده يا ميدان جاذبه است.

اساس نسبيت عام انيشتن بر يک برداشت ساده از طبيعت استوار است و آن سقوط آزاد يک آسانسور و احساس بي وزني فرد در آسانسور (عقربه صفر ترازو) است. در اينجا نيروي گرانش (جاذبه) چه مي شود؟ مسلم است که اين نيرو وجود دارد اما گرانش رو به پايين با نيروي ديگري برابر با آن و در خلاف جهت آن خنثي مي شود. بنابراين گرانش با شتاب هم ارز است. انيشتن اين واقعيت را اصل "هم ارزي" نام نهاد. فهم نسبت عام يا تئوري گرانش بدون زبان رياضي مشکل است. اين تئوري به آناليز و معادلات تانسوري نياز دارد تا به هنگام تبديل عمومي سيستم مختصات، فرم خود را حفظ کند. انيشتن براي تقويت جنبه هاي رياضي نظريه خود از دوستش مارسل گراسمان کمک گرفت.




فضاي چهاربعدي

انيشتن در توضيح گرانش اجرام پي برد که در نواحي عظيمي که در آنجا ماده وجود دارد نمي توان مکان را اقليدسي تصور کرد و نياز به هندسه غير اقليدسي وجود دارد. تا آن زمان فضاي سه بعدي يعني مکان، داراي سه بعد طول و عرض و ارتفاع بود که بر اساس هندسه تحليلي دکارت براي تعيين موقعيت يک نقطه در فضا به اين سه کميت نياز بود. اما حرف انيشتن اين بود که ما با وقايع و رويدادها سر و کار داريم تا با اجسام. واقعه يا رويداد چيزي است که در زمان معين اتفاق مي افتد. پس براي تعيين موقعيت يک واقعه يا رويداد به چهار کميت احتياج داريم. بدين ترتيب زمان نيز به عنوان بعد چهارم در کنار سه بعد قبلي قرار گرفت. انيشتن با تائيد و اعلام نسبي بودن جايگاه به جاي زمان و مکان، معناي مطلق را از آنها سلب مي کند و بدون اين که هيچ يک از اين دو عنصر را انکار کند، مشخصه جديدي را ابداع مي کند که ترکيبي است از آن دو و در عين حال مطلق و مستقل از موضع و حالت ناظر است. مفهوم جديدي که او مطرح مي کند "جايگاه" (Space – time) است. او نام محل وقوع واقعه و رويداد را جايگاه مي گذارد که نه مطلق مکان (جاي) است و نه مطلق زمان (گاه). بدين ترتيب مفهوم جايگاه جانشين مکان و زمان مي شود و به جاي فضاي سه بعدي و زمان يک بعدي مي نشيند. جهاني که تئوري نسبيت معرفي مي کند جهان "وقايع" است نه "مکاني" که داخل آن "ماده" در "زمان" معيني در "حرکت" باشد. اين عناصر چهارگانه: مکان، ماده، زمان و حرکت که "عقل سليم" براي آحاد مصالح ساختمان جهان معرفي مي کند در پرتو نسبيت فقط به يک "چيز" به نام "واقعه" تبديل شده است. "وقايع" است که "موجودي" فيزيک نسبيت را تشکيل مي دهد. در اينجا نبايد از ماده و مسافت بين دو جسم سخن گفت بلکه واقعه و مسافت بين وقايع معني دار است. ما فکر مي کنيم بين دو واقعه، دو نوع جدايي، يکي جدائي مکاني و ديگري جدائي زماني وجود دارد، اما يک حقيقت فيزيکي عبارت است از فاصله زماني توام با فاصله مکاني. در تئوري نسبت "فاصل" بين "وقايع" جانشين "فاصله" بين "نقاط" شد. فاصل يعني فاصله مکاني توام با فاصله زماني.


انحنا فضا

در نسبيت عام، وضعيت هندسي اجسام و آهنگ ساعت ها در وهله نخست به ميدان گرانشي آنها بستگي دارد. اين ميدان را نيز دستگاه مادي مربوط بوجود مي آورد. بدين ترتيب انيشتن معتقد بود گرانش خاصيتي از فضاست نه نيروي بين اجرام. او روزي از نردبان براي تعويض قاب عکسي بالا رفت اما آنقدر که غرق افکار دائمي خود بود افتاد. اين حادثه توجه اورا به موضوع جاذبه جلب کرد، اما تئوري جاذبه نيوتن براي او قانع کننده نبود. نمي پذيرفت که زمين اشيا را به سمت مرکز خود مي کشد. مي گفت راز ديگري در ميان است. بيان او از اين راز انحنا فضا بود. فهم او اين بود که هر جرمي به دليل انحنا در فضا باعث ايجاد گرانش مي شود. بنابراين آثار جاذبه را نمي توان به يک نيروي جذب کننده منتسب دانست. او به صراحت گفت ماده باعث خمش فضا ـ زمان مي شود. توزيع ماه تعيين کننده انحناي فضا ـ زمان است. بنابراين نبايد به تبعيت از هندسه اقليدسي بگوئيم زمين بايد تحت نيروي گريز از مرکز در امتداد خط مستقيم مي رود و جاذبه خورشيد آن را در مدار نگه مي دارد.

براي تقريب به ذهن؛ اگر يک صفحه لاستيکي مربع شکل در نظر گرفته شود که چهار گوشه آن به اطراف بسته شده است، وجود يک گوي بزرگ در آن صفحه لاستيکي تخت باعث پديد آمدن انحنا در آن مي شود. خطوط راست رسم شده به موازات هم بر روي لاستيک، خميده مي شود. اگر يک گوي کوچک حرکت کند، در حوالي گوي بزرگ، انحنا صفحه باعث مي شود گوي کوچک مسير منحني را طي کند. ناظر مي گويد گوي بزرگ نيروئي بر گوي کوچک وارد مي کند و آن را از مسير منحرف مي کند ولي در واقع نيروئي در کار نيست، انحنا صفحه باعث اين تغيير مسير شده است. در فضا ـ زمان نيز اگر جرمي قرار گيرد، باعث انحنا آن مي شود. بنابراين در تئوري گرانش انيشتني از سلطه و اقتدار حکومت مرکزي (خورشيد) خبري نيست. مدار زمين به دور خورشيد از آن رو بيضي نيست که خورشيد آن را به خود مي کشد بلکه از آن روست که ميدان، يعني خميدگي در فضا، به سبب حضور جرم خورشيد، به گونه اي است که کوتاهترين مسير ممکني که سياره مي تواند در فضا ـ زمان پيش بگيرد بيضي است. ميدان گرانش، خاصيتي است براي فضا و به زبان هندسه غير اقليدسي، خاصيتي است مرتبط با انحنا فضا. بدين ترتيب مفهوم نيرو از بين مي رود و اين ماده است که باعث انحنا فضا و تغيير مسير حرکت اجسام و حتي نور مي شود. وقوع کسوف سال 1919 موقعيتي پديد آورد که صحت اين تئوري و پيش بيني انيشتن را به اثبات رساند. مشخص شد که ستاره مشخصي، اکنون بايد در پشت خورشيد باشد و بنابراين نور او رويت نشود، اما به دليل انحراف مسير نور به هنگام عبور از کنار خورشيد، مطابق پيش بيني انيشتن، نور ستاره به چشم ما مي رسيد. اعوجاج مدارهاي بيضوي سيارات در اطراف خورشيد، که در مورد عطارد ثابت شده بود نيز توسط تئوري نسبيت توضيح داده مي شد. کجي مدار اورانوس به دور خورشيد نيز به جرمي نسبت داده مي شد که بعدها به نام سياره نپتون در 1846 کشف شد.



قانون تنبلي کيهاني

بدين ترتيب معلوم شد که مطابق تئوري گرانش انيشتني، فضا در مجاورت ماده کمي انحنا مي يابد و بنابراين حضور ماده باعث مي شود که مسيري با کمترين مقاومت در ميان منحني ها اختيار شود. او اين اصل را قانون تنبلي کيهاني (Cosmic laziness) يا اصل تنبلي در طبيعت يا اصل کمترين عمل نام نهاد. هر جسمي در عبور از حالتي به حالت ديگر راهي را انتخاب مي کند که مشمول کمترين مقدار "عمل" گردد. اجسامي که آزادانه در طبيعت رها شده اند تا حد ممکن به کندي سير مي کنند، يعني راهي را طي مي کنند که زمان لازم بين دو مرحله از حرکت آن تا حد ممکن طولاني تر باشد. يک ماده جذاب شبيه يک تپه است. با توجه به قانون تنبلي کيهاني، وقتي يک جسم وارد مجاورت اين تپه مي شود مستقيما از روي تپه نمي گذرد بلکه سعي مي کند آن را دور بزند. مي توانيم تصور کنيم که بر فراز يک تپه، چراغي نصب شده است. در شب تاريک، مردم با فانوس هايي در دست در حال عبور از مسير اين تپه به روستاي ديگر هستند. ناظري که از بالا نگاه مي کند در مي يابد که اين نورهاي ضعيف با رسيدن به آن نور قوي، مسيرشان منحرف مي شود. اما واقعيت اين است که چراغ روي تپه اثري روي فانوس بدست ها نمي گذراند بلکه آنها راحت ترين راه ممکن را براي عبور از کنار اين چراغ انتخاب مي کنند.



نفي تاثير از راه دور

در قانون گرانش انيشتني، موضوع "تاثير از دور" نفي شده است، يعني مثلا خورشيد روي سيارات نيروي تحميل نمي کند. در قانون جاذبه نيوتن، به محض آنکه جرمي در فضا قرار مي گيرد بلافاصله تاثير جاذبه خود را بر اجسام ديگر مي گذارد، اين تاثير نسبت مستقيم با جرم اجسام (M , M') و عكس مجذور فاصله اجسام (x) دارد:




اما در تئوري انيشتن، هيچ جسمي نمي تواند سريعتر از نور منتشر شود. پس سرعت انتشار گرانش نيز همان سرعت نور است. بنابراين اين تلقي که به محض حضور جسم، نيرو بر آن وارد مي شود مردود است. پس در تئوري گرانشي انيشتني خورشيد نيرويي بر سيارات وارد نمي کند. اجرام آسماني فقط روي آنجه در محيط نزديک و همسايگي آنها پيدا مي شود اثر مي کنند. اين تاثير ميدان گرانشي نيز بر خلاف نظريه نيوتن، آني نيست و سرعت انتشار و اثر آن برابر سرعت انتشار نور است. اين اصل را که دو شي دور از هم نمي توانند با سرعتي بيشتر از سرعت نور بر هم اثر گذارند ـ يعني نفي تاثير آني ـ اصل موضعيت (Locality prinicple) مي گويند.


کندشدن ارتعاش اتم ها


هر چه ميدان گرانشي قوي تر باشد، ساعت واقع در آن کندتر کار مي کند. پس ساعت در ارتفاع، تندتر از ساعت روي زمين کار مي کند، گرچه اين اثر بسيار کوچک است اما قابل اندازه گيري است. گرانش خورشيد نيز خيلي نيرومندتر از زمين است بنابراين تندي هر عمل متناوب و دوره اي که در يک اتم خورشيد انجام ميشود کمي آهسته تر از اتم مشابه در زمين است، يعني حرکات اتمي در خورشيد کندتر از زمين است. ميدان گرانش شديد موجب کند شدن ارتعاش اتم ها مي شود. از جمله نکاتي که نمي توان آن را در فيزيک نيوتني توضيح داد و تئوري نسبيت از عهده آن بر مي آيد، گرايش خطوط طيفي به سمت حد قرمز طيف در مورد نوري است که از ستاره هاي با جرم زياد به ما مي رسد. اين خاصيت شبيه " اثر دوپلر" است. وقتي هواپيمائي از راه دور به ما نزديک مي شود و سپس از بالاي سر ما عبور مي کند، صداي متفاوتي خواهد داشت که دليل آن افزايش طول موج اصوات به هنگام نزديک شدن هواپيما و در نتيجه زير شدن صداست. اگر نوري از فاصله دور به زمين برسد، به علت گرانش زمين، فرکانس آن کم مي شود و به سمت نور قرمز گرايش مي يابد.



شاره کيهاني

اشاره شد که ماده، فضا را خم مي کند و به آن انحنا مي دهد. گرانشي که در حالت عام به فضا انحنا مي دهد ناشي از شاره کيهاني است. منظور از شاره کيهاني آن است که اگر تمام ماده موجود در ابرخوشه ها (مجموعه کهکشانهاي عظيم) را در سراسر عالم پخش کنيم، ماده اي با چگالي بسيار کم (g/cm3 30 – 10) بدست مي آيد. براي تصور چگالي شاره کيهاني مي توان معکبي به ابعاد يک متر را در نظر گرفت که تنها يک اتم در آن وجود داشته باشد.




فضاي بيکران و متناهي

بنابراين در تئوري گرانش انشيتن، عالم، ديگر يک فضاي اقليدسي تخت و باز و بي نهايت نيست بلکه انحنا دارد. انيشتن معتقد است که کائنات پايان ناپذير نيست بلکه فضائي در خود بسته و پايان پذير است. مثل چنبره (استوانه اي که دو سر آن به هم متصل شده باشد) است که بسته است و کران ندارد اما حجم (سطح) آن متناهي است. درست مانند کره اي که مرز ندارد و بيکران و بي سرحد است اما سطح آن متناهي و محدود است. پس جهان، بيکران اما متناهي است.

در جهان فرضي انيشتن، نور در ميليون ها سال (500 ميليون سال) گرد جهان سير مي کند و دوباره به همان نقطه اول بر مي گردد. انبساط عالم به معني انبساط آن شاره کيهاني است و باعث افزايش اين حجم متناهي مي شود. ادراک نظريه انحناي جهان براي ما که با قضاوت هاي اقليدسي بار آمده ايم مشکل و عجيب مي نمايد. هم ارزي گرانش و شتاب به معني آن است که اين دو مانند هم اثر مي کنند. جرم لخت (اينرسي) و وزن جسم با آن که دو چيز متفاوت هستند اما به وسيله يک ثابت واحد و همسان، يعني جرم اندازه گيري مي شوند. هر جسم هم داراي جرم لخت است (مقاومت در برابر شتاب) و هم داراي جرم وزني که وزن جسم را در هر ميدان گرانشي ـ مثلا سطح زمين ـ معين مي کند.

خلاصه نظريه نسبت عام عبارتست از :

1. فضا چهار بعدي است: طول، عرض، ارتفاع، زمان.

2. رويدادها در يک جهان چهار بعدي روي مي دهد.

3. فضا ـ زمان به سبب اجرام بزرگي مثل خورشيد، خميده يا تورفته است. ميزان اين خميدگي يا انحنا به شدت ميدان گرانشي مربوط است.

4. گرانش و شتاب هم ارزند و اثري مشابه يکديگر دارند.

5. گرانش خاصيتي از فضاست نه نيروي بين اجسام.

6. لختي و وزن جسم بوسيله يک ثابت واحد و همسان يعني جرم اندازه گيري مي شود.

7. ماده يک ميدان گرانشي توليد مي کند که به فضا، در تمام نقطه هايش مي توان خاصيتي نسبت دارد.

8. ماده فضا را خم مي کند و به آن انحنا مي دهد. مسير حرکت اجسام در گرانش، خميده است.

9. خطوط طيفي که از ستاره اي دور به ما مي رسد به سمت حد قرمز ميل مي کند.

براساس نظريه نسبيت عام، وجود سياهچاله ها در عالم پيش بيني شد و مدل ساختار کيهان و اساس دانش کيهان شناسي جديد شکل گرفت.

انشيتن در سال 1917، معادله خود را در مورد مسائل کيهان شناختي کمي تغيير داد و ثابت کيهاني را به آن افزود. انييشتن تصور مي کرد عالم ايستاست اما کشف هابل حاکي از آن بود که کهشانها از يکديگر فرار مي کنند و دور مي شوند و عالم در حال انبساط است. اگر تئوري نسبيت خاص برداشت ما را از مفهوم زمان و مکان تغيير داد، نسبيت عام تصور ما را از فضا و خواص آن و در نتيجه از عالم و تحول آن تغيير داد. نظريه مکانيک کوانتم، محدوده دانش بشري را از ابعاد اتم (10- 10 متر) به 15- 10 متر، يعني درون هسته اتم، برد. نسبيت عام، محدوده دانش بشري از محدوده منظومه شمسي (10 10 متر) در مکانيک کلاسيک تا شعاع عالم (26 10 متر) گسترش داد.

يادآوري اين نکته در پايان بحث نسبيت عام لازم است که با حذف نيرو و وارد کردن مفهوم ميدان، نظريه گرانش به يک نظريه ميدان تبديل مي شود، درست آنگونه که در مورد امواج الکترومغناطيس وجود دارد. امواج گرانشي را مي توان توليد يا آشکار کرد. اين امواج با سرعت نور گسيل مي شوند اما ماهيت آنها با امواج الکترومغناطيسي بسيار متفاوت است. انييشتن بسيار تلاش کرد اين دو را حول يک مفهوم يگانه در آورد و توضيح دهد اما در طول حيات خود موفق به انجام اين کار نشد.





مفروضات فلسفي فيزيک کلاسيک و مدرن

فيزيک کلاسيک يا فيزيک نيوتني بر يک سري مفروضات فلسفي بنا شده بود. مهمترين آنها پذيرش وجود يک دنياي عيني خارج از ذهن انسان بود. در اين ديدگاه، واقعيت ها مستقل از ما هستند و انسان قادر است تصويري مطابق واقع از اين جهان عيني بدست دهد. علاوه بر آن که وجود و رفتار فرآيندهاي فيزيکي بستگي به مشاهده آنها دارد. بنابراين فيزيک کلاسيک وظيفه خود را شناخت جهان مستقل از ذهن بشر مي دانست. اما ظهور نظريه کوانتم، با اين ديدگاه که واقعيت ها وابسته به ذهن ما هستند، مباني فلسفي فيزيک کلاسيک را به چالش کشيد. بنيانگذاران اين نظريه، غالبا منکر واقعيتي وراي پديده ها شدند. البته ريشه هاي فکري اين فيزيکدانان متاثر از فضاي حاکم فکري در اواخر قرن نوزدهم بود که سالها پيش از آن "تجربه گرايان" بر آن پاي فشرده بوند و با منسوخ دانستن فلسفه و مذهب، دوران حاکميت علم و تجربه بشري را نويد مي دادند.



پايه هاي پوزيتيويسم


اگوست کنت سير عمومي فکر بشر را از طفوليت تا بلوغ عقلي، به سه دوره تقسيم کرده بود:

دوره رباني : توسل به قواي ماورا طبيعت براي توجيه حوادث طبيعي

دوره متافيزيکي : يافتن طبيعت اشيا و علل آنها. فيزيک کلاسيک متعلق به اين دوره است.

دوره علمي (تحصلي) : پاي فشردن بر افکار و عقايدي که داراي قطعيت و نتيجه قابل مشاهده باشد و نه خيالي و فرضي و موهومي.

کنت معتقد بود اکنون که دوره علمي است بايد تئوريها از عناصر متافيزيکي پيراسته شود تا به پيشرفته ترين مرحله، يعني مرحله تحصلي برسد. بدين ترتيب پوزيتيويسم از راه رسيد و ميداندار تفکر فيزيکدانان شد. پوزيتويست ها نظريه ها و آنچه را قابل اندازه گيري و تجربه نباشد فاقد ارزش علمي و عملي مي دانند و علم را عصاره داده هاي تجربي به حساب مي آورند و بنابراين با متافيزيک که از مفاهيم عام و واقعيت سخن مي گفت به ضديت برخاستند. آنها بر اين باورند که نظريه ها را بايد بر حسب کميات قابل مشاهده بنا کرد. علم صرفا با کميات قابل مشاهده سر و کار دارد و هدف آن دادن نظمي به مشاهدات است بدون آن که صحبتي از يک واقعيت زير بنائي شود.

اين طرز تفکر در دهه 1920 به وسيله اعضا "حلقه وين" مورد توجه و بازنگري قرار گرفت و پوزيتيويسم منطقي ارائه شد. آنها روي مسئله معنا تکيه کردند و با ارائه اصل تحقيق پذيري (verifiability principle) استدلال کردند که يک قضيه تنها در صورتي معنادار است که به طريق تجربي تحقيق پذير باشد. به عبارت ديگر بتوان شواهد تائيد کننده اي بر آن يافت. شکل گيري حلقه وين و راه افتادن پوزيتيويسم منطقي، تاثير زيادي بر فيزيک و فيزيکدانان گذاشت. بسياري معتقد شدند که هر چه به طور تجربي قابل تحقيق نباشد بايد از نظريه فيزيکي حذف شود. ماخ فيزيکدانان فيلسوف مشربي بود که پوزيتيويسم را بين فيزيکدانان رونق داد. حتي انيشتن که از مخالفين سخت اين طرز تفکر بود در ابتدا به ماخ گرايش داشت و بعدها تاسف خود را اين بابت يادآور مي شد.




مکتب کپنهاکي

فيزيکدانان متاثر از طرز تفکر پوزيتيويسم و ابزار نگاري حاکم بر آن عصر، تلقي خاصي از مکانيک کوانتم ارائه دادند که به مکتب کپنهاکي يا تعبير کپنهاکي مشهور شد. بنيانگذاران اين مکتب، بور، هايزنبرگ، بورن و ديراک بودند. آنها اساسا مسائل هستي شناسي را کنار گذاشتند و به مسائل معرفت شناسي سرگرم شدند زيرا بر اين باور بودند که بحث درباره مسائل بنيادي وجود، مستلزم استفاده از مفاهيمي است که دقيقا قابل تعريف نيست و بايد از آنها پرهيز کرد. آنها هدف فيزيک را توصيف خود طبيعت نمي دانستند بلکه مي گفتند فيزيک تنها مشاهدات را نظم مي دهد و قواعدي به دست مي دهد که بتوان از روي مشاهدات گذشته نتايج آزمايشهاي بعدي را پيش بيني کرد. فيزيک نمي خواهد تصوير ارائه دهد، مي خواهد قوانين حاکم بر پديده ها را فرمول بندي کند. آنها معتقد بودند بايد صرفا به تنظيم داده هاي حسي اکتفا کرد. آنچه قابل مشاهده است واقعيت دارد وراي آن واقعيتي وجود ندارد. آنها نظريه کوانتم را "آخر جاده فيزيک" مي دانستند.

طرفداران تعبير کپنهاکي معتقد بودند که نبايد به دنبال توضيح اشيا بود بلکه بايد به تئوريهايي که نتايج آنها با مشاهدات منطبق است قانع بود. آنها عمل مشاهده را موجب تغيير اتفاق و رويداد مي دانستند. بور مي گفت: ما صرفا تماشاگر نيستيم، بازيگر هم هستيم و خواص اشيا تحت تاثير تجارب ما قرار دارد. هايزنبرگ بيان مي کرد که علم طبيعي با خود طبيعت سر و کار ندارد بلکه با طبيعت به نحوي که انسان توصيف مي کند و مي فهمد سر و کار دارد. در اين ميان، بور بيشتر به دنبال توضيح فيزيکي مکانيک کوانتمي بود وهايزنبرگ به دنبال توضيح رياضي آن.



مخالفين مکتب کپنهاکي

مکتب کپنهاکي مخالفين سرسختي به رهبري انيشتن و شرودينگر داشت. آنها طرد واقع گرايي (رئاليسم) و طرد دترمينيسم (عليت) را نمي پذيرفتند و آخر خط بودن مکانيک کوانتمي را قبول نداشتند.

انيشتن، هم به نظم در طبيعت معتقد بود و هم فهم طبيعت را ممکن مي دانست. او مي گفت بعضي از فيزيکدانان از جمله خود من اين نظر را نمي پذيريم که رويدادها در طبيعت شبيه بازيهاي مبتني بر شانس و تصادف باشد. من نمي توانم بپذيرم که خدا تاس بازي مي کند. من به اين پديده يا آن پديده، يا طيف اين عنصر يا آن عنصر علاقمند نيستم، من مي خواهم انديشه هاي خدا را بدانم؛ بقيه جزئيات است. او واقعا به فهم طبيعت علاقه داشت و منظورش فقط توجيه تعدادي تجربه محسوس نبود. وقتي از او پرسيدند که چرا تعداد زيادي از کشيش هاي فرقه هاي مختلف به نظريه نسبيت اظهار علاقه مي کنند پاسخ داد که طبق برآورد او تعداد کشيش هاي علاقمند به نسبيت، بيشتر از تعداد فيزيکدانان است زيرا کشيش ها به فهم قوانين عام طبيعت علاقمندند ولي فيزيکدانان غالبا چنين نيستند. شرودينگر مي گويد قابل درک بودن فرآيندهاي عيني در طبيعت يک اصل است. انيشتن به تفکر خلاق و کشف و شهود باور داشت. او مي گفت علم فيزيک نوعي نظام فکري منطقي است. شالوده آن را نمي توان از راه استقرا و تکيه بر تجربيات مستقيم بر پا کرد. اين هدفي است که فقط از راه ابتکار و ابداع آزادنه مي توان به آن رسيد. او تصويرسازي و مفهوم سازي و مکاشفه را برتر از دانش مي دانست.

انيشتن مي گويد تمام اطلاعات فيزيکي صرفا نتيجه تجارب حسي نيست. نسبيت عام اين راه را آشکار کرد زيرا معلوم شد که اين نظريه مي تواند حقايق تجربي بيشتري را به نحو بهتر توضيح دهد. نظريه اي که مي گويد اصول و قوانين علوم نظري از تجربه استنتاج مي شود درست نيست. تجربه مي تواند در گزينش مفاهيم موثر باشد اما مفاهيم فيزيکي را نمي توان از آن استنتاج کرد. اصول نيز يک نظريه زائيده فعاليت هاي آزاد مغز انسان است. اين مغز انسان است که فرضيه مي سازد و نظريه ارائه مي دهد، اما بايد به دنبال نظريه هايي رفت که نتايج حاصل از آن، تجارب حسي را توجيه کند. انيشتن معتقد بود فيزيکدان بايد به دنبال ساختن طرحي ساده و زيبا و کلي باشند که با اصول جهان مشمول ناسازگار نباشد. او بر اين باور بود که زيبايي شالوده هاي رياضي يک نظريه بسيار مهمتر از سازگاري نتايج آن با تجربه است. انيشستن سادگي، زيبايي، وحدت و جهانشمولي را از ويژگيهاي يک دستگاه معتبر فيزيک نظري مي دانست. منظور از سادگي قانون يا نظريه، سادگي مباني منطقي است يعني کم بودن تعداد مفاهيم بنيادي و روابط ميان آنها. زيبايي يعني تقارن و تناسب و نظم و ترتيب و سادگي و جهانشمولي يعني توانائي ارائه تصويري از تمام پديده هاي طبيعي.

انيشتن معتقد بود که تطبيق نتايج يک نظريه با آزمايشها در يک زمان، دليل بر صحت آن نظريه نيست؛ چنانچه مکانيک نيوتني براي زماني طولاني تمام آزمايشها را توجيه مي کرد. کارل پوپر تحت تاثير انيشتن نظريه ابطال پذيري (Falicifabitiy) خود را در مقابل نظريه تحقيق پذيري ارائه داد. پوپر مي گفت يک قضيه علمي است اگر ابطال پذير باشد. قضاياي متافيزيکي بي معنا نيست. ما بايد به دنبال حذف خطاها باشيم نه اثبات حقايق. نظريه ها هرگز تائيدشدني نيستند اما ابطال شدني هستند. پوپر از قول انيشتن نقل مي کرد که رشد علوم متوقف بر ساختن نظريه هايي است که با تجربه فاصله زياد دارند منتها بايد عناصر صرفا نظري نظريه ها را با تجربه کنترل کنيم . رشد دانش از طريق فکر و شهود و بحث ممکن مي شود. انيشتن اعتقاد داشت اسرار طبيعت نهفته است. راه معيني براي دست يابي به آن وجود ندارد. تنها با بکار انداختن فکر و استفاده از حدس و شهود مي توان به مفاهيم مناسب و اصول حاکم بر جهان طبيعت پي برد. ساختارهاي رياضي وسيله مناسبي براي بيان مفاهيم و قوانين طبيعي است به شرط آنکه با تجربه سازگار باشد. عقل قادر است قوانيني را که خدا جهان را براساس آن ساخته حدس بزند. رمز جاودانه جهان، قابل فهم بودن آن است و اين است که "دنياي بيروني واقعي" را تثبيت مي کند.

در مقابل اين افکار و استدلال ها، بنيانگذاران مکتب کپنهاکي بر تفکر خود پاي مي فشردند. هايزنبرگ مي گفت فيزيک بايد خودش را محدود به توصيف همبستگي مشاهدات کند. بور معتقد بود هيچ پديده اتمي به تنهائي و مستقل از ناظر واقعيت ندارد و در حوزه اتمي، جدا کردن کامل شي مورد مطالعه از وسيله آزمايش ميسر نيست. آنچه معني دارد توصيف رياضي مشاهدات و رابطه ميان آنهاست.

واقعيت آن است که عملا همه فيزيکدانان با يک ديدگاه رئاليستي کار مي کنند؛ يعني درباره جهان خارجي تحقيق مي کنند که به واقعيت آن اعتقاد دارند. به تعبير طنزآميز انيشتن، اگر مي خواهيد درباره روشهايي که فيزيکدانان نظري به کار مي برند چيزي از آنان فرا گيريد من توصيه مي کنم به يک اصل پاي بند بمانيد: به حرفهاي آنها گوش ندهيد، به اعمالشان توجه کنيد.




اصل عدم قطعيت هايزنبرگ

از جمله موارد ديگري که در تعبير کپنهاکي طرد شد موجبيت (دترمينيسم) بود که اصل عليت يعني وجود علت براي هر معمول و حادثه اي را انکار مي کرد. در دترمينيسم گفته مي شود که هر چه رخ مي دهد بوسيله يک سلسله ضروري از علت ها تعيين مي شود. شکل خاصي از اين طرز فکر به معناي قابليت پيش بيني است، يعني با دانستن جهان در يک لحظه، مي توان آينده آن را به طور دقيق پيش بيني کرد. اصل عدم قطعيت (Indeterminancy) هايزنبرگ به اين موضوع دامن زد و عده اي فکر کردند که آشکارترين راهي که مکانيک کوانتمي عدم موجبيت را در بر دارد اصل عدم قطعيت است. اگر بخواهيم آينده يک سيستم را پيش بيني کنيم بايد مواضع و سرعت هاي فعلي اجزا سيستم را بدانيم. اما ما نمي توانيم اينها را در يک لحظه بدانيم، پس آينده سيستم قابل پيش بيني نيست. اين برخلاف فيزيک نيوتني بود که آينده را قابل پيش بيني مي دانست.

بر اساس اين اصل، مکان و اندازه حرکت (ممنتوم) تواما قابل اندازه گيري دقيق نيستند، پس بايد از نسبت دادن مسير به الکترون صرف نظر کرد. هايزنبرگ در 1927 بيان کرد که هر چه يک کميت را دقيق تر بدانيم، دانش ما نسبت به متغيير مزدوج آن کمتر خواهد بود. مثلا هر چه مکان يک ذره را دقيق تر بدانيم اطلاعات ما درباره سرعت آن کمتر است. دليل آن اين است که براي دستيابي دقيق به دو کميت، تدارکات تجربي متفاوتي لازم است که ما نعه الجمع هستند:







يعني ممکن نيست اندازه حرکت (P∆) و مختصات (x∆) يک سيستم کوانتمي را با دقت دلخواه اندازه بگيريم. هر چه دقت يکي از اينها بيشتر باشد دقت در ديگري کمتر است. هايزنبرگ دليل نفي عليت را براساس اصل عدم قطعيت چنين بيان مي کند: اگر حال را دقيقا بدانيم آينده را مي توانيم پيش بيني کنيم. چون با توجه به اين اصل نمي توانيم حال را به صورت کامل بدانيم پس اصل عليت يک حکم توخالي است. او توجه ندارد که عدم قطعيت، ظاهري و ناشي از اختلالي است که در اثر مشاهده شي ميکروفيزيکي بوجود مي آيد. اين اختلال گرچه خود يک فرآيند فيزيکي و شامل مبادله انرژي و تحت قوانين عليت است، اما باعث عدم قطعيت مي شود. هيچ دليل قانع کننده وجود ندارد که روابط هايزنبرگ را به عنوان روابط عدم قطعيت يعني حاکم بودن شانس بر دنياي اتمي و زير اتمي و طرد عليت در اين حوزه تلقي کنيم. دانش کنوني ما حداکثر اين اجازه را به ما مي دهد که از آنها به عنوان روابط "عدم يقين" تعبير کنيم. عدم توفيق دانش ما نمي تواند نشانه اي از حکومت شانس در طبيعت باشد.

انيشتن حاکميت شانس و قوانين آماري را در طبيعت قبول نداشت. او مي گفت: من باور ندارم که خدا تاس بازي مي کند. در اين صورت ما اصلا مجبور نبوديم که به دنبال قوانين بگرديم. به نظر انيشتن، رفتار آماري مکانيک کوانتمي ناشي از ناقص بودن آن است. انيشتن معتقد بود قوانين اساسي فيزيک قطعي هستند نه آماري. او اصل عليت عمومي را قبول داشت و مي گفت نمي پذيرم که يک الکترون تحت تاثير اشعه الکترومغناطيس، نه تنها زمان عبور به حالت ديگر بلکه حرکتش را خود اختيار کند. در اين حالت ترجيح مي دهم يک پينه دوز باشم تا يک فيزيکدان! او فاش مي گفت که عقيده اش درباره اصول فيزيک با عقيده غالب دانشمندان معاصرش متفاوت است. او باور نداشت که قوانين آماري مشخصي حاکم باشد که خدا را مجبور کند سرنوشت هر حادثه را با تاس اندازي معين کند. او در نامه اي خطاب به بورن نوشت: من به نظم کامل جهان اعتقاد دارم و شما به خدائي که تاس بازي مي کند. انيشتن گفت اگر پيش بيني دقيق و صحيح رويدادها (طوفان / زلزله) براي ما مقدور نيست، به سبب تنوع عوامل دست اندر کار آن است نه به سبب فقدان نظم در طبيعت.

بعدها مشخص شد که مباني فکري انيشتن درست بوده و بسياري از طرفداران مکتب کپنهاکي از عقيده خود برگشتند. برتراند راسل که باور کرده بود که شايد اتم ها اندکي اختيار داشته باشند آن را درست ندانست. حتي ديراک گفت که توسل به احتمالات به خاطر دقيق نبودن اطلاعات ماست. بايد بکوشيم نظريه اي بهتر و کاملتر از واقعيت ارائه دهيم. توصيف ما ناقص است نه ويژگيهاي درک نکردني جهان.



اصل مکمليت بور

پيش از هايزنبرگ، استادش نيلز بور، که به قول هايزنبرگ در درجه اول فيسلسوف بود تا فيزيکدان، نظريه اي شبيه اصل عدم قطعيت هايزنبرگ ارائه کرده و آن را اصل مکمليت (Complementarity) نام نهاده بود . او ۳۵ سال کوشيد که آن را به صورت يک نظريه فلسفي جامع و دقيق درآورد و حتي آن را به رشته هاي ديگر مثل روانشناسي، فلسفه، جامعه شناسي و فيزيولوژي تعميم دهد. ايده بور آن بود که توصيف يگانه از يک پديده اتمي امکان ندارد اما توصيف هاي مکمل مانعه الجمع براي سيستم هاي اتمي وجود دارند و هر يک در شرايطي کامل هستند. به عبارت ديگر توضيح کامل در مورد يک شي ممکن است مستلزم استفاده از ديدگاههاي مختلف باشد، ديدگاههايي که قابل ترکيب براي ارائه يک توصيف يگانه نيستند. علت اين امر آن است که اين دو نوع توصيف مستلزم تدارکات تجربي متفاوت هستند. معناي اين سخن آن است که تصوير يگانه اي از کل جهان تجارب وجود ندارد. مثال او در اين زمينه، توصيف علي و توصيف زماني ـ مکاني يا خواص ذره اي و موجي نور و يا مکان و اندازه حرکت يک سيستم کوانتمي بود. او انديشه و فکرکردن درباره آن انديشه را دو چيز مکمل و مانعه الجمع مي دانست. او معتقد بود در مسائل اجتماعي و اخلاقي، اعتقاد به اين اصل مي تواند باعث تحمل آزاد ديگران شود. مثال هاي او در اين حوزه ها چنين بود: مکمليت قدرت سازمان ملل و حق حاکميت ملت ها، مکمليت دانش زمان حال و پيش بيني آينده، مکمليت آزادي اراده و جستجو براي يافتن انگيزه، مکمليت محبت و عدالت.


فيزيک و فلسفه

همانگونه که اشاره شد، بور فيزيکدان فيلسوف مشربي بود که بشدت متاثر از ويليام جيمز بود. ويليام جيمز از بنيانگذاران مکتب عملگرايي (پراگماتيسم) بود که وجه ابزارانگارانه خاصي از پوزيتيويسم را برگزيده بود و معتقد بود که معناي يک مفهوم را بايد در آثار عملي آن فهميد . قضيه اي حق است که در عمل مفيد واقع شود. هايزنبرگ نيز متاثر از افلاطون بود. او وقتي درباره ماهيت شي مادي و ذرات بنيادي جديد مانند کوراک (quark) سخن مي گفت معتقد بود که اين ذرات به اجسام منظم افلاطوني نزديکترند تا به اتمهاي ذيمقراطيس. در علم طبيعي جديد اين شي نيست بلکه صورت است و تقارن رياضي است که مبدا همه اشيا است و به زبان گوته در فاوست مي گفت: در ابتدا انديشه بود. بنابراين پيشنهاد مي داد مفهوم "ذره بنيادي" بايد به "تقارن بنيادي" تغيير يابد. ادينگتون و جينز نيز اجزا سازنده جهان را ذرات رياضي مي دانستند و آفريدگار را يک رياضي دان و آفرينش را نوعي فعاليت رياضي. جينز جهان را بيشتر شبيه يک انديشه بزرگ مي دانست تا يک ماشين بزرگ.

انيشتن نيز چنين نگرش فلسفي داشت. او حتي معتقد بود بدون يک نگرش فلسفي، هر چند که ساده و ضمني باشد، کار خلاق توسط علم صورت نمي گيرد، زيرا علم هرگز به تنهايي نمي تواند مسائل عام جهان فيزيکي را حل کند. اما انيشتن انديشه رئاليستي داشت و به واقعيت جهان عيني و توانائي کشف واقعيت توسط ذهن خلاق آدمي مومن بود. او مي گفت فيزيکدانان اگر بخواهند به هدف واقعي فيزيک، که شناخت طبيعت است، نزديک شوند نمي توانند از متافيزيک گريزان باشند.

گرچه تحت تاثير انديشه هاي پوزيتيويسم و تعبير کپنهاکي از مکانيک کوانتم، بسياري از فيزيکدانان معاصر مشاهدات را تنها واقعيت هاي موجود مي دانند و هدف علم را ارائه تئوريهايي براي توجيه اين مشاهدات مي دانند و بر اين باورند که در پس اين مشاهدات يا واقعيتي نيست يا اصلا مطرح نيست و يا حائز اهميت ثانوي است، اما موارد زيادي نشان داد که تئوري مي تواند مقدم بر مشاهده باشد. وجود پوزيترون توسط ديراک پيش بيني شد و اندرسون آن را کشف کرد. جرم نپتون اندازه گيري شد قبل از آنکه منجمي تلسکوپي را متوجه آن کرده باشد. بنابراين مشکل است تجربه گر چيزي را که به دنبال آن نيست ببيند.

اي بسا کس رفته تا روم و هري

او نديده هيچ جز افسونگري

اي بسا کس رفته ترکستان و چين

او نديده هيچ غير از مکر و کين

طالب هر چيز اي يار رشيد

جزهمان چيزي که مي جويد نديد

پس مشاهده، تنها منبع دانش فيزيکي نيست. نمي توان گفت نظريه هايي که شامل مفاهيم مشاهده نشده (مثل کوارک) هستند محتواي فيزيکي ندارند و نبايد در فيزيک نظري بحث شوند. انطباق با تجربه هم شرط کافي براي صحت يک نظريه نيست. انيشتن بر اين موضوع بسيار تاکيد مي کرد.

او معتقد بود دنياي خارجي مستقل از ذهن، اساس تمام علوم طبيعي است. چون ما از طريق حواس از دنياي خارجي مطلع مي شويم پس دانش ما از جهان خارجي غيرمستقيم است و از طريق تفحصات نظري، تصويري از جهان خارج بدست مي آوريم که دائما در معرض تکامل است. انيشتن از قول کانت نقل مي کرد که قبول واقعيت جهان خارج بدون امکان شناخت آن بي معني است. بدين جهت در ميان فيزيکدانان معاصر هيچکس به اندازه او به مسائل فلسفي طبيعت شناسي نپرداخته است.

او مکان شناخت جهان طبيعت را يک معجزه و راز جاوداني مي دانست. معتقد بود راز ابدي جهان قابل درک بودن آن است و اين که ما مي توانيم به تجارب حسي خود، با تفکر، نظم دهيم حيرت آور است. او به رياضيات به عنوان زبان هنرمندانه اين توصيف واقف بود و مي گفت طبيعت تحقق ساده ترين انديشه هاي رياضي قابل تصور است. ما با خلق مدلهاي رياضي و تطبيق آن با تجارب حسي، سرانجام مي توانيم نمايشي درست از جهان طبيعت بدست آوريم.



درک صحيح از نسبيت

نظريه هاي انيشتن تحول آفرين بود. آنها انديشه آدميان را درباره فضا و زمان نشانه رفته بود و مطلق بودن آنها را در تلقي بشر درهم شکسته بود. کشف و شهودي که او به کار برد و بعدها بسياري تجارب آدمي بر آن صحه نهاد، از دل ذرات بنيادي و انرژي نهفته در آن را در معرض بررسي و دقت قرار داد تا نظر انسان به عالم عظيم و کهکشانهاي وسيع و ارائه مدلي در کيهان شناسي براي توجيه هويت و روند حيات عالم. اين تغيير ديدگاه شگرف را بسياري نفهميدند و برنتابيدند. در صف مقدم آنان نيز فيزيکدانان قرار داشتند. آنان که به تعبير انيشتن، چون به جزئيات مي پرداختند از بکارگيري عقل خلاق و توجه به تصوير کلي از مجموعه هستي غافل مانده بودند. بدين جهت است که عده اي خيال مي کنند نسبيت از نظريه کانت مبني بر اين که زمان و مکان "ذهني" و صورتي از "ادراک" است پشتيباني مي کند و اصالت "ماده فلسفي" را به نفع ايده آليسم کنار زده و ثابت کرده که دنياي خارج از ذهن حقيقت ندارد. آنان توجه ندارند که تئوري نسبيتمدعي نيست که همه چيز در دنيا نسبي است بلکه تکنيکي بدست مي دهد که به کمک آن مي توان آنچه را نسبي است از آنچه اصالتا به وقايع فيزيکي تعلق دارد تميز دارد.

ماکس پلانک از دوستان انيشتن که در اين جهت با او هم عقيده بود، در پاسخ انکارکنندگان واقعيت بيروني مي گويد: اتمها همانقدر حقيقي هستند که اجسام سماوي. من وقتي مي گويم اتم هيدروژن 24– 10* 6/1 گرم وزن دارد، اين بيان همانقدر محتوا دارد که بيان اين که ماه 25 10 * 7 گرم وزن دارد. درست است که نمي توانم يک اتم هيدروژن را در يک کفه ترازو بگذارم اما ماه را هم نمي توان در کفه ترازو گذاشت.



مفهوم پردازي علم و بايد هاي دين

انيشتن بر توانايي درک جهان تاکيد داشت. او معتقد بود علم تلاشي است براي بازسازي عالم هستي از طريق فرايند مفهوم پردازي. او به دليل عقايد مذهبي خود بر اين باور بود که علم ما را ياري مي دهد تا به درک روحاني تري از زندگي دست يابيم. در اينجا او از دين کمک مي گرفت و مي گفت دين تعيين کننده اهداف نهايي است اما علم آموخته است که براي رسيدن به اين اهداف از چه وسايلي ياري جويد. علم فقط زائيده فکر و ذهن کساني است که سراسر وجودشان آکنده از تمايل و اشتياق به کشف حقيقت و درک آن است. اين منبع احساس از حوزه دين سرچشمه مي گيرد. او تعارضي بين علم و دين قائل نيست زيرا معتقد است علم فقط مي تواند درباره آنچه هست يقين حاصل کند نه درباره آنچه بايد باشد. او راه عبور ديانت اصيل را از طريق سعي و مجاهدت براي کسب معرفت خردمندانه مي داند. براي انيشتن قابل تصور نيست که دانشمند اصيلي، فارغ از ايمان عميق باشد. تمثيل او در اين معنا چنين است: علم بدون دين لنگ است و دين بدون علم نابينا.



به دنبال تئوري واحد

اعتقاد انيشتن بر وجود نظم و ترتيب در جهان هستي او را وا مي داشت که به دنبال ارائه يک "تئوري واحد" (Unifiled theory) باشد. تکامل فيزيک در قرن بيستم، دو نظام نظري اساسا مستقل از هم را ارائه داده بود: نظريه کوانتم و نظريه نسبيت. اين دو نظريه مستقيما با هم در تضاد نيستند اما به نظر مي رسد نمي توانند در يکديگر ادغام شوند و به يک نظريه واحد تبديل گردند. البته طرفداران نظريه کوانتم بر اين باور اصرار داشتند که فيزيک با ارائه اين نظريه به آخر خط رسيده است. اما ديري نپائيد که بزرگان معتقد به اين عقيده، اين اصرار را کنار گذاشتند. ديراک در دهه 1970 با انيشتن همراه شد و گفت نبايد ما کل فلسفه خود را طوري بنا کنيم که گويي مکانيک کوانتم فعلي حرف آخر است. شکل کنوني مکانيک کوانتم را نمي توان شکل نهايي آن گرفت. او در اظهار نظري در مورد نظريه نسبيت نيز گفت: نسبيت يک نظريه زيباست که در اثر برداشتي شهودي از طبيعت بدست آمده است. نبايد به خاطر ناسازگاريهاي آن را کنار نهاد زيرا ممکن است بر اثر عواملي باشد که بعدا کشف مي شود.

در حال حاضر نيروهاي شناخته شده در جهان عبارت است از :

1. الکترومغناطيس

2. نيروي گرانشي

3. نيروي هسته اي ضعيف (که در راديواکتيويته ديده مي شود)

4. نيروي هسته اي قوي (که اجزاي نوترون و پروتون يعني کوارک ها را در کنار هم قرار مي دهد)

نکته اصلي عبارت است از وحدت اين نيروها. پرفسور عبدالسلام ايده وحدت جوئي با تقليل تعداد مفاهيم را در اين زمينه دنبال مي کرد. انيشتن همواره به دنبال جهانشمولي قوانين طبيعي بود. به همين جهت با اين که نسبيت خاص را همه آزمايش هاي موجود تائيد مي کرد و همه از آن راضي بودند، او از امتياز خاصي که به حرکت يکنواخت (بدون شتاب) داده شده بود رضايت نداشت و بنابراين به دنبال نسبيت عام رفت تا قوانيني بدست آورد که در همه دستگاههاي مختصات به يک شکل باشد. او از عدم انسجام ميان بعضي از بخش هاي مهم فيزيک در رنج بود. بعد از نسبيت عام مي ديد که باز در فيزيک دو قلمرو کاملا مستقل از هم وجود دارد: حوزه گرانش و حوزه الکترومغناطيس. انيشتن بارها بيان مي کرد بزرگترين آرزوي من اين بوده است که دوگانگي قوانين طبيعي را به يگانگي تبديل کنم و کوششي در جهت تدوين يک نظريه "ميدان واحد" انجام دهم. البته او در زمان حيات خود به اين امر توفيق نيافت.

استيفن هاوکينگ نيز اشتباه فکر و ادعاي به آخر خط رسيدن فيزيک را مرتکب شد و در سال 1980 به مناسبت اشغال کرسي تدريس نيوتن در دانشگاه کمبريج ادعا کرد که ما احتمالا در آينده بسيار نزديک "نظريه کامل" را در اختيار خواهيم داشت: ما ممکن است يک نظريه وحدت يافته سازگار و کامل از اندرکنش هاي فيزيکي داشته باشيم که تمامي مشاهدات را توجيه کند. بدين ترتيب و با دست يابي به چنين نظريه اي، بالاخره انسان به انديشه هاي خداوند پي خواهد برد.

اما هاوکينگ نيز ازاين نظر عقب نشيني کرد. او در سخنراني که اخيرا در دانشگاه کاليفرنيا ايراد کرد گفت: تا اين زمان اغلب فيزيکدانان به طور تلويحي بر اين باور بودند که نظريه اي غايي براي تبيين رفتار جهان وجود دارد و اين که انسان بالاخره روزي به اين نظريه دست خواهد يافت. تصور خود من هم چنين بود و فکر مي کردم ما به زودي چنين نظريه اي را کشف خواهيم کرد. اما ممکن است فرمول بندي نظريه غايي کائنات در قالب تعداد محدودي از معادله هاي رياضي اساسا کاري ناممکن باشد.

...... و مشخص نيست که اگر انشتين اکنون زنده بود آيا او نيز به چنين نتيجه اي مي رسيد. اما آنچه مسلم است اين که هيجان چالش فکري براي دست يابي به راز جهان هستي تا وقتي آدميان زنده هستند، هيچگاه فرو نخواهد نشست؛ زيرا جستجوي حقيقت بسي گرانبها تر از تصاحب آن است.