آیا نسبیت عام در زندگى روزمره ما اهمیت دارد؟ بستگى دارد توقع مان از زندگى چه باشد. دو مثال زیر موضوع را روشن مى کند.

امروز مردم توقع دارند که بتوان زمین لرزه را پیش بینى کرد تا از فاجعه هایى که پیشتر طبیعى یا آسمان نامیده مى شد جلوگیرى شود. این کار نیازمند آن است که شبکه اى از ایستگاه هاى لرزه نگارى در سطح زمین ایجاد شود. هر ایستگاه لرزه نگارى در واقع سه ابزار بسیار مهم دارد: یکى لرزه نگار که وسیله اى است که لرزش هاى زمین را ثبت مى کند، یک ساعت دقیق که باید زمان را ثبت کند و یک فرستنده که باید اطلاعات را به ایستگاه هاى مرکزى بفرستد. نقش ساعت در اینجا بسیار مهم است. وقتى در یک جاى زمین لرزه اى روى مى دهد موجى در سطح و عمق زمین راه مى افتد و به ایستگاه هاى مختلف مى رسد. هر ایستگاه موجى را که به آن رسیده ثبت مى کند. براى آنکه کانون زمین لرزه و ساختار زمین شناختى مسیر آن معلوم شود، باید دانست که دقیقاً موجى کى به کدام ایستگاه رسیده است. بدون چنین اطلاعى آنچه لرزه نگارها ثبت مى کنند بسیار کم ارزش است. بنابراین باید ساعت هایى که در ایستگاه هاى لرزه شناسى هست با دقت کار کنند و علاوه بر آن با دقت با هم همزمان شده باشند. این کار باید با دقت بسیار زیادى انجام شده باشد و در اینجا است که نسبیت عام وارد مى شود. فیزیک پیشه ها سال ها است که تصحیح هاى نسبیت عامى را در این همزمان کردن و تنظیم کردن ساعت ها رعایت مى کنند.7 پس اگر دوست داریم سیستم لرزه نگارى جهانى بتواند اطلاعات درستى از زمین لرزه ها ثبت کند تا زمین فیزیک پیشه ها به کمک آنها بتوانند شناخت کامل ترى از زمین لرزه پیدا کنند، تا بتوان زمین لرزه ها را پیش بینى کرد و از فاجعه ها جلوگیرى کرد، آن وقت مى بینیم در زندگى روزمره هم به نسبیت عام نیازمندیم. توقع دیگرى که امروز مردم دارند این است که وسیله اى داشته باشند که در هر جا که هستند موقعیت شان را نشان بدهد. چنین فناورى اى اکنون هست. آمریکا ماهواره هایى مى سازد و آنها را در مدار هایى به دور زمین قرار مى دهد. این ماهواره ها به همراه چند ایستگاه زمین سیستمى را مى سازند که جى پى اس نام دارد.8 هر یک از این ماهواره ها در واقع یک ساعت اتمى بسیار دقیق و یک فرستنده است. فرستنده در هر لحظه اطلاعاتى را به زمین مى فرستد. یکى از مهم ترین اطلاعات زمانى است که ساعت توى ماهواره نشان مى دهد. این اطلاعات چنانند که اگر در نقطه اى روى زمین بتوانیم همزمان اطلاعاتى را که چهار ماهواره مى فرستند بگیریم، مى توانیم با محاسباتى مکان خود را تعیین کنیم. براى آنکه بتوانیم با دقت بهترى از چند صد متر مکان یابى کنیم، باید تصحیح هاى نسبت عامى را هم وارد کنیم. پس اگر دوست داریم سیستم مکان یابى ما بتواند بین کوچه هاى مختلف یک خیابان فرق بگذارد، مى بینیم که در زندگى روزمره هم به نسبیت عام نیازمندیم.

*گروه فیزیک، دانشگاه الزهرا

پى نوشت ها

1- خود اینشتین این کشف را شادترین رویداد، زندگى اش نامید.

2- اتاقک را از هر جایى که ول کنیم و با هر سرعت اولیه اى که ول کنیم این حرف درست است. از جمله اگر اتاقک را از ارتفاع چند هزار کیلومترى و با چنان سرعتى رها کنیم که به دور زمین بگردد! ماهواره هایى که به دور زمین مى گردند دقیقاً چنین اتاقک هایى هستند و آنچه مشاهده مى شود این است که در این سفینه ها هیچ چیز وزن ندارد!

3- ریمان که مى خواست در دانشگاه گتنیگن استخدام شود، مى بایست به رسم آن روز سه مطلب به هیات داوران پیشنهاد کند و درباره یکى از آنها به انتخاب هیات داوران سخنرانى کند. گاوس جزء داوران بود و یکى از عناوینى که ریمان انتخاب کرده بود براى گاوس بسیار جذاب بود: درباره فرض هایى که اساس هندسه اند. گاوس این موضوع را انتخاب کرد و ریمان در یک سخنرانى اساس چیزى را بیان کرد که امروزه هندسه ریمانى نام دارد.

4- در واقع پس از این دوره اینشتین یکى از هندسه پیشه هاى بزرگ بود؛ هم تراز هندسه پیشه هایى مثل الى کارتان و هرمان وایل.

5- نسبیت عام در 1915 یعنى درست وسط جنگ جهانى اول تکمیل شد. شوارتس شیلد در این موقع افسر بود و در سال 1916 بر اثر بیمارى درگذشت. یک نفر وسط جنگ نظریه اى ساخته که گرانش و نسبیت خاص را آشتى بدهد، یکى دیگر وسط همین جنگ به فکر حل کردن این معادله هاى جدید افتاده و تازه یکى از دانش پیشه هاى کشور دشمن به این فکر افتاده که برویم وسط دریا از خورشیدگرفتگى عکس بگیریم، ببینیم این حرف ها درست است یا نه!

6- هر وقت از مدل استاندارد چیزى نام برده مى شود، منظور این است که این مدل آنقدر موفق است که تقریباً همه فیزیک پیشه هاى آن رشته به درست بودن آن اعتقاد پیدا کرده اند و آن را مبناى کار هاى بعدى گذاشته اند. البته اگر فیزیک پیشه هایى بتوانند نشان بدهند که یک «مدل استاندارد»ى درست نیست، کار بزرگى کرده اند.

7- اگر نکنند نتیجه غلط مى شود. در واقع اگر امروز با صرف هزینه بسیار یک ساعت اتمى فوق دقیق بخرید و به خانه بیاورید، باید ارتفاع خانه تان از سطح دریا را با دقت تعیین کنید و آن را به کامپیوتر ساعت بدهید. ساعت بر مبناى معادله هاى نسبیت عامى براى شما زمان سنجى مى کند. تازه در این وضعیت ساعت شما در واقع یک کرونومتر است. براى آنکه آن را با ساعت رسمى (UT یا GMT) به دقت همزمان کنید باید باز هم تصحیح هاى نسبیت عامى را محاسبه و اعمال کنید!

8- روس ها هم سیستم مشابهى دارند به نام GLONASS.

بزرگ ترین اشتباه اینشتین

بعد از تکمیل نسبیت عام اینشتین به این مسئله پرداخت که معادله هایى که نوشته چه چیزى براى کل جهان یا کیهان پیش بینى مى کنند. فرض هایى بسیار معقول و کلى براى کل کیهان کرد. مثلاً اینکه کیهان در مقیاس هاى بزرگ نه مرکز مرجحى دارد نه امتداد. مرجحى معادله ها را حل کرد و در کمال تعجب دید که حل ایستا ندارند: یا جهان در حال بزرگ شدن است یا در حال کوچک شدن، در گذشته اى متناهى از یک نقطه آغاز شده و ممکن است در آینده اى متناهى به یک نقطه بینجامد! از این حل خوشش نیامد. دستى در معادله هایش برد. جمله اى به آنها افزود. در این جمله ثابتى ظاهر مى شود که آن را ثابت کیهان شناختى نامگذارى کرد. اگر این ثابت که آن را با ؟ نشان مى دهند، صفر باشد، معادله ها مى شوند همان معادله هاى قبلى اگر لاندا مثبت باشد، جلوى انبساط عالم گرفته مى شود و اگر لاندا منفى باشد، جهان به نحو فزاینده اى منبسط مى شود. چند سال بعد ادوین هابل منجم آمریکایى انبساط جهان را کشف کرد! پس از آن اینشتین گفت این افزودن جمله کیهان شناختى به معادله هایش بزرگ ترین اشتباه زندگى اش بوده. امروز یک نظریه بسیار موفق براى کیهان شناخت داریم موسوم به مدل استاندارد کیهان شناخت.6 یکى از سنگ هاى اصلى این بناى بسیار عظیم و زیبا نسبیت عام است

سه قدرتى که در جهان حکومت مى کنند

«2 راه براى زندگى است:

یکى از این تفکر که هیچ چیز یک معجزه نیست. دیگر این تفکر که همه چیز یک معجزه است»

آلبرت اینشتین (1955-1897)

بیشتر اوقات ساکت و خاموش بود و هرگز بازى هاى کودکان را دوست نداشت. آن روزها وقتى سربازان با غرش طلب ها در خیابان هاى مونیخ به حرکت درمى آمدند، پنجره هاى عمارت ها براى دیدن آنها باز مى شد اما هنگامى که آلبرت کوچک با پدر و مادرش با چنین صحنه هایى برخورد مى کردند برخلاف کودکان دیگر به گریه و زارى مى پرداخت. از همان دوران کودکى از «اجبار» جمعى توسط عده اى دیگر تنفر داشت. سرانجام پسر بچه یهودى ما به مدرسه کاتولیک ها رفت و هیچ وقت دروغ نمى گفت. شاگردان مدرسه نام او را «شرافتمند» گذاشته بودند و همه او را شاگردى خیالباف و دوست داشتنى مى دانستند. پدر و مادرش گرچه از دیرفهمى او نگران بودند اما این قضیه را پنهان مى کردند. مادرش یک روز گفت «شاید روزى او استاد بزرگى شود» در مواقعى که فامیل و آشنایان دسته جمعى به تپه هاى سرسبز اطراف مى رفتند و همه بچه ها دسته جمعى دنبال بالا رفتن از تپه و بازى هاى خاص کودکان بودند ولى آلبرت به گوشه اى مى رفت و ساعت ها به برگ درختان و حرکت موج گونه درختان موقع وزش باد یا حرکت مورچه ها یا ملخ ها خیره مى شد و متفکرانه غرق در طبیعت مى شد. در یکى از روزهاى ماه ژوئن 1905 مردى جوان با موهاى ژولیده خسته و وامانده به اداره پست شهر «برن» آمد و بسته نسبتاً بزرگى را که روکش آن از زرورق هاى سیگار بود به دست کارمند داد.

آدرس: «مجله عملى آنالن در رشته فیزیک در لایپزیک آلمان» وقتى که مرد برمى گشت آرامش فکرى نداشت. نتیجه سال ها کوشش شدید فکرى و زحمت بسیار فشرده مغز او بود که پست شد. مرد آنقدر خسته بود که چند روز بر سر کار خود در اداره ثبت اختراعات برن حاضر نشد. سال 1905 در مجله آنالن فیزیک، 5 مقاله از او درج شد. مقاله اى تحت عنوان «سنجش ابعاد مولکول از یک راه نو» که در دانشگاه را براى این کارمند ناشناس گشود.

مقاله اى تحت عنوان «درباره نظریه مربوط به تولید و تبدیل نور» که بعدها نام «فتوالکتریک» گرفت براى او جایزه نوبل را به ارمغان آورد. این کشف او بر اعتبار فیزیک کوانتوم افزود و به کارهاى طیف نگارى کمک کرد. سومین مقاله مربوط به «حرکت کوچکترین ذره شناور در یک مایع» است که زمانى موضوع تحقیقات رابرت براون گیاه شناس معروف انگلیسى بود. چهارمین مقاله «الکترودینامیک اجسام متحرک» بود. این مقاله عجیب و غریبى بود! چرا که هیچ زیرنویس و منبع و ماخذى نداشت و نویسنده به هیچ دانشمند قبلى استناد نکرده است. این مقاله در نمایش خطوط کلى نظریه نسبیت نوشته شده بود.

و مقاله پنجم «آیا سختى یک جسم به انرژى محتوى آن بستگى دارد؟» که یک جورهایى به قصد بیان نظریه نسبیت از وجود نیرویى شگرف و بى سابقه خبر داد. آلبرت آنقدر معروف شده بود که دیگر همه او را در دنیا مى شناختند. از کشورهاى دیگر دعوتنامه دریافت کرد که براى سخنرانى یا زندگى به آنجا برود. او به انگلیس، فرانسه و ژاپن رفت و سرانجام به آمریکا و پرینستون. روزى 2 دانشجوى آمریکایى بر سر شهرت اینشتین شرط بندى مى کنند. لذا نامه اى به نام و نشانى کوتاه و مختصر «پروفسور اینشتین، اروپا» پست کردند که این نامه بدون تاخیر به مقصد رسید. دخترى از اهالى پرینستون غالب روزها منزل خود را ترک مى کرد و به منزل اینشتین مى رفت. مادر او از این موضوع متعجب شده و از دخترک توضیح خواست و دخترک گفت، مسئله ریاضى مدرسه را نمى توانستم در منزل حل کنم و مردم مى گفتند که در خانه شماره 112 ریاضیدان بزرگى زندگى مى کند که درعین حال مرد بسیار خوبى است، به خانه او رفتم و از او خواهش کردم که در حل مسئله به من کمک کند، وى با کمال میل قبول کرد و مسئله را بسیار خوب براى من توضیح داد و وقتى که او شرح مى داد مسئله خیلى ساده تر از آن بود که معلم مدرسه براى بچه ها بیان مى کرد. و در آخر هم به من گفت، هر وقت مسئله و مشکلى داشتى که نتوانستى آن را حل کنى پیش من بیا. مادر از این کار دختر خود ناراحت شد و از اینشتین عذرخواهى کرد. اما اینشتین پاسخ داد: هیچ گونه عذرخواهى لازم نیست، قطعاً من ضمن صحبت با این کودک خیلى بیشتر از او آموختم تا او از من. پروفسور آلبرت اینشتین روز دوشنبه 28 فروردین سال 1334 مصادف با 28 آوریل 1955 جهان پرآشوب را وداع گفت.

بنابر وصیت اینشتین هیچ گونه تشییع جنازه اى از او به عمل نیامد.

دانشگاه تهران نیز تلگراف تسلیتى به مناسبت درگذشت آلبرت اینشتین مخابره کرد و مجلس یادبودى برپا ساخت. جواهر لعل نهرو نخست وزیر هند بحق در مورد وى گفته است «وى دانشمند بزرگ این عصر و به واقع یکى از جویندگان عدالت و راستى بود که هرگز با ناراستى و ظلم مصالحه نکرد». اینشتین درباره تدریس فیزیک به کودکان تفکر بسیار کرده بود. و نظرهاى جالب توجهى داشت و بر خلاف اغلب دانشمندان که از تدریس مطالب مقدماتى عار دارند، همواره اظهار تاسف مى کرد که هیچ وقت فرصت تدریس در مدرسه متوسطه نداشته است!