مقاله های اینشتین و فیزیک نوین

از میان مجموعه مقاله های اینشتین مقاله ای که او در سال ۱۹۰۵ عرضه کرد, اثر مهمی در پیشرفت علم داشته است در آن مقاله پدیده فوتوالکتریک را شرح می دهد و با استفاده از نظریه کوانتوم پلانک نظریه فوتونی نور را بیان می کند بر طبق این نظریه نور مانند انرژی های دیگر حالت کوانتومی دارد

از میان مجموعه مقاله های اینشتین مقاله ای که او در سال ۱۹۰۵ عرضه کرد، اثر مهمی در پیشرفت علم داشته است. در آن مقاله پدیده فوتوالکتریک را شرح می دهد و با استفاده از نظریه کوانتوم پلانک نظریه فوتونی نور را بیان می کند. بر طبق این نظریه نور مانند انرژی های دیگر حالت کوانتومی دارد. کوانتوم نور را که فوتون می نامیم مقدار مشخص انرژی است که اندازه آن، E، از رابطهhv = Eبه دست می آید که v بسامد موج و h ثابت پلانک است. بنابر این نظریه هر چه بسامد نور بیشتر یا طول موج آن کمتر باشد، انرژی فوتون بیشتر است. چنانچه این فوتون ها در مسیر حرکت خود به الکترون هایی برخورد کنند، جذب الکترون می شوند و انرژی الکترون را بالا می برند و در نتیجه الکترون می تواند از میدانی که در آن قرار گرفته است، آزاد و خارج شود.

اینشتین به مناسبت توضیح پدیده فوتوالکتریک جایزه نوبل سال ۱۹۲۱ فیزیک را دریافت کرد. نظریه فوتونی او نه فقط نور بلکه سراسر طیف موج های الکترومغناطیسی از موج های گاما تا موج های بسیار بلند را دربرمی گیرد و توضیح می دهد. موضوع دومین مقاله اینشتین حرکت براونی بود. در سال ۱۸۲۷ رابرت براون (۱۸۵۸- ۱۷۷۳) گیاه شناس و پزشک انگلیسی حرکت مداوم معلق دو مایع را مشاهده کرد و متوجه شد که این ذره ها با قطری حدود یک میکرون پیوسته به این سو و آن سو حرکت می کنند. اینشتین همین آزمایش را در مقاله ای با استفاده از نظریه جنبشی ذره ها تعبیر و تفسیر کرد و از روی آن عدد آوودگادرو را به دست آورد. اینشتین نظریه نسبیت خاص را در مقاله سوم معرفی کرد. در این مقاله بود که مفاهیم اساسی طبیعت موجی فضا، حجم، زمان و حرکت به طور کامل تغییر کرد. اینشتین ضمن مطالعه های خود توانست مسئله سرعت نور را که از مدت ها پیش تعجب دانشمندان را برانگیخته بود، حل وفصل کند. او نظریه خود را براساس دو اصل زیر قرار داد:

۱) سرعت نور در جهان ثابت است

۲) قانون های طبیعت برای ناظرین مختلف که یکنواخت حرکت می کنند یکسان است.

اینشتین نشان داد که اگر ثابت نبودن سرعت نور را بپذیریم، نتیجه های شگفت انگیزی به بار می آید. برای مثل هر چه سرعت حرکت جسمی بیش تر شود، طول آن کوتاه تر و جرمش بیشتر می شود. نتیجه دیگر آنکه به زمان مطلق و فضای مطلق به شکلی که پیشینیان تصور می کردند نمی توان قائل شد و زمان و فضا را جدا و مستقل از یکدیگر نمی توان در نظر گرفت. دنیای مادی یک فضا و زمان چهاربعدی است. جرم یک جسم نیز ثابت نیست و با تغییر سرعت تغییر می کند به طوری که می توان جرم را نوعی انرژی متراکم در نظر گرفت و یا انرژی را جرم پراکنده دانست. اینشتین با بیان نظریه نسبیت خاص، قانون بقای ماده لاوازیه و اصل بقای انرژی مایر را به اصل بقای مجموع ماده و انرژی درآورد و رابطه معروف جرم و انرژی را به دست آورد. اینشتین در سال ۱۹۱۶ نظریه نسبیت عام را تنظیم و اعلام کرد.

در این نظریه نه تنها حرکت با سرعت ثابت و مسیر مستقیم، بلکه هر نوع حرکتی در نظر گرفته شده بود. در بسیاری موارد دلیل آنکه سرعت و مسیر حرکت هر متحرکی تغییر می کند، وجود نیروی جاذبه است. بنابراین در نظریه نسبیت عام باید نیروی جاذبه در نظر گرفته شود. اینشتین یک رشته معادله تنظیم کرد که نشان می داد اگر در هیچ جا ماند و نیروی جاذبه وجود نداشته باشد، جسم متحرک مسیر مستقیمی را طی می کند و اگر ماده وجود داشته باشد فضای پیرامون جسم متحرک دگرگون شده، جسم مسیر منحنی را طی می کند. نظریه نسبیت عام نشان می دهد که این منحنی ها چگونه باید باشند و این به طور کامل با آن چه در نظریه جاذبه نیوتن پیش بینی شده بود، تطبیق نمی کرد. برای مثال بر طبق نظریه اینشتین مسیر نور تحت تاثیر میدان جاذبه قوی تغییر می کند. در صورتی که از قانون های نیوتن چنین نتیجه ای به دست نمی آمد. کسوف سال ۱۹۱۹ نظریه اینشتین را ثابت کرد. در سال ۱۹۶۹ دو سفینه پژوهشی که به سمت مریخ فرستاده شدند، اثر خورشید بر مسیر موج های رادیویی را مورد مطالعه و مشاهده قرار دادند.

ایران و سال جهانی فیزیک سال جهانی فیزیک فرصت مناسبی است تا در ایران به نقد آموزش علوم و پژوهش های علمی بپردازیم و مشخص کنیم آیا راه و روشی را که از زمان بنیانگذاری دارالفنون تاکنون برگزیده ایم درست و بجا بوده و توانسته است بستری مناسب برای فعالیت های علمی و پژوهشی به وجود آورد. آیا با همه سرمایه گذاری های مادی و معنوی توانسته ایم جامعه ایرانی را به حالتی برسانیم که به علم باور داشته باشند، علمی بیندیشند، بتوانند تولیدکننده علم باشند و بدانند که برای رساندن جامعه به خودکفایی و توسعه پایدار، کاری مداوم و جدی و همگانی لازم است. گرچه نمی توان منکر تلاش های صمیمانه افراد و سازمان های مؤثر در آموزش علوم جدید در ایران شد لیکن در این مدت نتوانسته ایم به سطح مورد انتظار جامعه برسیم، ولی توانسته ایم پایه های اولیه را طرح ریزی و شروع به سازندگی کنیم. این کار از یک سو از دبستان ها و از سوی دیگر از دانشگاه ها آغاز شده است. در دبستان ها فعالیت آموزش علوم با طرح جدیدی که هم اکنون در مدرسه ها اجرا می شود، آغاز شد. کودکان را به مشاهده مستقیم طبیعت و کارگروهی برانگیخته اند و به جای آنکه فقط دانستنی ها را به ذهن آنها منتقل کنند، معلمان، کودکان را به مشاهده طبیعت، جمع آوری اطلاعات، طبقه بندی و حتی طراحی آزمایش، فرضیه سازی و نتیجه گیری تشویق می کنند و همه اینها مقدمه ای است برای آنکه کودکان با روش علمی آشنا شوند. در دانشگاه ها تحقیقات سازمان یافته آغاز شده است.

پروژه های تحقیقاتی گرچه در ابتدا حالت تقلیدی و کتابخانه ای داشت، کم کم به مرحله علمی نزدیک می شود و امید است، تحقیقات به معنای واقعی در کشور آموزش داده شود و جریان یابد. اکنون مشکل بزرگ در برنامه دبیرستان ها وجود دارد. دانش آموزان به جای آموختن روش حل مسئله به حفظ کردن پاسخ ها می پردازند تا آنها را تحویل آزمون ها و کنکور دانشگاه دهند و به مدرک های بالاتر دست یابند. با توجه به آنکه مخاطبان سال جهانی فیزیک، دانش آموزان نیز هستند می توان امیدوار بود که با نیروهای مخلصی که در میان معلمان وجود دارد و نیز تشویق هایی که از طرف سازمان ها صورت می گیرد و کارگاه های علمی که از سوی کشورهای پیشرفته صنعتی در کشور تشکیل و اجرا می شود، به هدف های مورد نظر دست یافت و روش علمی را در فعالیت های آموزشی و پژوهشی یاد گرفت و به کار برد. نویسنده این نوشته تاکنون شاهد همایش ها و جلسه های متعددی بوده که از سوی دبیران فیزیک و انجمن های علمی تشکیل شده و دانش آموزان و دبیران به تهیه و عرضه مقاله های علمی و تولید نرم افزارهای کامپیوتری و نیز ابزارهای آزمایشگاهی و کارگاهی دست زده اند. همه این کارها به علاقه مندان این کشور امید می دهد که جامعه علمی ما در حال بیدار شدن است. بیدارگران پرتلاش و پر امید به بیدار کردن خواب آلودگان مشغولند.

گرچه برخی از سازمان ها و افراد هنوز در کار متوقف کردن جریان علمی در کشور هستند، اما در جامعه نه تنها زنگ ها بلکه ناقوس های بیداری به صدا درآمده و هیچ فردی را فرصت و مهلت خوابیدن نمی دهد. روزی که اینشتین رمق فکر کردن نداشت اینشتین در نوجوانی علاقه چندانی به تحصیل نداشت. پدرش از خواندن گزارش هایی که آموزگاران درباره پسرش می فرستادند، رنج می برد. گزارش ها حاکی از آن بودند که آلبرت شاگردی کندذهن، غیرمعاشرتی و گوشه گیر است. در مدرسه او را «بابای کندذهنی» لقب داده بودند. او در ۱۵ سالگی ترک تحصیل کرد، در حالی که بعدها به خاطر تحقیقاتش جایزه نوبل گرفت! شاید شما نیز این جملات را خوانده یا شنیده باشید و شاید این پرسش نیز ذهن شما را به خود مشغول کرده باشد که چگونه ممکن است شاگردی که از تحصیل و مدرسه فراری بوده است، برنده جایزه نوبل و به عقیده برخی از دانشمندان، بزرگ ترین دانشمندی شود که تاکنون چشم به جهان گشوده است؟ با مطالعه دقیق تر زندگی این شاگرد دیروز، پاسخ مناسبی برای این پرسش پیدا خواهیم کرد.

آلبرت بچه آرامی بود و والدینش فکر می کردند که کندذهن است. او خیلی دیر زبان باز کرد، اما وقتی به حرف آمد، مثل بچه های دیگر «من من» نمی کرد و کلمه ها را در ذهنش می ساخت. وقتی به سن چهار سالگی پاگذاشت، با بیلچه سر خواهر کوچکش را شکست و با این کار ثابت کرد که اگر بخواهد، می تواند بچه ناآرامی باشد! پدر و مادر آلبرت به بچه های کوچک خود استقلال می دادند. آنان آلبرت چهارساله را تشویق می کردند که راهش را در خیابان های حومه مونیخ پیدا کند. در پنج سالگی او را به مدرسه کاتولیک ها فرستادند. آن مدرسه با شیوه ای قدیمی اداره می شد. آموزش از طریق تکرار بود. همه چیز با نظمی خشک تحمیل می شد و هیچ اشتباهی بی تنبیه نمی ماند و آلبرت از هر چیزی که حالت زور و اجبار و جنبه اطاعت مطلق داشته باشد، متنفر بود. اغلب کسانی که درباره تنفر اینشتین از مدرسه، معلم و تحصیل نوشته اند، به نوع مدرسه، شیوه تدریس معلم و مطالبی که این دانش آموز باید فرا می گرفت، کمتر اشاره کرده اند. بازخوانی یک واقعه مهم در زندگی اینشتین ما را با مدرسه محل تحصیل او آشناتر می کند: روزی آلبرت مریض بود و در خانه استراحت می کرد. پدرش به او قطب نمای کوچکی داد تا سرگرم باشد.

اینشتین شیفته قطب نما شد. او قطب نما را به هر طرف که می چرخاند، عقربه جهت شمال را نشان می داد. آلبرت کوچولو به جای این که مثل سایر بچه ها آن را بشکند و یا خراب کند، ساعت ها و روزها و هفته ها و ماه ها به نیروی اسرارآمیزی فکر می کرد که باعث حرکت عقربه قطب نما می شود. عموی آلبرت به او گفت که در فضا نیروی نادیدنی (مغناطیس) وجود دارد که عقربه را جابه جا می کند. این کشف تاثیر عمیق و ماندگاری بر او گذاشت. در آن زمان، این پرسش برای آلبرت مطرح شد که چرا در مدرسه، چیز جالب و هیجان انگیزی مثل قطب نما به دانش آموزان نشان نمی دهند؟! از آن به بعد، تصمیم گرفت خودش چیزها را بررسی کند و به مطالعه آزاد مشغول شود. اینشتین ده ساله بود که در دبیرستان «لویت پولت» ثبت نام کرد. در آن موقع، علاقه بسیاری به ریاضی پیدا کرده بود. این علاقه را عمویش اکوب و یک دانشجوی جوان پزشکی به نام ماکس تالمود در وی ایجاد کرده بودند. تالمود هر پنجشنبه به خانه آنان می آمد و درباره آخرین موضوعات علمی با آلبرت حرف می زد. عمویش نیز او را با جبر آشنا کرده بود. اینشتین در دوازده سالگی از تالمود کتابی درباره هندسه هدیه گرفت. او بعدها آن کتاب را مهم ترین عامل دانشمند شدن خود عنوان کرد. با این که آلبرت در خانه چنین علاقه ای به ریاضیات و فیزیک نشان می داد، در دبیرستان چندان درخششی نداشت.

او در نظام خشک و کسل کننده دبیرستان، علاقه اش را به علوم از دست می داد و نمراتش کمتر و کمتر می شدند. بیشتر معلمانش معتقد بودند که او وقتش را تلف می کند و چیزی یاد نمی گیرد. هرچند اینشتین به قصد این درس می خواند که معلم شود نه فیزیکدان، اما از معلمان خود دل خوشی نداشت و از زورگویی آنان و حفظ کردن درس های دبیرستان، دل پرخونی داشت. از این رو، خود را به مریضی زد و با این حیله، مدتی از دبیرستان فرار کرد! چون معلم ها نیز از او دل خوشی نداشتند، شرایط را برای اخراج او از مدرسه فراهم کردند. اینشتین بعدها در این باره گفت: «فشاری که برای از بر کردن مطالب امتحانی بر من وارد می آمد، چنان بود که بعد از گذراندن هر امتحان تا یک سال تمام، رمق فکر کردن به ساده ترین مسئله علمی را نداشتم!» اینشتین بعدها مجبور شد در دبیرستان دیگری دیپلم خود را بگیرد و سرانجام با هزار بدبختی گواهینامه معلمی را دریافت کند. بعد از آن، مدتی معلم فیزیک در یک مدرسه فنی شد، اما چون روش های خشک تدریس را نمی پسندید، پیشنهادهایی در مورد تدریس به رئیس مدرسه داد که پذیرفته نشدند و به این ترتیب بهانه اخراج خود را فراهم کرد.اینشتین پس از این واقعه، زندگی دانشجویی را برگزید و پس از فارغ التحصیلی، در اداره ثبت اختراعات به کار مشغول شد. او از کار کردن در این اداره راضی بود. عیب دستگاه های تازه اختراع شده را پیدا می کرد و در ساعت اداری، وقت کافی داشت تا به فیزیک فکر کند. در همین اداره بود که مقاله های متعددی نوشت و در مجلات معتبر منتشر کرد.

جالب این که دانشمند بزرگ که با فرضیات خود انقلابی در جهان دانش به پا کرد، در شرایطی کار می کرد که برای هر دانشمند دیگری غیرممکن بود! او نه با فیزیکدان حرفه ای تماس داشت و نه به کتاب ها و مجلات علمی مورد نیاز دسترسی داشت. در فیزیک فقط به خود متکی بود و کس دیگری را نداشت که به او تکیه کند! اکتشافات او چنان خلاف عرف بودند که به نظر فیزیکدانان حرفه ای، با شغلی که او به عنوان یک کارمند جزء در دفتر ثبت اختراعات داشت، سازگار نبودند.

برگرفته از کتاب اینشتین در ۹۰ دقیقه - جان و مری گریبین /ترجمه پریسا همایون روز . به نقل از سی پی اچ تئوری

http://iranelmi.blogfa.com

توسط مهدی سلطانی