فاطمه مصلح زاده
آرامش قبل از توفان
آرامش قبل از توفان2 قرن تمام، والا حضرت، آیزاک نیوتن پادشاه بی‌رقیب و قدرتمند فیزیک بود. نظام نیوتنی حرف آخر را در مسائل بنیادی علم و تصویر نهایی جهان می‌زد.
به یک باره دلاوری دیوانه، بر پادشاه شورید. آلبرت اینشتین با نظریه نسبیتش پادشاه را از تخت سلطنت به زیر کشید.
این دیوانگی لازمه چرخش در تاریخ علم و نحوه تفکر انسان‌هاست. برای پیشبرد علمِ نوین، ناگزیریم اندیشه‌های دیوانه کننده‌ای مطرح کنیم که از دیدگاه‌های سنتی کاملا گسسته باشند؛ اندیشه‌هایی معماگونه. فقط یک نابغه می‌تواند جرات چنین دیوانگی‌ای را به دل راه دهد. انباشت ارقام و اطلاعات در مغز، دلیل بر نبوغ نیست. نابغه با دیوانگی‌اش در شناخت پیشین دخالت می‌کند و آلبرت اینشتین چنین دیوانه‌ای بود، یا به عبارتی دیگر چنین نابغه ای. قبل از او گذر از مفاهیم نیوتنی به تصویری جدید از جهان هیچگاه این چنین قاطع و معما گونه نبوده است. این گذار در واقع نه فقط تعمیم و تکمیل کاری بود که نیوتن شروع کرده بود، بلکه انقلابی نیز در علم به راه انداخت.
نظریه‌ای که موجب چنین گذاری شد بر اساس معیارهای معینی ساخته شده است. اینشتین در یادداشت‌هایش از 2 معیار در انتخاب و ارزیابی نظریه‌های علمی سخن می‌گوید؛ یکی تایید بیرونی است؛ انطباق نظریه و تناقض نداشتن آن با واقعیت‌های تجربی. البته این انتظاری بدیهی است اما برآوردن آن، مساله ظریفی است. چرا که گاه می‌توان فرض‌هایی اضافی را به شکل مصنوعی وارد کرد و نظریه را با تجربه منطبق ساخت، در واقع نظریه را قبولاند. معیار دوم کمال درونی یا طبیعی بودن نظریه است؛ نظریه نباید از بین نظریات هم ارز خودش به شکل دلخواه انتخاب شود. نظریه‌ای بیشترین کمال درونی را دارد که کمتر بر فرض‌های دل بخواهی مبتنی باشد. چنین نظریه‌ای برای تبیین ساختار جهان و ساختن تصویری از آن بر مبنای قوانین یکنواخت و جهانشمول مناسب‌تر است.
البته اینشتین معتقد است این حرف‌ها چندان دقیق نیستند و شاید هیچگاه هم نتوان دقیق ترشان کرد. اما وقتی دانشمندان درباره کمال درونی یا تایید بیرونی یک نظریه سخن می‌گویند، گویی توافقی ضمنی بین‌شان وجود دارد.
اینشتین با آن قوه تشخیص چشمگیری که در مورد
هم آهنگی یا به گفته خودش موسیقی مندیِ تفکرِ علمی داشت، به تاثیر زیبایی شناختی نظریه، که آن را خاصیتی وابسته به کمال درونی می‌دانست، اهمیت زیادی می‌داد. پوانکاره نیز از مفهوم ظرافت ریاضی سخن می‌گوید و آن را این طور تعریف می‌کند: « هرچه قضیه‌های بیشتری بتوان از کمترین فرض‌ها استخراج کرد، ظرافت ساخته ریاضی بیشتر است.» اما نگاه این دو نفر به ارزش ظرافت و موسیقی‌مندی متفاوت است.
به نظر پوانکاره ظرافت در اصل، معنایی ندارد و معیاری برای انتخاب یک نظریه نیست. ظرافت یک نظریه ثابت نمی‌کند که آن نظریه نگاه عمیق‌تری دارد. اما اینشتین می‌گوید: ظرافت، شاخصی از معتبر بودن نظریه و قطعیت عینی آن است. اینشتین چنان به این اصل عقیده داشت که وقتی آزمایش‌ها، نظریه نسبیت را تایید کردند چندان هیجان زده نشد. او اصلا نگران نتیجه کار نبود. به نظرش نسبیت آنقدر طبیعی و موسیقی‌مند بود که امکان نداشت اشتباه باشد.جهان مجموعه واحدی از اشیاست و به همین دلیل ساده است که وقتی نظریه‌ای از کمترین فرض‌ها نشات بگیرد، به واقعیت نزدیک‌تر می‌شود. نظریه وقتی فقط مبتنی بر چند اصل موضوعه مستقل باشد به وحدت واقعی جهان نزدیک‌تر می‌شود و به بهترین شیوه ممکن آن را باز می‌تاباند.
این وحدت، در همگن بودن فضا و زمان، در انتقال از نقطه‌ای به نقطه دیگر در فضا و از لحظه‌ای به لحظه دیگر در زمان،دیده می‌شود. همین ناوردایی قوانین فیزیک است که به علت مستقل بودن از جابه‌جایی‌های جزئی و موقت، نقطه شروع حرکت در راه دستیابی به نظریه نسبیت می‌شود. اینشتین با هدف رسیدن به بیشترین کمال درونی در نظریه‌اش سعی کرد رابطه‌هایی در بیان قوانین فیزیک پیدا کند که در جابه‌جایی‌های موقت و جزئی هم وردا بمانند. به بیانی عام، طبق اصل نسبیت، قانون‌های طبیعت مستقل از حرکت انتقالی دستگاه‌های مرجع هستند.
آغاز دیوانگی
اصل بنیادی نظریه نسبیت اینشتین این است:
«سرعت نور در تمام دستگاه‌های مرجعی که نسبت به هم حرکت بی شتاب دارند، یکسان است.»کجای این اصل دیوانه کننده است؟
اینجا؛ 2 شناگر از عرشه یک کشتی درآب شیرجه می‌زنند. هردوشان سرعت یکسانی دارند. هرکدام به طرف یک انتهای کشتی شنا می‌کنند. بدیهی است شناگری که در خلاف جهت حرکت کشتی شنا می‌کند، زودتر از دیگری به انتهای کشتی می‌رسد. ولی طبق اصل جدید، شناگران هر 2 با هم به دو انتهای کشتی می‌رسند. یعنی تندی آنها نسبت به کشتی یکسان خواهد بود. نور اینطور رفتار می‌کند. یعنی نسبت به جسم‌های مختلف که نسبت به هم حرکت می‌کنند، سرعت واحدی دارد. حتی امروز هم بعد از صد سال به دشواری می‌توان تصور کرد چیزی نسبت به دستگاه‌های متحرک نسبت به هم، سرعت واحد داشته باشد.اما هر بیانی، هر قدر دیوانه‌وار به نظر برسد حتما نباید باعث شگفتی و حیرت شود. در فرض‌هایی که اساس نظریه نسبیت را تشکیل می‌دهند، هیچ چیز دل بخواهی وجود ندارد. بر عکس، این فرض‌ها بر پایه استوار تجربی مبتنی‌اند.
در واقع این خود حرکت است که با احساس‌های بدیهی ما در مشاهده رفتار جسم‌های فیزیکی تناقض دارد. دیوانه
دوست داشتنیِ ما این احساس بدیهی بودن را دور می‌ریزد.
در تصویر کلاسیک جهان، تمامی جسم‌ها در حرکت نسبی‌اند. مفهوم اتر پرکننده فضا، رخنه‌ای در چارچوب تصویر کلاسیک اولیه از جهان بود. نظریه نسبیت این چارچوب را مرمت کرد اما این مرمت به بهای نفی قانون بدیهی جمع سرعت‌ها بود.
اینشتین در نامه‌ای به موریس سولووینه، یکی از دوستان صمیمی‌اش، در این باره چنین می‌نویسد: « بر خلاف این حقیقت معلوم بر اندیشمندان باستان که حرکت را فقط به طور نسبی می‌توان ادراک کرد، فیزیک، خود را بر مفهوم حرکت مطلق استوار ساخت. در مبحث نور فرض می‌شد که نوعی حرکت متفاوت با حرکت‌های دیگر، یعنی حرکت در اتر درخشان وجود دارد که حرکت تمام جسم‌ها را می‌توان به آن ارجاع داد. بدین ترتیب اتر درخشان مفهوم سکون مطلق بود. اگر واقعا اتر درخشان ساکنی وجود می‌داشت که کل فضا را پر کند، می‌شد حرکت را به آن ارجاع داد و برای حرکت، معنای مطلق قائل شد. این مفهوم می‌توانست شالوده مکانیک باشد اما وقتی تمام تلاش‌ها برای تشخیص چنین حرکت ارجحی در اتر درخشان فرضی ناکام ماند، باید در مساله تجدید نظر کرد. این کار به طور نظام یافته در نظریه نسبیت انجام گرفت. نظریه نسبیت فرض را بر وجود نداشتن حالت‌های ارجح حرکت در طبیعت می‌گذارد و استنتاج‌های چنین فرضی را تحلیل می‌کند.» در واقع اینشتین قدم به قدم تصویر جدیدی از جهان بر پا کرد. کار او اساسا کار خلاقانه‌ای بود. جنبه نفی آمیز مساله، یعنی تخریب تصویر قدیم، فقط این بود که اینشتین نشان داد تصویر قدیم در مقایسه با تصویر جدید، تقریب نادقیق‌تری به واقعیت فیزیکی داشته است. رابطه سلسله مراتبی نسبیت و مکانیک نیوتنی این امکان را فراهم می‌کند که مکانیک نیوتنی را توضیح دهیم. به چه علت در سرعت‌های معمول مشاهده ما با مکانیک نیوتنی در تضاد قرار نمی‌گیرد؟ به همین ترتیب هر آزمایشی که اعتبار مکانیک نیوتنی را تایید کند، در عین حال تایید مکانیک اینشتین نیز هست.
نتایج دیوانگی
وقتی آزمایش مایکلسون اصل وجود اتر جهانی را به خطر انداخت، لورنتس برای توضیح این نتیجه فرضیه‌ای ساخت: «تمام جسم‌های متحرک نسبت به اتر در جهت حرکت منقبض می‌شوند.» او فرض کرد همه اجسام از بارهای الکتریکی اولیه‌ای تشکیل شده‌اند و حرکت نسبت به اتر، نیروهایی پدید می‌آورد که بارها را در جهت حرکت جمع می‌کنند. فرضیه انقباض بی‌آنکه تاثیری بر مبانی مکانیک کلاسیک بگذارد نتیجه‌های آزمایش مایکلسون را توضیح می‌داد. اما با معیارهای اینشتین برای یک نظریه علمی جور در نمی‌آمد؛ با حقیقت‌های قابل مشاهده انطباق می‌یافت ولی طبیعی نبود. یعنی از کمال درونی برخوردار نبود. همین بزرگ‌ترین نقطه ضعف آن بود؛ مختص به خود بود و برای آثار قابل مشاهده‌ای که مویدش باشند، مبنایی نداشت.
تفاوت مهم کار لورنتس با اینشتین در این بود که نظریه نسبیت بر خلاف انقباض لورنتس یک استنتاج پدیده شناختی نبود. فرمول‌های لورنتس حاوی چیزی مثل یک نظریه فیزیکی نبودند که بتواند راه را برای ارائه تصویری نوین از جهان باز کند.
وقتی حقیقت جدید و بسیار معما گونه‌ای، یعنی ثبات سرعت نور در تداخل سنج مایکلسون، نوعی توضیح را ایجاب کرد. لورنتس اندیشه‌ای مطرح کرد که ضمن سازگاری با حقیقت‌های جدید و حقیقت‌های معلومِ قدیم، به طور طبیعی و مستقیما از آنها مشتق نشده بود. توضیح اینشتین از حقیقت جدید و معماگونه بر بازنگری تصویر کلی جهان و تفسیری کاملا نو از زمان و مکان و به طور خلاصه بر تفسیری عمیق‌تر، عام‌تر و مشخص‌تر از کلیت حقیقت‌های معلوم مبتنی بود. نظریه نسبیت، انقباض لورنتس را از اساسی‌ترین و عام‌ترین مفهوم‌های علم و از تحلیل دقیق‌تر و صریح‌تر مفهوم‌های زمان و فضا استنتاج می‌کند. خود لورنتس در این‌باره می‌گوید: «دستاورد اینشتین این است که نخستین کسی است که اصل نسبیت را به مثابه یک قانون جهانشمول دقیق و صحیح فرمول‌بندی کرد.»
اندیشه اساسی اینشتین در واقع ضرورت تصدیق تجربی ساخته‌های منطقی است. هیچ مفهومی نمی‌تواند در سازگاری پیش از تجربی با واقعیت باشد بلکه باید به استنتاج‌هایی بینجامد که بتوان آنها را با تجربه تصدیق کرد. حرکت مطلق را نمی‌توان اینگونه تایید کرد. استنتاج‌های نظریه نسبیت از فرض‌های هوشمندانه ناشی نمی‌شوند بلکه به‌طور طبیعی از اصول عام پیروی می‌کنند.اینشتین می‌نویسد: هر مفهوم فقط به دلیل ارتباط روشن و آشکار خود با پدیده‌ها و در نتیجه با واقعیت فیزیکی، حقِ وجود دارد. در نظریه نسبیت مفهوم‌هایی چون همزمانی مطلق، سرعت مطلق، شتاب مطلق، و جز آن نفی شده‌اند، چرا که هیچ ارتباط آشکاری با تجربه ندارند... لازم بود که هر مفهوم فیزیکی را طوری تعریف کرد که بتوان تصمیم اصولی گرفت که آیا با واقعیت سازگاراست یا نه.»
می‌توان گفت بلوغ ذهنی بسیاری از کودکان و نوجوانان از جهتی تکرار تکامل تفکر انسان به طور کلی است؛ تفکرات عام درباره واقعیت فیزیکی با علایق پخته‌تر و مشخص‌تر دنبال می‌شوند. اینشتین این احساس نخستین نگاه به جهان را بدون این اعتقاد بالغانه تجربه کرد که گویا مساله‌های اساسی جهان همگی حل شده‌اند. این احساس با کسب شناخت عمیق‌تر یا رشد علایق جدید خاموش نشد. اینشتین در مساله‌های حرکت غور کرد و به اندیشه‌ای رسید که به کودکی بشر تعلق داشت؛ اندیشه باستانی نسبیت!