ماجرای کشف بزرگ انیشتین

حدودا صد سال پیش بود که برای لحظاتی کوتاه خورشید گرفتگی کاملی رخ داد و بشر به لطف نظریه نسبیت عام اینشتین به درک تازه ای از این عالم هستی دست پیدا کرد.

هفتم خردادماه سال ۱۲۹۸ بود و جمعی از دانشمندان انگلیسی تلاش داشتند با کمک آن خورشید گرفتگی نظریه انقلابی تازه ای تحت عنوان نسبیت عام را در رابطه با نیروی جاذبه بررسی کنند؛ نسبت عام در واقع زاییده ذهن آلبرت اینشتین بود که در آن زمان هنوز به شهرت نرسیده بود و آنطور که بعدها جوزف جان تامسونفیزیکدان شهیر انگلیسی از آن یاد کرد به عنوان یکی از «بزرگ ترین دستاوردهای اندیشه بشری» شناخته شد. با این حال تا خورشید گرفتگی سال ۱۲۹۸، نظریه نسبیت (که اینشتین در سال ۱۲۹۴ مطرح کرده بود) ثابت نشد.

بعد از ماه ها آمادگی، آرتور ادینگتون مدیر رصدخانه کمبریج، تلسکوپ ها و تجهیزات عکاسی آن رصدخانه را در جزیره ای به نام Principe واقع در سواحل غربی آفریقا مستقر کرد. همزمان ستاره شناس دیگری به نام اندرو کراملین از رصدخانه سلطنتی گرینویچ نیز تجهیزات خود را در شهر Sobral برزیل مستقر کرد.

البته پیشتر دو تلاش ناموفق دیگر برای بررسی نظریه اینشتین انجام گرفته بود و مشخص نبود که این بار هم تلاش اخترشناسان با شکست روبرو می شود یا نتیجه دیگری حاصل می گردد. در تلاش اول که طی سال ۱۲۹۱ صورت گرفت آب و هوا رو به وخامت گذاشت و تلاش دیگر که قرار بود دو سال بعد از این تاریخ انجام شود به خاطر آغاز جنگ جهانی اول راه به جایی نبرد. اما در خرداد سال ۱۲۹۸ جنگ جهانی تمام شده بود و اخترشناسان خوشبین بودند که سرانجام می توانند صحت دیدگاه های اینشتین را به اثبات برسانند.

مفهومی تازه از فضا، زمان و گرانش

برای بیش از دو قرن مردم جاذبه را به همان شیوه ای در نظر می گرفتند که نیوتون (از حقایق پشت پرده این اسطوره دنیای علم باخبر شوید) به تصویر می کشید؛ نوعی نیروی کشنده میان اشیاء. اما در سال ۱۲۹۴ اینشتین تعریفی تازه برای جاذبه ارائه کرد و از آن نه به عنوان یک نیرو که نوعی خمیدگی یا انحنا در فضا یاد کرد که در نتیجه حضور اجرام بزرگی نظیر ستاره ها و سیارات شکل گرفته بود.

البته به تصویر کشیدن چنین ایده ای اندکی دشوار بود اما اینشتین و همکارانش به این نتیجه رسیدند که اگر چنین فرضیه ای صحت داشته باشد آنگاه باید اثری قابل اندازه گیری و ساده هم داشته باشد: به بیان دیگر جاذبه باید میتوانست مسیر یک پرتو نوری را به میزانی هر قدر کم تغییر می داد.

ما معمولا نور را کاملا بدون وزن در نظر می گیریم اما ماجرا به این سادگی ها هم نیست. نور شکلی از انرژی است و اینشتین با معادله مشهور E=mc2 در سال ۱۲۸۴ نشان داد که انرژی میتواند رفتاری شبیه به جرم را از خود نشان دهد. این درک تازه در کنار کشف خمیدگی فضا بدان معنا بود که پرتو نور باید خم شود؛ به بیان دیگر پرتو نور در واکنش به جاذبه باید مسیری خمیده را طی کند نه مستقیم.

براساس نظریه اینشتین هر توده ای (از توپ بولینگ گرفته تا کوهستان و زمین) میتواند پرتو نور را خم کند با این حال اخترشناسان می دانستند که تغییر مسیر نور نسبت مستقیم با توده ای دارد که باعث این خمیدگی می شود. اما آنها برای اندازه گیری انحراف ناچیز پرتوی نور به جرمی بسیار بزرگ نظیر خورشید نیاز داشتند.

تصور کنید پرتویی از نور یک ستاره دور دست به سمت ما در حرکت باشد و در این مسیر با خورشید برخورد نماید. در این صورت جاذبه خورشید باید مسیر نور را کمی منحرف نماید و موقعیت ستاره را اندکی تغییر دهد.

دنیل کنفیک از اخترشناسان و مورخان علوم دانشگاه آرکانزاس در Fayetteville در این رابطه می گوید:

اینشتین این مشاهده دقیق را انجام داد که نور باید تحت تاثیر جاذبه قرار بگیرد. این یعنی پرتوهای نوری اندکی منحرف می شوند و ما باید بتوانیم این انحراف را اندازه بگیریم.

اما اندازه گیری این انحراف مسیر، دشواری های خودش را دارد. در اغلب زمان ها خورشید آنقدر روشن است که به سختی می توان ستاره های مجاور به آن را مشاهده کرد. اما برای چند دقیقه در طول خورشیدگرفتگی، ماه از زیر نور خورشید بیرون می آید و دانشمندان میتوانند از ستاره های مجاور به آن عکس بگیرند و موقعیت دقیق شان را مشخص نمایند.

البته خورشیدگرفتگی های کامل به ندرت رخ می دهند و سالی یکبار آن هم در محدوده بسیار کوچکی از زمین قابل رویت هستند. اما پیچیدگی این مساله زمانی بیشتر می شود که بدانیم براساس نظریه اینشتین تنها انحراف کوچکی در نور ستاره ای رخ می دهد؛ در واقع مثل این میماند که بخواهید از یک کیلومتر آنطرف تر عرض یک سکه پنج تومانی را مشاهده کنید. متاسفانه تلسکوپ ها و تجهیزات تصویربرداری آن دوران آنقدر هم پیشرفته نبودند که بتوانند چنین انحراف کوچکی را در مسیر نور شناسایی کنند.

آنسوی ابرها، امیدواری

اما آنطور که کنفیک می گوید رفتن به موقعیت های از پیش تعیین شده برای مشاهده خورشیدگرفتی سال ۱۲۹۸ هم چندان ساده نبود. در آن دوران دست کم به یکسال زمان نیاز بود تا شرایط و تجهیزات لازم برای مشاهده خورشیدگرفتگی تدارک دیده شوند، ضمن اینکه کسی خبر نداشت آینده جنگ چه می شود. در آبان ماه ۱۲۹۷ یعنی حدودا شش ماه پیش از خورشیدگرفتگی چیزی نمانده بود که جبر زمانه ادینگتون و کراملین را وادار به لغو برنامه رصد خورشیدگرفتگی کند. کنفیک می گوید اگر جنگ یک هفته بعد تمام نمی شد آنها احتمالا تسلیم می شدند.

در نهایت شرایط جوی هم متغیر بود. در Sobral آسمان صاف بود اما آسمان Principe ابری بود و زمانی صاف شد که چیزی به پایان خورشیدگرفتگی نمانده بود و ادینگتون و همکارانش تنها توانستند چند عکس از آن بگیرند.

ادینگتون تلگرافی سه کلمه ای برای همکارانش در لندن فرستاد: «آنسوی ابرها، امیدواری».

بعد از آنکه خورشید گرفتگی پایان پیدا کرد و اخترشناسان به خانه بازگشتند ماه ها زمان سپری شد تا موفق شدند موقعیت های دقیق ستاره های قابل رویت را در فیلم های عکاسی اندازه بگیرند. در نهایت آنها به این نتیجه رسیدند که نور ستاره ای تغییر مسیر داده و به اندازه ثابت نظریه اینشتین منحرف شده است.

فرانک دایسون اخترشناس در جریان نشستی مشترک بین جامعه اخترشناسی سلطنتی انگستان و جامعه سلطنتی این کشور که در ۱۴ آبان ۱۲۹۸ خورشیدی در لندن برگزار شد گزارشی از نتایج این بررسی را ارائه کرد. او در این نشست گفت:

تردیدی نیست که بررسی خورشیدگرفتگی پیش بینی اینشتین را ثابت می کند.

نشریه تایمز لندن روز بعد گزارشی از این اتفاق منتشر کرد و  دو روز بعد این خبر در نشریه نیویورک تایمز درج شد و اینشتین به چهره ای شناخته شده در سطح جهانی بدل گردید. و علیرغم پیچیدگی کلی نسبت عام اینشتین، میلیون ها نفر در سراسر جهان از این کشف مطلع شدند.

Kennefick  در این رابطه می گوید:

این خبر فوق العاده منتشر شد که به یکباره نظریه نیوتن رد شده و جایش را به نظریه فردی ناشناخته به نام اینشتین داده که تا آن زمان نامش هم شنیده نشده بود. نظریه اینشتین هم آنقدر هوشمندانه بود که افراد کمی می توانستند آن را درک کنند. و این بسیار غم انگیز بود.

در واقع اینطور به نظر می رسید که مردم علیرغم پیچیدگی آن نظریه و شاید هم به همین خاطر آن را باور داشتند.

در طول این سالیان مورخان همواره این پرسش را مطرح کرده اند که آیا نتایج آزمایش سال ۱۲۹۸ دقیق بوده اند یا خیر. برخی این فرضیه را مطرح کرده اند که ادینگتون به قدری مشتاق اثبات نظریه اینشتین بوده که دیتای به دست آمده را دستکاری کرده است و چه بسا اطلاعاتی که با این نظریه همخوانی نداشتند را هم حذف نموده. با این حال طبق گفته کنفیک تحلیل هایی که یک سال بعد از آن ماجرا روی دیتای رصدخانه صورت گرفته یافته های این دو دانشمند را ثابت می کند و نظریه اینشتین آزمون بزرگش را با موفقیت پشت سر گذاشت

دیجیاتو