۱۰ نظریه درست و غلط اینشتین!

در این مطلب خلاصه‌ای از نظریات اینشتین را می‌بینید که بعضی از آن‌ها رد شده‌اند و بعضی دیگر از محکم‌ترین نظریه‌های علمی تاریخ هستند و گروهی دیگر هم لب مرز رد شدن یا تایید قرار دارند. برخی از اکتشافات جدید، تهدیدی برای شهرت او محسوب می‌شوند. نظری‌های او در تمام ابعاد، از اتم تا جهان هستی، رو به کهنگی و زوال افتاده‌اند. جهان در چنگال نیرویی است که اینشتین از پذیرفتن آن امتناع کرد، درحالی‌که نظریه کوانتوم با تشریح قوانین حاکم بر دنیای اتم‌ها، روزبه‌روز موفق‌تر می‌شود.

نظریه‌هایی که تا امروز درست بوده‌اند

10- نسبیت عام

اگر همه موفقیت‌های اینشتین را به یک تاج تشبیه کنیم، نظریه گرانش یا نسبیت عام، گوهر آن تاج است. این نظریه در سال ۱۹۱۵ ارائه شد و بسیار پیچیده بود.

نسبیت عام، ۲۵۰ سال پس از کشف گرانش توسط نیوتن، بزرگ‌ترین موفقیت علمی تمام تاریخ بشر است. نسبیت عام به زبان ساده: «نیروی جاذبه بین دو جسم، درواقع نتیجه انحنای فضا – زمان در اطراف آن دو جسم است. این انحنا به خاطر جرم اجسام به وجود می‌آید.» در زندگی روزمره، این خمیدگی فضا – زمان آن قدر جزئی است که قانون گرانش نیوتن برای توصیف حرکات، به تنهایی کافی است. اما در ابعاد کیهانی، باید دست به دامن نسبیت عام شد. نسبیت عام تاکنون بسیاری از آزمایش‌ها و چالش‌ها را با موفقیت پشت سر گذاشته است. تنها مسأله انرژی تاریک باقی مانده که…

9- نسبیت خاص

اینشتین نوجوان، دلش می‌خواست بداند اگر بشود با سرعت نور حرکت کرد، دنیا چطور دیده می‌شود. او پاسخ سؤالش را سال ۱۹۰۵، در سن ۲۵ سالگی در نظریه «نسبیت خاص» نشان داد. اصل اساسی این نظریه به زبان ساده؛ سرعت نور در خلأ برای همه ثابت و برابر ۳۰۰ هزار کیلومتر در ثانیه است و به سرعت چشمه نور یا حرکت ناظر بستگی ندارد. این اصل نتایجی دارد که بر خلاف شهود و تجربه‌های روزمره ما هستند. با این وجود، این پیامد‌ها بار‌ها در آزمایش‌های گوناگون آزموده و تأیید شده‌اند.

8- E = mc۲

طبق معادله معروف اینشتین، ماده و انرژی به هم تبدیل پذیرند. یعنی ماده به انرژی و انرژی به ماده تبدیل می‌شود. این مسأله را بار‌ها و بار‌ها، همه اندازه‌گیری‌ها نشان داده‌اند.

نظریه‌های اینشتین که به بیراهه رفته‌اند

7- انرژی تاریک

اینشتین فکر می‌کرد بزرگ‌ترین اشتباهش این است که معادلاتش در نسبیت عام نشان می‌دهد که جهان منبسط می‌شود! اکنون می‌دانیم که او نکته مهم‌تری را از دست داده است: جهان منبسط می‌شود، آن هم با شتاب فزاینده و این ماجرا گردن چیزی است به نام انرژی تاریک. اینشتین اعتقاد داشت جهان ایستا و تغییر ناپذیر است. اما وقتی معادله زیبای او، پویا بودن جهان هستی را نشان داد، شگفت‌زده شد. او خودش معادله را دستی تغییر داد تا نتیجه‌‌ همان بشود که خودش فکر می‌کرد. اما در‌‌ همان زمان ستاره‌شناسان در حال کشف حقیقت بودند؛ کهکشان‌های دوردست از هم دور می‌شوند، پس جهان منبسط می‌شود.

وقتی اینشتین در بزرگ‌ترین پیش‌بینی علمی دنیا شکست خورد، گفت: «عدم اطمینان به معادله‌اش بزرگ‌ترین گاف زندگی حرفه‌ای‌اش بود.» ۴۰ سال پس از مرگ اینشتین، در اواسط دهه ۱۹۹۰ تحقیقات کیهان‌شناسان نشان داد که انبساط جهان با سرعتی بیش از حد تصور، زیاد می‌شود. دلیلش هم وجود نیرویی به مراتب قوی‌تر از گرانش و در خلاف جهت آن و با منبعی نامشخص است. الان به منبع این نیرو «انرژی تاریک» می‌گویند که مقدارش از معادله نسبیت عام اینشتین به دست می‌آید.

اغلب فیزیک‌دانان می‌گویند منشأ انرژی تاریک، در قوانین کوانتوم و در سطوح زیر اتمی است که باعث می‌شود فضای ظاهراً خالی هم پر از انرژی باشد. با توجه به نفرت اینشتین از نظریه کوانتوم، بعید به نظر می‌رسد او از الحاق انرژی تاریک به معادله معروفش، خوشحال باشد!

6- انرژی هسته‌ای

معروف‌ترین معادله اینشتین E=mc۲ است که حتی خودش نیز در میزان آن شک داشت. او فکرش را هم نمی‌کرد که روزی این معادله، محور منبع انرژی نوین باشد و این موضوع را در سال ۱۹۳۴ با بیان اینکه «حتی کوچک‌ترین نشانه‌ای از امکان ساخت انرژی اتمی وجود ندارد» عنوان کرد.

5- نظریه کوانتوم

اینشتین در موفقیت‌های اولیه نظریه کوانتوم در توصیف رفتار اتم‌ها، نقش عمده‌ای داشت. اما به شدت به اصل «عدم قطعیت» که هایزنبرگ وارد کوانتوم کرد، بدگمان بود. این اصل می‌گوید که مکان و سرعت ذرات اتمی را نمی‌توان همزمان با دقت اندازه گرفت و برای هر کدام «احتمالی» وجود دارد. اما اینشتین دیدگاهش نسبت به نظریه کوانتوم را با این جمله معروف بیان می‌کند: «خدا تاس نمی‌ریزد!» و منظورش هم این بود که قوانین جهان، همچین شانسی هم نیست. ولی اکثر فیزیک‌دانان با او مخالف هستند و می‌گویند این ربطی به شانس ندارد.

آوریل ۲۰۱۰، یک تیم بین المللی از پژوهشگران با استفاده از اثرات کوانتومی، حرکت ذرات نور (فوتون) را ثبت کردند. بر خلاف ظاهر، تاس انداختن واقعاً تصادفی نیست. حداقل با یک کامپیو‌تر قوی می‌توان عدد تاس را پیش‌بینی کرد. اما اگر اتم با لیزر بمباران شود، ذرات نور طبق پیش‌بینی نظریه کوانتوم، در جهات کاملاً تصادفی پراکنده می‌شوند. این پژوهشگران ذرات نور را بر اساس جهت تابش (پولاریزاسیون) تفکیک کردند که دقیقاً مانند اعداد روی تاس قابل پیش‌بینی باشد. اما شدت تابش آن‌ها کاملاً تصادفی است. در واقع چیزی که اینشتین رویش اصرار می‌کرد، غیر ممکن بود.

4- انفجار بزرگ (مهبانگ)

نسبیت عام اینشتین، نشان می‌دهد که «انفجار بزرگ» آغاز هستی را رقم زده است. جورج لومتر، ریاضیدان بلژیکی پس از بررسی این نظریه، با لحنی تحقیرآمیز به اینشتین گفت: «محاسبات شما صحیح است اما فیزیک شما افتضاح است.» فهمیدن علت این ادعا، چندان هم دشوار نیست. نسبیت عام نمی‌تواند دقیقاً لحظه وقوع انفجار بزرگ را توضیح دهد. برای این کار باید نظریه بهتری وجود داشته باشد. الان فیزیک‌دانان نظری مدعی‌اند که آن نظریه بهتر را پیدا کرده‌اند؛‌‌ همان چیزی که اینشتین نخواست بپذیرد: نظریه کوانتوم. اگر نسبیت عام با نظریه کوانتوم ترکیب شود شاید بتواند پدیده انفجار بزرگ را توضیح دهد یا حتی آنچه را که قبل از انفجار بزرگ رخ داده.

نظریه‌های مشکوک

3- نظریه همه چیز

اینشتین در طول زندگی حرفه‌ای‌اش، باور وجود وحدت بنیادین در جهان هستی را از دست نداد. او ده‌ها سال تلاش کرد تا قوانین فیزیک را با یک الگوی واحد بیان کند. شکست اینشتین در پیدا کردن چنین راهی، باعث دلسردی دیگران نشده و هنوز هم با گذشت بیش از ۵۰ سال از مرگ او، تلاش‌ها ادامه دارد.

طولانی شدن نفرت و انزجار اینشتین از نظریه کوانتوم باعث شد امید او برای رسیدن به نظریه همه چیز از بین برود. اما نظریه کوانتوم به خوبی از عهده توصیف عملکرد ذرات سازنده جهان و نیروهای بنیادی آن برآمده و تنها می‌ماند نیروی گرانش.

در ۲۵ سال اخیر، توجه پژوهشگران برای رسیدن به نظریه همه چیز (ToE) از طریق نظریه‌ای به اسم «اَبَر ریسمان» متمرکز شده است. ابر ریسمان به عبارت ساده می‌گوید؛ تمام ذرات و نیروهای موجود در جهان ناشی از لرزش ساختارهای ریز چند بعدی هستند که «ریسمان» نامیده می‌شوند.

این نظریه، نشانه‌هایی از وحدت جهان را در خود دارد که شاید ما را به هدفی که اینشتین دنبالش بود، برساند. اما برای دستیابی به نظریه همه چیز باید نسبیت عام اینشتین و نظریه کوانتوم با هم ترکیب شوند. نظریاتی که هر کدام به تنهایی خوب عمل می‌کنند ولی با هم ناسازگارند.

برخی ارزیابی‌ها، مدعی‌اند بیش از ۱۰۵۰۰ راه‌حل وجود دارد. برای همین، تردید فزاینده‌ای وجود دارد که کل ایده نظریه همه چیز را زیر سؤال می‌برد. شاید هم اینشتین ساده لوح بوده که بخش زیادی از عمرش دنبال چنین نظریه‌ای بوده است!

2- کرم چاله‌ها

دهه ۱۹۳۰، اینشتین و شاگردانش، ناتان روزن فهمیدند که نسبیت عام نشان می‌دهد تکه‌های دور افتاده از جهان هستی می‌توانند با یک ساختار تونلی که به «کرم چاله» معروف شده، به هم وصل شوند. به این ترتیب در زمانی سریع‌تر از مسافرت نور، می‌توان بین دو نقطه حرکت کرد. اما کرم چاله‌ها به شدت ناپایدارند. طول عمر کرم چاله‌ها از خلقت تا نابودی، آن قدر کم است که هیچ انسانی، تابش یا سیگنالی نمی‌تواند درون آن، از یک دهانه تا دهانه دیگر سفر کند. اما یک نکته مسلم است؛ اگر روزگاری امکان چنین رویدادی ممکن شود، به خاطر آثار کوانتومی خواهد بود که هرگز با باورهای اینشتین همخوانی ندارد.

1- امواج گرانشی

یکی دیگر از نظریه‌های اینشتین وجود امواج گرانشی است. بر اساس نسیبت عام، حرکت اجرام سماوی امواجی در فضا ایجاد می‌کند که در سراسر جهان منتشر می‌شوند و اصطلاحاً به آن «امواج گرانشی» می‌گویند اما محاسبات نشان می‌دهد حتی پدیده‌ای به عظیمت «انفجار ستاره‌ها» فقط می‌تواند موجی به انداره کمتر از عرض یک اتم در کل منظومه شمسی ایجاد کند! با این حال، کیهان‌شناسان در دهه ۱۹۸۰ فهمیدند که کجا باید دنبال این امواج بگردند. ستاره‌های سنگینی که دور هم می‌چرخند، باید این امواج را ساطع کنند. اما با این کار انرژیشان کم شده و دوره مداریشان هم کاهش می‌یابد. کاهش‌هایی با دقت ۰/۵ درصد در زمان تناوب ثبت شده و با نتایج محاسبات نسبیت عام مطابق است.