تيم ترجمه سايت علمي بيگ‌بنگ Bigbangpage.com ترجمه: سپیده سپهری
این یک نیروی مرموز است که جهان ما را شکل می دهد
حس آشنایی دارد
اما بسیار غریبتر از آن است که کسی تصور کند
و با این حال، ذهن درخشان یک مرد آن را رام کرد
گرانش
آلبرت انیشتین با استفاده از
آزمایشات فکری ساده، کشف شگفت آوری کرد
زمان و مکان توسط ماده شکل می گیرد
شما از شر این نیروی گرانش خلاص می شوید
و درعوض انحنای فضازمان را دارید
هم اکنون فضای اطرافم
در حال فشرده و کشیده شدن است
او آن را تئوری نسبیت عام نامید
چگونه یک شخص که تقریباً کاملا تنها کار می کرد
همه آنچه را که فکر می کردیم درباره جهان می دانیم، تغییر داد؟
انیشتین درحالیکه
به نظر می رسد جهان از هم پاشیده، رنج میکشد
او با اندیشه ای ناب
قادر به حل معمای جهان بود
"درون ذهن انیشتین" هم اکنون در NOVA
گرانش
آشناترین و در عین حال مرموز ترین نیروی طبیعت
آلبرت انیشتین کشفی خارق العاده انجام داد
آنچه ما بعنوان گرانش احساس می کنیم
در واقع فشار و کشش فضا و زمان است
وی ایده خود را نسبیت عام نامید
این شاید برجسته ترین تفکر در مورد طبیعت باشد
که از یک ذهن واحد ناشی شده است
نسبیت عام
بدون شک یکی از بزرگترین نظریه های علمی است
که تاکنون پنداشته شده است
این یک تئوری فضا، زمان و گرانش است
یک جمله ریاضی
و از آن، می توانید
درک کل جهان را
در بزرگترین مقیاس ها استخراج کنید، و این بسیار زیباست
تنها هم اکنون، یک قرن پس از آنکه برای اولین بار مطرح شد
آیا ما این فناوری را داریم
که نظریه بزرگ انیشتین را کاوش کنیم
سیاهچاله های کلان جرم در مرکز کهکشان ها
امواج گرانش که فضا و زمان را تحریف می کنند
تکامل کل جهان ما
چگونه مفهومی که بسیاری از چیزها را توضیح می دهد
از ذهن تنها یک فرد ناشی شده است؟
انیشتین استعدادی جادویی داشت
او می توانست یک مسئله فیزیکی سخت را برداشته
و آن را به یک تصویر بصری قدرتمند
یک آزمایش فکری تبدیل کند
او ناگهان متوجه می شود
جهان اینگونه عمل می کند
تمام این مزخرفات انتزاعی نظریه ی درستی از واقعیت است
برای به دست آوردن بینش ذهن انیشتین
و شگفتی نسبیت عام
باید آزمایش های فکری ای را که
منجر به موفقیت بزرگ او شد، ردیابی کنیم
بذر ایده های او
در زمان کودکی کاشته شد
انیشتین در یک خانه کوچک در مونیخ
در جنوب آلمان بزرگ شد
شخصیت منحصر به فرد او در اوایل کودکی مشهود بود
مانند بسیاری از مبتکران بزرگ
انیشتین فردی تنها، یاغی
اما بسیار کنجکاو بود
او در کودکی در یادگیری صحبت کردن کند بود
آنقدر کند كه والدینش با پزشك مشورت كردند
اما بعداً به گفته او شاید به این دلیل بوده است
كه او در آزمایش های فکری بصری به سر میبرد
خواهرش به یاد دارد که او با استفاده از کارتهای بازی
برج های کوچک میساخت
او یک خیال باف بود اما کاملاً پشتکارداشت
پدر انیشتین، هرمان
تجهیزات الکتریکی تولید می کرد
او علاقه پسرش به علم را پرورش داد
در یک مناسبت، به او یک قطب نما هدیه داد
ما شاید به یاد داشته باشیم که در کودکی وقتی یک
قطب نما هدیه میگرفتیم، میگفتیم
"آه نگاه کن، سوزن میچرخد وشمال را نشانه میگیرد"
اما بعد از آن به چیز دیگری می پرداختیم. مانند
"اوه نگاه کن، یک سنجاب مرده"
اما برای انیشتین، به دست آوردن این قطب نما
یک سرسپردگی مادام العمر را
برای درک چگونگی نیرو وارد کردن به اشیاء حتی اگر
هیچ چیزی در تماس با آنها نباشد، ایجاد کرد.
انیشتین جوان تمایلی قوی
به درک قوانین اساسی طبیعت داشت
او یک روش فکری منحصر به فرد
در مورد دنیای فیزیکی
با الهام از کتاب مورد علاقه خود ایجاد کرد
کتابی که انیشتین دوست داشت
داستان هایی کوتاه داشت
مانند سفر به فضا
یا رفتن درون یک سیم الکتریکی
و این باعث شد انیشتین بطور بصری بیندیشد
این موقعیت های تخیلی
که اغلب آنها را "آزمایش های فکری" می نامیم
ویژگی بارزی از تفکر انیشتین بود
یکی از آزمایش های فکری انتقادی
که انیشتین در دوران نوجوانی
شروع کرد، تقریباً در۱۶ سالگی
سعی داشت تصور کند چه اتفاقی می افتد
اگر بتواند با موج نوری برخورد کند
میتوان تصور کرد یک موج نوری که او را با سرعتی
به ظاهر غیرممکن پشت سر می گذارد، وجود دارد
اما چه می شود اگر او به سرعت بتواند خودش را
رو به جلو سوق دهد؟
چگونه به نظر می رسید اگر او
می توانست با آن موج نوری برخورد کند؟
چه می دید؟
او گفت که این باعث شد او در چنان اضطرابی به راه خود ادامه دهد
که کف دستش عرق کند
اکنون من و شما ممکن است به خاطر بیاوریم
که چه چیزی باعث شده است کف دست ما در ۱۶ سالگی عرق کند
و این یک پرتوی نور نبود
اما به همین دلیل است که او انیشتین است
این فکر رویایی در مورد ماهیت نور
اولین قدم انیشتین در مسیر نظریه بزرگ او بود
در تمام مدت مدرسه و کالج با او ماند
او به عنوان یک فرد جوان در علم و ریاضیات
استعداد بسیار خوبی داشت
و در کلاس های دیگر نیز بسیار بد بود
بیشتر به این دلیل که او کلاس درس را قطع می کرد
و نسبت به معلمان بسیار بی ادب بود
بسیاری از معلمان دبیرستان او متقاعد شده بودند
که او هرگز به جایی نمیرسد
او یک مشکل انضباطی و خبری بد بود
او برای پذیرش به دومین دانشگاه برتر زوریخ
پلی تکنیک زوریخ رفت و رد شد
من دوست دارم با مدیر پذیرشی که اینشتین
را رد کرده ملاقات کنم
اما سرانجام وارد آنجا شد، و به طور متوسط خوب عمل کرد
اما نه آنقدر خوب که بتواند یک بورس تحصیلی دریافت کند
بنابراین او به عنوان یک کارمند درجه سه در دفتر ثبت اختراع
برن سوئیس به کار مشغول شد
انیشتین که از نتایج دانشگاه خود راضی نبود
کار خود را در سال ۱۹۰۲ در ۲۳ سالگی
در دفتر ثبت اختراع آغاز کرد
در اینجا، وظیفه وی ارزیابی اصالت دستگاه های جدید بود
او در انواع جزییات فنی ای
غوطه ور بود که به عنوان
یک فرد بسیار جوان برایش بسیار جذاب بود
و در اینجا گویی بر روی موجی از
عصر مدرن نشسته بود
آن زمان دوران الکتریسیته بود
بنابراین آخرین ایده های هوشمندانه برای تغییر فن آوری
به ویژه برای هماهنگی ساعتها
همگی از طریق دفتر وی عبور می کردند
منطقه زمانی به تازگی در اروپای مرکزی معرفی شده بود
و هماهنگی دقیق ساعتها
یک چالش بزرگ روز بود
سوئیس در فناوری زمان یک رهبر جهانی بود
ده ها حق ثبت اختراع برای پیوند ساعت ها
از دفتر انیشتین عبور کردند
او می توانست از این برنامه های ثبت اختراع بگذرد
و سپس از زیر کشوی خود، یادداشت های فیزیک خود را بنویسد
رئیس وی بسیار آسان گیر بود
و هنگامی که انیشتین در اوقات فراغت
تئوری های خود را انجام می داد، از آن چشم پوشی میکرد
یادآوری این نکته مهم است که
وقتی اینشتین جوان بود، فیزیک تئوری زمینه ای جدید بود
شما می توانستید با خواندن تعداد نسبتاً کمی از
ژورنال های علمی و انجام محاسبات خود
تعداد زیادی از این کارها را انجام دهید
جهان انیشتین در سال ۱۹۰۵
تحت سلطه دو نوع فیزیک بود
یکی حدود ۲۰۰ سال سن داشت
که توسط ایزاک نیوتن، فیلسوف طبیعی انگلیسی تأسیس شد
برای نیوتن، هرچیز موجود در جهان بطور مادی حرکت میکند
نیوتن نشان داد كه حرکت سیب در حال سقوط
و سیارات در حال چرخش
توسط یک نیرو اداره می شود:
گرانش
معادلات وی بسیار مؤثر است و امروزه ما هنوز از آنها استفاده می کنیم
تا کاوشگرها را به دورترین نقاط منظومه شمسی ارسال کنیم
نظریه مهم دیگر آن روزهای انیشتین
برق و مغناطیس را در بر می گرفت
آن شاخه فیزیک در سال ۱۸۶۵
توسط جیمز کلرک ماکسول، فیزیکدان اسکاتلندی متحول شده بود
نظریه ماکسول نور را
به عنوان موج الکترومغناطیسی توصیف می کند که با سرعتی ثابت حرکت می کند
در دنیای نیوتن سرعت نور ثابت نیست
انیشتین می دید که بین نیوتن و ماکسول
اختلاف وجود دارد
آنها با هم جور درنمی آیند
و یکی از مواردی که انیشتین از آن متنفر بود
تناقض بود
اگر یک نوع فیزیک وجود دارد که این را می گوید
و یک نوع دیگر فیزیک چیز دیگری می گوید
و با هم متفاوت هستند
این نشانگر آن است که چیزی اشتباه شده و نیاز به اصلاح دارد
ماه هاست که انیشتین با این مشکل
دست و پنجه نرم کرد
سرانجام
برای رفع این تناقض
او به یک عنصر اصلی سرعت توجه می کند: زمان
او فهمید که
هر جمله ای در مورد زمان
صرفاً سؤالی است در مورد همزمان بودن آن
به عنوان مثال اگر بگویید قطار ساعت ۷ می رسد
به این معنی است که همزمان با رسیدن ساعت ۷
قطار به سکو می رسد
وی در یک آزمایش فکری درخشان
سؤال می کند که "همزمان" به چه معنی است
و می بیند که جریان زمان
برای ناظری که در حال حرکت است
متفاوت است با ناظر ایستاده
او مردی را که روی یک سکوی راه آهن ایستاده تصور می کند
اصابت دو آدرخش از هر طرف او
این مرد دقیقاً در وسط بین آن دو ایستاده است
و نور هر طرف، دقیقاً در یک لحظه
به چشمان او می رسد
برای او، دو اصابت همزمان است
سپس انیشتین زنی را در قطاری سریع السیر تصور می کند
که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می کند
آن زن چه می بیند؟
همانطور که نور از این دو آذرخش میگذرد
قطار به سمت یکی از آن دو نور حرکت می کند و از دیگری فاصله میگیرد
نور ابتدا از آذرخش جلویی به چشمان او می رسد
برای زن در قطار
زمان اصابت دو آذرخش متفاوت است
برای مرد روی سکو
زمانی بین اصابت دو آذرخش وجود ندارد
این فکر ساده اهمیت زیادی دارد
همزمان بودن و جریان زمان
بستگی به نحوه حرکت شما دارد
اگر هیچ چیز به طور هم زمان وجود نداشته باشد
در این صورت چیزی به عنوان زمان مطلق
در هیچ جای جهان وجود ندارد و ایزاک نیوتن اشتباه کرده است
این مفهوم که زمان و مکان نیز نسبی هستند
به عنوان نسبیت خاص شناخته شد
این به نتایج قابل توجهی منجر شد
مانند معادله مشهور مربوط به انرژی و جرم
انیشتین این مقاله را در سال ۱۹۰۵ منتشر کرد
که خیلی مورد تحسین واقع نشد
بیشتر مردم آن را نادیده گرفتند
مقاله اش دنیا را زیر و رو نکرد
دو سال بعد یك فیزیكدان برجسته
یوهانس استارك، از انیشتین دعوت کرد
تا خلاصه ای در مورد مقاله ی اینشتین بنویسد
زیرا هیچ كس به آن توجهی نمیكرد
او از سال ۱۹۰۵ شروع به تفکر در مورد
راه های عمومی سازی نتایج خود کرد
چه اتفاقی می افتد اگر او فقط قطار را
که با سرعت ثابت از سکو حرکت می کند، در نظر بگیرد؟
چه میشود اگر قطار شروع به سرعت گرفتن یا کند شدن بکند؟
اگر شتاب وجود داشته باشد چه می شود؟
اضافه کردن شتاب به معادلات اولین کار وی بود
سپس آن نیروی گرانشی مرموز نیوتنی وجود داشت
که باید با آن مقابله کند
در نظریه نیوتن
گرانش نیرویی است که فوراً عمل می کند
اما نسبیت خاص می گوید که همچین چیزی غیرممکن است
هیچ چیز نمی تواند سریعتر از نور حرکت کند
آنچه نیوتن به شما می گوید این است که
فرض کنید خورشید ناپدید شود
مدار زمین باید در همان لحظه تغییر کند
اما مفهوم "در همان لحظه"
در دو مکان مختلف دقیقاً یکی از آن چیزهایی است
که نسبیت خاص به شما میگوید
مفهوم فیزیکی خوبی نیست
شما اکنون چالشی دارید تا
موفقیت تئوری گرانش نیوتن را داشته باشید
اما آن را در این تصویر نسبیتی خاص جدید قرار دهید
تنها زمانی که انیشتین شروع به درک پیوند بین
جاذبه و شتاب کرد
همه چیز شروع به کار کرد
همه ما وقتی شتاب می گیریم، میفهمیم
و البته اکنون ما اتومبیل و هواپیما داریم
که این احساس فیزیکی را به ما بدهند
اگر در یک هواپیمای در حال بلند شدن هستید
در صندلی خود عقب رانده می شوید
و نیرویی که شما را به عقب برگرداند
احساس می کنید که بسیار شبیه نیروی گرانش است
اما شما به انیشتین نیاز دارید تا
دلیل ارتباط آنها را توضیح دهید
ناگهان او به چیزی برخورد می کند که
آن را شادترین فکر زندگی خود توصیف می کند
اگر گرانش و شتاب احساسی یکسان دارند
شاید واقعا یکسان هستند
او دوباره این ایده را
در یک آزمایش فکری زیبا بررسی کرد
او مردی را در یک جعبه تصور میکند
که بدون وزن در منطقه ای از فضا با گرانش صفر
شناور است
ناگهان او دست از شناور بودن برمیدارد
و به سمت پایین شتاب می گیرد تا اینکه بر روی جعبه بایستد
چه اتفاقی افتاده است؟
یا جعبه اکنون نزدیک یک سیاره است
و نیروی جاذبه آن مرد را به پایین کشیده است
یا کسی طنابی به آن وصل کرده
و اکنون جعبه به طور مداوم در حال کشیده شدن است
و به سمت بالا شتاب می یابد
پس بالاخره کدام است؟
گرانش؟
یا شتاب؟
بدون دیدن اتفاقات بیرونی
مرد نمی تواند بگوید چه چیزی باعث سقوط او به زمین می شود
انیشتین فهمید که
هیچ راهی برای توضیح تفاوت
بین بودن در یک میدان گرانشی
و شتاب گرفتن وجود ندارد
اینها شرایطی برابر هستند
این واقعیت که این دو اثر یکسان هستند
نتیجه مشابهی را به ما میدهد
گرانش همان شتاب است
گرانش تنها شبیه به شتاب نیست
بلکه خود شتاب است
این یک موفقیت بزرگ بود
نظریه نسبیت خاص انیشتین برای
حرکت با سرعت ثابت کار می کرد
با گسترش ایده های خود به شتاب
او توانست شروع به تدوین نظریه جدیدی از گرانش کند
در سال ۱۹۱۲ انیشتین به همراه همسرش میلوا و دو پسر جوان به نام های
هانس و ادوارد در زوریخ زندگی می کرد
جهان آکادمیک اهمیت نسبیت خاص او را
درک کرده بود و کار او گل کرده بود
او هم اکنون استاد موسسه معتبر
فدرال فن آوری سوئیس بود اما تا آنجا که ممکن بود
وقت خود را صرف تئوری خود می کرد
او به ریاضیاتی احتیاج داشت
که توصیف کند چگونه اشیاء در فضا و زمان حرکت می کنند
و به زودی فهمید که بهترین ابزار
برای کارش یک مفهوم عجیب اما قدرتمند است "فضازمان"
اگر به فضا فکر کنم
می دانم که می توانم هرچیزی را پیدا کنم
اگر بدانم شمال-جنوب، شرق-غرب و بالا-پایین آن کجاست. سه نقطه
اما به این معنی نیست که توانسته ام پیدایش کنم
زیرا من همچنین باید بدانم که در چه زمانی است
بنابراین اگر شروع کنیم به دانستن
در مورد همه چیز یک رویداد در جهان
نه تنها باید مختصات مکانی آن را بلد باشم
بلکه مختصات زمانی آن را نیز باید بدانم
من می توانم در مورد فضازمان آن فکر کنم
تصور کنید که یک دوربین در حال فیلمبرداری از یک حرکت است
که هر لحظه به صورت یک فریم واحد ضبط می شود
اینشتین به ما می گوید "به حلقه های فیلم فکر کنید."
بنابراین شما تمام این تصاویر کوچک را دارید
اکنون آنها را یکی یکی جدا کنید
و بر روی یکدیگر بگذارید
حالا یک کپه دارید
اگر از کپه بالا بروید، در زمان بالا میروید
حالا همه آن ها را به هم چسبانده تا به یک بلوک بزرگ تبدیل شود
این بلوک هم فضا و هم زمان دارد
و زنجیره ای از فضازمان است
این تقریباً به فیلم فریم به فریم نگاه نمیکند
بلکه کل فیلم را یکباره می بیند
آنها در حال حاضر به نوعی دو رشته در
فضا و زمان خواهند بود
همانند رشته های اسپاگتی
در حقیقت همه ما رشته های اسپاگتی ای هستیم
که در این فضازمان حرکت می کنند
انیشتین احساس می کند که فضازمان، عرصه ای طبیعی است
که تئوری نسبیت وی باید در آن تا آخر ایستادگی کند
اما اکنون او به ریاضیات پیچیده احتیاج داشت
طبق استانداردهای شما، انیشتین در ریاضیات خوب بود
او انیشتین بود
اما او واقعاً ریاضیدان نبود
او قضایا را اثبات نکرد، او به کتابهای ریاضی مراجعه نکرد
او یک فیزیکدان بود
او آزمایش های فکری میکرد
او به موقعیت های بسیار ملموس، مشخص
و آنچه اتفاق می افتد فکر می کرد
بنابراین وقتی زمانی فرا رسید که
واقعاً به ریاضیات مطلق احتیاج پیدا کرد
به کمک نیاز داشت
در دانشگاه، انیشتین سر کلاسهای هندسه نمیرفت
و به دوستش مارسل گروسمن اجازه می داد برایش یادداشت برداری کند
گروسمن در هندسه سرآمد بود
و اکنون رئیس گروه ریاضیات بود
او پیشنهاد کرد که انیشتین از ریاضیات پیشرفته ای استفاده کند
که شکل فضا و زمان را منحنی میکند
از آنجا که فضازمان هندسه ای دارد
او با خودش فکر کرد
"خب ممکن است شکل واقعی خود فضازمان طوری باشد
که به گرانش منجر شود"
بعد از ماهها کار، انیشتین ایده خارق العاده ای دارد
"اگر فضازمان با ماده شکل بگیرد شاید این همان چیزی است
که ما آن را به عنوان نیروی جاذبه احساس می کنیم"
انیشتین در تلاش برای فهمیدن اینکه چه عواملی باعث گرانش می شود
این ایده عالی را ارائه داد
یک جرم، شکل فضازمان
اطراف خود را تحریف می کند
بنابراین شما از شر این نیروی گرانش خلاص می شوید
و در عوض ما انحنای فضازمان را داریم
در عالم انیشتین
اگر فضا خالی باشد، مسطح خواهد بود
هیچ اتفاقی نخواهد افتاد
اما به محض اینکه اشیائی داشته باشید
آنها فضا و زمان را در اطراف خود خمیده میکنند
و این باعث انحراف هندسه می شود
به طوری که اکنون همه چیز شروع به حرکت می کند
همه چیز می خواهد تا حد امکان به آسانی از طریق
فضا و زمان حرکت کند
اما انیشتین به ما می گوید که جرم، فضا و زمان را پیکرتراشی میکند
و حرکت خمیده از طریق این پیکر
همان نیروی گرانش است
ما فکر میکنیم
دلیل احساس فشار بر روی کف پاها
یا دلیل ریزش اشیاء هنگام رها کردن آنها
به این خاطر است که نیرویی
وجود دارد که ما را به مرکز زمین جذب می کند
نسبیت عام به شما می گوید که این تفکر درستی در مورد
اتفاقاتی که آنجا می افتد، نیست
آنچه واقعاً اتفاق می افتد این است که مسیر طبیعی شما در فضازمان
می تواند شما را به مرکز زمین منتقل کند
و آنچه در واقع اتفاق می افتد این است که کف زمین
شما را به سمت بالا سوق می دهد
وقتی به آن نگاه می کنیم، فکر میکنیم که "آه ، نیروی جاذبه"
اما انیشتین می گوید "نه، نه، نه، انحنای فضازمان"
این یک ایده ی شگفت انگیز است
همانطور که یک مورچه وقتی روی کاغذ مچاله شده قدم می زند ممکن است نیروهایی که او را به سمت
چپ و راست می کشند احساس کند
درحالی که این به سادگی تنها شکل یک سطح است که مسیر خود را نشان می دهد
انیشتین دید آنچه ما به عنوان نیروی جاذبه احساس می کنیم
در واقع شکل فضازمانی است که ما در آن در حال حرکتیم
انیشتین اکنون همه چیزهایی را که برای
تدوین نهایی تئوری گرانش خود لازم است، در دست دارد
اما او یک اشتباه مهم را مرتکب می شود
او یکی از معادلات خود را نادرست تفسیر می کند
و درحالی که از خطای خود بی خبر است
همچنان به کار بر روی ایده های نادرست ادامه می دهد
نکته ای که انیشتین می خواهد ارائه دهد
اساسی ترین معادلات این تئوری است
انیشتین چیزی مانند آنها را در نظر می گیرد
و سپس می گوید: "آه، اما اینها کار نمی کنند"
و سپس معادلات اشتباه را یادداشت می کند
آنچه در ادامه می آید تنها ناامیدی است
زیرا او خود را متقاعد کرده بود که همه چیز
با این نظریه خوب است و حالا می فهمد که خیلی
چیزها با این نظریه چندان مناسب نیستند
برای انیشتین دوره ای طولانی و تاریک است
زیرا او در تلاش است تا خودش را با
نظریه ای که کار نمی کند آشتی دهد
دو سال بعد، انیشتین در برلین است
وی در سن ۳۶ سالگی یکی از معتبرترین
موقعیت های فیزیک را به خود اختصاص داده است
اما او هنوز با تئوری خود در تکاپو است
تا سال ۱۹۱۵ او به اوج این حرفه رسیده بود
وی در آکادمی پروس
و استاد دانشگاه برلین است
اما ازدواج او در حال از هم پاشیدن است
همسر و دو فرزندش به سوئیس بازگشتند
بنابراین او در این آپارتمان
در برلین کاملا تنها می ماند
او اکنون او یک رقیب دارد
انیشتین با اشتیاق ایده های خود را
با ریاضی دان درخشان دیوید هیلبرت به اشتراک گذاشت
هیلبرت خیلی تحت تأثیر قرار گرفت
و تصمیم گرفت که روی این تئوری به تنهایی کار کند
انیشتین اکنون با یکی از
بهترین ریاضیدانان جهان در رقابت است
این اتفاق در دوره ای
دراماتیک از تاریخ در حال وقوع است
جنگ جهانی اول شروع به ویران کردن اروپای مرکزی کرده است
انیشتین صرفاً در حال کار بر مفاهیم انتزاعی نیست
در حالیکه جهان در حال فروپاشی است، او همچنان در تلاش است
تا نوامبر ۱۹۱۵ انیشتین قرار است کار خود را در یک سری
سخنرانی چهار هفته ای
در آکادمی معتبر پروس ارائه دهد
اما او در تلاش است تا ایده های خود را تدوین کند
در بحبوحه این چالش ها
نامه هایی از همسرش در زوریخ به دستش میرسد
که مسئله تعهدات مالی وی
به خانواده خود را مطرح می کند
و در مورد تماس با پسران خود بحث می کند
با شروع سخنرانی های وی
نظریه وی هنوز خیلی با کامل بودن فاصله دارد
فشار روی انیشتین بسیار زیاد است
او سخنرانی می کرد، آن را تجدید نظر می کرد، دوباره ارائه می داد
خطاهای نقطه ای، تصحیح آنها، برگشت بر روی تریبون
توضیح بر سر اینکه چه اشتباهی در سخنرانی هفته گذشته وجود داشت
تصحیح دوباره و گذشتن از آن
و سپس این کار را دوباره و دوباره به مدت چهار هفته انجام دادن
کار او برای متقاعد کردن بقیه از درستی
این نظریه نسبیت کاملاً رادیکالی که
او پیشنهاد می کند
یکی از شدیدترین دوره های کار
در تاریخ علم است
به نوعی او توانست با قدرتی باورنکردنی
بر تئوری خود متمرکز شود و پیشرفت خود را انجام دهد
او معادلات خود را بر روی مسئله ای آزمایش می کند
که تئوری گرانش نیوتن نتوانست آن را حل کند
مدار عطارد
مسیر عطارد اطراف خورشید ناهنجاری ای دارد
که نظریه نیوتن نمی تواند آن را توضیح دهد
هر وقت عطارد میچرخد کمی انحراف می یابد
انیشتین مدار را با معادلات جدید خود محاسبه می کند
پاسخ درست است
دقیقاً همان چیزی که اخترشناسان مشاهده کرده بودند
او معادلات نهایی را برای
تئوری نسبیت عام خود پیدا کرده است
شما باید به ابهت آلبرت انیشتین فکر کنید
او قبلاً مکانیک نیوتنی را با
نسبیت خاص به بیرون انداخته و حالا در تلاش
برای ادغام آن با جاذبه بود
در پایان روز او آن را با عددی که
مشاهده و پیش بینی کرده بود، راست آزمایی کرد
روند حرکت مدار عطارد
و به طور معجزه‌آسایی، هنگامی که صفحات پر از
ریاضیات شده بود، جواب درست را دریافت کرد
ناگهان فهمید این فقط بازی با معادلات نیست
او متوجه شد که جهان چگونه کار می کند
تمام این مزخرفات انتزاعی نظریه صحیحی از واقعیت است
بالاخره انیشتین قادر است نظریه موفقی را ارائه دهد
این یک لحظه پیروزمندانه
یکی از لحظه های بزرگ در تاریخ فیزیک
و برای انیشتین پیروزی بسیار بزرگی بود
او موفق شد
در ۲۵ نوامبر ۱۹۱۵ انیشتین یافته های خود را در اوج
چهارمین سخنرانی خود در آکادمی پروس ارائه می دهد
او نسبیت عام را ارائه می دهد
این تئوری را می توان به عنوان یک معادله واحد نوشت
این معادله پیچیدگی ها را در
مجموعه ای از سمبل ها به زیبایی جمع می کند
بنابراین فرمول واقعاً ساده است: G-mu-nu برابر است با...
G برای شکل فضازمان
T برای توزیع جرم و انرژی
بنابراین این فرمول بسیار ساده
تمام نسبیت عام انیشتین را نشان میدهد
این یک معادله زیبا و ساده است
اما کار زیادی برای باز کردن نمادها نیاز است
نمادهای ریاضی
می بینید که چگونه در این فرمول بسیار ساده
کل هندسه جهان پنهان است
این نوعی سلیقه اکتسابی برای دیدن زیبایی است
همچنین این فرمول امضای انیشتین است
نشانه واقعی نبوغ او این است که او دو عنصری را ترکیب می کند
که در واقع در جهان های مختلف زندگی می کنند
سمت چپ در دنیای هندسه
ریاضیات زندگی می کند
دست راست در دنیای فیزیک
ماده و حرکت زندگی می کنند
و بنابراین شاید قدرتمندترین قسمت معادله
این علامت مساوی بسیار ساده در اینجا باشد
این دو خط که در واقع دو جهان را به هم وصل می کند
و دو خطه بودن آن کاملاً مناسب است
زیرا این یک رفت و آمد دو طرفه است
ماده به فضا و زمان می گوید که منحنی شوند
فضا و زمان به ماده میگویند که حرکت کند
وقتی انیشتین نظریه بزرگ خود را ارائه داد
کمتر کسی آن را درک کرد
او به روشی نیاز داشت تا به جهانیان ثابت كند
كه ویژگیهای غیر شهودی نظریه وی
واقعی هستند
نظریه نسبیت عام
پیش بینی مواردی را انجام می داد كه واقعاً عجیب به نظر می رسید
به عنوان مثال این ایده که نور در هنگام عبور از
کنار بدنی بسیار سنگین، خم می شود
هیچ کس به دنبال آن نبوده است
هیچ کس آن را مشاهده نکرده بود
انیشتین ناامید بود
ناامید از اخترشناسان برای انجام آزمایش بر روی نظریه اش
نظریه انیشتین پیش بینی می کند
وقتی نور از یک ستاره دوردست به سمت خورشید حرکت کند
فضای پیچیده اطراف خورشید، مسیر نور را خم می کند
در ماه می ۱۹۱۹، ستاره شناس انگلیسی آرتور ادینگتون
به جزیره آفریقاییِ پرنسپه سفر کرد تا تصاویری را ضبط کند
که نشان دهنده این پدیده باشد
آنچه ادینگتون قادر به انجامش بود
گرفتن عکس از ستارگان
طی یک خورشید گرفتگی کامل بود
زیرا ماه بیشتر روشنایی خورشید را مسدود می کند
و نقطه های نورانی کوچک را می توان در اطراف خورشید دید
در غیر این صورت در تشعشع خیره کننده آن گم می شود
ادینگتون و همکارانش توانستند اندازه بگیرند
که ظاهر آن ستارگان نسبت به
مکانی که باید باشند، تغییر کرده
جرم زیاد خورشید، نور دوردست را
منحرف نکرده است
بنابراین ادینگتون توانست نشان دهد
که تئوری نسبیت عام انیشتین درست است
و انقلابی در علم ایجاد شده است
هنگامی که آزمایشات خورشیدگرفتگی، درستی نظریه انیشتین را اثبات کرد
او سریعا به شهرت رسید نه فقط به این دلیل که
او یک روش جدید برای دیدن جهان را توضیح داده بود
بلکه در پایان جنگ جهانی اول
پیش بینی های یک دانشمند آلمانی توسط
بعضی از اخترشناسان انگلیسی اثبات شده بود
و این به تیتر اول خبرها در سراسر جهان تبدیل شد
روزنامه نیویورک تایمز می گوید
نوری بهشتی به هر سو میتابد
مردان علم کم و بیش نگرانند
این برای وقتی است که روزنامه ها
می دانستند چگونه عناوین عالی بنویسند
اما انیشتین به نوعی عاشق این واقعیت بود
که او اکنون نمادی از علم است
انیشتین به یک شهرت جهانی دست یافت
نمادی از نبوغی که ما هنوز هم امروزه می شناسیم
تنها شخصی که بیشتر شناخته شده بود
چارلی چاپلین بود
و آنها خیلی سریع با هم دوست شدند
چاپلین گفت: دلیل اینكه همه آنها مرا دوست دارند
این است كه همه كارهایی را كه می كنم، میفهمند
و دلیل آنکه شما را دوست دارند
این است كه کاری را كه شما میکنید درک نمی كنند
آیا می توانید این را توضیح دهید؟
و انیشتین گفت
اما در دهه ۱۹۳۰ در برلین، حزب نازی قدرت را بدست گرفت
به عنوان یک دانشمند یهودی، انیشتین به طور فزاینده ای
گرفتار آشفتگی سیاسی شد
نظریه های انیشتین به یک هدف تبدیل شدند
آنها از نظر زیبایی شناختی
به عنوان نوعی حساسیت آریایی پنداشته شدند
بنابراین مردم نه تنها به انیشتین دانشمند یهودی حمله کردند
بلکه در واقع افرادی را اجیر کرده بودند
که نسبیت عام را محکوم کنند
در ژانویه، آلبرت انیشتین ریاضیدان برنده ی جایزه نوبل
به کالیفرنیا رفت
او شروع به سفر به آمریکا کرد
جایی که با آغوش باز از او استقبال شد
ضرری برای آلمان و سودی به نفع آمریکا
و در سال ۱۹۳۳ او به همراه همسر دومش السا
در پرینستون مستقر شد
و به جایگاهی در انستیتوی مطالعات پیشرفته منصوب شد
امروزه این موسسه به سرپرستی استاد رابرت دیژگراف اداره می شود
او همچنان مانند گذشته بود
دقیقاً همانطور که در برلین بود
بر روی ایده های عمیق خود تمرکز می کرد
و برای درک جهان تلاش می کرد
دفتر وی اینجا بود
در انستیتو
انیشتین تلاش کرد تا نظریه گرانش را
با سایر قوانین فیزیک متحد کند
این پدیده را در بسیاری از
دانشمندان بزرگ می بینید
که آنها از این کوه بلند صعود می کنند
و به جای آن که موفقیت خود را جشن بگیرند
مفتخر به دیدن یک منظره بسیار گسترده تر هستند
و همه این کوه ها را پشت آن می بینند
فکر می کنم انیشتین بسیار آگاه بود
که هنوز چقدر باید کار انجام شود
تا آخرین روزهای زندگی خود سعی داشت
این معادلات را تحت فشار قرار دهد
و از نظر هندسه فضا و زمان
توضیحی از همه ی طبیعت پیدا کند
اما نسبیت عام داشت از علم اصلی محو می شد
اکنون فیزیک بر تئوری
کوانتومی اتمها و ذرات ریز متمرکز شده بود
نظریه ای که با عقاید انیشتین ناسازگار بود
اما می توانست در آزمایشگاه آزمایش شود
بیشتر نسبیت عام
فراتر از حد آزمایش بود
هنگامی که انیشتین در سال ۱۹۵۵ در سن ۷۶ سالگی درگذشت
به نظریه وی با
امیدی کم به کشف آینده نگریسته شد
بهترین تئوری های فیزیک همیشه ما را به جایی می برد که افرادی که
آنها را اختراع کردند حتی تصورش را هم نمی کردند
و یک نظریه واقعاً شگفت انگیز مانند نسبیت عام
انواع چیزهایی را که انیشتین
تصوری از آن نداشته، پیش بینی می کند
این تئوری زندگی خاص خود را دارد
ما نسبیت عام را در حال حاضر بسیار بهتر از آنچه
آلبرت انیشتین انجام داده، درک می کنیم
بلند کردن شاتل فضایی دیسکاوری
با تلسکوپ فضایی هابل، پنجره ما به روی جهان
امروز ۱۰۰ سال پس از اولین باری که
نسبیت عام ارائه شد
تلسکوپ ها منتشر شد متشکرم
فناوری جدید به ما این امکان را می دهد
تا برجسته ترین پیش بینی های این تئوری را مورد بررسی قرار دهیم
جهان در حال انبساط
سیاه چاله ها، امواج در فضازمان
و شاید عجیب ترین آن
ایده ای که نه فقط فضا بلکه خود زمان
نیز توسط اشیاء سنگین تحریف می شود
برای اثبات آن، تیمی از فیزیکدانان
آزمایش قابل توجهی را انجام می دهند
آنها در حال استفاده از دو ساعت اتمی هستند که تقریباً همگام با هم هستند
دقیقاً تا یک میلیاردم ثانیه
ساعت اصلی در سطح دریا می ماند
در حالی که آنها ساعت دوم را
به بالای کوه سناپی نیوهمپشایر می برند
نسبیت عام به ما می گوید که هرچه از
جرم کره زمین فاصله می گیرید، زمان باید سرعت بگیرد
بعد از چهار روز در بالای کوه
ساعت آزمایش برای مقایسه به آزمایشگاه برده می شود
آنها در آنجا آن را با ساعت اصلی بر سطح دریا مقایسه می کنند
آن یکی را در کانال الف قرار خواهیم داد
چهار روز پیش، آنها هماهنگ تیک می زدند
ساعت اصلی در کانال ب
اما حالا چطور؟
آماده اید؟
درست همینجاست
شمارنده زمانی به ما
تفاوت زمانی بین این دو تیک ساعت را نشان می دهد
۲۰ نانو ثانیه
شما می توانید تفاوت زمانی را که بین آنها
نشان داده شده بطور نموداری
برای ساعتی که چهار روز در کوه
و ساعت اصلی، مشاهده کنید
جاذبه و تحریفات فضا و زمان
با دور شدن از سطح سیاره ضعیف تر می شود
بنابراین زمان برای ساعت آزمایشی که در کوه بود
طولانی شد
اکنون ۲۰ نانوثانیه است
۲۰ میلیاردم ثانیه جلوتر از ساعت سطح دریا
این واقعاً عالی است
این تحریف زمان عواقب تعجب آوری دارد
سیستم موقعیت یاب جهانی
چیزی که همه ما آنرا مورد توجه قرار می دهیم
بدون در نظر گرفتن این امر کار نمی کند
مهندسینی که سیستم جی پی اس را که هر روز از آنها
برای تعیین مکان استفاده می کنند ساخته اند
مجبور بودند که آن را از نظر تنظیم زمان بین ساعت های ماهواره ای
و گیرنده های موجود در زمین، تنظیم کنند
اگر این کار را نمی کردند، جی پی اس هر روز شش مایل خاموش می شد
واحدهای جی پی اس شما
از نتایج نسبیت عام استفاده می کنند
وقتی در اتومبیل خود حرکت می کنید
شاید میبایست از عمو آلبرت تشکر کنید
از بین همه پیش بینی های نسبیت عام
که فناوری های جدید به ما امکان کشف آن را داده است
یک واقعیت وجود دارد که تنها از داستان های علمی تخیلی برمی آید
سیاه چاله ها
هر آنچه در زندگی عادی با آنها آشنا هستیم
از ماده ساخته می شود
اما سیاه چاله اینطور نیست
سیاهچاله ها از فضا و زمان در هم تنیده ساخته شده اند
و دیگر هیچ
سیاه چاله شیئی است کروی
مانند ستاره یا زمین
با یک مرز تیز به نام افق رویداد
که از طریق آن هیچ چیز نمی تواند بیرون بیاید
بر روی هرچیز در اطرافش سایه ای شوم می اندازد
این فقط یک چیز سیاه است. سایه ای سیاه. بطور غیرقابل باوری سیاه
این شبیه سازی تحریفات نور ستاره در اطراف
سیاه چاله را نشان می دهد
با وجود اینکه انیشتین می دانست تئوری وی سیاه چاله ها را پیش بینی می کند
اما باور کردن اینکه همچین چیزی واقعاً در طبیعت وجود دارند برایش دشوار بود
در دهه ۱۹۶۰ پروفسور کیپ تورن
روی مفهوم ریاضی سیاه چاله ها کار کرد
این ایده روی کاغذ معنا پیدا کرد
و او احساس کرد که این اشیاء که شبیه داستان های علمی تخیلی است
ممکن است واقعی باشند
باید در جایی همین اطراف باشد، در میان یکی از این کپه ها
کیپ تورن با دوست فیزیکدان دیگر خود استیون هاوکینگ
شرط بندی کرد که آیا منبع قدرتمندی از پرتوهای ایکس
موسوم به ماکیان ایکس یک در واقع یک سیاه چاله است یا نه
فکر کنم اینجا است
بله. نسبیت، ستاره ها و سیاه چاله ها
بله همینجاست
این یک نسخه از آن شرط معروف است
استیون هاوکینگ بر روی اشتراک یک ساله
مجله پنت هاوس شرط می بندد
ر برابر شرط کیپ تورن برای اشتراک چهار ساله
یک مجله سیاسی به نام چشم های پرایوت
که ماکیان ایکس یک شامل سیاهچاله‌ای با جرم بالاتر از
حد چاندراسخار نیست
این شرطبندی در روز ۱۰ دسامبر ۱۹۷۴ است
استفن هاوکینگ سرمایه گذاری بسیار وحشتناک عمیقی را
برروی سیاه چاله بودن آن انجام داده بود
بنابراین او شرط بندی را علیه خود به عنوان یک بیمه نامه مقرر کرد
که حداقل اگر معلوم شود
ماکیان ایکس یک سیاه چاله نیست، چیزی از آن بهره مند شود
مدارکی که بعد از آن در طی
دهه ۷۰ و ۸۰ تصویب شد
در ژوئن ۱۹۹۰
استیون یواشکی به دفتر من آمد و شرط بندی را امضا کرد
سرانجام شواهدی کاملاً شگفت آورگفت که
ماکیان ایکس یک واقعاً یک سیاه چاله است
و مجله پنتهاوس آمد
او نسخه انگلیسی پنت هاوس را که برای من
بسیار برجسته تر از پنت هاوس آمریکایی بود
به من ارسال کرد
وقتی که در ابتدا آن را دریافت کردم صورتم قرمز شد
امروز شواهدی وجود دارد که نشان می دهد
میلیون ها سیاه چاله تنها در کهکشان ما وجود دارد
اما شاید عمیق ترین پیش بینی نسبیت عام این باشد
که جهان ما یک شروع داغ و متراکم داشت
که ما آن را انفجار بزرگ می نامیم
این کشف که کهکشانهای دوردست از ما دور می شوند
و وجود یک تابش پس زمینه کیهانی که باعث نشت اشعه در فضا می شود
شواهدی برای انفجار بزرگ
و جهان در حال رشد است
با این تصویر از جهان در حال گسترش
سوالاتی طبیعی به وجود آمد
آیا جهان در حال گسترش سرعتش کم میشود؟
آیا آنقدر متراکم است
که روزی متوقف و فروپاشی شود؟
آیا جهان به پایان خواهد رسید؟
به نظر می رسید این سؤالات خوبی است
برای یافتن پاسخ ها، در دهه ۱۹۹۰، سئول پرلمیت و تیم وی
ستاره های انفجاری ای به نام ابرنواخترها را مشاهده کردند
تا رشد جهان را ردیابی کنند
هنگامی که اندازه گیری را انجام دادیم، متوجه شدیم که جهان
به اندازه کافی کند نمی شود تا به توقف برسد
در حقیقت، اصلاً سرعتش کم نمیشود
بلکه در حال افزایش است
جهان با سرعت هرچه تمام تر گسترش می یابد
اما چه چیزی آن را تحت فشار قرار می دهد؟
برای توضیح شتاب جهان
در نظریه نسبیت عام انیشتین
ما در نظر داریم یک انرژی در کل فضا پراکنده کنیم
که قبلاً هرگز ندیده ایم
ما نمی دانیم این چیست
ما آن را انرژی تاریک می نامیم
و اگر چنین باشد، نیاز به چیزی
مانند ۷۰٪ از کل مواد جهان
به این شکل از انرژی تاریک است
هضم این قضیه سخت است
ممکن است با خود فکر کنید که در این مرحله
باید به عقب برگشته و نظریه خود را دوباره مرور کنید
مسئله این است که نظریه انیشتین بسیار ظریف است
و رقم های بسیار زیادی را با دقتی پیش بینی می کند
که در هر نظریه دیگری
کاری بسیار دشوار است
یک پیش بینی نهایی از نسبیت عام وجود دارد
که آزمایش نشده باقی مانده است امواج گرانشی
اتفاقات عظیمی در جهان اتفاق می افتد
مانند برخورد سیاه چاله ها و یا ستاره های در حال انفجار
و این امواج گرانشی را ایجاد می کند
امواجی به شکل فضا و زمان
که با سرعت نور در جهان حرکت می کنند
همین حالا فضای اطراف من
توسط امواج گرانشی فشرده شده و کش آمده
بیایید فرض کنیم دو سیاه چاله
که یک میلیارد سال نوری دورتر در حال برخورد هستند
اما فشردن و کشش در کسری از دقیقه است
و من نمی توانم شخصاً آن را تشخیص دهم
بنابراین ما دراینجا تلاش میکنیم ابزاری بسازیم است که بتواند این کار را انجام دهد
در ایالت لوئیزیانا و واشنگتن
آزمایش گسترده ای به نام لایگو
در مراحل نهایی کالیبراسیون است
امید است که پرتوهای لیزر که دو و نیم مایل بین
آینه های دقیقاً هم تراز حرکت می کنند
فشردگی فضای ناشی از
امواج گرانشی را اندازه گیری کنند
این می تواند یک پنجره کاملاً جدید را بر روی جهان باز کند
برای ۱۰۰ سال ثابت شده است
که نسبیت عام دوباره درست است
اما خود انیشتین می دانست که نظریه بزرگ او محدودیت هایی دارد
و با جهان کوانتومی ذرات ریز اتمی
ناسازگار است
در اینجا، در انستیتوی مطالعات پیشرفته
جایی که انیشتین مشغول به کار بود
فیزیکدانان تئوری برجسته جهان در تلاشند
تا مسئله ای را که انیشتین نتوانست حل کند، پیدا کنند
یافتن مجموعه ای از قوانین خاص
که برای مقیاس های کیهانی و اتمی صدق می کند
یک تئوری واحد
جام مقدس فیزیک
ما اکنون در جایی هستیم که در این زمان مدرسه فیزیک است
در اینجا مردم هنوز با بسیاری از
موضوعاتی که انیشتین با آن دست و پنجه نرم می کرد، در تکاپو هستند
و هنوز هم در یک معادله واحد سعی در ضبط قوانین جهان
از نقطه ای بسیار کوچک تا بسیار بزرگ دارند
و هنوز هم تخته سیاه ابزار کار است
درخشان ترین ذهن های جهان برای کار
بر روی درک اسرار بزرگ جهان
۲۴ ساعت و هفت روز هفته به اینجا می آیند
و فکر می کنم ما هنوز هم تحت تاثیر همان رویا هستیم
روزی بتوانیم
همه چیز را در ریاضیاتی ظریف تصرف کنیم
۱۰۰ سال پس از اینکه انیشتین
درک ما از طبیعت را دگرگون کرد
عرصه برای انقلاب بعدی باز شده است
هنگامی که ما در نهایت فراتر از انیشتین حرکت کنیم
ممکن است یک نابغه دیگری در جایی باشد
کسی که در حال حاضر در یک مدرسه فقیر در کنیا تلاش می کند
و ما از آن چیزی نمی دانیم
یا ممکن است ۲۰ نفر مختلف
با ۲۰ نقطه نظر مختلف به تدریج
آجر به آجر بنا کنند تا
سرانجام منظره ای جامع تر پیدا کنند
که شامل نسبیت عام هم باشد
من فکر می کنم مهمترین چیزی که
شما از انیشتین یاد می گیرید قدرت یک ایده است
اگر صحیح باشد، غیر قابل توقف است
این بسیار دلگرم کننده است که او با اندیشه ای ناب
قادر به حل معمای جهان بود
هنگامی که ما نسبیت عام داشتیم
جهان کاملاً تغییر کرد
دیدگاه ما در مورد جهان کاملاً تغییر کرد
منظورم این است که منشاء جهان
پیش بینی مستقیم از نسبیت عام است
قبلاً چنین چیزی را نداشتیم
من اغلب تعجب می کنم که انیشتین اگر بود
چه چیزی از فیزیک نظری امروز میساخت
فکر می کنم او می گفت
"ادامه دهید. داستان درست را پیدا کنید. جزئیات را در نظر بگیرید."
می دانید، شما عالم عظیمی دارید
که از برخی قوانین طبیعت پیروی می کند
اما این قوانین واقعاً کجا کشف شده اند؟
آنها کجا مطالعه می شوند؟
و سپس شما به این سیاره کوچک می روید
و یک فرد دیگر به نام انیشتین وجود دارد که این موضوع را در دست میگیرد
و اکنون گروه کوچکی از مردم
در حال راه رفتن در جای پای او هستند و سعی می کنند آن را بیشتر پیش ببرند
و من غالباً احساس می کنم
این بخش کوچکی از جهان است
که در واقع به خود بازتاب می دهد
و سعی می کند خود را درک کند