آلبرت اینشتین (۱۸۷۹-۱۹۵۵) یکی از مشهورترین دانشمندان تمام دوران است به طوری که نام او مترادف با کلمه “نابغه” شده. ایده های او منجر به تغییر درک ما از فضای اطرافمان و تعامل ما با جهان هستی شد. در این مقاله به بررسی پنج ایده انیشتین که دنیا را تغییر داد می پردازیم.
فضا-زمان
یکی از اولین و مهم ترین دستاوردهای انیشتین نظریه نسبیت خاص بود که در سن ۲۶ سالگی به دست آمد. این نظریه به حرکت نسبی در موارد خاصی که نیروهای گرانشی نادیده گرفته می شوند، گفته می شود که یکی از بزرگترین انقلاب های علمی در تاریخ بود و طرز تفکر فیزیکدانان را در مورد مکان و زمان کاملاً تغییر داد.
در واقع، اینشتین این دو عامل را در یک پیوستار فضا-زمان ادغام کرد. یکی از دلایلی که فکر می کنیم فضا و زمان کاملاً از هم جدا هستند این است که در واحدهای مختلفی مانند مایل و ثانیه اندازه گیری می شوند اما انیشتین نشان داد که چگونه این واحدها قابل تعویض و از طریق سرعت نور به یکدیگر مرتبط هستند.
E = mc^2
معادله مشهور انیشتین E = mc^2 یک انشعاب غیرمنتظره از نسبیت خاص بود که احتمالاً تنها فرمول ریاضی است که به یک نماد فرهنگی تبدیل شده است. این معادله جرم (m) و انرژی (E)، دو پارامتر فیزیکی که قبلاً تصور می شد کاملاً از هم جدا هستند را به یکدیگر مرتبط می کند.
در فیزیک سنتی، جرم مقدار ماده موجود در یک جسم را اندازه گیری می کند، در حالی که انرژی خاصیتی است که جسم به واسطه حرکت و نیروهای وارد بر آن دارد. علاوه بر این، انرژی می تواند در غیاب کامل ماده وجود داشته باشد، به عنوان مثال در نور یا امواج رادیویی.
معادله انیشتین می گوید تا زمانی که جرم را در c^2 یا مجذور سرعت نور ضرب کنید، جرم و انرژی اساساً یک چیز هستند. این بدان معناست که اگر یک جسم با سرعت بیشتر حرکت کند، جرمش صرفاً به این دلیل که در حال به دست آوردن انرژی است، زیاد خواهد شد. همچنین به این معنی است که حتی یک جسم بی‌حرکت و ساکن مقدار زیادی انرژی محبوش شده در درون خود دارد.
لیزر
لیزرها جزء ضروری فناوری مدرن هستند و در همه چیز از بارکدخوان ها و نشانگرهای لیزری گرفته تا هولوگرام و ارتباطات فیبر نوری استفاده می شوند. اگرچه لیزرها معمولاً با انیشتین مرتبط نیستند اما در نهایت کار او بود که وجودش را ممکن کرد.
کلمه لیزر که در سال ۱۹۵۹ ابداع شد، مخفف “تقویت نور با انتشار تحریک شده تشعشع” است و به گفته انجمن فیزیک آمریکا، تابش تحریک شده مفهومی است که انیشتین بیش از ۴۰ سال قبل تر، آن را توسعه داده بود.
در سال ۱۹۱۷، انیشتین مقاله ای در مورد نظریه کوانتومی تابش نوشت و توضیح داد که چگونه یک فوتون نور که از یک ماده عبور می کند می تواند گسیل فوتون های بیشتری را تحریک کند. او متوجه شد که فوتون های جدید در همان جهت و با همان فرکانس و فاز فوتون اصلی حرکت می کنند که منجر به یک اثر آبشاری می شود. او به عنوان یک نظریه پرداز، این ایده را بیشتر از این پیش نبرد.
سیاه چاله و کرم چاله ها
نظریه نسبیت خاص نشان داد که فضا-زمان حتی در غیاب میدان های گرانشی قادر به انجام کارهای بسیار عجیبی است. اما این تنها نوک کوه یخ است، همانطور که انیشتین در نظریه نسبیت عام خود در نهایت موفق شد گرانش را به ترکیب اضافه کند.
او دریافت که اجرام عظیم مانند سیارات و ستارگان در واقع ساختار فضا-زمان را خمیده می کنند و این خمیدگی است که اثراتی را ایجاد می کند که ما به عنوان گرانش درک می کنیم. انیشتین نسبیت عام را از طریق مجموعه پیچیده ای از معادلات توضیح داد که طیف وسیعی از کاربردها دارند.
راه حل کارل شوارتزشیلد برای حل این معادلات، در سال ۱۹۱۶ منجر به پیدایش سیاه چاله شد. راه حل دیگری که خود اینشتین در سال ۱۹۳۵ با همکاری ناتان روزن ابداع کرد، امکان میانبرها را از یک نقطه در فضا-زمان به نقطه دیگر را توصیف کرد. این پل‌ها که در ابتدا پل‌های انیشتین-رزن نامیده شدند، اکنون با نام آشناتر کرم چاله شناخته می‌شوند.
جهان در حال گسترش
یکی از اولین کارهایی که انیشتین با معادلات نسبیت عام خود در سال ۱۹۱۵ انجام داد، به کار بردن آنها در کل جهان هستی بود. اما پاسخی که داده شد به نظر او اشتباه بود. او نشان داد که خود بافت فضا در حالت انبساط مداوم است و کهکشان‌ها را به همراه خود می‌کشد، بنابراین فاصله بین آنها دائماً در حال افزایش است.
عقل سلیم به انیشتین گفت که این نمی تواند درست باشد، بنابراین او چیزی به نام ثابت کیهانی را به معادلات خود اضافه کرد تا یک جهان ایستا و با رفتار خوب تولید کند. اما در سال ۱۹۲۹، مشاهدات ادوین هابل از کهکشان‌های دیگر نشان داد که جهان واقعاً در حال انبساط است، ظاهراً دقیقاً به روشی که معادلات اولیه اینشتین پیش‌بینی کرده بود.
به نظر این پایانی برای ثابت کیهانی که اینشتین بعدها به عنوان بزرگترین اشتباه خود توصیف کرد، بود اما اینگونه نشد. بر اساس اندازه‌گیری‌های دقیق‌تر از انبساط جهان، اکنون می‌دانیم که در غیاب یک ثابت کیهان شناختی، به جای کاهش سرعت، در حال افزایش است. بنابراین به نظر می رسد که انیشتین چندان هم در اشتباه نبوده است.
