دانش آدینه ۲۳: ماجرای یک کسوف سرنوشت‌ساز

دیدارنیوز ـ سروش زمانی‌مقدم: با کاوش در تونل‌های پرپیچ و خم تاریخ، همواره می‌توان شاهد اتفاقاتی بود که ثابت می‌کنند که رخداد‌های تاریخی، لزوما مجموعه بهم پیوسته‌ای از اتفاقات خطی در طول زمان نبوده، بلکه عموما رخداد‌های جالب دیگری نیز در عرض آن‌ها اتفاق می‌افتند که بعضا بصورت تلخ یا شیرین، روند اتفاق اصلی را تحت شعاع قرار داده و تغییر می‌دهند. بررسی این عوامل به اصطلاح عرضی، در تاریخ پرفراز و نشیب و البته شکوهمند علم نیز خالی از لطف نبوده و قطعا ماجرای ارتباط تایید نظریه نسبیت عام اینشتین با یکی از کسوف‌های تاریخی و عوامل جانبی و عرضی دخیل در این ماجرا، یکی از شیرین‌ترین آنهاست که در ادامه به شرح آن می‌پردازیم.

نسبیت عام در واقع نظریه گرانش اینشتین بود که با تعمیم دادن شرایط نسبیت خاص، حالت کلی‌تر چارچوب‌های شتابدار را نیز در برگرفت و همچنین با معادلات میدان خود انحنای فضا-زمان و توزیع ماده در آن را توصیف کرد. این اثرات متقابل فضا-زمان و ماده همان چیزی بود که آن را بصورت گرانش احساس می‌کنیم. به بیان دیگر اینشتین موفق شد تا برای این سوال بی پاسخ در قانون گرانش نیوتون، که گرانش از کجا می‌آید، پاسخی بیابد. در این نظریه گرانش از خمیدگی فضا-زمان که توسط اجسام جرمدار ایجاد می‌شد، نشات می‌گرفت. جالب آن بود که این نظریه حداقل در ابتدای کار که به دنیای علم عرضه شد، در اکثر موارد با پیش بینی‌های گرانش نیوتنی تطابق داشت. هرچند که امروزه کاربرد‌های گسترده نتایج نسبیت عام در ابزار‌های بازرگانی، تسلیحات نظامی، تجهیزات ناوبری و سیستم‌های ماهواره ای، برتری بی، چون و چرا و صحت نظریه نسبیت عام را نسبت به گرانش نیوتونی عیان می‌کنند، اما پیشرفت تکنولوژیک و توانایی‌های مهندسی بشر در سال ۱۹۱۵ که اینشتین نظریه‌اش را منتشر کرد، در آن حد نبود که مستقیما بتواند نظریه را آزموده و خطا‌های نظریه نیوتونی را آشکار کند و بنابراین دانشمندان در آن زمان منتظر شرایطی بودند تا از راه‌های دیگری بتوانند صحت نظریه جدید را بررسی کنند.

بیشتر بخوانید: اینشتین؛ تصویر کیهان بی‌انتها روی فرمول‌های کوچک

خوشبختانه خود اینشتین در گام اول راه حلی برای این مشکل پیدا کرد. در واقع از سال‌ها پیش، مشاهدات تجربی معلوم کرده بود که مدار عطارد به دور خورشید، کاملا منطبق و جفت و جور با پیش بینی‌های نظریه نیوتونی نیست. این اینشتین بود که با محاسبه بر طبق نسبیت عام، ناهنجاری موجود بین مشاهدات تجربی و پیش بینی نظری مدار عطارد را توضیح داد و با در نظر گرفتن اثرات انحنای فضا-زمان، این بار پیش بینی نسبیت عام را با تجربه منطبق کرد. اما ماجرا به اینجا ختم نشد چرا که در واقع نظریه نیوتنی، تنها رقیب نسبیت عام نبود که با این موفقیت از میدان به در رود. حدود دو سال قبل از آنکه اینشتین نسبیت عام خود را کامل کند، فیزیکدان دیگری به نام "نوردشتروم" نسخه دیگری از یک نظریه گرانش ارائه کرده بود که اتفاقا آن هم نسبیت خاص را شامل می‌شد و جالب آنکه این تنها مزیت آن نبود، چرا که این نسخه، نظریه الکترومغناطیس را هم در برداشت. به یک معنا نظریه نوردشتروم، از نسبیت عام جامع‌تر و دست بر قضا ساده‌تر نیز بود!

بیشتر بخوانید: یک برابرست با بی‌نهایت!

هرچند که امروزه به دلایل فنی، این نظریه غلط است، اما در آن زمان، از آنجایی که بعد مکانی جدیدی در نظریه وارد می‌شد که به واسطه آن می‌توانست نیروی الکترومغناطیس را با نیروی گرانش یکی کند و از آنجایی که این اقدام، شاید جزو اولین گام‌ها برای ساختن یک نظریه متحد بود که می‌توانست جملگی نیرو‌های شناخته شده را در قالب یک نظریه تجمیع کند، لذا علیرغم آنکه نمی‌توانست همانند نسبیت عام، ناهنجاری مدار عطارد را توضیح دهد، در بین برخی فیزیکدانان آن زمان، چندان هم بی طرفدار نبود. زیبایی این تقابل تاریخی در آنجاست که به دلیل تشابه نظریه نوردشتروم با نسبیت عام، مبنی بر دربرداشتن نسبیت خاص و همچنین سادگی و جامع بودن آن، ابتدا حتی اینشتین نیز در سخنرانی‌های خود به تایید این نظریه می‌پرداخت، حال آنکه پس از توضیح ناهنجاری مدار عطارد به دور خورشید توسط اینشتین، اینبار، این نوردشتروم بود که به تمجید از نسبیت عام و انتقاد از نظریه خود می‌پرداخت، چرا که نظریه او از توضیح مشکل مدار عطارد ناتوان بود.

بیشتر بخوانید: نگاهی به نظریه جهان تورمی

اما حساب علم از تعارفات و سلیقه‌ها جداست و قاضی طبیعت، همواره راه خود را می‌رود.
در حقیقت طبیعت محک دیگری را پیش پای این دو نهاد که در ادامه خواهیم دید چگونه ورق به نفع نسبیت عام برگشت، و نظریه نوردشتروم، تنها در پرونده‌های تاریخی تلاش‌های بی شمار اذهان زیبا برای توصیف طبیعت بایگانی شد.

این محک، پیش بینی رفتار این دو نظریه رقیب با پرتو نور بود!
پیش بینی نظریه نوردشتروم آن بود که نور همواره در یک خط راست حرکت می‌کند، حال آنکه بر طبق نسبیت عام، پرتو نور در یک میدان گرانشی خم می‌شد! از این منظر، حتی نظریه نیوتونی به نسبیت عام نزدیکتر بود چرا که خیلی پیشتر پیش بینی شده بود که برطبق نظریه نیوتونی، پرتو نور انحناء می‌یابد و تنها تفاوت آن بود که معادلات اینشتین تنها یک خطای ضریب دو را در خمیدگی نیوتونی نور نشان می‌داد. این پیش بینی کجروی یا همان خمیدگی نور توسط نسبیت عام، ناشی از انحنای فضا-زمان در اطراف اجسام پرجرمی همچون خورشید بود که باعث می‌شد پرتو نور، مسیری خمیده را طی کند؛ بنابراین تنها لازم بود که منتظر اولین کسوف بعدی باشند تا بتوانند در فرصت ایجاد شده رصدی، این ادعا را بررسی کرده و مهر تایید یا رد بر فرضیات نسبیت عام بزنند.
ماجرا از اینجا به واسطه رخداد‌های عرضی تاریخ، جالب‌تر می‌شود!

بیشتر بخوانید: تماشای سیاهچاله؛ تلفیق زیبای علم و هنر

اینشتین در سال ۱۹۱۱ میزان خمیدگی پرتو نور برحسب نسبیت عام را محاسبه کرده بود، بنابراین در سال ۱۹۱۴، تنها یکسال قبل از اعلان رسمی و عمومی نسبیت عام، گروهی از دانشمندان در تلاش برای مشاهدات تجربی و رصد کسوف آن سال، عازم روسیه شدند.
همه چیز بخوبی پیش بینی شده بود به جز "جنگ جهانی اول! "

آری، گروه مذکور در عین ناباوری، چندین هفته به عنوان اسرای جنگی بازداشت شدند و کلیه لوازم و ادوات آن‌ها به تصرف در آمده و توسط سربازان ضبط شد. ناگفته پیداست که فرصت رویت این کسوف سرنوشت ساز و تایید نظریه اینشتین از دست رفت و در ابتدا حسرتی بزرگ بر دل او نشست.

بیشتر بخوانید: امی نوتر؛ مصائب زن ریاضیدان

اما تاریخ چیز دیگری را برای او رقم زده بود. در واقع این رویت نشدن کسوف مذکور بود که برای او سرنوشت ساز بود، و اتفاق رخ داده برای او بسیار سودمند بود چرا که وی فهمید که محاسبات سال ۱۹۱۱ او در مورد میزان خمیدگی نور دارای خطا بوده است و بنابراین اگر دانشمندان موفق به رویت کسوف سال ۱۹۱۴ می‌شدند، چه بسا با رای منفی ایشان مبنی بر عدم توافق نظریه و تجربه، وی برای همیشه از ادامه کار بر روی نسبیت عام منصرف می‌شد.

یکسال بعد وقتی او به طور رسمی نظریه اش را به دنیای فیزیک عرضه کرد، تصحیحات لازم را انجام داده بود و اینبار چگونگی خمیدگی نور را به درستی پیش بینی کرده بود. چندسال بعد، اینبار در سفر دیگری به جزیره پرینسیپ در غرب آفریقا، همه چیز برای رصد کسوف سال ۱۹۱۹ آماده می‌شد با این تفاوت که در این سفر، داور دفاعیه دستاورد اینشتین، یا همان سرپرست گروه اعزامی، آرتور ادینگتون، منجم مشهور انگلیسی و از طرفداران پروپاقرص اینشتین بود.

بیشتر بخوانید: سفیدچاله؛ خیال یا واقعیت؟

ادامه ماجرا بر همگان روشن است. او طی یک پروسه نفس گیر، با تصاویر لازم و داده‌های ثبت شده توسط گروه اعزامی، به انگلستان بازگشت و چندی بعد طی محاسبات دقیقی نشان داد که انحراف پرتو نور در هنگام گذر از کنار خورشید، کاملا با پیش بینی‌های نسبیت عام اینشتین مطابقت دارد.

بیشتر بخوانید: متوشالح؛ ستاره‌ای که از جهان پیرتر است

در ادامه از یک طرف، این نام اینشتین بود که با شهرت هرچه تمامتر، بخاطر موفقیتش در ایجاد نظریه‌ای که نیرو‌های گرانشی را توصیف می‌کرد، نقل تمامی محافل علمی، نشریات و بنگاه خبری بود که برای دعوت و درخواست سخنرانی یا مصاحبه با او سر و دست می‌شکستند، و از طرف دیگر، او در اندیشه تازه تری، رویای توصیف کیهان را با نظریه جدیدش در سر می‌پروراند.