آلبرت انیشتین: زندگی، نظریه‌ها و تأثیر او بر علم
آلبرت انیشتین: زندگی، نظریه‌ها و تأثیر او بر علم
اینشتین همچنین به دلیل نظریه نسبیت عام (توضیح گرانش) و اثر فوتوالکتریک (که رفتار الکترون‌ها را در شرایط خاص توضیح می‌دهد) شهرت دارد. کار او بر روی اثر فوتوالکتریک، در سال ۱۹۲۱ جایزه نوبل فیزیک را برایش به ارمغان آورد.
انیشتین هم تلاش بیهوده‌ای کرد تا تمام نیروهای جهان را در قالب یک نظریهٔ واحد یا «نظریهٔ همه‌چیز» متحد کند که در زمان مرگ نیز همچنان بر روی آن کار می‌کرد.
سالهای اولیهٔ زندگی انیشتین
اینشتین در روز ۱۴ ماه مارس ۱۸۷۹ در شهر اولم آلمان به دنیا آمد، شهری که امروزه فقط کمی بیش از ۱۲۰ هزار تن جمعیت دارد.
در جایی که خانه او قرار داشت (و در طول جنگ جهانی دوم ویران شد)، یک پلاک یادبود کوچک وجود دارد.
به گفته تارنمای جایزه نوبل، مدت کوتاهی پس از تولد او، خانواده به مونیخ نقل مکان کردند و بعداً زمانی که پدرش برای اداره کردن تجارت خود با مشکلاتی مواجه شد، به ایتالیا رفتند.
پدر انیشتین، هرمان، یک کارخانه الکتروشیمیایی را اداره می‌کرد و مادرش پائولین از آلبرت و خواهر کوچکترش ماریا مراقبت می‌کرد.
به گفته هانس جوزف کوپر (محقق زندگی آلبرت انیشتین)، انیشتین در خاطرات خود می‌نویسد که دو «مورد عجیب» عمیقاً در سالهای اولیه زندگی او تأثیر گذاشته‌اند.
انیشتین جوان در سن ۵ سالگی با اولین شگفتی خود یعنی قطب‌نما روبرو شد: او متعجب بود که نیروهای نامرئی می‌توانند سوزن را منحرف کنند.
این امر منجر به شیفتگی مادام‌العمر آلبرت نسبت به نیروهای نادیده شد. دومین شگفتی در سن ۱۲ سالگی و زمانی رخ داد که او کتاب هندسه را کشف کرد؛ سپس آن را پرستش کرد و آن را «کتاب هندسه مقدس» خود نامید.
بر خلاف تصور عمومی، آلبرت جوان دانش‌آموز خوبی بود. کوپر در تارنمای خود می‌نویسد: او در فیزیک و ریاضیات عالی بود، اما در سایر دروس دانش‌آموز «متوسط‌تری» بود.
با این حال، انیشتین علیه نگرش اقتدارگرایانه برخی از معلمان خود شورش کرد و در ۱۶ سالگی مدرسه را رها کرد. او بعداً در امتحان ورودی مدرسه پلی تکنیک فدرال سوئیس در زوریخ شرکت کرد و در حالی که عملکردش در فیزیک و ریاضی عالی بود، نمراتش در سایر زمینه‌ها زیر سطح موردنظر بود و او در امتحان پذیرفته نشد.
این فیزیکدان مشتاق، برای پر کردن شکاف دانش خود دوره‌های بیشتری را گذراند و در سال 1896 در پلی تکنیک سوئیس پذیرفته شد. در سال ۱۹۰۱ برای تدریس فیزیک و ریاضیات دیپلم دریافت کرد.
با این حال، انیشتین نتوانست موقعیت تدریس پیدا کند و بر اساس زندگی‌نامه خود که برای جایزه نوبل ارائه داده بود، در سال ۱۹۰۱ در یک اداره ثبت اختراع در برن شروع به کار کرد.
در همان زمان بود که در حین تجزیه و تحلیل درخواست‌های ثبت اختراع، کار خود را در نسبیت خاص و سایر زمینه‌های فیزیک توسعه داد که بعدها او را به شهرت رساند.
انیشتین در سال ۱۹۰۳ با میلوا ماریچ، عشق دیرینه خود از زوریخ، ازدواج کرد. فرزندان آنها، هانس آلبرت و ادوارد، در سالهای ۱۹۰۴ و ۱۹۱۰ به دنیا آمدند. اما انیشتین در سال ۱۹۱۹ از ماریک طلاق گرفت و اندکی بعد با السا لوونتال ازدواج کرد. لوونتال در سال ۱۹۳۳ درگذشت.
نکات برجستهٔ حرفه‌ای
تخصص انیشتین باعث شد او به کشورهای مختلف راه پیدا کند. او در سال ۱۹۰۵ دکترای خود را از دانشگاه زوریخ گرفت و متعاقباً در زوریخ (۱۹۰۹)، پراگ (۱۹۱۱) و زوریخ (۱۹۱۲) مجدداً سمت استادی گرفت.
سپس به برلین نقل مکان کرد تا مدیر مؤسسه فیزیکی قیصر ویلهلم و استاد دانشگاه برلین شود (۱۹۱۴). او همچنین شهروند آلمان شد.
صحه‌گذاری عمده بر روی کار انیشتین در سال ۱۹۱۹ صورت گرفت، یعنی زمانی که سر آرتور ادینگتون (دبیر انجمن سلطنتی نجوم)، رهبری سفری به آفریقا را برعهده داشت تا موقعیت ستارگان در طول یک خورشیدگرفتگی کامل اندازه‌گیری شود.
این گروه دریافت که موقعیت ستارگان به دلیل خمش نور به دور خورشید تغییر کرده است.
اینشتین تا سال ۱۹۳۳ که دیکتاتور آدولف هیتلر به قدرت رسید، در آلمان ماند. سپس این فیزیکدان تابعیت آلمانی خود را رها کرد و به ایالات متحده رفت تا استاد فیزیک نظری در دانشگاه پرینستون شود. او در سال ۱۹۴۰ شهروند ایالات متحده و در سال ۱۹۴۵ بازنشسته شد.
انیشتین در سالهای آخر عمر خود در جامعه فیزیک همچنان فعال باقی ماند. او در سال ۱۹۳۹، نامه‌ای به فرانکلین دی. روزولت (رئیس جمهور وقت ایالات متحده) نوشت و هشدار داد که اورانیوم می‌تواند برای بمب اتمی استفاده شود.
انیشتین در اواخر زندگی خود، درگیر یک سری مناظره خصوصی با فیزیکدان نیلز بور درباره اعتبار نظریه کوانتومی شد. تئوری‌های بور از این جدال برنده بیرون آمدند و انیشتین بعداً نظریه کوانتومی را در محاسبات خود گنجاند.
مرگ انیشتین
انیشتین در روز ۱۸ آوریل سال ۱۹۵۵ بر اثر آنوریسم آئورت درگذشت. به گفته موزه تاریخ طبیعی آمریکا (AMNH) یک رگ خونی در نزدیکی قلب او ترکید.
وقتی از انیشتین پرسیده شد که آیا می‌خواهد عمل جراحی انجام دهد یا نه، امتناع کرد. او گفت: «وقتی قرار است بروم، پس بهتر است بروم. طولانی کردن زندگی به‌شکل مصنوعی بی‌مزه است. من سهم خودم را انجام داده‌ام، حالا وقت رفتن است».
بخش بزرگی از پیکر انیشتین سوزانده شد و به گزارش AMNH، خاکستر او در مکانی نامعلوم پخش گشت. اما هاروی (پزشک بیمارستان پرینستون) در یک کالبد شکافی جنجالی، مغز و کره چشم انیشتین را خارج کرد.
این پزشک صدها بخش نازک از بافت مغز را برش داد تا روی اسلایدهای میکروسکوپ قرار دهد و ۱۴ عکس از مغز از چندین زاویه گرفت.
هاروی در طول ۳۰ سال بعد، برای سایر محققانی که آنها را درخواست کردند چند اسلاید ارسال کرد، اما بقیه مغز را در دو ظرف شیشه‌ای نگهداری کرد.
داستان مغز انیشتین تا سال ۱۹۸۵ به فراموشی سپرده شد، زمانی که هاروی و همکارانش نتایج مطالعه خود را در مجله Experimental Neurology منتشر کردند.
گفته می‌شود هاروی در امتحان شایستگی در سال ۱۹۸۸ مردود و مجوز پزشکی او لغو شد. هاروی در نهایت مغز را به بیمارستان پرینستون بازگرداند. به گزارش لایو ساینس، قطعاتی از مغز انیشتین اکنون در موزه موتر واقع در فیلادلفیا هستند.
مغز شگفت‌انگیز انیشتین
نویسندگان مطالعهٔ هاروی در سال 1985 گزارش دادند که نسبت به سایر مغزهایی که آنها بررسی کردند، مغز انیشتین تعداد بیشتری سلول گلیال (یعنی سلول‌هایی که سیستم عصبی را پشتیبانی و جدا می‌کنند) در هر نورون (سلول‌های عصبی) دارد.
آنها به این نتیجه رسیدند که این امر می‌تواند نشان دهد که نورون‌ها نیاز متابولیکی بالاتری دارند؛ به عبارت دیگر، سلول‌های مغز انیشتین به انرژی بیشتری نیاز داشتند و انرژی بیشتری مصرف می‌کردند و به همین دلیل است که او چنین توانایی‌های فکری پیشرفته و مهارت‌های مفهومی داشت.
اما به گفته اریک اچ. چادلر (عصب‌شناس در دانشگاه واشنگتن)، سایر پژوهشگران به چند مشکل در این مطالعه اشاره کرده‌اند.
به عنوان مثال، اولاً سایر مغزهای مورد استفاده در این مطالعه همگی جوان‌تر از مغز انیشتین بودند.
دوم اینکه، «گروه مورد آزمایش» فقط یک عضو داشت و آن هم انیشتین بود. بدین‌ترتیب، مطالعات بیشتری لازم است تا ببینیم آیا این تفاوت‌های تشریحی در افراد دیگر هم یافت می‌شود یا خیر.
سوم اینکه در این تحقیق، تنها بخش کوچکی از مغز انیشتین مورد مطالعه قرار گرفت.
مطالعه دیگری که در سال ۱۹۶۶ در مجله Neuroscience Letters منتشر شد، نشان داد که وزن مغز اینشتین تنها ۱۲۳۰ گرم است که کمتر از میانگین مغز مردان بالغ (حدود ۱۴۰۰ گرم) است. همچنین، قشر مغز این دانشمند نازک‌تر از پنج مغز مورد کنترل بود، اما تراکم نورون‌های آن بیشتر بود.
مطالعه‌ای که در سال ۲۰۱۲ در مجله Brain منتشر شد، نشان می‌داد که مغز انیشتین در ماده خاکستری (یعنی محل تفکر آگاهانه)، چین‌خوردگی بیشتری دارد. به‌ویژه، لوب‌های فرونتال یا مناطقی که به تفکر و برنامه‌ریزی انتزاعی گره خورده‌اند، دارای چین‌خوردگی غیرمعمول پیچیده‌ای بودند.
میراث علمی اینشتین
میراث اینشتین در فیزیک بسیار قابل توجه است. در ادامه به مرور برخی از اصول کلیدی علمی‌ای که او پیشگام آنها بود می‌پردازیم:
نظریهٔ نسبیت خاص: اینشتین نشان داد که قوانین فیزیک برای همه ناظران یکسان هستند، البته تا زمانی که تحت شتاب نباشند.
اما سرعت نور در خلاء همیشه یکسان و ثابت است؛ صرف نظر از اینکه ناظر با چه سرعتی حرکت کند. بدین‌ترتیب او دریافت که مکان و زمان با چیزی که ما اکنون فضا-زمان می‌نامیم پیوند دارند.
بنابراین، رویدادی که توسط یک ناظر دیده می‌شود، ممکن است در زمان دیگری توسط ناظر دیگر نیز دیده شود.
نظریهٔ نسبیت عام: این نظریه، در واقع فرمول‌بندی مجدد قانون گرانش بود. در دهه ۱۶۰۰ میلادی، نیوتن سه قانون حرکت صورت‌بندی کرد که از میان آنها می‌توان به نحوه عملکرد گرانش بین دو جسم اشاره کرد.
نیروی بین آنها بستگی به این دارد که هر جسم چقدر جرم دارد و اینکه آن دو جسم چقدر از هم فاصله دارند. انیشتین گفت که یک جسم پرجرم باعث ایجاد اعوجاج در فضا-زمان می‌شود (مانند قرار دادن یک توپ سنگین روی ترامپولین).
گرانش زمانی اعمال می‌شود که اجسام دیگر در «چاه» ایجاد شده توسط اعوجاج در فضا-زمان (همچون سنگ مرمری که به سمت یک توپ بزرگ می‌غلتد)، فرو می‌افتند.
گفتنی است در سال ۲۰۱۹ نسبیت عام در آزمایشی که شامل یک سیاهچاله بسیار پرجرم در مرکز کهکشان راه شیری بود، آزمایش بزرگی را پشت سر گذاشت و از آن سربلند بیرون آمد.
اثر فوتوالکتریک: کار انیشتین در سال ۱۹۰۵ پیشنهاد کرد که نور را باید به‌عنوان جریانی از ذرات (فوتون) در نظر گرفت، درست همانطور که در آن زمان معمولاً تصور می‌شد نور گسسته دارد. کار او به رمزگشایی نتایج عجیبی کمک کرد که دانشمندان قبلاً قادر به توضیح آن نبودند.
نظریهٔ میدان یکپارچه: اینشتین بیشتر سالهای آخر عمر خود را صرف ادغام میدان‌های الکترومغناطیسی و گرانشی کرد. او ناموفق بود، اما ممکن است جلوتر از زمان خود بوده باشد؛ هنوز هم سایر فیزیکدانان بر روی این مسئلهٔ بزرگ سرگرم کار و پژوهش هستند.
میراث اینشتین در زمینهٔ ستاره‌شناسی
کاربردهای زیادی از کار اینشتین وجود دارد، اما در اینجا برخی از قابل توجه‌ترین آنها در زمینهٔ ستاره‌شناسی آورده شده است:
امواج گرانشی: در سال ۲۰۱۶، رصدخانه امواج گرانشی تداخل‌سنج لیزری (LIGO) امواج فضا-زمان که با عنوان «امواج گرانشی» شناخته می‌شود را شناسایی کرد که پس از برخورد سیاهچالهها در فاصله ۱٫۴ میلیارد سال نوری از زمین اتفاق افتاد.
این رصدخانه همچنین در سال ۲۰۱۵ یعنی یک قرن پس از پیش‌بینی وجود این امواج توسط انیشتین، شناسایی اولیه امواج گرانشی را به انجام رساند. این، امواج بخشی از نظریه نسبیت عام اینشتین را تشکیل می‌دهند.
مدار عطارد: عطارد سیاره کوچکی است که در نزدیکی یک جسم بسیار غول‌پیکر نسبت به اندازه آن (یعنی خورشید) می‌چرخد. مدار آن مدتها قابل درک نبود، تا اینکه نسبیت عام نشان داد انحنای فضا-زمان بر حرکات عطارد تأثیر می‌گذارد و مدار آن را تغییر می‌دهد.
احتمال چندانی وجود ندارد که در طی میلیاردها سال آینده، عطارد به دلیل این تغییرات از منظومه شمسی به بیرون پرتاب شود (و احتمال کمتری هم وجود دارد که بتواند با زمین برخورد کند).
عدسی گرانشی: عدسی گرانشی پدیده‌ای است که به سبب آن یک جسم بزرگ (مانند یک خوشه کهکشانی یا یک سیاهچاله) نور را به اطراف خود خم می‌کند.
اخترشناسانی که از طریق تلسکوپ به آن منطقه نگاه می‌کنند، به دلیل خم شدن نور می‌توانند اجرام را مستقیماً در پشت جسم عظیم ببینند.
مثال معروفی از این پدیده، «صلیب انیشتین» است که یک اختروش در صورت فلکی پگاسوس است. جریان از این قرار است که یک کهکشان در فاصله تقریباً ۴۰۰ میلیون سال نوری از ما، نور این اختروش را خم می‌کند به طوری که در اطراف کهکشان چهار بار ظاهر می‌شود.
سیاهچالهها: در ماه آوریل سال ۲۰۱۹، تلسکوپ افق رویداد نخستین تصاویر از یک سیاهچاله را نشان داد.
این عکس‌ها دوباره چندین جنبه از نسبیت عام را تأیید و صحه‌گذاری کردند؛ از جمله نه تنها وجود سیاهچالهها، بلکه این که آنها یک افق رویداد دایره‌ای دارند؛ یعنی مرزی که که هیچ چیز نمی‌تواند از آن فرار کند، حتی نور.
