ده آزمايش برتر جهان ( زيباترين آزمايش هاي فيزيك در تاريخ )

در عصري كه ما زندگي مي كنيم آزمايشهايي كه چشمان جهانيان را خيره مي كند ازجمله آزمايشهايي كه براي يافتن توالي اجزاي يك ژنوم، شكافتن ذرات ريز اتمي در شتابدهنده ها و تجزيه وتحليل ستارگاني كه با ما ميلياردها سال نوري فاصله دارند نياز به ميليونها دلار سرمايه گذاري دارند و تجزيه وتحليل اطلاعات به دست آمده از ابزارهاي پيشرفته دراين آزمايشها ماهها به طول مي انجامد.
«رابرت كريز» عضو گروه فلسفه دانشگاه نيويورك در استوني بروك كه مورخ آزمايشگاه ملي بروك هيون هم هست، از فيزيكدانان خواست ده آزمايش برتر جهان فيزيك را نام ببرند. برخلاف انتظار عصر ما كه آزمايشهاي پيچيده توسط تيمهاي برجسته دانشگاهها و مراكز تحقيقات صورت مي پذيرد ده آزمايش برتري كه به عنوان زيباترين آزمايشهاي فيزيك در طول تاريخ انتخاب شد توسط ده فيزيكدان بسيار سرشناس انجام شده بود كه دستياران چندان زيادي هم نداشتند. ازهمه جالب تر اين كه اين آزمايشهايي كه در فهرست زيباترين آزمايشهاي فيزيك جاي گرفتند نيازي به كامپيوترهاي فوق پيشرفته بسيار مدرن نداشتند. اين ليست در مجله اين ماه Physics World به چاپ رسيده است . دراينجا به جاي آن كه به اين آزمايشها به ترتيب رتبه بپردازيم به ترتيب تقدم وتأخر زماني انجام اين آزمايشها، به اين ده آزمايش محبوب در فيزيك خواهيم پرداخت.

۱ـ اندازه گيري محيط زمين توسط اراتوستن رتبه هفتم را به دست آورد.

 هنگام انقلابين [اصطلاح اخترشناسيSolstice] در ظهر روزي كه آفتاب در شهر آسوان مصر هيچ سايه اي ندارد به گونه اي كه نور خورشيد قادر است به طور مستقيم به ته يك چاه برسد، موردتوجه اراتوستن ـ كتابدار شهر اسكندريه در سه قرن پيش از ميلاد مسيح ـ قرار گرفت. اراتوستن در چنين روزي درست هنگام ظهر كه در آسوان سايه وجود ندارد در شهر اسكندريه سايه را اندازه گيري كرد، چاره اي نبود جز اين كه زمين را كروي درنظر بگيرد. چون سايه در اسكندريه نسبت به خط عمود هفت درجه بود. محيط هردايره ۳۶۰درجه است براساس اندازه گيري اراتوستن ميان اسكندريه وآسوان ۷درجه فاصله بود. [واحد اندازه گيري درآن زمان به جاي متر «Stadium» بود] با سفر ميان دوشهر اسكندريه وآسوان معلوم شد كه فاصله آنها براساس واحد اندازه گيري Stadium، ۵۰۰۰ است. به اين ترتيب هفت درجه از ۳۶۰درجه ۵۰۰۰ استاديوم اندازه گيري شده بود پس محيط زمين براساس محاسبات اراتوستن ۲۵۰۰۰۰استاديوم بود.

در اواخر دهه ۱۵۰۰ميلادي گاليليو گاليله Galileo Galilei كه كرسي استادي دانشگاه پيزا را داشت دانش متعارف زمان خود را زير سؤال برد . با انداختن دو شيء از بالاي برج پيزا كه وزنشان برابر نبود نشان داد كه شيءسنگين تر زودتر از جسم سبك تر فرود نمي آيد. اگر اين كشف را در دوران ارسطو انجام داده بود به قيمت شغلش تمام مي شد.

 3-آزمايش گاليله با گوي هاي غلتان برروي سطح شيب دار رتبه هشتم را به دست آورد.

4ـ انكسار نور با منشور توسط نيوتن رتبه چهارم را به دست آورد.

 ايساك نيوتن درسالي به دنيا آمد كه گاليله مرد. نيوتن فارغ التحصيل كالج تثليث كمبريج (سال ۱۶۶۵) بود. اين بار هم نيوتن دانش متعارف به جامانده از دوران ارسطو را زير سؤال برد. تلقي مردم از نور خورشيد مانند برداشت ارسطو بود ونور را خالص مي دانستند. با وجودي كه مردم رنگين كمان را ديده بودند. تا پيش از عبور نور از منشور وتجزيه آن به هفت رنگ حتي فكرش را نمي كردند نور متشكل از اين رنگها باشد.

۵ـ آزمايش كاونديش در مورد ميله و پيچش رتبه ششم را به دست آورد.

 از تئوريهايي كه نيوتن در مورد گرانش داده بود يكي اين بود كه نيروي جاذبه ميان دوجسم رابطه مستقيم با جرم به توان دو و رابطه معكوس با فاصله به توان دو دارد. در قرن هجدهم، هنري كاونديش براي اندازه گيري قدرت گرانش آزمايشي انجام داد او يك ميله چوبي دومتري كه به دوسر آن دوكره فلزي نصب شده بود انتخاب و با سيم اين ميله چوبي را آويزان كرد. با همين وسايل ساده كاونديش موفق به اندازه گيري ثابت گرانشي gravitational Constant شد. اين آزمايش زمينه اندازه گيري جرم زمين هم بود.

همه تئوريهاي نيوتن درست از آب درنيامد. او مي گفت نور از ذرات تشكيل شده است و به صورت موج منتشر نمي شود. در سال۱۸۰۳ توماس يانگ، درصدد برآمد به اثبات برساند نحوه حركت پرتوهاي نور به صورت موج است. او در پنجره سوراخي ايجاد كرد، همه پنجره ها را به دقت با پوششي ضخيم پوشاند بعد از يك آيينه براي تغيير جهت پرتويي از نور كه از طريق اين سوراخ وارد مي شد، استفاده كرد با استفاده از يك كارت كه عرض آن يك ميليمتر بود جلوي نيمي از سوراخ را گرفت در نتيجه به توالي نوارهاي سايه و روشن مشاهده كرد، اين پديده در صورتي قابل توضيح است كه پرتوهاي نور مانند امواج در يكديگر تداخل ايجاد كنند. بعدها اين آزمايش را با دوسوراخ انجام دادند و نتيجه واضح تري به دست آمد.

۷ـ آزمايش پاندول فوكو رتبه دهم را به دست آورد.

دانشمندان سال پيش پاندولي را به قطب جنوب بردند و مهر صحت بر آزمايش زدند كه در سال۱۸۵۱ توسط ژان برنارد لئون فوكو با يك پاندول آهني ۳۰كيلوگرمي آويزان از گنبد پانتئون انجام شد. فوكو به گوي يك پاندول سوزن گرامافون وصل كرده بود و روي زمين زير گوي حلقه اي از شن هاي مرطوب قرار داد. در مقابل حيرت همه نشان داد كه با وجودي كه حركت پاندول به جلو و عقب هدايت شده بود اما پاندول حركتي دوار انجام داد. يعني در واقع كف پانتئون در حال گردش بود و يا به عبارت بهتر زمين در حال چرخيدن حول محور خود بود. در پاريس هر ۳۰ساعت پاندول در جهت عقربه هاي ساعت يك دور را كامل مي كند. در نيمكره جنوبي اين گردش در خلاف جهت عقربه هاي ساعت است. همانطور كه دانشمندان معاصر نشان داده اند در قطب جنوب دوره گردش كامل پاندول ۲۴ساعت است.

۸ـ آزمايش قطره روغن ميليكان رتبه سوم را به دست آورد.

 قرنها بود كه دانشمندان الكتريسيته را چه در مورد رعد و برق چه الكتريسته ساكن ناشي از تماس برس با موي سر مشاهده كرده بودند. در سال۱۸۹۷ تامسون فيزيكدان بريتانيايي پايه گذار اين دانش شد كه الكتريسيته از ذراتي به نام الكترون كه بار منفي دارند تشكيل شده است. رابرت ميليكان آمريكايي در سال۱۹۰۹ موفق به اندازه گيري بار منفي در الكترونها شد. براي اين كار از چندوسيله ساده استفاده كرد. با استفاده از افشانه هايي كه ادكلن را به صورت افشانه درمي آورند روغن را در يك محفظه شفافي افشاند كه دوطرف آن به دوسر يك باطري متصل بودند. به اين ترتيب يك سر محفظه مثبت و سرديگر آن منفي بود.
زماني كه نيروي گرانش با نيروي جاذبه الكتريكي كه قطرات روغن باردار را به سمت خود مي كشيد برابر مي شد قطره در ميان آسمان و زمين معلق مي ماند. در واقع در حالت عادي اين قطره به خاطر نيروي گرانش بايدپايين مي افتاد اما در اثر نيروي جاذبه الكتريكي در حال حركت به سمت قطب مخالف بود چون دونيرو برابر شدند اين قطره روغن از حركت بازايستاد. با همين وسايل ساده ميليكان موفق به اندازه گيري بار الكتريكي يك الكترون شد.

۹ـ آزمايش كشف هسته توسط رادرفورد مقام نهم را كسب كرد.

۶ـ آزمايش تداخل ـ نور يانگ مقام پنجم را به دست آورد.

 دراين آزمايش گاليله ثابت كرد كه مسافت با زمان به توان دو نسبت مستقيم دارد وسرعت [Velocity كه با علامت اختصاري Vنمايش مي دهند] در جريان آزمايش ثابت باقي مي ماند.

۲ـ آزمايش گاليله درمورد سقوط اجسام رتبه دوم را به دست آورد.

در سال۱۹۱۱ را در فورد و همكارانش با بمباران يك لايه بسيار نازك طلا با ذراتي به نام آلفا متوجه اين حقيقت شدند كه درصدي از اين ذرات منحرف و درصدي درست در جهت مقابل بازمي گردند به اين ترتيب رادرفورد موفق شد مدل قديمي آرايش هسته و الكترون را كه به «مدل كيك آلو» معروف بود به چالش بكشاند.

10ـ آزمايش ماكس پلانك و تئوري كوانتوم رتبه اول را كسب كرد.

 در مورد نور نه حق به جانب نيوتن بود ونه يانگ نه مي توان نور را فقط ذرات فوتون دانست و نه امواج. در اوايل قرن بيستم ماكس پلانك و بعد آلبرت انيشتين نشان دادند كه نور به صورت بسته هاي بسيار كوچكي منتشر و جذب مي شود كه به آن فوتون مي گويند. در عين حال آزمايشهاي ديگر هم موجي بودن حركت نور را به اثبات مي رسانند.
براي اثبات در اينجا به جاي آزمايش از سوراخ يانگ و پرتوهاي نور از پرتوهاي الكترون استفاده ميشود. ذرات، براساس قوانين كوانتومي، پديده اي شبيه به نور در آزمايش تداخل يانگ از خود برجاي مي گذارند اگرچه اين آزمايش در سال۱۹۶۱ توسط كلاوس جانسون از توبينگن انجام شد اما در اين سالها ديگر يافته هاي دانش به قدري زياد و گسترده شده بود كه ديگر نمي توانست نامهايي ابدي مثل نيوتن و انيشتين در اذهان مردم دنيا بيافريند.