تبیان، دستیار زندگی

در عصری كه ما زندگی می كنیم آزمایشهایی كه چشمان جهانیان را خیره می كند ازجمله آزمایشهایی كه برای یافتن توالی اجزای یك ژنوم، شكافتن ذرات ریز اتمی در شتابدهنده ها و تجزیه وتحلیل ستارگانی كه با ما میلیاردها سال نوری فاصله دارند نیاز به میلیونها دلار سرمایه گذاری دارند و تجزیه وتحلیل اطلاعات به دست آمده از ابزارهای پیشرفته دراین آزمایشها ماهها به طول می انجامد.
«رابرت كریز» عضو گروه فلسفه دانشگاه نیویورك در استونی بروك كه مورخ آزمایشگاه ملی بروك هیون هم هست، از فیزیكدانان خواست ده آزمایش برتر جهان فیزیك را نام ببرند. برخلاف انتظار عصر ما كه آزمایشهای پیچیده توسط تیمهای برجسته دانشگاهها و مراكز تحقیقات صورت می پذیرد ده آزمایش برتری كه به عنوان زیباترین آزمایشهای فیزیك در طول تاریخ انتخاب شد توسط ده فیزیكدان بسیار سرشناس انجام شده بود كه دستیاران چندان زیادی هم نداشتند. ازهمه جالب تر این كه این آزمایشهایی كه در فهرست زیباترین آزمایشهای فیزیك جای گرفتند نیازی به كامپیوترهای فوق پیشرفته بسیار مدرن نداشتند. این لیست در مجله این ماه Physics World به چاپ رسیده است . دراینجا به جای آن كه به این آزمایشها به ترتیب رتبه بپردازیم به ترتیب تقدم وتأخر زمانی انجام این آزمایشها، به این ده آزمایش محبوب در فیزیك خواهیم پرداخت.

۱ـ اندازه گیری محیط زمین توسط اراتوستن رتبه هفتم را به دست آورد.

 هنگام انقلابین [اصطلاح اخترشناسیSolstice] در ظهر روزی كه آفتاب در شهر آسوان مصر هیچ سایه ای ندارد به گونه ای كه نور خورشید قادر است به طور مستقیم به ته یك چاه برسد، موردتوجه اراتوستن ـ كتابدار شهر اسكندریه در سه قرن پیش از میلاد مسیح ـ قرار گرفت. اراتوستن در چنین روزی درست هنگام ظهر كه در آسوان سایه وجود ندارد در شهر اسكندریه سایه را اندازه گیری كرد، چاره ای نبود جز این كه زمین را كروی درنظر بگیرد. چون سایه در اسكندریه نسبت به خط عمود هفت درجه بود. محیط هردایره ۳۶۰درجه است براساس اندازه گیری اراتوستن میان اسكندریه وآسوان ۷درجه فاصله بود. [واحد اندازه گیری درآن زمان به جای متر «Stadium» بود] با سفر میان دوشهر اسكندریه وآسوان معلوم شد كه فاصله آنها براساس واحد اندازه گیری Stadium، ۵۰۰۰ است. به این ترتیب هفت درجه از ۳۶۰درجه ۵۰۰۰ استادیوم اندازه گیری شده بود پس محیط زمین براساس محاسبات اراتوستن ۲۵۰۰۰۰استادیوم بود.

۲ـ آزمایش گالیله درمورد سقوط اجسام رتبه دوم را به دست آورد.

در اواخر دهه ۱۵۰۰میلادی گالیلیو گالیله Galileo Galilei كه كرسی استادی دانشگاه پیزا را داشت دانش متعارف زمان خود را زیر سؤال برد . با انداختن دو شیء از بالای برج پیزا كه وزنشان برابر نبود نشان داد كه شیءسنگین تر زودتر از جسم سبك تر فرود نمی آید. اگر این كشف را در دوران ارسطو انجام داده بود به قیمت شغلش تمام می شد.

 3-آزمایش گالیله با گوی های غلتان برروی سطح شیب دار رتبه هشتم را به دست آورد.

 دراین آزمایش گالیله ثابت كرد كه مسافت با زمان به توان دو نسبت مستقیم دارد وسرعت [Velocity كه با علامت اختصاری Vنمایش می دهند] در جریان آزمایش ثابت باقی می ماند.

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

 ایساك نیوتن درسالی به دنیا آمد كه گالیله مرد. نیوتن فارغ التحصیل كالج تثلیث كمبریج (سال ۱۶۶۵) بود. این بار هم نیوتن دانش متعارف به جامانده از دوران ارسطو را زیر سؤال برد. تلقی مردم از نور خورشید مانند برداشت ارسطو بود ونور را خالص می دانستند. با وجودی كه مردم رنگین كمان را دیده بودند. تا پیش از عبور نور از منشور وتجزیه آن به هفت رنگ حتی فكرش را نمی كردند نور متشكل از این رنگها باشد.

۵ـ آزمایش كاوندیش در مورد میله و پیچش رتبه ششم را به دست آورد.

 از تئوریهایی كه نیوتن در مورد گرانش داده بود یكی این بود كه نیروی جاذبه میان دوجسم رابطه مستقیم با جرم به توان دو و رابطه معكوس با فاصله به توان دو دارد. در قرن هجدهم، هنری كاوندیش برای اندازه گیری قدرت گرانش آزمایشی انجام داد او یك میله چوبی دومتری كه به دوسر آن دوكره فلزی نصب شده بود انتخاب و با سیم این میله چوبی را آویزان كرد. با همین وسایل ساده كاوندیش موفق به اندازه گیری ثابت گرانشی gravitational Constant شد. این آزمایش زمینه اندازه گیری جرم زمین هم بود.

۶ـ آزمایش تداخل ـ نور یانگ مقام پنجم را به دست آورد.

همه تئوریهای نیوتن درست از آب درنیامد. او می گفت نور از ذرات تشكیل شده است و به صورت موج منتشر نمی شود. در سال۱۸۰۳ توماس یانگ، درصدد برآمد به اثبات برساند نحوه حركت پرتوهای نور به صورت موج است. او در پنجره سوراخی ایجاد كرد، همه پنجره ها را به دقت با پوششی ضخیم پوشاند بعد از یك آیینه برای تغییر جهت پرتویی از نور كه از طریق این سوراخ وارد می شد، استفاده كرد با استفاده از یك كارت كه عرض آن یك میلیمتر بود جلوی نیمی از سوراخ را گرفت در نتیجه به توالی نوارهای سایه و روشن مشاهده كرد، این پدیده در صورتی قابل توضیح است كه پرتوهای نور مانند امواج در یكدیگر تداخل ایجاد كنند. بعدها این آزمایش را با دوسوراخ انجام دادند و نتیجه واضح تری به دست آمد.

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

دانشمندان سال پیش پاندولی را به قطب جنوب بردند و مهر صحت بر آزمایش زدند كه در سال۱۸۵۱ توسط ژان برنارد لئون فوكو با یك پاندول آهنی ۳۰كیلوگرمی آویزان از گنبد پانتئون انجام شد. فوكو به گوی یك پاندول سوزن گرامافون وصل كرده بود و روی زمین زیر گوی حلقه ای از شن های مرطوب قرار داد. در مقابل حیرت همه نشان داد كه با وجودی كه حركت پاندول به جلو و عقب هدایت شده بود اما پاندول حركتی دوار انجام داد. یعنی در واقع كف پانتئون در حال گردش بود و یا به عبارت بهتر زمین در حال چرخیدن حول محور خود بود. در پاریس هر ۳۰ساعت پاندول در جهت عقربه های ساعت یك دور را كامل می كند. در نیمكره جنوبی این گردش در خلاف جهت عقربه های ساعت است. همانطور كه دانشمندان معاصر نشان داده اند در قطب جنوب دوره گردش كامل پاندول ۲۴ساعت است.

۸ـ آزمایش قطره روغن میلیكان رتبه سوم را به دست آورد.

 قرنها بود كه دانشمندان الكتریسیته را چه در مورد رعد و برق چه الكتریسته ساكن ناشی از تماس برس با موی سر مشاهده كرده بودند. در سال۱۸۹۷ تامسون فیزیكدان بریتانیایی پایه گذار این دانش شد كه الكتریسیته از ذراتی به نام الكترون كه بار منفی دارند تشكیل شده است. رابرت میلیكان آمریكایی در سال۱۹۰۹ موفق به اندازه گیری بار منفی در الكترونها شد. برای این كار از چندوسیله ساده استفاده كرد. با استفاده از افشانه هایی كه ادكلن را به صورت افشانه درمی آورند روغن را در یك محفظه شفافی افشاند كه دوطرف آن به دوسر یك باطری متصل بودند. به این ترتیب یك سر محفظه مثبت و سردیگر آن منفی بود.
زمانی كه نیروی گرانش با نیروی جاذبه الكتریكی كه قطرات روغن باردار را به سمت خود می كشید برابر می شد قطره در میان آسمان و زمین معلق می ماند. در واقع در حالت عادی این قطره به خاطر نیروی گرانش بایدپایین می افتاد اما در اثر نیروی جاذبه الكتریكی در حال حركت به سمت قطب مخالف بود چون دونیرو برابر شدند این قطره روغن از حركت بازایستاد. با همین وسایل ساده میلیكان موفق به اندازه گیری بار الكتریكی یك الكترون شد.

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