شد. در يك روز سرد زمستان در برلين، پرفسور 42ساله فرزندش را براي قدم زدن بيرون برد و رازي را براي او فاش كرد، ”من امروز به يك ايده رسيدم كه مي تواند تحول بزرگي در علم ايجاد كند،ايده اي شبيه آنچه به مغز نيوتن خطور كرد“. اما اين سخنان خواب و خيال نبود، ايده او واقعاً راهي به سوي فيزيك كلاسيك آن هم در قلب دنياي مدرن و متمدن باز كرد.
ماكس پلانك مثل همه فيزيكدانان قرن گذشته، روي منابع و ويژگي هاي دما كار مي كرد. او ضمن مطالعه گرما و حرارت ساطع شده از يك جسم داغ متوجه شد كه بايد يك موضوع عجيب را بپذيرد، و آن اينكه مقادير انرژي ساطع شده از يك جسم قابل شمارش نيستند ولي به صورت بسته هاي از جسم خارج مي شوند. او اين بسته ها را quanta نام نهاد كه ترجمه لاتين ”چه مقدار؟“ است. پلانك براي آن بسته ها قانوني نوشت كه انرژي جسم را به فركانس آنها مربوط مي كرد. در همين ارتباط به پلانك لقب ”پدر فيزيك كوآنتومي“ داده شد، زيرا پس از اين كشف، تئوري كوآنتوم بعنوان قوانيني كه تمام نظام هستي را تحت كنترل خود دارند شناخته شد، از ريزترين اجزا اتم گرفته تا قويترين نيروهاي فضايي. اين قوانين ممكن است درآينده ما را به شواهد جديدي در مورد پيدايش زمين رهنمون سازند. پلانك سالهاي متوالي از عمرش را صرف نقض كردن نياز جهان به كوآنتا Quanta كرد ولي از اين كار خود شرمنده بود، زيرا او خود براي اولين باراين مفهوم را عنوان كرد اما خودش هنوز در باور آن ناتوان بود. پلانك باوجود اينكه متوجه تغييراتي در ”باورهاي“ خود شده بود هيچگاه به چنين حسي اتكا نكرد و همواره بر اساس نتايج محاسبات نتيجه گيري كرد.
زيرك و با اعتماد به نفس
چنين نگرشي نسبت به حقايق جهان آفرينش، پيشينه پلانك را تحت الشعاع قرار مي داد.ماكس كارل ارنست لوديگ پلانك ، در سال 1858 در آلمان و در يك خانواده مذهبي متولد شد. پدر او يك وكيل بلند رتبه و استاد دانشگاه بود و پلانك از سنين كودكي به نظر راه درازي در پيش داشت. در نوجواني با امكان تحصيلي در رشته هاي فيزيك و موسيقي موفق به كسب جوايز گوناگوني شد، براي انتخاب يكي از اين دو رشته براي ادامه تحصيل نزد پرفسور فيزيك فيليپ جان ولي در دانشگاه مونيخ رفت. اين ملاقات پايه هاي پيشرفت علم فيزيك را بنيان نهاد،استاد فيزيك به پلانك فهماند كه از آنجا كه كشفهاي زيادي در اين علم صورت گرفته، شانس كمي براي دست يافتن به اكتشافات جديد وجود دارد ولي خوشبختانه پلانك نظرات او را ناديده گرفت. در 17 سالگي و از دانشگاه مونيخ و سپس برلين شروع به آموختن علم فيزيك كرد. پلانك در 22 سالگي موفق شد به درجه دكتري و مقام آكادميك مهمي دردانشگاه مونيخ دست يابد. چند سال اول حرفه او به نظر تائيدي بر سخنان پرفسور فيزيك بود كه سالها پيش پلانك با او ملاقات كرده بود، پس از چندي او به يك متخصص در علم ترموديناميك و قوانين حرارتي مبدل شد ولي به پيشرفتهايش تا 30 سالگي توجه خاصي نشد، در همين سال دانشمند ما با رموزي از علم سرو كار پيدا كرد اين رموز شامل قوانين حاكم بر نور گرماي ساطع شده از اجسام گرمي مثل خورشيد بود، چنين قوانيني در زندگي روزمره بسيار مفيد خواهند بود، مثلاً براي اندازه گيري درجه حرارت خورشيديي كافيست ميزان انرژي خورشيد كه زمين دريافت مي كند را اندازه بگيريم.
براي ساده تر شدن مراحل تحقيقات در اواسط سال 1800 فيزيكدان ها وسيله ايده آلي اختراع كرده بودند كه نور و گرماي هر چيز كه روي آن مي افتاد را جذب مي كرد.
تصور مي شود فهم قوانين حاكم بر چنين جسم ايده آلي كه شايد بتوان آن را به سياه چاله هاي فضايي تشبيه كرد در زندگي روزمره بسيار مفيد خواهد بود. در سالهاي دهه 1890 نظريه پردازان و مسئولين امور آزمايشگاهي سراسر اروپا به بعضي از اين قوانين پي بردند. در سال 1896 يك فيزيكدان از برلين به نام ويلهلم وين به قانوني دست يافت كه به نظر مي رسيد بر انرژي ساطع شده از اجسام كدر حاكم است. پلانك هم به جمع اين دانشمندان پيوست تا فيزيك پايه با مسائل جديد در آميزد.
در همين موقع بود كه مشكل بزرگي پيش آمد، همكاران وين فهميدند كه قوانين تازه كشف شده در همه موارد هم آن ها را به جواب درست نمي رساند. به طور معمول، اين قوانين قادر به اندازه گيري تشعشاتي با طول موج بلند نبودند.
در بعد از ظهر يكشنبه در اكتبر سال 1900 پلانك با يكي از دانشمندان آزمايشگاه وين ملاقات كرد، در اين ملاقات اين دانشمند پلانك را متوجه يك تفاوت عجيب كرد، هر دوي آنها به عنوان فيزيكدان معتقد بودند كه در طبيعت براي يك پديده نمي تواند به دو قانون رسيد. همان بعداز ظهر پلانك تصميم گرفت قانون واحدي كه بر همه طول موج ها حاكم است را بيابيد. در عرض چند ساعت پلانك به فرمولي دست پيدا كرد كه در همه موارد به جواب صحيح مي رسيد. به زودي همه دانشمندان به اين فرمول روي آوردند ولي اين براي پلانك كافي نبود، او مي خواست بداند كه چرا اين فرمول به جواب درست منتهي مي شود.
براي پي بردن به اين موضوع پلانك فرض كرد كه جسم كدر از تعدادي نوساندهنده بسيار ريز تشكيل شده است كه همگي امواج الكترومغناطيسي صادر مي كنند. در زماني كه فيزيكدانان به ندرت فرضيه تشكيل شدن ماده از اتم را مي پذيرفتند، فرض اينكه انرژي هم از ذرات كوچك تشكيل شده، پلانك را يك گام به سوي كشف حقيقت پيش تر برد. پلانك فهميد كه تئوري الكترومغناطيس مي تواند قسمتهايي از فرمول او را اثبات كند، تنها كاري كه بايد انجام ميداد اين بود كه اين فرمول را با آنچه در بعد از ظهر روز يكشنبه در مورد آن بحث كرده بود تطبيق دهد. در همين موقع بود كه پلانك به اكتشاف تاريخي خود دست يافت. در راه اثبات فرمول او به اين نتيجه رسيد كه ذرات نوسان كننده مذكور نبايد بتوانند با هر فركانسي كه مي خواهند ارتعاش كنند. براي فيزيكداني مثل پلانك كه به اندازه صدها سال فيزيك خواندن تجربه داشت اين يك بدعت به تمام معنا بود‚ حتي يونانيان باستان هم مي دانستند كه اجسام مي توانند با هر فركانسي نوسان كنند. حتي اگر فرمول هم درست بود، او مجبور بود بپذيرد كه نوسان كننده هاي داخل جسم كدر مثل يك تار ويالون بودند كه مي توانستند فقط اشكال D و G را توليد كنند و نه چيزي مابين آن دو . پلانك تلاش زيادي در فهم يافته هاي خود كرد ولي فيزيك آن زمان هيچ كمكي به او نمي كرد، بالاخره او به قول خودش ” طي يك عمل نااميد كننده“ پذيرفت كه انرژي در بسته هايي به نام ”كوآنتا“ از اجسام صادر مي شود. يكي از ويژگيهاي فرمول تازه رابطه بين طول موج و ميزان انرژي اين بسته ها بود:هر چه طول موج كوتاه تر باشد انرژي اين بسته ها بيشتر خواهد بود. اين رابطه از عددي كه ثابت پلانك نام گرفت و آن را با h نشان مي دهند بدست مي آيد. سالها طول كشيد تا دانشمندان به اهميت كوآنتوم پلانك پي بردند. اولين نفر يك كارمند 26 ساله اداره ثبت اختراعات در برن سوئيس بود به نام ”آلبرت انيشتين“. در سال 1905 او نشان داد كه وجود كوآنتا مي تواند راز ” اثر فتوالكتريكي“ را آشكار سازد.
فيزيكدانان كشف كرده بودند كه فلزات معيني وقتي در معرض تابش قرار مي گيرند جريان الكتريسته توليد مي كنند. ولي تابش رابطه مستقيمي با ميزان الكتريسته توليد شده نداشت. تنها موردي كه در اين رابطه نقش مشخص داشت، طول موج بود. هر چه طول موج كوتاه تر باشد ميزان الكتريسيته توليدي بيشتر خواهد بود. انيشتين نشان داد كه فرمول پلانك اين واقعيت را توضيح مي دهد. او نشان داد كه طول موج هاي كوتاهتر از كوآنتاهاي پر انرژي تر حاصل مي شوند. اين مسئله باعث شد انيشتين برنده جايزه نوبل شود، و دانشمندان ديگر را به تفكر درباره تئوري كوآنتوم واداشت. در طول سالهاي متوالي دانشمندان فهميدند كه تئوري كوآنتوم مي تواند بسياري از رازها را آشكار كند، از رفتار مواد تا ساختار اتم. پيشگوييها درست از آب درآمد و كاربرد اين كشف روز به روز بيشتر شد تا جايي كه ثابت شد مي توان فاصله ميان بيگ بن لندن را از برج ايفل فرانسه بر حسب قطر يك تار مو اندازه بگيرند.
فيزيك كوآنتومي هم اكنون بعنوان موفق ترين تئوري در علم شناخته شده است. به همين دليل به كاشف آن پلانك، جوايز و ديپلم هاي افتخار زيادي داده شد كه از جمله آنها مي توان به جايزيه نوبل سال 1918 در فيزيك اشاره كرد. سپس در 60 سالگي او همهء توجه خود را روي جمع كردن فيزيكدان از جمله انيشتين براي كار روي تئوري كوآنتوم معطوف كرد. همه اين اتفاقات در زماني روي مي داد كه پلانك در يك موقعيت روحي بسيار بد بود، وقتي در سال 1916 پسرش در يك حمله در verdun كشته شد، زن اولش از او جدا شد. در طول 3 سال دو دختر او در حين زايمان ازدنيا رفتند و در سال 1944 نازي ها پسرش را به دليل اينكه جز مظنونين در كشته شدن هيتلر بود اعدام كردند.
سرانجام پلانك در سال 1947 ،در 89 سالگي در آلمان درگذشت.
انيشتين پس از شنيدن خبر درگذشت قهرمان علمي خود پلانك، به بيوه او درباره خاطراتش از همكاري با مردمي نوشت كه زيباترين چيزهاي زندگي را كشف حقيقت هاي هستي مي دانست و هميشه نگران بشريت بود.
براي اطلاعات بيشتر رجوع كنيد به:
http://astro.estec.esa.nl/SA-genral/projects/plank
پلانك و Big Bang
كشف پلانك گذشته از تحول عظيمي كه در كشف ساختار اتم ها ايجاد كرد، تاثير مهمي هم در كشف رموز هستي گذاشت، اواسط دهه 1940 فيزيكدان روسي جورج گامو و دو دانشجوي آمريكايي به نام هاي رالف آلفر و رابرت هرمان، نظرياتي در مورد شكل اوليه جهان هستي ارائه دادند. از آنجايي كه جهان هستي در حال گسترش است آنها اظهار كردند كه جهان هستي بايد ابتدا چگال تر و گرمتر بوده و از مايعي متشكل از ذرات ريز و تشعشات اتمي ساخته شده باشد. آنها فهميدند كه در چنين شرايطي جهان مي بايست مثل همان جسم كدري كه پلانك قوانين آن را ثابت كرد از قواني كوآنتوم پيروي كند. به طور معمول ،انرژي گرمايي بايد در بسته هايي با طول موج معين ساطع مي شده است، نقطه اوج اين انرژي هم از فرمول پلانك قابل محاسبه بود و به يك كميت بستگي داشت: ميانگين دماي جهان ،ولي امروز چگونه مي توان بعد از گذشتن بيليون ها سال از Big Bang اين دما را اندازه گرفت؟ در سال 1948 ،آلفر و هرمان اين دما را در حدود 268c- تخمين زدند يعني 5c بيشتر از صفر مطلق. با جايگزين كردن اين داده ها در فرمول پلانك آنها به نتايج جالبي دست يافتند.
سرانجام در سال 1964، دو مهندس راديو كه مشغول كار با ماهواره هاي ارتباطي در نيوجرسي بودند به طور تصادفي موفق به حل اين مسئله شدند.
در سال 1989 هم NASA با اندازه گيري انرژي منتشر شده در گيتي با طول موج هاي مختلف
به همان نتيجه قوانين پلانك دست يافت و نشان داد كه دماي گيتي فقط 7/2 درجه سانتيگراد بالاي صفر است. /اين نتايج فقط چند درجه باآن چيزي كه 40 سال قبل آلفرو هرمان به آن رسيدند متفاوت است.
وجود تشعشات اين اجسام كدر ثابت مي كند كه جهان هستي زماني بسيار گرمتر و چگالتر از آن چيزي بوده كه هم اكنون هست . بعلاوه همه اينها شواهدي است بر Big Bang معروف كه بيليون هاسال پيش حادث شده است. ستاره شناسان هم اكنون به دنبال يافتن شواهدي براي علت همان Big Bang از روي انجام مطالعات روي جزئيات تشعشات هستند. گروه مطالعات فضايي اروپا برنامه هايي را براي انجام اين تحقيقات درسال 2007 ترتيب داده است. اين پروژه افتخار دانشمندان بزرگ قرن ما ”پلانك“ نام گرفته است.
اگر بخواهيد در مورد وزن يك فيل براي يك موجود فضايی صحبت كنيد از چه واحدي استفاده مي كنيد؟ آيا مي توانيد بگوييد ” خيلي كيلوگرم“ ؟ مشكل به اينجا ختم نمي شود . حالا شما بايد براي او توضيح دهيد، كيلوگرم چيست و در ”واحدهايي“ كه او مي داند يك كيلوگرم يعني چقدر.
درسال 1899 ، پلانك موفق شد سيستمي براي واحدهاي جهان اختراع كند. اين سيستم آنطور كه خود ”او توصيف مي كند چنين است:” اجسام و مواردي مستقل كه در همه زبان ها، همه مكان ها و جوامع داراي معناي واحديست.
هر سيستمي كه واحدهاي آن بتواند براي توصيف جهان هستي و هر چه در آن است مورد استفاده قرار گيرند، بايد شامل ديمانسيون (بعد) طول، زمان و جرم باشد. مثلاً سرعت كه بر حسب كيلومتر بر ساعت تعريف مي شود بايد شامل ديمانسيون طول و زمان باشد.
براي توليد يك سيستم ازواحدهاي جهاني پلانك مدعي شد كه مي توان از 3 ثابت جهاني براي تعريف همه واحدهاي ديگر بهره جست: سرعت نور C، جاذبه نيوتن G و ثابت پلانك h.
نتايج محاسبات پلانك بسيار جالب بود:واحد طول در سيستم پلانك معادل متر 10E-35 (تريليون ها برابر كوچكتر از يك اتم). واحد زمان در سيستم پلانك معادل 10E-44 ثانيه و واحد جرم در سيستم او 10E-8 كيلوگرم، بسيار سنگين تر از اجزاء تشكيل دهنده اتم است. اين ارقام ممكن است بي فايده جلوه كنند ولي مطالعات نشان داده كه واحدهاي پلانك نقش حائز اهميتي در طبيعت بازي مي كنند. آنها به طور طبيعي از محاسبات براي يافتن تئوري هر چيزي كه نيروهاي گيتي در آن موثر است بدست مي آيند.
مطالعات نشان ميد هد كه طول ،فضا و زمان پلانك در مقياس هاي كوچك هويت خود را از دست مي دهند و به ”حفره هاي فضازمان“ تبديل مي شوند. اين پيش بيني ممكن است به زودي در مركز ليزري تداخل امواج جاذبه اي آمريكا (LIGO) كه هم اكنون در دست ساخت است مورد ازمايش قرار گيرد.
فيزيكدانان اميدوارند با تجزيه و تحليل رفتار پرتوهاي ليزر كه 53 كيلومتر در لوله هاي مكنده به پائين كشيده مي شود، بتوانند ماهيت حفره هاي فضا زمان را آشكار كنند. اين حفره ها فقط
وقتي که ميدان مغناطيسی وارد بر الکترونها به اندازه كهكشان باشد قابل رويت خواهند بود.
گفته هايي از پلانك
”يك حقيقت علمي جديد با متقاعد كردن رقبا به پيروزي دست نمي يابد، بلكه رقباي آن با كشف اين حقيقت مي ميرند و نسل جديدي كه با حقيقت جديد سازگار است شروع به رشد مي كند“.
”اگر كسي ادعا كند كه مي تواند مسائل كوآنتوم را بدون گيج شدن حل كند، اين نشان مي دهد كه او حتي اولين چيزيها را درباره كوآنتوم نميداند“.
” همه تلاشهايم براي سازگار كردن تئوري هاي پايه اي فيزيك با فيزيك كوآنتومي با شكست مواجه شد. اين درست مثل اين است كه زمين از طرف چيزي كشيده مي شود ولي آن چيز قابل ديدن نيست“
” علم نخواهد توانست راز اصلي طبيعت را كشف كند، اين بدين دليل است كه در آخرين مراحل تحليل خود ما جزي از رازي هستيم كه در پي كشف آن هستيم“
انيشتين در مورد پلانك مي گويد:
” اشتياق مشاهده سازگاري هاي طبيعت به پافشاري و صبري نيازمند است كه پلانك را به سوي حل مشكلات علم امروز پيش برد“
مورخي در مورد پلانك چنين مي گويد:” دلايل او احمقانه بود ولي حماقتش آنقدر خارق العاده بو دكه تنها اعداد باستاني مي توانند به علم آورند“،
علاقه مندی ها (Bookmarks)