نور و ماهیت آن

در زمان های قدیم سرعت نور را بی نهایت می دانستند و آن را پدیده ای غیر فیزیکی تصور می کردند. در سال 1676 میلادی ستاره شناس دانمارکی به نام روئومر اعلان کرد که سرعت نور نمی تواند بی نهایت باشد. او با مشاهده ماه های مشتری متوجه شد هنگامی که زمین در دورترین نقطه از سیاره مشتری قرار دارد، خسوف ماه های مشتری طولانی تر است ( نسبت به زمانی که زمین در نزدیکترین نقطه به سیاره مشتری قرار دارد ). او از این مشاهده نتیجه گرفت که سرعت نور نمی تواند بی نهایت باشد. او با مشاهده خسوف مه های مشتری نتیجه گرفت زمانی که زمین در دورترین نقطه از مشتری قرار دارد، نور ماه های مشتری دیرتر به زمین می رسد و در نتیجه خسوف ماه های مشتری طولانی تر است. او حتی براساس این مشاهده سرعت تقریبی نور را در حدود 220،000 کیلومتر در ثانیه تخمین زده بود. توجه کنید که این تخمین، با توجه به وسایل بسیار اولیه آن روز، به سرعت واقعی نور که حدود 300،000 کیلومتر در ثانیه است، بسیار نزدیک است. همین اندازه که ستاره شناس دانمارکی توانست نشان دهد نور با سرعت بی نهایت پخش نمی شود، خود قدم بزرگی در راه مطالعه ماهیت و سرعت نور بود.
مدتی قریب به 200 سال بعد از آن که روئومر بطلان بی نهایت بودن سرعت نور را اعلان کرد، دانشمند انگلیسی به نام ماکسول، در سال 1865 میلادی، نشان داد نوری که با چشم معمولی دیده می شود از چشمه نور به صورت امواج متصل پخش می شود. ماکسول حتی موفق شد که دامنه امواج نور را با تقریب دقیق محاسبه کند. بعدها دانشمندان دیگر کشف کردند که امواجی با طول موج های خیلی کوتاه تر از طول موج مرئی نیز وجود دارند. دو نمونه از این امواج همان پرتوهای ایکس و پرتوهای گاما هستند.
نظریه ماکسول برای این سوال که امواج نور در چه محیطی منتشر می شوند، جواب قانع کننده ای نداشت. ماکسول برای حل این موضوع عنصری کاملاً ذهنی به نام " اتر " را در نظر گرفت و فرض کرد که نور در اتر منتشر می شود. ماکسول می گوید همان طور که امواج صوتی در هوا پخش می شوند، امواج نوری نیز در اتر منتشر می شوند. به همین جهت، او سرعت نور را در رابطه با اتر اندازه گیری می کرد.ماکسول می گوید، سرعت نور برای ناظری که با سرعت بسیار زیادی نسبت به اتر در حرکت باشد، بسته به این که به سمت مرکز نور حرکت کند یا در جهت عکس آن، متفاوت خواهد بود. او عقیده داشت که سرعت نور تنها در اتر ثابت است.
در سال 1887 میلادی آلبرت مایکلسن و ادوارد مورلی دو فیزیکدان آمریکایی، آزمایشی بسیار دقیق انجام دادند که نتیجه آن اساس نظریه ماکسول را در هم ریخت. این دو تن سرعت نور را در دو جهت مختلف، یکی در جهتی که زمین به سمت مرکز نور در حرکت است و دیگری در جهت عمود بر آن با دقت بسیار زیاد اندازه گیری کردند و نتیجه حاصل، به رغم آن چه که تا آن روز علم فیزیک قبول کرده بود، مساوی به دست آمد و این دو نفر به راه های مختلف، به دفعات فراوان، و در جهات مختلف آزمایش خود را تکرار کردند. نتیجه تمام آزمایش ها این بود که سرعت نور، چه در جهت آن حرکت کنیم و چه در خلاف جهت آن، همواره ثابت است و ربطی به اتر ندارد.در فاصله سال های 1887 تا 1905 میلادی، فیزیکدانان سعی کردند پدیده ای را که آزمایش نشان داده شده بود، از طریق علمی توضیح دهند. بالاخره در سال 1905 میلادی، آلبرت اینشتن با انتشار مقاله معروف خود، موسوم به نظریه نسبیت خاص، نه تنها به این مسئله، بلکه، به بسیاری از سوال های دیگر نیز پاسخ گفت.
اینشتن نشان داد، برای از بین بردن ناسازگاری بین اصل نیوتن ( عدم سکون مطلق ) و نظریه ماکسول ( ثابت بودن سرعت نور، که می بایستی نسبت به یک ساکن مطلق اندازه گیری شود )، اصولاً احتیاجی به وجود اتر نیست. اینشتن معتقد بود که هر مشاهده کننده ای در هر شرایطی سرعت نور را اندازه بگیرد، به یک نتیجه ثابت و معین می رسد. او در ابتدای مقاله ای که در سال 1905 میلادی انتشار داد می نویسد: " تمام ناظران و آزمایش کنندگان بایستی در اندازه گیری سرعت حرکت نور به یک نتیجه برسند و این نتیجه مستقل از این است که ناظران با چه سرعتی و در چه جهتی در حرکت هسنتد." در جای دیگر از مقاله خود چنین اظهار می کند: " تمام قوانین علمی باید به تمام اجسام، مستقل از مکان و سرعت حرکت آنها به طور یکنواخت اطلاق شود." این بیان با تمام سادگی خود دارای عظمتی باور نکردنی است. او با این بیان مسئله مطالعه اجسام را همگانی ساخت. اگر در عمل دیده می شود اینشتن بیشتر در مورد حرکت نور صحبت می کند، تا حرکت اجسام دیگر، برای این است که قوانین حرکت اجسام در خلأ به وسیله نیوتن به حد کمال خود رسیده بود. اینشتن خود را موظف می دید که حرکت و اثر آن بر روی قوانین دیگر فیزیک را توسعه دهد.
بر اساس نظریه اینشتن هیچ جسمی نمی تواند سریع تر از نور حرکت کند. اگر جسمی که دارای جرم است با سرعتی مساوی سرعت نور حرکت کند، جرم این جسم بایستی بی نهایت شود. اینشتن رابطه بین جرم یک جسم در حال سکون (m) و جرم همان جسم وقتی با سرعتی معادل V متر در ثانیه در حرکت است را به صورت معادله زیر نشان داد:

در معادله فوق m’ جرم جسم در حال حرکت، V سرعت حرکت جسم، و C سرعت نور است. از این رابطه دیده می شود که اگر V مساوی سرعت نور، یعنی C، گردد جرم جسم بی نهایت خواهد شد.
منبع : سیری کوتاه در سرگذشت عالم / نوشته : دکتر علی بهفروز