علت ثابت بودن سرعت نور چیست
علمی و تکنولوژی › علمی
- 97/10/11
سرعت نور در خلأ یک ثابت جهانی و دقیقاً برابر با 299٬729٬458متر بر ثانیه است. علت دقت این است که تعریف متر براساس سرعت نور و تعریف ثانیه بنا شده‌است .همواره در دوران تحصیل آموخته ایم که نور دارای سرعتی ثابت است، اما هیچگاه به چرایی این موضوع فکر نکرده ایم. حال ما سعی داریم چرایی این موضوع را به وسیله نظریات و آزمایشات صورت گرفته روشن کنیم. تحقیق و مطالعه بر روی نیستی، از گذشته مبنای کار دانشمندان قرار داشته است و آن ها سعی می کردند که نشان دهند هیچ نیستی در جهان وجود ندارد و برای هر پدیده شک برانگیز در طبیعت نظریاتی را ارایه می‌کردند و مسیر را بر پایه ی همین نظریات که بعضی از آن ها تا حدودی حدسیات بود، طی می کردند.عبور نور از خلاء (محیط بدون هوا) همواره یکی از موضوعاتی بود که دانشمندان چرایی آن را درک نمی کردند؛ هنگامی که ساعتی زنگدار را داخل یک شیشه بدون هوا (خلاء) قرار دادند، صدای زنگ ساعت را نمی شنیدند اما ساعت را می دیدند و این سوال پیش می آمد که نور چگونه از خلاء عبور می کند؟ چه عاملی سبب عبور نور از خلاء می شود؟
آنان می دانستند که ذرات هوا حامل صوت هستند و چون در خلاء هوا نیست، نمی توانند صدای زنگ ساعت را بشنوند، حال سوال اصلی اینجاست که چه چیزی حامل نور است؟
در اوایل سال 1800، گروهی از دانشمندان، سیالی بنام «اتر» را معرفی کردند. اتر سیالیست گازی که کل فضا را پوشانده و حامل نور است و از آن جایی که نور موج است، اتر نور را در جهات مختلف حمل می‌کند. نظریه اتر، وجود خلاء را رد کرد و نشان داد که نیستی در جهان وجود ندارد، زیرا اتر کل کائنات را در برگرفته است.
در آن دوران، کمتر دانشمندی این جسارت را داشت که روی سیال ناشناخته و ناملموس اتر اعمال واکاوی کند. اما پس از گذشت چند سال دانشمندی آمریکایی بنام آلبرت مایکلسون که علاقه ی بسیاری در شناخت چیستی اتر داشت به واکاوی آن پرداخت. آلبرت مایکلسون همواره این سوال در ذهنش بود که اگر سرعت نور با دقت زیادی اندازه گیری شود، می توان با استفاده از آن ویژگی های اتر را بیشتر شناخت، او می خواست اتر را به طور ملموس حس کند و در سال 1881 با ساخت ابزار های دقیق در مدرسه علوم کاربردی کلیولند، آزمایشات خود را شروع کرد و ماحصل این آزمایشات را در سال 1881 با انجام آزمایش مایکلسون_مورلی به سرانجام رساند و توانست با اندازه گیری دقیق سرعت نور به عنوان اولین آمریکایی، جایزه نوبل را تصاحب کند. حال سوال اینجاست که مگر این آزمایش چه بود؟
در سال 1887 مایکلسون به همراه همکارش ادوارد مورلی آزمایشی را ترتیب دادند که شرح آن به این شکل است: آن ها بر روی یک صفحه منبع نور، یک پرتو شکن، دو آینه که یکی پشت پرتو شکن و دیگری در مجاورتش بود و یک آشکار ساز قرار دادند و برای ایجاد دقت بالا و عدم وقوع لرزش هنگام آزمایش، صفحه را درون یک صخره و داخل استخری از جیوه قرار دادند .
شیوه ی انجام آزمایش به این گونه بود که هنگامی که منبع نور، باریکه نوری را از خود ساطع می‌کرد، نور به پرتو شکن برخورد کرده و به دو قسمت تقسیم شده و به سوی آینه ها می رود و پس از برخورد با آینه ها بازتاب شده و به سوی پرتوشکن باز می گردد و دو نور با هم تجمیع شده و سوی آشکار ساز رفته و نور های روشن بر روی پرده مشاهده آشکار ساز نمایش می دهد.
نتیجه ی این آزمایش برای مایکلسون بسیار عجیب بود؛ زیرا ایجاد نقطه ی روشن به این معنا بود که دو باریکه نور همزمان با هم به آشکارساز رسیده اند که این مغایر با نظریه ی اتر بود، به این دلیل که اتر را سیالی در جهات مختلف و در کل فضا تصور می کردند و اگر این چنین باشد، دو باریکه نباید همزمان با هم به آشکار ساز برسند، بلکه آن باریکه ای که در جهت حرکت اتر قرار دارد باید زودتر از باریکه ای که در خلاف جهت اتر قرار دارد، برسد و در آشکارساز باید به جای نقاط روشن نقاط تاریک مشاهده کنیم.
مایکلسون و مورلی بارها این آزمایش را تکرار کردند اما تفاوتی در نتیجه آزمایش ندیدند، آنان آزمایش خود را شکست خورده قلمداد می کردند، اما واقعیت این بود که آزمایش آنها شکست نخورده بود، بلکه سیالی بنام اتر اصلا وجود نداشت!
چند سال بعد از این آزمایش، آلبرت انیشتین ثابت کرد که اتر با نظریه ی نسبیت خاص سازگار نیست؛ زیرا در این نظریه، انیشتین بنا را بر این گذاشت که سرعت نور ثابت است و به حرکت ناظر یا چشمه نور بستگی ندارد و این نظریه مهر تأییدی بود بر آزمایش مایکلسون_ مورلی.
بی اغراق این آزمایش یکی از بزرگترین آزمایشات تاریخ فیزیک بود؛ زیرا اندازه گیری دقیق سرعت نور و شناخت خلاء، سبب کشفیات بزرگی در آینده از جمله اشعه x، الکترون و هموار کننده راه برای پذیرش نظریهٔ نسبیت خاص توسط اینشتین در سال 1905 بود و همه ی این ها را می توان مرهون آزمایش مایکلسون _ مورلی دانست. شاید آزمایش آلبرت مایکلسون مهمترین آزمایشی بود که در تاریخ علم صورت گرفته است.
