تاریخچه علم فیزیک، قسمت دوم

در سال 1905 یک سال قبل از خودکشی بولتزمن زمانی که آلبرت انیشتین 26 سال داشت لجاجت گستاخانه وی اکثر استادان و معلمانش را به ستوه آورده بود و بعد از ازدواجش نیاز به کار داشت ولی با توجه اینکه از دانشگاهی فارغ التحصیل نشده بود بعنوان کارمند عادی در سازمان ثبت اختراعات کاری یافت و سپس همراه با میلوا به خانه کوچکی در بِرن سوئیس نقل مکان کرد. برخلاف اوضاع و شرایط اجتماعی اینشتین جوانی با ارداه قوی بود و بسیار مصمم بود تا نامش را بعنوان یک فیزیکدان در تاریخ بر جای بگذارد.

کشف اتم

در سال 1905 در سالی معجزه وار آنچه برجای گذاشت، واقعا منحصر به فرد بود. کار راحت برای انیشتین به معنی داشتن زمان زیاد برای این دانشمند جوان بود هم سرکار و هم خانه که بتواند آزادانه فکر کند. در طی چند ماه انیشتین چندین مقاله به چاپ رساند که علم برای برای همیشه تغییر داد.

تقریبا همه در مورد تئوری نسبیت انیشتین شنیده اند حتی اگر قابل به درک آن نشده باشند. مقاله وی در مورد طبیعت نور چند سال بعد جایزه نوبل را برایش به ارمغان آورد. امّا جالب است آنچه که بزرگترین تاثیر را بر کشف اتم ها داشت هیچ یک از این دو مقاله نبود، آنچه که همه چیز را تغییر داد مقاله کوتاهی بود در مورد اینکه چگونه دانه های ریز گرده، در آب می رقصند؟

تقریبا 80 سال قبل در سال 1827 یک گیاه شناس اسکاتلندی به نام رابرت براون دانه های گرده را در مقداری آب پاشید و از درون میکروسکوپ به آن نگاه کرد. آنچه که دید واقعا عجیب بود؛ زیرا به جای اینکه دانه های گرده به آرامی در آب شناور شوند بصورت کاتوره ای دور هم می چرخیدند. تقریبا مثل اینکه زنده بودند، در حالی که حرکت براونی عجیب بود. دانشمندان خیلی زود آن را به فراموشی سپردند و آن را پست می دانستند، حتی خسته کننده.

چه کسی اهمیت میداد که دانه های گرده در آب می جنبند؟ و جنبیدن اصلا چه ربطی به اتم ها دارد؟

حدود 80 سال پیش کشف براون یک بی نظمی علمی ناشناخته باقی ماند. سپس اینشتین همه چیز را تغییر داد. با یک نگاه متحیر کننده اینشتین فهمید که حرکت براونی کاملا مربوط به اتم هاست. در واقع او دریافت که جنبش ذرات گرده در آب می تواند بحث قدیمی واقعی بودن اتم ها را برای همیشه حل کند.

استدلال او ساده بود؛ گرده فقط وقتی می جنبد که به وسیله چیز دیگری مورد اصابت واقع شود. پس اینشتین نتیجه گرفت که آب باید از ذرات کوچک اتم مانندی ساخته شده باشد که خودشان می جنبند و پیوسته ذرات گرده را مورد اصابت قرار می دهند. اگر اتمی وجود نداشت ذرات گرده ساکن باقی می ماندند پس بولتزمن و معاصرانش بیهوده برای این سوال صف کشیده بودند جواب تمام این مدت موجود بود. اینشتین ثابت کرد برای رُخ دادن حرکت براونی اتم ها باید وجود داشته باشند.

مقاله اینشتین فراتر از بحث های شهودی رفت و با ریاضیات بی نقص ثابت کرد که رقص گرده اندازه اتم را نشان می دهد و آن به طرز سرسام آوری کوچک است؛ تقریبا یک ده میلیونوم یک میلی متر!

یک تار موی انسان یکی از باریک ترین چیزهایی که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده است حدود یک میلیون اتم ضخامت دارد. تعداد اتم های موجود در یک لیوان آب بیشتر از تعداد لیوان های آبی است که تمام اقیانوس های زمین را در بر می گیرد! مغزتان می ترکد وقتی به آن فکر می کنید…

مقاله اینشتین بحث را خاتمه داد در مورد اینکه اتم وجود دارد یا نه و بولتزمن کاملا پیروز شده بود. اتم مجبور بود که واقعی باشد!