فیزیک نوین (Modern Physics)
دید کلی
می‌دانید فیزیک نوین چیست؟
فیزیک نوین با فیزیک کلاسیک چه تفاوتی دارد و در چه مواردی با آن مشابه است؟
چه مفاهیم اساسی از فیزیک کلاسیک به فیزیک قرن بیستم ، که با ذرات خیلی و خیلی سریع سروکار دارد ، انتقال یافته‌اند؟
کدامیک از مفاهیم کلاسیک بدون تغییر می ماند و کدامیک باید اصلاح شود؟
این سوالها و سوالهای مهم دیگر موضوعاتی هستند که در فیزیک نوین مورد بحث قرار می‌گیرند.
پیدایش فیزیک نوین
تا اواخر قرن نوزده قوانین حرکت نیوتن بر دنیای مکانیک حکومت میکرد و به عنوان پایه‌های مکانیک کلاسیک بودند. همچنین تا این زمان تبدیلات گالیله به عنوان بهترین الگو جهت تبدیل مختصات به شمار می رفت. بر اساس این تبدیلات سرعت نور مقداری ثابت میشود و با حرکت ناظر تغییر میکرد. تا اینکه آلبرت انیشتین نظریه نسبیت را ارائه داد و دنیای فیزیک را متحول ساخت. در این زمان آزمایشهای زیادی برای اندازه گیری سرعت نور انجام شد و دانشمندان به این نتیجه رسیدند که سرعت نور مستقل ار حرکت چارچوبهای مرجع مقداری ثابت است. به این ترتیب فیزیک نوین بصورت رسمی پایه ریزی شد. در حالت کلی می‌توان گفت که فیزیک نوین در مورد اصول فیزیک قرن بیستم به صورت نسبتا دقیق و در عین حال در یک سطح بنیادی بحث می‌کند.
پایستگی جرم
برخلاف آنچه در مکانیک کلاسیک تصور می‌شد ، در فیزیک نوین جرم یک جسم کمیتی تغییر ناپذیر نیست ، بلکه با بالا رفتن سرعت افزایش پیدا می‌کند. بدین ترتیب است که وقتی سرعت یک جسم به سرعت نور (C=3X108m/s) نزدیک میشود، جرم آن به سوی بینهایت میل می‌کند. پس سرعت نور معرف حدی است که تجاوز از آن را نمی‌توان انتظار داشت. لازم به یادآوری است که غیر از مورد سرعتهای بیشتر از 0.1 سرعت نور ، این تصحیح جرم محسوس نیست. از طرف دیگر ، قبول می‌کنیم که جرم و انرژی می‌‌توانند متقابلا به یکدیگر تبدیل شوند. بدین جهت است که در فروپاشیهای اتمی چنانکه می‌دانیم ، انرژی قابل ملاحظه ای تولید میشود. مجموع جرمهای اجسام حاصل همیشه کمتر از جرم جسم خرد شده است. با استفاده از فرمول آلبرت انیشتین می‌توان انرژی آزاد شده را محاسبه کرد.
E=mC2
بنابراین ، بجای پایستگی جرم در حالت کلاسیک ، پایستگی جرم و انرژی قرار می‌گیرد. به عبارت دیگر هرگاه جرم تغییر کند آن تغییر به وسیله تغییر انرژی جبران میشود. و لذا انرژی و جرم را می‌توان به یکدیگر تبدیل کرد.
پایستگی زمان
برخلاف فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین زمان یک کمیت ثابت و پایا نیست و بلکه به حرکت چارچوبهای مرجع بستگی دارد و با بالا رفتن سرعت طولانیتر می‌گویند. از این مسئله تحت عنوان پدیده اتساع زمان در فیزیک نوین یاد میشود.
T=T0/√1-(v/c)2
پدیده اتساع زمان به مسائل بسیار جالبی مانند پاردوکس دو قلوها منجر میشود. به عبارت دیگر ، اگر دو برادر دو قلو را در نظر بگیریم که در یک لحظه در روی زمین متولد می‌شوند ، آنگاه یکی از این دو برادر بوسیله سفینهای که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کند به طرف کره ماه برود ، در اینصورت بعد از گذشت مدت زمانی ، فاصله سنی که دو برادر از یکدیگر دارند متفاوت خواهد بود.
لازم به ذکر است که در حد V<زمان نسبی در فیزیک نوین به زمان مطلق در فیزیک کلاسیک تحویل میشود. در تجربه‌های روزمره ، اجسامی را مشاهده می‌کنیم که با سرعتهای خیلی کوچکتر از سرعت نور در حرکت‌اند. بنابراین ، اثرهای نسبیتی برجسته‌ای که بوسیله تبدیلات لورنتس جسم می‌شوند ، به آسمانی قابل درک نیستند. این پدیده ها اغلب در واپاشیهای پرتوزا اعمال می‌شوند.
پایستگی طول
در فیزیک نوین فضا نیز مطلق بودن خود را از دست داده و به یک کمیت نسبی تبدیل میشود که به سرعت ناظرها بستگی دارد. این پدیده نیز به عنوان انقباض فضا معروف است. رابطهای که انقباض فضا بر حسب آن بیان میشود ، به صورت زیر است.
L=L0x√1-(v/c)2
بر اساس رابطه فوق اگر سرعت افزایش پیدا کند ، طول کوتاهتر میشود.
جرم فوتون
ملاحظه کردیم که در فیزیک نوین جرم بر اساس رابطه m=m0/√1-(v/c)2 تغییر می‌کند. بنابراین در مورد فوتون که دارای سرعت C می‌باشد ، مقدار بینهایت برای جرم فوتون حاصل می‌گردد. برای احتزار از این مسئله جرم سکون فوتون (m0) را برای صفر فرض میشود.
پایستگی تکانه
می‌دانیم که در فیزیک کلاسیک تکانه بر حسب رابطه P=mv بیان میشود. از طرف دیگر گفتیم که جرم پایسته نبوده و بسته به سرعت ناظرها تغییر می‌کند. بنابراین تکانه که یک کمیت پایسته در فیزیک کلاسیک است ، پایستگی خود را از دست می‌دهد. همچنین دیدیم که طبق رابطه آلبرت انیشتین تغییر در جرم با تغییر در انرژی جبران میشود. بنابراین ، بجای کمیت پایسته تکانه فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین کمیت دیگری بنام اندازه حرکت-انرژی معرفی میشود. این کمیت همواره مقداری پایسته خواهد بود که براساس رابطه زیر بیان می شود.
E2=E20+(pc)2
معادله فوق یک رابطه اساسی در دینامیک نسبیتی می‌باشد. چون در فضای سه بعدی اندازه حرکت (تکانه) دارای سه مولفه است. رابطه فوق به عنوان چهار بردار اندازه حرکت - انرژی معروف است.
چهار بردار فضا-زمان
ملاحظه کردیم که در فیزیک نوین رابطه پایسته جدیدی به نام اندازه حرکت-انرژی حاصل شد. همچنین بجای پایستگی جداگانه فضایی و پایستگی زمانی فیزیک کلاسیک ، در فیزیک نوین زمان و فضا به یکدیگر وابسته گشته و یک کمیت پایسته به عنوان چهار بردار فضا-زمان بوجود می‌آید.
سخن آخر
آنچه اشاره شد در واقع مفاهیم اولیهای هستند که برای ورود به فیزیک نوین لازم است. یعنی باید ابتدا در نگرش کلاسیکی خود تغییراتی اعمال کنیم و سپس وارد فیزیک نوین شویم. بعد از اینکه خود را به این اطلاعات اولیه تجهیز کردیم ، به راحتی می‌توانیم پدیده‌هایی چون پدیده فوتوالکتریک ، اثر کامپتون ، تولیدزوج و نابودی زوج ، تولید اشعه ایکس و موارد دیگر را به راحتی تغییر کنیم.
مسئله دیگری که در فیزیک نوین مورد مطالعه قرار می گیرد ، مطالعه ساختار اتمی مواد ، برهمکنش فوتون با ماده و واکنش های هسته‌ای با استفاده از مفاهیم اولیه فیزیک نوین بحث میشود.
در سمیناری که در دانشگاه شیکاگو در زمینه مورفولوژی تکاملی برگزار شد، دانشمند برجسته، دکتر پاترسون، سؤال ساده‌ای مطرح کرد: آیا در اینجا کسی هست که بتواند در مورد تکامل، نکته‌ای قطعی و ثابت‌شده را عنوان کند؟? سکوتی طولانی بر فضای تالار حکمفرما شد. سرانجام شخصی از گوشه‌ای گفت: ?من یک چیز را با قطع و یقین می‌دانم: اینکه تکامل را نباید در مدارس تدریس کرد
با اینکه بسیاری از مردم عادی بر این باورند که تکامل پدیده‌ای علمی و اثبات‌شده می‌باشد، واقعیت این است که بعد از گذشت 150 سال، تکامل فرضیه‌ای است اثبات‌نشده و بدون سندیت. در واقع باید گفت که قرائن و شواهد بسیاری تکامل را رد می‌کنند.
فرضیه تکامل که نخستین بار توسط چارلز داروین در کتابش به‌نام "اصل انواع" مطرح شد، این نظر را پیش می‌نهد که موجودات زنده از اَشکال ساده نظیر باکتری، به اَشکال پیچیده‌تر نظیر انسان تکامل یافته‌اند. این تحول و تکامل زاییده تصادف بوده است؛ نخستین مولکول نیز در اثر تصادم اتم‌ها در یک ملغمه ابتدایی به‌وجود آمده است. نتیجه این امر پیدایی موجودات زنده بوده است.
نابسندگی شواهد و دلایل
تأثیر و نفود فرضیه تکامل را نمی‌توان دست‌کم گرفت؛ این فرضیه طرز تفکر انسانها را درباره جهان و وجود خودشان دگرگون کرده است. اما اکنون بعد از گذشت 150 سال، تکامل هنوز در سطح یک فرضیه باقی مانده است، و هنگامی‌که شواهد و دلایل مطرح‌شده را موشکافانه بررسی می‌کنید، پی می‌برید که چقدر نابسنده و غیرقطعی هستند.
فسیل‌ها تکامل را اثبات نمی‌کنند
?فسیل‌ها گواه بر تکامل می‌باشند!? این ادعایی بوده که دانشمندان با صدایی بلند عنوان می‌کردند. اما مشکلی که در مورد فسیل‌ها وجود دارد، این است که میان حیواناتی که فسیل‌ها گواه بر وجود آنها هستند، و حیوانات همنوعشان در عصر ما، هیچ فسیلِ میانی وجود ندارد، گویی حیوانات اولیه ناگهان به‌صورت حیوانات امروزی تحول و تکامل یافته‌اند. داروین نیز خود متوجه این نقصان در فرضیه خود بود، اما بر این باور بود که یک روز فسیل‌های میانی یافت خواهند شد. هنوز بعد از گذشت 150 سال، فسیلی دال بر وجود حیوانات میانی و در حال تکامل یافت نشده است.
دانشمندان معتقد به تکامل برای رفع این نقیصه، این نظر را مطرح کردند که تحول با چنان سرعتی رخ داد که فسیلی از آنها باقی نمانده است. طبعاً دلیل و مدرکی علمی در این زمینه وجود ندارد.
"هومولوژی" تکامل را اثبات نمی‌کند
هومولوژی نظریه‌ای است که معتقد است ارگانیزم‌های زنده‌ای که از ساختاری همسان برخوردارند، از یک اصل واحد ناشی شده‌اند و به این ترتیب این نظریه، تکامل را اثبات می‌کند.
مشکل در اینجاست که نمونه‌های فراوانی با این نظریه تناقض دارند. به‌عنوان مثال، بافت کلیوی جانداران را در نظر بگیرید. کلیه‌های ماهی دارای شکل جنینی کاملاً متفاوتی با خزندگان و پستان‌داران می‌باشند. ممکن نیست که آنها از یک ساختار ناشی شده باشند.
یا به دستگاه گوارش توجه کنیم. اگر همه جانداران از یک اصل ناشی شده‌اند، تکامل و تحول این دستگاه در جانداران مختلف نیز می‌بایست یکسان باشد. اما عکس این صادق است. کوسه، قورباغه، خزندگان، و پرندگان، دارای دستگاه گوارشی‌ای هستند که به‌گونه‌ای متفاوت تحول یافته‌اند. نمونه‌های بسیار دیگری می‌توان برای این امر آورد.
زائده‌ها تکامل را اثبات نمی‌کنند
تکامل‌گرایان بر این نظر پا می‌فشردند که بدن جانداران دارای اندام‌هایی است که امروز دیگر کاربردی ندارند. اندام‌هایی مثل آپاندیس و لایه‌های نیمه‌کروی در چشم زائده نامید شده‌اند زیرا در زمان داروین تصور می‌شد که اینها بلامصرف می‌باشند. طبق این نظریه، این اندام‌ها در دوره‌های اولیه هستی کاربردی داشته‌اند، اما به‌تدریج که انسان خود را با محیط سازگار ساخت، کاربرد خود را از دست دادند. به‌عقیده این دسته از دانشمندان، آنها اکنون شاهدی هستند بر آنچه قبلاً بودیم.
باز در این مورد هم شواهد، علیه این نظریه هستند. تمام آنچه که زائده نامیده شده، امروز نیز کاربردی مفید دارند. آپاندیس در واقع غده‌ای است لنفاوی، و لایه نیمه‌کروی نیز همچون یک قاشقک، اشیاء خارجی را از داخل چشم جمع‌آوری می‌کند. بسیاری از ما شنیده‌ایم که انسان قبلاً دُم داشته است. این حرف خنده‌دار است. ستون فقرات انسان دارای 33 مهره است. هیچ شاهدی بر این مدعا وجود ندارد که او قبلاً 34 مهره داشته است. فردی به‌اسم هِکل بود که نظریه دم انسان را پیش نهاد؛ او بعدها توسط دانشگاه خودش محکوم به تقلب شد!
زیست‌شناسی مولکولی بیش از سایر عوامل، تکامل را رد می‌کند!
چیزی به‌نام شکل ساده حیات وجود ندارد
در روزگار داروین این عقیده رواج داشت که حیات از اَشکال ساده‌تر به‌سوی اشکال پیچیده‌تر حرکت می‌کند. علم امروزه ثابت کرده است که چیزی به‌نام ? شکل ساده حیات ? وجود ندارد. حتی ساده‌ترین سلول باکتری به‌گونه‌ای باورنکردنی پیچیده است. آنچه که سلول‌های ساده نامیده میشود، شامل DNA و RNA و پروتئین می‌باشد که به یکدیگر وابسته و مرتبط هستند. در واقع، تمام سیستم‌های بیوشیمیایی و فیزیولوژیکی به یکدیگر وابسته می‌باشند. لذا این تصور تکامل‌گرایان که اندام‌ها به‌گونه‌ای مستقل تحول می‌یابند، پذیرفتنی نیست.
اَشکال میانی وجود ندارد
نه فقط فسیل‌های میانی یافت نشده، بلکه زیست‌شناسی مولکولی نیز با قطعیت ثابت کرده که در سطح بیوشیمی نیز شکل میانی وجود ندارد.
به‌این ترتیب، مثلاً پروتئین‌ها هیچگاه از یک مرحله تا مرحله دیگر تحول نمی‌یابند، بلکه همیشه از نوع تا نوع دیگر تحول پیدا می‌کنند. پروتئین‌ها از اسید آمینه درست شده‌اند. اگر آنها مانند مهره‌های رنگی در یک گردنبند تصور کنیم، طبق نظر تکامل‌گرایان، پروتئین وقتی به انواع پیشرفته‌تر تبدیل شود، باید مهره‌ای به این "گردنبند" پروتئین اضافه شود. بنابراین، باید طبعاً انتظار داشت که در جانداران پیشرفته‌تر، مهره‌های بیشتری بر گردنبند پروتئینی وجود داشته باشد. اما در عمل اینطور نیست. مثلاً بیایید انسان را با دو نوع ماهی مقایسه کنیم (با توجه به اینکه ماهی در طرح تکاملی، پیش از انسان به‌وجود آمده است): ماهی بدون آرواره (که در سیر تکامل بسیار قدیمی‌تر است) و ماهی آرواره‌دار که جدیدتر است. با کمال تعجب می‌بینیم که پروتئین موجود در هموگلوبین انسان به پروتئین ماهی بدون آرواره بیشتر شبیه است تا به ماهی آرواره‌دار، در حالیکه طبق نظر تکامل‌گرایان می‌بایست عکس این باشد.
تاثیر مکسول در انقلابی که در اندیشه ی واقعیت فیزیکی به وقوع پیوسته است. اعتقاد به وجود یک جهان خارجی مستقل از شخصی که آن را درک می کند پایه ی تمام علوم طبیعی است . ولی از آنجا که ادراک حسی فقط بطور غیر مستقیم اطلاعاتی از این جهان خارجی یا واقعیت فیزیکی به ما می دهد لهذا این واقعیت فیزیکی را تنها باید از راه تجسس به دست آورد. از این جا معلوم می شود که مفهوماتی که از واقعیت فیزیکی برای ما حاصل می شود هیچگاه به مرحله ی نهایی نخواهد رسید بلکه باید همواره آماده ی تغییر و تعویض این مفهومات، که همان اصول موضوعه ی اولیه ی علم فیزیک است باشیم تا بتوانیم واقعیت های مشهود را هر چه دقیقتر و کاملتر و منطقی تر مورد تتبع و تحلیل قرار دهیم. نظری به تاریخ علم فیزیک نشان می دهد که در طی ادوار و قرون چه تغییرات شگرفی در آن به وقوع پیوسته و در راه بسط و گسترش آن چه مراحل دشواری پیموده شده است.