پدیده‌ی رد كردن نسبیت خاص به وسیله‌ی كسانی كه فیزیكدان نیستند پدیده‌ی نادری نیست. این نوشته ابتدا مروری است بر اینكه حك و اصلاح نظریه‌های فیزیكی به چه معنی و كار چه كسانی است. سپس به این می‌پردازد كه چطور می‌شود كه شخصی كه فیزیكدان نیست به فكر نظریه‌پردازی در فیزیك بنیادی می‌افتد و چرا معمولاً نسبیت خاص است كه رد می‌شود.
نسبیت خاص یكی از موفقترین نظریه‌های كنونی فیزیك است. این نظریه به همراه مكانیك كوانتومی، و مكانیك آماری، در واقع اركان اصلی همه‌ی نظریه‌های فیزیكی امروز، به‌جز گرانش‌اند. نسبیت عام هم تاكنون موفقترین نظریه‌ی گرانش بوده است. اما به هرحال این‌ها نظریه‌اند؛ یعنی ممكن است در آینده فیزیكدانها نظریه‌های دیگری را بیافرینند و بپذیرند. آنچه می‌دانیم این است كه این نظریه‌ها در حوزه‌هایی موفق‌اند. مثلا می‌دانیم كه ساختار فضا زمان با تقریب بسیار خوبی همانی است كه نظریه‌های نسبیت خاص و عام بیان می‌كنند. این را در گستره‌ی نسبتاً بزرگی از فاصله‌ها به تجربه آزموده‌ایم؛ اما نه در همه‌ی فاصله‌ها و انرژی‌ها. كاملاً محتمل است كه در فواصل بسیار كم؛ یعنی در انرژی‌های بسیار زیاد، پیش‌بینی‌های نظریه‌ی نسبیت خاص با آزمایش نخواند. اگر چنین شود، فیزیكدانها ناگزیرند نظریه‌ی تازه‌ای بسازند كه در حد انرژی‌های كم همان نسبیت خاص بشود. خود نسبیت خاص هم در واقع چنین است. مكانیك نیوتونی كه مبتنی است بر نسبیت گالیله‌ای، در گشتره‌ی خاصی از سرعت‌ها با آزمایش می‌خواند؛ اما در سرعت‌های زیاد با آزمایش نمی‌خواند. مكانیك نسبیتی چنان است كه در حد سرعت‌های كم همان نتایج مكانیك نیوتونی را می‌دهد؛ اما در حد سرعت‌های زیاد با مكانیك نیوتونی نمی‌خواند؛ و البته آزمایش مكانیك مبتنی بر نسبیت خاص را تأیید می‌كند. در اواخر قرن نوزدهم میلادی، فیزیكدانها می‌پنداشتند مكانیك نیوتونی حوزه‌ی اعتبارش بسیار زیاد است. در واقع كسی فكر نمی‌كرد در سرعت‌های زیاد یا فواصل كم این نظریه با مشكلی روبرو شود. اما چنین شد. در دهه‌ی اول قرن بیستم معلوم شد كه نظریه‌ی نیوتونی حدی است از یك نظریه‌ی فراگیرتر به نام مكانیك نسبیتی، یعنی مكانیكی مبتنی بر نسبیت خاص. طی دو دهه‌ی بعد از جنبه‌ی دیگری هم معلوم شد كه مكانیك نیوتونی درست نیست، و آن در ابعاد ریز است. معلوم شد كه در حوزه‌ی اتمی و مولكولی، مكانیك نیوتونی اصلاً درست نیست. در این حوزه مكانیك كوانتومی است كه می‌تواند پدیده‌ها را توضیح دهد. البته باز هم مكانیك كوانتومی چنان است كه برای سیستم‌های درشت همان نتایج مكانیك نیوتونی را می‌دهد. فیزیكدانها برای حك و اصلاح نظریه‌ها دو كار می‌كنند. برخی با آزمایش می‌كوشند تا حوزه‌ی اعتبار آن‌ها روشنتر شود؛ برخی هم كار نظری می‌كنند. فیزیكدانها ی نظری بعضی وقت‌ها به جستجوی پدیده‌های دیگری كه نظریه‌های متعارف پیش‌بینی می‌كند می‌پردازند؛ و بعضی‌وقت‌ها نظریه‌های نامتعارفی پیشنهاد می‌كنند كه می‌توان همان نتایجی را بدهد كه نظریه‌های متعارف می‌دهند، اما در عین حال پیش‌بینی‌های تازه‌ای هم دارد. و به هر حال تعیین درستی و نادرستی همه‌ی نظریه‌ها بر عهده‌ی آزمایش است. برای این هر دو كار، یعنی آزمایش كردن یا نظریه پرداختن، شخص باید اموزش پرمحتوایی دیده باشد. باید نظریه‌ها را بداند و با ریزه‌كاری‌های آن‌ها آشنا باشد. به این ترتیب است كه فقط فیزیكدانها می‌توانند نظریه‌های فیزیكی را تغییر دهند؛ چه این تغییر كوچك باشد چه بزرگ. اما بعضی وقت‌ها كسانی پیدا می‌شوند كه بدون آنكه فیزیك خوانده باشند ادعا می‌كنند كه خودشان به تنهایی توانسته‌اند نظریه‌ی جدیدی بسازند كه همه‌ی مشكلات نظریه‌های پیشین را حل می‌كند و كلی هم پیش‌بینی تازه دارد. چنین آدم‌هایی در ساسر جهان نسبیت خاص را، به دلیل سادگی ظاهری و صوری آن، دوست دارند. سعی می‌كنند آن را یاد بگیرند و بسیاری وقت‌ها آن را رد می‌كنند. بعد هم قلم و كاغذ به دست می‌گیرند و می‌كوشند كه خود را به جامعه‌ی فیزیك بقبولانند. آدمی علاقه‌مند به مباحث فیزیكی نظری با قدری آشنایی با ریاضیات در حد حل معادله‌های خطی و شاید درجه‌ی دوم شروع می‌كند به فراگیری مباحث فیزیك نظری نزد خودش. فرض كنید چنین آدمی از یك معلم فیزیك بپرسد كه چطور باید فیزیك نظری فرا بگیرد. مكالمه‌ی آن‌ها چیزی شبیه به این خواهد بود:
- شما بهتر است اول ریاضی عمومی و فیزیك پایه یاد بگیرید. این‌كار خودش دست‌كم دو سال وقت می‌خواهد. در واقع دانشجویان فیزیك این درس‌ها را در یك سال می‌گذرانند (اگر راحت بگذرانند) و تازه خوب هم یاد نمی‌گیرند. بعد باید فیزیك جدید بخوانید و به موازاتش معادلات دیفرانسیل و ریاضی فیزیك، تا آماده شوید برای یادگرفتن مكانیك كلاسیك، الكترودینامیك، ترمودینامیك، مكانیك آماری و مكنیك كوانتومی. این هم دو سه سالی طول می‌كشد؛ بعد....
- خواندن این كتاب‌ها مگر چقدر وقت می‌خواهد؟ مگر چند صفحه است؟
- مسئله فقط خواندن رمان‌وار نیست. هر بخشی را كه می‌خوانید باید مسائلش را حل كنید. حل برخی از مسئله‌ها گاهی چند روز وقت می‌گیرد.
- واقعاً لازم است؟ من كه دانشجوی فیزیك نیستم كه مجبور باشم مسئله حل كنم.
- فقط وقتی مسئله حل كنید است كه مبحثی كه خوانده‌اید برایتان جا می‌افتد تازه بسیاری از مسئله‌ها را غلط حل خواهید كرد. باید حل‌ها را به آدم واردی نشان دهید تا اشتباه‌ها را به شما گوشزد كند. در غیر این صورت كلی چیز های غلط در ذهنتان نقش می بندد.
- نه استاد، من این قدر وقت ندارم. تازه من كه نمی‌خواهم مثل شما استاد دانشگاه بشوم.
- اگر می‌خواهید به طور جدی فیزیك یاد بگیرید، راهش همین است كه گفتم. اما اگر فقط می‌خواهید بدانید فیزیك درباره‌ی چیست و فیزیكدانها چه كرده‌اند و چه دارند می‌كنند، آنوقت بهتر است كتاب‌های عامه فهمی را بخوانید كه فیزیك‌دان‌های خوب نوشته‌اند. البته در این صورت هم باید جداً مواظب باشید كه از خودتان تعبیر و نظریه در نیاورید. هر جا چیزی خواندید كه آن را نفهمیدید یا به نظرتان غلط آمد، حتماً بروید و از یكی دو نفر استاد بپرسید. بسیار هم دقت كنید كه در بازار كتاب، كتاب‌های بسیاری هست كه در واقع علم نیست، شبه علم است. باید مواظب باشید به دام آن‌ها نیفتید. تازه در كتاب‌هایی هم كه فیزیك‌دان‌های بزرگ نوشته‌اند باز باید مواظب ترجمه‌ی غلط باشید. بعضی‌وقت‌ها مترجم مطلبی را خودش نفهمیده، و خواننده را هم گمراه می‌كند.
- از راهنمایی شما بسیار ممنونم.
معروفترین فیزیكدان دنیا اینیشتین است با نظریه‌های نسبیت خاص و عامش. تصویر برخی از مردم این است كه اینیشتین، كه ریاضیاتش هم می‌گویند خوب نبوده، با رد كردن آنچه همه‌ی فیزیك‌دان‌های پیش از او باور داشتند، یك شبه ره صد ساله پیموده. خوب شاید اینیشتین هم چرند گفته باشد. به حرف فیزیك‌دان‌های حرفهای، كه خودشان هم قبول دارند سیصد سال گول نیوتون را خورده‌اند، كه نمی‌شود اعتماد كرد. معلم‌های دانشگاه هم كه طوطی‌وار آنچه را در كتاب‌های درسیشان یاد گرفته‌اند تكرار می‌كنند؛ پس سركلاس رفتن و با آن‌ها وارد جروبحث شدن هم فایده ندارد. بسیار خوب، خودم شروع می‌كنم به خواندن و غور كردن و.....
پس از چندی آدمی را می‌بینیم كه چندین كتاب به كتابخانه‌اش اضافه شده، و بسیاری را خوانده است. احتمال فهمیدن البته صفر نیست، اما احتمال نفهمیدن خیلی بیشتر است. و بدترین شقش هم، آنكه آدم نداند و نداند كه نداند. ابتدا شروع می‌كند به تعبیرهای من‌درآوردی ساختن برای فرمول‌های فیزیك. بعد از چندی هم مشغول نظریه بافتن می‌شود. كافی است كمی هم ذوق فلسفی داشته باشد؛ آنوقت تبدیل می‌شود به كسی كه خیال می‌كند شكارچی بزرگی است و درنده‌ترین ببر را شكار كرده و از ماهم می‌خواهد باور كنیم. او حتی مصرانه از شما می‌خواهد با او به دشتی كه می‌شناسد بروید و ببر شكارشده را ببینید. اگر بپذیرید، آنوقت باید ساعت‌ها وقتتان را صرف خواندن ده‌ها و صدها برگ كاغذ بكنید ده‌ها حكم به هم تنیده‌ی درست و نادرست و بی‌معنی. به این مثال كه عیناً از صفحه‌ی 117 كتابی كه اخیراً چاپ شده بازنویسی می‌شود توجه كنید:
نتیجه‌ای كه از بند 1-3-4 مستفاد می‌شود، رفع سوئتفاهم در مفهوم حركت نسبی است، هرگاه در مكانیك كلاسیك ذكری از حركت نسبی شئ به‌میان می‌آید، مقصود حركت شئ نسبت به مكان همان لحظه‌ی شئ متحرك در روی منحنی مسیر آن و لاجرم در دستگاه مرجع مربوطه است ولی مفهوم حركت نسبی در فیزیك چیزی بكلی متفاوت است، در فیزیك مقصود از حركت نسبی حركت شئ متحرك نسبت به نقطه‌ای بغیر از مكان خود شئ علی‌الخصوص نسبت به ناظر است، ولی تشابه ظاهری در بكار بردن واژه حركت نسبی در بسیاری از موارد منشأ سؤتفاهم در بین حركت نسبی در مكانیك كلاسیك و حركت نسبی در سایر مباحث فیزیك است، در صورتی‌كه سهواً چنین اشتباهی رخ دهد مشكلاتی اساسی را در واقعیات فیزیكی در پی‌خواهد داشت، هدف اصلی از میان برداشتن این مشكلات است.
اینیشتین در عین آنكه بحث را با طرد مفهوم زمانو همزمانی (براساس مفروضات مكانیك كلاسیك) آغاز می‌كند، از تعریف سرعت نسبی در دو دستگاه لخت كه مفهومی بنیادی بوده و قاعدتاً باید بر اساس فاصله و زمان صورت پذیرد و نیز علت مساوی انگاشتن سرعت در این دو دستگاه طفره می‌رود و در عین حال اصل ثبات سرعت نور را مطرح می‌سازد كه بدون تعیین مفهوم سرعت بی‌معنی است و آنگاه به منظور به‌دست آوردن تبدیلات لورنتس متوسل به اصطلاح مبهم همان رویداد (رویدادی یگانه در دستگاه‌های K و k/ ) می‌شود....
آنچه در بالا و به طور خلاصه ذكر شد نشان می‌دهد كه نظریه‌ی نسبیت خاص ملغمه‌ای است از ابهام، تناقض، دور باطل، نامنسجم و ناهماهنگ با عقل سلیم.
اینكه چرا بیشتر كسانی كه می‌خواهند در دشت فیزیك‌نظری به شكار بپردازند به سراغ نسبیت خاص می‌روند چند دلیل ساده دارد. برخی به تصور نادرست از علم و بخصوص از نسبیت خاص و شخص اینیشتین مربوط است و برخی به سرشت خاص این نظریه.
1. بسیاری از مردم ما، حتی اشخاصی با تحصبیلات بالای دانشگاهی، تصور نادرستی از علم دارند. مثلاً بسیاری فكر می‌كنند كه فیزیك‌دان‌های نظری همان طوری درباره‌ی طبیعت می‌اندیشند كه فیلسوفان یونان باستان می‌اندیشیدند: هركس می‌نشیند در خانه‌اش و آن‌قدر فكر می‌كند تا به نتیجه برسد. به همین دلیل هم باید گوش به زنگ بود، هر كس كه حرف عجیب و غریبی زد فوراً نزدش رفت و شاگردش شد. مثالش هم مورد خود اینیشتین: نشست در ساعات فراغتش در اداره‌ی ثبت اختراعات آن‌قدر فكر كرد تا به نتیجه رسید. ابتدا هم هیچ‌كس حرف او را باور نمی‌كرد اما بعد همه مریدش شدند. تازه اینیشتین شخص خنگی بوده كه ریاضیاتهم نمی‌دانسته یكراست رفته سراغ فیزیك نظری و دنیا را تكان داده، آن‌هم به این دلیل كه حرفهای عجیب و غریب می‌زده. من نمی‌دانم منشأ اینكه می‌گویند اینیشتین ریاضی بلد نبوده چیست. اما می‌دانم كه خود اینیشتین چیز دیگری گفته او می‌گوید:
در سنین 12 تا 16 با مبانی ریاضیات و اصول حساب دیفرانسیل و انتگرال آشنا شدم.... هنگامی كه در 17 سالگی به عنوان دانشجوی ریاضیات و فیزیك وارد انستیتو پلی‌تكنیك زوریخ شدم، مقداری هم فیزیك نظری مطالعه كرده بودم... در آن‌جا معلمان برجسته‌ای (از جمله هورویتس و مینكوفسكی) داشتم، چندانكه به راستی توانستم به آموزشی ریاضی معقولی دست یابم. اما بیشتر اوقات خود را در آزمایشگاه فیزیك می‌گذراندم. زیرا بسیار مجذوب تماس مستقیم با تجربه بودم. بقیه‌ی وقت را در خانه صرف مطالعه‌ی آثار كیرشهوف، هلم‌هلتس، و دیگران می‌كردم.
معنی این جملات واضح است: یك دانشجوی بسیار باهوش و علاقه‌مند به فیزیك در مكتب استادی نخبه. نام استادانی را كه از آن‌ها فیزیك یاد گرفته در این جا ننوشته. دونفری كه از آن‌ها نام برده، هورویتس و مینكوفسكی، ریاضیداناننی به نام‌اند. اما اینیشتین در ادامه می‌گوید:
علت آنكه تا اندازه‌ای از ریاضیات غفلت می‌ورزیدم تنها این نبود كه به علوم طبیعی بیش از ریاضیات علاقه داشتم. بلكه تجربه‌ی عجیب زیر نیز در آن دخالت بیش از ریاضیات علاقه داشتم، بلكه تجربه‌ی عجیب زیر نیز در آن دخالت داشت. می‌دیدم كه ریاضیات به شاخه‌های بسیار تقسیم شده است كه هركدام به آسانی می‌تواند عمر كوتاهی را كه به ما داده شده مصروف خود كند. در نتیجه خود را در وعیت خر بوریدان یافتم كه نمی‌توانست تصمیم بكیرد از كدام بند یونجه آغاز كند. این بی‌تصمیمی به روشنی ناشی از آن بود كه شم و شهود من در رشته‌ی ریاضیات به اندازه‌ی كافی قوی نبود كه بتوانم مطالب اساساً بنیادی را از مابقی، كه تبحری كم‌وبیش چشم‌پوشیدنی است، تمیز دهم. علاوه بر این علاقه‌ی من به شناخت طبیعت، بی‌شبهه قویتر بود و برای من كه دانشجویی بیش نبودم به هیچ روی روشن نبود كه راه شناخت عمقی اصول بنیادی فیزیك به پیچیده‌ترین روش‌های ریاضی گره خورده است. این نكته را تنها به تدریج و پس از سال ها كار علمی مستقل دریافتم.
از این جمله‌ها چنین برمی‌آید كه اینیشتین در این جا، در 67 سالگی، دارد می‌گوید كه چه شد كه با آنكه نزد ریاضیدانانی چون هورویتس و مینكوفسكی آموزش دیده، و به اعتقاد خودش خوب هم آموزش دیده، ریاضیدان نشده، بلكه فیزیكدان شده. به هیچ‌وجه نمی‌توان از این جمله‌ها نتیجه گرفت كه اینیشتین درس نمی‌خوانده و ریاضیات نمی‌دانسته و یك ضرب رفته سراغ تكان دادن دنیای فیزیك.
2. اینیشتین در 1284/1905 انقلابی به راه انداخت، و البته در این سال كارمند اداره‌ی ثبت اختراعات سویس بود. بعضی‌ها از این دوجمله، كه هردو درست است، نتیجه می‌گیرند كه اینیشتین یك ناحرفه‌ای بود كه انقلابی در علم به راه انداخت. این تصویر كاملاً غلط است. اینیشتین در این موقع، هرچند شغل دانشگاهی نداشت، اما یك فیزیكدان كاملاً حرفهای بود. برای روشن شدن مطلب كافی است نگاهی به كتاب مجموعه‌ی آثار آلبرت اینیشتین بیندازیم. اولین مقاله‌ی اینیشتین در 1280/1901 در آنالن در فیزیك چاپ شده بود. تا پیش از مقاله‌های تاریخ سازش، 7 مقاله، كه همه در آنالن در فیزیك چاپ شدند، نوشته بود. علاوه‌بر آن برای نشریه‌ی بیبلترتسودن آنالن در فیزیك مقاله‌های فیزیكی را كه در مجله‌های ایتالیایی- فرانسوی -، و بعضاً انگلیسی- زبان چاپ می‌شد، مرور می‌كرد و برای آن‌ها مرور می‌نوشت. تا این تاریخ 14 تا از این مرورها نوشته بود. در 1901، حدود یك سال پس از فراغت از تحصیل، رساله‌ای به دانشگاه زوریخ تقدیم كرد، اما در اوایل 1902 آن را پس گرفت. سه سال بعد روش‌های هیدرودینامیك كلاسیك را با روش‌های نظریه‌ی پخش تركیب كرد و روشی تازه برای سنجش اندازه‌ی مولكول‌ها و عدد آووگادرو یافت. در 20 ژوییه‌ی 1905 (29 تیر 1284) آن را به دانشگاه زوریخ تقدیم كرد، كه یك ماه بعد پذیرفته شد. تا 1909 مجموعاً بیش از 30 مقاله نوشت كه همگی در مجله‌های معتبر چاپ شدند. خود نسبیت خاص هم طوری است كه ناحرفه‌ای‌ها را جذب می‌كند. فرمول‌های اولیه‌ی نسبیت خاص به طرز فریبنده‌ای ساده‌اند. سختترین چیزی كه در یك تبدیل لورنتس ظاهر می‌شود یك یك جذر است كه همه در دبیرستان خوانده‌ایم. آنچه فهمیدن آن سخت است مفهوم‌ها است مفهوم‌هایی مثل مكان، زمان، چارچوب لخت، دستگاه مختصات، سنجش طول، سنجش زمان، شكل ناوردا بودن قوانین فیزیك، همزمانی، و چیزهایی از این دست. و این مفهوم‌ها دقیقاً همان چیزهایی است كه شخص باید به مرور و نزد معلم یاد بگیرد. تصور بیشتر مردم، و حتی بسیاری از فیزیكدان‌هایی كه نسبیت خاص نخوانده‌اند، از این مفاهیم نادرست است. معادله‌های مكانیك سیالات را نگاه كنید. تا كنون كسی از این عده را دیده‌اید كه ادعا كرده باشد معادله‌ی نویه-استوكس غلط است؟ من كه ندیده‌ام، و فكر می‌كنم دلیلش این است كه برای آنكه كسی اصولاً بتواند معادله‌ی نویه-استوكس را بخواند باید كلی آنالیزبرداری بداند. تازه چه فایده كه كسی ثابت كند معادله‌ی نویه-استوكس غلط است؟ بیشتر مردم حتی اسم این معادله به گوششان خورده و هرچند نمی‌دانند موضوع چیست، می‌دانند مهم است. و می‌دانند كه اینیشتین بالاخره یك جوری نابغه بوده. فرمول‌های نسبیت عام هم بسیار پیچیده‌اند. تا هندسه‌ی دیفرانسیل ندانید باز نمی‌توانید آن‌ها را بخوانید. پس عجیب نیست كه نسبیت عام هم معمولاً رد نمی‌شود. اینكه در یك جامعه چندنفری به چنین كارهایی بپردازند مسئله‌ی مهمی نیست. اما به هرحال یكی از وظایف ما این است كه سعی كنیم سواد عمومی را بالا ببریم و فرهنگ علم را در جامعه جابیندازیم. با این نگرش، می‌بینیم كه درس‌هایی مثل فیزیك عمومی برای دانشجویان رشته‌های دیگر چقدر مهم است. اگر دانشجویان مثلاً مهندسی تصور درستی از علم نداشته باشند، چه انتظاری می‌توان از دیگران داشت؟
/ج