اثیر

نوشتة آلبرت اینشتاین و لئوپولداینفیلد
قسمت سوم از «حرکت»
ما در واقع حق انتخابی نداریم. ما برآن بودیم تا با این فرض که دستگاه‌ها در حرکت خود اثیر را به همراه می‌برند اصل نسبیت گالیله‌ای را نجات دهیم، اما این به تناقضی با آزمایش انجامید. تنها راه چاره رها کردن اصل نسبیت گالیله‌ای و آزمودن این فرض است که همة اجسام در دریای آرام اثیر حرکت می‌کنند.
گام بعدی این است که برخی از نتایج ناقض اصل نسبیت گالیله‌ای و موید حرکت در اثیر را در نظر گیریم و آن‌ها را توسط یک آزمایش بیازماییم. به تصوّر در آوردن این گونه آزمایش‌ها به قدر کافی آسان، اما به اجرا در آوردن آن‌ها بسیار دشوار است. از آن جا که ما در این جا تنها با اندیشه‌ها سر و کار داریم، لزومی ندارد نگران دشواری‌های فنی باشیم.
دوباره به اتاق متحرک خویش با دو ناظر درونی و بیرونی باز می‌گردیم. ناظر بیرونی نمایانگر د.م. استاندارد خواهد بود که توسط دریای اثیر مشخص می‌گردد. این دستگاه د.م. متمایزی است که در آن سرعت نور همواره مقدار استاندارد یکسانی را دارد. همة چشمه‌های نور چه در دریای آرام اثیر حرکت کنند و چه ساکن باشند، نور را با سرعت یکسانی گسیل می‌کنند. اتاق وناظر درون آن از میان اثیرحرکت می‌کنند. تصور کنید که چراغی در مرکز اتاق روشن و خاموش می‌شود و دیوار‌های اتاق شفافند، به طوری که هر دو ناظر درونی و بیرونی می‌توانند سرعت نور را اندازه‌گیری کنند. هرگاه از دو ناظر بپرسیم که انتظار دستیابی به چه نتایجی را دارند، پاسخ آن‌ها چیزی شبیه این خواهد بود:
ناظر بیرونی: دستگاه مختصات من توسط دریای اثیر مشخص شده است. نور در دم من همواره مقدار استاندارد را دارا است. لزومی ندارد مراقب این امر باشیم که آیا چشمة نور یا اجسام دیگر در حال حرکتند یا نه، زیرا آن‌ها هرگز دریای اثیر مرا همراه نمی‌برند. د.م. من از همة دسنپتگاه‌های دیگر متمایز شده است و صورت نور در این د.م. باید مستقل از جهت تابة نور یا حرکت چشمة آن، مقدار استاندارد خود را دارا باشد.
ناظر درونی: اتاق من در دریای اثیر حرکت می‌کند. یکی از دیوارها از نور دور می‌شود و دیوار دیگر بدان نزدیک می‌گردد. اگر اتاق من نسبت به دریای اثیر با سرعت نور حرکت می‌کرد، در آن صورت نور تابش شده از مرکز اتاق هرگز به دیواری که با سرعت نور دور می‌شود نمی‌رسید. اگر اتاق با سرعتی کمتر از سرعت نور حرکت می‌کرد، در آن صورت یک موج فرستاده شده از مرکز اتاق به یکی از دیوارها زودتر می‌رسید. دیواری که به سمت موج نور حرکت می‌کرد زودتر از دیواری که از موج نوری دور می‌شود نور را دریافت می‌کرد. بنابراین با اینکه چشمة نوربه طور صلب به د.م. من متصل است، سرعت نور در همة جهت‌ها یکسان نخواهد بود. بلکه در جهت حرکت نسبت به دریای اثیر که دیوار دارد دور می‌شود کمتر است، و در جهت مخالف که دیوار به سمت موج نور حرکت می‌کند و می‌خواهد زودتر بدان برسد بیشتر است.
بدین سان تنها در دستگاه مختصاتی که توسط اثیر متمایز شده است، سرعت نور در همة جهت‌ها برابر است. سرعت نور برای د.م.های دیگر که نسبت به دریای اثیر حرکت می‌کنند، به جهت اندازه‌گیری ما بستگی دارد.
آزمایش تعیین شده فوق ما را قادر می‌سازد تا نظریة حرکت در دریای اثیر را بیازماییم. در واقع طبیعت دستگاهی را به ما عرضه می‌دارد که با سرعتی نسبتاً زیاد حرکت می‌کند، و آن کرة زمین در حرکت سالانه‌اش به دور خورشید است. هرگاه فرض ما درست باشد، سرعت نور درجهت حرکت زمین باید با سرعت نور در جهت مخالف متفاوت باشد. می‌توان تفاوت‌ها را محاسبه کرد و آزمون تجربی مناسبی را ترتیب داد. به واسطه تفاوت‌های زمانی کوچک ناشی از این نظریه، باید تدابیر آزمایشی مبتکرانه‌ای اندیشید. این امر در آزمایش مشهور مایکلسن ـ مورلی انجام شد. نتیجة حاصل حکم «مرگ» نظریة دریای اثیر، که هر ماده‌ای در آن حرکت می‌کند، بود. یافتن هر گونه بستگی نور به جهت، ناممکن بود. هرگاه نظریة دریای اثیر پذیرفته می‌شد، نه تنها سرعت نور بلکه سایر پدیده‌های میدانی نیز وابستگی به جهت را در د.م. متحرک نشان می‌دادند. هر آزمایشی نتیجه‌ای منفی همچون نتیجة حاصل از آزمایش مایکلسن ـ مورلی را به دست داده است، و هیچ گونه بستگی‌ای به جهت حرکت زمین را نشان نداده است.
پیوسته وضع خطیرتر می‌شود. دو فرض مورد بررسی قرار گرفته‌اند. نخست این که اجسام متحرک اثیر را با خود انتقال می‌دهند. این واقعیت که سرعت نور به حرکت چشمه بستگی ندارد ناقض این فرض است. دوم اینکه یک د.م. متمایز وجود دارد و اجسام متحرک اثیر را با خود انتقال نمی‌دهند بلکه در یک دریای اثیری هماره آرام حرکت می‌کنند. اگر چنین باشد اصل نسبیت گالیله ای معتبر نیست و سرعت نور نمی‌تواند در همة د.م.ها یکسان باشد. باز هم به تناقض با آزمایش می‌رسیم.
نظریه‌های ساختگی‌تری با این فرض مورد آزمون قرار گرفته‌اند که حقیقت در جایی بین این دو حالت حدّی است؛ بدین معنی که اثیر تنها به طور جزئی توسط اجسام متحرک انتقال می‌یابد اما همة این نظریه‌ها با شکست رو به رو شده‌اند! هر کوششی برای توضیح پدیده‌های الکترومغناطیسی در د.م. متحرک به کمک حرکت اثیر یا حرکت در اثیر با هر دوی این حرکت‌ها ناموفق بوده است.
بدین سان یکی از هیجان انگیز‌ترین موفقیت‌ها در تاریخ علم رخ داد. هیچ یک از فرض‌های مربوط به اثیر راه به جایی نبرد! حکم تجربی همواره منفی بود. هر گاه به تکامل علم فیزیک در گذشته بنگریم می‌بینیم که اثیر، اندکی پس از تولد خویش به صورت «کودک پر درد سر» خانوادة مفاهیم فیزیکی در‌آمد. نخست اینکه معلوم شد ایجاد یک تصوّر مکانیکی ساده از اثیر ناممکن است و این کار رها شد. این امر تا اندازة زیادی به شکست دیدگاه مکانیکی انجامید. دوّم اینکه ناچار شدیم این امید را رها کنیم که با حضور دریای اثیر یک د.م. متمایز خواهد شد و به پذیرش نه تنها حرکت نسبی بلکه حرکت مطلق خواهد انجامید. گذشته از حمل امواج این تنها طریقی بوده که اثیر می‌توانسته است وجود خود را نشان دهد و توجیه کند. همة کوشش‌های ما در جهت واقعی کردن اثیر با شکست رو به رو شدند. اثیر نه ساخت مکانیکی خود را آشکار ساخت ونه حرکت مطلق را. ازهمة خواص اثیر جز آن خاصیتی که به خاطر آن ابداع شده بود، یعنی قابلیت انتقال امواج الکترومغناطیسی، چیزی بر جای نماند. کوشش‌های ما برای کشف خواص اثیر به اشکال‌ها وتناقض‌ها انجامید. پس از این همه تجربه‌های ناگوار اینک زمان آن فرا رسیده است که اسیر را کاملاً به فراموشی سپاریم و سعی کنیم نام آن را هرگز به زبان نیاوریم. از این پس خواهیم گفت فضای ما دارای خاصیت فیزیکی انتقال امواج است و بدین سان از کاربرد واژه‌ای که تصمیم گرفته‌ایم ازآن دوری گزینیم دست می‌کشم.
البته حذف یک واژه از فرهنگ واژگان‌مان راه چاره نیست. گرفتاری‌های ما در واقع دشوار‌تر از آنند که بدین طریق بر طرف شوند.