موج

نوشتة آلبرت اینشتاین و لئوپولداینفیلد
قسمت دوم از «حرکت»
اینک با نخستین تصویر خود آغاز می‌کنیم: اثیر توسط اتاق متحرک با چشمة نوری که به ‌طور صلب بدان متصل است انتقال می‌یابد.
هرگاه، برای سرعت¬های امواج صوتی، به اصل تبدیل ساده معتقد باشیم، اینک می‌توانیم نتایج خویش را دربارة امواج نوری نیز صادق بدانیم. دلیلی برای تردید در قانون تبدیل مکانیکی ساده، که تنها می‌گوید سرعت‌ها را درمواردی باید جمع کرد و در مواردی دیگر از هم کم کرد، وجود ندارد. از این رو، فعلاً هم حمل اثیرتوسط اتاق متحرک، با چشمة نور و هم تبدیل کلاسیک را میپذیریم. هرگاه، من چراغ را روشن کنم و این چراغ به طور صلب به اتاق من متصل باشد، در این صورت سرعت علامت نوری مقدار تجربی کاملاً معلوم، یعنی 186000 مایل در ثانیه را دارد. اما ناظر خارجی، متوجه حرکت اتاق و بنابراین حرکت چشمه خواهد بود، و از آن جا که اثیر همراه اتاق حرکت می‌کند، او باید چنین نتیجه بگیرد که «سرعت نور در د.م. خارجی من در جهت‌های مختلف متفاوت است. درجهت حرکت اتاق بیشتر از سرعت استاندارد نور و در جهت مخالف کمتر از آن است.» نتیجه گیری ما چنین است: «هر گاه اثر همراه اتاق متحرک با چشمة نور حرکت کند و در صورتی که قوانین مکانیکی معتبر باشند، آن گاه سرعت نور باید به سرعت چشمة نور بستگی داشته باشد. نوری که از یک چشمة متحرک به چشمان ما می‌رسد دارای سرعت بیشتری خواهد بود هر گاه حرکت به سوی ما باشد، و سرعت کمتری خواهد داشت اگر از ما دور شود.
در صورتی که سرعت ما بیشتر از سرعت نور می‌بود، می‌بایست بتوانیم از یک علامت نوری بگریزیم. می‌توانستیم رخداد‌های گذشته را، از طریق دریافت امواج نوری قبلاً ارسال شده، ببینیم. رخداد‌ها را به ترتیبی عکس ترتیب ارسال آن‌ها دریافت می‌کردیم و رشتة رویداد‌های کرة زمین همانند فیلمی می‌نمود که از آخر نشان داده شود وبا پایانی خوش آغاز می‌شد. همة این مسائل به دنبال این فرض بدست می‌آیند که د.م. متحرک، اثیر را همراه خود حرکت می‌دهد و قوانین تبدیل مکانیکی معتبرند. اگر چنین باشد قیاس و شباهت میان نور و صوت کامل است.
امّا هیچ‌گونه نشانه‌ای در تایید درستی این نتایج وجود ندارد. برعکس همة مشاهداتی که به قصد اثبات آن‌ها صورت گرفته‌اند ناقض آن‌ها هستند. کوچک‌ترین تردیدی در رابطه بااین حکم وجود ندارد،هر چند به واسطة اشکالات فنی زیاد ناشی از مقدار زیاد سرعت نور، به طور غیر مستقیم به چنین حکمی رسیده‌ایم. سرعت نور همواره در همة دستگاه‌های مختصات، مستقل از حرکت یا سکون چشمة تابش کننده به چگونگی حرکت آن،یکسان است. ما به توصیف مفصل آزمایش‌های بسیاری ک این نتیجة مهم را می‌توان از آن‌ها بدست آورد، نخواهیم پرداخت. اما می‌توانیم از استدلال‌های بسیار ساده‌ای استفاده کنیم که هر چند عدم وابستگی سرعت نور به حرکت چشمه را اثبات نمی‌کنند، اما این نکته را پذیرفتنی و قابل فهم می‌سازد.
در منظومة خورشیدی ما، زمین و سیّارات دیگر به دور خورشید حرکت می‌کنند. ما از وجود منظومه‌های سیّاره‌ای دیگر همانند منظومة خودمان، بی اطلاعیم. اما منظومة‌های دو ستاره‌ای بسیار زیادی، متشکل ازدو ستاره وجود دارند که آن دو ستاره به دور یک نقطه، به نام گرانی‌گاه آن‌ها، حرکت می‌کنند. مشاهده حرکت این ستارگان دوتایی نشان دهندة اعتبار قانون گرانشی نیوتون است. حال تصوّر کنید که سرعت نور به سرعت جسم تابش کننده بستگی داشته باشد. در این صورت پیام یعنی پرتو نورانی گسیل شده ازستاره، بسته به سرعت ستاره درلحظة گسیل پرتو نورانی، تندتر یا کندتر حرکت خواهد کرد. در این حالت کل حرکت دچار آشفتگی خواهد شد و تایید اعتبار قانون گرانشی حاکم بر منظومة سیاره‌ای ما در مورد ستارگان دوتایی دور دست غیر ممکن خواهد بود.
حال آزمایش دیگری را در نظر گیریم که براندیشه‌ای بسیار ساده استوار است. چرخی را تصوّر کنید که با سرعت بسیار زیاد دوران می‌کند. طبق فرض ما اثیر توسط حرکت چرخ انتقال می‌یابد و در این حرکت شرکت می‌جوید. یک موج نور که از نزدیکی چرخ عبور می‌کند، به هنگام سکون چرخ سرعتی متفاوت با هنگامی که چرخ حرکت میکند خواهد داشت. سرعت نور در اثیر ساکن با سرعت نور در اثیری که توسط حرکت چرخ به سرعت کشیده می‌شود تفاوت دارد، درست همان‌ گونه که سرعت یک موج صوتی در هوای آرام و طوفانی تغییر می‌کند. اما هرگز چنین تفاوتی آشکار نشده است. از هر زاویة که به این موضوع بنگریم یا هر آزمایش تعییین کننده‌ای که ابداع کنیم حکم نهایی همواره علیه حکم اثیری است که توسط حرکت انتقال می‌یابد. بدین سان نتیجة بررسی‌های ما، که استدلالی مفصل‌تر و فنی‌تر آن را تایید می‌کند، عبارت است از این که: سرعت نور به حرکت چشمة تابش کننده بستگی ندارد.
نباید فرض کرد که جسم متحرک، اثیر اطراف را همراه می‌برد.
بنابراین باید از اندیشة تشابه میان امواج صوت و امواج نور دست برداریم وبه امکان دوّم روکنیم: هر ماده‌ای درون اثیر حرکت می‌کند، اثیری که هیچ گونه شرکتی در حرکت ندارد. این به معنای آن است که دریایی از اثیر را بپذیریم که دستگاه مختصاتی در آن ساکن است یا نسبت به آن حرکت می‌کند. فرض کنید مدتی مسئلة اثبات یا ابطال این نظریه توسط آزمایش را رها کنیم. بهتر این خواهد بود که با معنای این فرض جدید و نتایجی که می‌توان با آن به دست آورد آشناتر شویم.
دستگاه مختصاتی وجود دارد که نسبت به دریای اثیر ساکن است. در علم مکانیک متمایز ساختن یکی از چندین دستکاه‌ها مختصاتی که نسبت به یک دیگر حرکت یکنواخت دارند میسر نبود. همة این گونه دستگاه‌های مختصات به یک اندازه «خوب» یا «بد» بودند. هر گاه دو د.م. (دستگاه مختصات) داشته باشیم که نسبت به یکدیگر به طور یک نواخت حرکت کنند در علم مکانیک این پرسش بی معنی است که کدام یک از این دو متحرک و کدام یک ساکن است. تنها حرکت یک¬نواخت نسبی را می‌‌توان مشاهده کرد. به دلیل اصل نسبیت گالیله‌ای، نمی‌توایم دربارة حرکت یکنواخت مطلق سخن بگوییم. منظور از این سخن چیست که غیر از حرکت یکنواخت نسبی، حرکت یکنواخت مطلق نیز وجود دارد؟ منظور این است که یک د.م. وجود دارد که در آن برخی از قوانین طبیعت ب قوانین طبیعت حاکم در همة د.م.های دیگر تفاوت دارند. همچنین منظور این است که هر ناظری می‌تواند از طریق مقایسة قوانین معتبر در د.م. خود با قوانین معتبر در دستگاه مختصاتی که انحصار مطلق دستگاه استاندارد بودن را دارد،به سکون یا حرکت دم خود پی‌برد. در اینجا وضع با مکانیک کلاسیک،که در آن به علت قانون لختی گالیله‌ حرکت یکنواخت مطلق کاملاً بی معنی است، تفاوت دارد. هرگاه حرکت در اثیر پذیرفته شود، به چه نتایجی در گسترة پدیده‌های میدانی می‌توان دست یافت؟ این به معنای آن خواهد بود که یک د.م. متمایز از همة د.م.‌های دیگروجود دارد که نسبت به دریای اثیر ساکن است. کاملاً روشن است که برخی از قوانین طبیعت باید در این د.م. متفاوت باشند وگرنه عبارت «حرکت در اثیر» بی معنی خواهد بود. هرگاه اصل نسبیت گالیله‌ای معتبر باشد، حرکت در اثیرهرگز معنایی ندارد. آشتی دادن این دو نظر ناممکن است. اما در صورتی که یک د.م. خاص وجود داشته باشد که به اثیر متصل باشد، سخن گفتن از «حرکت مطلق» یا «سکون مطلق» معنای مشخصی دارد.