انقلاب‌های علمی؛ ۲۴ آزمایش فیزیک که جهان را متحول کردند

۸- تابش جسم سیاه

در اوایل قرن بیستم، فیزیکدانان با اطمینان باور داشتند که به بسیاری از رازهای عالم پی برده‌اند. آن‌ها قوانینی برای جاذبه، حرکت اجسام، گرما و حتی نور ابداع کرده بودند. اما یک معمای بزرگ باقی مانده بود: آن‌ها درباره جسمی صحبت می‌کردند که همه نورها را جذب می‌کرد و هیچ نوری از آن خارج نمی‌شد. به این جسم، «جسم سیاه» می‌گفتند. اما مشکل این بود که هیچ‌کس نتوانست چنین جسمی را در دنیای واقعی پیدا کند.

دانشمندان برای آزمایش نظریه‌های خود در علم فیزیک ، جعبه‌هایی ساختند که داخل آن‌ها کاملا سیاه بود و فقط یک سوراخ کوچک داشت. آن‌ها انتظار داشتند که این جعبه‌ها نور بسیار زیادی تولید کنند، اما نتیجه آزمایش کاملا متفاوت بود. این جعبه‌ها نور کمتری از آنچه که قوانین فیزیک پیش‌بینی می‌کردند، ساطع می‌کردند. به خصوص در نورهای بنفش و فرابنفش، این اختلاف خیلی بیشتر بود. این اتفاق عجیب و غریب «فاجعه فرابنفش« نامیده شد.

وقتی دانشمندان متوجه شدند که نور ساطع شده از اجسام سیاه رفتار عجیبی دارد، ماکس پلانک یک ایده بسیار نوآورانه ارائه کرد. او گفت که انرژی نور به جای اینکه مانند آب یک رودخانه به صورت پیوسته جریان داشته باشد، به قطره‌های کوچکی تقسیم شده است. این قطره‌های کوچک انرژی را «کوانتا» نامید. این آزمایش فیزیک، همه چیز را متحول کرد و به ما نشان داد که دنیای بسیار کوچک اتم‌ها و ذرات، قوانین بسیار عجیب و غریبی دارد که با آنچه ما در دنیای بزرگ می‌بینیم، کاملا متفاوت است.

۹- انشتین و خورشیدگرفتگی

وقتی انیشتین نظریه نسبیت عام خود را منتشر کرد، بسیاری از دانشمندان به آن شک داشتند. اما در سال ۱۹۱۹، اتفاقی افتاد که همه را شگفت‌زده کرد. آرتور ادینگتون با استفاده از یک پدیده طبیعی به نام خورشیدگرفتگی، توانست نظریه انیشتین را به طور کامل اثبات کند. این کشف، نشان داد که انیشتین چقدر درک عمیقی از جهان هستی داشته است.

۱۲- قانون پایستگی جرم

همانطور که انرژی همیشه وجود دارد و فقط شکلش عوض می‌شود، ماده هم همینطور است. نمی‌توانیم ماده‌ای را از هیچ بسازیم و نمی‌توانیم آن را به هیچ تبدیل کنیم. فقط می‌توانیم آن را به شکل‌های مختلف دربیاوریم. دانشمند فرانسوی به نام آنتوان لاوازیه برای اثبات این موضوع، یک آزمایش جالب انجام داد. او شمعی را درون یک شیشه در بسته گذاشت و دید که بعد از سوختن شمع، وزن کل شیشه و محتویات آن تغییری نکرد. این نشان می‌دهد که ماده در طول سوختن از بین نرفته، بلکه به شکل دیگری تبدیل شده است.

۱۳- آزمایش برج کج پیزا

ارسطو، فیلسوف مشهور یونانی، بر این باور بود که اجسام سنگین سریع‌تر از اجسام سبک سقوط می‌کنند. برای مثال، او معتقد بود که اگر یک توپ سنگین و یک توپ سبک را با هم از ارتفاعی رها کنیم، توپ سنگین زودتر به زمین می‌رسد. این باور غلط حدود هزار سال در بین دانشمندان پذیرفته شده بود.

اما گالیله، دانشمند کنجکاو ایتالیایی، با این باور مخالفت کرد. او گفت که همه چیز با سرعت یکسانی به زمین می‌افتد، حتی اگر سبک یا سنگین باشد. البته، شاید ماجرای انداختن توپ از برج پیزا توسط گالیله یک داستان باشد، اما فضانوردی به نام دیوید اسکات در ماه این آزمایش را انجام داد و ثابت کرد که حق با گالیله بوده است.

۱۴- نابودی هلیوسنتریسم

ایده اینکه زمین به دور خورشید می‌چرخد، به هزاران سال پیش بازمی‌گردد. حدود ۲۵۰۰ سال پیش، گروهی از دانشمندان یونانی ادعا کردند که زمین دور خورشید می‌چرخد. اما بعدها، دانشمندی به نام بطلمیوس ادعا کرد که این خورشید است که به دور زمین می‌چرخد. نظریه بطلمیوس بیشتر مورد استقبال قرار گرفت و نزدیک به هزار سال، مردم بر این باور بودند که زمین مرکز همه چیز است.

متحول‌کننده‌ترین آزمایش های فیزیک

سپس، در سال ۱۸۹۷، فیزیکدانی به نام تامسون کشف کرد که با اعمال یک میدان مغناطیسی به پرتوهای داخل لوله، می‌تواند جهت حرکت آن‌ها را کنترل کند. این کشف به او نشان داد که بار الکتریکی درون لوله از ذرات کوچکی ناشی می‌شود که هزار بار کوچکتر از اتم‌های هیدروژن هستند. به این ترتیب، الکترون برای اولین بار کشف شد.

۱۶- القای الکترومغناطیسی

در سال ۱۸۳۱، مایکل فارادی، قانون القای الکترومغناطیسی را مطرح کرد. این قانون نتیجه سه آزمایش فیزیک بود که برجسته‌ترین آن‌ها حرکت یک آهنربا درون سیم‌پیچی بود که از پیچیدن سیم به دور یک استوانه کاغذی ساخته شده بود. هنگامی که آهنربا درون استوانه حرکت می‌کرد، جریان الکتریکی در سیم‌پیچ القا می‌شد و این اثبات کرد که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی به طور جدانشدنی با هم مرتبط هستند. این کشف راه را برای ساخت ژنراتورهای الکتریکی و دستگاه‌های دیگر هموار کرد.

ماری کوری به خاطر این کشف مهم، دو بار جایزه نوبل گرفت. او نه تنها یک دانشمند بزرگ بود، بلکه به پزشکان هم کمک کرد تا از این نور خاص برای دیدن استخوان‌های شکسته و زخم‌ها استفاده کنند. اما کار با این مواد خطرناک بود و ماری کوری در سال ۱۹۳۴ به علت بیماری کم‌خونی وخیمی که از قرارگیری در معرض تابش‌های رادیواکتیو ناشی می‌شد، درگذشت.

۱۹- اندازه گیری محیط زمین

تقریبا ۲۵۰۰ سال پیش، خیلی از یونانی‌های باهوش فکر می‌کردند که زمین گرد است، نه تخت! ارسطو، یکی از دانشمندان بزرگ یونان، با دیدن سایه زمین روی ماه در هنگام ماه‌گرفتگی به این نتیجه رسیده بود. او دیده بود که سایه زمین روی ماه همیشه گرد است و این نشان می‌داد که خود زمین هم باید گرد باشد.

بعدها دانشمندی به نام اراتوستن سعی کرد تا با یک آزمایش فیزیک جالب محیط زمین را محاسبه کند. در یکی از روزهای سال، در شهری به نام سی‌ئنه، خورشید طوری می‌تابید که ته یک چاه را کاملا روشن می‌کرد. یعنی در آن روز خاص، خورشید دقیقا بالای سر مردم سی‌ئنه قرار می‌گرفت. اراتوستن فهمید که اگر زمین گرد باشد، این اتفاق فقط در یک روز خاص و در یک جای خاص روی زمین می‌افتد.

بعد، اراتوستن به شهر دیگری به نام اسکندریه رفت. او در آن‌جا یک میله را عمود روی زمین گذاشت و سایه آن را اندازه گرفت. با مقایسه اندازه سایه میله در اسکندریه با زاویه‌ای که خورشید در سی‌ئنه می‌تابید، توانست بفهمد که زمین چقدر خمیده است و محیط آن چقدر است. به این ترتیب، اراتوستن بدون اینکه دور تا دور زمین را بگردد، توانست تقریبا اندازه زمین را حساب کند. جالب است بدانیم که اندازه‌هایی که اراتوستن حدود ۲۵۰۰ سال پیش به دست آورده بود، خیلی به اندازه واقعی زمین نزدیک است.

۲۰- کشف سیاه چاله‌ها

همانطور که می‌دانید آلبرت انیشتین نظریه نسبیت عام را ارائه داد. این نظریه چیزهای عجیبی درباره جهان به ما می‌گفت که یکی از این چیزهای عجیب سیاه‌چاله‌ها بودند.

در سال ۱۹۱۵ فردی به نام شوارتزشیلد با استفاده از نظریه انیشتین فهمیدند که اگر یک ستاره خیلی بزرگ باشد، وقتی سوختش تمام شود، می‌تواند آن‌قدر فشرده شود که به یک نقطه بسیار کوچک و سنگین تبدیل شود. این نقطه آنقدر سنگین است که حتی نور هم نمی‌تواند از نیروی جاذبه آن فرار کند. به همین دلیل به آن «سیاه‌چاله» می‌گویند، چون هیچ نوری از آن خارج نمی‌شود و برای ما سیاه به نظر می‌رسد. این نظریه تا سال‌ها در حد فرضیه باقی ماند.

۲۲- همجوشی هسته‌ای

در سال ۲۰۲۲ دانشمندان توانستند با استفاده از یک لیزر بسیار قدرتمند، یک اتفاق مهم در زمینه انرژی ایجاد کنند. آن‌ها موفق شدند با این لیزر، یک گوی کوچک را آن‌قدر داغ کنند که واکنشی شبیه به آنچه در دل خورشید اتفاق می‌افتد، در آن رخ دهد. این واکنش، انرژی بسیار زیادی تولید کرد. ممکن است در آینده‌ای نه چندان دور، بتوانیم انرژی مورد نیاز خود را با این روش تأمین کنیم. این نوع انرژی، همجوشی هسته‌ای نام دارد و بسیار تمیز و ایمن است.

منبع: faradeed-216124