پیش‌بینی اینشتین اشتباه از آب درآمد!

محبوبه عمیدی: «غیرممکن است! نمی‌شود سرعت یک ذره میکروسکوپی را ، آن‌هم با حرکت زیک‌زاک در فضا و برخوردهای متعدد، به شکل مستقیم اندازه‌گیری کرد، ذره‌ای که باید انرژی جنبشی آن تابعی از دمای محیط باشد».

شاید به اندازه تعریف نسبیت و قوانین آن پیچیده به نظر نرسد، اما حدس اینشتین در هر دو مورد غلط از آب درآمد!

حرکت ذرات میکروسکپی در محیط‌های مایع یا گاز تابع قوانین حرکت براونی است- حرکتی سریع، تصادفی و غیرقابل پیش‌بینی که حاصل برخورد‌های بی‌شمار با ملکول‌های مجاور است. آلبرت اینشتین که مشغول مطالعه این حرکت بود، در سال 1907 پیش‌بینی کرد انرژی جنبشی این ذره میکروسکوپی که با مجذور سرعت ذره متناسب است، باید تابعی از دمای محیط اطراف آن باشد.

بررسی عملی این ایده که «قضیه هم‌بخشی» نامیده می‌شود، کار ساده‌ای به نظر نمی‌رسد. ذره براونی در حین آزمون برخوردهای بسیاری را تجربه خواهد کرد که هر یک می‌توانند جهت و سرعت آنرا به سرعت تغییر دهند.

استفاده از تله لیزری
اگر بشود موقعیت ذره را بین دو برخورد تعیین کرد، امکان سنجش سرعت آن نیز وجود خواهد داشت. اینشتین پیش‌بینی کرده بود فاصله بسیاراندک بین دو برخورد، ارزیابی موقعیت ذره و سرعت آن را غیرممکن می‌کند.

اما به گزارش نیوساینتیست، گروهی از محققان دانشگاه تگزاس در آستین، راهی برای تعیین موقعیت این ذرات- حداقل در هوا- پیدا کرده‌اند. چگالی هوا از آب کمتر است، در نتیجه دفعات برخوردها کمتر است و ذره فرصت بیشتری تا تغییر مسیر بعدی دارد.

این گروه برای اندازه‌گیری سرعت ذره، از دو پرتوی لیزر برای به دام‌انداختن یک مهره شیشه‌ای 3 میکرومتری- در ابعاد یک ذره گرد‌و‌غبار- استفاده کرد. گروه می‌توانست با اندازه گیری مرتب انحراف‌ پرتوهای لیزر به دلیل برخورد ذره با آن دو، موقعیت این مهره میکروسکوپی را پیش از تصادم بعدی و تغییر مسیر آن، به خوبی ارزیابی کند. اندازه‌گیری موقعیت ذره به محققان اجازه می‌داد سرعت آن را هر 5 میکروثانیه یک ‌بار تعیین کنند و به این شکل صحت قضیه هم‌بخشی را برای یک ذره به صورت مستقیم اثبات کنند. تعیین موقعیت و سرعت ذرات براونی در چنین زمان کوتاهی یک موفقیت بزرگ محسوب می‌شود.

رایزن که رهبری این تیم تحقیقاتی را به عهده داشته، می‌گوید: «امیدوارم در بلندمدت بتوانیم پرتوهای لیزر را برای تأثیر متقابل روی ذره استفاده کنیم و به این روش، آن قدر سرعت حرکت ذره را پایین بیاوریم که بتواند حداقل ممکن سطح انرژی را اشغال کند. در نتیجه تیم می‌تواند این ذره را در شرایطی بررسی کند که فیزیک کوانتوم حاکم است و می‌دانیم که هر ذره براونی حتی در نقطه صفر مطلق هم اندکی انرژی جنبشی دارد».