تبلیغات
نمونه سوال - زیباترین آزمایش های فیزیك در تاریخ جهان

نمونه سوال
 
زیباترین آزمایش های فیزیك در تاریخ جهان

"رابرت كریز "عضو گروه فلسفه دانشگاه نیویورك در استونی بروك ،كه مورخ آزمایشگاه ملی بروك هیون هم هست، از فیزیكدانان خواست ده آزمایش برتر جهان فیزیك را نام ببرند.

برخلاف انتظار عصر ما كه آزمایشهای پیچیده توسط تیمهای برجسته دانشگاه‌ها و مراكز تحقیقات صورت می پذیرد ده آزمایش برتری كه به عنوان زیباترین آزمایشهای فیزیك در طول تاریخ انتخاب شد ، توسط ده فیزیكدان بسیار سرشناس انجام شده بود كه دستیاران چندان زیادی هم نداشتند.

ازهمه جالب تر این كه این آزمایش‌هایی كه در فهرست زیباترین آزمایش‌های فیزیك جای گرفتند ، نیازی به كامپیوترهای فوق پیشرفته بسیار مدرن نداشتند. این لیست در مجله Physics World به چاپ رسیده است . دراینجا به جای آن كه به این آزمایش‌ها به ترتیب رتبه بپردازیم به ترتیب تقدم و تأخر زمانی انجام این آزمایش‌ها، به این ده آزمایش محبوب در فیزیك خواهیم پرداخت.

۱ـ اندازه گیری محیط زمین توسط اراتوستن رتبه هفتم را به دست آورد.

هنگام انقلابین [اصطلاح اخترشناسیSolstice] در ظهر روزی كه آفتاب در شهر آسوان مصر هیچ سایه ای ندارد به گونه‌ای كه نور خورشید قادر است به طور مستقیم به ته یك چاه برسد، مورد توجه اراتوستن ـ كتابدار شهر اسكندریه در سه قرن پیش از میلاد مسیح ـ قرار گرفت. اراتوستن در چنین روزی درست هنگام ظهر كه در آسوان سایه وجود ندارد در شهر اسكندریه سایه را اندازه گیری كرد، چاره ای نبود جز این كه زمین را كروی درنظر بگیرد.

چون سایه در اسكندریه نسبت به خط عمود هفت درجه بود. محیط هر دایره ۳۶۰ درجه است ، براساس اندازه گیری اراتوستن میان اسكندریه و آسوان ۷درجه فاصله بود. [واحد اندازه گیری درآن زمان به جای متر «Stadium» بود] با سفر میان دوشهر اسكندریه و آسوان معلوم شد كه فاصله آنها براساس واحد اندازه گیری Stadium، ۵۰۰۰ است. به این ترتیب ، هفت درجه از ۳۶۰درجه ۵۰۰۰ استادیوم اندازه گیری شده بود. پس محیط زمین براساس محاسبات اراتوستن ۲۵۰۰۰۰ استادیوم بود.

۲ـ آزمایش گالیله درمورد سقوط اجسام رتبه دوم را به دست آورد.

در اواخر دهه ۱۵۰۰میلادی گالیلیو گالیله Galileo Galilei كه كرسی استادی دانشگاه پیزا را داشت ، دانش متعارف زمان خود را زیر سؤال برد . با انداختن دو شیء از بالای برج پیزا كه وزنشان برابر نبود نشان داد كه شیءسنگین تر زودتر از جسم سبك تر فرود نمی آید. اگر این كشف را در دوران ارسطو انجام داده بود به قیمت شغلش تمام می شد.

3-آزمایش گالیله با گوی‌های غلتان برروی سطح شیب دار رتبه هشتم را به دست آورد.

دراین آزمایش گالیله ثابت كرد كه ، مسافت با زمان به توان دو نسبت مستقیم دارد و سرعت [Velocity كه با علامت اختصاری V نمایش می دهند] در جریان آزمایش ثابت باقی می‌ماند.

4ـ انكسار نور با منشور توسط نیوتن رتبه چهارم را به دست آورد.

ایساك نیوتن درسالی به دنیا آمد كه گالیله مرد. نیوتن فارغ التحصیل كالج  تثلیث كمبریج (سال ۱۶۶۵) بود. این بار هم نیوتن دانش متعارف به جامانده از دوران ارسطو را زیر سؤال برد. تلقی مردم از نور خورشید مانند برداشت ارسطو بود و نور را خالص می دانستند. با وجودی كه مردم رنگین كمان را دیده بودند. تا پیش از عبور نور از منشور و تجزیه آن به هفت رنگ،حتی فكرش را نمی كردند نور متشكل از این رنگها باشد.

۵ـ آزمایش كاوندیش در مورد میله و پیچش ، رتبه ششم را به دست آورد.

از تئوریهایی كه نیوتن در مورد گرانش داده بود، یكی این بود كه نیروی جاذبه میان دو جسم رابطه مستقیم با جرم به توان دو و رابطه معكوس با فاصله به توان دو دارد. در قرن هجدهم، هنری كاوندیش برای اندازه گیری قدرت گرانش ، آزمایشی انجام داد .او یك میله چوبی دو متری كه به دو سر آن دو كره فلزی نصب شده بود ا،نتخاب و با سیم این میله چوبی را آویزان كرد. با همین وسایل ساده ، كاوندیش موفق به اندازه گیری ثابت گرانشی gravitational Constant شد. این آزمایش زمینه اندازه‌گیری جرم زمین هم بود.

۶ـ آزمایش تداخل ـ نور یانگ مقام پنجم را به دست آورد.

همه تئوریهای نیوتن درست از آب درنیامد. او می گفت نور از ذرات تشكیل شده است و به صورت موج منتشر نمی شود. در سال۱۸۰۳ توماس یانگ، درصدد برآمد به اثبات برساند نحوه حركت پرتوهای نور به صورت موج است.

او در پنجره سوراخی ایجاد كرد ، همه پنجره‌ها را به دقت با پوششی ضخیم پوشاند ، بعد از یك آیینه برای تغییر جهت پرتویی از نور كه از طریق این سوراخ وارد می‌شد، استفاده كرد. با استفاده از یك كارت كه عرض آن یك میلیمتر بود ،جلوی نیمی از سوراخ را گرفت ،در نتیجه به توالی نوارهای سایه و روشن مشاهده كرد، این پدیده در صورتی قابل توضیح است كه پرتوهای نور مانند امواج در یكدیگر تداخل ایجاد كنند. بعدها این آزمایش را با دو سوراخ انجام دادند و نتیجه واضح تری به دست آمد.

۷ـ آزمایش پاندول فوكو رتبه دهم را به دست آورد.

دانشمندان سالها پیش پاندولی را به قطب جنوب بردند و مهر صحت بر آزمایش زدند كه در سال۱۸۵۱ توسط ژان برنارد لئون فوكو با یك پاندول آهنی ۳۰كیلوگرمی آویزان از گنبد پانتئون انجام شد. فوكو به گوی یك پاندول سوزن گرامافون وصل كرده بود و روی زمین زیر گوی حلقه‌ای از شن‌های مرطوب قرار داد.

در مقابل حیرت همه نشان داد كه با وجودی كه حركت پاندول به جلو و عقب هدایت شده بود ،اما پاندول حركتی دوار انجام داد. یعنی در واقع كف پانتئون در حال گردش بود و یا به عبارت بهتر زمین در حال چرخیدن حول محور خود بود. در پاریس هر ۳۰ساعت پاندول در جهت عقربه‌های ساعت یك دور را كامل می كند. در نیمكره جنوبی این گردش در خلاف جهت عقربه‌های ساعت است. همانطور كه دانشمندان معاصر نشان داده اند در قطب جنوب دوره گردش كامل پاندول ۲۴ساعت است.

۸ـ آزمایش قطره روغن میلیكان رتبه سوم را به دست آورد.

قرنها بود كه دانشمندان الكتریسیته را چه در مورد رعد و برق چه الكتریسته ساكن ناشی از تماس برس با موی سر مشاهده كرده بودند. در سال ۱۸۹۷ تامسون فیزیكدان بریتانیایی پایه گذار این دانش شد كه الكتریسیته از ذراتی به نام الكترون كه بار منفی دارند، تشكیل شده است.

رابرت میلیكان آمریكایی در سال ۱۹۰۹ موفق به اندازه گیری بار منفی در الكترونها شد. برای این كار از چند وسیله ساده استفاده كرد. با استفاده از افشانه‌هایی كه ادكلن را به صورت افشانه درمی آورند ،روغن را در یك محفظه شفافی افشاند كه دو طرف آن به دوسر یك باطری متصل بودند. به این ترتیب یك سر محفظه مثبت و سردیگر آن منفی بود.زمانی كه نیروی گرانش با نیروی جاذبه الكتریكی كه قطرات روغن باردار را به سمت خود می كشید برابر می‌شد ، قطره در میان آسمان و زمین معلق می ماند.

در واقع در حالت عادی این قطره به خاطر نیروی گرانش باید پایین می‌افتاد ،اما در اثر نیروی جاذبه الكتریكی در حال حركت به سمت قطب مخالف بود ،چون دو نیرو برابر شدند ،این قطره روغن از حركت باز ایستاد. با همین وسایل ساده میلیكان موفق به اندازه گیری بار الكتریكی یك الكترون شد.

۹ـ آزمایش كشف هسته توسط رادرفورد مقام نهم را كسب كرد.

در سال۱۹۱۱ رادرفورد و همكارانش با بمباران یك لایه بسیار نازك طلا با ذراتی به نام آلفا متوجه این حقیقت شدند كه درصدی از این ذرات منحرف و درصدی درست در جهت مقابل بازمی گردند . به این ترتیب رادرفورد موفق شد مدل قدیمی آرایش هسته و الكترون را كه به «مدل كیك آلو» معروف بود به چالش بكشاند.

10ـ آزمایش ماكس پلانك و تئوری كوانتوم رتبه اول را كسب كرد.

در مورد  نور نه حق به جانب نیوتن بود  و نه یانگ. نه می‌توان نور را فقط ذرات فوتون دانست و نه امواج. در اوایل قرن بیستم ماكس پلانك و بعد آلبرت انیشتین نشان دادند كه نور به صورت بسته‌های بسیار كوچكی منتشر و جذب می شود كه به آن فوتون می گویند. در عین حال آزمایش‌های دیگر هم موجی بودن حركت نور را به اثبات می رسانند.

برای اثبات در اینجا به جای آزمایش از سوراخ یانگ و پرتوهای  نور از پرتوهای الكترون استفاده می‌شود. ذرات، براساس قوانین كوانتومی، پدیده‌ای شبیه به نور در آزمایش تداخل یانگ از خود برجای می گذارند ، اگرچه این آزمایش در سال۱۹۶۱ توسط كلاوس جانسون از توبینگن انجام شد ،اما در این سالها دیگر یافته‌های دانش به قدری زیاد و گسترده شده بود كه دیگر نمی توانست نامهایی ابدی مثل نیوتن و انیشتین در اذهان مردم دنیا بیافریند.

 




نوشته شده در تاریخ دوشنبه 25 بهمن 1389 توسط علی یزدان پرست
تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است | طراحی : پیچک
قالب وبلاگ