5 آزمایش علمی که جهان را برای همیشه تغییر دادند

اهداف بزرگی که بشر تا امروز به آن‌ها دست پیدا کرده و درک خود را با آن‌ها از جهان اطراف افزایش داده‌، با آزمایش‌های بسیار ساده اما زیرکانه‌ای انجام شده ‌است. اگر فردا صبح موجودی فضایی درِ خانه شما را زد و از شما درباره چگونگی کارکرد جهان پرسید، می‌توانید این پنج آزمایش فیزیکی که درک ما از آن را تغییر داده ‌است، به او توضیح دهید.

۱. سرعت یکسان چیزها هنگام سقوط
در دوران باستان، ارسطو مطرح کرده ‌بود که اجرام سنگین‌تر، سریع‌تر از اجرام سبک‌تر سقوط می‌کنند؛ همان‌ طور که یک سنگ سریع‌تر از یک پر به زمین می‌رسد. گالیله چند صد سال پس از ارسطو ثابت کرد که این گزاره اشتباه است. او دو توپ با جرم متفاوت را از بالای برج پیزا رها کرد که برخلاف وزن متفاوت‌شان، همزمان به زمین رسیدند. به ‌گفته گالیله، یک پر به‌ دلیل اصطکاک بالایی که با هوا دارد، دیرتر از یک سنگ به زمین برخورد می‌کند. یکی از آزمایش‌های علمی که فضانوردان ماموریت آپولو ۱۵ ناسا به ماه باید انجام می‌دادند، رها کردن همزمان یک سنگ و یک پر از یک ارتفاع ثابت در سطح بدون هوای ماه بود. در این آزمایش بار دیگر ثابت شد که همه اجرام در یک میدان گرانشی ثابت، مثل زمین یا ماه، با سرعت ثابتی سقوط می‌کنند.

۲. پخش شدن نور سفید در یک طیف رنگی
رنگین ‌کمان پس از باران با شکست نور در قطرات باران شکل می‌گیرد و طیف رنگی آن با پخش شدن اجزای نور خورشید در آسمان نمایان می‌شود. تا قبل از سال ۱۶۷۲ و انجام آزمایش «نیوتن»، کسی نمی‌دانست که رنگین‌کمان چگونه شکل می‌گیرد. نیوتن آزمایشی ساده را با یک منشور و نور خورشید از پنجره اتاقش انجام داد و متوجه شد که نور سفید از یک طیف رنگی با طول موج‌های مختلف نور مرئی، از آبی تا قرمز تشکیل شده ‌است. او نشان داد که طول موج آبی کوتاه‌تر از طول موج قرمز است و پس از قرمز طول موج دیگری به ‌نام فروسرخ وجود دارد که با چشم دیده نمی‌شود و ما آن را به ‌صورت گرما حس می‌کنیم. از این طول موج قرمز امروزه برای رصد ستارگان دوردست استفاده می‌شود و مأموریت‌هایی مثل تلسکوپ فضایی «جیمز وب» به‌ طور ویژه برای دریافت این طول موج طراحی شده ‌است.

۳. اندازه‌گیری جرم زمین
«هنری کاوندیش» در سال ۱۷۹۸ دو کره با جرم برابر را به دو انتهای یک میله و دو کره دیگر با جرم برابر و بیشتر از کره‌های قبلی به دو انتهای میله دیگری متصل کرد. کاوندیش مرکز جرم این دو میله را در یک نقطه به هم وصل کرد و در مرکز میله کره‌های کوچک‌تر، آینه‌ای قرار داد. بعد دو کره بزرگ را به‌آهستگی حرکت داد و مشاهده کرد که دو کره کوچک‌تر تحت تأثیر میدان گرانشی کره‌های بزرگ‌تر جابه‌جا می‌شود. کاوندیش با تاباندن یک منبع نور نقطه‌ای به آینه‌ای که در مرکز میله کوچک قرار داده ‌بود، توانست تغییر زاویه میله کوچک را اندازه‌گیری و درنهایت، جرم زمین را محاسبه کند. او همچنین توانست ثابت جهانی گرانش یعنی G را محاسبه کند که بعدها به اساس قانون گرانش نیوتن تبدیل شد.

۴. آزمایش 2 شکاف و خاصیت ذره- موج نور
نیوتن فکر می‌کرد که یک پرتو نور مثل قطاری از ذرات بسیار کوچک در آسمان حرکت می‌کند. اما در سال ۱۸۰۳، «توماس یانگ» درک ما را از نور تغییر داد. او در یک صفحه تاریک دو روزنه باریک در نزدیکی هم ایجاد کرد و در فاصله‌ای حدود یک‌ متر از آن یک منبع نوری قرار داد. یانگ در پشت صفحه تاریک یک فیلم حساس ‌به ‌نور (مثل نگاتیوهای قدیمی) قرار داد و مدت کوتاهی منبع نور را روشن کرد. او پیش ‌بینی کرد که اگر گفته نیوتن درست باشد، به مرکز فیلم حساس باید نور بیشتری بتابد و گوشه‌های فیلم تاریک‌تر باشد. اما نتیجه این آزمایش الگوی تیره و روشنی روی فیلم به ‌جا گذاشت که نشان می‌داد نور به ‌صورت موج در فضا منتشر می‌شود. در سال ۱۹۰۵، «اینشتین» نشان داد که نور می‌تواند به ‌شکل ذره هم رفتار کند. او با تاباندن نور به یک صفحه فلزی در شرایطی خاص توانست الکترونی از آن به یک صفحه فلزی دیگر منتقل کند. پس دانشمندان نتیجه گرفتند که نور هم به ‌صورت موج و هم به‌ صورت ذره رفتار می‌کند. رفتار دوگانه موج- ذره فوتون‌ها یکی از اساسی‌ترین اصل ‌های فیزیکی در نظریه کوانتوم است.

5.پایستگی انرژی
فکر کنید که می‌خواهید در یک مسابقه دوی ماراتن شرکت کنید. قانون «پایستگی انرژی» می‌گوید که باید به ‌اندازه دویدن مسافت ۴۲کیلومتر، انرژی در بدن خود ذخیره کنید. «جیمز ژول» در سال ۱۸۴۰ داخل یک محفظه پر از آب یک توربین آبی قرار داد. این توربین به یک میله متصل بود که تا بیرون از محفظه ادامه می‌یافت. دور میله طنابی پیچیده شده و ادامه آن به قرقره‌ای وصل بود که در انتهای آن یک وزنه قرار داشت. وقتی ژول وزنه را رها کرد، وزنه طناب دور قرقره را کشید، طناب میله را به حرکت درآورد و توربین داخل محفظه را چرخاند و آب داخل محفظه گرم شد. او این وزنه را ۲۰بار رها کرد تا آب به ‌قدری گرم شود که بتواند اختلاف دمای آن را اندازه گیری کند. ژول با محاسبه‌های خود متوجه شد که انرژی پتانسیل ذخیره ‌شده در وزنه دقیقا برابر با انرژی گرمایی منتقل ‌شده به آب است. ژول همان عبارت تکراری کتاب‌های درسی را به‌ دست آورد؛ انرژی ساخته نمی‌شود و ازبین نمی‌رود، بلکه از حالتی به حالت دیگر منتقل می‌شود.
منبع : دیجیاتو