فیزیک علمی است که در برخی مسائل جز به کمک آزمایش و  تجربه نمی‌توان پیشرفت داشت و در برخی دیگر صرفاً استدلال‌های ذهنی راهگشا هستند. قوانین فیزیک در ابتدا با یک شهود و تصور ،  پایه‌ریزی شده و بعد وارد حیطه صحت سنجی می‌شوند.  به عنوان مثال در قوانین حاکم بر حوزه‌ی کوانتم و اتم‌ها یک تسلسل از تجربه و نظریه پردازی و ایجاد شهود را شاهدیم.

تامسون یک مدل به نام ” کیک کشمشی ” را معرفی کرد ، که در آن فرض شده بود که الکترون‌ها ( یعنی بارهای منفی ) شبیه کشمش در یک بار مثبت حجیم ، شبیه کیک ، پخش ‌شده‌اند.

این مدل هسته‌ی مرکزی نداشت و به دلیل پخش بودن الکترون‌ها ، انتظار بر این بود که  اگر جریان موازی ذرات آلفا به اتم تابانده شود، چون این ذرات تکانه‌ی بالایی دارند ، این جریان بدون اختلال چندانی به صورت موازی از اتم خارج شود.

آزمایش ذرات آلفا ، توسط رادرفورد مطرح شد. در حقیقت او برای راستی آزمایی مدل پیشنهادی تامسون یک آزمون طراحی کرده بود. هرچند حتی در صورت عبور ذرات آلفا
به صورت موازی و بدون مشکل ، باز هم ایده‌ی تامسون اثبات منطقی پیدا نمی‌کرد و صرفاً تائید موقتی به دست می‌آورد ، اما اختلال در حرکت ذرات حتماً ایده تامسون را رد می‌کرد!

یعنی اینکه مدل‌های پیشنهاد شده در فیزیک با هزاران موفقیت آزمایش بازهم اثبات منطقی ریاضی نمی‌شوند ولی با یک بارشکست  ، حتماً زیر سوال می‌روند.

رادرفورد ، احتمالاً با چنین دیدی به این مسئله نگریسته است. نتایج آزمایش او نشان داد که یک باریکه از ذرات وجود دارد که انحراف قابل توجهی پیدا کرده است. او بر مبنای این انحراف زیاد، یک تراکم مرکزی ( هسته ) برای اتم متصور شد.

یک مثال دیگر قوانین حرکت نیوتون است ، که سالیان زیادی جواب‌های منطقی می‌داد ولی با ظهور الکترومغناطیس و نیروهای وابسته به سرعت ، بحث‌های نسبیت در آن خلل ایجاد کردند. یعنی تا زمانی که علم یک گام به جلو حرکت نکند، ظاهراً علم قبلی معتبر است و مورد استفاده ‌می‌ماند.

البته در حوزه‌ی فناوری‌ ( مثلاً رباتیک که یکی از کاربردهای مکانیک است )  شاید به دلیل سرعت‌های پایین ( در قیاس با سرعت نور ) هیچ وقت بحث نسبیت مطرح نشود و مکانیک نیوتونی حتی در نحلیل و طراحی  پیشرفته‌تربن ربات‌های امروز کارآمد است.

حال این سوال مطرح است ، خارج از آزمایشات تجربی ، آیا می‌توان بررسی‌هایی منطقی یا شبه منطقی راجع به مدلهای فیزیک اعمال کرد؟

بله ، ولی بستگی به نکته سنجی و ظرافت نگاه یک فرد دارد. مثلاً قانون جاذبه نیوتون را در نظر بگیرید.

در مخرج این رابطه ، مجذور فاصله‌ی دو جرم قرار دارد. یعنی اگر فاصله 2 برابر شود ، نیرو یک چهارم می‌شود. این به ما بیان می‌کند که هرچه جسمی از ما دور تر باشد ، نیروی کمتری وارد می‌کند. در حدی که می‌توان در تحلیل مدار یک ماهواره ، مثلاً  صرفاً جاذبه‌ی زمین و ماه را در نظر گرفت و از اثر جاذبه مشتری صرف نظرکرد.

حال فرض کنید که در فرمول پیشنهادی نیوتون ( یعنی همان مدل ریاضی قرار گرفته در کادر بالا ) بجای اینکه فاصله در مخرج باشد ، در صورت می‌بود. آنگاه هرچه فاصله بیشتر می‌شد ، نیرو نیز بیشتر می‌شد. بدین ترتیب طبق فرمول جدید جاذبه‌ی  کهکشان‌های دوردست ، از جاذبه‌ی زمین باید بیشتر باشد و ما را از زمین جدا کند!

پس ما از قانون جاذبه ، بنابر آنچه از طبیعت می‌بینیم ، انتظار داریم هر چه جسمی دورتر باشد ، جذبش نیز کمتر شود. این یک مفهوم شهودی را به یک انتظار ریاضیاتی از فرمول بدل می‌کند. اصلاً بخاطر همین توقع است که در آزمایش‌های فیزیک می‌توان از اثرات خیلی از چیزها صرف نظر کرد. در غیر این صورت پیاده‌روی هر فرد در آفریقا بر روی نتایج آزمایش شما در ایران می‌تواند اثر بگذارد!

کوشیار جایی برای یادگیری!