سه نمونه از كارهاي انيشتين و كاربرد عمومي آن‌ها
سه نمونه از كارهاي انيشتين و كاربرد عمومي آن‌ها
http://www.hupaa.com/Data/Pic/P00219B.jpg الهام ذوالقدر
دانش‌جوي بيوفيزيك، دانشگاه تورنتو
انديشه و طرز فكر انيشتين در بسياري از پژوهش‌هاي علمي مورد استفاده قرار گرفته است. از شتاب دادن به ذره و نزديك رسانيدن سرعت آن به سرعت نور تا توانا ساختن ستاره‌شناسان براي طرح ريزي نقشه‌ي آسمان بالاي سر همه از فرضيات و معادلات انيشتين سرچشمه مي‌گيرند. با اين حال بر همه آنقدر روشن نيست كه اين فرضيات چه استفاده‌هايي در زندگي روزمره و عادي عموم دارند. در اين مقاله به سه نمونه از كارهاي انيشتين و كاربرد عمومي آن‌ها مي‌پردازيم.
يكي از وسيله‌هايي كه عموم در كارهاي روزمره از آن استفاده مي‌كنند چشم برقي يا فتوسل است. چشم برقي گيرنده‌ي حساسي است كه به محض دريافت نوري مخصوص، وسايل ماشيني يا برقي متصل به خود را به راه مي‌اندازد. ممكن است فكر كنيد كه تا به حال به يك چشم برقي برخورد نكرده‌ايد ولي اين‌طور نيست. به عنوان نمونه مي‌توان به يك دَر خودكار (اتوماتيك) مغازه اشاره كرد كه هنگام مواجه شدن و راه رفتن در جلوي آن، دَر خود به خود باز مي‌شود. انيشتين اولين دانشمندي بود كه توانست در مقاله‌ي علمي خود بر روي تاثير فتوالكتريك، اين پديده را به طور صحيح توضيح داده و پيش‌بيني كند. به طور خلاصه هنگامي كه اشعه‌اي از نور به فلز برخورد مي‌كند، آن فلز از خود برق توليد مي‌كند (كه اين برق باعث به كار افتادن وسيله‌ي متصل به آن مي‌شود). مهم‌تر از آن اين است كه مقدار برق فرستاده شده توسط فلز به فركانس نوري كه به فلز مي‌تابد بستگي دارد؛ (نه به مقدار نوري كه به آن مي‌تابد! سال 1905 ميلادي) اين مقاله بعدها باعث شد كه انيشتن جايزه‌ي نوبل فيزيك سال 1921 را از آن خود كند. در زندگي روزمره بسيار با چشم برقي برخورد مي‌كنيم بدون آن‌كه متوجه آن باشيم. به عنوان نمونه در تورنتو بسيار مشاهده كرده‌ايم كه چراغ‌هاي خيابان به طور خودكار هنگام غروب، درست هنگامي كه رنگ آسمان ارغواني مي‌شود، روشن مي‌شوند (رنگ بنفش و ارغواني در طيف بين از شدت شديدتري برخوردارند). از ديگر نمونه‌هاي كاربرد اين برهان مي‌توان به استفاده‌ي آن در باتري‌هاي خورشيدي در ساعت، ماشين‌حساب و حتي ماهواره‌ها اشاره كرد.
در سال 1917 ميلادي انيشتن تحقيقي را بر روي نظريه‌ي نور و تشعشع آغاز كرد. در پي آمد اين تحقيقات، انيشتين در مقاله‌ي علمي خود «در نظريه‌ي كوانتومي تشعشع» چگونگي تحريك شدن اتم‌ها و آزاد كردن آني نور از آن‌ها را شرح داد. به طور خلاصه، يك فوتون (ذره‌اي از نور) مي‌تواند الكترون‌هاي يك اتم را تحريك كند و اين باعث تشعشع ِ فوتون ديگري از اتم مي‌شود. سپس اين دو فوتون الكترون‌هاي دو اتم ديگر را تحريك كرده و چهار فوتون را تشكيل مي‌دهند. به اين ترتيب از تابش يك فوتون به اتم‌هاي يك فلز، تعداد زيادي فوتون تشكيل مي‌شوند. با متمركز ساختن اين فوتون‌ها پرتويي به وجود مي‌آيد كه اين پرتو همان ليزر است. اگر چه تا سال 1954 ليزر ساخته نشد، ولي اختراع آن و ديگر وسايل ليزري دست آورد نظريه‌ي انيشتن بر روي نور و ماده بود. دليل اين كه چرا ليزر قبل از اين -بين سال‌هاي 1917 تا 1954- اختراع نشد هنوز مخفي است زيرا معادلات انيشتين ساختن ليزر را بسيار آسان كرده‌اند. ليزر بخش بسيار مهمي از DVD ' CD ' وسايل پزشكي، ابزار برش تجاري و فيبر نوري (Fiber Optic Communication) را تشكيل مي‌دهد.
شايد مهم‌ترين كاربرد روزمره‌‌ي نظريه‌ي انيشتين سيستم مكان‌يابي ِ سراسري (Global Positioning System - GPS) باشد. GPS دستگاهي است كه از طريق ارتباط با يك ماهواره مي‌تواند مكان خودش را به طور دقيق تعيين كند. امروزه رايج است كه سيستم‌هاي GPS در ماشين به كار گذاشته شوند كه مي‌توانند مكان ماشين را به طور دقيق (در شعاع 15 متري ماشين) تعيين كنند. براي سنجش دقيق فاصله و مكان، لازم است كه هم‌زماني بسيار دقيقي ميان دستگاه GPS و ماهواره‌ي آن برقرار شود. برقراري چنين هم‌زماني بدون وجود فرضيه‌ي نسبيت انيشتن غير ممكن خواهد بود. چرا؟
فرضيه‌ي نسبيت انيشتين به طور خلاصه توضيح مي‌دهد كه ساعت (زمان‌سنج) در سرعت زياد كندتر از ساعت بر روي زمين حركت مي‌كند. به همين ترتيب ساعتي شناور در فضا بسيار دور از مركز زمين، كمتر در معرض نيروي جاذبه‌ي زمين قرار مي‌گيرد و در نتيجه سريع‌تر از ساعت در روي زمين حركت مي‌كند.
بفرض كه يك ماهواره‌ي GPS با سرعتي در حدود 14000 كيلومتر در ساعت حركت مي‌كند كه بر طبق فرضيه‌ي نسبيت، اين ساعت دقيقا 7 ميكرو‌ثانيه در روز كندتر از ساعتي ساكن بر روي زمين حركت مي‌كند. ولي به اين دليل كه ماهواره‌ي GPS بيست‌هزار كيلومتر بالاتر از سطح كرهي زمين در حركت است طبق فرضيه‌ي نسبيت، اين ساعت 45 ميكرو‌ثانيه در روز تندتر از ساعتي بر روي سطح كرهي زمين حركت مي‌كند. بنابراين ساعت ماهواره در مجموع 38 ميكرو‌ثانيه در روز سريع‌تر حركت مي‌كند. اين تفاوت شايد در ابتدا به هيچ عنوان مهم به نظر نرسد ولي همين تفاوت بسيار كوچك مي‌تواند باعث از بين رفتن دقت سيستم GPS بميزان 11 كيلومتر در روز برسد. به واسطه‌ي فرضيه‌ي نسبيت انيشتين اين هم زمان‌سازي مي‌تواند تصحيح شده و دقت لازم را به سيستم GPS بدهد.
با وجود اين‌كه بيشتر مردم تنها از بمب اتمي به عنوان نمونه‌ي كاربردي نظريه‌ي انيشتين ياد مي‌كنند، ولي نظريات و تئوري‌هاي بي‌شمار انيشتين زمينه‌ساز تعداد بي‌شماري از اختراعات شده‌اند كه زندگي روزمره را راحت و راحت‌تر سازند.
