۴ محصولی که انیشتین به اختراع آن‌ها کمک کرد

کد خبر: ۷۰۴۳۰۳

تاریخ: ۲۷ خرداد ۱۳۹۶ - ۱۲:۰۰

انیشتین علاوه بر نظریه نسبیت، بنیان‌های علمی محصولاتی همچون لیزر، دستمال‌ کاغذی و بعضی از سایر محصولات پرکاربرد امروزی را بنا نهاده است.

به گزارش زومیت، آلبرت انیشتین را عموماً با نظریه نسبیت او می‌شناسند؛ این نظریه‌، انقلابی در نگرش ما در مورد فضا، زمان، جاذبه و گیتی ایجاد کرد.

نظریه‌ نسبت همچنین به ما نشان داد که ماده و انرژی ۲ صورت متفاوت از همدیگر هستند؛ واقعیتی که انیشتین با رابطه E=mc2 آن را بیان کرد و گسترده‌ترین معادله شناخته‌شده در تاریخ است.

اما نظریه‌ نسبیت تنها یکی از میراث‌های شگرف انیشتین است. او در کنار بحث فیزیک اتم‌ها، مولکول‌ها و نور، اختراعاتی نیز داشت. امروزه با نگاه کردن به اطراف می‌توانیم این اختراعات را مشاهده کنیم. در ادامه به تولیدات روزمره‌ای اشاره می‌کنیم که نشان می‌دهد انیشتین ورای نظریه‌ی نسبیت، سهمی در علوم دیگر نیز داشته است.

دستمال‌کاغذی

اعتبار اختراع دستمال‌کاغذی به شرکت کاغذ اسکات در پنسیلوانیا برمی‌گردد که در سال ۱۹۰۷ به‌عنوان محصولی بهداشتی جایگزین حوله‌های پارچه‌ای می‌شد؛ اما در یکی از اولین مقالات فیزیکی که انیشتین منتشر کرده بود، به بررسی اثر فتیله‌ای پرداخته بود؛ پدیده‌ای که به دستمال‌های کاغذی این امکان را می‌دهد که حتی وقتی جاذبه مایع را به سمت پایین می‌کشد، مایعات را به خود جذب کنند.

این فرآیند باعث جذب موم داغ به فتیله شمع می‌شود. در درختان نیز اثری مشابه آنچه گفته شد، وجود دارد؛ این پدیده که آن را با نام اثر مویینگی می‌شناسند، باعث می‌شود که شیره‌ی درختان بالا رود و همین اثر است که باعث جاری شدن جوهر در قلم‌ خودنویس می‌شود. در مقاله‌ای که انیشتین در سال ۱۹۰۱ منتشر کرده بود، تلاش می‌کند مکانیسم این اثر کششی را شرح دهد. البته بعدها خود او بیان کرد که تلاش خوبی انجام نداده است؛ زیرا او در آن زمان استدلال می‌کرد که مولکول‌های آب از طریق نیرویی مشابه نیروی جاذبه به دیواره‌های ظرف می‌چسبند که این استدلال نادرست است.

بااین‌حال، آن مقاله نشان داد که انیشتین در گذشته نیز مفهوم اتم‌ها و مولکول‌ها را پذیرفته است؛ مفهومی که در آن زمان بحث‌برانگیز بود؛ زیرا این ذرات کوچک و توده‌های فرضی ماده، آن‌قدر کوچک بودند که فیزیکدانان نمی‌توانستند آن‌ها را ببینند یا اندازه‌گیری کنند. فیزیکدانان ارشد بسیاری ادعا می‌کردند که این ذرات نمی‌توانند بخشی از علوم دقیق باشند.

انیشتین جانب فیزیکدانان جوان‌تر را گرفت؛ فیزیکدانانی که اعتقاد داشتند اثر مویینگی تنها یکی از چندین پدیده‌ای است که می‌توان آن‌ها را به‌وسیله‌ی اثر متقابل اتم‌ها و مولکول‌ها تشریح کرد. این فرضیه‌ی درستی بود و انیشتین این‌چنین به تشکیل پایه‌های علمی دستمال‌کاغذی‌های امروزی کمک کرد.

پیش‌بینی سهام

شرکت‌های تجاری وال‌استریت ارتشی از ریاضیدانان در استخدام خود دارند تا به کمک آن‌ها بتوانند افت‌وخیز قیمت‌های سهام را با استفاده از پیچیده‌ترین ابزارهای تحت اختیار خود، بررسی کنند. اگر این ریاضیدانان بتوانند راهکارهایی هرچند کوچک برای افزایش قیمت‌ها ارائه دهند، کارمندان این شرکت‌ها می‌توانند درآمد میلیونی برای شرکت کسب کنند.

بااین‌حال، در پیش‌بینی سهام بازارها از روشی استفاده می‌شود که ریاضیدانان آن را گام تصادفی می‌نامند. این روش بیان می‌کند که چنانچه اتفاق خاصی رخ ندهد، کاهش قیمت در پایان هر روز، درست به‌اندازه‌ی افزایش آن، محتمل است. این روش از الگوهایی پیروی می‌کند که پیدا کردن آن‌ها نیازمند نبوغ و زیرکی خاصی است؛ به این دلیل است که ریاضیدانان عرصه‌ی مالی و اقتصادی، دستمزدهای بالایی دریافت می‌کنند.

مقداری از ریاضیات این آنالیزهای دقیق سهام به آلبرت انیشتین بازمی‌گردد. او در تلاش بود تا واقعیت عجیبی را که برای اولین بار توسط گیاه‌شناس انگلیسی، رابرت براون در سال ۱۸۲۷ مطرح شد، شرح دهد. براون هنگامی‌که با میکروسکوپ خود به ذرات خاک درون قطره‌ی آب نگاه می‌کرد، متوجه حرکت نامنظم و بی‌هدف این ذرات شد. این حرکت که آن را حرکت براونی می‌نامند، توجیهی جز زنده‌ بودن این دانه‌های خاک نداشت؛ ولی حقیقتا چه عاملی باعث حرکت دادن آن‌ها می‌شد؟

انیشتین در مقاله خود که در سال ۱۹۰۵ منتشر شد، به تشریح کامل این پدیده پرداخت. او که در آن زمان همچنان در مورد اتم‌ها و مولکول‌ها فکر می‌کرد، متوجه شد این دانه‌های مرئی در واقع به‌وسیله‌ی مولکول‌های نامرئی آب به حرکت درمی‌آیند. به‌طور میانگین، این برخوردها می‌تواند از تمام جهت‌ها به‌صورت برابری رخ دهد؛ اما در یک‌ لحظه‌ی به‌‌خصوص، مولکول‌های بیشتری از آب تمایل دارند به یک سمت از این دانه‌ها برخورد کنند که این عمل باعث می‌شود ضربه‌ای در جهتی تصادفی به دانه وارد شود.

انیشتین این مفهوم را به یک معادله‌ی ریاضی تبدیل کرد که این حرکات نامنظم را در قالب ریاضیات بیان کرده باشد. مقاله‌ی حرکت براونی او به‌صورت کلی‌تر به‌عنوان اولین اثبات رسمی وجود اتم‌ها و مولکول‌ها شناخته می‌شود. از این معادله همچنان به‌عنوان پایه‌ای برای برخی پیش‌بینی‌های سهام بازار استفاده می‌شود.

انرژی خورشیدی

در ماه مارس سال ۱۹۵۸، نیروی دریایی آمریکا سازه‌ای کره‌ای در ابعاد یک گریپ‌فروت را که به آن لقب وانگارد ۱ را داده بودند، به مدار اطراف زمین پرتاب کردند. این پرتاب از این نظر مورد توجه قرار گرفت که در آن برای اولین بار از یک فناوری تولید نیروی پیشرو به نام سلول‌های خورشیدی استفاده‌ شده است.

امروزه سلول‌های خورشیدی انرژی لازم برای تقریباً تمام صدها ماهواره‌ای که به دور زمین در حال چرخش هستند و کاوشگرهای فراوانی را که به سیاراتی همچون سیاره‌ی مشتری پرتاب‌شده‌اند، تأمین می‌کند. در سطح زمین نیز سلول‌های خورشیدی با کمتر شدن قیمت آن‌ها و رقابت با نیروی الکتریکی متداول، به‌طور گسترده در بام‌ ساختمان‌ها در حومه‌ی شهرها گسترش‌ یافته‌اند.

نسخه‌ اولیه این سلول‌ها به تاریخ ۱۸۳۹ برمی‌گردد. انیشتین در سال ۱۹۰۵ اصول اساسی عملکرد این سلول‌ها را مطرح کرد. نقطه‌ی شروع او از یک مقایسه‌ی ساده آغاز شد: اگر ماده به حالت توده‌ای باشد (که همین‌طور هم هست) و اگر تمام مواد در عالم از اتم‌ها و مولکول‌ها تشکیل‌ شده‌ باشند؛ درنتیجه مطمئناً نور نیز باید به‌صورت توده‌ای باشد.

بعدها، پس از استدلال‌های انیشتین، فیزیک‌دان‌ها کشف کردند که وقتی یک جسم صلب، نور را جذب یا آن را منتشر می‌کند، این پدیده با گرفتن گام‌به‌گام انرژی به‌صورت گسسته، اتفاق می‌افتد و به عقیده انیشتین، راحت‌ترین راه درک این واقعیت عجیب، این است که فرض کنیم نور نیز درواقع از بسته‌های انرژی جدا از هم تشکیل‌ شده است؛ ذراتی از نور که بعدها به نام فوتون شناخته شدند.

بر اساس نظریه‌ انیشتین، انرژی هر بسته با فرکانس نور متناسب است و راه ساده‌ای نیز برای آزمایش این ایده پیشنهاد داد: پرتوی نوری را به سطح یک فلز بتابانید. اگر فرکانس این پرتو به‌اندازه‌ی کافی بالا باشد یا اینکه حداقل تعدادی از این بسته‌ها، انرژی کافی برای جابجایی الکترون‌های فلز و ارسال آن‌ها به بیرون داشته باشند، می‌توان با چنین آزمایشی این بسته‌های انرژی را شناسایی کرد. سلول‌های خورشیدی نیز اساساً به این طریق کار می‌کنند: جریان نور خورشید باعث می‌شود الکترون‌های داخلی این سلول‌ها به سطح بالاتری از انرژی منتقل شوند که باعث تولید جریان الکتریسیته می‌شود.

تا قبل از انیشتین هیچ‌کسی نتوانست این پدیده را به‌طور کامل شرح دهد. دستاورد او در تشریح اثر فوتوالکتریک به حدی اهمیت داشت که در سال ۱۹۲۱ موفق به کسب جایزه نوبل فیزیک شد.

لیزر

در ۶ دهه‌ گذشته از زمانی که فیزیکدانان برای اولین بار نمونه‌ آزمایشگاهی یک پرتو لیزر را در سال ۱۹۶۰ نشان دادند تاکنون، این وسیله تقریباً گستره‌ وسیعی از ابزارها، از بارکد خوان‌ها گرفته تا دستگاه‌های اصلاح مو را در اختیار خود گرفته‌اند.

تمام این دستگاه‌ها مدیون ایده‌ای هستند که انیشتین در سال ۱۹۱۷ روی آن کار می‌کرد؛ او در تلاش بود تا بیشتر دریابد که ماده چگونه بر نور اثر می‌گذارد و با این تصور که دسته‌ای از اتم‌ها در نور شناور هستند، کار خود را شروع کرد. انیشتین با توجه به یافته‌های گذشته خود مبنی بر اینکه اتم‌هایی که در سطوح پایین‌تری از انرژی قرار دارند، می‌توانند با جذب فوتون‌ها به سطوحی با انرژی بالاتر منتقل شوند، به این نتیجه رسید که اتم‌های پرانرژی‌تر می‌توانند خودبه‌خود با انتشار فوتون‌ها به سطوح انرژی پایین‌تر بازگردند و هنگامی‌که مدت‌زمان مناسبی گذشت، همه‌چیز در شرایط متعادل قرار می‌گیرد.

بنابراین، انیشتین از این نتایج حدس دیگری الهام گرفت: شاید فوتون‌ها تمایل دارند مرحله‌به‌مرحله پیشروی کنند، بنابراین حضور دسته‌ای از فوتون‌ها و حرکت آن‌ها به یک‌ جهت خاص احتمال اینکه اتم‌های پرانرژی، فوتون دیگری را نیز به همان جهت ارسال کنند، افزایش می‌دهد. او این فرآیند را انتشار تحریک‌شده نامید و هنگامی‌که در معادلات خود این اثر را در نظر گرفت، محاسبات او با مشاهداتش مطابقت پیدا کرد.

لیزر تنها یک وسیله‌ بهره‌برداری از این پدیده است. در لیزر دسته‌ای از اتم‌ها که دارای نور یا انرژی الکتریکی هستند، وجود دارند که فوتون‌ها را در کانالی مشخص و در جهتی دقیق منتشر می‌کند. به احترام دستاوردهای انیشتین، نام لیزر را برای این دستگاه‌ها انتخاب کرده‌اند.