اَبا اِباد

آزمایش سطل نیوتن

آزمایش سطل نیوتن

حقیقتا هرکاری کنیم اسحاق نیوتن بی‌ برو برگرد بزرگ‌ترین فیزیکدان تمام اعصار است و کسی به گرد پای او هم نمی‌رسد. نظریات و ایده‌های او حقیقتا سرشار از نبوغ است و ما حتی بسیاری از سوالاتی که داریم را نیز مدیون او هستیم. یعنی او نه تنها پاسخ‌های خوبی درباره‌ی واقعیت جهان هستی به ما ارائه داده، بلکه سوالات اساسی نیز برای ما ایجاد کرده است. اجازه دهید به یکی از آزمایشاتی که او طراحی کرده و ایده‌ای که پشت آزمایش بوده بپردازیم. اسم این آزمایش، آزمایش سطل نیوتن یا Newton‘s bucket experiment است. سوالی که نیوتن برای آن به دنبال پاسخ بوده این بوده است که

آیا حرکت مطلق است یا نسبی؟

یعنی چه؟ فرض کنید شما من را در خیابان می‌بینید. شما ایستاده‌اید و در حال تماشای من هستید و من در حال حرکت هستم. آیا چون نسبت به شما در حال حرکت هستم، شما می‌گویید من در حرکتم یا نه من واقعا مستقل از شما در حال حرکتم؟ آیا حتما باید در اطراف من شما و خیابان و درخت و دیگر انسان‌ها و ماشین‌ها باشند که حرکت من معنا پیدا کند؟ یا اگر هیچکدام از اینها در اطراف من نباشد نیز من در حال حرکت هستم. آیا حرکت نسبت به چیزی تعریف می‌شود و یک امر نسبی (relative) است و یا که نه، حرکت یک امر مطلق (absolute) است و در فضایی مطلق تعریف می‌شود نه نسبت به چیزهای دیگر؟

در حالت دوم باید یک فضای مطلقی باشد که ما درون آن قرار داشته باشیم و در بستر آن حرکت کنیم، چرا که برای حرکت نیازی به یک بستر داریم. این سوال، سوال خیلی بنیادینی‌ست و شاید یک انسان عادی هیچوقت به آن نیندیشد، اما نیوتن یک انسان عادی نیست و با بقیه فرق دارد و جهان برای او یک آزمایشگاه عظیم است. نیوتن فکر می‌کرد که حرکت مطلق است و برای اینکه فکرش را اثبات کند آزمایش سطل نیوتن را طراحی کرد. فرض کنید یک سطل را از آب پر کنیم و با یک طناب، در هوا آویزان نگاهش داریم. اکنون نه سطل حرکت کرده است و نه آب و سطح آب کاملا تخت است. در یک لحظه شروع به چرخاندان سطل می‌کنیدم و با سرعت سطل را که از طناب آویزان است، مثل فرفره به دور خودش می‌چرخانیم. طی چند ده ثانیه‌ی، سطل می‌چرخد و آب درون سطل ساکن است و نمی‌چرخد.

شما حتما این کار را حداقل یک بار انجام داده‌اید و متوجه شده‌اید که آب ابتدا به همراه ظرف نمی‌چرخد. در این مدت نیز سطح آب کامل تخت است. در این حالت اگر نسبی نگاه کنیم، انگار که آب در جهت خلاف سطل می‌چرخد. آرام آرام در اثر اصطکاک بین دیواره‌ی سطل و آب درون سطل، آب نیز سرعت سطل را می‌گیرد و آب شروع به چرخش با همان سرعت سطل می‌کند. در این وضعیت شما می‌بینید که سطح آب مقعر می‌شود و ارتفاع آب در نزدیکی دیواره بیشتر از ارتفاع آن در مرکز سطل می‌شود. حالا اگر ناگهان سطل را متوقف کنیم، آب همچنان می‌چرخد و سطح آن نیز مقعر باقی می‌ماند. اما مساله همینجاست که وقتی آب حرکت می‌کند، صرف نظر از اینکه محیط آن یعنی خود سطل، در حال حرکت است یا نه، سطح آب مقعر می‌شود. اگر حرکت نسبی بود، آب نباید در هر دو حالت اخیر، حرکت می‌کرد و مقعر باقی می‌ماند.

ما می‌دانیم که هروقت آب مقعر می‌شود، یعنی در حال حرکت است. پس انگار که حرکت آب مستقل از محیطش بود و هیچ ربطی به محیط اطرافش ندارد. پس حرکت آب در بستر چیزی بالاتر از این محیط معنا پیدا می‌کند که آن ثابت است و آن همان فضا (space) است که از دید نیوتن یک امر مطلق است. البته که بعدا اینشتین در نسبیت این مساله را بهتر تشریح کرد، اما تا همینجا نیز نیوتن با نبوغ فراوانش، ایده‌ی بزرگی را مطرح کرده بود.

– ابا اباد

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *