يک فيزيکدان دانشگاه آريزونا مدعي است که درستي يا نادرستي فرمول E=mc2 انيشتين بستگي به مکان قرار گرفتن شيء در فضا دارد. آندري لبد، جامعه فيزيک را با ارائه ايده جديد خود به هيجان آورده است.
اين ايده هنوز در مراحل آزمايشي قرار دارد و بر اين مبناست که درستي يا نادرستي فرمول E=mc2 انشتين بستگي به مکان قرار گرفتن شيء در فضا دارد.
با نخستين انفجارات بمبهاي اتمي، جهان، شاهد يکي از مهمترين قواعد متعاقب علم فيزيک بود. اين قاعده مدعي است که انرژي و ماده همسان هستند و ميتوانند به يکديگر تبديل شوند.
اين موضوع براي نخستين بار توسط تئوري «نسبيت خاص» (Theory of Special Relativity) انشتين مطرح شد و در معادله مشهور E=mc2 وي انعکاس يافت. در اين معادله E انرژي، m جرم وc نيز سرعت نور است که به توان دو رسيده است.
اگرچه فيزيکدانان بارها معادله انشتين را در آزمايشها و محاسبات بي شمار خود ارج نهادهاند و بسياري از فناوريها از قبيل گوشيهاي موبايل و GPS به آن بستگي دارند، دانشمند دانشگاه آريزونا با ادعاي خود موج جديدي از مناظرات را در علم فيزيک موجب شده است.
وي مدعي است که فرمول انشتين ممکن است در شرايط خاصي درست نباشد. کليد بحث اين فيزيکدان در خود مفهوم «جرم» نهفته است.
بر اساس قاعده پذيرفته شده، هيچ تفاوتي بين جرم يک شيء متحرک که ميتواند از نظر اينرسياش تعريف شود و جرم اعمال شده به آن توسط ميدان گرانشي وجود ندارد. به عبارت سادهتر، جرم نخستين (جرم اينرسيايي) همان مولفهيي است که موجب ميشود ضربهگير يک خودرو در برخورد با وسيله نقليه ديگر خميده شود، در حالي که جرم گرانشي «وزن» نام دارد.
قانون معادل بين جرمهاي گرانشي و اينرسيايي در فيزيک کلاسيک توسط گاليله و در فيزيک مدرن توسط انشتين مطرح شد و در سطح دقت بالا تاييد شده است اما به ادعاي لبد، يک امکان کوچک اما واقعي وجود دارد که اين معادله براي جرم گرانشي صادق نباشد.
به گفته وي، در صورتي که وزن يک شيء کوانتومي مانند يک اتم هيدروژن را اندازهگيري کنيم، نتيجه در اکثر موارد همسان خواهد بود اما بخش ريزي از اين اندازهگيريها ميتواند به نقض E=mc2 بيانجامد.
لبد ميافزايد: بسياري از فيزيکدانان معتقدند که جرم گرانشي دقيقا با جرم اينرسايي برابر است اما من بر اين باورم که اين دو به دليل برخي اثرات کوانتومي در نظريه عمومي (نظريه انيشتين در مورد گرانش) ممکن است دقيقا يکي نباشند.
نتايج مطالعات اين دانشمند در ماه فوريه منتشر خواهد شد و وي از همکارانش خواسته که محاسبات و آزمايش پيشنهادياش براي آزمودن نتايج ادعا شده را ارزيابي کنند.
کليد درک تئوري لبد در واقع درک ماهيت گرانش است. وي در مقالاتش نشان داده در حالي که E=mc2 همواره براي جرم اينرسايي صدق ميکند، هميشه در مورد جرم گرانشي صادق نيست؛ اين بدين معناست که احتمالا جرم گرانشي و جرم اينرسايي برابر نيستند.
بنا بر ادعاي انيشتين، گرانش حاصل يک انحنا در خود فضاست. هر چه جرم شيء بزرگتر باشد در بافت فضا تورفتگي بيشتري ايجاد ميکند، به عبارت ديگر هر چه جرم شيء بزرگتر باشد، کشش گرانشي آن قوي تر است.
به گفته لبد، فضا داراي انحناست و هنگامي که شما جرمي را در فضا حرکت ميدهيد، اين انحنا حرکت آن را مختل ميکند و انحناي فضا همان مولفهيي است که جرم گرانشي را از جرم اينرسايي متفاوت ميکند.
اين فيزيکدان پيشنهاد کرده که دانشمندان ايده وي را با اندازهگيري کردن وزن سادهترين شيء کوانتومي يعني اتم منفرد هيدروژن بيازمايند. اين اتم فقط داراي يک هسته، يک پروتون منفرد و يک الکترون تنهاست که به حول هسته ميچرخد.
لبد معتقد است که گاهي اتفاق ميافتد که الکترون در حال گردش حول اتم به يک سطح انرژي بالاتر جهش يابد.
در مدت زمان کوتاهي، الکترون به سطح انرژي پيشين خود بازميگردد. مطابق E=mc2 جرم اتم هيدروژن همراه با تغيير در سطح انرژي تغيير ميکند. تا اين جا همه چيز مطابق نظريه پيش ميرود. اما چنانچه ما همان اتم را از زمين دور کنيم، که در آن فضا ديگر خميده نبوده بلکه مسطح است، چه رخ خواهد داد؟
به گفته لبد، در اين حالت الکترون نميتواند به سطوح انرژي بالاتر جهش يابد زيرا در فضاي مسطح به سطح انرژي اوليه خود محدود خواهد شد. هيچ جهشي در فضاي مسطح وجود ندارد و بنابراين الکترون خميدگي گرانش را حس نخواهد کرد اما چنانچه ما آن را به سمت ميدان گرانشي زمين حرکت دهيم، به دليل خميدگي فضا اين احتمال وجود دارد که الکترون از نخستين سطح به دومين سطح انرژي جهش يابد و در اين جا جرم متفاوت خواهد بود.
لبد ميافزايد: آنچه اغلب در نظر گرفته نميشود، اين موضوع است که جهش الکترون از سطح اول به سطح دوم به اين دليل روي ميدهد که خميدگي اتم را به ميريزد. به جاي اندازهگيري مستقيم وزن، ما اين رخداد تغيير انرژي را با فوتونهاي منتشر شده شناسايي ميکنيم.
اين دانشمند آزمايش خود را براي آزمودن فرضيهاش پيشنهاد کرده است.
وي ميگويد: يک سفينه فضايي کوچک را با تانکي از هيدروژن و ردياب حساس به نور به فضا بفرستيد. در فضاي خارجيتر، رابطه بين جرم و انرژي براي يک اتم همسان است فقط به اين دليل که فضاي مسطح به الکترون اجازه تغيير سطوح انرژي را نميدهد اما هنگامي که به زمين نزديک هستيم، انحناي فضا اتم را به هم ميريزد و امکان جهش الکترون و بنابراين انتشار يک فوتون وجود دارد که اين انتشار توسط ردياب مزبور ثبت ميشود و بسته به سطح انرژي، رابطه بين جرم و انرژي تحت اثر ميدان گرانشي ديگر ثابت نيست.
اين دانشمند مدعي است که ايده وي نخستين پيشنهاد براي آزمايش ترکيبي از مکانيک کوانتومي و تئوري گرانش انيشتين در منظومه شمسي است.
