زمانی که از ما می‌خواهند یک شخصیت علمی را نام ببریم، نام آلبرت اینشتین بی‌شک یکی از اولین نام‌هایی خواهد بود که به ذهن ما خواهد آمد. شخصی که موفق شد در اوایل قرن بیستم، فیزیک را نه از یک جنبه، بلکه در چندین شاخه متحول کند و با وجود این، ما او را تنها با چند تصویر و واژه‌ کلیشه‌ای می‌شناسیم. همه‌ ما تصویر پیرمردی خندان با موها و سبیل ژولیده را دیده‌ام که زبانش را رو به دوربین بیرون آورده، و همه ما حداقل یک بار فرمول E=mc2 را در کتاب‌ها و فیلم‌های مختلف دید‌ه‌ایم، اما کمتر کسی می‌داند که دستاوردهای اینشتین در طول زندگی علمی پربار خود، تا چه حد در زندگی روزمره‌ ما نقش دارد. ما بسیاری از امکانات زندگی مدرن را مدیون این مغز بزرگ هستیم. GPS تلفن‌های هوشمند ما بدون تدوین نظریه‌ نسبیت عام هرگز اختراع نمی‌شد و بدون مطالعات او روی اثر فتوالکتریک، امروزه چیزی به نام سلول‌های خورشیدی نداشتیم.  در پرونده امروز نگاهی خواهیم داشت به دستاوردهای کمتر شناخته‌شده‌ اینشتین در فیزیک و در کنار آن، بخش‌هایی کمتر شنیده‌شده از زندگی و شخصیت او را بررسی خواهیم کرد.


۱۹۰۵، سال طلایی زندگی آلبرت
سال ۱۹۰۵ یکی از مهم‌ترین سال‌ها در زندگی حرفه‌ای اینشتین بود. او در این سال، چهار مقاله‌ بسیار مهم را در سه شاخه‌ مختلف فیزیک منتشر کرد که هریک به تنهایی، مقاله‌هایی مهم و حیاتی محسوب می‌شدند و مفاهیم و دیدگاه‌های جدیدی را به دنیای فیزیک معرفی کردند.

اثر فتوالکتریک   پدیده‌ فتوالکتریک پیش از اینشتین هم شناخته‌ شده بود اما کسی توضیحی برای آن نداشت. در این پدیده دیده می‌شد که زمانی که نور به سطح برخی فلزات برخورد می‌کند، با انتقال انرژی می‌تواند الکترون‌ها را از سطح فلز جدا کند و یک جریان الکتریکی میان دو الکترود در یک مدار به وجود بیاورد. درک این قسمت از پدیده با فیزیک کلاسیک امکان‌پذیر بود، اما کسی نمی‌توانست توضیح بدهد که چرا وقتی از نوری با فرکانس‌های پایین‌تر ولی با شدت بالا استفاده می‌شود، کنده شدن الکترون از سطح فلز اتفاق نمی‌افتد؛ اما نوری با فرکانس بالاتر و حتی با ضعیف‌ترین شدت می‌تواند جریان الکتریکی را ایجاد کند. این‎جا بود که اینشتین ایده‌اش را مطرح کرد: از نظر او، نور در ذات به شکل بسته‌های انرژی گسسته یا اصطلاحاً کوانتیده بود. هر بسته‌ یا ذره نور (که اینشتین آن را فوتون می‌نامید)، توانایی حمل مقدار خاصی از انرژی را داشت و اگر این انرژی از انرژ‌ی لازم برای جداکردن الکترون‌ها کمتر بود، جریان الکتریکی شکل نمی‌گرفت؛ حتی اگر هزاران فوتون با انرژی کمتر از حد نیاز به سطح الکترود می‌تابید، نمی‌توانست الکترون‌ها را به ترک سطح فلز وادار کند. این همان ایده‌ای بود که تنها نوبل عمر اینشتین را برای او در سال ۱۹۲۱ به ارمغان آورد.
حرکت براونی   در قرن نوزدهم، شخصی به نام رابرت براون مشاهده کرد که اگر دانه‌های گرده‌ گل در لیوانی از آب ریخته شوند، حرکتی نامنظم و زیگزاگ مانند خواهند داشت. این پدیده که به حرکت براونی معروف شد، به تحرکات نامنظم و تصادفی ذرات ریز معلق در مایع یا گاز گفته می‌شود. تا مدت‌ها دلیل این حرکت نامشخص بود تا این که در سال ۱۹۰۵، اینشتین نشان داد که این حرکت ناشی از برخورد دایمی و نامتقارن مولکول‌های آب با ذرات ریز است. محاسبات اینشتین به‌قدری دقیق بود که بعدها دانشمندان توانستند اندازه‌ اتم‌ها را با آن تخمین بزنند. این کار نقشی کلیدی در اثبات فیزیکی وجود اتم‌ها و پیشبرد مکانیک آماری ایفا کرد.
نسبیت خاص و هم‌ارزی جرم و انرژی   پرسش مهمی وجود داشت که نسبیت خاص به نوعی برای پاسخ دادن به آن زاده شد و این پرسش را می‌توان با یک مثال توضیح داد: اگر دو قطار با سرعت‌های مختلف از کنار هم عبور کنند، به سادگی با جمع و تفریق کردن سرعت‌های آن‌ها می‌توانیم سرعت نسبی بین دو قطار را به دست بیاوریم، اما چرا انجام چنین کاری برای سرعت نور امکان‌پذیر نیست؟ به عبارتی چرا سرعت نور در خلأ (بدون توجه به این که ما نسبت به منبع نور چه سرعتی داریم) همواره ثابت و برابر با ۳۰۰ هزار کیلومتر بر ثانیه است؟ نسبیت خاص برای پاسخ دادن به این سوال و با تصحیح مفاهیمی چون فاصله و زمان متولد شد و یکی از نتایج آن، معادله‌ معروف E=mc2 بود. اینشتین با این معادله نشان داد که جرم و انرژی، به نوعی دو روی یک سکه هستند و می‌توان آن‌ها را به هم تبدیل کرد. این مفهوم، بعدها در فیزیک هسته‌ای و فیزیک ذرات نقش بسیار مهمی بازی کرد.


آلبرت در پشت صحنه تصمیمی مهم
زندگی شخصی اینشتین هم مانند زندگی حرفه‌ای او سرشار از فراز و نشیب بود. به عنوان مثال، در سال ۱۹۳۳ برای سفری به آمریکا رفت و زمانی که در آلمان بود، متوجه شد که حزب نازی، قدرت نوظهور آن روزهای آلمان، هرگونه شغل مرتبط با تدریس را برای اساتید یهودی ممنوع کرده است. او همچنین شنید که نازی‌ها چند بار به خانه‌اش یورش برده و مقداری از اموالش را مصادره کرده‌اند و این‎جا بود که فهمید دیگر نمی‌تواند به وطن‌اش بازگردد.
در اولین سال‌های اقامتش در ایالات متحده بود که او به درخواست برخی فیزیکدانان همکارش، در نوشتن نامه‌ای خطاب به رئیس جمهور وقت آمریکا، روزولت، نقش داشت. نامه‌ای که به رئیس جمهور درباره‌ خطر ساخت بمب اتم به دست آلمان نازی هشدار می‌داد و از او درخواست می‌کرد که اقدامات امنیتی لازم را برای مقابله با این خطر انجام دهد. هرچند امروزه می‌دانیم که در آن دوران درباره‌ آلمان اتمی بیش از حد اغراق می‌شده است، نامه‌ اینشتین و همکارانش باعث شکل‎گیری پروژه‌ منهتن یا همان پروژه ساخت نخستین بمب اتمی جهان شد و هرچند اینشتین هیچ نقشی در این پروژه نداشت، نامش برای همیشه و بعضا به اشتباه به بمب اتم گره خورد. هرچند که معمولا از او با عنوان انسانی ساده‌زیست، شوخ‌طبع و صلح‌طلب نام می‌برند که عاشق موسیقی بود و محال بود که با ساخت سلاحی به خطرناکی بمب هسته‌ای موافقت کند.


در تاروپود فضا-زمان
نسبیت عام را می‌توان انقلابی‌ترین نظریه اینشتین دانست که تا امروز نقش مهمی در زندگی روزمره ما داشته و درک ما را از مفهوم زمان و کیهان تکامل بخشیده است
انقلابی‌ترین نظریه‌‌ اینشتین را می‌توان نسبیت عام دانست. نظریه‌ای که یک توصیف کاملا جدید از نیروی گرانش ارائه کرد و دیدگاه ما را به این نیرو کاملا تغییر داد. تا پیش از نسبیت عام، ما گرانش را تنها به عنوان نیرویی می‌شناختیم که سیب را از درخت به زمین انداخت و باعث شد نیوتن آن را کشف کند. ولی اینشتین در سال ۱۹۱۵، گرانش را نه به عنوان یک نیرو بلکه به عنوان خمیدگی فضا-زمان تحت تاثیر جرم اجسام معرفی کرد. برای ساده‌تر درک کردن این ایده، تصور کنید یک توپ سنگین را روی یک سطح کشسان مثل یک ورق لاستیکی بزرگ قرار دهیم. حالا اگر یک تیله‌ سبک را روی همان سطح رها کنیم، به جای حرکت در خط مستقیم، به سمت توپ سنگین منحرف می‌شود. در جهان واقعی، آن توپ بزرگ نماینده یک جرم سنگین مثل خورشید است و سطح کشسان، همان چیزی ا‌ست که اینشتین «فضا-زمان» می‌نامد. اجرام سبک‌تر، مانند سیارات یا نور، هنگام عبور از کنار این خمیدگی، مسیرشان تغییر می‌کند.
درک عمیق‌تر زمان   نظریه‌ اینشتین پیامدهای بسیاری داشت که یکی از آن‌ها، درک بهتر «گذر زمان» است: زمان در نزدیکی اجسام سنگین، کندتر می‌گذرد. این موضوع در دقت فناوری‌هایی مانند GPS، اهمیت بالایی پیدا می‌کند. مطابق این نظریه، بین ما ساکنان روی زمین و ماهواره‌های مکان‎یابی که در مدار زمین قرار دارند، اختلاف زمانی وجود دارد. هرچند این اختلاف زمانی اندک است اما در دقت GPS تاثیر دارد و ماهواره‌ها پیش از ارسال مختصات یک مکان به زمین، باید تصحیحات زمانی را در محاسباتشان لحاظ کنند.
نگرشی متفاوت به کیهان   از روزمرگی‌های زمینی خودمان که بگذریم، نسبیت عام تاثیر عمیقی بر درک ما از کیهان و پدیده‌های کیهانی دارد. سیاهچاله‌ها، مهبانگ، امواج گرانشی و توصیف شکل و سرنوشت کیهان، همگی از نتایج نسبیت عام هستند. نکته‌ مهم در رابطه با نظریه‌ اینشتین این است که تا این لحظه، تمام پیش‎بینی‌های آن با دقت فوق‌العاده‌ای، درست از آب درآمده‌اند. همین موضوع نشان می‌دهد که نسبیت عام تا چه حد زیبا، دقیق و کارآمد است.


جدال نابغه قرن با نظریه کوانتوم
بسیاری اینشتین را مخالف نظریه‌ کوانتومی می‌دانند؛ اما داستان اینشتین با کوانتوم، به یک مخالفت ساده ختم نمی‌شود. اینشتین در تدوین چارچوب اولیه‌ مکانیک کوانتومی نقش بسیار مهمی را ایفا کرد، اما در دهه‌ ۱۹۲۰، مکانیک کوانتومی وارد مرحله‌ای شد که قوانین آن دیگر به هیچ وجه شبیه به فیزیک کلاسیک نبود و احتمال، تصادف و عدم قطعیت در قلب آن قرار داشتند. یکی از مهم‌ترین پایه‌های این نظریه، اصل عدم قطعیت هایزنبرگ قرار داشت که براساس آن، نمی‌توانستیم مکان و سرعت یک ذره را به شکل همزمان و دقیق اندازه‌گیری کنیم. به عبارتی آگاهی از یکی از این کمیت‌ها باعث ناآگاهی ما درباره کمیت دوم می‌شد. اما این مسئله به دلیل دقت پایین ابزارهای اندازه‌گیری ما نبود، بلکه «ذات» ذراتی بود که در دنیای کوانتومی زندگی می‌کردند. این تفسیر از ذات واقعیت، که به تفسیر کپنهاگی از مکانیک کوانتومی معروف شد، بیان می‌کرد که در قلمرو فیزیک کوانتوم، ذرات پیش از اندازه‌گیری واقعیت مشخصی ندارند و در مجموعه‌ای از احتمالات شناور هستند. اما به محض اندازه‌گیری، یکی از حالت‌های احتمالی ممکن به واقعیت می‌پیوندد و ما آن حالت را به عنوان ویژگی‌های ذرات مشاهده می‌کنیم.
تفسیری غیرقابل قبول برای اینشتین   این تفسیر برای اینشتین غیرقابل قبول بود و جمله‌ معروف او «خداوند تاس نمی‌اندازد» به نمادی از مخالفت او با تفسیر کپنهاگی تبدیل شد. اینشتین معتقد بود که مکانیک کوانتومی با وجود موفقیت‌هایش، تنها بخشی از واقعیت را توصیف می‌کند و باید زیرمجموعه نظریه‌ای کامل‌تر قرار بگیرد. از نظر او، این که ما بعضی ویژگی‌های ذرات را ندانیم به این معنی نبود که خود ذره هم از ویژگی‌های خود بی‌اطلاع باشد. یکی از بحث‌های مهمی که در این مورد وجود داشت، بررسی رفتار ذراتی بود که به «ذرات درهم‌تنیده» معروف بودند. برای توصیف ذرات درهم‌تنیده، یک جفت دوقلو را درنظر بگیرید که یکی چشم‌های آبی و دیگری چشم‌های قهوه‌ای دارد. ما نمی‌دانیم کدام رنگ چشم متعلق به کدام قل است ولی هر زمان که رنگ چشم یک نفر از آن‌ها را ببینیم، بلافاصله رنگ چشم دیگری را هم خواهیم دانست؛ حتی اگر یک قل در تهران و یک قل در مشهد باشد. این وابستگی ویژگی‌ها، همان رفتار ذرات درهم‌تنیده را توصیف می‌کند. براساس تفسیر کپنهاگی، رنگ چشم دوقلوها از پیش وجود ندارد و لحظه‌ای که رنگ چشم یک قل را در تهران با مشاهده مشخص می‌کنیم، رنگ چشم قل دیگر هم در مشهد بلافاصله و در همان لحظه مشخص می‌شود. اما اینشتین معتقد بود که رنگ چشم هردو قل از پیش وجود دارد و این تنها ضعف ما در درک طبیعت است که باعث می‌شود رنگ چشم آن‌ها را ندانیم.
وقتی آلبرت اشتباه می‌کند   اینشتین در سال ۱۹۳۵ برای اثبات حرف خود، به همراه دو فیزیکدان دیگر یک آزمایش ذهنی طراحی کرد که به پارادوکس EPR  معروف شد. طبق این آزمایش ذهنی، مشخص شدن همزمان وضعیت دو ذره‌ای که از یکدیگر فاصله داشتند، با قوانین نسبیت خاص که می‌گوید هیچ اطلاعاتی نمی‌تواند سریع‌تر از نور منتقل شود، در تناقض بود. بنابراین، اینشتین و همکارانش استدلال کردند که باید متغیرهای پنهانی وجود داشته باشند که وضعیت ذرات را از پیش مشخص کرده و به این ترتیب از این تناقض جلوگیری کنند. اما چند دهه‌ بعد، مشخص شد که اینشتین اشتباه می‌کرده است. در دهه ۱۹۶۰ فیزیکدانی به نام جان بل نامعادلاتی را برای توصیف ذرات درهم‌تنیده نوشت که نتیجه آن‌ها در تفسیرهای کپنهاگی و نظریه‌ متغیرهای پنهان، متفاوت بود. پس از بل، فیزیکدان دیگری به نام آلن اَسپِکت در دهه‌ ۱۹۸۰ آزمایش‌هایی برای نامساوی‌های بل انجام داد که نتیجه‌ آن‌ها، با مکانیک کوانتومی همخوانی کامل داشت و هیچ نیازی به متغیرهای پنهان در آن دیده نمی‌شد. این آزمایش‌ها نشان دادند که در حقیقت، ذرات درهم‌تنیده می‌توانند به‌طور آنی و بدون نیاز به انتقال اطلاعات فیزیکی از یکدیگر تأثیر بگذارند، یا به عبارت دیگر، رنگ چشم دوقلوها از پیش وجود ندارد و مشخص شدن رنگ چشم یک قل، واقعا بلافاصله رنگ چشم قل دیگر را هم تعیین می‌کند. این آزمایش‌ها، پارادوکس EPR را به طور کامل رد کرد و نشان داد که حتی اینشتین، کسی که یک تنه بسیاری از شاخه‌های فیزیک را متحول کرده بود، ممکن است براساس تمایلات و عقاید شخصی مرتکب اشتباه شود.