۱۸ آوریل برابر با ۲۸ فروردین سالروز مرگ دانشمند بزرگ جهان فیزیک، آلبرت اینشتین است. یکی از ویژگی‌های این دانشمند تاثیرات او در جهان امروز ما حتی پس از مرگش است. نظریه های اینشتین در ساخت فناوری‌هایی تاثیر داشته که شاید ندانیم وجود آنها را مدیون اینشتین هستیم. در این مطلب قصد داریم به معرفی این فناوری‌ها که در زندگی روزمره ما کاربرد بسیاری دارند، بپردازیم.
برای بسیاری از ما که فیزیکدان نیستیم، مفاهیم نظری آلبرت اینشتین در خصوص زمان-فضا و نسبت بین انرژی و ماده ممکن است خیلی انتزاعی و غیرکاربردی باشد و تاثیری در زندگی روزمره ما نداشته باشد. اما حقیقت ماجرا چیز دیگری است.
از زمانی که اینشتین مهمترین نظریات خودش را اعلام کرد تا به حال، دنیای مدرن با همین مفاهیم نظری و انتزاعی او تغییرات عمده‌ای داشته است. در هر فناوری که امروز استفاده می‌کنیم می‌توانیم رد پایی از اینشتین را ببینیم.
به طوری که نویسنده زندگی نامه او، والتر ایزاکسون، نوشته است: «سلول‌های فوتو الکتریک و لیزرها، انرژی هسته‌ای و فیبرهای نوری، سفر به فضا و حتی نیمه هادی‌ها همگی به برخی از نظریات و کشفیات این دانشمند بزرگ بر می‌گردد».
چند مورد از کاربردهای نظریات این دانشمند بزرگ را می‌توانید در زیر بخوانید.
درهای خودکار، زنگهای هشدار، باطری‌های خورشیدی و دوربین‌های دیجیتال
اگرچه اینشتین بیشتر به خاطر قانون نسبیت معروف است، اما او به این دلیل برنده جایزه نوبل فیزیک نشد. او به دلیل تفسیر اثر فوتوالکتریک برنده این جایزه مهم جهانی شد. حتی قبل از اینشتین، دانشمندان می‌دانستند که پرتودهی به مواد می‌تواند باعث ایجاد جریان الکتریکی شود، اما آنها هیچ وقت دلیل این موضوع را نمی‌دانستند. دانشمندان تصور می‌کردند که نور به شکل موج است و نمی‌دانستند که نور می‌تواند با دادن انرژی کافی به فلزی همچون سلنیوم باعث خروج الکترون شود. در سال ۱۹۰۵ میلادی اینشتین در یک مقاله علمی به همراه ماکس پلانک تفسیر تازه‌ای ارائه کرد.
موضوع اصلی مقاله او این بود که اگر نور به جای موج به شکل ذره رفتار کند، چه اتفاقی می افتد؟ هر ذره یا فوتون حاوی مقداری انرژی است و اگر فرکانس ذرات به قدر کافی بالا باشد، آنها می‌توانند مقدار کافی انرژی را به الکترون انتقال بدهند، الکترون‌هایی که می‌توانند از اتم‌های سلنیوم خارج شوند.
اثر فوتوالکتریک بیش از هر چیز در باطری‌های خورشیدی کاربرد دارند. همچنین از این اثر در ساخت دستگاه‌هایی که با پرتو نور یا وقفه در باریکه‌ای از نور کار می‌کنند می‌توان استفاده کرد. لازم به ذکر است دستگاه‌هایی مثل درهای خودکار سوپرمارکت‌ها و بانک‌ها با وقفه در پرتو و باریکه نور کار می‌کنند.
اثر فوتوالکتریک همچنین در ساخت دوربین‌های دیجیتال نیز استفاده می‌شود و این دوربین‌ها را قادر ساخت تا تصاویر را به کدهایی تبدیل کنند که می‌توانند توسط رایانه‌ها خوانده شوند.
دستگاه‌های پخش کننده دی وی دی، بارکدخوان‌های سوپرمارکت‌ها و عمل جراحی لیزیک چشم
اینشتین در مقاله‌ای در سال ۱۹۱۷ میلادی فرآیندی تحت عنوان تحریک انتشار را معرفی کرد. طبق آرای او در این مقاله، در این فرآیند اتم‌ها با تحریکاتی قادر می‌شوند تا از جریان متمرکز فوتون خارج شوند. دهه‌ها بعد، فیزیکدان‌ها دستگاهی ساختند که با آن توانستند مباحث اینشتین را در این خصوص عملی کنند.
آنها نام این دستگاه را لیزر گذاشتند که مخفف تقویت نور به روش گسیل القایی تابش است. آنها از طریق این دستگاه پرتوهای باریک و متمرکزی را ایجاد کردند که می‌توانند برشی ظریف تر از برش تیغ جراحی ایجاد کند. همچنین از طریق آن می‌توان موزیک نواخت یا بارکد اجناس را اسکن کرد و هزاران کاربرد دیگر که حتما در زندگی روزانه تان دیده‌اید.
پیش بینی آب و هوا و سرمایه گذاری در بازار سهام
یکی از کشفیات لیزری اینشتین، بررسی او در خصوص پدیده‌ای است که سال‌ها برای دانشمندان معما بود. یعنی بررسی حرکت‌های زیگ زاگی ذرات معلق در سیال(مایع و گاز) که با عنوان حرکت براونی نیز شناخته می‌شود. دانشمندان قبل از کشف اینشتین نمی‌دانستند که چرا ذرات حرکت می‌کنند و حتی قادر به اندازه گیری این حرکت هم نبودند.
اینشتین این فرض را عنوان کرد که ذرات توسط مولکول‌ها در سیال گیر می‌افتند و پس از آن متوسط فاصله افقی که یکی از ذرات ممکن است در یک فاصله زمانی معین طی کند، محاسبه کرد.
در سال ۱۹۰۸ میلادی دانشمند فرانسوی، جین پرین، آزمایشاتی را توسط میکروسکوپ و کورنومتر انجام داد و نتایج او با حدسیات اینشتین یکسان بود. همین کشفیات او در خصوص ناپیوستگی ساختار ماده در ادامه دریافت جایزه نوبل را برای او به همراه داشت.
علاوه بر این، کشف جین پرین برای اولین بار نقش مهم احتمال در فیزیک را نشان می‌داد. به طوری که فیزیکدان معروف کارماک رایف نوشت که کار اینشتین بنیان فهم مدرن ما از سیستم‌های پیچیده است که هر چیزی را از پیش بینی آب و هوا گرفته تا سرمایه گذاری در بازار سهام تحت تاثیر قرار داده است.
مسیریابی توسط جی پی اس
اگر نظریه‌های اینشتین در خصوص فضا-زمان و قانون نسبیت عام این دانشمند نبود، هیچ وقت جی‌پی‌اس‌ها نمی‌توانستند مسیر دقیق را به شما نشان بدهند. برای فهم این موضوع باید توجه داشت که جی‌پی‌اس با استفاده از ماهواره‌هایی که در فاصله حدود ۸ هزار و ۷۰۰ مایلی زمین در هر ساعت می‌چرخند، می‌توانند مسیر ما را دنبال کنند.
نظریه اینشتین ثابت می‌کند که ماهواره به نسبت فرد روی زمین با سرعت بیشتری حرکت می‌کند. یعنی اینکه ساعت یک ماهواره باید کندتر از ساعت مچی فرد روی زمین حرکت کند. پدیده‌ای که به آن اتساع زمان گفته می‌شود. یکی از مفاهیم فیزیکی مربوط به نظریه نسبیت خاص آلبرت اینشتین که مبنی بر پایه نسبیت این گونه بیان می‌شود که گذر زمان از دید دو ناظر متفاوت بررسی می شود.
اما در همین حین، از آنجایی که ماهواره ها در ارتفاع بالایی از زمین قرار دارند، انحنای فضا-زمانی که توسط جرم زمین ایجاد می‌شود برای ماهواره‌ها بیشتر است، که این موضوع باعث بیشتر شدن سرعت ساعت ماهواره‌ها می‌شود.
وقتی این دو اثر، یعنی تشدید و کند شدن حرکت ساعت، با هم ترکیب می‌شوند ساعت ماهواره‌ها حدود ۳۸ میکروثانیه که میلیاردها میلیون ثانیه می‌شود، سریع‌تر از ساعت‌های روی زمین حرکت کنند. شاید این مقدار خیلی زیاد به نظر نیاید، اما همین مقدار کافیست که جی پی اس را به صورت روزانه حدود ۶ و ۲ دهم مایل منحرف کند. البته خوشبختانه با کشف و پیش بینی‌های اینشتین در طراحی جی پی اس این اختلاف در نظر گرفته می‌شود.
تسلیحات اتمی و انرژی هسته‌ای
کشف اینشتین از ارتباط بین انرژی و جرم ماده در معادله معروفش یعنی E = mc2 باعث شد تا دانشمندان پس از او کشف کنند که با بمباران نوترونی و شکاف هسته‌ای می‌توان انرژی تولید کرد. اینشتین در ابتدا در خصوص این کشف خود تردید داشت و می‌گفت این معادله شبیه به تیراندازی در تاریکی به پرندگانی است که تعدادشان کم است. اما پس از اینکه در سال ۱۹۳۹ میلادی فهمید دانشمندان آلمانی در حال دستیابی به قابلیت شکاف هسته‌ای در مقیاس کوچک هستند، نظرش را تغییر داد.
در نهایت به رزولت رئیس جمهور وقت آمریکا نامه نوشت و او را مطلع کرد که ممکن است از طریق این قانون بتوان منبع جدیدی از انرژی یا سلاحی قدرتمند ساخت. نامه اینشتین باعث شد تا آمریکا به فناوری تولید سلاح هسته ای و نیروگاه انرژی هسته‌ای دست پیدا کند. اگرچه بمب هسته‌ای همچنان نقطه تیره این کشف به حساب می‌آید اما امروزه برق ده‌ها کشور جهان از طریق فعالیت نیروگاه‌های هسته‌ای تولید می‌شود.
منبع: nationalgeographic.com