آلبرت آبراهام مایکلسون ، زندگینامه و دستاوردهای علمی او

در سال ۱۸۶۹، پسر هفده ساله یک مهاجر آلمانی، سفر دور درازی را از نوادا آغاز کرد تا با رئیس جمهور ایالت‌های متحده آمریکا، پولیس گرانت، ملاقات کندی این دیدار بخاطر کسب یکی از ده مقامی بود که از سوی ریاست جمهوری به آکادمی نیروی دریایی در آنا پولیس اعطاء شده بود.

آلبرت آبراهام مایکلسون، عضو این آکادمی بود و لیاقت این را داشت که صاحب یکی از این ده مقام شود. اما مقامات مسئول از سپردن مقام افتخاری به این هوشیار نابغه، شاید بعلت سن کم، خودداری کردند. اکنون، او به ملاقات رئیس جمهور می‌رفت تا به شکایت او رسیدگی شود. ظاهراً خیلی دیر شده بود، چون همه نامزد‌ها انتخاب شده بودند. رئیس جمهور او را نزد مدیر آکادمی فرستاد تا به وضعش رسیدگی شود. سرانجام یازدهمین شغل به طور غیرقانونی به او تعلق گرفت.

آلبرت مایکلسون، مدت ۴۰ سال روی مسائل فیزیکی، بویژه پدیده‌های نوری پژوهش و مطالعه کرد. و بخاطر اکتشاف‌هایی که انجام داد شهرتی در سراسر جهان بدست آورد. او برای آمریکا یک افتخار بزرگی بود. و برای نخستین بار جایزه نوبل را نصیب این کشور کرد.

آلبرت مایکلسون، در ۱۹ دسامبر ۱۸۵۲ در شهر استرلنو پروس به دنیا آمد. پدر و مادرش از یهودیان آلمانی بودند. در سال ۱۸۴۸ عده زیادی از آزادیخواهان آلمان دست به تظاهرات شدیدی زدند. شعار آن‌ها این بود که قوانین کشوری و اخذ مالیات‌ها باید درباره همه مردم بطور مساوی اجرا شود. هر کس باید آزادی سخن داشته باشد که بتواند عقاید و نظریاتش را بیان کند. این یگانه راهی بود که بوسیله آن آزادی‌خواهان می‌توانستند به هدف خویش برسند و بر اعمال او رفتار ناپسند و دیکتاتوری دولت وقت نظارت داشته باشند. متاسفانه، تلاش و مجاهدت آن‌ها نتیجه‌ای نبخشید و با شکست مواجه شد. چند سال بعد، عده زیادی از این آزادیخواهان به آمریکا مهاجرت کردند که در بین آن‌ها خانواده مایکلسون دیده می‌شد. آلبرت در آن موقع ۲ ساله بود که خانواده‌اش به نیویورک وارد شدند.

مهاجران، پس از توقف کوتاه در شرق به کالیفرنیا سفر کردند تا به آشنایان و بستگان خود بپیوندند. آنان سوار بر کشتی شدند و به پاناما رفتند و سپس از جزایر اقیانوس آرام گذشتند و به سفر دریایی خود در سواحل غربی آمریکا پایان دادند.

ساموئل مایکلسون، پدر آلبرت در شهر کوچکی بنام مورفی در حومه کالاوراس از توابع کالیفرنیا، یک مغازه خشکبارفروشی باز کرد و مشغول به کار شد. آلبرت، تحصیلات ابتدایی را در مدرسه محلی به پایان آورد و برای ادامه تحصیل عازم سانفرانسیسکو شد. در مدرسه متوسطه لیاقت و استعداد چشمگیری در رشته ریاضی و علوم از خود نشان داد. او در علم مکانیکی نبوغ خارق العاده‌ای داشت و بابت نگهداری از وسایل علمی مدرسه ماهانه ۳ دلار حقوق می‌گرفت.

هنگامی که آلبرت به سن ۱۶ سالگی رسید خانواده‌اش به نوادا (از توابع ویرجینیا ) سفر کردند و پدرش در این محل در یک معدن نقره آغاز به کار کرد. یکسال بعد برادرش چارلز و سال دیگر خواهرش میریام بدنیا آمدند. چارلز۔ مایکلسون، در زمان ریاست جمهوری فرانکلین روزولت از طرفداران حزب دموکرات بود و مدت‌ها ریاست این حزب را برعهده داشت.

مایکلسون در سال ۱۸۷۳ از آکادمی نیروی دریایی فارغ التحصیل شد. و پس از دو سال کار در نیروی دریایی، از سوی آکادمی از او دعوت شد که به تدریس علوم فیزیک و شیمی در دانشگاه بپردازد. مادامی که به تدریس در آکادمی مشغول بود به فیزیک نور علاقه‌مند شد و درصدد آن بر آمد که بطریقی سرعت نور را اندازه بگیرد. اشتیاق به این کار تا آخر عمر او را سرگرم کرد. او بیشتر اوقاقتش را به مطالعه درباره مبحث‌های فیزیکی می‌گذراند. و با استفاده از آینه گردان فوکو دستگاهی ساخت که قیمت آن به ده دلار می‌رسید. آلبرت، با کمک این دستگاه موفق شد سرعت نور را با تقریب ۱۵۰ متر اندازه بگیرد. او مقاله‌ای زیر عنوان «روش اندازه‌گیری سرعت نور» نوشت که در سال ۱۸۷۸ در مجله علمی آمریکا چاپ شد. مایکلسون، سرعت نور را مقداری برابر 8/300012 کیلومتر در ثانیه تخمین‌زده بود.

اگر توجه کرده باشید بچه‌ها با آب صابون حباب‌هایی درست می‌کنند که به انظرشان سرگرمی جالبی است. این حباب‌های کروی شکل نازک، پس از معلق شدن در هوا به رنگ‌های خیلی زیبایی دیده می‌شوند. پرسشی که در اینجا پیش می‌آید این است که چه عاملی باعث پدید آمدن این رنگ‌ها می‌شود؟ دانشمندان پس از مطالعه این پدیده، علت پیدایش رنگ‌ها را عامل تداخل تشخیص دادند. حباب صابون، مانند خیلی از چیز‌هایی که می‌توانیم آن‌ها را ببینم – به شرطی که منبع نور نباشند – می‌توانند نور را باز بتابانند. چون جدار حباب صابون خیلی نازک است مقداری از امواج نورانی باز می‌تابد و این بازتابی طوری صورت می‌گیرد که امواج ناپدید می‌شوند. موقعی که ضخامت حباب نصف طول موج نور باشد امواج رنگ‌های بخصوص حذف می‌شوند. وقتی که دو موج نورانی به هم می‌رسند بر اثر این برخورد تداخل بوجود می‌آید. چون نور سفید از نور‌های زیادی تشکیل شده، بنا بر این موقعی که چند موج نورانی با هم تداخل می‌کنند می‌توانیم رنگ‌های باقیمانده را به خوبی ببینیم سرایزاک نیوتن، فیزیکدان نامدار انگلیسی، اطلاعات گسترده‌ای درباره تشکیل رنگ در حباب‌های صابون داشت، اما آزمایش‌هایش به مانعی برخورد کرد زیرا او به فرضیه تموجی نور عقیده نداشت.

طول امواج نورانی را می‌توان با دردست داشتن ضخامت حباب صابون محاسبه و اندازه‌گیری کرد. اما طریقه اندازه‌گیری تا حدی مشکل است. مایکلسون دستگاهی اختراع کرد و نام آن را انتروفرومتر (Interferometer) (تداخل سنج) گذارد. این دستگاه بر اساس امواج مستقیم و بازتابی کار می‌کرد و می‌توانست طول موج نور را اندازه بگیرد. طرح ساده این دستگاه در شکل زیر نشان داده شده است.

مایکلسون این دستگاه را در سال ۱۸۸۷ ساخت و شهرت زیادی بدست آورد. دقت این دستگاه به حدی است که می‌توان با آن طول موج نور منفرد را در آن واحد اندازه گرفت. مثلا اگر الکتریسیته از بخار کادمیوم عبور کند، همان طور که در چراغ نئون دیده می‌شود، تولید رنگ قرمز می‌کند که فرکانس جداگانه‌ای دارد. مایکلسون طول موج این نور را اندازه گرفت و مقداری برابر ۶۴۳۸۴۶۹۶…. / سانتیمتر برای آن پیدا کرد. دانشمندان، این عدد را برحسب واحد انگستروم مقداری برابر 4396/6438 می‌خوانند.

زیردریایی‌هایی که در زیر آب حرکت می‌کنند می‌توانند صدای موتور کشتی روبرو را از فاصله دور تشخیص دهند. علت این است که امواج صوتی از آب عبور می‌کنند. اگر زنگی را در داخل یک ظرف شیشه‌ای قرار دهید و آن را به صدا در‌آورید صدای آن را خواهید شنید، زیرا امواج صوتی از هوا عبور کرده و به گوش شما می‌رسند. حال اگر هوای داخل ظرف را خالی کنید دیگر صدایی نمی‌شنوید چون ارتعاش‌های صوتی در خلاء منتشر نمی‌شوند. اما بر خلاف امواج صوتی، امواج نورانی از محیط خلاء هم عبور می‌کنند.

دانشمندان برای حل این مساله گرد هم جمع آمدند تا درباره عبور امواج از محیط خلاء به بحث و گفتگو بپردازند. عبور امواج نورانی، از خورشید به زمین و همچنین از ستارگان بود که میلیون‌ها کیلومتر با زمین فاصله داشتند. آن‌ها برای رد فرضیه عبور نور از خلاء، تصمیم گرفتند ماده‌ای بسازند و نامی برای آن انتخاب کنند. دانشمندان نام این ماده را اتر گذاشتند و مدت‌ها فرضیه اتر را قبول داشتند، همان طور که سابقا فرضیه مردود مایه آتش و کالریک را پذیرفته بودند. هنگامی که آن‌ها درباره فرضیه اتر بحث می‌کردند، دانشمندان دیگر در پی کشف ماهیت اتر بودند. فرضیه ساده بود. اگر اتر وجود خارجی داشته باشد در این صورت باید زمین در داخل آن حرکت کند، همان طور که هواپیما از داخل اقیانوس هوا عبور می‌کند. همچنین باید نوعی باد اتری وجود داشته باشد، چنانکه در اطراف بدنه هواپیما در حال حرکت جریان باد برقرار است.

مایکلسون، برای پی بردن بوجود باد اتری آزمایش جالبی انجام داد. او یک منبع نورانی انتخاب کرد و آن را به دو قسمت تجزیه کرد. یک موج را بسوی شمال و دیگری را بسوی مغرب فرستاد. امواج پس از انعکاس دوباره در نقطه‌ای به هم پیوستند و در یک لحظه معین برگشت کردند. مایکلسون با دستگاه تداخل‌سنج ثابت کرد که امواج نورانی در یک زمان باز می‌گردند، بدون اینکه باد اتری اگر وجود داشته باشد در مسیر آن‌ها تغییری بدهد.

مایکلسون و دستیارش ای. دبلیو، مورلی، (E. W. Moreley) مشاهدات و آزمایش‌های زیادی انجام دادند. شب و روز، بهار و پاییز روی این مساله تحقیق و مطالعه کردند اما نتیجه‌ای عایدشان نشد. آزمایش آن‌ها درباره اثبات وجود اتر با شکست مواجه کردید. به عقیده مایکلسون، آزمایش چیزی را ثابت نمی‌کرد اما نتایجی که او از این تجربه‌ها بدست آورد زیر بنای تئوری نسبیت اینشتین بود.

هنگامیکه آلبرت مایکلسون بعنوان استاد فیزیکی در دانشکده کیز (Kase) در کلولند تدریس می‌کرد هنوز به مساله اثر می‌اندیشید. چندی بعد از مدرسه کیز به دانشگاه کلارک رفت و در سال ۱۸۹۲ به سمت رئیس بخش فیزیکی پژوهشی دانشگاه شیکاگو منصوب شد. در آنجا چند ساعتی تدریس می‌کرد و بقیه اوقاتش را به تحقیق و مطالعه می‌گذراند.

کلاس درس او به تدریج برای دانشجویان خسته‌کننده شده بود. او از دانشجویان فارغ التحصیل خود انتظار زیادی داشت، اما هرگز به آن‌ها در کار‌های تحقیقی اطمینان نداشت. دانشمند ساده دل و بی‌تزویر و مشکل پسند مانند اینشتین و فلمینگ پر حرارت نبود، اما چون آن‌ها به هنر علاقه داشت. او ویولونیست ماهری بود و آن را به بچه‌هایش نیز درس می‌داد. او دو بار ازدواج کرد که ثمره آن ۶ فرزند بود. مایکلسون به هنر نقاشی سخت علاقه‌مند بود و تابلو‌های زیبایی خلق کرد. او احساس خاصی در این زمینه داشت و معتقد بود که: «هنر تصویر گویایی از علم است. »

افتخارات بزرگی از سراسر دنیای غرب نصیب مایکلسون شد. یازده درجه افتخاری کسب کرد. به اخذ بهترین و با ارزشترین مدال سلطنتی انگلستان، مدال رمفورد، نایل آمد. جایزه گراند پاریس و اکسپوزسیون رم به او داده شد. در سال ۱۸۹۲ به عضویت سازمان بین‌المللی اوزان و مقیاسات پاریس انتخاب شد.

مایکلسون با استفاده از دستگاه تداخل سنج توانست مقدار صحیح متر استاندارد را بر حسب طول موج نور بخار کادمیوم تعیین کند. در آن زمان متر استاندارد عبارت بود از فاصله بین دوخط مشخص روی یک فلز گرانب‌ها که در موزه پاریس نگهداری می‌شد. در سال ۱۹۰۷، مایکلسون برنده جایزه نوبل در فیزیک شد. او نخستین دانشمند آمریکایی بود که به اخذ این جایزه بزرگ نایل آمد.

در سال ۱۹۲۶ مایکلسون مهمترین آزمایش خود را برای تعیین سرعت نور انجام داد. برای این کار بار دیگر از آینه گردان فوکو استفاده کرد. آزمایشگاه تحقیقی بر روی قله کوه ویلسن در کالیفرنیا بنا شد، و آینه‌ای در فاصله ۳۶ کیلومتری آن و روی کوه سان آنتونیو قرار داده شد. فاصله بین دو نقطه توسط اداره نقشه‌برداری و جغرافیایی آمریکا با دقت زیاد و تقریب ۵ سانتیمتر محاسبه و اندازه‌گیری شده بود. امواج نورانی که از کوه ویلسون صادر می‌شدند ابتدا بوسیله آینه گردان به ضربا نهایی تبدیل می‌شدند و سپس به آینه‌ای که روی کوه سان آنتونیو قرار داشت هدایت می‌شدند. این ضربان‌ها پس از انعکاس با آینه گردان به چشم ناظر برخورد می‌کرد. البته شرط این کار آن بود که آینه گردان بتواند در زمان معین تغییر جهت دهد. زمانی که نور برای رسیدن به کوه سان آنتونیو و برخورد با آینه می‌پیمود دقیقا برابر بود با مدت زمانی که آینه کردان بک ششم دور می‌چرخید.

مایکلسون، در موقع انجام این آزمایش‌ها سخت بیمار شد، اما تا دم مرگ برای به پایان رساندن تجربه‌اش پافشاری کرد. سرانجام بر اثر شدت بیماری که به جنون کشیده شده بود در همه ۱۹۳۱ در سن ۷۹ سالگی درگذشت.

آخرین اثرش زیر عنوان «روش اندازه‌گیری سرعت نور» به چاپ رسید.

اگر نور بتواند به شکل دایره حرکت کند در هر ثانیه می‌تواند ۷ بار کره زمین را دور بزند.