"Ather and relativity"

ክፍል 3፦ የሪሌቲቪቲ ታሪካዊ አመጣጥ፣ ከጋሊልዮ እስከ አንስታይን

ፈላስፋው አሪስቶትል፣ የፊዚክስ አባት ሊባል የሚችል ነው። የዚህም ምክንያት በመካከለኛው ዘመን መገባደጃ፣ ማለትም በአውሮፓ የዳግም ውልደት (Renaissance) ዘመን የሳይንስን አብዮት በሚያስነሱበት ወቅት ፊዚክስንም ዛሬ በምናውቀው መልኩ ቅርጽ ሲያስይዙት ከዜሮ ጀምረው አይደለም። አሪስቶትል እና ከሱ በኋላ የመጡት ሰዎች በሠሯቸው ሥራዎች ላይ ተመሥርተው ነበር የራሳቸውን አዲስ ሳይንስ የመሠረቱት። ዋናው መዋቅር በአሪስቶትል የተሠራ ሲሆን ሌሎቹ ከዚሁ መዋቅር ላይ ያልተመቻቸውን እየቀነሱ የተመቻቸውን እየተው ነው የሄዱት። ይህንን ግልጽ ለማድረግ አንድ ምሳሌ እንይ።

ከክርስቶስ ልደት በፊት በሁለተኛው ክፍለ ዘመን የነበረ Ptolemy የሚባል አስትሮኖመር የአሪስቶትልን ሀሳብ እና ሂፓርከስ የሚባልን ጂኦግራፈር ሀሳብ በመጠቀም የአስሮኖሚ ስርአት ሠራ። በዚህ ስርአት ምድር መካከል ላይ ያለች ሲሆን ፀሐይ፣ ጨረቃ እና አምስት ፕላኔቶች ይዞሯታል። ይህም ስርአት Geo-centric (ምድር ማዕከሉ ናት እንደማለት) የሚባል ሲሆን ለሚቀጥሉት አስራ አምስት ክፍለ ዘመናት በአውሮፓ፣ በቢዛንታይንና በአረቡ ዓለም ጭምር የሚታወቅና ተቀባይነት የነበረው ስርአት ነበር።

ይህን ስርአት ታድያ ኒኮላስ ኮፐርኒከስ ተቃወመው። ስርአቱ የተወሳሰበ ነው፣ ተፈጥሮ ደግሞ ውስብስብ አይደለችም በማለት እርሱ ትክክለኛ ብሎ የሚያስበውን ስርአት ፈጠረ። ይህም Helio-centric በመባል የሚታወቅ ሆነ። ይህ ነው ታዲያ ከአሪስቶትል ጋር የሚለያዩበት አንዱ መንገድ። ነገሩ ግን ቀላል አልሆነላቸውም።

ከኮፐርኒከስ ጋር ተመሳሳይ አቋም የነበረው ጋሊልዮ ጋሊሌ፣ እንዴት ምድር ፀሐይን ትዞራለች ትላለህ በሚል ከካቶሊኳ ቤተክርስቲያን ትልቅ ተቃውሞ ገጥሞት ነበር። እንዳውም በዚህ ምክንያት ጋሊልዮ እስከ 1950 ድረስ በካቶሊክ ቤተክርስቲያን ዘንድ በመናፍቅነት ተፈርጆ ነበር። ቤተክርስቲያኗ ይህንን ያደረገችው አንድም እርሷ ትቀበለው የነበረውን የPtolemy ስርአት ስለተቃወመ ነው፤ አንድም ምድር የረጋች ናት የሚለው የአሪስቶትል አስተምህሮ ቤተክርስቲያኗ የሰው ልጅ የምድራዊው ዓለም ማዕከል ነው ከሚለው አስተምህሮዋ ጋር ስለሚጣጣም፣ የጋሊልዮ ቲዮሪ ከዚህ ጋር በመፃረሩ ነው።

ነገር ግን ጋሊልዮ መናፍቅ በመባል ብቻ አልቆመም ነበር። አንዳንዶች የሱን ቲዮሪ ላሉመቀበላቸው የተለያዩ ጥያቄዎች በማንሳት ይሞግቱት ነበር። ከነዚህም ውስጥ ለዚህ ጽሁፍ አውድ የሚስማማውን አንዱን ጥያቄ ብንወስድ፣ ምድር የምትንቀሳቀስ ከሆነ እንስቃሴዋ ለምን አይሰማንም የሚለው አንዱ ነበር።

ታዲያ፣ ጋሊልዮ ይህን ጥያቄ ለመመለስ የተጠቀመው አመክንዮ የአንፃራዊነትን ጽንሰ ሀሳብ ወለደ ማለት እንችላለን። ይህም መልሱ Galileo's ship በመባል ይታወቃል።

የሆነ ሆኖ፣ ከአሪስቶትል ጀምሮ ምድር ረግታ ስላለች በርሷ ላይ ሆነን የሌሎችን አካላት እንቅስቃሴ ለመለየት ወይም ለመመዘን እንችላለን የሚለው ሀሳብ ገዢ ነበር። ምድር ላይ ሆነን የመላው ዩኒቨርስ እንቅስቃሴ መለካት እንችላለን። ስለዚህ ምድር ፍጹም ስትሆን ሌሎቹ አካላት ግን ከርሷ አንፃር የሚታዩ ናቸው።

እነ ጋሊልዮ ግን ምድርም ትንቀሳቀሳለች አሉ። ስለዚህ በሚንቀሳቀስ አካል ላይ ሆነን የሌሎች አካላትን እንቅስቃሴ እንዴት ልንለካ እንችላለን? ምክንያቱም ቀድሞ ፍጹም (absolute) የነበረችው የእንቅስቃሴዎች ሁሉ ውሃ ልክ ምድር ነበረች። አሁን ደግሞ ሌላ ፍጹም የሆነ አካል ያስፈልገናል። ስለዚህ ሁሉም አንጻራዊ ከሆነ፣ ፍጹሙ ምንድን ነው?

የዚህ ጥያቄ መልስ ሶስቱ የኒውተን ህጎች በወጡበት ጊዜ ተመልሷል። በኒውተን መሠረት ሶስቱ ህጎች የሚሰሩት ጋሊልዮ በገለጸው frame of reference ነው። ማለትም አንድ መርከብ ላይ ሆነን ወፎችን ወይም አውሮፕላኖችን አልያም ልላ መርከብን ብናይ ያቺ መርከብ አንድ frame of reference ናት። እንዲሁም አንድ መኪና ላይ ሆነን መሬቱ ሲንቀሳቀስ ወይም ሌላ መኪና ሲያልፈን ብናይ ያለንባት መኪና አንድ frame of reference ናት። በዚሁ ሁኔታ ምድርም አንድ frame of reference ናት። ስለዚህ በነ ጋሊልዮ እይታ፣ ptolemy የሰራው የአስትሮኖሚ ስርአት ምድር በምትባለው frame of reference ላይ ሆነን ፀሐይንና ፕላኔቶቹን ስናይ የምናገኘው ምልከታ (observation) ነው። እናም ሁለት frame of reference መሃል ያለው ግንኙነት የሚገለጸው Galilean transformation በሚባለው የፎርሙላዎች ስብስብ ነው። እናም በሁለት frames of reference መሃል ፍጹሙ ነገር ጊዜ ነው። በዚህም አንስታይን "time is relative" እስኪል ድረስ ጊዜ ፍጹም (absolute) ተደርጎ ይታሰብ ነበር።

ይህ የጋሊልዮ ሪሌቲቪቲ ብዙም ስህተት ያልተገኘበት እና ለተለያዩ የሂሳብ ስሌቶችም ጠቃሚ ነበር። እንደውም እስካሁን ድረስ classical mechanics በሚባለው በተለምዶ በምናውቀው ፊዚክስ ውስ ጥቅም ላይ ይውላል።ነገር ግን በጊዜ ሂደት ይህ የጋሊልዮ ሪሌቲቪቲ አንዳንድ እክሎች ገጠመው።

እስከ ሃያኛው ክፍለ ዘመን ድረስ ብርሃን እንደ ሞገድ ነበር የሚታሰበው። ስለዚህም የሚተላለፍበት አንድ አካል ያስፈልገዋል። ይህ አካል ታዲያ ኤተር ነው ተብሎ ይታሰብ ነበር። ታዲያ ምድርና ክዋክብት በጣም ተራርቀው ነው የሚገኙት ተብሎ ስለሚታመን በመሃከላቸው ያለው አካል ይኸው aether ነው ተብሎ ነበር የሚታመነው። ነገር ግን ይህ ኤተር ከምድር ጋር ያለው relative motion ግልጽ አልነበረም።

ለረጅም ጊዜ ኤተር ተንቀሳቃሽ ነው ተብሎ ይታመን ነበር። በኋላ ላይ ግን አይንቀሳቀስም የሚለው ሀሳብ አሸናፊ ሆኖ ወጣ። ይህም በተለያዩ experiments ተረጋገጠ። ከዚህ በኋላ ነው ታድያ ታዋቂው የሚከልሰን ሞርሊ ሙከራ የተካሄደው። ሙከራው ሲካሄድ ኤተር ቋሚ ነው የሚል ቅድመ ግምት በመያዝ፣ ምድር ፍጥነቷ ምን ያህል ነው የሚለውን ለመለካት ቢሞክርም ምንም እንስቃሴ አልተገኘም። በዚህም ምድር አትንቀሳቀስም የሚለው ድምዳሜ ተገኘ። ከዚያም አንስታይን የራሱን "Special relativity" በማውጣት ኤተር የሚባል የለም አለ።

ይህ ግን በሳይንሱ ውስጥ አንድ ሌላ ክፍተትን ፈጠረ። ይኸውም ብርሃን በኤተር ውስጥ ይተላለፋል ከተባለና አሁን ደግሞ ኤተር የለም ከተባለ፣ ታዲያ ብርሃን በምን ውስጥ ነው የሚተላለፈው?

የዚህ ጥያቄ መልስ ነው እንግዲህ ወደ ታዋቂው የ wave-particle duality ቲዎሪ ያመራን። ይህንንም በቀጣዩ ክፍል እንመለከተዋለን። ይቆየን🙏