آونگ فوکو و تقلب در آونگ !

آونگ فوکو یک آزمایش مشهور است که ادعا می شود چرخش زمین را نشان می دهد. لئون فوکو در سال 1851 این آزمایش را معرفی و ادعا کرد که این آزمایش ثابت می کند زمین به دور خود درحال چرخش است. برای اولین بار این آونگ از گنبد مرکزی پانتئون در شهر پاریس آویزان شد و مورد آزمایش قرار گرفت. آونگ فوکو دارای گلوله ای است که از ریسمانی آویزان شده و طوری قرار داده شده است که بتواند آزادانه در هر صفحه قائمی نوسان کند. آونگ در صفحه مشخصی شروع به نوسان میکند و مشاهده میشود که پس از چندین ساعت صفحه نوسان به تدریج حول محور قائم حرکت تقدیمی انجام میدهد. گلوله باید بسیار وزین و ریسمان بسیار طویل و نقطه آویز تقریباً بدون اصطکاک باشد تا آونگ بتواند آزادانه به مدت طولانی به نوسان خود ادامه بدهد.

یک نقد رایج به آونگ فوکو این است که غالباً دیده می شود که آونگ کمتر یا بیشتر از حد مورد نظر، یا در جهت مخالف از جهتی كه طبق تئوری باید طی کند، می چرخد. در بعضی مواقع اصلاً نمی چرخد. در آزمایش، آونگ فوکو که بدون موتور است، آونگ به طور کلی دارای حرکات متناقضی است که به دلیل مقاومت هوا و عدم امکان حرکت دائم ایجاد میشود. آونگ بدون موتور، قبل از اینکه نیاز به تنظیم مجدد داشته باشد، فقط برای مدت محدودی حرکت می کند. در آونگ های موتوری فوکو، همانطور که در نمایشگاه ها و موزه ها دیده می شود، حرکات تکراری ای است که در الگو های خاصی برای تماشا کنندگان به نمایش گذاشته میشود و بیشتر جنبه نمایشی دارد. بنابراین، چنین آزمایشی برای نشان دادن چرخش روزانه زمین کاملا نامعتبر است.

مایکل کانلین (Michael Conlin)، استاد تاریخ، گزارشی تاریخی از آونگ فوکو و استقبال از آن ارائه می دهد. در اینجا می خوانیم که اگرچه آونگ فوکو به طور عمومی توسط ستاره شناس سلطنتی جورج ایری و دیگران پشتیبانی می شد، اما به طور خصوصی رد شد:

“در مکاتبات خصوصی، جرج ایری بارها آزمایش آونگ فوکو را به عنوان” تقلب” رد کرده بود. وی فرمول وابسته به عرض جغرافیایی را برای دوره ترجیح ظاهری آونگ به عنوان “كنجكاوی ریاضی كه هیچ كاربردی برای این به اصطلاح آزمایش ندارد” در نظر گرفت. ایری نتیجه گیری خود را بر اساس شفاهی بودن آزمایش انجام داد. پاول ضمن موافقت با ایری، این نظریه را پذیرفت اما معتقد بود که این آزمایش به عنوان “یک سوال عملی” “بدون شک برای هر نوع شک و شبهه ای آزاد است”.

اگرچه ایری و پاول نظرات خود را خصوصی نگه داشتند، اما مجلات مشهور از رد این آزمایش مطلع شدند. این مجلات با پیوند دادن تردیدهای ایری و پاول به نمایشات اخیر و ناموفق آزمایش، صحت آونگ فوکو را زیر سوال بردند. روزنامه ادبی لندن (London Literary Gazette) احتیاط را به کسانی که این آزمایش را امتحان می کنند توصیه کرد. روزنامه ادبی لندن از چندین نمایشگاه آگاهی داشت که در آنها، برای وحشت تماشاگران، زمین را درحال چرخش در مسیر اشتباه نشان میدادند.

Illustrated London News با مشاهده این نکته که “این آزمایش اکنون جنجال های زیادی به پا کرده است و با سختی می توان تصور کرد که هیچ مغالطه ای در انتهای آن کمین نکرده باشد” آن را محکوم کرد. (در فایل Conlin_Reception_Foucault_Pendulum.pdf در بالا می توانید دانلود و مطالعه نمایید)

آزمایش جرج ایری – اثبات ثابت بودن زمین

پروفسور A.C. Longden از کالج ناکس دریافت که آونگ در معرض خطاهای مکانیکی قرار دارد:

” این چرخش همیشه در جهت عقربه های ساعت شروع می شود، هرگز در خلاف جهت عقربه های ساعت نمیچرخد. این واقعیت به عنوان یک معما باقی ماند تا اینکه سیم دیگری با سیم مورد استفاده من جایگزین شد. هر دو سیم از یک قطعه بریده شده اند و مطمئنا تقریباً شبیه به دو سیم بوده اند و با این وجود آونگ اکنون بدون تغییر در جهت عقربه های ساعت شروع به چرخش می کند – هرگز در جهت عقربه های ساعت چرخشی انجام نمیگیرد…. بعد از چند بار استفاده از آونگ با سیم جدید و گرفتن نتایج یکسان بصورت مداوم ، من سیم را 180 درجه بر روی محور خود چرخاندم ، بدون اینکه مزاحم توپ آونگ یا تکیه گاه شود. سیم ممکن است چرخاندن پیچ G، بدون ایجاد مزاحمت برای آویز، چرخانده شود و یک ترتیب مشابه در پایین ما را قادر می سازد سیم را بدون چرخاندن توپ بچرخانیم. اکنون، آونگ در جهت عقربه های ساعت شروع به چرخش می کند.”

Physical Review – 1919 edition p. 249-250

هنگام تعویض یا چرخش سیم، آونگ در جهت مخالف حرکت کرد. این ممکن است دلیلی باشد برای اینکه برخی از کسانی که این آزمایش را انجام داده اند ادعا کرده اند که سازگاری و ثبات جهت را مشاهده می کنند.

همچنین دکتر Schoepffer که با چشمان خود شاهد این آزمایش بود، می گوید که:

“آونگ در جهات مختلف در طول روز تغییر مسیر میداده و گاهی از چپ و گاهی از راست و گاهی در خلاف آنچه طبق تئوری پیش بینی میشده حرکت میکرده است.” او پس از دیدن چنین وضعیتی تصمیم گرفت سفری به برلین داشته باشد تا با دوستان خود در آنجا در این رابطه صحبت کند و آزمایش را تکرار کنند، نتایج مانند قبل بود و جهات چرخش آونگ “در تناقض کامل” با آنچه که باید رخ میداد، بود. او از زبان یکی از دوستانش اظهار می کند: “من مدت هاست می دانم که هنوز هیچ مدرکی برای سیستم کوپرنیک نداریم، اما هرگز جرات نمی کنم اولین نفری باشم که به آن حمله می کنم، مانند پا گذاشتن در لانه زنبور است.” او در ادامه می گوید که نباید این واقعیت را نادیده بگیریم که ممکن است انحرافات ناشی از جریان هوا، برق، میدان مغناطیسی زمین و … در چرخش آونگ دخیل باشند.

Journal of the Franklin Institute, 21:350-353, 1851, as cited in Relational Mechanics by Andre K.T. Assis, 1999, p. 78-79.

نکته مهم کمتر گفته شده در جوامع علمی در رابطه با آونگ فوکو این است که، ادعای اینکه آونگ درحال نشان دادن حرکت زمین است، توسط شخص لئون فوکو مطرح شده و تا به امروز هیچ اثباتی برای این گفته وجود ندارد. حتی خود فوکو نیز نمیدانست دقیقا درباره چه چیزی صحبت می کند، آقای Assis در این باره می گوید:

” فوکو گاهی از چرخش زمین نسبت به فضا و بار دیگر نسبت به ستارگان ثابت (کره سماوی) صحبت می کند. وی این دو چرخش یا این دو مفهوم را از هم تفکیک نمی کند. به عنوان مثال، وی استدلال خود را با بیان این که آزمایش او در نشان دادن چرخش صفحه نوسان “اثبات معقولی از حرکت روزانه زمین است” آغاز می کند. برای توجیه این تفسیر از نتیجه آزمایش، او یک آونگ را که دقیقاً در قطب شمال است و در یک صفحه ثابت در حال نوسان است در نظر میگیرد، زمین درحال چرخش در زیر آونگ است. وی سپس می گوید: “بنابراین یک حرکت نوسانی در قوس دایره ای که صفحه آن به وضوح مشخص شده، بر انگیخته میشود که اینرسی جرم، موقعیت نامطلوبی در فضا ایجاد می کند. اگر در این صورت این نوسانات برای مدتی مشخص ادامه یابد، حرکت زمین که از غرب به شرق متوقف نمی شود، در مقابل با عدم تحرک صفحه نوسان، که اثر آن بر روی زمین که به نظر حرکتی مطابق با حرکت ظاهری کره های آسمانی دارد، محسوس خواهد شد.”

L. Foucault, “Physical demonstration of the rotation of the earth by means of the pendulum,” Journal of the Franklin Institute, 21:350-353, 1851, as cited in Relational Mechanics by Andre K.T. Assis, 1999, p. 78-79.

با این حال، این منطق خاص ثابت نمی کند که زمین در حال چرخش است. می توان انتقاد را با طرح یک سوال ساده آغاز کرد: اگر آونگ دائما در صفحه یکسانی در حال چرخش است (در حالی که زمین در زیر آن می چرخد)، چه نیرویی آونگ را در آن موقعیت ثابت نگه می دارد؟ به عبارت دیگر، اگر صفحه آونگ ثابت باشد، با توجه به چه چیزی ثابت است؟ این به عنوان یک نیروی “حل نشده” در فیزیک درک شده است. تنها پاسخ ممکن این است: نسبت به بقیه جهان ثابت است، زیرا مطمئنا نسبت به زمین ثابت نیست.

با کمی بینش می توان دریافت که این موضوع ما را به مسئله ای بازمی گرداند که انیشتین و فیزیک مدرن با ظهور نظریه نسبیت با آن مواجه بودند: آیا این زمین است که در زیر ستارگان ثابت می چرخد، یا این ستارگان هستند که به دور زمین ثابت درحال چرخش هستند؟ همانطور که انیشتین گفت: “دو جمله خورشید ثابت است و زمین حرکت می کند، یا خورشید حرکت می کند و زمین ثابت است، به معنای دو قرارداد متفاوت در مورد دو سیستم مختصات متفاوت است.” ، تصور اینکه نیروهای ترکیبی جهان که به دور زمین می چرخند باعث چرخش صفحه آونگ به دور زمین بی حرکت می شود ، منطقی و از نظر علمی سازگار خواهد بود. به عبارت دیگر، در مدل زمین مرکزی (زمین مسطح مرکزی)، حرکت آونگ توهم نیست – بلکه واقعا می چرخد. فیزیک مدرن هیچ استدلالی علیه این موضوع ندارد زیرا از نظر انیشتین، هیچ تفاوتی بین این دو مدل وجود ندارد.

ارنست ماخ، که انیشتین بسیاری از بینش های او را گسترش داد، تقریباً همین موضوع را بیان کرد. ماخ با انتقاد از “فضای مطلق” نیوتن به عنوان محوری که آونگ فوکو روی آن می چرخد، دقیقا بیان می کند که اگر زمین ثابت و جهان (شامل ماه ، خورشید و سیارات) به دور آن بچرخند، نیرویی ایجاد میشود که میتواند شامل تمامی مفاهیمی باشد که امروزه به چرخش زمین نسبت داده میشود.

Dr. Ernst Mach, The Science of Mechanics, 4th edition, Merchant Books, pp. 231-232.

بنابراین دانستیم که آونگ فوکو اثباتی بر چرخش زمین نمی باشد و تنها اینکه نیرویی وجود دارد که باعث میشود آونگ به نوسان در بیایید، را اثبات می کند و این نیرو، چرخش زمین نمی باشد، همانطور که خواندیم در اکثر آزمایشات آونگ، نوسان ها با تئوری چرخش زمین همخوانی نداشت و البته میتوان چرخش آونگ را با توجه به اصل ماخ، اثر چرخش جهان به دور زمین دانست.

آزمایش آراگو: زمین ثابت است

کوریولیس در زمین تخت و آونگ فوکو