شکارچی فراخورشیدی ها

اواخر پاییز سال 88 گروهی بین المللی از اخترشناسان استرالیا، آمریکا و انگلستان با استفاده از تلسکوپ آنگلو- استرالیایی در نیوساوت ولز و رصدخانه ی کک در هاوایی موفق به کشف 4 سیاره ی فراخورشیدی در اطراف دو ستاره ی نزدیک به خورشید شدند. سه تا از این سیاره ها، که جرمشان در بازه ای بین 3/5 تا 9/24 برابر جرم زمین تخمین زده شده است، به دور ستاره ی 61- سنبله (ستاره ای که از بسیاری جهات شبیه خورشید است) می گردند. این ستاره را که در فاصله ی 28 سال نوری از زمین قرار دارد، می توان با چشم برهنه در آسمان دید.

چهارمین سیاره ای که این گروه کشف کردند، سیاره ای مشتری مانند است که پیرامون ستاره ی 23- میزان می گردد. در سال 1385/2006 نیز وجود سیاره ای دیگر در اطراف این ستاره (که در فاصله 84 سال نوری از زمین قرار دارد) تأیید شده بود. یکی از محققان اصلی این کاوش دکتر هیو جونز، استاد دانشگاه هرفوردشایر است. اهمیت سیارات فراخورشیدی، چشم انداز مأموریت کپلر و نقش منجمان آماتور در شکار چنین سیاراتی، موضوعاتی بودند که در گپ کوتاه ماهنامه نجوم با وی مطرح شدند.

اخیراً گروه همکاران شما چهار سیاره ی فراخورشیدی جدید کشف کرده اند. این چهار سیاره چگونه کشف شدند و چه ویژگی هایی دارند؟

ما برای کشف این سیاره ها از روش سرعت شعاعی یا همان انتقال دوپلری استفاده کردیم. یعنی در طول زمان انتقال، خطوط طیفی ستاره ی هدف را بررسی کردیم. در حقیقت این انتقال طیفی در حکم نشانه ای است که با کمک آن و با اطلاع از جرم ستاره و تناوب ظهور این نشانه، می توانیم جرم سیاره را تخمین بزنیم. البته این جرم درصد خطایی هم دارد که ناشی از خطاهای اندازه گیری و مشخص نبودن زاویه ی انحراف مداری سیاره با خط دید ماست. تمام جزییاتی که ما به دست می آوریم بر مبنای جرم و تناوب سیاره در کنار جرم ستاره ی مادر است. درباره ی این منظومه های جدیدی که پیدا کرده ایم، ما بسیار خوش شانس بودیم چون ستاره های مادر آن ها و به ویژه ستاره ی61- سنبله، بسیار شبیه به خورشید ما هستند و به همین سبب می توان مشخصات سیاره ها را بر مبنای تشابه ستاره ی مادر با خورشید ارزیابی کرد.

در میان سیاره های کشف شده ی اخیر، سیاراتی موسوم به ابرزمین هم وجود دارند. این ابرزمین ها چه تفاوتی با نمونه های قبلی دارند؟

پیش از این ما سیارات فراخورشیدی ابرزمین مانندی را در اطراف ستاره های کم جرم تر پیدا کرده بودیم، اما این نخستین باری است که چنین سیاراتی در اطراف ستاره هایی خورشید مانند و ستاره هایی با جرم بیش از خورشید پیدا می شوند و گذشته از اهمیت و جذابیت این تشابه ستاره های مادر، نکته ی مهم دیگری که در این باره وجود دارد این است که ما در مرزهای توانایی ابزارهای خود دست به کشف این سیاره ها زدیم و به نوعی مرزهای کشف سیارات فراخورشیدی ابرزمین را گسترش داده ایم.

سیارات فراخورشیدی به طور خاص موضوع بسیار مهمی برای حوزه ی گسترده و در حال رشد اخترزیست شناسی به شمار می روند.

در چند ماه گذشته ماهواره ی کپلر به فضا پرتاب شده و عملیات خود را آغار کرده است. شما که شکارچی سیارات فراخورشیدی هستید، چقدر به موفقیت این مأموریت امید دارید؟

کپلر مأموریتی بسیار هیجان انگیز است، چون این امکان را به ما می دهد تا سیاراتی با شعاعی بسیار کوچک تر از آنچه تاکنون در بازه ی اکتشافات ممکن قرار داشت پیدا کنیم. کپلر می تواند تغییرات بسیار جزیی در نور ستاره ها را، که بر اثر گذر سیاره از مقابل آن ها رخ می دهد، آشکار کند. این روش مکملی است برای روش انتقال دوپلری و امید داریم تعداد زیادی از سیاره ها را آشکار کند.

در سال های اخیر سیارات فراخورشیدی به زمینه ای بسیار جذاب در نجوم بدل شده اند. چرا این اجرام فراسوی منظومه ی شمسی تا این حد برای علم جذاب اند؟

بگذارید این طور پاسخ بدهم که به نظر من سیارات فراخورشیدی علاوه بر ویژگی های مهم اخترشناسی، حلقه ی ارتباطی بسیار مهمی را میان اخترفیزیک و سایر شاخه های علوم می سازند. سیارات فراخورشیدی به طور خاص موضوع بسیار مهمی برای حوزه ی گسترده و در حال رشد اخترزیست شناسی به شمار می روند.

و در این جست و جو، سیارات فراخورشیدی زمین مانند به نوعی تبدیل به جام مقدس برای اخترشناسان شده اند. فکر می کنید چقدر تا پیدا کردن این جام مقدس اخترشناسان فاصله داریم؟

ممکن است خیلی زود این اتفاق بیفتد اما اگر خیلی خوش شانس نباشیم شاید مدت بیشتری طول بکشد تا متوجه شویم آنچه یافته ایم واقعاً سیاره ای زمین مانند است. برای این که موضوع را بیشتر باز کنم باید بگویم که اکنون ابزارهای موجود ما از نظر حساسیت و قدرت تفکیک امکان آشکارسازی سیارات زمین مانند را دارند. اگرچه با فناوری امروز پیدا کردن این سیارات دشوارتر از گونه های دیگر سیاره هاست، به طور اصولی با همین فناوری و البته با تلاش بیشتری به دنبال پیدا کردن سیاره ای با جرم زمین هستیم که در مداری معادل مدار زمین به دور ستاره ای مانند خورشید بگردد. ولی برای این که چنین کشفی را با اطمینان اعلام کنیم نیازمند رشد فناوری های خود هستیم و باید نسل تازه ای از ابزارهای تفکیکی وارد عرصه شوند.

و در پایان این که آیا شما جایگاهی برای منجمان آماتور برای مشارکت در این کشف های هیجان انگیز قایل هستید؟ آیا می توان انتظار داشت که آن ها به یاری حرفه ای ها بیایند یا حتی به طور مستقل موفق به کشف چنین سیاراتی شوند؟

منجمان آماتور نقشی مؤثر و البته در حال رشد در جست و جوی سیارات فراخورشیدی به روش ریزعدسی و گذر ایفا می کنند. در روش ریزعدسی، بسیار مهم است که ما انبوهی از اطلاعات مربوط به هدف را گردآوری و آن ها را بر مبنای هندسه ی عدسی ها بررسی کنیم. کلید موفقیت در این کار رصد دائمی و زیر نظر گرفتن پیوسته ی رویدادهایی است که در هدف جست و جو رخ می دهند. اکنون بخش بزرگی از این فرآیند را منجمان آماتور انجام می دهند. در مورد روش گذر نیز، نیاز جدی و مهمی به بررسی دائم، دقیق و صبورانه ی ستاره ای خاص وجود دارد که باز هم بخش عمده ای از آن توسط آماتورها صورت می گیرد. می توانید نمونه ای از این همکاری را در سایت www.oklo.org ببینید. ضمن این که من به طور جدی انتظار افزایش و پررنگ شدن این نقش را دارم که با توسعه ی روش های دیگری به واقعیت خواهد پیوست.

الکتریسیته ی ساکن

چه چیز باعث شوک الکتریکی می شود؟

به شما شوک وارد می شود. یا در زمستان به خانه بر می گردید و کلاه پشمی تان را از سر بر می دارید و... پووووف! همه ی موهایتان در هوا راست می شوند. چه اتفاقی افتاده و چرا اغلب این اتفاق ها در زمستان می افتد؟ پاسخ الکتریسیته ی ساکن است. برای اینکه بدانیم الکتریسیته ی ساکن چیست، باید در مورد طبیعت ماده، قدری بیشتر بدانیم. به عبارتی باید به این پرسش پاسخ دهیم که "چیزهای اطراف ما از چه ساخته شده اند؟"

همه چیز از اتم ساخته شده است.
یک حلقه از طلای خالص را مجسم کنید. آن را در ذهن خود به دو قسمت تقسیم کنید و نیمی از آن را کنار بگذارید. این کار را همین طور ادامه دهید و ادامه دهید. به زودی قطعه ی بسیار کوچکی خواهید داشت که برای دیدنش نیاز به میکروسکوپ دارید. این قطعه ممکن است بسیار بسیار بسیار کوچک باشد اما هنوز یک قطعه از طلاست. اگر بتوانید عمل تقسیم کردن به ذرات کوچکتر و کوچکتر را ادامه دهید، در نهایت به کوچکترین ذره ی ممکن از طلا می رسید که "اتم" نام دارد. اگر اتم را به ذره های کوچکتر تقسیم کنید، ذره های حاصل شده دیگر از جنس طلا نخواهند بود.  

 

همه چیز در اطراف ما از اتم تشکیل شده است. دانشمندان تا امروز تنها 115 نوع اتم مختلف کشف کرده اند. هرچه در اطراف ماست از ترکیبات مختلف این اتم ها ساخته شده است.

اجزای اتم
پس اتم ها از چه چیز ساخته شده اند؟ در مرکز هر اتمی "هسته" قرار دارد. هسته شامل دو نوع ذره ی متفاوت است که "پروتون" و "نوترون" نامیده می شوند. ذرات کوچک دیگری به نام الکترون به دور هسته می چرخند.

تعداد الکترون ها، پروتون ها و نوترون های 115 نوع اتمِ شناخته شده با هم متفاوت است و به همین خاطر هر نوع اتم را می توان در میان اتم های دیگر شناسایی کرد.

داخل هر اتم را می توان به منظومه ی شمسی تشبیه کرد. هسته ی اتم در مرکز قرار دارد، مانند خورشید که در مرکز منظومه ی شمسی است و الکترونها مانند سیاره ها به دور مرکز (هسته ی اتم) در گردش هستند. درست مانند منظومه ی شمسی، هسته ی اتم نسبت به الکترونها بسیار بزرگ است. داخل اتم به طور عمده فضای خالی است و الکترونها فاصله ی بسیار زیادی از هسته دارند. (البته توجه کنید که تمام اندازه ها نسبت به ابعاد هسته و اتم سنجیده می شود.)

تصویری که از اتم تا به اینجا ساختیم خیلی دقیق نیست، با این حال می توانیم از آن استفاده کنیم تا درباره ی الکتریسیته ی ساکن بیشتر بدانیم.

بارهای الکتریکی
پروتون، نوترون و الکترون با هم تفاوت زیادی دارند و هر کدام خواص و ویژگی های خاص خودشان را دارند. یکی از این ویژگی ها، "بار الکتریکی" است. پروتون ها خاصیتی دارند که ما به آن "بار مثبت" (+) می گوییم و الکترون ها "بار منفی" (-) دارند. نوترون ها بار الکتریکی ندارند و به اصطلاح خنثی هستند.

مقدار بار یک پروتون درست به اندازه ی بار الکترون است و تنها علامت بارها با هم متفاوت است. پس اگر در یک اتم تعداد پروتون ها با تعداد الکترون ها برابر باشد، آن اتم هیچ بار خالصی ندارد و خنثی است.

الکترون ها می توانند حرکت کنند.
پروتون ها و نوترون ها در هسته ی اتم به هم فشرده اند. معمولاً هسته ی اتم ثابت است و جابجا نمی شود اما برخی از الکترون های اتم که از هسته دورند می توانند از مدار خودشان خارج شوند. مثلاً می توانند از یک اتم به اتم دیگر بروند. اتمی که الکترون هایش را از دست داده، بار مثبت اش (تعداد پروتون هایش) از بار منفی اش (تعداد الکترون هایش) بیشتر است. پس کل اتم بار مثبت دارد. برعکس اتمی که الکترون به دست آورده، بار منفی اش بیشتر از بار مثبت اش است. این اتم بار منفی دارد. اتمی که بار دارد، (چه بار مثبت و چه بار منفی)، "یون" نامیده می شود.

در بعضی از مواد، اتم ها الکترون ها را محکم نگه می دارند و اجازه ی جدا شدن به آنها نمی دهند. این مواد "نارسانا" نام دارند. پلاستیک، شیشه، پارچه و هوای خشک، نارسانا های خوبی هستند.

برعکس، در بعضی از مواد، اتم ها به الکترون ها اجازه ی ورود و خروج می دهند. در این مواد الکترون ها مدام در حرکتند. به این مواد "رسانا" می گوییم. اغلب فلزات رساناهای خوبی هستند.

چطور می توانیم الکترون ها را از جایی به جایی منتقل کنیم؟ یک راه متداول برای این کار این است که دو جسم را به هم مالش بدهیم. اگر آنها از جنس های متفاوت و هر دو عایق باشند، الکترونها از یک جسم به جسم دیگر منتقل می شوند. هر چقدر دو جسم را بیشتر به هم بساییم، بار الکتریکی بیشتری از یکی به دیگری منتقل می شود و در آن تجمع می کند. (دانشمندان معتقدند که مالش و یا اصطکاک نیست که باعث انتقال الکترون ها از جسمی به جسم دیگر می شود. بلکه به سادگی این تماس دو ماده ی متفاوت است که باعث انتقال الکترون می شود. با سائیدن دو ماده، سطح تماس آنها با هم افزایش پیدا می کند و این کار جابجایی الکترونها را راحت تر می کند.)
الکتریسیته ی ساکن، مساوی نبودن بارهای مثبت و منفی در یک جسم است.

جاذبه ی بارهای مخالف
حالا خواهیم دید که بارهای مثبت و منفی رفتارهای جالبی از خودشان نشان می دهند. آیا تا به حال شنیده اید که "آدمها با خصوصیات اخلاقی مخالف، همدیگر را جذب می کنند."؟ در مورد یون ها این موضوع حقیقت دارد. دو جسم با بارهای مخالف (یک جسم با بار مثبت و دیگری با بار منفی) همدیگر را جذب می کنند. یعنی به سمت هم کشیده می شوند. برعکس، دو جسم با بارهای همنام (دو جسم با بار مثبت و یا دو جسم با بار منفی) همدیگر را دفع می کنند، یعنی از هم دور می شوند.

بار های مخالف همدیگر را جذب می کنند.

بار های مشابه همدیگر را دفع می کنند.

یک جسم باردار حتی می تواند اجسام خنثی را هم جذب کند. تا به حال درباره ی اینکه چگونه یک بادکنک به دیوار می چسبد، فکر کرده اید؟ اگر بادکنکی را با ساییدن به موهای خود باردار کنید، الکترون اضافه به دست می آورد و بار منفی خواهد داشت. نزدیک کردن بادکنک باردار به یک جسم خنثی (مثل دیوار) باعث حرکت الکترون های آن جسم می شود. اگر جسم خنثی رسانا باشد، الکترون های زیادی به راحتی به سمت دیگر آن حرکت می کنند و تا جای ممکن از بادکنک (که بار منفی دارد) دور می شوند. اما اگر جسم خنثی نارسانا باشد، الکترونها در اتم ها و مولکول ها کمی خود را به سمت دیگر جابجا می کنند و تا جایی که اتم اجازه می دهد، از بادکنک دور می شوند. در هر دو صورت (جسم خنثی رسانا باشد یا نارسانا) بارهای مثبت در مجاورت بادکنک بیشتر از بارهای منفی است. می دانیم که بارهای مخالف همدیگر را جذب می کنند. پس بادکنک باردار به جسم خنثی (مثلاً دیوار) می چسبد. (و تا وقتی که الکترونهای روی بادکنک به دیوار یا هوا منتقل نشده اند و بادکنک هنوز باردار است، به دیوار چسبیده می ماند.) اجسام خنثی و اجسام با بار مثبت هم به همین طریق همدیگر را جذب می کنند. آیا می توانید آن را به همین شیوه توضیح دهید؟

و حالا ببینیم که این اطلاعات چه ارتباطی با جرقه ی بین دست ما و دستگیره ی در دارد و چطور راست شدن موهای ما را هنگام برداشتن کلاه پشمی توضیح می دهد.
پاسخ این است که هنگامی که روی فرش راه می روید، الکترونها از فرش به بدن شما منتقل می شوند. حالا شما بار الکتریکی اضافه در خود جمع کرده اید. دستگیره ی در را لمس می کنید و ... ویز! دستگیره ی در یک رسانا است. الکترونهای اضافی بدن شما به راحتی به آن منتقل می شوند و این انتقال الکترونها باعث ایجاد جرقه بین دست شما و دستگره ی در می شود.
وقتی کلاه پشمی را از سرتان بر می دارید، کلاه به موهای سرتان مالیده می شود. الکترونها از موهای شما به کلاه منتقل می شود. حالا هر تار موی شما بار مثبت دارد. به یاد بیاورید که اشیاء با بارهای همنام همدیگر را دفع می کنند. بنابراین موها تلاش می کنند تا جای ممکن از هم دور شوند. پس راست می ایستند. در این حالت بیشترین فاصله را از هم پیدا می کنند.

ما اکثراً در زمستان با پدیده هایی که به الکتریسیته ی ساکن مربوط می شوند روبرو می شویم. زیرا در تابستان هوا بسیار مرطوب تر از زمستان است. از آن جایی که آب رسانا است، رطوبت موجود در هوا کمک می کند تا اجسام باردار سریع تر بار خود را تخلیه کنند (به هوا منتقل کنند) و در نتیجه بار الکتریکی زیادی در آنها تجمع نمی کند.

سری تریبو الکتریک
وقتی دو ماده ی مختلف را به هم می ساییم، کدام یک بار مثبت پیدا می کند و کدام یک بار منفی؟ دانشمندان با توجه به توانایی مواد در از دست دادن یا به دست آوردن الکترون، آنها را رده بندی کرده اند. این رده بندی را "سری تریبو الکتریک" می نامند. فهرست کوچکی از مواد در دسترس در زیر آورده شده اند. در شرایط آرمانی اگر دو ماده به هم ساییده شوند، ماده ای که در لیست، در مکان بالاتری قرار دارد، الکترون از دست می دهد و بار مثبت پیدا می کند. می توانید با مواد زیر این موضوع را آزمایش کنید:
دست شما
لیوان (شیشه)
موی شما
نایلون
پشم
خز
ابریشم
کاغذ
کتان (پارچه ی نخی)
پاک کن سفت
پلی استر

قانون پایستگی بار
وقتی ما چیزی را با الکتریسیته ساکن باردار کنیم، هیچ الکترونی "تولید نمی شود" و یا "از بین نمی رود". همین طور پروتون جدیدی به وجود نمی آید و ناپدید نمی شود. در عمل باردار کردن اجسام، تنها الکترونها از مکانی به مکان دیگر حرکت می کنند و منتقل می شوند. بار الکتریکی خالص، در کل ثابت می ماند. به این موضوع "قانون پایستگی بار الکتریکی" می گویند.

قانون کولن
اجسام باردار در اطراف خود یک میدان نیروی الکتریکی نامرئی ایجاد می کنند. شدت این نیرو بستگی به مسایل زیادی دارد مثلاً اندازه ی بار دو جسم باردار یا فاصله ی دو جسم و یا شکل اجسام باردار. این باعث پیچیده شدن موضوع می شود. برای ساده کردن شرایط می توانیم فرض کنیم که به جای "اجسام باردار" ، "نقاط باردار" داریم. یعنی ابعاد جسم بارداری که در نظر می گیریم، خیلی خیلی کوچکتر از فاصله ی بین آنها باشد. به طوری که هر جسم برای جسم دیگر تقریباً مثل یک نقطه ی باردار عمل کند.
اولین بار "چارلز کولن" در دهه ی 1780 میلادی، نیروی الکتریکی را توصیف کرد. او پی برد که نیروی الکتریکی بین دو جسم باردار و نقطه ای، رابطه ی مستقیم با ضرب بارهایشان دارد. یعنی که q¹ و q² اندازه ی بارهای نقطه ای هستند. هر چقدر بارهای نقطه ای بیشتر باشند، نیروی الکتریکی بین شان هم بزرگتر است. از طرف دیگر این نیرو با مجذور فاصله ی بارهای نقطه ای نسبت عکس دارد. یعنی که d فاصله ی بین بارهای نقطه ای است. هر چقدر فاصله ی بارها بیشتر باشد، نیروی الکتریکی بین آنها ضعیف تر است.
به طورکلی می توان نوشت . در این رابطه k ضریب تناسب است و اندازه ی آن به ماده ای بستگی دارد که دو بار را از هم جدا می کند.

با دو برابر شدن فاصله، نیروی الکتریکی، نیروی اولیه می شود.

با دو برابر شدن هر یک از بارها، نیروی الکتریکی، 4 برابر نیروی اولیه می شود.

چگونه مانند آلبرت اینشتین فکر کنیم؟

  

این روز‌ها که جرات دیوانگی کم است...

دو قرن تمام ، والا حضرت آیزاک نیوتن پادشاه بی رقیب و قدرت مند فیزیک بود. نظام نیوتنی حرف آخر را در مسائل بنیادی علم و تصویر نهایی جهان می‌زد.
به یک باره دلاوری دیوانه، بر پادشاه شورید . شوالیه آلبرت اینشتین با نظریه ی نسبیت اش پادشاه را از تخت سلطنت به زیر کشید.
این دیوانگی لازمه ی چرخش در تاریخ علم و نحوه ی تفکر انسان هاست. برای پیش برد علمِ نوین، ناگزیریم اندیشه های دیوانه کننده ای مطرح کنیم که از دیدگاه های سنتی کاملا گسسته باشند. اندیشه هایی معماگونه.
فقط یک نابغه می‌تواند جرات چنین دیوانگی ای را به دل راه دهد. انباشت ارقام و اطلاعات در مغز، دلیل بر نبوغ نیست. نابغه با دیوانگی اش، در شناخت پیشین دخالت می‌کند. و آلبرت اینشتین چنین دیوانه ای بود- یا به عبارتی دیگر چنین نابغه ای- . قبل از او گذر از مفاهیم نیوتنی به تصویری جدید از جهان هیچ گاه این چنین قاطع و معما گونه نبوده است. این گذار در واقع نه فقط تعمیم و تکمیل کاری بود که نیوتن شروع کرده بود، بلکه انقلابی نیز در علم به راه انداخت.
نظریه ای که باعث چنین گذاری شد، بر اساس معیارهای معینی ساخته شده است. اینشتین در یادداشت هاش از دو معیار در انتخاب و ارزیابی نظریه های علمی سخن می‌گوید، یکی تایید بیرونی است: انطباق نظریه و تناقض نداشتن آن با واقعیت های تجربی. البته این انتظاری بدیهی است اما برآوردن آن مسئله ی ظریفی است. چرا که گاه می‌توان فرض هایی اضافی را به شکل مصنوعی وارد کرد و نظریه را با تجربه منطبق ساخت- در واقع نظریه را قبولاند- . معیار دوم کمال درونی یا طبیعی بودن نظریه است. نظریه نباید از بین نظریات هم ارز خودش به شکل دل خواه انتخاب شود. نظریه ای بیش ترین کمال درونی را دارد که کم تر بر فرض های دل بخواهی مبتنی باشد. چنین نظریه ای برای تبیین ساختار جهان و ساختن تصویری از آن بر مبنای قوانین یک نواخت و جهان شمول مناسب تر است.
البته اینشتین معتقد است این حرف‌ها چندان دقیق نیستند و شاید هیچ گاه هم نتوان دقیق ترشان کرد. اما وقتی دانشمندان در باره ی کمال درونی یا تایید بیرونی یک نظریه سخن می‌گویند، گویی توافقی ضمنی بین شان وجود دارد.
اینشتین با آن قوه ی تشخیص چشم گیری که در مورد هم آهنگی یا به گفته ی خودش موسیقی مندیِ تفکرِ علمی داشت، به تاثیر زیبایی شناختی نظریه - که آن را خاصیتی وابسته به کمال درونی می‌دانست - اهمیت زیادی می‌داد. پوانکاره نیز از مفهوم ظرافت ریاضی سخن می‌گوید و آن را این طور تعریف می‌کند: « هرچه قضیه های بیش تری بتوان از کم ترین فرض‌ها استخراج کرد، ظرافتِ ساخته ی ریاضی بیش تر است. » اما نگاه این دو نفر به ارزش ظرافت و موسیقی مندیِ نظریه متفاوت است. به نظر پوانکاره ظرافت در اصل، معنایی ندارد و معیاری برای انتخاب یک نظریه نیست. ظرافت یک نظریه ثابت نمی کند که آن نظریه نگاه عمیق تری دارد. اما اینشتین می‌گوید ظرافت شاخصی از معتبر بودن نظریه و قطعیت عینی آن است.
اینشتین چنان به این اصل عقیده داشت که وقتی آزمایش‌ها نظریه ی نسبیت را تایید کردند چندان هیجان زده نشد. او اصلا نگران نتیجه ی کار نبود. به نظرش نسبیت آن قدر طبیعی و موسیقی مند بود که امکان نداشت اشتباه باشد.
جهان مجموعه ی واحدی از اشیا است و به همین دلیلِ ساده است که وقتی نظریه ای از کم ترین فرض‌ها نشآت بگیرد به واقعیت نزدیک تر می‌شود. نظریه وقتی فقط مبتنی بر چند اصل موضوعه ی مستقل باشد به وحدت واقعی جهان نزدیک تر می‌شود و به بهترین شیوه ی ممکن آن را باز می‌تاباند.
این وحدت، در همگن بودن فضا و زمان، در انتقال از نقطه ای به نقطه ی دیگر در فضا و از لحظه ای به لحظه ی دیگر در زمان ،‌دیده می‌شود. همین ناوردایی قوانین فیزیک است که به علت مستقل بودن از جابه جایی های جزئی و موقت ، نقطه ی شروع حرکت در راه دست یابی به نظریه ی نسبیت می‌شود. اینشتین با هدف رسیدن به بیش ترین کمال درونی در نظریه اش، سعی کرد رابطه هایی در بیان قوانین فیزیک پیدا کند که در جابه جایی های موقت و جزئی هم وردا بمانند. به بیانی عام ، طبق اصل نسبیت، قانون های طبیعت مستقل از حرکت انتقالی دست گاه های مرجع هستند.

آغاز دیوانگی
اصل بنیادی نظریه نسبیت اینشتین این است: « سرعت نور در تمام دست گاه های مرجعی که نسبت به هم حرکت بی شتاب دارند، یک سان است.»‌
کجای این اصل دیوانه کننده است؟ این جا: ‌دو شناگر از عرشه ی یک کشتی، درآب شیرجه می‌زنند. هردوشان سرعت یک سانی دارند . هرکدام به طرف یک انتهای کشتی شنا می‌کنند. بدیهی است شناگری که در خلاف جهت حرکت کشتی شنا می‌کند، زودتر از دیگری به انتهای کشتی می‌رسد. ولی طبق اصل جدید، شناگران هر دو با هم به دو انتهای کشتی می‌رسند. یعنی تندی آن‌ها نسبت به کشتی یک سان خواهد بود. نور این طور رفتار می‌کند. یعنی نسبت به جسم های مختلف که نسبت به هم حرکت می‌کنند ، سرعت واحدی دارد. حتی امروز هم بعد از صد سال به دشواری می‌توان تصور کرد که چیزی نسبت به دستگاه های متحرک نسبت به هم، سرعت واحد داشته باشد.
اما هر بیانی، هر قدر دیوانه وار به نظر برسد، حتما نباید باعث شگفتی و حیرت شود. در فرض هایی که اساس نظریه ی نسبیت را تشکیل می‌دهند، هیچ چیز دل بخواهی وجود ندارد. بر عکس، این فرض‌ها بر پایه ی استوار تجربی مبتنی اند. در واقع این خودِ حرکت است که با احساس های بدیهی ما در مشاهده ی رفتار جسم های فیزیکی تناقض دارد. دیوانه ی دوست داشتنی ِ ما این احساسِ بدیهی بودن را دور می‌ریزد.
در تصویر کلاسیک جهان، تمامی جسم‌ها در حرکت نسبی اند. مفهوم اتر پرکننده ی فضا، رخنه ای در چارچوب تصویر کلاسیک اولیه از جهان بود. نظریه ی نسبیت این چارچوب را مرمت کرد اما این مرمت به بهای نفی قانون بدیهی جمع سرعت‌ها بود.
اینشتین در نامه ای به موریس سولووینه ـ یکی از دوستان صمیمی اش - در این باره چنین می‌نویسد: « بر خلاف این حقیقت معلوم بر اندیشمندان باستان که حرکت را فقط به طور نسبی می‌توان ادراک کرد، فیزیک، خود را بر مفهوم حرکت مطلق استوار ساخت. در مبحث نور فرض می‌شد که نوعی حرکت متفاوت با حرکت های دیگر، یعنی حرکت در اتر درخشان وجود دارد که حرکت تمام جسم‌ها را می‌توان به آن ارجاع داد. بدین ترتیب اتر درخشان مفهوم سکون مطلق بود. اگر واقعا اتر درخشان ساکنی وجود می‌داشت که کل فضا را پر کند، می‌شد حرکت را به آن ارجاع داد و برای حرکت معنای مطلق قائل شد. این مفهوم می‌توانست شالوده ی مکانیک باشد اما وقتی تمام تلاش‌ها برای تشخیص چنین حرکت ارجحی در اتر درخشان فرضی ناکام ماند، می‌بایست در مسئله تجدید نظر کرد. این کار به طور نظام یافته در نظریه نسبیت انجام گرفت. نظریه ی نسبیت فرض را بر وجود نداشتن حالت های ارجح حرکت در طبیعت می‌گذارد و استنتاج های چنین فرضی را تحلیل می‌کند. »
در واقع اینشتین قدم به قدم تصویر جدیدی از جهان بر پا کرد. کار او اساسا کار خلاقانه ای بود. جنبه ی نفی آمیز مسئله، یعنی تخریب تصویر قدیم، فقط این بود که اینشتین نشان داد تصویر قدیم در مقایسه با تصویر جدید، تقریب نادقیق تری به واقعیت فیزیکی داشته است. رابطه ی سلسله مراتبی نسبیت و مکانیک نیوتنی، این امکان را فراهم می‌کند که مکانیک نیوتنی را توضیح دهیم. به چه علت در سرعت های معمول مشاهده ی ما با مکانیک نیوتنی در تضاد قرار نمی گیرد؟ به همین ترتیب هر آزمایشی که اعتبار مکانیک نیوتنی را تایید کند، در عین حال تایید مکانیک اینشتین نیز هست.

نتایج دیوانگی
وقتی آزمایش مایکلسون اصل وجود اتر جهانی را به خطر انداخت، لورنتس برای توضیح این نتیجه، فرضیه ای ساخت: تمام جسم های متحرک نسبت به اتر، در جهت حرکت منقبض می‌شوند. او فرض کرد که همه ی اجسام از بارهای الکتریکی اولیه ای تشکیل شده اندو حرکت نسبت به اتر، نیروهایی پدید می‌آورد که بارها را در جهت حرکت جمع می‌کنند. فرضیه ی انقباض بی آن که تاثیری بر مبانی مکانیک کلاسیک بگذارد نتیجه های آزمایش مایکلسون را توضیح می‌داد. اما با معیارهای اینشتین برای یک نظریه ی علمی جور در نمی آمد. با حقیقت های قابل مشاهده انطباق می‌یافت ولی طبیعی نبود. یعنی از کمال درونی برخوردار نبود. همین بزرگ ترین نقطه ضعف آن بود: مختص به خود بود و برای آثار قابل مشاهده ای که مویدش باشند، مبنایی نداشت.
تفاوت مهم کار لورنتس با اینشتین در این بود که نظریه ی نسبیت بر خلاف انقباض لورنتس یک استنتاج پدیده شناختی نبود. فرمول های لورنتس حاوی چیزی مثل یک نظریه ی فیزیکی نبودند که بتواند راه را برای ارائه ی تصویری نوین از جهان باز کند.
وقتی حقیقت جدید و بسیار معما گونه ای، یعنی ثبات سرعت نور در تداخل سنج مایکلسون، نوعی توضیح را ایجاب کرد، لورنتس اندیشه ای مطرح کرد که ضمن سازگاری با حقیقت های جدید و نیز حقیقت های معلومِ قدیم، به طور طبیعی و مستقیما از آن‌ها مشتق نشده بود. توضیح اینشتین از حقیقت جدید و معما گونه، بر بازنگری تصویر کلی جهان و تفسیری کاملا نو از زمان و مکان، و به طور خلاصه بر تفسیری عمیق تر، عام تر و مشخص تر از کلیت حقیقت های معلوم مبتنی بود. نظریه نسبیت انقباض لورنتس را از اساسی ترین و عام ترین مفهوم های علم و از تحلیل دقیق تر و صریح تر مفهوم های زمان و فضا استنتاج می‌کند. خود لورنتس در این باره می‌گوید: « دست آورد اینشتین این است که نخستین کسی است که اصل نسبیت را به مثابه یک قانون جهان شمول دقیق و صحیح فرمول بندی کرد.»
اندیشه ی اساسی اینشتین در واقع ضرورت تصدیق تجربی ساخته های منطقی است. هیچ مفهومی نمی تواند در سازگاری پیش از تجربی با واقعیت باشد بلکه باید به استنتاج هایی بینجامد که بتوان آن‌ها را با تجربه تصدیق کرد. حرکت مطلق را نمی توان این گونه تایید کرد. استنتاج های نظریه نسبیت از فرض های هوشمندانه ناشی نمی شوند بلکه به طور طبیعی از اصول عام پیروی می‌کنند.
اینشتین می‌نویسد هر مفهوم فقط به دلیل ارتباط روشن و آشکار خود با پدیده‌ها و نتیجتا با واقعیت فیزیکی، حقِ وجود دارد. در نظریه ی نسبیت مفهوم هایی چون هم زمانی مطلق، سرعت مطلق، شتاب مطلق، و جز آن نفی شده اند، ‌چرا که هیچ ارتباط آشکاری با تجربه ندارند... لازم بود که هر مفهوم فیزیکی را طوری تعریف کرد که بتوان تصمیم اصولی گرفت که آیا با واقعیت سازگاراست یا نه. »
می توان گفت که بلوغ ذهنی بسیاری از کودکان و نوجوانان از جهتی تکرار تکامل تفکر انسان به طور کلی است: تفکرات عام درباره ی واقعیت فیزیکی با علایق پخته تر و مشخص تر دنبال می‌شوند. اینشتین این احساس نخستین نگاه به جهان را بدون این اعتقاد بالغانه تجربه کرد که گویا مسئله های اساسی جهان همگی حل شده اند. این احساس با کسب شناخت عمیق تر یا رشد علایق جدید خاموش نشد. اینشتین در مسئله های حرکت غور کرد و به اندیشه ای رسید که به کودکی بشر تعلق داشت: اندیشه ی باستانی نسبیت!