سیرتاریخی علم فیزیک
* سیر تاریخی علم فیزیک« بسم الله الرحمن الرحیم »
علم فیزیک رفتار و اثر متقابل ماده ونیرو را مطالعه می کند . مفاهیم بنیادی پدیده های طبیعت تحت عنوان قوانین فیزیک مطرح می شوند .این قوانین توسط ریاضی فرمولبندی می شوند به طوری که قوانین فیزیک و روابط ریاضی با هم در توافق بوده و مکمل هم هستند .
از روزگار باستان مردم سعی می کردند رفتار ماده را بفهمند و بدانند که چرا مواد مختلف خواص متفاوت دارند ؟ چرا برخی مواد سنگینترند و..... و همچنین جهان ، تشکیل زمین و رفتار اجرام آسمانی مانند ماه و خورشید برای همه معما بود .
در این تحقیق سیر تاریخی علم فیزیک را در دوره های زمانی مورد بررسی قرار می دهیم :
1 – فیزیک در قرون اولیه :
1) فیزیک افلاطون
2) فیزیک آناکساگوراس
3) فیزیک لئوکیپوس و دموکریتوس
4) فیزیک ارسطو
5) فیزیک در چین
6) فیزیک در عرب
7) فیزیک در هند
2- فیزیک در قرون وسطی و رنسانس:
1) فیزیک در قرون وسطی( نور شناسی- مکانیک و مغناطیس )
2) فیزیک از رنسانس تا انقلاب علمی(مکانیک – مغناطیس– نور شناسی )
3- فیزیک در قرون اخیر:
1) فیزیک در قرن هفدهم و هجدهم
2) فیزیک در قرن نوزدهم
3) فیزیک در قرن بیستم
1– فیزیک در قرون اولیه :
1) فیزیک افلاطون :نظریات فیزیکی افلاطون در تیمائوس ، یگانه محاوره "علمی " افلاطون ، مندرج است . احتمالا این رساله وقتی نوشته شده است که افلاطون در حدود هفتاد سالگی بود و طرح آن برای اینکه نخستین اثر سه بخشی ،تیمائوس و کریتیاس و هرموکراتس باشد ، ریخته شده بود .
افلاطون بی شک دلیل مهم دیگری برای نوشتن تیمائوس داشت ، یعنی نشان دادن اینکه جهان منظم و سازمان یافته کار اثر"عقل" است و نیز اینکه انسان هم از جهان معقول و هم از جهان محسوس بهره مند است وی مسلم میداند که " عقل همه چیزها را نظم می بخشد ".
افلاطون به ارائه بیانی از پیدایش جهان می پردازد . دنیای محسوس در حال شدن است " آنچه می شود بالضروره باید به واسطه فعل علتی بشود " .فاعل مورد بحث صانع الهی یا دمیورژ است . او آنچه را در بی نظمی و در حرکت نا منظم " بر گرفت " و به نظم در آورد و دنیای مادی را بر طبق نمونه ازلی و ابدی و ایدئال شکل داد و آن را به صورت "یک موجود زنده دارای نفس و عقل " از روی نمونه "مخلوق زنده "ایدئال ساخت یعنی صورت یا مثالی که حاوی صور "نژاد آسمانی خدایان "موجودات بالداری که در هوا پرواز می کنند آنچه در آب سکونت دارد و نوعی که با پای خود بر زمین خشک حرکت می کند ".
افلاطون خاطر نشان می کند که از چهار عنصر (خاک ، هوا ، آتش و آب ) از آنجا که دائما تغییر می کنند نمی توان به عنوان جواهر سخن گفت : "زیرا آنها از دست ما می گریزند و منتظر نمی مانند که به عنوان "آن " یا "این " یا با هر عبارتی که آنها را دارای وجودی پاینده نمایش دهد توصیف شوند ." بهتر است که آنها را کیفیات نامیده شوند ،که در "پذیرنده " ظاهر می شوند ، که در آن پذیرنده همه آنها پیوسته به وجود می آیند ، پدیدار می شوند و دوباره از آن ناپدید می شوند " . افلاطون به چهار عنصر نخستین شکل هندسی می دهد او اشیا را تنها تا آنجا که به مثلث بر می گردند در نظر می گیرد و بدین منظور قائم الزاویه متساوی الساقین (نصف مربع ) و قائم الزاویه مختلف الضلاع یا نصف متساوی الاضلاع را انتخاب می کند، که از آنها مربع و سطوح متساوی الا ضلاع اجسام ساخته می شود . (اگر کسی بپرسد چرا افلاطون با مثلثها آغاز می کند ،او جواب می دهد که "مبادی و اصولی از این ذورتر را خدا می داند و کسانی که نزد خدا گرامی اند " در قوانین اشاره می کند که تنها وقتی اشیا "برای حس قابل درک " میشوند که به بعد سوم دست یافته شود . بنابراین برای مقاصد شرح و نمایش کافی است که با سطح یا بعد دوم آغاز کنند وکاری به اصول دورتر نداشته باشد.) آنگاه اجسام ساخته شدند ،مکعب به خاک تخصیص و نسبت داده شده است (زیرا از همه بی حرکت تر است یا حرکت آن دشوار است ) هرم به آتش (زیرا متحرکترین است که دارای "تیزترین لبه های برنده و تیز ترین نوک در هر جهتی است ") هشت وجهی به هوا ، و بیست وجهی به آب . این اجسام به قدری کوچک اند که هیچ یک از آنها به تنهایی برای ما درک کردنی نیست،هرچند توده گردامده ای از آنها نامحسوس است...
اجسام یا اجزاء ابتدائی به یکدیگر تبدل می یابند ،زیرا مثلاً آب می تواند تحت تاٌثیر عمل آتش به مثلثهای مقاوم خود تجزیه شود و این مثلثها ممکن است دوباره در "مکان " به همان شکل (خاک ) یا به اشکال دیگر به هم برسند و ترکیب شوند. اما خاک مستثنی است زیرا ، هر چند می تواند تجزیه شود ، مثلثهای مقاوم آن (متساوی الساقین یا نصف مربع که مکعب از آن پدید می آید )تنها مخصوص به آن است ، به طوری که اجزاء خاک "هرگز نمی توانند به صورت نوع دیگری در می آیند " .
2) فیزیک آناکساگوراس:
آناکساگوراس (انکساغورس )که اهل کلازومنای یونیا بود به دعوت پریکلس (پادشاه آتن ) نزدیک به سی سال از عمر خود را در آتن گذراند و دوست و راهنمای پریکلس شد . دیدگاه او در فیزیک مادی گرایانه بود در فیزیک آناکساگوراس عناصر عجیبی از همه نوع یافت می شد. عناصری مانند آتش ،خون ، رنگ و سرب . روح نیز از جمله عناصر وی بود . به عقیده او روح از عوامل سازنده موجودات زنده به شمار می رفت. اما آناکساگوراس تا آنجا که می توانست تبیین مادی را برتر می داشت و تا حد امکان عنصر روح را کمتر دخالت می داد .سقراط و افلاطون به دلیل اینکه روح را متعالی از هر چیز دیگری می شناختند ، نظر خوشی به آناکساگوراس نداشتند .
3) فیزیک لئوکیپوس و دموکریتوس :
لئوکیپوس و دموکریتوس (ذیمقراطیس) که به اصالت جزء لایتجزی (اتمیسم ) اعتقاد داشتند ، به تکوین نظریه هایی پرداختند که به آرای مادی گرایانه سده نوزدهم شباهت داشت .
در باب لئوکیپوس اطلاع زیادی در دست نداریم جز اینکه از مردم میلتوس (ملطیه ) بوده و حدود سالهای 440 ق م ، سالهای شکوفای عمر خود را می گذرانده است . او بنیانگذار نظریه اتمی بود.
دموکریتوس از آبدرا واقع در ترکیه بر خاسته بود و هنگامی که آناکساگوراس دوره پیری را می گذراند ، او به آستانه جوانی رسیده بود . دموکریتوس عامل گسترش و معروفیت نظریه اتمی است.
دیدگاه اتمی از این قرار است : اجزای لایتجزا (اتم ها) تجزیه ناپذیر و فنانشدنی اند و تقریبا در همه سو در فضای خالی حرکت می کنند. اجزای لا یتجزا و فضا تنها پدیده های موجودند و انواع مختلفی دارند که بر پایه اختلاف شکل، از هم متمایز می شوند . اجزا لا یتجزای منفرد ریزتر از آن هستند که با حواس تشخیص داده شوند . آنچه ما می بینیم و لمس می کنیم ، از تشکیل اجزای لایتجزا پدید آمده است .این اجزا پیوسته به حرکت خود ادامه می دهند ، تااینکه به مانعی برخورد کنند. این نظریه امکان هر علت دیگری را برای حرکت مردود دانسته است و این نکته مهمترین اندیشه مکتب اتمی و پیش درآمد قانون لختی است.
* قانون لختی : حرکت در تداوم خود نیازی به علت ندارد .علت ، تنها برای ایجاد تغییرات حرکت لازم است(اگر چیزی در حرکت باشد ، بدون تغییر در شتاب یا سمت حرکت ، به حرکت خود ادامه می دهد ، مگر اینکه عاملی از سرعت آن بکاهد ، حرکتش را شتابان کند ، یا مسیر حرکتش را منحرف بگرداند. *
این عقیده که مکانیک نیوتنی بر بنیاد آن استوار شده ، مخالف دیدگاه ارسطویی است. در دیدگاه ارسطویی همه چیز ساکن است، مگر آنکه علتی آن را به حرکت وا دارد. بدبختانه دیدگاه ارسطویی نزدیک به 2000 سال تسلط داشت. اگر پیروان مکتب اتمی میدان را به دست می داشتند ، مکانیک و فیزیک پیشرفتی شتابناکتر میداشت. اما چرا چنین نشد؟
چرا اتمیان که به کشف قانون لختی ، مفهوم عام علت و معلول ، و نظریه ای مشابه نظریه جنبشی توفیق یافتند اما نادیده گرفته شدند؟ نباید متعجب شد هر نظریه ای هر چند مناسب باشد، به خودی خود فایده ای برای علم ندارد مگر آنکه مردم ترغیب شوند و آن را به عنوان فرضیه کار بپذیرند. پیروان مکتب اتمی امکانات لازم را برای ترغیب مردم نداشتند چون نه دلایل قانع کننده ای برای نظریه خود داشتند و نه آن اعتبار شخصیت افلاطون و ارسطو را داشتند.
4) فیزیک ارسطو
ارسطو به سال 384 ق م در استاگیرا به دنیا آمد. پدرش پزشک پادشاه مقدونیه بود. او در آکادمی افلاطون مدت 20 سال به تحصیل اشتغال داشت و پس از آن به سفر رفت و معلم اسکندر شد. سرانجام به آتن بازگشت تا به کار تالیف اشتغال ورزد و در مدرسه خود که لوکئون نام داشت، تدریس کند. مکتب او را مشایی نامیده اند، چون ارسطو به حسب عادتی داشت به هنگام تقریر درس، قدم می زد .
ارسطو و همکاران وشاگردان جوان وی، بایستی قسمت عمده وقت خود را به مسائل فیزیکی مصروف میداشتند این یک سنت قدیمی تحقیق و تجسس ایونی بود که درباره طبیعت به جست و جو بپردازند ، گویا اینکه پیش از ارسطو نیز بیشتر به این جنبه از علم اهمیت می دادند.
1- حرکت موضعی، مانند حرکت خود ما که انتقال از محلی به محل دیگر است. ارسطو این گونه حرکات را اساسی می دانسته، این حرکت ممکن است در انواع دیگر موجودات نیز حاصل شود.* مرکز فیزیک ارسطو نظریه حرکت او می باشد او به چهار نوع حرکت قائل بود :
2- آفرینش و هلاکت و دگرگونی، چون چنین تغییراتی ابدی است، پس باید در جهت عکس نیز صورت گیرد و یک دوره تناوبی داشته باشد. اگر این نوع حرکت در یک جهت انجام می شد دیگر نمی توانست بصورت ابدی ادامه پیدا کند.
*آفرینش : عبور از کمال کمتر به کمال بیشتر (تولد یک موجود زنده )
*هلاکت : عبور از درجه بلند تر به درجه پست تر (عبور از زندگی به مرگ )
3- تغییر، که در جوهر اثری ندارد. ممکن است اشیا اشکال دیگر پیدا کنند ولی از لحاظ جوهر و ماده همان که بوده اند بمانند ، مانند اینکه بدن انسان ممکن است به واسطه آسیب یا بیماری تغییر کند .
4- کاهش و افزایش
هر چه اتفاق می افتد نتیجه نوعی از حرکات چهار گانه است که در بالا شرح آن گذشت. عالم فیزیک این حرکات را تنها از لحاظ خود آنها مورد بحث قرار می دهد ، ولی بهتر آن است که جوهر و ماده ای را که محمل این حرکات است نیز بشناسد. با وجود این امکان ندارد که جهان تنها از راه "حرکات مادی " شناخته شود، بلکه باید افکارکلی نیز از قبیل تدبیر کلی و جهانی در نظر گرفته شود: خدا (یا طبیعت ) هیچ چیز را بی جهت و بیهوده ایجاد نمی کند. هر حرکت جهتی و مقصدی دارد، جهت به طرف بهتری و زیباتری است.
در مکانیک ارسطو سایه ای از اصل اهرم و تعادل سرعت ها و متوازی الاضلاع نیروها و مفهوم مرکز ثقل و مفهوم وزن مخصوص وجود دارد. درمکانیک ارسطو بیشتر بحث در اطراف مبحث تعادل نیروها دور می زند، ارسطو مفهوم خلاء را باور نداشت( او درکتاب تنفس می گوید: انکساگورس می گوید که وقتی ماهیان آب را از نفس کش(آبشش) پشت گوش خود خارج می کنند در دهان ، هوا تشکیل می شود ، زیرا خلاء ممکن نیست وجود داشته باشد.) حرکت در خلاء برای وی غیر قابل تصور بود، و به همین جهت چون ارسطو حرکت اجسام را در نظر می- گرفت لازم بود که این حرکت در ملاء دارای مقاومتی صورت بگیرد. او بر پایه مشاهدات سطحی به این نتیجه رسیده بود که سرعت جسم متناسب است با نیرویی که آن رامی راند(یا می کشد) و با مقاومت محیطی که حرکت در آن صورت می پذیرد نسبت معکوس دارد. هر جسمی که در محیط با مقاومتی حرکت کند ناچار باید زمانی متوقف شود ، مگر اینکه نیرویی بر آن تاثیر گذارد(در خلاء مقاومت صفر است و سرعت بی نهایت خواهد شد.) و نیز چنین تصور می کرد که سرعت جسم ساقط شونده متناسب با وزن آن است و هر چه از نقطه رها شدن دورتر و به مکان طبیعی خود نزدیکتر باشد این سرعت افزون تر خواهد بود و به همین دلیل سرعت چنین جسمش را متناسب با طول مسافت سقوط می دانست.
خطاهای ارسطو را می توان به سه مورد زیر تفکیک کرد:
1- لختی، که در فیزیک اتمیان بررسی کردیم و دیدیم که عقیده ارسطو درست بر خلاف اتمیان بود و امروزه می دانیم عقیده اتمیان و قانون لختی آنها کاملا درست بوده است.
2- ارسطو عقیده داشت که اجسام سنگین همیشه با شتابی بیشتر از اجسام سبک سقوط می کند که می دانیم چنین نیست، البته می توان گفت این عقیده ارسطو از اعتقاد او به عدم وجود خلاء نشأت می گیرد.
3- پرتابه افقی حرکت می کند تا از حرکت بایستد، سپس عمودی می افتد.
5) فیزیک در چین :
امروزه در علم غربی جدید ، حرکت موجی و چرخه ای از اجزای لاینفک توضیح ما بر تغییرات عالم است.این فقط یک جنبه از نظریه اتمی سنجیده و نیرومند است، ولی این از اهمیت آن در تفکر علمی نمی کاهد. جالب است دریابیم که چینی ها نیز از اعصار بسیار قدیم از نوعی نظریه موجی برای تبیین تغییرات جهان طبیعت استفاده می کردند.
چینی ها دراندازه گیری های علمی نیز ورزیده بودند، آنها از گذشته های دور صاحب یک سیستم متریک بودند. در قضایای استاتیک نیروها ، اوزان ، اهرم ها ، تعادل ها و.... از نخستین ها بودند، چرا موئیست ها در قرن چهارم پیش از میلاد در این زمینه کمک های شایانی کردند؟
به علاوه موئیست ها بودند که مطالعات نور شناسی را در چین آغاز کردند، سایه ها را مورد بحث قرار دادند و به زودی دریافتند که نور در خط مستقیم حرکت می کند. آنان همچنین با "محفظه تاریک " تجربه کردند و فهمیدند که چرا اگر نور از یک روزنه کوچک عبور کند، تصویر منظره وارونه می افتد.
در چین ، آینه های مقعر سوزان مورد استفاده علمی قرار گرفت.همچنین استفاده از آینه های فلزی واقعا بزرگ در دوره هایی معمول بود، ولی در چین نیز مانند غرب آینه شیشه ای هنوز ناشناخته بود. چینی ها با عدسی های سوزان نیز آشنا بودند. آنها تا قرن دهم توانسته بودند عدسی هایی به اشکال مختلف بسازند، و می دانستند که گرچه بعضی عدسی ها تصویر درشت حاصل می کنند، عدسی های دیگری نیز هستند که تصویر کوچک در اختیار می گذارند(عدسی های کاهنده).اما این موجب استفاده آنها از عینک یا ساخت تلسکوپ نشد.
در همه تمدن های اولیه ، موسیقی به عنوان انگیزه مطالعه صدا بود .وقتی که یونانیان بیشتر به تحلیل صدا می پرداختند، چینی های اولیه بیشتر به روابط توجه داشتند، زیرا این با طرزفکر آنان بیشتر همخوانی داشت و با نظر منسجم آنها که طبق آن هر چیزی با چیزهای دیگر رابطه ای داشت همسوتر بود از این رو در حالی که یونانیان مثلا این نکته را بررسی می کردند که چرا شکل لوله میزان زیر و بم صدای آن را تغییر می دهد ، چینی ها به صداهای همساز یا به عبارت امروزی به تشدید امواج توجه داشتند. چنین صداهایی موقعی شنیده می شود که فی المثل کشیدن و رها کردن یک سیم ساز زهی در سیم های دیگرش ارتعاش ایجاد می کند. برای چینی ها این صرفا نمونه ای از یک رابطه طبیعی در جهان طبیعت بود. هیچ چیز شگفت انگیزی در آن وجود نداشت. چون نت هایی که سیم ها طبق آن کوک شده بودند با یکدیگر رابطه خاصی داشتند، نا گزیر بودند در یکدیگر طنین بیاندازند ، چون این اصلاٌ بنای دنیا نبود .
چینی ها همچنین می دانستند که صدا همان ارتعاش است . فقط آنها نبودند که این را می دانستند ، اما کمکی که آنها کردند و از کار علمی شان در زمینه صدا نتیجه شد، تکمیل "ردیف تعدیل فواصل " بود.این ردیف که هم اکنون در غرب به کار می رود ، انتقال سریع از یک مایع به مایع دیگر را امکان پذیر می سازد. آن را "ی.س. باخ"در قطعه ردیف خوش خلق به کار برد.
مهم ترین کار چینی ها در فیزیک، که عرصه بسیاری از کارهای مهم آنان بود، اختراع قطب نمای مغناطیسی بود. این به خصوص از آن رو جالب توجه است که نمونه ای برجسته از اعمال جادویی است. آنها نیز مانند بسیاری دیگر از تمدن های اولیه خواص مغناطیسی و طبیعی آهن ربای کانی (نوعی اکسید آهن معروف به مغناطیس) را می دانستند. در قرن ششم چینی ها پی بردند که سوزن های آهنی کوچک اگر به تکه ای از آهنربا مالیده شوند، خاصیت آهنربایی پیدا می کنند، و بعد ها در قرن یازدهم در یافتند که با ملتهب ساختن آهن و سرد کردن آن در راستای شمال و جنوب می توانند آن را مغناطیسی کنند.
قطب نمای مغناطیسی " جادویی" در آغاز در تخته پیشگویی و در امور عام المنفعه و ساختمان های خصوصی به کار می رفت سپس دریانوردان به آن رو آوردند، و احتمالا در قرن دهم و قطعا تا قرن یازدهم وسیله ای عادی در دریا نوردی چینی ها شد.
6) فیزیک عرب
ابن هیثم ، که علمای غربی در قرون وسطی او را از الهازن می خواندند ، در سال 965 میلادی در شهر بصره ایران(در آن زمان بصره جزو ایران بوده) به دنیا آمد و در دوره حکومت حاکم ، خلیفه فاطمی ، به قاهره رفت.کار ابن هیثم در قاهره لااقل در ظاهر مصیبت بار بود گویا هنگامی که او به مصر رسید و طغیان سالانه و منظم رود نیل را دید گمان کرد که وقوع آن، به علت نبود چیزی برای مهار آب رودخانه است از این رو با کسب اجازه از خلیفه، هیئتی مهندسی را به مسئولیت خود راهی جنوب مصر کرد. قصد او یافتن ارتفاعاتی بود که گمان می کرد سر چشمه نیل است ، تا بعد ، اقداماتی برای مهار رودخانه انجام دهد. اما وقتی به بالای رودخانه سفر کرد و ساختمان های عظیمی را به خصوص در جنوب اسوان دید، کم کم پی برد که اگر کاری می شد انجام داد مصریان باستان انجام می دادند، پس طرح آبیاری که وی اندیشیده است، محکوم به شکست است و مجبور شد برگردد و به خطای خود اعتراف کند. هنگامی که ابن هیثم مجال کسب معرفت یافت در سالهای آخر دهه پنجاه عمر خود بود و ظاهرا همان موقع یا کمی بعد پس از استفسار بسیر در مذهب ، به این نتیجه رسید که حقیقت را باید تنها در " تعالیمی که ماده شان محسوس است و صورتشان معقول است" جست. این تعالیم را او در ارسطو و رشته های ریاضی و فیزیک یافت ودر دومی(فیزیک) بود که ، با مطالعات اصیل در نور شناسی، مهر خود را کوبید. گرچه کار ابن هیثم در نور شناسی محتوی عناصری یونانی به خصوص از بطلمیوس است، اما او همه چیز را به گونه ای از نو سامان داده و از نو بررسی کرده است که نتایجی کاملا تازه بدست آورده است. مصداق این به خصوص نظرات او در باب نور ودید است که تماما از آن خود اوست و مطلقا چیزی به افکار عتیق یا عقاید اسلامی پیشین بدهکار نیست.
نور، به ادعای ابن هیثم چیزی است که از هر منبع منیری صادر می گردد،این" صدور اولیه" است. او به" صدور ثانویه" ای نیز معتقد بود که از چیزی که خود وی آن را " منبع عرضی " می نامید سرچشمه می گرفت. او می گفت این منبع "به صورت کروی " (یعنی در همه جهات) صادر می شود. این مفهوم "منبع عرضی " ثانویه به این معنا بود که از هر ذره غبار در شعاعی از آفتاب یا از هر جسم کدر منور نیز نور ساطع می شود. او معتقد بود که این نور نیز مانند نور منبع اولیه در خط مستقیم حرکت می کند ولی از آن ضعیف تر است .
ابن هیثم رنگها را واقعی و متمایز از نور دانست و گفت که اجسام رنگی نور خود را در خط مستقیم در همه جهات می پراکنند. رنگها همیشه با نور حضور دارند، در آن آمیخته اند و بدون آن هرگز به چشم نمی آیند. مسلما این نظریه ای نیست که امروز ما بتوانیم آن را بپذیریم، اما در قرن یازدهم تلاش جسورانه ای بود برای توضیح پدیده گیج کننده ای که برای حل نهایی اش باید قرن ها انتظار می کشید.
آنجا هم که ابن هیثم به بحث درباره انعکاس نور بر سطوح براق می پرداخت انسجام فکری خود را حفظ کرد. او مطابق نظریه خویش اعلام داشت که این سطوح نور را " دریافت " نمی کنند بلکه آن را مستقیما بر می گردانند ، و برای اثبات دعوی خود مثال هایی آورد.
مفهوم فوق العاده سودمند "پرتو نور " را نیز ما به ابن هیثم مدیونیم او از این پرتو تصویری واقعا فیزیکی در ذهن داشت.
کار ابن هیثم مهم بود میزان اهمیت آن را می توان نه تنها از نقل قول های پیوسته توسط عالمان غربی قرون وسطی فهمید، بلکه همچنین از اینجا دریافت که نتیجه گیری او مبنی بر اینکه شکست نور ناشی از اختلاف سرعت پرتوهای نور در مواد مختلف است و نیز قوانین او برای شکست نور در قرن هفدهم مورد استفاده کپلر و دکارت قرار گرفت. پس ابن هیثم نماینده فیزیک دانان جدید در حالت جنینی بود کار او مرتفع ترین قله فیزیک اعراب بود.
(کمااینکه مغز متفکر جهان شیعه،امام صادق(ع) و پدر بزرگوارشان به نظر بنده حقیر، پدر علم فیزیک در مسلمانان واعراب و حتی به جرأت میتوانم بگویم: پدر علم فیزیک جهان بودند، در این تحقیق به دلایلی به سراغ ابن هیثم رفتم. بنده در مقاله "رابطه فیزیک با قرآن کریم و نظریات امام صادق(ع)" به صورت تقریبا کامل به شرح فعالیتها و نظریات این امام بزرگوار پرداخته ام.)
7) فیزیک هند
از قرن چهارم تا قرن یازدهم میلادی علم در هندوستان بیشترین پیشرفت خود را کرد، جنبه ای از فیزیک هندی که در اینجا باید ذکر گردد نظریه قوه محرکه است که برای تبیین حرکت پیوسته اجسام مطرح شد. این ازمسائلی بود که یونانیان نیز با آن درآویختند، ولی کامیابیشان کم تر از حد معمول آنان بود. ارسطو به علت طرح مفاهیم حرکت طبیعی و قهری ناچار شده بود فشار هوا را عامل تداوم حرکت جسم، پس از دریافت نیروی اولیه بداند. آنچه در نظریه هندی مطرح می شد این بود که وقتی جسم، در آغاز، نیرویی را دریافت می کند که به حرکتش وا می دارد، کاربرد این نیرو موجب کیفیتی موسوم به "وگا "یا همان قوه محرکه می گردد که باعث می شود، جسم به همان صورت به حرکت ادامه دهد .هنگامی که جسم با مانعی برخورد می کند ، یا می ایستد یا به حرکت ادامه می دهد، ولی با سرعتی کم تر. مقدار کاهش سرعت بستگی به این دارد که مانع تا چه اندازه قوه محرکه را خنثی کرده است. البته خنثی شدن کامل آن منجر به ایست کامل می گردد. این نظریه قوه محرکه کمک بزرگی به اندیشه ها و توضیحات مربوط به حرکت اجسام بود. در غرب آموزه ارسطو با همه کژی ها. کاستی هایش تا سده چهاردهم میلادی باور می شد.
2- فیزیک در قرون وسطی و رنسانس
1) فیزیک در قرون وسطی (نور شناسی، مکانیک و مغناطیس )
نور شناسی:
در قرن سیزدهم علم کائنات جو (هواشناسی) و نور شناخت یک موضوع مفرد نا متجانس را تشکیل می داد ، زیرا چنان تصور می کردند که سر و کار این علوم با نمودهایی است که بنا به فرض در ناحیه عناصر آتش و هوا قرار گرفته میان ماه و کره زمین بود به این ترتیب نورشناخت ، موضوعی بود که در قرنهای سیزدهم و چهاردهم برجسته ترین پیشرفت را داشت .
در میان نویسندگان قرن سیزدهم ، گروستست بیشتر به خاطر تلاشی که برای توضیح رنگین کمان به کار برد ، در زمینه علم نورشناخت مشهور است ، وی از راه یک نمود واحد که مطالعه تجربی آن برای او امکان پذیر بود ، یعنی شکست نور در یک عدسی کروی ، به این کار پرداخت. ارسطو بر آن بود که رنگین کمان از بازتاب نور بر قطره های آب موجود در ابر به وجود می آید ، ولی گروستست آن را نتیجه شکست نور می دانست، هر چند که دلیل این شکست را از تمام ابر به عنوان یک عدسی بزرگ تصور می کرد. وی با این اعتقاد که رویت، نتیجه ای از خروج پرتو های نور از چشم است، قانونی در مورد شکست نور پیشنهاد کرد که بر اساس آن، هنگامی که پرتو از محیطی رقیق وارد محیطی غلیظ تر می شود (مثلا از هوا به شیشه) پرتو به طرف خط عمودی می شکند ، این خط عمودی بر سطح فصل مشترکی، روی خط دو نیم کننده زاویه حاصل از این با امتداد شعاع دید رسم شده است.
وی همچنین پیشنهاد می کرد که از عدسی ها برای بزرگتر نشان دادن چیزهای کوچک و نزدیکتر ساختن چیزهای دور به چشم، استفاده شود. عینک در شمال ایتالیا در پایان قرن سیزدهم ساخته شد. سهم دیگر گروتست در پیشرفت نور شناخت، کوشش و تلاشی بود که برای تدوین مفهوم هندسی و تقریبا مکانیکی انتشار مستقیم الخط نور و صوت به میانجیگری یک رشته از امواج یا از ارتعاشات انجام داد. وی در شرح خود در کتاب تحلیلات ثانی نشان داده است که چگونه هنگامی که یک جسم صدادار به شدت ضربه ببیند، برای مدتی به سبب حرکت شدید و یک قدرت طبیعی که به صورت متناوب اجزای آن را به پس و پیش می فرستد و از وضع طبیعی خارج می کند، به حالت نوسان در می آید. این نوسان ها همچون نخستین "صورت جسمانی " در جسم صدادار، به نور بنیادی تجسم یافته انتقال می یابد. بنابراین هنگامی که جسم صدادار ضربه ببیند و به نوسان در آید، باید نوسان و حرکت مشابه ای در هوای محیط بر آن به وجود آید و این تکوین نوسان در تمام جهت ها به خط مستقیم پیش می رود. اگر انتشار به مانعی برخورد کند، ناگزیراست دوباره خود را با بازگشت به عقب ، احیا کند. زیرا اجزاء در حال گسترش هوا که با مانع برخورد می کنند، لزوما باید در جهت عکس گسترش پیدا کنند و بنابراین انعکاس به نور نیز گسترش پیدا می کند که در هوای بسیار تمیز صدا برگشتی است و این همان پژواک صداست، درست به همان گونه که پژواک به وسیله نور بنیادین که اصل اساسی حرکت تجسم یافته در هواست، منتشر می شد. بنابراین تصویر بازتابیده، توسط "انعکاس " مشابه یک نور مرئی، به وجود می آید و شکست نور از راه مشابهی توضیح داده می شود.
شاگرد بزرگ گروستست، یعنی راجر بیکن سهم کوچکی در افزایش شناخت بازتاب و شکست داشت، او به بعضی از اندازه گیری های تجربی اصیل از جمله تعیین فاصله کانونی آینه "کاو " (مقعر)ی که بوسیله خورشید که به زمین می رسد، باید متوازی با یکدیگر در نظر گرفته شود نه اینکه آنها را تابیده از یک نقطه در نظر بگیرند، بدین ترتیب امکان توضیح بهتری برای طرز کار عدسی های سوزان و آینه های سهمی فراهم می شود.
کوشش راجر بیکن برای کشف کردن علت رنگین کمان ، مثال خوبی از تصویر وی نسبت به مفهوم روش استقرا است. وی جمع آوری نمودهایی شبیه به رنگین کمان را آغاز کرد: رنگ در بلورها، در شبنم بر روی چمن، در افشانه آسیاهای آبی یا آب پاشیده شده پس از پارو زدن که خورشید آن را روشن کند، یا آبی که از پشت یک پارچه یا از میان مژه های چشم دیده شود . وی پس از آن به مطالعه خود رنگین کمان پرداخت و متوجه شد که همیشه در ابر یا مه پدید می آید. از ترکیب مشاهدات خود با نظریه نجومی و اندازه گیری با اسطرلاب ، توانست ثابت کند که رنگین کمان همیشه بر روی یک خط مستقیم قرار دارد. وی ثابت کرد، پرتوهایی که از رنگین کمان یه چشم باز می گردند، با پرتو تابشی که از خورشید به رنگین کمان می رود، زاویه 42 درجه می سازد. براساس این نظریه رنگین کمان قاعده مخروطی را می سازد که رأس آن در خورشید قرار دارد و محور آن از خورشید و چشم ناظر و مرکز کمان می گذرد. قاعده مخروط بالا و پایین می رود و از این راه، رنگین کمان بر حسب ارتفاع خورشید بزرگتر یا کوچکتر می شود. اگر خورشید به اندازه کافی بالا باشد، تمام دایره در بالای افق آشکار خواهد شد، همچون رنگین کمان که در افشانه ها دیده می شود. وی از این نظریه برای بیان ارتفاع کمان در عرض های جغرافیایی و زمان های متفاوت سال، استفاده کرد .
مکانیک و مغناطیس :
عمل مکانیکی و خاصیت آهنربایی، تنها علت های غیر زنده حرکت موضعی در ناحیه زمینی بود که در قرن سیزدهم مورد توجه قرارمی گرفت. و تنها علت های مکانیکی طبیعی، عبارت بود از سنگینی و سبکی. علم مکانیک قسمتی از علم فیزیک یا علم طبیعی محسوب می شد که غیر از علم های نجوم و نورشناخت بود. در حقیقت تمام مجموعه مکانیک که به قرن سیزدهم رسید مبتنی بر اصلی بود که در کتاب ارسطو(مکانیکا) توضیح داده شده بود: این اصل که حرکت موضعی مانند انواع دیگر تغییر، فرایندی بود که به وسیله آن یک امکان حرکت، حالت فعلیت پیدا می کرد . چنین فرایندی لزوما نیازمند به عمل پیوسته یک علت بود و هنگامی که این علت از عمل باز می ایستاد، معلول نیز چنین می شد. بنابر این همه اجسام متحرک برای حرکت خود یا به یک اصل "طبیعی " درونی یعنی "طبع " یا "صورت" نیازمند بودند که مسئول و جواب گوی حرکت طبیعی آن اجسام بوده باشد و یا به یک محرک بیرونی متمایز از جسم که لزوما مصاحب جسمی بود که آن را به حرکت درمی آورد.
ارسطو تصویری از جرم جسم، یعنی مقاومت درونی که خاصیتی از خود جسم متحرک است و بعدها شالوده مکانیک قرن هفدهم شد، نداشت. در اجسام در حال سقوط، وزن، نیرو یا قدرت سبب حرکت بود، به همین جهت، از اصل های یاد شده در بالا چنین نتیجه گیری می شد که در هر محیط شناخته شده، سرعت جسم ساقط شونده متناسب با وزن آن است و علاوه بر این، اگر جسمی در محیطی حرکت کند که هیچ مقاومتی نداشته باشد، سرعت آن به بی نهایت می رسد. چون این نتیجه گیری به امری محال می انجامید، ارسطو در آن برهانی اضافی برضد وجود خلاء یافت.
در قرن سیزدهم آنچه که به نحو چشم گیر رشد و گسترش یافت، نیرو شناسی نبود، بلکه ایستاشناسی و تا حدی حرکت شناسی یعنی تحقیق در میزان های حرکت بود، که تحولات چشمگیرتر آن به ویژه در مکتب جوردانوس نموراریوس (دومین استاد کل جامعه کاهنان متوفی در سال 1237) آشکار است.
اصل موضوع جوردانوس: قدرت محرکی که می تواند وزن معینی را تا مقداری ارتفاع بالا برد، وزن k سنگین تر از آن را به اندازه 1/k آن ارتفاع بالا خواهد برد و همین گفته نطفه اصل جا به جا شدن های بالقوه است.
مکانیک همچنین بر اندیشه ترکیب حرکت ها مشتمل بود. ثابت شده بود که اگر یک جسم با دو سرعت همزمان که نسبت ثابتی با یکدیگردارند، حرکت کند در امتداد قطر مستطیلی حرکت خواهد کرد که با خط هایی متناسب با آن سرعت ها ساخته شده است و نیز اگر نسبت سرعت ها تغییر کند، حرکت برآیند در امتداد یک خط مستقیم نخواهد بود، بلکه در امتداد یک خط منحنی است.
جوردانوس، این اندیشه را در حرکت جسمی که در امتداد یک مسیر مایل حرکت می کند به کار برد و ثابت کرد که یک نیروی موثر یا قدرت محرک را که به وسیله آن، جسمی به حرکت در آمده، در هر لحظه می توان به دو نیرو تجزیه کرد که یکی گرانش طبیعی رو به مرکز زمین است و دیگری یک نیروی پرتاب افقی. وی جزء گرانشی را "گراویتاس سکوندوم سیتوم" یا "گرانش وابسته به وضع" نامید و نشان داد که هر چه مسیر، میل بیشتری داشته باشد یعنی به خط افق نزدیکتر باشد، این مؤلفه کوچک تر است.
در رساله دیگری از جوردانوس مطالبی مربوط به اهرم زاویه دار و اجسام قرار گرفته بر روی سطح شیبدارآمده است: وزنه ها هنگامی در تعادل قرار خواهند گرفت که فاصله های افقی آنها از خط قائمی که بر نقطه اتکا گذشته است، با یکدیگر برابر باشد. به نظر می رسد وی از این اصل کلی تر آگاه بود که همه وزنه ها در آن هنگام تعادل پیدا می کنند که به فاصله های افقی نسبت معکوس داشته باشند و این اصلی است که اندیشه بنیادی گشتاور ایستاشناختی را در بر می گیرد. همچنین در مورد نسبت وزنه ها، هنگام بحث از مؤلفه گرانشی که بر روی اجسام قرار گرفته بر سطح شیب دار تأثیر می کند، به این نگته اشاره کرده است که: گرانش وابسته به وضع یک جسم، در همه نقاط سطح، یکسان است و نتیجه گیری وی چنین است: اگر دو وزن بر سطح هایی با شیب های متفاوت فرود آیند و وزن ها، با طول های دو سطح شیبدار، نسبت مستقیم داشته باشند، قدرت محرک این دو وزن در فرود آمدن آنها با یکدیگر برابر است.
از این اندیشه های ارسطویی و باز مانده هایی از مکانیک اسکندرانی که تنها مشتمل بر آثار کوچک ارشمیدس است، جوردانوس و مکتب وی، تعدادی از اندیشه های مهم مکانیکی را استخراج کردند که بعد ها در قرن هفدهم گالیله و دکارت به آن پرداختند.
2) فیزیک از رنسانس تا انقلاب علمی:
جنبش علمی اواخر قرون وسطی بر علم فیزیک تمرکز پیدا کرد ، زیرا این زمینه ای بود که در آن می شد دقت نظر و آزادی اندیشه را که در رشته های دیگر دشوارتر و یا حتی محال بوود اعمال کرد . کاری بود که در قرون بعد دنبال می شد ، در عصری که رنسانس نام گرفته است .و ادامه می یافت تا دوره ای که غالباٌ دوران انقلاب علمی خوانده می شود. البته پیشرفت فیزیک در دوره رنسانس تا اندازه ای ناامید کننده است.
مکانیک: پیشرفت مکانیک در رنسانس عمدتا مدیون تلاش های یک نفر بود: سیمون استه وین ، او در سال 1548 در بروگه به دنیا آمد. او فرزند نامشروع والدینی ثروتمند بود. برجسته ترین آثار او عبارتند از:" استاتیک و اصول هیدرواستاتیک" . او در کتاب اصول استاتیک خود کاری را که هجده قرن پیش ارشمیدس آغاز کرده بود دنبال کرد . او به بحث در نظریه اهرم ها ، مرکز ثقل اجسام و مهم تر از همه قضیه رفتار اجسام بر روی سطح شیبدار پرداخت . با همین آخری بود که او مهم ترین کشف خود یعنی قانون سطوح شیبدار را اعلام کرد. این قانون را او با "کلوت کران ها " یا رشته گوی ها به اثبات رساند .قانون استه وین: کشش رو به پاین به سوی مرکز زمین با طول سطح شیبدار نسبت معکوس دارد .یا به گفته دیگر هر چه طول سطح کمتر باشد ، نیرو بیشتر است . کار او را شاید بوان یک "آزمایش فکری" دانست که نتایجش شالوده چیزی شد که ما اکنون " متوازی الاضلاع نیروها " می نامیم و در حل مسائل استاتیک بسیار ضروری است . هنگامی که او به این نتیجه دست یافت اظهار داشت : "آنچه شگفتی می نماید شگفتی نیست " .
اصول هیرو استاتیک استه وین نخستین کتاب منسجم در این باب از زمان ارشمیدس به بعد بود و جابجایی در اثر غوطه ور شدن جسم در آب را به خوبی و سادگی توضیح می داد . توضیحی نیز برای " پارادوکس هیدرواستاتک " داشت ، بنا بر این قانون : نیرویی که مایع داخل ظرف بر کف آن وارد می کند فقط به سطح تحت فشار و ارتفاع مایع بستگی دارد و هیچ رابطه ای با شکل ظرف ندارد .
افزون بر این استه وین چند رساله کوتاه درباره موارد استفاده عملی از برخی اصول مکانیک منتشر ساخت . کارش در ارتش نیز او را بر آن داشت که مطالبی هم درباره استحکامات نظامی و ادوگاه های صحرایی ، آب بند ها و حوضچه های واسط برای انتقال کشتی ها از سطحی به سطح دیگر و نیروی باد و آسیای بادی بنگارد.
مغناطیس و نور شناسی :
برجسته ترین کار در دوره رنسانس ، در زمینه قوه مغناطیسی ، یقینا کار ویلیم گیلبرت بود که در سال 1540 در کلچستر به دنیا آمد و بعد ها در کمریج درس طب خواند. گیلبرت شهرت خود را مدیون کتابی با عنوان " دماگنت " است که در سال 1600 در لندن انتشار داد. در آن کتاب کل مطلب را به تفصیل مورد بحث قرار می دهد و نه تنها قطب نمای مغناطیسی بلکه رفتار خود آهنربا و نیروی جذب و دفع آن را نیز بررسی می کند.
گیلبرت جاذبه کهربا (جاذبه الکترواستاتیک) و جاذبه مغناطیسی را به روشنی از یکدیگر تمیز داد. او گفت که هرآهنربایی در پیرامونش یک " حوزه نفوذ نامرئی " دارد و بر هر چیز آهنی در مجاورش اثر می گذارد. پس از بحث در خواص دیگر، او پیش تر رفت و نشان داد که هر آهنربای کروی شکل کوچکی می تواند نمونه کره زمین باشد. اوهمچنین با استفاده از آهنربا های کوچک، چیزی را در مورد زمین نشان داد که ما امروزه آنرا "میدان مغنلطیسی" می نامیم . او با فرض اینکه زمین خود یک آهنربای عظیم است، انحراف و شیب مغناطیسی و تمایل عقربه قطب نما به ایستادن در راستای شمال و جنوب را توضیح داد. این بی تردید فکر بکری بود ،اما آنچه گیلبرت احساس کرد، باید با شواهد تجربی مهر تایید می خورد. فکر او در قرون بعدی میوه داد و توسعه چشمگیری پیدا کرد.
شاخه دیگری از فیزیک که در دوره رنسانس مورد توجه قرار گرفت "نور شناسی" بود. عینک برای کمک به دید در اواخر قرن سیزدهم در ایتالیا ساخته شد و در قرن شانزدهم در سراسر روپا مورد استفاده بود، شاید به این دلیل که با انتشار کتب چاپی تعداد با سوادها افزایش یافته بود. جالب اینکه در این زمان عینک نشانه با سوادی و حتی تقدس به شمار می آمد.
3- فیزیک در قرون اخیر:
1) فیزیک در قرن هفدهم و هجدهم:
اینک به دوره ای می رسیم که در آن علم نوین سرانجام پا به میدان نهاده و فتوحات بی سابقه خود را آغاز کرد. از ابتدای قرن هفدهم تا انتهای قرن هجدهم نگرش عمومی به جهان طبیعت به گونه ای تغییر کرد که بی شک کپرنیک را به حیرت فرو برد. انقلابی که او آغاز کرده بود، چنان سریع و چنان وسیع ریشه دواند که نه تنها اختر شناسی بلکه فیزیک را نیز دگرگون ساخت واین که رخ داد، جدایی از آخرین ذرات علم ارسطویی کامل شد.
نور شناسی:
علم فیزیک در قرون هفدهم و هجدهم تحرک زیادی یافت و در پاره ای زمینه ها پیشرفت چشمگیری کرد، به خصوص در نور شناسی، بررسی ماهیت خلاء، مطاله حرارت، الکتریسیته و نیروی مغناطیسی در نور شناسی، از اختراع تلسکوپ پیش از این سخن رفته است، اما تاکنون چیزی درباره آن صورت دیگر ترکیب عدسی ها – میکروسکوپ – گفته نشده است.
مهم ترین پیشرفت های علمی در نور شناسی در قرون هفدهم و هجدهم در زمینه شکست نور و نظریات مربوط به ماهیت خود نور به دست آمد. از دیر باز دانسته بود که عدسی ها نور را می شکنند و مسیر آن را تغییر می دهند، اما نسبت دقیق میان زاویه پرتو ورودی به شیشه یا آب و زاویه خمش یا چرخش آن روشن نبود. در حدود سال 1621 ویلبرارت اسنل در لایدن این نسبت را کشف کرد. نسبت مذکور از آنجا که با استفاده از سینوس زوایا به دست می آید به " قانون سینوس" معروف است. اما انتشار این نتیجه مهم به دوش کسان دیگری افتاد، به ویژه کریستیان هویگنس و رنه دکارت...
قانون اسنل با زبانی ساده ولی دقیق توضیح می داد که چه اتفاقی می افتد وقتی نور از یک محیط شفاف (هوا،آب،شیشه وغیره) به محیط شفاف دیگری میرود، اما بیان علت آن به مراتب دشوارتر بود. از دکارت، با فلسفه فراگیرش درباره جهان طبیعت، می شد انتظار داشت که نظری درباره نور وعلت شکست آن داشته باشد، و بی شک داشت. او معتقد بود که نور، نیروی ناشی از لرزش ذرات تشکیل دهنده اجسام است. دکارت همچنین باور داشت که نور، گرچه در محیط شفافی که همه فضا را اشغال کرده است با سرعت بی نهایت سفر می کند، ولی در محیطی مثل آب آهسته تر و در هوا از آن هم آهسته تر حرکت می کند، زیرا هوا غلظت کمتری دارد و لرزش ها را کمتر منتقل می کند. امروزه ما می دانیم که این نظریه نادرست است. هر چه غلظت محیط بیشتر باشد، سرعت نور در آن کم تر خواهد بود. ولی دکارت تنها کسی نبود که قضیه را با لرزش پیوسته ذرات اجسام توضیح داد و به جواب غلط رسید. رابرت هوک و کریستیان هویگنس نیز به همین نتیجه رسیدند.
به استناد هویگنس، نور عبارت است از یک رشته امواج انفجاری است که درون ماده ای نامریی به نام اثیر راه خود را می گشایند. سرعت این امواج بسیار زیاد است، ولی بر خلاف تصور رایج، بی نهایت نیست. این نظر درست در مورد سرعت نور را هویگنس از کار تازه اله رومر اختر شناس دانمارکی نتیجه گرفت.
امواج هویگنس تابع هیچ نظم و قاعده ای نبودند و به گمان او از هر نقطه جسم نورانی ساطع می شدند. او همچنین معتقد به وجود "موجک های ثانویه " بود و باور داشت که هر نقطه در جلوی هر موج انفجاری او منشأ ظهور امواج انفجاری دیگری می گردد و این تا به آخر ادامه می یابد. این موجک های ثانویه برای شکست و باز تابش نور به کار می رفت.
نظریه هویگنس به ویژه در انگلستان با انتقادات سختی روبرو شد. هویگنس ادعا کرده بود که امواج نوری در محیط غلیظ تر آهسته تر حرکت می کند و اینک هالی می پرسید اگر چنین است، وقتی دوباره وارد محیط رقیق تر می شود با چه نیرویی از نو شتاب می گیرد؟ این ایراد در آن زمان، با توجه به نوع امواجی که هویگنس مجسم ساخته بود ، کاملا بجا به نظر می رسید. اما مهم تر از این انتقادات نیوتن بود که می خواست بداند اگر نور توسط امواج فشاری منتشر می گردد، چرا دور اجسام نمی پیچد؟ همچنین می پرسید که چرا نظریه هویگنس نمی تواند پدیده " شکست مضاعف " را توضیح دهد که آن را اراسموس بارتولینوس به تازگی کشف کرده بود. (این پدیده در بلور های ماده ای مانند سنگ آهک ایسلندی یا کلسیت به چشم می خورد که پرتو نور را به دو مؤلفه مجزا تجزیه می کند) اما این انتقاد، چندان منصفانه نبود، چون نظریه خود نیوتن نیز نمی توانست توضیحی برای آن ارائه دهد.
نظر خود نیوتن این بود که نور جریانی از" ذرات" است توضیح او برای این حقیقت که نور گاهی بعضا می شکند و بعضا باز می تابد (مثل حالت " ویترین " مغازه که نه تنها می توان از آن به داخل نگاه کرد بلکه می توان تصویر خود را نیز در آن دید) این بود که ذرات نور، در هنگام عبور از یک ماده شفاف به ماده ای دیگر، درگیر "حملات بازتاب ساده وحملات شکست ساده" می شود او می اندیشید که این حملات ناشی از نحوه لرزش ذرات است در موقعی که از منبع نورخارج پرتاب می گردند. همین لرزش است که، درلبه اجسام، باعث می شود که ذرات نور، موجد آن اثرات رنگی حاشیه ای گردد که گریمالدی مشاهده کرده و نیوتن در آزمایش های خود تا حدی مورد تایید قرار داده بود.
حرارت:
حرارت همیشه چیزی مرموز نموده بود، ولی تا زمان تأسیس آکادمی ادل چیمنتو آزمایش هایی انجام گرفته بود که دستکم راه را برای برداشتن نخستین گام ها در راستای برخورد علمی با موضوع از طریق طرح ابزار هایی برای اندازه گیری دما باز کرده بود.
روشن نیست دماسنج را چه کسی اول اختراع کرد:
گالیله، رابرت فلاد هرمسی، کرنلیوس در بل فیزیکدان هلندی (که یقینا یک دما پا برای ثابت نگه داشتن دمای کوره اختراع کرد) یا سانتوریو پزشک ایتالیایی.
در هر حال این پیش از آن بود که دریافته شد مقیاس دماسنجی باید دو نقطه ثابت – یک "نقطه انجماد " و یک " نقطه جوش "- داشته باشد تا در علم به کار آید.
دو مقیاس دماسنجی معروف دیگر در قرن هجدهم پدید آمد: مقیاس سیلسیوس یا درجه سانتیگراد و مقیاس رئومور.
در اولی که طرح آندرس سلسیوس بود و در سال 1742 به وسیله جامعه سلطنتی سوئد منتشر شد، نقطه جوش آب در یک انتها (100) و نقطه انجماد آن در انتهای دیگر (صفر) قرار گرفته بود.
تقریبا در همان زمان ، رنه آنتوان رئومور سرگرم آزمایش با یک دماسنج الکلی بود. او متوجه شد که الکل در فاصله نقطه انجماد آب تا نقطه جوش آن، 80 قسمت از یک مقیاس هزار قسمتی را با انبساط خود طی می کند. او در سال 1730 یک مقیاس دماسنجی 80 درجه ای فراهم آورد که تا مدت ها در برخی کشور های اروپایی غربی مورد استفاده بود.
دماسنج تلاشی برای اندازه گیری درجه حرارت بود، ولی خود حرارت چه بود؟ دانشمندان بسیاری در قرون شانزدهم و هفدهم کوشیدند به این پرسش پاسخ دهند. در مجموع ، دو نظر عمده وجود داشت: یکی می گفت حرارت ناشی از ارتعاش اجزای ماده است، و دیگری می گفت حرارت یک سیال "سنجش ناپذیر" است (سیالی که نه می توان وزنش کرد و نه پیمانه اش کرد) پی یر گاسندی، اختر شناس و فیلسوف فرانسوی، نیز می گفت ذرات گرم و سردی وجود دارد که حضورشان علت گرما و سرماست.
جوزف بلک متولد شده در سال 1728در گلاسگو بزرگترین کار او درک این نکته بود که اجسام مختلف از ظرفیت های حرارتی متفاوتی برخوردارند. پیش از آن مطرح شده بود که اجسام، در دمای یکسان همه ، دارای یک مقدار حرارتند، ولی بلک مخالف بود، او مدعی شد که تکه نمدی از جنس پشم آهن، گرم تر از قطعه چوبی به همان اندازه در همان دماست، زیرا آهن دارای گرمای بیشتری است به عبارت دیگر، ظرفیت آن برای اندوختن گرما بیشتر است. این در دهه 1760 او را به سوی مفهوم "گرمای ویژه" – ظرفیت جذب حرارت– سوق داد و او توانست برای اندازه گیری آن روشهایی ارائه دهد. بلک همچنین حرارت لازم برای تغییر حالت جسم – فی المثل تبدیل یخ به آب و آب به بخار– را بررسی کرد.
آزمایش هایی که در این زمینه انجام داد او را به سوی مفهوم دیگری بردند که آن را "گرمای نهفته " نامید، یعنی گرمایی که برای ایجاد تغییر حالت جسم لازم بود. این مفاهیم ، هر دو، بسیار اهمیت داشتند و موجب برخوردی کمی با موضوعی شدند که در آغاز قرن هفدهم رام نشدنی به نظر رسیده بود. همچنین کاربرد های علمی مهمی داشتند که قابل ذکرترینشان ساخت متراکم کننده جداگانه ای برای ماشین بخار به دست جیمز وات بود، اختراعی که ماشین بخار را متحول ساخت این نتیجه مستقیم کار نظری بلک بود زیرا وات چندی ابزار ساز علمی دانشگاه گلاسکو بود و با بلک و نظرات وی آشنا شده بود.
برق :
سومین تحول بزرگ درفیزیک در قرون هفدهم و هجدهم مطالعه برق بود.اثرات الکتریکی از قدیم شناخته بود (اصلا خود لغت " الکتریسیته " مشتق از واژه یونانی الکترون به معنی کهرباست، چون ظاهرا تنها چیزی که از برق می دانسته اند این بوده که اگر کهربا مالش داده شود می تواند برگ های کوچک را جذب کند.) از آنجا که کهربا از جهتی همانند سنگ مغناطیس عمل می کرد که تکه های آهن را جب می کند، تمایز میان خاصیت مغناطیسی و آنچه که امروزه ما آن را الکتریسیته " ساکن " می نامیم – و الکتریسیته ای است که از مالیدن بعضی مواد ناشی می شود – تا حدی در ابهام بود.
ویلیام گیلبرت مطالعاتی در مورد الکتریسته ساکن انجام داد، ولی به این نتیجه رسید که موضوعی پیش پا افتاده است و شاید پیش پا افتاده می ماند اگر" ماشین الکتروستاتیک " پدید نمی آمد. اصل اختراع آن را به یک دیپلمات و مهندس آلمانی به نام اتوفون گیریکه نسبت می دهند. یکی از نظراتی که او را به خود مشغول ساخت این بود که اجرام آسمانی با نیرویی مغناطیسی بر یکدیگر اثر می گذارند. او به فکرافتاد که آزمایش های گیلبرت با آهنربای کروی را اصلاح کند، از این رو کره های از جنس مواد معدنی و به زعم خود از جنس کره زمین ساخت. کره مقدار زیادی گوگرد داشت – او بعدا کره ای از گوگرد خالص ساخت – و با چرخاندن و به طور همزمان مالیدنش دارای نیروی کششی می شد و جرقه می زد. او درنیافت که اینها ناشی از تولید الکتریسیته ساکن است.
در رشته برق همچون در سایر رشته های فیزیک، آزمایشگران علاقه مند بودند برخوردی کمی در پیش گیرند.
در دهه 1760 و 1770 با آزمایش های فرنکلین و شیمیدان و فیزیکدانی به نام جوزف پریسلی و آزمایشگر میلیونر غریبی به نام هنری کاوندش روشن شد که نیروی جذب و دفع بار الکتریکی مانند نیروی جاذبه مطابق عکس مربع فاصله تفاوت می کند. یک فیزیکدان و مهندس فرانسوی به نام شارل کولن بود که در سال 1785 توانست با "ترازوی پیچشی " خود به دقت لازم دست یابد. این ابزار دارای یک گوی باردار یا یک آهنربا بود که به یک سر یک بازوی افقی آویخته به انتهای یک سیم نقره ای نازک متصل بود. اگر در حالی که بازوی افقی بی حرکت بود، یک گوی باردار دیگر (یا یک آهنربای دیگر) در فاصله معینی از آن قرار می گرفت، بازو می چرخید در حالی که سیم نقره ای در برابر پیچش مقاومت می کرد. در نتیجه مقدار گردش بازوی افقی متناسب با نیروی جذب یا دفع وارده بود . این ترازو که فوق العاده ساده و در عین حال نبوغ آسا بود، مانند همه ابزارهای دقیق، بسیار حساس بود. این ابزار به کولن اجازه داد به اثبات برساند که نه تنها اجسام باردار بلکه آهنرباها نیز یکدیگر را با نیرویی که دقیقا با مربع (مجذور) فاصله آنها از یکدیگر تغییر می کند جذب می کنند.
آخرین تحول در رشته برق در قرن هجدهم توسط یک استاد مامائی به نام لوئیجی گالوانی شروع شد او شروع به آزمایش هایی برای بررسی واکنش پاهای عقبی قورباغه در موقع اتصال جریان الکتریسیته ساکن به آنها نمود. نخست او پی برد که پاها درموقع ورود بار الکتریکی به ستون فقرات قورباغه در در ناحیه بالای پاها دفعتا جمع می شدند. او به این نتیجه جالب نیز رسید که پاهای قورباغه حتی اگر کاملا عایق باشند باز هم جمع می شوند تا زمانی که اعصاب مربوط با زمین ارتباط الکتریکی داشته باشند. گالوانی این نتایج را ناشی از " الکتریسیته حیوانی " دانست. او گمان کرد نظری را در قرن هجدهم بارها مطرح شده و مورد بحث قرار گرفته بود به اثبات رسانده است: این که اعصاب و عضلات حیوانات دارای سیالی غیر قابل توصیف مانند سیال الکتریکی است. ولی آن نتایج ابدا ربطی به این نداشت و اصلا چنین سیالی وجود نداشت. اتفاقات عجیب و غیر منتظره ای که او مشاهده کرده بود ناشی از تماس دو فلز ناهمسان در محیطی مرطوب بود این علت واقعی را آلساندرو ولتا استاد فیزیک تجربی دانشگاه بولونیا کشف کرد که در سالهای 1792 و 1793 در خلاصه مذاکرات فلسفی جامعه سلطنتی چنین نوشت: " فلز مورد استفاده در آزمایش، وقتی با بدن مرطوب حیوان تماس پیدا می کند، می تواند خود...تحریک کند و سیال الکتریکی را به حرکت در آورد ..." بحث با گالوانی ادامه پیدا کرد، ولی ولتا در سال 1799 با ساختن وسیله ای که واقعا از خود برق بیرون می داد مقصود خویش را به اثبات رساند. این وسیله از تعدادی صفحه از جنس مس و روی تشکیل می شد که لا به لایشان صفحات مقوایی مرطوبی گذاشته شده بود. این نه تنها نخستین باطری الکتریکی بلکه همچنین نخستین منبعی بود که جریان الکتریکی پیوسته ای در اختیار می گذاشت.
نتیجه گیری و حرف پایانی:
آنچه از که از نظر گرامیتان گذشت مشتی بود نمونه خروار، وگرنه تاریخ علم فیزیک خیلی پر فراز و نشیب تر از آن است که بخواهیم در جستاری کوتاه به آن بپردازیم.
همانطور که در این مقاله خواندید: در طول سال ها (از قرون اولیه تا قرون اخیر) نظریات قدیمی جای خود را به نظریات جدیدتر دادند و هر نظریه، نظریه قبلی خود را به شکلی نقض و منسوخ کرده است.
چیزی که در این جستار تاریخی برای خودم هم جالب به نظر رسید پشتکار و سعی و تلاش دانشمندان بود ک در خیلی از آزمایش ها ناموفق بودند و به نتیجه نرسیدند اما به راه خود ادامه دادند...
بنابر حدیث پیامبر (ص) که فرمودنددانش اگر در ثریا هم باشد مردانی از سرزمین پارس بدان دست خواهند یافت.)
جوانان امروز ایران همه باید راه علم را پیموده تا به مقصد خود که همان کمال علم است، برسند. راه آنقدر هم سخت و نشدنی نیست و فقط پشتکار و سعی لازمه ی خود باید قرار داد.
انشاالله که همگی بتوانیم قدمی هرچند کوچک برای آبادانی این سرزمین برداریم.
1) فیزیکدانشگاهی– جلد اول – نویسندگان:سیزر، زیمانسکی، یانگ، فریدمن – ویراست دوازدهم- مؤسسه نشر علوم دانشگاهی.منابع و مآخذ
2) فیزیک و آزمایشگاه (2)– چاپ دوازدهم 1390 – شرکت چاپ و نشر کتاب های درسی ایران «سهامی خاص»
3) مجله آموزشی، تحلیلی، اطلاع رسانی رشد آموزش فیزیک – دفتر انتشارات کمک آموزشی – مدیر مسئول: محمد ناصری. سردبیر: دکتر منیژه رهبر – دوره بیست و چهارم، شماره 4 _ تابستان 1388
4) وبلاگ تاریخ و فلسفه علم به آدرس: http://hosc.blogfa.com
* انشاالله که مورد عنایت پروردگار و مولا و سرورمان حضرت مهدی صاحب الزمان (عج) قرار بگیرد. *
عبدعاصی: محمد رسولی
Email:mohammad.ra74@yahoo.com
Www.mohammad-rasouli.blogfa.coM
دوست عزیز، به سایت علمی نخبگان جوان خوش آمدید
مشاهده این پیام به این معنی است که شما در سایت عضو نیستید، لطفا در صورت تمایل جهت عضویت در سایت علمی نخبگان جوان اینجا کلیک کنید.
توجه داشته باشید، در صورتی که عضو سایت نباشید نمی توانید از تمامی امکانات و خدمات سایت استفاده کنید.
پاسخ با نقل قول
نوشته اصلی توسط kahrupay
علاقه مندی ها (Bookmarks)