گروه نرم افزاری آسمان

.IV- فیزیک


فیزیک و شیمی، برخلاف جغرافیا و زیستشناسی، ستیزه آشکار کمتری با معتقدات کهن داشتند، زیرا آن دو سر و کارشان با اجسام، مایعات و گازها بود، که ظاهرا با الاهیات و اصول دینی رابطهای نداشتند; اما توسعه دانش در همان قلمرو مادی خود موجب گسترش قانون و سست کردن اساس اعتقاد به معجزات شد. تحصیل فیزیک به علایق فلسفی بستگی نداشت، بلکه به نیازمندیهای بازرگانی و صنعتی متکی بود. دریانوردان، که ستارهشناسان را ترغیب کرده بودند تا از آسمانها دقیقتر نقشه برداری کنند، اکنون برای ساختن ساعتی که در اغتشاشات و آشفتگیهای دریاها بتواند طول جغرافیایی را پیدا کند جایزه معین کرده بودند; در دریا طول جغرافیایی را میتوانستند با مقایسه لحظه طلوع آفتاب یا نصفالنهار با زمانی که در آن لحظه یک ساعت میزان شده بادقت گرینیچ یا پاریس نشان میدهد تعیین کنند; اگر آن ساعت دقیق نبود، محاسبه به وضع خطرناکی اشتباه درمیآمد. هویگنس در سال 1657 یک ساعت قابل اطمینان را با اتصال آونگی به چرخ دنگ دندانهدار اختراع کرد، ولی این ساعت در تلاطم کشتی بیفایده مینمود.1 هویگنس، در پی آزمایشهای بسیار و با کار گذاشتن یک چرخ تعادل که با دو فنر کار میکرد به جای آونگ، یک ساعت موفق دریایی ساخت. این یکی از نظریات درخشانی بود که در کتاب ساعت آونگی، یکی از آثار کلاسیک دانش نو که در پاریس در 1673 منتشر شد، از طرف وی ابراز گردید. هوک، سه سال پس از آن، چرخ دنگ لنگری ساعتها را اختراع کرد، فنرهای مارپیچ را برای چرخ تعادل ساعتهای کوچک کار گذاشت، و کار فنر را با قانون “هرچه کشش بیشتر، نیرو بیشتر” تشریح کرد; این را هنوز هم به نام قانون هوک میشناسند. ساعتهای جیبی را اکنون میتوانستند ارزانتر و بهتر از سابق بسازند. هویگنس، در ساعت آونگی و تفسیری دیگر، به بررسی قانون گریز از مرکز پرداخت به این معنی که هر ذره از یک جسم دوار که در محور چرخش نباشد، تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز، که با دوری آن از محور و با سرعت چرخش شدت مییابد، قرار میگیرد. وی یک کره سفالی را به سرعت به گردش درآورد و پی برد که طرفین محور شکل نیمکرهای که در دو انتها مسطح شدهاند به خود گرفتند. با درنظر گرفتن قانون گریز از مرکز، وی مسطح شدن قطبی سیاره مشتری را تشریح کرد و، بر این قیاس، چنین نتیجه گرفت که زمین نیز بایستی در قطبین اندکی مسطح باشد.

1. لئوناردو دا وینچی در حدود سال 1500 نقشه یک آونگ و مکانیزم یک چرخ دنگ را کشید. گالیله قوانینی چند برای آونگ تنظیم کرد و در 1641 فکر یک ساعت آونگدار در ذهنش نقش بست، ولی پیش از آنکه آن را بسازد، درگذشت. کامرینی در 1656 ساعت آونگی کوچکی را، درست چند ماه پیش از هویگنس، ساخت.

رساله قانون اجسام و کوبش هویگنس (1703)، که هشت سال پس از مرگش منتشر شد، مطالعات و تحقیقات گالیله، دکارت، و والیس را تداوم میبخشید. اینها، از بازی بیلیارد گرفته تا تصادم ستارگان، همه نشان اسرار هیجانانگیزی بودند. نیرو چگونه از یک شی متحرک به شیئی که به آن برخورد میکند منتقل میشود هویگنس این رمز را حل نکرد، لیکن قوانینی اصولی بیان داشت:
1 -اگر جسمی متحرک با جسمی ساکن برخورد کند، جسم متحرک پس از تصادم میایستد، و حال آنکه جسم ساکن سرعت جسم تصادمکننده را کسب خواهد کرد.
2- اگر دو جسم مساوی با سرعتهای نامساوی با یکدیگر برخورد کنند، پس از تصادم با سرعتهای متبادله به حرکتشان ادامه خواهند داد.
3- در برخورد متقابل دو جسم، حاصل ضرب جرمهای آن دو در مجذور سرعتهای نسبی آنها در قبل و بعد از برخورد یکسان است.
گزاره هایی که هویگنس آنها را 1669 صورتبندی کرد تا حدودی جامعترین اصل فیزیک جدید، یعنی بقای انرژی، را بیان داشتند. ولی این گزاره ها فقط حقیقتی فرضی و معنوی داشتند، زیرا حالت ارتجاعی اجسام را کامل فرض میکردند. چون هیچ جسمی در طبیعت کاملا ارتجاعی نیست، پس سرعت نسبی اشیای تصادم کننده نسبت به ماده متشکله آنها کاهش مییابد. نیوتن این مقدار کاهش را برای چوب، چوب پنبه، فولاد و شیشه در تفسیر مقدماتی کتاب اول اصول خود تعیین کرده است (1687). یک رشته تحقیقات دیگر از تجربیات فشار جو توریچلی و پاسکال سرچشمه گرفتند. پاسکال در 1647 اعلام کرد که “هر ظرف را هر قدر که بزرگ باشد میتوان از هر مادهای که در طبیعت شناخته شده یا قابل ادراک است تخلیه کرد.” فلسفه اروپایی چهارصد سال بود که ندا در میداد که “طبیعت با خلا سازگار نیست;” حتی در این زمان یک استاد پاریسی به پاسکال اطلاع داد که فرشتگان هم نمیتوانند خلا به وجود بیاورند; و دکارت با تحقیر اظهار داشت که تنها خلا موجود در مغز پاسکال است. لیکن در حدود سال 1650 اوتو فون گریکه در ماگدبورگ تلمبهای بادی ساخت که تقریبا چنان خلا کاملی به وجود آورد که بزرگان کشورش و روشنفکران دنیای علم را با تجربه مشهوری به نام “نیمکره های ماگدبورگ” به حیرت انداخت (1654). وی در حضور امپراطور فردیناند سوم و اعضای مجلس پادشاهی در راتیسبون دو نیمکره برنزی را روی هم گذاشت بدان گونه که لبه های آنها محکم و بدون کوچکترین منفذی روی هم قرار گرفت; با تلمبه هوای درونی آن دو را بیرون کشید; سپس نشان داد که نیروی به هم پیوسته شانزده اسب هشت اسب یک طرف و هشت اسب طرف دیگر نمیتواند این دو نیمکره را از هم جدا سازد; ولی همینکه شیری را که به یکی از نیمکره ها مربوط بود باز کرد و هوا در آن وارد شد، آن دو ظرف کروی با دست از هم جدا شدند. گریکه استعداد خاصی داشت که میتوانست فیزیک را برای امپراطوران قابل فهم کند. با

خالی کردن آب و هوای درون یک کره مسی باعث شد که با صدای بلند و وحشتانگیزی فرو افتد; وی با این عمل فشار جو را نمایش داد. دو کره مساوی و هموزن را متعادل ساخت و یکی را با تخلیه هوای دیگری به زمین انداخت و در نتیجه ثابت کرد که هوا وزن دارد. وی معترف بود که خلا هیچ گاه کامل نیست، ولی نشان داد که در همین خلا ناقص شعله آتش خاموش میشود، جانداران خفه میشوند، و صدای ساعتی که زنگ میزند شنیده نمیشود; در نتیجه، راه را برای کشف اکسیژن باز کرد و نشان داد که هوا وسیله نشر صوت است.
او با استفاده از دستگاه مکنده تلمبه تخلیه هوا آب را بالا کشید و وزنه ها را بالا برد و در تهیه موتور بخار سهیم شد. چون به مقام شهرداری ماگدبورگ رسید، تا سال 1672 انتشار کشفیاتش را به تاخیر انداخت; لیکن آنها را برای کاسپارشوت، استاد فیزیک یسوعی مذهب در وورتسبورگ، فرستاد و او در 1657 گزارشی از آنها را انتشار داد. همین انتشار بود که بویل را تحریک کرد تا به تحقیقاتی بپردازد که به قانون فشار جو انجامیدند.
رابرت بویل از مهمترین عوامل شکوفایی دانش انگلیسی در نیمه دوم قرن هفدهم بود. پدرش ریچارد بویل، ارال آو کورک، املاک وسیعی در ایرلند فراهم آورده بود، و رابرت بیشتر آنها را در هفدهسالگی به ارث برد(1644). در پی آمد و شدهای مکرر به لندن، با والیس، هوک، رن، و دیگر اعضای “کالج نامرئی” آشنا شد.
چون مفتون کارها و آرزوهایشان شده بود، به آکسفرد آمد و در آنجا یک آزمایشگاه تاسیس کرد (1654). وی مردی پر حرارت و متدین بود، به طوری که هیچ علمی نمیتوانست ایمانش را به نابودی کشاند. هنگامی که شنید اسپینوزا به جای خدا به جوهر عقیدهمند است، از مکاتبه با وی (از طریق اولدنبورگ) خودداری کرد; بیشتر دارایی خود را در راه دانش صرف کرد و به دوستان بسیاری یاری داد. وی، که بلند قامت، لاغر اندم، ضعیف، و دردمند بود، توانست با رژیم سخت غذایی دست مرگ را از خود دور سازد. در آزمایشگاهش به “آب لته1 که همه چیز را جز سرور انجام آزمایش از یاد میبرد” دست یافت.
بویل که اختراع تلمبه بادی گریکه آگاه شده بود، با یاری هوک “1657” یک “موتور بادی” برای مطالعه خواص جو اختراع کرد. با تلمبه و تلمبه های بعدی ثابت کرد که ستون جیوه در هواسنج با فشار هوا نگهداری میشود و چگالی هوا را به طور تقریب اندازه گرفت. آزمایش ادعا شده گالیله در پیزا بانشان دادن مقداری پر، که حتی در خلا ناقص به سرعت سنگ سقوط میکنند، تکمیل کرد. وی نشان داد که خلا بر نور موثر نیست و مثل صوت، هوا وسیله انتقال نور نمیشود; و نیز عقیده گریکه را مبنی بر اینکه هوا جز لاینفک زندگی است ثابت کرد. (موشی را که در خلا به حال اغما افتاده بود با طمع آزمایش و ورود هوا مجددا زنده



<398.jpg>
حکاکی روی نقاشی) ویلیام فیثورن: رابرت بویل. (آرشیو بتمان)



1. لته ]ین' “فراموشی”[، در اساطیر یونانی رود فراموشی در دنیای زیرین; مردگانی که وارد آن جهان میشدند و نیز ارواحی که از آنجا به صورت آدمی به عالم زندگان باز میگشتند، از آب آن مینوشیدند تا همه چیز را فراموش کنند.-م.

کرد). فعالیت بینالملل علوم را زمانی مشاهده میکنیم که میبینیم گریکه بر اثر کارهای بویل انگیخته میشود، به ساختن تلمبه بادی بهتری میپردازد و مطالعات علمی خود را از سر میگیرد; هویگنس هم، که بویل را در سال 1661 ملاقات میکند، به ساختن ابزار و انجام آزمایشهای مشابه کشانیده میشود. بویل درباره انکسار نور، بلور، وزن مخصوص، ئیدروستاتیک و حرارت به تحقیقات خلاقهای پرداخت. وی با صورتبندی قانونی که به نام خودش مشهور است فهرست خدمات دیگرش به فیزیک را گرانبارتر کرد. این قانون چنین بود: فشار گاز یا هوا با حجم خود نسبت معکوس دارد یا اینکه در درجه حرارت ثابت، حاصل ضرب فشار گاز در حجم آن ثابت است. وی این اصل را به سال 1662 اعلام کرد، ولی با کمال بزرگواری آن را به شاگردش ریچارد تاونلی نسبت داد. هوک با آزمایشهای جداگانه و مستقل در 1660 به این فرمول دست یافته بود، ولی تا سال 1665 آن را منتشر نکرد. یک کشیش فرانسوی به نام ادم ماریوت، همزمان با بویل، به نتیجهای مشابه دست یافته بود “هوا با فشاری که بر آن وارد میآید فشرده میشود.”; وی این نظر را در 1676 منتشر کرد و قانون فشار جو را در اروپا بیشتر به او منسوب میدارند تا به بویل. این قانون، صرف نظر از به وجود آورنده آن، از عوامل ایجاد موتور بخار و انقلاب صنعتی محسوب میشد. بویل و هوک این نظریه بیکن را که “حرارت حرکتی انبساطی است که به طور یکنواخت در سراسر جسم توزیع نشده است، بلکه در اجزای کوچکتر آن توزیع میشود” دنبال کردند. هوک حرارت را چنین تعریف کرد:”خاصیتی که در یک جسم بر اثر حرکت یا آشفتگی اجزای آن به وجود میآید” و با این تعریف آن را از آتش و شعله، که آن را ناشی از عمل هوا بر اجسام گرما دیده میدانست، جدا کرد. هوک گفت: “کلیه اجسام مقداری گرما و حرارت در خود دارند.” زیرا “اجزای اجسام، که حتی ممکن است جامدتر از آن هم نباشد، مرتعش میشوند.” سرما فقط یک بار منفی است. ماریوت با نشان دادن این که “سرما” میتواند بسوزاند موجب تفریح دوستانش شد; با یک تکه یخ مقعر نور آفتاب را بر باروت متمرکز ساخت و آن را منفجر کرد. یکی از دوستان اسپینوزا به نام کنت اهرنفرید والتر فون چیرنهاوس یک ظرف چینی و یک دلار نقره را با تمرکز نور آفتاب بر آنها آب کرد. در فیزیک صوت، دو نفر انگلیسی به نامهای ویلیام نوبل و تامس پیگت جداگانه ثابت کردند (حد 1673) که نه تنها همه قسمتهای یک نخ، بلکه اجزای آن نیز ممکن است هماهنگ با صدای بم یا زیر نخی نزدیک یا مربوط به آن، که کشیده، زده، یا خمانده شود، به ارتعاش درمی آید. دکارت این نظر را برای مرسن اظهار داشته بود، و ژوزف سووور، که روی این فکر کار میکرد، مستقلا به نتایجی مشابه نتایج این دو تن انگلیسی رسید (1700); ضمنا باید توجه داشته باشیم سووور، که برای نخستین بار از واژه آکوستیک (صوتشناخت) نام میبرد، از

کودکی کر و لال بود. جان شور در 1711 دیاپازون را اختراع کرد. کوشش برای یافتن سرعت صوت در این دوره به وسیله بورلی، و یونانی، پیکار، کاسینی، هویگنس، فلمستد، بویل، هاله و نیوتن صورت گرفت. با محاسبه آن در 343 متر در ثانیه به محاسبه فعلی ما نزدیکتر شد. ویلیام درم در 1708 به این موضوع اشاره کرد و گفت که با مشاهده فاصله زمانی بین درخشش برق و صدای رعد میتوان مسافت یک طوفان را محاسبه کرد. نیمه دوم هفدهم محتملا درخشانترین دوره تاریخ فیزیک نور بود. نخست، خود نور چه بود هوک، که همیشه آماده کاوش مشکلات بود، جسورانه اظهار نظر کرد که نور “چیزی جز حرکت خاص اجزای جسم نورانی نیست.” یعنی نور فقط از نظر حرکت سریعتر از اجزای متشکله جسم با حرارت فرق میکند.1 دوم، سرعت سیر آن چقدر بود دانشمندان قبلا میپنداشتند که سرعت نور بینهایت است، و حتی هوک متهور نیز میگفت که سرعت آن را به سبب بسیار زیاد بودن نمیتوان اندازه گرفت. اولائوس رومر، ستارهشناس دانمارکی که پیکار وی را به پاریس آورده بود، در 1675، با پی بردن به اینکه زمان خسوف نزدیکترین قمر وابسته به مشتری با دور و نزدیک شدن زمین سیاره فرق میکند، محدود بودن سرعت نور را ثابت کرد; با محاسبهای که بر اساس زمان دوران قمر مشتری و قطر مدار زمین به دست آمده بود، نشان داد که تفاوت حاصله در زمان رویت خسوف مربوط به زمانی است که نور قمر به مدار زمین میرسد، و به اتکای همین اساس ضعیف، سرعت نور را حدود 193,000 کیلومتر در ثانیه حساب کرد. برآورد فعلی در حدود 299,000 کیلومتر است. اما نور چگونه منتقل میشد آیا روی یک خط مستقیم حرکت میکرد اگر چنین بود، چگونه به همه گوشه ها سرایت میکرد فرانچسکو گریمالدی، استاد یسوعی مذهب بولونیا، پدیده انکسار را کشف (1665) و نامگذاری کرد یعنی اشعه نوری که از میان شکافی کوچک به درون اطاقی تاریک وارد میشود روی دیوار مقابل وسیعتر از خطوط مستقیمی پخش میشود که از منبع نور آمدهاند، و اینکه پرتوهای نور هنگامی که از کنار یک جسم کدر و مات میگذرند، از خط مستقیم اندکی منحرف میشوند و میشکنند; اینها، و یافته های دیگر، گریمالدی را بر آن داشتند تا نظریه لئوناردو دا وینچی را، که میگفت نور به صورت امواج قابل گسترش حرکت میکند، بپذیرد. هوک نیز آن را پذیرفت، لیکن هویگنس نظریه موجی را وضع کرد که هنوز بین فیزیکدانان متداول است. هویگنس در یکی دیگر از آثار کلاسیک دانش جدید، رساله نور (1690)، نتیجهای را که از مطالعات دوازدهساله خود کسب کرده بود توضیح داد: نور به

1. مقایسه کنید با مفهوم ذهنی کنونی ما از نور به عنوان انرژی تشعشعی قابل رویت. فرض بر این است که همه اجسام از خود انرژی تشعشعی پخش میکنند، تشعشع اشیایی که از حرارت بدن گرمتر باشند روی پوست به عنوان حرارت احساس میشود; لیکن اگر درجه حرارت شیئی به حد کافی افزایش یابد درخشان میشود. یعنی برخی از تشعشعات را چشم به صورت نور احساس خواهد کرد.

وسیله مادهای فرضی منتقل میشود به نام اثیر (نام یونانی آسمان) که از اجسام کوچک، سخت، و قابل اتساعی ساخته شدهاست که نور را از منبع نورانی به شکل امواج کروی پی در پی منتشر و منتقل میسازند. وی، بنا به همین نظریه، فرمول قوانین انعکاس، انکسار و انکسار، مضاعف را تنظیم کرد; و توانایی گسترش یا رسیدن نور به زوایا یا اطراف اجسام کدر را ناشی از حرکت حلقوی امواج دانست; و نیمه شفافی را چنین تعریف کرد که اجزای اثیر آن قدر خردند که میتوانند از اطراف و میان اجزایی که مایعات و جامدات شفاف را تشکیل میدهند بگذرند. لیکن خودش اعتراف کرد که نمیتواند قطبش نور را تعریف کند; این یکی از دلایلی بود که نیوتن فرضیه موجی را رد کرد و نظریه ذرهای نور را ترجیح داد. الکتریسیته در قرن هجدهم، پس از کار گیلبرت و کیرشر در مغناطیس و کابئو در دفع الکتریکی، پیشرفت نسبتا کمی داشت. هاله روی نفوذ مغناطیسی زمین بر عقربه های قطبنما مطالعاتی انجام داد و نخستین کسی بود که به ارتباط بین مغناطیس زمین و شفق شمالی آگاهی یافت (1692). گریکه در 1672 چند آزمایش در الکتریسیته مالشی انجام داد. یک گلوله گوگرد را در حال چرخاندن با دستش مالش داد و این گلوله، هنگام چرخیدن، کاغذ، پر و دیگر اشیای سبک را جذب و با خود حمل میکرد;وی این عمل را باعمل زمین مشابه دانست که هنگام چرخش، اشیای رو یا نزدیک سطح خود را همراه خود میچرخاند. وی دفع الکتریکی را با بالا و پایین پریدن تکه پر کوچکی بین زمین و یک گلوله فلزی که بار الکتریکی در آن بود ثابت کرد. با ثابت کردن این که یک بار الکتریسیته میتواند در یک نخ کتانی جریان پیدا کند و اگر اجسام را کنار گلولهای که بار الکتریسیته دارد قرار دهیم، جریان برق در آنها راه مییابد، پیشتاز مطالعات درباره هدایت الکتریسیته شد. فرانسیس هوکسبی، یکی از اعضای انجمن سلطنتی، روش بهتری را در تولید الکتریسیته به وسیله چرخش سریع یک گلوله شیشهای خالی و گذاشتن آن روی دستش توسعه بخشید (1705-1709); در نتیجه این اتصال، جرقه هایی به طول 25 میلیمتر برخاستند که روشنایی آن برای مطالعه کافی بود. یک انگلیسی دیگر به نام وال، که جرقهای مشابه تولید کرده بود، صدا و نور حاصله را به رعد و برق تشبیه کرد (1708). نیوتن در سال 1716 چنین مقایسهای کرد.
فرانکلین در 1749 آن ارتباط را تایید نمود. بنابراین، به نسبت سال به سال و ذهن به ذهن، از جزئی از اسرار آزارنده و فریبنده این عظمت غیرقابل نفوذ پرده برگرفته میشود.