فیزیک؛ سلوک در ژرفای گیتی

فیزیک بعد از دوره رنسانس

با آغاز قرن هفدهم میلادی (مطابق با قرنهای دهم و یازدهم هجری) فیزیک شکوفا شد محققان معدود بودند ولی از میان آنها شخصیت های بزرگی برخاستند. اصول کلی وضع و قوانین پایه گذاری شدند. قرن هفدهم در واقع یک دوره طلایی است.

گالیله (1564- 1642م)

فیزیک به سبب پیدایش نابغه ای همچون گالیله در ایتالیا پیشرفت داشت می توان گالیله را بنیان گذار فیزیک دانست  گالیله در ضمن اینکه به مشاهده پدیده ها به عنوان نقطه آغاز اهمیت می داد، روی نقش آزمایش تکیه می کرد و نتایج را با قواعد ریاضی دقیق بیان می کرد، سبب شد تا فیزیک بر پایه های استوار قرار گیرد. کارهای گالیله در اپتیک و نجوم می توان اصلاح دوربین نجومی، کشف ستارگانی که پیشینیان به سبب نداشتن وسیله قادر به رویت آنها نبودند، دفاع از عقیده کوپرنیک درباره منظومه شمسی دانست. مبارزه او برای تثبیت منظومه کوپرنیک خدمت بزرگی به فیزیک را نیز شامل شده است.

سلب اعتبار از فیلسوفان ارسطویی یک گام اساسی،تنزل دادن آنان به رتبه صاحب نظرانی برابر با صاحب نظران دیگر و نشان دادن این نکته که دعوی علیه حرکت زمین به اثبات نرسیده است. او با دلیل و برهان ثابت کرد که زمین حرکت دارد و از ماه پرنورتر است در آن عصر همه فکر می کردند زمین جسم یکتای ثابتی است در مرکز عالم که دور تا دور آن را عناصر آب، هوا و آتش فرا گرفته است، حالا گالیله بیان می کرد که ماه مثل زمین، کوه و دره دارد. او در معرفی منظومه کوپرنیک و کشفیات خود با تلسکوپ مهارت زیادی به خرج داد در ژوئیه 1610 م. متوجه کراتی شد که به نظرش قمرهای زحل آمدند در نیمه دسامبر اهله زهره را کشف کرد، کار محاسبه دوره های گردش قمرهای مشتری را هم با موفقیت چشمگیری انجام داد. در سال 1609 م. گالیله نخستین تلسکوپ را ساخت. گالیله همچنین تحقیقاتی در زمینه 1- کشف تساوی زمانی نوسانهای کوچک آونگ 2- گرانیگاه بعضی از جامدات 3- مطالعه و بررسی ترازوی آبی ارشمیدس 4- دستگاهی برای بالا بردن آب 5- ساختن نوعی پرگار 6- مطالعه و بررسی حرکت پرتابه ها و مسیر پرتابه در خلا را انجام داده است. از آثار و نوشته های اومی توان نامه هایی درباره لکه های خورشیدی (1613 م.)، جزر و مد (1616)، گفتگو درباره دو منظومه بزرگ جهان (1633 م)، مکانیک (1634)، گفتارهایی درباره دوعلم جدید (1638م)، حرکت وضعی، دید و رنگ و عیارسنج اشاره کرد.

گالیله نظریه ای را که به موجب آن خورشید بی حرکت در مرکز عالم قرار گرفته و زمین متحرک است و در عین حال هم به دور خود و هم به دور خورشید می گردد را ارائه داد که در سال 1633 م. حکم دادگاه عالی تفتیش عقاید به وی ابلاغ گردید به موجب این حکم محکوم به مرگ شد و گالیله می بایست از ارتداد خود توبه کند تا حکم محکومیت او به حبس ابد تخفیف داده شود و او چنین کرد با اینکه اعتقاد بر حرکت زمین داشت، بعداً گالیله تبعید گردید گالیله در روزهای پایانی عمرش در ویلای خود مریض و بر اثر عارضه التهاب از هر دو چشم نابینا و خانه نشین شد و در 1642م. فوت کرد و کلیسای رم در قضاوتش نسبت به وی  تخفیفی نداد پیکرش را در گوری ناشناس به  خاک سپردند.

پیدایش آکادمیها

در آغاز قرن هفدهم، فیزیکدانان، بویژه در فرانسه بطور انفرادی کار می کردند. دکارت (1596-1650م)، پاسکال(1623-1662م) و فرما (1601- 1665م) از آن جمله اند بین علاقمندان به علم هیچگونه ارتباط رسمی برقرار نبود برپایه رفع این نقیصه بود که آکادمیها بوجود آمدند. نخستین آنها بر حسب تاریخ تاسیس، آکادمی فلورانس بود که بعدازنه سال منحل شد با انحلال آن دوره طلایی فیزیک در ایتالیا پایان یافت، در انگلیس آکادمی تحت انجمن سلطنتی در لندن پایه گذاری گردید و شخصیت هایی مانند بویل، هوک و نیوتن را می توان  نام برد. در پاریس آکادمی علوم تاسیس  گردید و دانشمندان فرانسوی آن عصر از جمله ماریوت و دانشمندان خارجی از جمله هویگنس از هلند به این آکادمی روی آوردند همه این موسسه های علمی در پیشرفت دانش فیزیکی شرکت کردند.

توریچلی (1608- 1647م.)

از شاگردان گالیله است او با آزمایش نشان داد عامل بالا رفتن مایعات تا بلندیهای مختلف به علت چگالیهای متفاوتشان می باشد ولی ثابت نمی کرد که این عامل فشار هوا است بعدها پاسکال (در قرن هفدهم) از نظریه او استفاده کرد.

مطالعه خلا و گازها

نخستین تلمبه تخلیه هوا توسط اتوفون گریکه بوسیله یک پیستون ساخته شده تلمبه تخلیه هوای گریکه توسط رابرت بویل (1626- 1691م.) فیزیکدان انگلیسی  تکمیل شد و در مطالعات خود درباره خلا پی برد که حجم یک گاز به نسبت عکس فشارش تغییر می کند.

پاسکال (1623- 1662م)

پاسکال در 12 سالگی بسیاری از قضیه های هندسه اقلیدسی را پیش خود اثبات کرد در 16 سالگی قضیه ای از هندسه تصویری را کشف کرد (قضیه پاسکال) در همان سال کتاب «مقاطع مخروطی»  را نوشت در سال 1640 م. نخستین ماشین حساب را ساخت نظریه احتمال را بنیان گذاشت و از نظریه توریچلی استفاده کرد و کشف فشار هوا و «تعادل آب گون ها» و کارهای مهمی در هیدروستاتیک دارد. پاسکال آزمایش فشار هوا را در بالای برج سن ژاک در پاریس انجام داد. نظریه توریچلی: که اگر فشار هوا  علت صعود جیوه در لوله باشد چنانچه تا ارتفاعی بالا رویم فشار کمتر خواهد شد و جیوه در لوله کمتر بالا خواهد رفت.

این برج بعدها به یادگار وی با مجسمه اش تزئین یافت. او نتایج تحقیق خود را در سال 1648 م. منتشر کرد و در سال 1663 م. در یک کتاب ایده فشار اتمسفر را بسط داد به کمک آن طرز کار بسیاری از دستگاهها از مجله تلمبه ها، سرنگ ها، سیفون ها و بارومترها در پیش بینی هوا استفاده شد.

هویگنس (1629-1695م.)

به کشف قانون ضربه و ساختن نخستین ساعت آونگی موفق گردید و قدرت دوربین نجومی را بالا برد، حلقه متعلق به زحل را کشف کرد، نخستین بار نور را به صورت امواج متحرک به تصویر در آورد.

نیوتن (1727- 1642م.)

نیوتن کیمیاگر، ریاضیدان، دانشمند و فیلسوفی است در سالی که گالیله در فلورانس از دنیا رفت نیوتن در لینگن شر انگلستان به دنیا آمد. کارهای مهم او تنظیم و تدوین مکانیک کلاسیک یا مکانیک نیوتنی است که در افکار فیزیکدانها و گسترش شاخه های مختلف فیزیک و پدیده ها و مباحث گوناگون فیزیکی را در بر گرفت.

او نخستین کسی است که قواعد طبیعی حاکم بر گردشهای زمینی و آسمانی را کشف کرد. وی همچنین توانست برای اثبات قوانین حرکت سیارات کپلر برهان ریاضی بیابد در جهت بسط قوانین نامبرده او مطرح کرد که مدار اجرام آسمانی (مانند ستارگان دنباله دار) لزوما بیضوی نیست بلکه می تواند هذلولی یا شلجمی نیز باشد.

آثار علمی نیوتن در کتابی به نام «اصول ریاضی حکمت طبیعی» در سال (1687م) به چاپ رسید که در این کتاب قوانین نیوتن درباره حرکت بحث شده و شکل مدارات را به کمک قوانین مکانیک پیش بینی کرد.

نیوتن تحقیقات مربوط به مکانیک وجاذبه ای عمومی را در 44 سالگی و تحقیقات مربوط به  نور را در 65 سالگی منتشر کرد. تحقیقات مهم او در اپتیک شکست نور، تجزیه نور در منشور (1665م.)، ماهیت نور سفید و ترکیب رنگهای نور است و از اختراعات او ساخت تلسکوپ انعکاسی می باشد. او فرضیه موجی هویگنسن را درباره نور رد کرد، از دیدگاه نیوتن نور جریانی از ذرات است که از چشمه نور به بیرون فرستاده می شود. نیوتن قانون جاذبه گرانشی را نیز بیان کرد و با استفاده از این قانون درباره حرکت زمین، برای نخستین بار پدیده «تقدیم اعتدالین» را  توضیح داد. همچنین اثر ماه بر زمین که به صورت جزر و مد ظاهرمی­شود،­شرح­داد و رابطه جرم و وزن را بیان کرد. نیوتن در زمینه ریاضیات مباحث طبقه بندی منحنی ها، روشهای محاسبه و تقویت، در جبر و نظریه اعداد و قضیه بسط دو جمله ایها تحقیقاتی انجام داده است. همچنین در افتخار تکمیل حساب دیفرانسیل با ویلهلم لایب نینتز ریاضیدان آلمانی شریک است.

پذیرش مناصب حکومتی و ریاست انجمن سلطنتی

در کنار فعالیت های علمی معمول، نیوتن از مسئولیت های سیاسی نیز رویگردان نبود او در سالهای 1689، 1701، 1702م. به نمایندگی مجلس برگزیده شد در سال 1696م. با فرمان چارلز مونتاگو رئیس خزانه داری انگلیس، نیوتن منصب ناظر ضرابخانه سلطنتی را عهده دار شد و سه سال بعد (1699م) به مدیریت آن سازمان گمارده شد. اگر چه نیوتن چنین مشاغلی را بیشتر برای سرگرمی می پذیرفت ولی گفته اند که در این مقام او وظیفه خود را «با شایستگی تمام» انجام می داد از سال 1703 تا آخر عمر نیوتن رئیس انجمن سلطنتی بریتانیا و همچنین یکی از اعضای فرهنگستان علوم فرانسه بوده او در سال 1705 م از سوی ملکه آن (ملکه انگلستان) به مقام شهسواری مفتخر گردید.

نیوتن در 84 سالگی در لندن در گذشت و در کلیسای وست مینستر او را به خاک سپردند و بر سنگ گور او این جمله نوشته شده است:

«مردگان به خود تبریک بگویید که بزرگمردی به شما پیوست که زندگیش به اعتلای بیشتر نام انسان انجامید.»

تکمیل آثار نیوتن توسط ریاضیدانان قرون هجدهم و نوزدهم منجر به پیدایش شاخه ای از نجوم به نام «مکانیک سماوی» شد.

هوک

فیزیکدان انگلیسی و معاصر با نیوتن می باشد از وی جز یک قانون تجربی که همان نیروی فنر مطلب دیگر به یادگار نمانده است با نیوتن دائما در کشمکش و ستیزه جوئی بود.

آخرین پیشرفتهای قرن هفدهم

ماشین بخار

در قرن هفدهم بهره گیری از نیروی بخار به عنوان نیروی محرکه آغاز شد. دنیس پاین (1647- 1724م.) فرانسوی دیگ فشاری را اختراع کرد که مجهز به دریچه (سوپاپ) اطمینان بود و این مهمترین اختراع پاین است. بالا رفتن یک پیستون توسط بخار آب، بعد خارج شدن بخار برای پایین آمدن پیستون و تکرار مرتب آن و نمونه یک چرخه کامل که فقط سه دقیقه طول می کشید.

سرعت صوت

نخستین اندازه گیری سرعت صوت توسط پی یرگاساندی ریاضیدان و فیلسوف صورت گرفت و سرعت انتشار صوت m/s 442 را بدست آورد. بعدها دانشمندان دیگر سرعت صوت را اندازه گیری کردند و اختلافها به سبب نقص اسبابهای اندازه گیری و از طرف دیگر ناشی از نداشتن عوامل موثر بر سرعت صوت مثل باد و دما و ... بود.

قرن هجدهم میلادی

قرن هجدهم به اندازه قرن پیش برای فیزیک درخشان نبوده است. در سده هجدهم رشد مکانیک همچنان ادامه می یابد پدیده های الکتریسیته نخستین بار در کاخ شاهزادگان به نمایش گذارده می شود.

اویلی- برنولی، لاگرانژ، دالامبر و لاپلاس ریاضیدان در کنار نظریه پردازان، دوستداران فیزیک به مطالعات تجربی که اغلب جنبه کیفی داشتند، پرداختند. فرانکلین کتابفروش و چاپخانه دار، دوفی مباشر کولن، افسر مهندسی ارتش وولتا بودند، پاسکال وگریکه کارشناسانی که در تکمیل اختراعات مانند ماشین بخار، اسبابهای اپتیکی و دماسنج ها کوشیدند.

دستگاه متریک

ایجاد دستگاه (سیستم) متریک از نتایج  مثبت انقلاب کبیر فرانسه است تا آن زمان در تمام زمینه های اندازه گیری واحدهایی به کار می رفت که کلا نامتجانس بودند. یکاهای اساسی بسیار بد انتخاب و تعریف شده بودند، لزوم ایجاد یک دستگاه یکاهای ساده و همسان کاملا احساس می شد و کمیسیونی متشکل از 5 نفر به نامهای بوردا، کندورسه، لاگرانژ، لاپلاس و مونژ تشکیل شد و آنان دستگاه یکاهایی با اجزاء و اضعاف دهدهی بوجود آوردند. ذکر این  نکته ضروری است که انقلاب کبیر فرانسه نتایج منفی و مثبت داشت نتایج منفی اعدام دانشمندانی از جمله لاووازیه و از نتایج مثبت تاسیس چند مدرسه عالی در فرانسه، مدرس پلی تکنیک هنرستان، دانشسرایعالی و غیره می باشد.

نخستین اکتشافها در الکتریسیته

در سال 1729 میلادی دانشمند انگلیسی به نام گری (1670- 1736م.) رسانش (هدایت) الکتریکی را کشف کرد. دوفی (1698-1739م.) دانشمند فرانسوی وجود دو نوع الکتریسیته را کشف کرد و آنها را به نام الکتریسیته شیشه ای و صمغی نامگذاری کرد و قانون اساسی الکتروستاتیک را بیان کرد. فرانکلین (1706- 1790م.) بر  خلاف نظریه دوفی عقیده داشت که یک سیال واحد بطور نهانی در تمام اجسام پخش شده است که ممکن است در آنها انبار شود یا محو گردد. بعدها در سال 1759م. سیمر نظر دوفی را تایید کرد و این نظریه که دو نوع الکتریسیته مثبت و منفی بنا نهاده شد. فرانکلین نخستین دانشمند امریکایی است که در جرگه دانشمندان وارد می شود او کاشف پدیده مهم الکتریسیته جو است و وسیله ای به نام برق گیر را برای حفاظت ساختمانها در برابر آسیبهای ناشی از صاعقه را اختراع کرد.

کشف دیگر همزمان توسط دو محقق ون کلایست آلمانی (1700 - 1748م.) و دیگری موسخن بروک استاد دانشگاه لید صورت گرفت که اساس کار خازن بود اساس کار آزمایش موسخن بروک یک قطعه سیم کلفت برنجی متصل به یک ماشین مولد الکتریسیته را در بطری پر از آب فرو برده و بدین وسیله بدون شک نخستین خازن الکتریکی را ترتیب داده بود، وقتی سیستم را با دست گرفت که از بطری بیرون بیاورد تکان شدیدی احساس کرد بعدا همه جا از تخلیه الکتریکی «بطری لید» صحبت می شود.

کولن و قوانین ربایش و رانش الکتریکی

کولن دانشمند فرانسوی (1736-1806م.) ترازوی پیچشی را برای اندازه گیری نیروهای بسیار کوچک طرح ریزی کرد و بعدا آنرا برای اندازه گیری نیروهای ربایشی و رانش الکتریکی به کار برد و کولن مقالاتی بنیادی در زمینه مکانیک ساختمانی، گسیختگی شاه تیرها، مکانیک خاک و نظریه اصطکاک دارد. در زمینه برق و مغناطیس با نوشته هایی درباره قطب نمای مغناطیسی آغاز شد و در تبیین جزئیات و تعمیم نظریه های نیوتنی به رشته های برق و مغناطیس سهم اساسی داشته است، به مطالعه توزیع سطحی بار در اجسام رسانا پرداخت و نظریه ای درباره مغناطیس بر اساس قطبش مولکولی از جمله کارهای او می باشد و در مقام مباشر آبها و چشمه های سلطنتی و به عنوان مشاور اصلاحات بیمارستانی در زمان ناپلئون، اصلاحات آموزشی خدمات عمومی برجسته ای انجام داد.

ولتا (1827- 1745م)

پیلی که دو قرص فلزی مختلف الجنس را روی هم قرار داد و نمک که نقش رسانای واسطه آنها را از هم جدا کرد با تماس دادن دو سر این پیل شوکی را ایجاد کرد و بدین ترتیب وسیله تولید برق به طور پیوسته را بدست آورد. اختراع پیل ولتا از حوادث بزرگ تاریخ علم فیزیک است این اختراع در قرن هجدهم و دوران حاکمیت الکتروستاتیک و پیشرفت الکتریسیته در قرن نوزدهم را انتظار داشت.