فيزيك يوناني

فيزيك يوناني


مقدمه
يونانيان با تقسيم بندي گنبدهاي آسمان براي هر يك از سيارات گنبدي خاص قائل بودند. نخستين كشفيات فيزيكي هنگامي صورت گرفت كه تلاش گسترده اي براي برهاني كردن رياضيات آغاز شده بود. در اين زمان الكتريسيته و مغناطيس جدا از يكديگر كنجكاوي انسان را برانگيخت. ذرات تشكيل دهنده ي جهان تقسيم بندي شد و نظريه ي اتمي ماده مطرح و اتر به عنوان عنصر كامل، اين تقسيم بندي را تكامل بخشيد. كروي بودن شكل زمين بطور مستدلل اثبات و حركت دوار كائنات به دور زمين كه تصور مي شد دايره منحني كامل است، از بديهيات محسوب مي شد. منطق قياسي كشف گرديد و تمام افكار و نظريات علمي را تحت تاثير خود قرار داد.
استفاده از هندسه در نجوم آغاز شد. فاصله ي زمين تا تا ماه و خورشيد محاسبه و نظريه زمين مركزي زير سئوال رفت. اما همچنان اعتقاد عموم بر آن بود كه زمين مركز جهان است.
دستگاه زمين مركزي تحت تاثير تقدس دايره ها حركت پيچيده ي سياره ها را با استفاده از مدارهاي تدوير توجيه كرد. مكانيك يوناني بر اساس نظريه زمين مركزي بخوبي علت سقوط اجسام به طرف زمين را توجيه مي كرد. يونانيان حركت مستقيم نور را بيان و به تشريح خواص آينه ها پرداختند. اما منطق قياسي چنان بر افكار علمي آنان تسلط داشت كه فيزيك يوناني را به بن بست كشيد.
نخستين انديشه هاي علمي
انسان به دليل ارتباط مستقيم و تنگاتنگي كه با طبيعت دارد از همان آغاز تفكر و تعمق خويش به پديده هاي طبيعي نظر داشت و برداشت هاي معيني از آنها به عمل مي آورد. طبعاً آسمان كه از آن باران، برف و نور به انسان مي رسيد و نيز ستارگان شفاف در آن ديده مي شد، جزء نخستين برداشت هاي انسان بود و در نتيجه اولين اظهار نظرهاي علمي در خصوص اين پديده لايتناهي بوسيله انسان به عمل آمده است. در اين راستا اولين نظريه هاي علمي توسط يونانيان ارائه شده است.
در آسمان هيچ چيزي نيست كه در يك نگاه ساده، خيلي دور به نظر برسد. بنابراين در نخستين برداشتها از جهان، طبيعي است كه گمان شود آسمان سايبان محكمي است كه اجسام درخشان آن، همچون دانه هاي الماس، بر سقف آن چسبيده اند. اين چنين بود كه يونانيان باستان عقيده داشتند كه آسمان بر شانه هاي اطلس رب النوع يوناني قرار دارد.
اسطوره هاي يوناني دلالت بر آن داشت كه كه آسمان از يكي دو متري بالاي قله كوه ها چندان بالاتر نيست. در قرن ششم تا چهارم پيش از ميلاد، اخترشناسان يوناني بوجود تنها يك سايبان شك كردند. زيرا در اوضاع نسبي ستارگان ثابت كه به برداشت آنان حول زمين حركت مي كردند، ظاهراً تغييري نمي ديدند، اما اوضاع نسبي خورشيد، ماه و پنج سياره عطارد، زهره، مريخ، مشتري و زحل تغيير مي كرد. بنابراين مسلم بنظر مي رسيد كه سياره ها نمي توانند به گنبد ستارگان متصل باشند.
يونانيان فرض كرده بودند كه هر سياره در يك گنبد نامرئي اسقرار يافته است و گنبدها يكي روي ديگري جا گرفته است. بر اين اساس نزديكترين گنبد از آن ماه است كه تندترين حركت را دارد. پس از آن به ترتيب گنبدهاي مربوط به عطارد، زهره... و خورشيد قرار دارند.
كاملاً طبيعي است كه با چنين طبقه بندي پرسش هايي در مورد ابعاد جهان و موقعيت زمين و شكل و همچنين اجزاي تشكيل دهنده آن پيش آيد. احتمالاً اين پرسش ها زماني شكل گرفت كه روشهاي تجربي رياضيات ديگر كفايت نمي كرد. بنابراين مي توان حدس زد هنگامي كه اين سئوال پيش آمد كه چرا قطر دايره آنرا نصف مي كند، تفكر در مورد مسير حركت سيارات نيز اوج گرفت. شايد منطقي باشد كه كوشش براي برهاني كردن رياضيات را با پيدايش نخستين نظريه هاي فيزيكي همزمان بدانيم، اين تصور زماني قوت بيشتري مي گيرد كه مي بينيم نخستين كشفيات ثبت شده رياضي و فيزيكي متعلق به يك نفر است. تالس ملطي اولين فرد شناخته شده اي است كه كشفيات رياضي و فيزيك به او نسبت داده شده است.
الكتريسيته و مغناطيس
در حدود 600 سال قبل از ميلاد تالس ملطي متوجه شد كه هرگاه صمغ فسيل شده اي كه در سواحل بالتيك يافته بود، كه ما امروز آنرا كهربا مي ناميم و در آنروز الكترون Electron ناميده مي شد، با يك قطعه پوست مالش داده شود، مي تواند پر، نخ يا كرك را بخود جذب كند.
همچنين كلمه ي ماگنت Magnet به معني آهنربا از يك شهر قديمي يونان بنام ماگنيا Magnesia كه در نزديكي آن نخستين سنگ آهنربا كشف شده بود، گرفته شده است. آهنربا اكسيدي از آهن است كه خواص مغناطيسي يعني آهنربايي دارد. گفته شده است كه تالس نخستين كسي بود كه خواص آنرا تشريح كرده است. گفته اند كه تالس در سال 585 قبل لز ميلاد وقوع كسوفي را پيشگويي كرد و كسوف به وقوع پيوست.
عناصر تشكيل دهنده ي جهان - اتم
اميدوكس در حدود سال 480 قبل از ميلاد نظر داد كه زمين از چهار عنصر خاك، هوا، آّ و آتش تشكيل شده است. يونانيان در باره ي اين موضوع بحث مي كردند كه آيا مي توان ماده را به اجزايي كوچكتر و هر جزء را به جزء كوچكتر و باز هم كوچكتر تقسيم كرد و اين عمل تجزي را تا بينهايت ادامه داد؟ يا اينكه اين عمل تجزيه محدود است؟ دوموكريتوس در حدود 45 قبل از ميلاد محدود بودن عمل تجزيه را بيان كرد. وي اظهار داشت همه ي اجسام از ذره ي غير قابل تجزيه اي به نام اتم Atom تشكيل شده است. اتم در يوناني به معني غير قابل تقسيم است. وي حتي نظر داد كه مواد متفاوت از اتمهاي مختلف يا تركيبات آنها ساخته شده است و با تغيير آرايش اتمها مي توان ماده اي را به ماده ي ديگر تبديل كرد. ارسطو و ساير فلاسفه رواقي نظريه دموكريتوس را نپذيرفتند، ايشان اعتقاد داشتند كه فضا و ماده بصورت پيوسته است، يعني مي توان يك قطعه از ماده را بدون حد و مرز به قطعه هاي كوچك و باز هم كوچكتر تقسيم كرد، بي آنكه به ذره ي غير قابل تقسيمي برسيم. در مورد عناصر تشكيل دهنده ي جهان ارسطو تصور مي كرد، در آنسوي لايه هاي آب، هوا، خاك و آتش، عنصر كامل و غير زميني ديگري وجود دارد كه وي آنرا اتر Ether در يوناني به معني پنجم ناميد. در اين تقسيم بندي جايي براي عدم وجود نداشت. در ضمن انتهاي هيچكدام از لايه ها مشخص نبود.
نجوم
يونانيان عقيده داشتند كه زمين به شكل كره است. فيثاغورس اولين كسي بود كه كروي بودن زمين را در سال 525 قبل از ميلاد بيان كرد. اما نخستين استدلال ها در مورد كروي بودن زمين منصوب به ارسطو است. وي در كتاب در باره ي افلاك نوشت، زمين جسمي كروي است و نه يك سطح صاف و براي اين ادعا دو دليل آورد. نخست آنكه او دريافته بود كه ماه گرفتگي به دليل قرار گرفتن زمين بين ماه و خورشيد است، چون سايه زمين بر روي ماه همواره گرد است، پس زمين بايد كروي باشد كه سايه اش دايره مي شود. دومين دليل اين بود كه يونانيان طي سفرهاي خود متوجه شده بودند كه ستاره شمال، در مناطق جنوبي پائين تر از نواحي شالي در آسمان ظاهر مي شود، و چ.ن ستاره شمال بر فراز زمين ظاهر مي شود، اين جابجايي تنها در صورتي مي تواند رخ دهد كه زمين كروي باشد.
ارسطو به محاسبه محيط دايره استوا پرداخت و رقم چهارصد هزار استاديم را به دست آورد كه با احتساب هر استاديوم يكصد و هشتاد متر، رقم به دست آمده تقريباً دو برابر رقم پذيرفته شده ي كنوني است.
ارسطو عقيده داشت كه زمين ثابت و مركز جهان است و خورشيد، ماه و سيارات و ستارگان در مدارهاي كروي دور زمين مي چرخند و بيش از پيش به تثبيت اين عقيده يونانيان پرداخت كه كره شكل كامل است.
آريستاخوس، رياصيات را در نجوم به كار برد. وي با استفاده از ابزاهاي ابتدائي در حدود 280 قبل از ميلاد به محاسبه فاصله ي زمين و خورشيد پرداخت. آريستاخورس متوجه شد كه انحناي سايه زمين، وقتي از ماه مي گذرد مي بايستي ابعاد نسبي زمين و ماه را نشان دهد. وي پس از محاسبه ي فاصله زمين و ماه و تشكيل مثلث قائم الزاويه فرضي، هنگاميكه ماه در تربيع اول بود، فاصله زمين تا خورشيد را تعيين كرد. بنظر وي خورشيد تقريباً بيست برابر دور تر از ماه قرار داشت. هرچند ارقام به دست آمده درست نبود، ولي آريستاخورس نتيجه گرفت كه خورشيد بايد حداقل هفت برابر بزرگتر از زمين باشد. وي با غير منطقي بودن گردش خورشيد بزرگ به دور زمين كوچك، نظر داد كه زمين بايد به دور خورشيد بگردد. البته نظر آريستاخورس پذيرفته نشد. چون وي نظريه خورشيد مركزي منظومه شمسي را ارائه داد، امروزه به عنوان كپرنيك عهد باستان شناخته مي شود.
اراتستن در حدود 240 قبل از ميلاد متوجه شد كه روز اول تابستان در آسوان، خورشيد در بالاي سر است و در اسكندريه كه 800 كيلومتر با آن فاصله دارد، در بالاي سر نيست. وي نظر داد كه سطح زمين بايد نسبت به خورشيد، انحنا داشته باشد. وي با استفاده از طول سايه اي كه هنگام ظهر اول تابستان در اسكندريه تشكيل مي شود، و مقايسه ي آن با طول سايه در روز اول تابستان در آسوان و با استفاده از هندسه خطوط مستقيم، انحناي زمين را با فرض كروي بودن آن حساب كرد. در نتيجه محيط و قطر زمين را تعيين كرد. ارقامي كه آراتستن به دست آورد، 12800 كيلومتر براي قطر زمين و چهل هزار كيلومتر براي محيط زمين بود كه تقريباً با اعداد مورد قبول امروزي مطافقت دارد.
هيپارخوس در حدود 150قبل از ميلاد و با استفاده از روش آريستارخوس به محاسبه فاصله ي زمين و ماه پرداخت. وي فاصله زمين تا ماه را سي برابر قطر زمين به دست آورد. اگر قطر زمين را مطابق رقم اراتستن در نظر بگيريم، فاصله زمين تا ماه كه هيپارخوس حساب كرد برابر 384000 كيلومتر مي شود كه تقريباً درست است. همچنين هيپارخوس گزارشي از انحراف ماه و خورشيد از حركت دايره اي داد است. چون ماه در مدار خود به دور زمين گاهي در شمال استوا و گاهي در جنوب استوا است، سبب اين انحراف مي گردد. هيپارخوس با اشاره به اين امر بدون ذكر دليل، اظهار داشت كه اين انحراف سبب مي شود كه خورشيد در هر سال حدود پنجاه ثانيه قوسي در سمت راست مشرق به نقطه اعتدال مي رسد. چون به اين ترتيب در هر سال نقطه اعتدال جلوتر مي آيد، هيپاهرخوس اين تغيير مكان را تقديم اعتداليون ناميد كه هنوز هم به همان نام شناخته مي شود.
اخترشناسان بعدي از هيپارخوس تا بطلميوس حركات اجرام آسماني را بر مبناي اين نظر مورد مطالعه قرار دادند كه زمين ساكن و مركز جهان است. ماه در 384000كيلومتري آن و اجسام ديگر آسماني دورتر و در فاصله اي نامعين از آن هستند. چون دايره را منحني كامل مي پنداشتند، نتيجه مي گرفتند كه تمام اجرام آسماني بايستي در مسيرهاي دايره اي به دور زمين بچرخند. اما مشاهدات آنها كه از كشتيراني و تدوين تقويم برخاسته بود، نشان مي داد مسير سياره ها دايره هاي كاملي و ساده اي نيستند. بنابراين هنگاميكه بطلميوس دستگاه زمين مركزي خود را تنظيم كرد، مسير سياره ها را در تركيبي از دايره هاي پيچيده نشان داد.
دستگاه زمين مركزي بطلميوس
بطلميوس در حدود 150 ميلادي رساله ي پر نفوذي به نام سونتاركنس ماتماتيكا يا مجموعه ي رياضي نوشت. هر چند اين رساله بر نوشته هاي هيپارخوس مبتني است، اما به خاطر فشردگي و زيبايي چشمگيرش مورد توجه قرار گرفت. شارحين بعدي براي متمايز ساختن آن از آثار كم اهميت تر صفت مجيسته يا مجسطي به معني بزرگترين را به آن منسوب كردند.
مترجمين عرب زبان حرف تعريف ال را پيشوند كردند و آنرا المجسطي ناميدند.
بطلميوس در المجسطي پديده هايي را بررسي مي كند كه بستگي به كرويت زمين دارند. سپس دستگاه زمين مركزي نجوم را طرح ريزي مي كند كه قريب به 1500 سال مورد پذيرش عموم بود. المجسطي قديمي ترين كوشش مجدانه در راه تبيين حركت شناسي منظومه شمسي است. اما در توجيه حركتهاي پيچيده ي سياره ها كه فاصله ثابتي با زمين ندارند، روي مدارهاي دايره اي عاجز بود. بنابراين مفهموم مدارهاي تدوير را بكار گرفت.
طبيق اين نظريه هم سياره روي دايره اي حركت مي كند كه مركز آن به نوبه ي خود روي دايره اي به مركز زمين حركت مي كند. بطلميوس مجبور شد به انواع ديگر مدار هم توسل جويد، اما هر كدام از اينها نيز دايره تقدس خود را به عنوان شكل اصلي حركات سياره ها حفظ كرد.
مكانيك يوناني
هرچند مكانيك يوناني به انديشه هاي ارسطو خلاصه نمي شود، اما نظريه هاي وي تاثيري بس عميق بر افكار انديشمندان براي قرون متمادي داشت. ارسطو ادعاي رياضيدان بودن نداشت، اما تسلطي خارق العاده بر روشهاي رياضي داشت و سازمان دهنده ي منطق قياسي بود.
هراكليدس در 350 سال قبل از ميلاد گفت: تصور اينكه زمين به دور خورشيد مي گردد بسيار ساده تر از اين تصور است كه تمامي گنبد آسمان به دور زمين مي چرخد. اما اين گفته مورد پذيرش ارسطو واقع نشد. ارسطو بيش از هر كي ديگري اسير دستگاه منطق قياسي كه خود بوجود آورنده اش هست بود.
با توجه به اينكه ارسطو اعتقاد داشت زمين مركز جهان است، بخوبي مي توان ديدگاهش را در باره ي علت سقوط اجسام بر سطح زمين توجيه كرد.به اعتقاد ارسطو هر شئي به اصل خويش باز مي گردد و مكان واقعي خود را جستجو مي كند. چ.ن سنگ از جنس خاك است به طرف زمين سقوط مي كند و چون دود از جنس آتش است به طرف هوا صعود مي كند. در مورد سقوط آزاد اجسام گفته است كه اگر دو جسم با سنگيني مختلف را از فاصله ي معيني رها كنيم، جسم سنگين تر زودتر به زمين مي رسد. اين برداشت نمي توانست علت همه حركت ها را توجيه كندّ اما دليل سكون اجسامرا توجيه مي كرد. به اعتقاد ارسطو نيروي خارجي عامل حركت بود. وي در اين مورد چنين گفته است: جسم متحرك هنگامي به حالت سكون در مي آيد كه نيرويي كه آنرا در امتداد خود به حركت واداشته است، ديگر نتواند بر آن اثر كند و آنرا براند.
بنابراين به برداشت ارسطو نيروي خارجي عامل حركت بود و در غياب نيروي خارجي همه ي اجسام به حالت سكون در مي آمدند.
نور
فلاسفه ي يونان اعتقاد داشتند همانگونه كه چوب دستي يك نا بينا به مانعي برخورد مي كند و آنرا براي وي مشخص مي كند، پرتوهاي نور نيز از چشم خارج شده به اجسام برخورد مي كنند و با بازگشت به چشم آنها را نمايان مي سازد. اما نظريه ديگري نيز در مورد حركت و منشاء آن وجود داشت. برخي اعتقاد داشتند نور از اجسام فروزان منتشر مي شود و به چشم مي رسد افلاطون از خميدگي ظاهري اجسام در خاليكه كه بخشي از آن در آب فرو رفته، سخن گفته است. اقليدس انتشار مستقيم نور و قانون بازتابش آن را بيان كرده است. ارشميدس از خواص آينه ها سخن گفته است. هرون نيز به تشريح خواص آينه ها پرداخته و مسائلي راجع به ساختن آينه ها با خواص معين را بيان كرده است. وي حتي طرز ساختن آينه هايي را كه بوسيله آن شخص بتواند پشت سر خود را ببيند، و يا وارونه ديده شود ارائه كرده است. همچنين هرون به تشريح اين امر پرداخته كه نور كوتاهترين مسير بين دو نفطه را مي پيمايد. بطلميوس شكست نور را مورد بررسي قرار داد و به اندازه گيري زاويه تابش و باز تابش همت گماشت.
بن بست فيزيك يوناني
يونانيان دانشي را كه با زندگي روزمره ارتباط داشت كم ارزش مي شمردند. ولي در رياضيات موفقيت چشمگيري كسب كردند. رياضياتي كه به اعتقاد آنان بر اساس يك سري اصول بديهي شكل گرفته بود و ساير قضايا را بوسيله منطق قياسي استنتاج مي كردند. يونانيان چنان دلباخته ي آن شدند كه قياس را تنها وسيله ي معتبر كسب دانش مي پنداشتند. اما مي دانستند. كه قياس براي پاسخگويي به برخي از پرسش ها كافي نيست. مثلاً فاصله دو شهر را بوسيله قياس نمي توانستند به دست آورند، بلكه بايد اندازه گيري مي كردند. هرگاه كه لازم بود، طبيعت را مشاهده مي كرند، ولي اين امر با رقبت انجام نمي گرفت. در هيچ جا ثبت نشده كه ارسطو دو سنگ ناهم وزن را بسوي زمين رها كرده باشد تا نظر خود را بيازمايد. آزمايش كردن به نظر يونانيان كاري بيهوده و معارض با زيبايي قياس خالص بود و از ارزش آن مي كاست.
اعتقاد به ارزش قياس كه بر بديهيات پايه گذاري شده بود، سرانجام به لبه پرتگاهي رسيد كه راهي براي عبور نداشت. كشفيات بيشتري براي رياضيات و فيزيك مطرح نبود. همه را به اين راضي مي كردند كه بگويند ارسطو چنين گفته است و يا اقليدس گفته است. بنابراين دستگاه زمين مركزي بطلميوس توام با نظريه هاي فيزيكي ارسطو كه اكثراً با تناقض همراه بود، براي توجيه جهان كافي مي پنداشتند.
دانشمندان اسلامي نيز كه دست آوردهاي علمي يونانيان را در طول قرون وسطي حفظ كردند، و داراي كشفيات مهمي نيز مي باشند، نتوانستند بگونه اي منسجم عمل كنند. هرچند خيام را مي توان نخستين كسي دانست كه اصل توازي اقليدس زا زير سئوال برد، اما بعد مدتي به فراموشي سپرده شد.
جاي بسي تاسف است كه جمشيد كاشاني و ملا باقر يزدي به اثبات قضيه اي در رياضيات پرداختند كه صدها سال قبل از ايشان توسط كمال الدين فارسي ثابت شده بود. كه نشان از بي اطلاعي مجامع علمي ايرانييان از كارهاي يكديگر بود.
سرانجام متفكران رنسانس در برابر نظريه هاي قديم فلسفه ي طبيعي كه ديگر قانع كننده نبود، چشم انداز جديدي گشودند.

منبع : دانشنامه رشد