فیزیک یونانی

مقدمه

یونانیان با تقسیم بندی گنبدهای آسمان برای هر یك از سیارات گنبدی خاص قائل بودند. نخستین كشفیات فیزیكی هنگامی صورت گرفت كه تلاش گسترده ای برای برهانی كردن ریاضیات آغاز شده بود. در این زمان الكتریسیته و مغناطیس جدا از یكدیگر كنجكاوی انسان را برانگیخت. ذرات تشكیل دهنده ی جهان تقسیم بندی شد و نظریه ی اتمی ماده مطرح و اتر به عنوان عنصر كامل، این تقسیم بندی را تكامل بخشید. كروی بودن شكل زمین بطور مستدلل اثبات و حركت دوار كائنات به دور زمین كه تصور می شد دایره منحنی كامل است، از بدیهیات محسوب می شد. منطق قیاسی كشف گردید و تمام افكار و نظریات علمی را تحت تاثیر خود قرار داد. استفاده از هندسه در نجوم آغاز شد. فاصله ی زمین تا تا ماه و خورشید محاسبه و نظریه زمین مركزی زیر سئوال رفت. اما همچنان اعتقاد عموم بر آن بود كه زمین مركز جهان است. دستگاه زمین مركزی تحت تاثیر تقدس دایره ها حركت پیچیده ی سیاره ها را با استفاده از مدارهای تدویر توجیه كرد. مكانیك یونانی بر اساس نظریه زمین مركزی بخوبی علت سقوط اجسام به طرف زمین را توجیه می كرد. یونانیان حركت مستقیم نور را بیان و به تشریح خواص آینه ها پرداختند. اما منطق قیاسی چنان بر افكار علمی آنان تسلط داشت كه فیزیك یونانی را به بن بست كشید.
نخستین اندیشه های علمی
انسان به دلیل ارتباط مستقیم و تنگاتنگی كه با طبیعت دارد از همان آغاز تفكر و تعمق خویش به پدیده های طبیعی نظر داشت و برداشت های معینی از آنها به عمل می آورد. طبعاً آسمان كه از آن باران، برف و نور به انسان می رسید و نیز ستارگان شفاف در آن دیده می شد، جزء نخستین برداشت های انسان بود و در نتیجه اولین اظهار نظرهای علمی در خصوص این پدیده لایتناهی بوسیله انسان به عمل آمده است. در این راستا اولین نظریه های علمی توسط یونانیان ارائه شده است.
در آسمان هیچ چیزی نیست كه در یك نگاه ساده، خیلی دور به نظر برسد. بنابراین در نخستین برداشتها از جهان، طبیعی است كه گمان شود آسمان سایبان محكمی است كه اجسام درخشان آن، همچون دانه های الماس، بر سقف آن چسبیده اند. این چنین بود كه یونانیان باستان عقیده داشتند كه آسمان بر شانه های اطلس رب النوع یونانی قرار دارد.
اسطوره های یونانی دلالت بر آن داشت كه كه آسمان از یكی دو متری بالای قله كوه ها چندان بالاتر نیست. در قرن ششم تا چهارم پیش از میلاد، اخترشناسان یونانی بوجود تنها یك سایبان شك كردند. زیرا در اوضاع نسبی ستارگان ثابت كه به برداشت آنان حول زمین حركت می كردند، ظاهراً تغییری نمی دیدند، اما اوضاع نسبی خورشید، ماه و پنج سیاره عطارد، زهره، مریخ، مشتری و زحل تغییر می كرد. بنابراین مسلم بنظر می رسید كه سیاره ها نمی توانند به گنبد ستارگان متصل باشند.
یونانیان فرض كرده بودند كه هر سیاره در یك گنبد نامرئی اسقرار یافته است و گنبدها یكی روی دیگری جا گرفته است. بر این اساس نزدیكترین گنبد از آن ماه است كه تندترین حركت را دارد. پس از آن به ترتیب گنبدهای مربوط به عطارد، زهره... و خورشید قرار دارند.
كاملاً طبیعی است كه با چنین طبقه بندی پرسش هایی در مورد ابعاد جهان و موقعیت زمین و شكل و همچنین اجزای تشكیل دهنده آن پیش آید. احتمالاً این پرسش ها زمانی شكل گرفت كه روشهای تجربی ریاضیات دیگر كفایت نمی كرد. بنابراین می توان حدس زد هنگامی كه این سئوال پیش آمد كه چرا قطر دایره آنرا نصف می كند، تفكر در مورد مسیر حركت سیارات نیز اوج گرفت. شاید منطقی باشد كه كوشش برای برهانی كردن ریاضیات را با پیدایش نخستین نظریه های فیزیكی همزمان بدانیم، این تصور زمانی قوت بیشتری می گیرد كه می بینیم نخستین كشفیات ثبت شده ریاضی و فیزیكی متعلق به یك نفر است. تالس ملطی اولین فرد شناخته شده ای است كه كشفیات ریاضی و فیزیك به او نسبت داده شده است.
الكتریسیته و مغناطیس
در حدود ۶۰۰ سال قبل از میلاد تالس ملطی متوجه شد كه هرگاه صمغ فسیل شده ای كه در سواحل بالتیك یافته بود، كه ما امروز آنرا كهربا می نامیم و در آنروز الكترون Elektron نامیده می شد، با یك قطعه پوست مالش داده شود، می تواند پر، نخ یا كرك را بخود جذب كند.
همچنین كلمه ی ماگنت Magnet به معنی آهنربا از یك شهر قدیمی یونان بنام ماگنیا Magnesia كه در نزدیكی آن نخستین سنگ آهنربا كشف شده بود، گرفته شده است. آهنربا اكسیدی از آهن است كه خواص مغناطیسی یعنی آهنربایی دارد. گفته شده است كه تالس نخستین كسی بود كه خواص آنرا تشریح كرده است. گفته اند كه تالس در سال ۵۸۵ قبل لز میلاد وقوع كسوفی را پیشگویی كرد و كسوف به وقوع پیوست.
عناصر تشكیل دهنده ی جهان - اتم
امیدوكس در حدود سال ۴۸۰ قبل از میلاد نظر داد كه زمین از چهار عنصر خاك، هوا، آّ و آتش تشكیل شده است. یونانیان در باره ی این موضوع بحث می كردند كه آیا می توان ماده را به اجزایی كوچكتر و هر جزء را به جزء كوچكتر و باز هم كوچكتر تقسیم كرد و این عمل تجزی را تا بینهایت ادامه داد؟ یا اینكه این عمل تجزیه محدود است؟ دوموكریتوس در حدود ۴۵ قبل از میلاد محدود بودن عمل تجزیه را بیان كرد. وی اظهار داشت همه ی اجسام از ذره ی غیر قابل تجزیه ای به نام اتم Atom تشكیل شده است. اتم در یونانی به معنی غیر قابل تقسیم است. وی حتی نظر داد كه مواد متفاوت از اتمهای مختلف یا تركیبات آنها ساخته شده است و با تغییر آرایش اتمها می توان ماده ای را به ماده ی دیگر تبدیل كرد. ارسطو و سایر فلاسفه رواقی نظریه دموكریتوس را نپذیرفتند، ایشان اعتقاد داشتند كه فضا و ماده بصورت پیوسته است، یعنی می توان یك قطعه از ماده را بدون حد و مرز به قطعه های كوچك و باز هم كوچكتر تقسیم كرد، بی آنكه به ذره ی غیر قابل تقسیمی برسیم. در مورد عناصر تشكیل دهنده ی جهان ارسطو تصور می كرد، در آنسوی لایه های آب، هوا، خاك و آتش، عنصر كامل و غیر زمینی دیگری وجود دارد كه وی آنرا اتر Ether در یونانی به معنی پنجم نامید. در این تقسیم بندی جایی برای عدم وجود نداشت. در ضمن انتهای هیچكدام از لایه ها مشخص نبود.نجوم
یونانیان عقیده داشتند كه زمین به شكل كره است. فیثاغورس اولین كسی بود كه كروی بودن زمین را در سال ۵۲۵ قبل از میلاد بیان كرد. اما نخستین استدلال ها در مورد كروی بودن زمین منصوب به ارسطو است. وی در كتاب در باره ی افلاك نوشت، زمین جسمی كروی است و نه یك سطح صاف و برای این ادعا دو دلیل آورد. نخست آنكه او دریافته بود كه ماه گرفتگی به دلیل قرار گرفتن زمین بین ماه و خورشید است، چون سایه زمین بر روی ماه همواره گرد است، پس زمین باید كروی باشد كه سایه اش دایره می شود. دومین دلیل این بود كه یونانیان طی سفرهای خود متوجه شده بودند كه ستاره شمال، در مناطق جنوبی پائین تر از نواحی شالی در آسمان ظاهر می شود، و چ.ن ستاره شمال بر فراز زمین ظاهر می شود، این جابجایی تنها در صورتی می تواند رخ دهد كه زمین كروی باشد.
ارسطو به محاسبه محیط دایره استوا پرداخت و رقم چهارصد هزار استادیم را به دست آورد كه با احتساب هر استادیوم یكصد و هشتاد متر، رقم به دست آمده تقریباً دو برابر رقم پذیرفته شده ی كنونی است.
ارسطو عقیده داشت كه زمین ثابت و مركز جهان است و خورشید، ماه و سیارات و ستارگان در مدارهای كروی دور زمین می چرخند و بیش از پیش به تثبیت این عقیده یونانیان پرداخت كه كره شكل كامل است.
آریستاخوس، ریاصیات را در نجوم به كار برد. وی با استفاده از ابزاهای ابتدائی در حدود ۲۸۰ قبل از میلاد به محاسبه فاصله ی زمین و خورشید پرداخت. آریستاخورس متوجه شد كه انحنای سایه زمین، وقتی از ماه می گذرد می بایستی ابعاد نسبی زمین و ماه را نشان دهد. وی پس از محاسبه ی فاصله زمین و ماه و تشكیل مثلث قائم الزاویه فرضی، هنگامیكه ماه در تربیع اول بود، فاصله زمین تا خورشید را تعیین كرد. بنظر وی خورشید تقریباً بیست برابر دور تر از ماه قرار داشت. هرچند ارقام به دست آمده درست نبود، ولی آریستاخورس نتیجه گرفت كه خورشید باید حداقل هفت برابر بزرگتر از زمین باشد. وی با غیر منطقی بودن گردش خورشید بزرگ به دور زمین كوچك، نظر داد كه زمین باید به دور خورشید بگردد. البته نظر آریستاخورس پذیرفته نشد. چون وی نظریه خورشید مركزی منظومه شمسی را ارائه داد، امروزه به عنوان كپرنیك عهد باستان شناخته می شود.
اراتستن در حدود ۲۴۰ قبل از میلاد متوجه شد كه روز اول تابستان در آسوان، خورشید در بالای سر است و در اسكندریه كه ۸۰۰ كیلومتر با آن فاصله دارد، در بالای سر نیست. وی نظر داد كه سطح زمین باید نسبت به خورشید، انحنا داشته باشد. وی با استفاده از طول سایه ای كه هنگام ظهر اول تابستان در اسكندریه تشكیل می شود، و مقایسه ی آن با طول سایه در روز اول تابستان در آسوان و با استفاده از هندسه خطوط مستقیم، انحنای زمین را با فرض كروی بودن آن حساب كرد. در نتیجه محیط و قطر زمین را تعیین كرد. ارقامی كه آراتستن به دست آورد، ۱۲۸۰۰ كیلومتر برای قطر زمین و چهل هزار كیلومتر برای محیط زمین بود كه تقریباً با اعداد مورد قبول امروزی مطافقت دارد.
هیپارخوس در حدود ۱۵۰قبل از میلاد و با استفاده از روش آریستارخوس به محاسبه فاصله ی زمین و ماه پرداخت. وی فاصله زمین تا ماه را سی برابر قطر زمین به دست آورد. اگر قطر زمین را مطابق رقم اراتستن در نظر بگیریم، فاصله زمین تا ماه كه هیپارخوس حساب كرد برابر ۳۸۴۰۰۰ كیلومتر می شود كه تقریباً درست است. همچنین هیپارخوس گزارشی از انحراف ماه و خورشید از حركت دایره ای داد است. چون ماه در مدار خود به دور زمین گاهی در شمال استوا و گاهی در جنوب استوا است، سبب این انحراف می گردد. هیپارخوس با اشاره به این امر بدون ذكر دلیل، اظهار داشت كه این انحراف سبب می شود كه خورشید در هر سال حدود پنجاه ثانیه قوسی در سمت راست مشرق به نقطه اعتدال می رسد. چون به این ترتیب در هر سال نقطه اعتدال جلوتر می آید، هیپاهرخوس این تغییر مكان را تقدیم اعتدالیون نامید كه هنوز هم به همان نام شناخته می شود.
اخترشناسان بعدی از هیپارخوس تا بطلمیوس حركات اجرام آسمانی را بر مبنای این نظر مورد مطالعه قرار دادند كه زمین ساكن و مركز جهان است. ماه در ۳۸۴۰۰۰كیلومتری آن و اجسام دیگر آسمانی دورتر و در فاصله ای نامعین از آن هستند. چون دایره را منحنی كامل می پنداشتند، نتیجه می گرفتند كه تمام اجرام آسمانی بایستی در مسیرهای دایره ای به دور زمین بچرخند. اما مشاهدات آنها كه از كشتیرانی و تدوین تقویم برخاسته بود، نشان می داد مسیر سیاره ها دایره های كاملی و ساده ای نیستند. بنابراین هنگامیكه بطلمیوس دستگاه زمین مركزی خود را تنظیم كرد، مسیر سیاره ها را در تركیبی از دایره های پیچیده نشان داد.
دستگاه زمین مركزی بطلمیوس
بطلمیوس در حدود ۱۵۰ میلادی رساله ی پر نفوذی به نام سونتاركنس ماتماتیكا یا مجموعه ی ریاضی نوشت. هر چند این رساله بر نوشته های هیپارخوس مبتنی است، اما به خاطر فشردگی و زیبایی چشمگیرش مورد توجه قرار گرفت. شارحین بعدی برای متمایز ساختن آن از آثار كم اهمیت تر صفت مجیسته یا مجسطی به معنی بزرگترین را به آن منسوب كردند. مترجمین عرب زبان حرف تعریف ال را پیشوند كردند و آنرا المجسطی نامیدند.
بطلمیوس در المجسطی پدیده هایی را بررسی می كند كه بستگی به كرویت زمین دارند. سپس دستگاه زمین مركزی نجوم را طرح ریزی می كند كه قریب به ۱۵۰۰ سال مورد پذیرش عموم بود. المجسطی قدیمی ترین كوشش مجدانه در راه تبیین حركت شناسی منظومه شمسی است. اما در توجیه حركتهای پیچیده ی سیاره ها كه فاصله ثابتی با زمین ندارند، روی مدارهای دایره ای عاجز بود. بنابراین مفهموم مدارهای تدویر را بكار گرفت. طبیق این نظریه هم سیاره روی دایره ای حركت می كند كه مركز آن به نوبه ی خود روی دایره ای به مركز زمین حركت می كند. بطلمیوس مجبور شد به انواع دیگر مدار هم توسل جوید، اما هر كدام از اینها نیز دایره تقدس خود را به عنوان شكل اصلی حركات سیاره ها حفظ كرد.
مكانیك یونانی
هرچند مكانیك یونانی به اندیشه های ارسطو خلاصه نمی شود، اما نظریه های وی تاثیری بس عمیق بر افكار اندیشمندان برای قرون متمادی داشت. ارسطو ادعای ریاضیدان بودن نداشت، اما تسلطی خارق العاده بر روشهای ریاضی داشت و سازمان دهنده ی منطق قیاسی بود.
هراكلیدس در ۳۵۰ سال قبل از میلاد گفت: تصور اینكه زمین به دور خورشید می گردد بسیار ساده تر از این تصور است كه تمامی گنبد آسمان به دور زمین می چرخد. اما این گفته مورد پذیرش ارسطو واقع نشد. ارسطو بیش از هر كی دیگری اسیر دستگاه منطق قیاسی كه خود بوجود آورنده اش هست بود. با توجه به اینكه ارسطو اعتقاد داشت زمین مركز جهان است، بخوبی می توان دیدگاهش را در باره ی علت سقوط اجسام بر سطح زمین توجیه كرد.به اعتقاد ارسطو هر شئی به اصل خویش باز می گردد و مكان واقعی خود را جستجو می كند. چ.ن سنگ از جنس خاك است به طرف زمین سقوط می كند و چون دود از جنس آتش است به طرف هوا صعود می كند. در مورد سقوط آزاد اجسام گفته است كه اگر دو جسم با سنگینی مختلف را از فاصله ی معینی رها كنیم، جسم سنگین تر زودتر به زمین می رسد. این برداشت نمی توانست علت همه حركت ها را توجیه كندّ اما دلیل سكون اجسامرا توجیه می كرد. به اعتقاد ارسطو نیروی خارجی عامل حركت بود. وی در این مورد چنین گفته است: جسم متحرك هنگامی به حالت سكون در می آید كه نیرویی كه آنرا در امتداد خود به حركت واداشته است، دیگر نتواند بر آن اثر كند و آنرا براند.
بنابراین به برداشت ارسطو نیروی خارجی عامل حركت بود و در غیاب نیروی خارجی همه ی اجسام به حالت سكون در می آمدند.
نور
فلاسفه ی یونان اعتقاد داشتند همانگونه كه چوب دستی یك نا بینا به مانعی برخورد می كند و آنرا برای وی مشخص می كند، پرتوهای نور نیز از چشم خارج شده به اجسام برخورد می كنند و با بازگشت به چشم آنها را نمایان می سازد. اما نظریه دیگری نیز در مورد حركت و منشاء آن وجود داشت. برخی اعتقاد داشتند نور از اجسام فروزان منتشر می شود و به چشم می رسد افلاطون از خمیدگی ظاهری اجسام در خالیكه كه بخشی از آن در آب فرو رفته، سخن گفته است. اقلیدس انتشار مستقیم نور و قانون بازتابش آن را بیان كرده است. ارشمیدس از خواص آینه ها سخن گفته است. هرون نیز به تشریح خواص آینه ها پرداخته و مسائلی راجع به ساختن آینه ها با خواص معین را بیان كرده است. وی حتی طرز ساختن آینه هایی را كه بوسیله آن شخص بتواند پشت سر خود را ببیند، و یا وارونه دیده شود ارائه كرده است. همچنین هرون به تشریح این امر پرداخته كه نور كوتاهترین مسیر بین دو نفطه را می پیماید. بطلمیوس شكست نور را مورد بررسی قرار داد و به اندازه گیری زاویه تابش و باز تابش همت گماشت.
بن بست فیزیك یونانی
یناونیان دانشی را كه با زندگی روزمره ارتباط داشت كم ارزش می شمردند. ولی در ریاضیات موفقیت چشمگیری كسب كردند. ریاصیاتی كه به اعتقاد آنان بر اساس یك سری اصول بدیهی شكل گرفته بود و سایر قضایا را بوسیله منطق قیاسی استنتاج می كردند. یونانیان چنان دلباخته ی آن شدند كه قیاس را تنها وسیله ی معتبر كسب دانش می پنداشتند. اما می دانستند. كه قیاس برای پاسخگویی به برخی از پرسش ها كافی نیست. مثلاً فاصله دو شهر را بوسیله قیاس نمی توانستند به دست آورند، بلكه باید اندازه گیری می كردند. هرگاه كه لازم بود، طبیعت را مشاهده می كرند، ولی این امر با رقبت انجام نمی گرفت. در هیچ جا ثبت نشده كه ارسطو دو سنگ ناهم وزن را بسوی زمین رها كرده باشد تا نظر خود را بیازماید. آزمایش كردن به نظر یونانیان كاری بیهوده و معارض با زیبایی قیاس خالص بود و از ارزش آن می كاست.
اعتقاد به ارزش قیاس كه بر بدیهیات پایه گذاری شده بود، سرانجام به لبه پرتگاهی رسید كه راهی برای عبور نداشت. كشفیات بیشتری برای ریاضیات و فیزیك مطرح نبود. همه را به این راضی می كردند كه بگویند ارسطو چنین گفته است و یا اقلیدس گفته است. بنابراین دستگاه زمین مركزی بطلمیوس توام با نظریه های فیزیكی ارسطو كه اكثراً با تناقض همراه بود، برای توجیه جهان كافی می پنداشتند.
دانشمندان اسلامی نیز كه دست آوردهای علمی یونانیان را در طول قرون وسطی حفظ كردند، و دارای كشفیات مهمی نیز می باشند، نتوانستند بگونه ای منسجم عمل كنند. هرچند خیام را می توان نخستین كسی دانست كه اصل توازی اقلیدس زا زیر سئوال برد، اما بعد مدتی به فراموشی سپرده شد.
جای بسی تاسف است كه جمشید كاشانی و ملا باقر یزدی به اثبات قضیه ای در ریاضیات پرداختند كه صدها سال قبل از ایشان توسط كمال الدین فارسی ثابت شده بود. كه نشان از بی اطلاعی مجامع علمی ایرانییان از كارهای یكدیگر بود.
سرانجام متفكران رنسانس در برابر نظریه های قدیم فلسفه ی طبیعی كه دیگر قانع كننده نبود، چشم انداز جدیدی گشودند كه در فصل بعدی مورد بحث قرار خواهد گرفت.


نوشته : حسین جوادی

منبع : شبکه فیزیکی هوپا