زمینه پیدایش فیزیک کلاسیک 5

واضح آرشیو وب فارسی:سایت رسیک: ● ظهور و پیدایش رنسانس
در نیمه دوم قرن ۱۴ در ایتالیا و در شهر فلورانس پدیده ای به نام رنسانس به وجود می آید و به بخش های مختلف اروپا اشاعه پیدا می كند . چرا با وجود كشورهایی مثل آلمان وفرانسه و امثال اینها كه به شكل امروزی نبودند، چرا این پدیده در ایتالیا رخ داده است ؟ درذیل دلایل مختلفی را كه در این زمینه مطرح كرده اند كه رنسانس در ایتالیا اتفاق افتاده است،بیان شده است :
پایگاه مسیحیت در روم بود ولی به مرور زمان نفوذ كلیسا قدرت قبلی خود را در ایتالیا از دست می دهد و تحت فشار شاهان فرانسه در اواخر قرون وسطی دربار پاپ از روم به آونیوم در فرانسه منتقل می شود . بنابراین نفوذ كلیسا در ایتالیا كمتر می شود .
به مرور زمان، زبان رسمی و علمی در اروپا زبان لاتینی می شود. زبان های مثل اسپانیایی، ایتالیایی و فرانسوی در مقایسه با زبانی مثل آلمانی نسبت به هم دارای قرابت و نزدیكی زیادی هستند. بسیاری از آثار دوران یونان باستان به زبان لاتینی ترجمه شده بود و زبان لاتینی به زبان ایتالیایی نزدیكتر از دیگر زبان ها بود. بنابر این ایتالیایی ها راحتتر می توانستند با ترجمه های آثار یونانی ارتباط برقرار كنند .
مقر اصلی تمدن روم و امپراطوری روم درایتالیا بود . روم شرقی و بیزانس در حوزه شرقی اروپا و بالكان و سوریه بود و امپراطوری روم غربی در ایتالیا و فرانسه و آلمان بود اما مركزیت آن در ایتالیا بود. بنابر این مردم ایتالیا به یونان و روم باستان نزدیكتر بودند چون امپراطوری روم در ایتالیا قرار داشت .
بنابر این با توجه به مجموعه این دلایل پدیده رنسانس در ایتالیا اتفاق می افتد . رنسانس یعنی قبول نداشتن كلیسا و عقاید آن و بازگشت به یونان و روم باستان است. در یونان و روم باستان اصالت با انسان بوده است. برای برگشت به یونان و روم باستان باید در تمام مسائل از جمله هنر و ادبیات و فلسفه باید به همان روش عمل نمود. بنابر این باید به آثار همان زمان رجوع كرد و چون آثار یونان به لاتینی ترجمه شده و ایتایایی ها با توجه به قرابت زبانشان به زبان لاتینی راحتترمی توانستند زبان لاتینی را فرا گیرند اینها زودتر از بقیه توانستند به آثار یونانی دست پیدا كنند.

● دستگاه خورشید مركزی خورشید كوپرنیك
▪ نیكلا كوپرنیك (۱۵۴۳-۱۴۷۳) ریاضیدان
اخترشناس، حقوقدان و اقتصادان با استعدادی بود كه در نزد مردم بسیار محترم بود. اصلیت وی لهستانی بود و برای ادامه تحصیل به ایتالیا رفت. كوپرنیك نخستین كسی بود كه در دوران رنسانس، انقلاب بزرگی را در زمینه اخترشناسی برپا می كند. كوپرنیك به مسئله حركت دورانی افلاطون در مورد اجرام آسمانی بسیار علاقه مند بود و در این زمینه تلاش های بسیار انجام داد. كوپرنیك معتقد بود كه حركت اجرام آسمانی مانند ستاره ها، سیارات و ماه یك حركت دورانی(دایره ای) و یا تركیبی از حركات دورانی است.
زیرا در حركات دورانی، جرم در یك دوره مشخص و ثابت به حالت و وضعیت قبلی خود برمی گردد. كوپرنیك با مشاهدات و تحقیقات گسترده و محاسبات دقیق به این نتیجه رسید كه اگر حركت سیارات با حركت دوره ای زمین در ارتباط باشد، و حركت دوره ای سیارات را بر اساس گردش آن ها به دور خورشید محاسبه كنیم به این نتیجه می رسیم كه علاوه بر نظم و ارتباط میان آن ها(منظور حركت دورانی زمین و خورشید مركزی) و ترتیب حاكم بر مدار های سیارات، حركت دورانی این اجرام با هم در ارتباط می باشند. به طوری كه تغییر در هر یك از این مدار ها باعث در هم فرو ریختن اجرام و در نتیجه منظومه می شود.
سرانجام كوپرنیك منظومه خود را تدوین كرد كه منظومه وی با منظومه زمین مركزی بطلیموس كه مورد قبول عامه مردم (از جمله كلیسا) آن دوره بود، مغایرت داشت.
وی در منظومه خود خورشید را مركز قرار داد كه زمین و دیگر سیارات به دور آن در حال حركت هستند. نیكلا منظومه خود را بر اساس چند فرض بنیان نهاد:
▪ مركزیِ هندسی و دقیق برای مدار اجرم آسمانی وجود ندارد.
▪ خورشید در مركز قرار دارد و زمین و دیگر سیارات به دور آن حركت می كنند.
▪ زمین دیگر مركز جهان نیست. زمین علاوه بر حركت گردشی به دور خورشید، به دور خود نیز می چرخد.
▪ حركت خورشید در آسمان بر اساس حركت دوره ای زمین می باشد.
▪ حركت ظاهری اجرام آسمانی در آسمان تنها بر اساس حركت خود آن ها نیست، بلكه این حركت ها با حركت دوره ای زمین نیز در ارتباط می باشند.
▪ كوپرنیك نظر داد كه گردش زمین به دور خود یك شبانه روز به طول می انجامد.
كوپرنیك تلاش می كرد تا نظریه خود را از طریق ریاضیات اثبات كند. وی با محاسبات خود به این نتیجه رسید كه هرچه قدر از سیارات دور به خورشید نزدیك شویم، بر سرعت گردش آن ها افزوده می شود.
زحل كه دورترین سیاره آن زمان بود، یك دور یكنواخت خود را به مدت ۲۹.۵ سال و سپس مشتری این دوره را در ۱۱.۸ سال می پیماید. بعد از مشتری نوبت به مریخ می رسد كه این دوره را در مدت ۶۸۷ روز و زهره ۲۲۴ روز و عطارد ۸۸ روز سپری می كنند. البته این مقادیر را كوپرنیك محاسبه كرده است و اختلاف این مقادیر با مقادیر امروزی ناچیز است. این محاسبات بخشی از اثبات تئوری كوپرنیك با استفاده از هندسه بود.
مزیت تئوری كوپرنیك آن بود كه وی با استناد به نظریه خورشید مركزی به نتایجی دست یافت كه برخی از این نتایج در نظریه بطلیموسی امكان پذیر نبود.
مهمترین این نتایج عبارتند از:
الف) محاسبه اندازه مدار سیارات كه به دور خورشید می گردند.
ب) محاسبه دوره تناوب گردش سیارات به دور خورشید.
ج) بدست آوردن سرعت نسبی حركت دورانی سیارت.
د) مشخص كردن حركت زاویه ای سیارات و موضع آن ها در آسمان. كه این نتیجه در هر دو تئوری كوپرنیك و بطلیموس وجود داشت.
بر این اساس بود كه كوپرنیك به این نتیجه رسید كه میان مدار های سیارات و جایگاه آن ها ارتباطی وجود دارد؛ طبق گفته خود هرگونه تغییر مكانی در هر قسمت از آن باعث به هم خوردن قسمت های دیگر و همه جهان می شود)). كوپرنیك مدعی بود كه برتری نظریه او در زیبایی و سادگی آن است. وی در این رابطه در كتاب خود، “”درباره گردش افلاك آسمانی”" می گوید((در میانه همه خورشید بدون حركت می پاید.
به راستی، چه كسی در این معبد عظیم و زیبا، منبع نور را در جایی جز آنجا كه بتواند همه قسمت های دیگر را بیفروزد و روشنایی بخشد، قرار می دهد؟ پس در اساس این برگزیدگی، تقارن قابل ستایش در جهان و هماهنگی بارزی در حركت و اندازه كرات می یابیم، آن چنان كه به هیچ وجه دیگری نمی توانست باشد.
تئوری كوپرنیك بنا به دلایلی به زودی مورد قبول عامه مردم قرار نگرفت. بیش از یك قرن طول كشید تا نظریه خورشیدمركزی میان اخترشناسان مورد پذیرش قرارگیرد.
● مهمترین دلایلی كه علیه این نظریه مطرح شده بود:
منظومه كوپرنیكی بیشتر جنبه ریاضی، سادگی و زیبایی داشت و با مشاهدات نجومی آن زمان مطابقت نداشت و به همین دلیل مورد پذیرش عام قرار نگرفت.
یكی از ضعف هایی كه كوپرنیك در اثبات نظریه خود داشت آن بود كه او نمی توانست با استفاده از نظریه های پیشین، نظریه خود را اثبت كند.
یكی از دلایلی كه همیشه بر ضد نظریه خورشیدمركزی مطرح بود آنست كه اگر زمین در حال حركت می بود، بایستی به كلی منهدم شود. زیرا اگر زمین حركت كند، آنگاه هوا، پرندگان و قطرات بارانی كه به زمین می بارند، جا می ماندند. یكی از مثل هایی كه مخالفین به گالیله می گفتند آن بود كه اگر زمین در حال حركت باشد، توپی كه از بالای برج پیزا پرتاب می شد باید به عقب (جهت خلاف گردش زمین) جا بماند.
اما كوپرنیك می پنداشت كه هوا به همراه زمین در حال حركت است. و از طرفی وی در نظر داشت كه اگر چنین می بود پس چرا دیگر اجرام آسمانی كه در حال حركتند، منهدم و نابود نمی شوند.
الگوی خورشید مركزی كوپرنیك با عقاید و اصول ارسطو مغایرت داشت. و از طرفی چون در آن زمان كلیسا طرفدار اصول ارسطو بود، به همین دلیل نظر همه مسیحیان بر ضد كوپرنیك بود. آنان به آیات انجیل استناد می كردند و می گفتند كه معمار و طرح خلقت جهان بر اساس منظومه و تئوری بطلیموس است. به همین دلیل سازمان تفتیش عقیده، كتاب كوپرنیك را كه مخالف با كتاب مقدس بود، ممنوع اعلام كرد.
اگر چه نظریه خورشید مركزی كوپرنیك با نظریه زمین مركزی بطلیموس از نظر علمیِ مشاهده نجومی سازگار بود اما از نظر فلسفی مغایرت داشت. چون كوپرنیك چارچوب مرجع خود را از زمین به خورشید منتقل كرده بود. و این انتقال چارچوب از نظر فیزیك سینماتیكی امروزی كاملا صحیح می باشد.
● قوانین كپلر
كوپرنیك با قرار دادن خورشید در مركز منظومه شمسی توصیف بسیار ساده تر و توضیح طبیعی تری در باره برخی از خصوصیات حركت سیاره ای به دست داد. هرچند طرح كوپرنیك بسیار ساده تر از طرح بطلمیوس بود، اما چون كوپرنیك نیز به تقدس دایره ها اعتقاد داشت، به همان اندازه بطلمیوس از مدارهای تدویر و نظایر آن استفاده كرد. تنها تفاوت دو دستگاه این بود كه یكی زمین را مركز حركت سیارات می دانست و دیگری خورشید را. با آنكه ستاره شناسان از پذیرش دستگاه خورشید مركزی بطلمیوس اجتناب می كردند، اما این دستگاه تاثیر خود را بر اندیشه آنان گذاشته بود و بحث و جدل در مورد آن روز به روز بیشتر می شد.
این مجادلات باعث شد كه منجمین اطلاعات رصدی بیشتری و دقیق تری به دست آورند. تیكو براهه این اطلاعات را جمع آوری كرد و اعتقاد داشت كه همه ی سیارات بجز زمین به دور خورشید می گردند و خورشید همراه سیارات به دور زمین می چرخد. در این دوران یوهان كپلر (۱۵۷۱-۱۶۳۰) به عنوان دستیار نزد تیكو براهه در رصد خانه ی پراگ مشغول كار شد.
پس از كوپرنیك ، كپلر نخستین منجم نامداری بود كه نظریه مركزیت خورشید را اتخاذ كرد ، اما معلوماتی كه تیكو براهه ثبت كرده بود نشان داد كه این نظریه به صورتی كه كوپرنیك بدان بخشیده بود ، نمی تواند كاملا صحیح باشد. با این وجود ظرفداری كپلر از دستگاه خورشید مركزی كوپرنیك مورد پسند تیكو برهه نبود. هنوز یكسال از همكاری این دو نگذشته بود كه تیكو براهه فوت كرد و تمام رصدهایی را كه جمع آوری كرده بود به عنوان ارثیه ای ارزشمند برای كپلر باقی گذارد.
پس از مرگ تیكو براهه، كپلر به توده ی عظیمی از رصدهای بسیار دقیق در حركت سیارات دست یافت. بعداً مسئله به این صورت در آمد كه الگویی برای حركت سیارات ارائه دهد كه دقیقاً با مجموعه رصدهای انجام شده مطابقت كند.
بدین ترتیب كپلر نیاز داشت كه ابتدا به كمك تخیل جواب موجهی را حدس بزند و سپس با پشتكار، كوهی از محاسبات كسل كننده را انجام دهد تا حدس خود را تایید یا رد كند.
توفیق بزرگ كپلر همانا كشف سه قانون حركت سیارات است دو تا از این قوانین را وی در ۱۶۰۹ و سومی را در ۱۶۱۹ انتشار داد .
▪ قانون اول كپلر یا قانون بیضوی ها
مدار هر سیاره به شكل یك بیضی است كه خورشید در یكی از كانونهای آن قرار دارد .
كه میتوان از این مطلب این را نتیجه گرفت كه فاصله سیاره تا خورشید به لحاظ واقع بودن بر مدار بیضی دارای حداقل و حداكثر است. كپلر بیش از ۲۰ سال برای درك چگونگی مدارات سیارات زحمت كشید او مدلهای مختلفی را امتحان نمود ولی سرانجام نشان داد كه صفحه مداری سیاره ها از خورشید می گذرد و كشف كرد كه شكل مداری سیارات به صورت بیضی است .این قانون در سال ۱۶۰۹ میلادی انتشار یافت.
▪ قانون دوم كپلر یاقانون سطح معادل
خط مستقیم واصل سیاره و خورشید (شعاع حامل یك سیاره)، در فواصل زمانی مساوی مساحتهای مساوی را در فضا جاروب می كند.
یعنی برای مثال در شكل سیاره ای در مدت ۱ ماه از Aبه B می رود . مدت زمانی كه از Cبه D می رود نیز یك ماه است اما اكنون از خورشید دورتر است بنابراین فاصله A تا B باید بیشتر باشد تا سیاره در همان مدت یك ماه مساحتی برابر با مساحت اول را جاروب كند . به همین دلیل سیاره هنگامی كه به خورشید نزدیكتر است با سرعت بیشتری حركت می كند. برای فهم بهتر اینجا را كلیك كنید .
▪ قانون سوم كپلریا قانون هارمونیك
نسبت مجذور زمان تناوب گردش دو سیاره برابر است با نسبت مكعب نیم قطر اطول آنها كپلر برای بدست آوردن این فرمول ۷ سال تلاش كرد . در آن زمان فاصله واقعی میان خورشید و سیارات معلوم نبود اما محاسبه نسبت فاصله یك سیاره تا خورشید به فاصله زمین تا خورشید میسر بود . مثلا كپلر می دانست كه نیم قطر اطول مدار مریخ تقریبا ۱.۵ برابر نیم قطر اطول مدار زمین است . حال او متوجه شد اگر در هر سیاره نیم قطر اطول را به توان ۳ و دوره گردش را به توان ۲ برسانیم . دو رقم بدست آمده باهم برابر می شوند و فقط اختلافهای اندكی برای برجیس (مشتری) و كیوان (زحل) دیده می شود.
در زمان كپلر دو قانون اول فقط در مورد مریخ قابل اثبات بود . در مورد سایر سیارات رصد ها با آن قوانین سازش داشت ، منتهی چنان نبود كه آنها را قطعا محقق سازد و مدتها گذشت تا دلایل قطعی در تایید آنها بدست آمد .
كشف قانون اول ، یعنی اینكه سیارات روی مدارات بیضوی حركت می كنند ، بیش از آنكه برای مردم امروز به آسانی قابل تصور باشد مستلزم كوشش در رها ساختن گریبان خود از چنگ سنتها بود . تنها نكته ای كه همه ی ستاره شناسان در آن خصوص با هم توافق داشتند این بود كه همه ی حركات سماوی ، دورانی است یا از حركات دورانی تركیب شده است .
قرار دادن بیضی به جای دایره ، مستلزم رها كردن آن تمایل زیباشناختی بود كه از زمان فیثاغورث به بعد بر نجوم حكومت كرده بود . دایره شكل كامل و افلاك سماوی اجسام كامل شناخته می شدند _ كه در اصل مقام خدایی داشتند و حتی در آثار افلاطون و ارسطو نیز رابطه ی نزدیكی با خدایان دارند . واضح به نظر می رسید كه یك جسم كامل باید بر یك مدار كامل حركت كند . به علاوه چون اجسام آسمانی آزادند ، یعنی بی اینكه كشیده یا رانده شوند حركت می كنند ، پس حركت آنها باید طبیعی باشد و تصور اینكه دایره طبیعی است و بیضی چنین نیست امر آسانی بود . بدین ترتیب بسیاری از باورهای ذهنی عمیق می بایست منسوخ و مطرود گردد تا قانون اول كپلر بتواند مورد قبول واقع شود .
قانون دوم مربوط به سرعت متغیر سیاره در نقاط مختلف مدار خویش است. بنابراین سیاره در نزدیك ترین فاصله ی خود به خورشید ، بیشترین سرعت را دارد و در دورترین فاصله ی خود از خورشید ، كمترین سرعت را .
این نكته هم باز سبب حیرت می شد زیرا كه وقار و متانت سیاره مغایر این بود كه گاهی شتابان و گاهی خرامان راه برود !
قانون سوم از این لحاظ مهم بود كه حركت سیارات مختلف را نسبت به هم می سنجید . قانون سوم می گوید كه اگر r فاصله ی متوسط یك سیاره نسبت به خورشید و Tطول سال آن باشد . پس r^۳/T^۲ در مورد همه ی سیارات یك اندازه است . این قانون ( تا آنجا كه به منظومه ی شمسی مربوط می شود ) دلیل قانون جادبه ی نیوتن قرار گرفت.
● نتیجه:
آنچه كه كپلر انجام داد، از جزئیات یعنی رصدهای موضعی، به كلیات یعنی مسیر حركت سیارات دست یافت. سه قانون كپلر از رویدادهای بسیار مهم علم است كه بطور كامل تقدس دایره ها را در هم شكست و نظریه كپرنیك را از حمایت موثری برخوردار كرد. این قوانین نشان داد كه اگر خورشید به عنوان مرجع در نظر گرفته شود، حركت سیارات را می توان به آسانی توصیف كرد. اما اشكال این قوانین آن بود كه صرفاً تجربی بود، یعنی فقط مسیر حركت مشاهده شده را بیان می كردند، بی آنكه هیچگونه تعبیر نظری در باره ی آنها به دست بدهند. یا در مورد منشاء این قواعد توضیح نمی داد.
همزمان ارائه این قوانین توسط كپلر، واقعه ی بزرگی در شرف تكوین بود. گالیله در زمان ارائه این قوانین به حركت اجسام، آونگ، نور … می اندیشید و دست به آزمایشهای سرنوشت سازی می زد. بطور قطع این دو نفر در شكل گیری اندیشه های نیوتن نقش برجسته ای داشتند.

این صفحه را در گوگل محبوب کنید

[ارسال شده از: سایت رسیک]

[مشاهده در: www.ri3k.eu]

[تعداد بازديد از اين مطلب: 91]