فلسفه‌ی فیزیک نیوتن

اصول ریاضی فلسفه‌ی طبیعی، ایزاک نیوتن، ترجمه‌ی بهنام شیخ‌باقری، رخدادنو، 692ص

امروزه، شاید بتوان نیوتن را مشهورترین فیزیک‌دان تاریخ دانست. برجسته‌ترین نقش نیوتن پایه‌گذاری مکانیک کلاسیک است که آن را در قالب نگارش اثر سترگ خود، «اصول ریاضی فلسفه‌ی طبیعی»، در سال 1687 (که اکنون به اختصار با عنوان «اصول نیوتن» ذکر می‌گردد) سامان داد. دیدگاه‌های نیوتن در باب فضا، زمان و حرکت نه تنها مبانی «جنبش‌شناختی» (2) این کار شگرف - و بنابراین تمامی فیزیک کلاسیک تا اوائل قرن بیستم- را تأمین کرد، بلکه نقشی تمام در نظام عمومی فلسفه و الهیات وی (که به طور وسیع قبل از نگارش اصول، توسعه یافته بود) ایفا نمود.
کتاب «اصول نیوتن»، در قالب یک مدخل - شامل «تعاریف»، (3) «حاشیه» (4) و «اصول موضوع یا قوانین حرکت» (5) - سه رساله‌ی اصلی - با عناوین «حرکت اجسام»، (6) «حرکت اجسام در محیط‌های مقاوم» (7) و «منظومه‌ی جهانی (به روش ریاضی)» (8) و یک مؤخره - با عنوان «حاشیه‌ی کلی» (9) - نگاشته شده است. در این میان محتوای رساله‌های اصلی کتاب، صرفاً از حیث جزئیات و محاسبات ریاضی قابل بررسی و نقد احتمالی بوده و مبانی فلسفی نگارنده (در قالب دیدگاه‌های وی در باب فضا، زمان و حرکت) در بخش‌های مدخل و مؤخره‌ی کتاب ذکر شده و لذا در این گزارش عمدتاً به اجزای اخیر پرداخته شده است.
نیوتن، مکانیک کلاسیک را بر اساس دیدگاه «فضا»‌ی متمایز و مستقل از اجسام و «زمان» (یکنواخت مستقل از زمانیات) بنا نهاده و در این راستا سخن از مقولاتی چون «فضای مطلق» و «زمان مطلق» به میان آورده است؛ با این وصف که در هر حال برای تشخیص این وجودهای مستقل، آن‌ها را به طرق گوناگون (و در قالب آنچه که او آن‌ها را «فضای نسبی» و «زمان نسبی» نامیده است) اندازه‌گیری می‌نماید. از روزگار باستان تا قرن هجدهم، دیدگاه‌های مخالفی که منکر وجود واقعی فضا و زمان بودند. انگاره‌ی فضای خالی را تصوراً امکان‌ناپذیر می‌یافتند. در باب زمان نیز، آن‌ها مُصرِ بودند که در صورت عدم تغییر در رخ‌دادهای مکانی، می‌توان به عدم گذر زمان معتقد بود؛ زیرا که زمان همانا اندازه‌گیری چرخه‌های تغییر در ظرف جهان است.
در ارتباط با مباحثی از این دست در خصوص وضعیت هستی شناختی فضا و زمان، پرسش از طبیعت «حرکت مطلق» بود. در این راستا نیوتن مقرر داشت که حرکت مطلق یک جسم، همانا حرکت آن در خلال «فضای مطلق» است. البته افرادی که قبل یا (اندکی) پس از نیوتن، منکر حقیقت فضا بودند. ضرورتاً منکر واقعیتی از موضوع (نظر به برخورداری از تصوری از چگونگی حرکت مطلق اجسام) نبودند؛ بلکه تا حدی چنین می‌اندیشیدند که مفهوم حرکت مطلق می‎‌تواند در قالب حرکات نسبی، تحلیل گردد؛ لذا مشکلی که برای نیوتن پدید آمد، عبارت بود از اقامه‌ی برهانی متقن برای وجود فضای مطلق.
در مدخل کتاب اصول و در خلال دو عنوان «تعاریف» و «قوانین حرکت»، حاشیه‌ای درج گردیده که به طرح دیدگاه‌های نیوتن در باب زمان، فضا، مکان و حرکت می‌پردازد. نیوتن در این نوشتار، با این سخن می‌آغازد، که از آنجایی که در زندگی روزمره، این کمیات، در قالب مؤلفه‌هایی از ارتباطاتشان با اجسام قابل حس، درک می‌شوند. گریزی از تمییز مفهوم ظاهری متعارف از آن‌ها و کمیات مطلق، حقیقی و ریاضوی‌شان نیست. با این توضیح که:
* از طبیعت «زمان مطلق»، حقیقی و ریاضوی بر می‌آید که این زمان به طور یکنواخت، بدون ارتباط با هیچ امر خارجی و بنابراین بدون لحاظ هیچ تغییر یا طریق اندازه‌گیری آن (به عنوان مثال، ساعت، روز، ماه یا سال) در گذر است.
* «فضای مطلق»، حقیقی و ریاضوی، هم سان و ثابت و بدون ارتباط با هیچ امر خارجی است. بر این اساس فضاهای نسبی اندازه‌های فضای مطلق معین شده با لحاظ نظام‌هایی از اجسام خواهند بود.
* مکان یک جسم عبارت از فضایی است که آن جسم اشغال می‌کند، و ممکن است (بسته به تلقی مطلق یا نسبی از فضا) مطلق یا نسبی باشد.
* «حرکت مطلق» عبارت از انتقال یک جسم از یک «مکان مطلق» به «مکان مطلق» دیگر، و «حرکت نسبی» عبارت از انتقال یک جسم از یک «مکان نسبی» به «مکان نسبی» دیگر است.
نیوتن، حجم زیادی از این حاشیه را به استدلال در این خصوص اختصاص داد که تمایز میان کمیاب حقیقی و اندازه‌های نسبی آن‌ها، موجه و (حتی) ضروری است. از این توصیفات آشکار است که بر اساس آرای نیوتن:
1) فضا چیزی متمایز از جسم و مستقل از هستی اجسام است.
2) واقعیتی از «حرکت مطلق»، فارغ از حرکت یک جسم خاص و کمیت حقیقی منتسب به این حرکت، مطرح است.
3) «حرکت مطلق» یک جسم، در قالب مؤلفه‌هایی از حرکت آن نسبت به اجسام دیگر، قابل تعیین نیست.
عبارت نخست مطرح در این آراء، موضوعی از موضوعات مورد مشاجره‌ی محوری در فلسفه‌ی طبیعی قرن هفدهم، و موردی مطرح از جانب منتقدین نیوتن (از قبیل لایب‌نیتس، هویگنس و برکلی) بود. عبارت دوم از موضوعات، مورد مشاجره‎‌ی محوری نبود. دکارت، لایب‌نیتس و برکلی، همگی باور داشتند که اطلاق «حرکت مطلق» برای هر جسم معینی، قابل بررسی است؛ بنابراین، برای منکرین عبارت نخست، ارائه‌ی تعریف یا تحلیلی در خصوص مفهوم «حرکت مطلق» (جهت مقایسه با توصیف نیوتن از این حرکت) ضروری بود. افراد فوق‌الذکر، همگی، سنجش حرکت نسبت به اجسام دیگر را شرطی لازم (اگر چه ناکافی) برای حرکت مطلق می‌پنداشتند.
در قرون هفدهم و هجدهم، اجماع بر سر عبارت دوم غالب و توصیف مخالفان نیوتن، به صورت منکران «حرکت مطلق» (و به تبع آن صرفاً نسبی دانستن تمام حرکات) رایج بود. بنابراین، خوانندگان امروزی، انتظار دارند که حاشیه‌ی نیوتن در باب فضا، زمان و حرکت، باید استدلالی (نه تنها) در خصوص «حرکت مطلق» تلقی شود. در هر حال براهین نیوتن در باب حرکت، صرفاً برای نشان دادن تفاوت حرکات مطلق و نسبی نبوده، بلکه بیش‌تر در جهت بیان این مطلب است که هر تحلیل ممکن در خصوص حرکت حقیقی، مستلزم رجوع به مکان‌های مطلق و بنابراین وجود فضای مطلق است.
آزمایش سطل چرخان» (10) نیوتن (که عبارتست از آخرین نمونه از پنج برهان ارائه شده با عناوین «خواص، (11) علل (12) و آثار» (13) حرکت، جهت نشان دادن کلی این نکته که یک تحلیل مکفی در خصوص حرکت مطلق مستلزم رجوع به فضای مطلق است) در راستای تدارک استدلال یا شاهدی برای وجود «حرکت مطلق» انگاشته می‌شوند. در مقابل، «آزمایش گوی‌های گردان» (14) جهت نشان دادن این نکته‌ی طراحی شده است که چگونه با وجود نامحسوس بودن فضای مطلق، استحصال کمیت نشان‌گر حرکت مطلق اجسام منفرد در موارد مختلف، ممکن می‌گردد.
خلاصه آنکه در خصوص نظام مکانیک نیوتنی (به ویژه در راستای تبیین قوانین اصلی سه گانه‌ی آن)، پیش فرض‌های «فلسفه‌ی فیزیکی» ای مرتبط با مباحث «فضا»، «زمان»، «حرکت»، «چارچوب مرجع» و (به ویژه) «چارچوب مرجع لخت» (به عنوان مباحثی در ذیل حرکت) مطرح است؛ مثل پذیرش فضا و زمان مطلق مستقل از هم و به تبع آن اعتقاد به «جوهرگرایی» (15) (در برابر «رابطه‌گرایی») (16) در خصوص چیستی فضا و اعتقاد به «مطلق‌گرایی» (17) (در برابر «نسبیت‌گرایی» ) (18) در راستای سنجش مکان و حرکت اجرام و نیز پذیرش امکان تعریف «چارچوب لخت» (19) بر اساس اتکای آن بر مکان مطلق و ارائه‌ی رهیافتی عمل‌گرایانه در جهت تعیین مصادیق آن و سرانجام امکان تمایز حرکت مطلق اجرام از حرکات نسبی آن‌ها با ارجاع به یکی از مصادیق چارچوب مرجع لخت. اهمیت فرض فضا و حرکت مطلق از آنجا ناشی می‌شود که «قانون دوم نیوتن» در مکانیک (به واسطه‌ی برقرار بودن آن صرفاً در یک «چارچوب مرجع لخت» ) اتکاء بر فرض «فضای مطلق» (دست‌کم با بیان نیوتن) دارد؛ زیرا در واقع بدون فرض فضای مطلق، «قانون دوم» (دست کم با بیان نیوتن) دچار نوعی دور می‌شود؛ زیرا: 1) قانون دوم (نه در هر چارچوبی، بلکه صرفاً) در یک چارچوب لخت صادق است. به عنوان نمونه:
الف) اشیاء داخل یک خودرو در حال ترمز، از منظر راننده، بدون دریافت نیرو، شتاب می‌گیرند.
ب) اشیاء داخل یک آسانسور در حال سقوط آزاد، از منظر فرد داخل آن، با وجود دریافت نیرو، شتابی ندارند.
2) چارچوب لخت، (بنا به تعریف متداول نیوتنی از آن) چارچوبی که در آن قانون اول صادق باشد.
3) قانون اول، حالت خاصی از قانون دوم است.
از موارد «1»، «2»، «3» نتیجه می‌گردد که قانون دوم، در چارچوب‌هایی صادق است که حالت خاصی از خود آن قانون در آن‌ها صادق باشد و این عبارت (دست کم با این بیان) دارای دوری آشکار است. بنابراین ملاحظه می‌شود که در مکانیک نیوتنی بدون فرض فضای مطلق، تعیین چارچوب لخت دچار یک دور می‌شود و از آنجا که نیوتن با وجود استدلال‌ها و براهین پنجگانه‌ی ارائه شده در مدخل کتاب اصول، در نشان دادن شواهد مؤید فضای مطلق ناموفق می‌نماید، لذا نیاز است تا از رهگذر تحلیل فلسفی و بنیادین مفاهیم «فضا»، «زمان»، «حرکت» و «چارچوب لخت» و ارائه‌ی تعریف نوینی از مفهوم «چارچوب لخت» امکان رفع دور پیش گفته فراهم آمد.

پی‌نوشت‌ها:

1. دانجشوی دکتری فلسفه‌ی علم پژوهشگاه علوم انسانی و مطالعات فرهنگی
2. Kinematical.
3. Definitions.
4. Scholium.
5. Axioms or Laws of Motions.
6.The Motion of Bodies .
7. The Motion of Bodies (ln Resistiong Mediums)
8. The System of the World (ln Mathematical Treatment).
9. General Scholium.
10. Rotating Bucket Experiment.
11. Properties.
12. Causes.
13. Effects.
14. Revolving Globes Experiment.
15. Substantivalism.
16. Relationism.
17. Absolutism.
18. Relativism.
19. lnertial Frame.

منبع مقاله : اسفار ضمیمه‌ی سوره شماره بیستم