فرهنگ اندازه گیری

زیرساخت اساسی علم و فناوری (بخش اول)

درباره دکتر محمد تقی توسلی، ایشان استاد دانشکده فیزیک دانشگاه تهران و عضو پیشکسوت انجمن فیزیک ایران؛ مدرک کارشناسی خود را به راهنمایی استاد حسابی در سال 1348 اخذ کردند و پس از آن، از سال های 1353 تا 1357 در دانشگاه لندن مشغول به تحصیل و تحقیق برای اخذ درجه ی دکتری بودند. از خدمات ارزنده ی ایشان می توان به راه اندازی آزمایشگاه اپتیک در دانشگاه شهید بهشتی، آزمایشگاه آموزشی و پژوهشی اپتیک در دانشگاه تهران، انتشار مجله ی فیزیک و تجدید فعالیت های انجمن فیزیک، طرح تولید شیشه اپتیکی در ایران، تألیف و ترجمه چندین کتاب ارزنده و ... اشاره کرد. همچنین دکتر توسلی، در سال 2010 به عنوان برنده جایزه بین المللی گالیله معرفی شدند. این جایزه هر ساله از سوی انجمن بین المللی اپتیک (ICO) به یکی از پیشگامان علم اپتیک که در شرایط دشوار و نابرابر از نظر امکانات و تجهیزات موفق به انجام پژوهشی برجسته و مهم در سطح جهانی در زمینه اپتیک شود، اهدا می شود. ایشان در جایی می گوید: «به دلیل علاقه فراوانم به اندازه گیری کمیت های فیزیکی، دوست دارم در صورت امکان، کار پژوهشی به طراحی و ساخت دستگاه اندازه گیری نیز منجر شود.» (1)
متن زیر، سخنرانی ایشان در سومین سمینار فیزیک و لزوم همگانی کردن آن، 8 دی ماه 1390، فرهنگستان علوم جمهوری اسلامی ایران - با اندکی ویرایش به تأیید نویسنده است.
***
با ظهور علم جدید که در آن قوانین حاکم بر طبیعت به زبان ریاضی نوشته شد، " کتاب طبیعت به زبان ریاضی نوشته می شود" گالیله، اندازه گیری دقیق کمیت ها نقش تعیین کننده داشت. در انقلاب صنعتی که با توسعه ی تجارت جهانی مبتنی بر محصولات صنعتی همراه شد، نقش اندازه گیری دقیق تر کمیت ها در کشف پدیده های جدید، نوآوری های علمی و فناوری، و ارتقای کیفیت کالاها بسیار پررنگ تر گردید. رشد و توسعه علم و فناوری پیشرفته معاصر، رابطه تنگاتنگی با رشد و توسعه سنجه شناسی دارد. متأسفانه این تحولات در کشور ما به طور فراگیر اتفاق نیفتاده و در مواردی هم که رخ داده صوری است. در بخشی از گزارش، ضمن ارائه نمونه هایی فراگیر از کم توجهی به اندازه گیری و سنجه شناسی در حوزه های مختلف، مخصوصاً به سنجش های آماری، آثار مخرب این کم توجهی بر رشد و توسعه علم و فناوری مرور می شود. در قسمت دیگر این گزارش، با یادآوری برخی از زیان های اقتصادی و فرهنگی این بی توجهی، راهکارهایی جهت جلب توجه اقشار مردم به اهمیت اندازه گیری و سنجه شناسی و توسعه فرهنگ علمی پیشنهاد می گردد.
توجه جدی ایرانیان به کسب علوم و فنون جدید به اولین قرن سیزدهم شمسی بر می گردد. زمانی که عباس میرزا پس از شکست در جنگ به اهمیت آن پی می برد و برای تحصیل در چند رشته دانشجو به غرب اعزام می دارد و در داخل کشور نیز کارخانه ساخت توپ و تفنگ دایر می کند. اوج توجه به علوم در آن قرن، تأسیس دارالفنون توسط امیرکبیر است که در سال 1230، وقتی که امیرکبیر در تبعید و در زندان بود افتتاح می شود. (2) از آن موقع تاکنون، حدود دو قرن می گذرد.
بسیار ضروری و شایسته است که در زمینه کسب علوم و فنون جدید و میزان به کارگیری آن در رفع مشکلات کشور و جهان، کامیابی ها و ناکامی های خود را مرور کنیم و با کامیابی ها و ناکامی های کشورهای مشابه کشور خود از جنبه های مختلف مقایسه نماییم. اما در این گزارش تنها به ذکر چند کامیابی و ناکامی قناعت می کنیم و در ادامه گزارش به بررسی یکی از علت های عمده ناکامی ها می پردازیم. دستاوردهای عمده توجه به کسب علوم و فنون جدید عبارت اند از: توسعه سواد آموزی در سطح گسترده و در سطوح مختلف، ارتقای سطح دانش مردم، تربیت متخصص شامل: معلم، پزشک، مهندس، انواع کارشناس ها و کاردان ها، ارتقا و توسعه بهداشت عمومی، افزایش امید به زندگی، توسعه حمل و نقل و ارتباطات... که رفاه قابل توجهی برای اکثر مردم فراهم آورده است. البته، اگر این دستاوردها با دستاوردهای کشورهای مشابه مقیاسه شود، میزان کامیابی معلوم می شود که بررسی علل آن برای رشد و توسعه کشور در آینده مفید خواهد بود. عمده ترین ناکامی، عدم توسعه مطلوب فرهنگ و بینش علمی در جامعه است. با ظهور و رشد علوم و فنون جدید در غرب روابط اجتماعی، سیاسی و اقتصادی از آن متأثر شد و به مرور زمان نگرش علمی در این حوزه ها جا افتاد و باعث رشد و پیشرفت اوضاع اجتماعی، سیاسی، و اقتصادی گردید. منظور از بینش علمی، نگاه کمی به پدیده ها و محک زدن نظریه های جهان مادی با آزمایش است. از جمله تبعات علم جدید رواج برخورد غیر احساسی با رویدادها و مسائل جامعه است که در آن رفع مشکل با مشخص کردن علت و معلول، تحلیل با قوانین شناخته شده، و استفاده از آزمایش و آمار صورت می گیرد. چنین اتفاقی به طور ملموس در جامعه ما رخ نداده است.
البته ناکامی های دیگری نیز قابل ذکر است، مثل قابل ملاحظه نبودن نوآوری های علمی و صنعتی، پایین بودن کارایی و ارزش افزوده در کارخانه ها و کشاورزی، قابل رقابت نبودن اغلب کالاهای صنعتی و کشاورزی در عرصه جهانی، معدود بودن صنایع بدیع و مستقل و ... به نظر من ریشه اصلی این نوع ناکامی ها نیز در عدم توسعه مطلوب فرهنگ و بینش علمی در جامعه است. از این رو روی این موضوع تمرکز می کنم و به معرفی یکی از عمده ترین علت های آن می پردازم که کم توجهی به اندازه گیری و سنجه شناسی است.

1- نقش اندازه گیری در ظهور علم جدید

رنسانس در اروپا طی قرون 13 و 14 میلادی رخ داد. از تبعات عمده آن تغییر نگاه انسان غربی به جهان اطراف و تردید جدی در آموزه ها و نوشتارهای رایج در حوزه های مختلف از جمله: فلسفه، تاریخ، جغرافیا، و علوم طبیعی بود. برای رفع تردیدها به بازنگری منتقدانه کتب و آثار به جا مانده از گذشته پرداخته شد. این بازنگری در بخش بیشتر موارد با تجربه، آزمایش، و اندازه گیری همراه بود و به صورتی گسترده در بخش بزرگی از اروپا شامل ایتالیا، آلمان، فرانسه، هلند، پرتقال، اسپانیا و انگلستان در جریان بود.
از درون این نوع برخورد با طبیعت، علم جدید در قرون 16 و 17 میلادی به تدریج شکل گرفت که در آن قوانین طبیعت به زبان ریاضی نوشته شد. گالیله که یکی از پیشتازان علم جدید است می گوید: «کتاب طبیعت به زبان ریاضی نوشته می شود». (3) در شکل گیری علم جدید، اندازه گیری دقیق کمیات نقش عمده ای داشت. اندازه گیری دقیق و گسترده تیکو براهه در جا انداختن نجوم خورشید مرکزی به جای زمین مرکزی تعیین کننده بود. آزمایش های کمّی گالیله و دیگران راه را برای کشف قوانین جدید باز کرد و در دو قرن، تمام قوانین فیزیک کلاسیک شامل قوانین مکانیک، ترمودینامیک، و الکترومغناطیس کشف و فرمول بندی شد. از طرف دیگر، انقلاب صنعتی که به دنبال ظهور علم جدید روی داد و به تبع آن تجارت کالاهای صنعتی در سطح جهان گسترش یافت، تولیدکنندگان کالاهای صنعتی برای رقابت در عرصه جهانی به ارتقای کیفیت و کاهش هزینه تولید روی آوردند که بدون اندازه گیری گسترده تر ویژگی های کالاها میسر نمی شد. همین اندازه گیری های دقیق تر منجر به کشف پدیده های جدید، نوآوری در کالا، و عرضه کالاهای مرغوب تر شد. از این رو، بسیاری از کارخانه ها به تدریج بخش تحقیق و توسعه ی (R&D) راه انداختند که کار اصلی آن تحقیق روی عیوب کالاها و عرضه کالاهای جدید بود. بخش عمده ای از تنوع سرسام آور کالاهای صنعتی امروز نتیجه کار این بخش ها است که در آنها اندازه گیری دقیق کمیت ها و مشخصات مواد و کالاها نقشی تعیین کننده دارد. پس از آن که اهمیت اندازه گیری در پیشبرد علم و فناوری و رشد اقتصادی روشن گردید، آزمایشگاه ملی تأسیس شدند و استاندارهای اندازه گیری و اندازه تدوین گردیدند. سابقه این نوع آزمایشگاه ها، که در برخی کشورها، مؤسسات سنجه شناسی نام گرفت، به اوایل قرن نوزدهم بر می گردد. یکی از کارهای اصلی آزمایشگاه های ملی و مؤسسات استاندارد اندازه گیری دقیق کمیت ها و توسعه دقت اندازه گیری است. تعداد قابل توجهی از جوایز نوبل در فیزیک، ریشه در اندازه گیری های این مؤسسات دارد.
شایان توجه است که همگانی کردن علم از اواخر قرن هفدهم به صورت سخنرانی توسط دانشوران رایج می شود. یکی از اهداف اصلی انجمن های پیشبرد علم، که در همین سال ها در کشورهای مختلف دایر می گردند، تشریح دستاوردهای علمی برای مردم است. توجه به همگانی کردن علم و استفاده از اندازه گیری و ارقام در سخنرانی های عمومی چنان رایج می شود که در قرن نوزدهم لرد کلوین در یک سخنرانی عمومی اظهار می دارد: «اگر درباره ی چیزی که حرف می زنی، می توانی آن را اندازه بگیری و ارقام ارائه کنی چیزی در آن باره می دانی، ولی اگر نمی توانی اندازه بگیری و با رقم بیان کنی دانش تو در آن باره ناقص است و راضی کننده نیست.» (4)
در همین راستا، چارلز ساندرز پی یرس فیزیکدان و فیلسوف عمل گرایی امریکایی علت عقب افتادگی علمی امریکا نسبت به اروپا را در اواخر قرن نوزدهم کم توجهی به اندازه گیری دقیق می داند. (5)
در عصر حاضر فناوری هایی در کار هستند که امکان ساخت قطعات و دستگاه در مقیاس میکرومتر و کمتر را می دهند. دقت ابعاد قطعات این گونه دستگاه ها از مرتبه نانومتر است. از طرف دیگر امروزه دستگاه های بزرگ و دقیقی چون تلسکوپ 40 تا 50 متری ساخته می شوند که خطای چندین نانومتری در آینه آنها در کیفیت کار تأثیر می گذارد. رسیدن به این دقت ها نه تنها حاصل بیش از صد سال تلاش مستمر در جهت توسعه و بهبود اندازه گیری است. بلکه تنها در جامعه ای رخ می دهد که در آن فرهنگ اندازه گیری دقیق رشد لازم را کرده باشد. کسانی که در عصر دقت میلی متری زندگی می کنند، نمی توانند با وارد کردن فناوری نانومتری و یاد گرفتن نحوه استفاده، آن را به طور مطلوب به کار ببرند، زیرا فرهنگ آن را ندارند. در کشور ژاپن، به سبب 70 سال کار برنامه ریزی شده در حوزه الکترونیک و میکروالکترونیک، فناوران و دانش پیشگان به چنان مهارت و فرهنگی دست یافته اند که می توانند آزمایش های بسیار دقیق و ظریفی انجام دهند که علی رغم وجود امکانات آن آزمایش ها در غرب، غربی ها به آسانی قادر به انجام آنها نیستند، چون فرهنگش را رشد نداده اند. اصول آزمایش هایی نظیر تداخل با اتم ها و تمام نگاری (هولوگرافی) با اتم های نئون و آرگون کاملاً شناخته شده است. ولی اغلب در ژاپن انجام می گیرد؛ چون فرهنگش را دارند.
امید است مطالب این بخش به روشن تر شدن اهمیت اندازه گیری در رشد و توسعه علم و فناوری کمک کرده باشد.

2- چند نمونه فراگیر از بی توجهی به اندازه گیری

بدون شک، اغلب ما متوجه بی توجهی به اندازه گیری و اهمیت ندادن به کیفیت مواد در مصارف مختلف بوده ایم. برای مثال، اغلب دیده ایم که بنّا در تهیه ی ملات، نسبت دقیق ماسه به سیمان را رعایت نمی کند، یا تعداد کاشی هایی را که برای پوشاندن کف سالنی لازم است، با تعدادی که سفارش می دهد بسیار متفاوت است. مدت زمان تحویل ساختمان با مدت زمان مندرج در قرارداد تفاوت فاحش دارد. بی توجهی به کیفیت مواد ساختمانی و اجرای کار، بدون رعایت معیارها باعث پایین آمدن عمر ساختمان های معمولی در کشور، به کمتر از سی سال شده است، که با یک زلزله ی کمتر از شش ریشتر فرو بریزد و بیش از سی هزار کشته در بم به جا بگذارد. در حالی که عمر ساختمان های معمولی در غرب به بیش از صد سال می رسد و زلزله بیش از هفت ریشتر در ژاپن، عملاً کشته نمی گیرد.
این گونه سهل انگاری ها، علاوه بر زیان های مالی نجومی، لطمه شدیدی که به درک زیبایی مردم وارد می کنند. اما در اینجا می خواهم به نوعی بی توجهی فراگیر اشاره کنم که در شهرها، مخصوصاً در کلان شهرها، مردم به طور روزمره با آن مشکل دارند. شهرداری هر شهر موظف است که خیابان ها و کوچه های شهر را نام گذاری کند و برای این کار کتیبه هایی در جاهای مناسب نصب نماید تا مردم، مخصوصاً آنهایی که سوار بر خودرو در حرکت هستند، بدون وارد کردن اخلال در آمد و شد خودروها نوشته های کتیبه ها را بخوانند. من تردید دارم که هنگام نوشتن کتبیه ها و نصب آنها به نکات مذکور فکر شده باشد. به همین سبب مردم مجبور می شوند در اغلب نقاط از خودرو پیاده شوند یا در جای نامناسب خودرو را نگه دارند. همین طور فکر نشده که آیا مردم می توانند به کمک این جور نشانه دهی از یک نقطه شهر به مقصد خود در نقطه دیگر شهر برسند، بدون آنکه از خودرو پیاده شوند یا از مردم نشانی بپرسند؟ این مشکل در مورد نشانه ها در بزرگراه ها نیز وجود دارد. ضمن رانندگی متوجه خروجی مورد نظر نمی شوی، یا نوشته ها ریز است یا در جای مناسب نصب نشده اند، یا تعداد آن ها کافی نیست.
خلاصه، علی رغم استمرار کار، آزمایش و اندازه گیری در کار نیست. نمونه های بی توجهی به اندازه گیری و آزمایش فراوان است. اما فقط به چهار مورد بسیار مهم اتلاف وقت، انرژی، آب و اتلاف محصولات کشاورزی اشاره می کنم که از بی توجهی به اندازه گیری ناشی می شوند. یک پزشک امریکایی که در قاجاریه پزشک دربار بوده در کتاب خاطراتش می نویسد: «ایرانیان درک درستی از زمان ندارند.» مثال می آورد که دو نفر مسئول نقاره زنی در طول شبانه روز سه بار به مدت کوتاه نقاره می زنند و بقیه مدت را ره چپق کشیدن می گذرانند! در میهمانی ها رعایت وقت نمی شود. شروع گردهمایی ها با تأخیر زیاد همراه است. در ادارات وقت کشی بسیار زیاد است. به سادگی به ارباب رجوع گفته می شود: «فردا بیا». اگر دنبال کارت نروی کارت انجام نمی گیرد. اصطلاح رایجی است. کاغذ بازی چیزی جز کشتن وقت نیست. نیروی کار وقت زیادی در آمد و شد تلف می کند. اکثر مردم عادت ندارند وقت خود را مدیریت کنند، اینها میراثی است که از عصر کشاورزی در اذهان ما رسوب کرده است. در عصر کشاورزی ساعت معنا ندارد، فقط روز و شب و فصل معنی دارد. حاصل این نوع بی توجهی کار مفید کمتر از یک ساعت در کشورهای نظیر ما، در مقایسه با کار مفید بیش از شش ساعت در کشور ژاپن است!
حال، برگردیم به اتلاف انرژی در کشور؛ علی رغم این که کشور ما کشوری صنعتی به حساب نمی آید، در تولید دی اکسید کربن در رتبه دهم هستیم! به صورت های مختلف گفته می شود که سالانه به ارزش چندین میلیارد دلار انرژی تلف می شود. ریشه این نوع اتلاف نیز عدم توجه به اندازه گیری های لازم و عدم رشد فرهنگ علمی و صنعتی است. دما در کارخانه ها، ادارات و ... کنترل نمی شود، اتلاف از پنجره ها و دیوار ها زیاد است، سوخت و ساز در وسایل گرمایش و سرمایش و همچنین در خودروها بهینه نیست. پیش بینی می شود که بشر در آینده با بحران آب روبرو خواهد شد. کشور ما کم آب است. بخش عمده ای از محصولات کشاورزی ما به بارندگی فصلی و سالی متکی است. خشک سالی های متعدد باعث شده عده زیادی این شغل را رها کنند و به شهرها روی بیاورند. کاهش جنگل و رشد بیابان، آزار دهنده است. آب در اثر تبخیر، آبیاری پر اتلاف، نشت از شبکه های آب رسانی، مصرف پراتلاف در منازل، و نداشتن شبکه فاضلاب کافی و مؤثر به هدر می رود و این تأثیر جدی در اقتصاد و اشتغال مردم دارد. علی رغم مسائل تولید و مصرف آب، بخش درخور توجهی از محصولات کشاورزی ما در اثر سرمازدگی، بسته بندی نامناسب، نگهداری و نقل و انتقال نامناسب از بین می رود و برای جلوگیری از آن
چاره اندیشی جدی نمی شود. علت اصلی این پدیده، رسوب فرهنگ عصر پیش از انقلاب صنعتی و عدم درک اهمیت اندازه گیری است.
اکنون به بی توجهی در مورد اندازه گیری می پردازیم که خصلت آماری دارند. مردمی که با اندازه گیری های کمیت های توزیع یافته و کلان انس ندارند، نمی توانند ارقام بزرگ و اندازه گیری های آماری را حس کنند. هر سال حدود 25000 نفر در تصادفات رانندگی کشته می شوند و چند برابر این تعداد معلول به جای می ماند و روی بسیاری از خانواده ها تأثیر اقتصادی و روانی می گذارد. اما وقتی به یکی از راننده های بی احتیاط می گویی آهسته تر رانندگی کن، پاسخ می دهد که «اولاً مرگ دست خدا است، ثانیاً دست به فرمان من خوبه»! اگر در یک مسافرت نسبتاً طولانی اتفاقی نیفتد، موعظه می کند «دیدی حق با من بود». البته متوجه می شوی که ایشان با مفهوم آمار بیگانه است. تعداد این نوع افراد در جامعه کم نیست. در آزمایشگاه تشخیص پزشکی از بیمار خون می گیرند که گلبول های او را در واحد حجم تعیین کنند. برای شمارش آسان تر، خون را آنقدر رقیق می کنند که خطای اندازه گیری هم مرتبه با شمارش گلبول ها می شود و تشخیص غلط از آب در می آید! آلودگی هوای کلان شهرها نتیجه بی توجهی به اندازه گیری های آماری و طفره رفتن از یک رشته برآورد ارقام است. به ظاهر همه از آثار شوم آلودگی هوا باخبر هستند، و راه های مبارزه با آن نیز معلوم هستند. کشور انگلستان در اوایل قرن بیستم مسئله را حل کرده است. ولی عدم درک ارقام آماری و رسوب فرهنگ کشاورزی در اذهان اجازه نمی دهد کاری انجام دهیم.

1- پایگاه فرهنگی- اطلاع رسانی تبیان زنجان
2- یراوند آبراهامیان، ایران بین دو انقلاب، ترجمه کاظم فیروزمند، حسن شمس آوری، محسن مدیرشانه چی، چاپ چهاردهم، نشر مرکز. (چون مطالب تاریخی مربوط به ایران از این مرجع گرفته شده، از تکرار ارجاع ها خودداری شده است.)
3- کالین ا. رنان، تاریخ علم کمبریج، ترجمه حسن افشار، چاپ چهارم، نشر مرکز (چون مطالب تاریخی مربوط به تحولات علم در غرب همگی از این مرجع گرفته شده. از تکرار ارجاع ها خودداری شده است.)
4- فرهنگ بریتانیکا، سنجه شناسی و استاندارد.
5- R.P. Crease، Charles Sanders Peirce and the first absolute 44-39, 2009 measurment standard, physics Today December
منبع: نشریه لذت فیزیک، شماره 23.