هجوم طاعون

 

سر آیزک نیوتون

آیزک نیوتون در کلبه ای دهقانی در یکی از دهکده های کوچک انگلستان در روز عید کریسمس، سال 1642، پا به دنیا گذاشت و تحفه کریسمسی بود برای بشریت. در آن روز تحفه کوچکی به شمار می آمد. مادر او تعریف می کرد که موقع تولد، او به قدری کوچک و خرد بود که به راحتی در سبد کوچکی جای می گرفت. این کودک ریز از مادر بیوه به طور نارس به دنیا آمد و انتظار زنده ماندنش نمی رفت ولی برخلاف این حقارت طبیعی او بزرگ شد و یکی از بزرگ مردان تاریخ گشت.
کشفیات نیوتون در رشته های ریاضی، مکانیک، جاذبه و عدسی ها به قدری وسیع و اساسی بود که حتی اگر او هیچ فعالیت و کشفیات دیگری نداشت کافی بود نام او را بلند آوازه سازد.
وقتی مادر او دوباره ازدواج کرد آیزک دوساله بود؛ او را پیش مادربزرگش فرستادند. هیچ آثار نبوغ غیرعادی در دوره کودکی از او دیده نشده بود. او به کارهای دستی علاقه نشان می داد. مدل یک آسیاب بادی را درست کرده بود که عملاً کار می کرد. بعد ساعت آبی را درست کرد و آن گاه ساعت آفتابی با صفحه سنگی ساخت که امروز در موزه انجمن سلطنتی لندن محفوظ است. او به خواندن و کپی برداری از روی نقاشی ها و طراحی ها علاقه مند بود و گل و گیاهان را جمع آوری می کرد.
در چهارده سالگی شوهر دوم مادرش نیز مرد و او پیش مادر برگشت تا او را در کارهای مزرعه یاری کند. نیوتون جوان نسبت به کار مزرعه هیچ علاقه ای نشان نداد و برعکس روزها می نشست یا کتاب می خواند و مدل های چوبی می ساخت و یا به فکر فرو می رفت. سرانجام مادرش راضی شد او را به کالج بفرستد. در سن هجده سالگی او را به دانشگاه کیمبریج فرستادند و او در کالج مشهور ترینیتی کالج پذیرفته شد. نیوتون چهار سال را در کیمبریج گذراند و درجه لیسانس خود را در سال 1665 گرفت. در این دانشگاه بود که او با آیزک باروف استاد ریاضیات خود، دوستی پیدا کرد و چون وی در نیوتون استعدادی خارق العاده می دید او را تشویق به تکمیل معلومات خود در ریاضیات می کرد.
انگلستان را طاعون مدهشی درو می کرد. نزدیک به یک دهم جمعیت آن از بین رفته بود. کالج بسته شد دانشجویان هرکدام به خانه های خود رفتند. نیوتون نیز پیش مادرش به مزرعه کوچکشان آمد و تا گشایش مجدد دانشگاه در آن جا اقامت گزید.
هجده ماه بعد دانشگاه دوباره باز شد و نیوتون به کالج برگشت. این مدت هجده ماه را ، که در مزرعه مادرش به سر می برد، می توان یکی از ثمربخش ترین دوران تاریخ علم شمرد. در این مدت او قوانین اساسی مکانیک را تنظیم کرده و در مورد اجرام آسمانی آن ها را به کار بست. ضمناً قانون اصلی جاذبه را کشف و روش حساب جامعه و فاضله را ابداع کرد و اساس کشفیات مهم عدسی ها را پی ریزی کرد و بقیه مدت حیات علمی خود را در توضیح و تعمیم و به کار بستن این کشفیات صرف کرد. ولی ابداع و کشف تمام این قوانین در همان هجده ماه صورت گرفت که وی سنین بیست و سه و چهار سالگی خود را می گذرانید.
نیوتون کشفیات شگفت آور خود را به طور سری و مکتوم نگاه داشته بود واین امر باعث می شد بین او و دیگران همیشه نوعی رقابت و خصومت حکمروایی کند.
نیوتون شغل تدریس کم اهمیتی در کمبریج، بعد از سال 1667 و گشایش مجدد آن جا، به دست آورد. او به سرعت ترقی کرد و در بیست و شش سالگی استاد کرسی ریاضیات شد و به جای استاد سابق خود آیزک بارو نشست.
نیوتون در مطالعه نور آزمایش های قابل توجهی انجام داده است. او از طیف رنگی نوری که در عدسی تلسکوپ خود می دید ناراحت بود زیرا رنگ ها باعث از بین رفتن تصویر می شد. برای رفع این نقص او به آزمایش های زیادی دست زد و از منشور مثلث شکلی برای این منظور استفاده کرد. آزمایش اولیه بدین ترتیب بود که نور روزنی که در اتاق نیمه تاریک او می تابید را به وسیله منشور منعکس کرد و ملاحظه نمود که نور سفید رنگ مانند رنگین کمانی پخش شد. رنگ ها به ترتیب عبارت بودند از: سرخ، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش.
سپس او رنگ های دیگر را از میان برد و فقط یکی را نگه داشت. بار اول بنفش را امتحان کرد و آن را از منشور دیگری عبور داد و ملاحظه کرد با این که اندکی شکسته می شود ولی همان بنفش باقی می ماند. او این آزمایش را با یکایک رنگ ها تکرار کرد و ملاحظه نمود که هیچ کدام از آن ها پخش نمی شوند. او دید که هر کدام از رنگ ها که از منشور دوم می گذرند به مقدار متفاوتی شکسته می شوند. نیوتون به نتیجه ای خیلی ساده ولی شگفت انگیز رسید: نور سفید خورشید ترکیبی است از تمام رنگ هایی که در طیف نوری موجود است. منشور هر کدام از رنگ ها را اندکی شکسته و بعد از همدیگر جدا می ساخت.
از این آزمایش ها نیوتون نتیجه گرفت که نمی توان عدسی بدون طیف نوری درست کرد. بنابراین به طور کلی از عدسی ها صرف نظر کرد و به فکر ساختن تلسکوپ رفلکتور افتاد که در آن از یک آیینه فلزی کاسه ای برای متمرکز کردن نور ستارگان استفاده کرد. چون در این نوع تلسکوپ نور از بلور عبور نمی کند بنابراین هیچ گونه انحنا و طیف نوری پیدا نمی شود. جالب این که عدسی بدون طیف نوری حدود صد سال بعد از نیوتون اختراع شد. این عدسی های بی رنگ را از ترکیب چندین نوع شیشه مخصوص تهیه می کنند.
نیوتون کارهای فنی تلسکوپ خود را شخصاً انجام می داد. قطر آیینه آن در حدود 54 /2 سانتی متر بود. قطر رفلکتور رصدخانه مؤسسه تکنولوژی کالیفرنیا در پالومار حدود 21 متر است.
اولین مقاله علمی او درباره عدسی ها با این که طرفداران زیادی پیدا کرد مخالفان سرسختی نیز تولید نمود. نیوتون مجبور گشت در برابر دانشمندان بزرگ آن عصر از جمله کریستیان هویگنس، رابرت هوک و دیگران از نظریه خود دفاع کند. در گیرودار این مباحث او جمله ای بیان کرده که آن را می توان رکن اساسی تحقیق با روش علمی دانست. جمله این است: «بهترین و موثق ترین راه تحقیق با روش علمی، اول تحقیق مجدانه در خواص اشیا، بعد اثبات این خاصیت ها با آزمایش ها، سپس به کار بردن نظریه مربوط برای توضیح و بیان آن هاست.»
نیوتون در این موقع بیش از سی سال نداشت و در این سن کم به عنوان بزرگ ترین آزمایشگر و تئوریسین عصر شناخته شده می شد. او از پاسخگویی به منتقدان خسته و ناراحت شده بود تصمیم گرفت که دیگر کشفیات خود را منتشر نسازد. با وجود این به ادامه تحقیقات و کشفیات خود می پرداخت و گاهی نیز در پارلمان به عنوان نماینده دانشگاه حضور می یافت.
در سال 1684 ادمند هاله، منجم مشهور، برای بحث در نظریه کپلر درباره حرکت سیارات، به دیدار نیوتون آمد. در این مباحثه متوجه شد که نیوتون یکی از اساسی ترین قوانین طبیعت، یعنی قانون جاذبه عمومی را کشف کرده است و به طور کامل در این امر مطالعه کرده است. هاله، نیوتون را به چاپ و انتشار کشفیات خود تشویق کرد. برای این که نیوتون را از هرگونه ناراحتی و مشکل احتمالی مطمئن کرده باشد شخصاً عهده دار انجام این کار شد و با این که چندان ثروتمند نبود تمام مخارج چاپ و نشر آن را نیز متحمل گشت.
نتیجه زحمات آن ها کتابی بود در سه بخش که تماماً به لاتین، زبان علمی آن روز، نوشته شد و عنوان آن اصول ریاضی فلسفه طبیعی(1) است که به اختصار اصول خوانده می شود. اصول یکی از پدیده های بزرگ جهان دانش بود و در آن گردش زمین و سایر اجرام آسمانی تحت قانون معینی تعریف شده بود.
قوانین حرکت نیوتون در اصول بدین ترتیب خلاصه شده بود: قانون اول می گوید هرگاه جسمی در حال سکون است همیشه در سکون خواهد بود مگر این که نیرویی آن را تغییر دهد و اگر جسمی در حال حرکت باشد به حرکت و گردش خود در همان ساعت و جهت ادامه خواهد داد مگر این که مجبور به تغییر باشد. نیوتون پی برد که وقتی جسمی حرکت می کند، خواه سیبی باشد که از درخت می افتد و خواه موجی باشد که در اقیانوس برمی خیزد باید نیرویی وجود داشته باشد که آن را وادار به این حرکت کند.
فرض کنید ما در داخل اتومبیل هستم و اتومبیل به سرعت در حرکت است و ناگهان توقف می کند. در این موقع ما به حرکت خود به جلو ادامه می دهیم تا موقعی که مجبور به توقف شویم یا این که با صندلی جلویی برخورد کنیم. نیوتون این افکار را با اصول ریاضی تعریف و بیان می کرد.
دومین قانون حرکت نشان می دهد که مقدار فشار را می توان با یک نسبت تغییر حرکت تعیین کرد. نسبت تغییر حرکت را «شتاب» نامند که به تندی افزایش یا کاهش در سرعت، اطلاق می شود. مثلاً برای حرکت دادن اتومبیل از نقطه توقف به ساعتی 40 کیلومتر، در پنج ثانیه، نیرویی بیشتر از آن لازم است که همان اتومبیل را از نقطه توقف به 24 کیلومتر در ساعت، در همان مدت، به حرکت درآوریم. از همین قانون ما پی می بریم که برای توقف اتومبیلی که 96 کیلومتر در ساعت حرکت می کند در عرض ده ثانیه همان مقدار نیرو لازم است که برای توقف اتومبیلی با سرعت 48 کیلومتر در ساعت، در پنج ثانیه، لازم است.
سومین قانون حرکت نشان می داد که هر عملی عکس العمل تولید می کند و این دو با هم معادل و متضادند. در عمل، ما جنبه های مختلف این قانون را مشاهده می کنیم که بالاتر از همه، پرواز موشک ها است. هرچه گازهای اشتعال به عقب حرکت می کنند موشک به جلو می رود. می توانید همین عمل و عکس العمل را در لوله لاستیکی آب پاش خانه آزمایش و ملاحظه کنید که هرچه فشار آب بیشتر باشد سر آب پاش به عقب می پیچد.
قانون جاذبه عمومی جالب ترین کشف نیوتون بود. نیوتون ثابت کرد که هرقطعه از یک جسم قطعه ای از جسم دیگر را می رباید نه تنها زمین سیبی را که از درخت می افتد به طرف خود می کشد، بلکه سیب نیز زمین را به طرف خود می کشاند. همچنین است در مورد سیارات که خورشید زمین را جذب می کند و زمین ماه را و ماه زمین را. او نشان داد نیرویی که میان اجرام است بستگی به تراکم اجرام و نزدیکی و دوری آن ها دارد. و ضمناً چگونگی محاسبه این نیروها را نیز به دست آورد.
جلد دوم کتاب اصول شرح و بسط مطالب جلد اول بود به اضافه بعضی عقاید تازه درباره مقاومت و موانعی که در مسیر حرکت اجسام واقع می شود. او برای مثال تصویر ساختمان یک نوع کشتی را به دست می دهد که مقاومت آب را به حداقل رسانده است. ضمناً، در این جلد، وی نوعی محاسبه ریاضی از حرکت امواج به دست می دهد که امروزه در فیزیک جدید از اصول اساسی شناخته شده است.
جلد سوم کتاب از شاهکارهای بنوغ بشری شناخته می شود. در این جلد نیوتون قوانینی را که درباره حرکت و جاذبه در مورد اشیا به دست آورده بود به خورشید و زمین و اجرام آسمانی دیگر تعمیم داد و حجم خورشید و زمین را محاسبه کرد. او ضمناً نشان داد که برآمدگی زمین در استوا و فرورفتگی آن را در دو قطب چگونه می توان از لحاظ ریاضی توجیه کرد. او تغییر مدار ماه را نسبت به کره زمین و چگونگی ایجاد آن را به وسیله جاذبه خورشید و تأثیر جاذبه ماه را در جذر و مد آب های روی زمین، و همچنین نظریه امواج را از لحاظ ریاضی کشف کرد.
با این که نیوتون نیروی جاذبه میان اجرام را محاسبه کرده بود از بحث در علل پیدایش این نیرو خودداری می کرد و می گفت: «کافی است که بدانیم جاذبه واقعاً وجود دارد و مطابق قوانینی که ما بیان کرده ایم عمل می کند و برای توجیه حرکات اجرام آسمانی و دریاها کاملاً مورد استفاده قرار می گیرد.»
نیوتون با انتشار کتاب اصول شهرت جهانی کسب کرد. وی کتاب های دیگری نیز در مورد عدسی ها نوشته و شرح اختراعات خود را در حساب فاضله و جامعه به چاپ رسانده بود.
در سال 1699 نیوتون به ریاست ضرابخانه دولتی انگلستان منصوب شد و در این مقام تغییراتی در ضرب سکه ها به عمل آورد تا جعل آن ها امکان پذیر نباشد. وی در سال 1703 به سمَت رئیس انجمن سلطنتی انتخاب و تا پایان عمر در این شغل باقی ماند. در سال 1705 ملکه «آن» با اعطای عنوان «شوالیه» وی را مفتخر ساخت.
سر آیزک نیوتون در سال 1727 در هشتاد و پنج سالگی درگذشت و در کلیسای وستمینستر دفن شد. این دانشمند برجسته دین خود را به گذشتگان چنین ادا کرد: «من که موفق به نظاره دنیای تازه تری شده ام به سبب این است که روی شانه غول های دانش گذشته قرار گرفته ام.»

پی نوشت ها :

1. Philosophiae naturalis principia mathematica

منبع: کان، فیلیپ؛ (1389) دانشمندان بزرگ، ترجمه سید مهدی امین و عباسعلی رضایی، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی