قانون فراگیر گرانش

اشاره:

به سال 1713 سر آیزیک نیوتن Sir Isaac Newton چاپ دوم کتاب خود، پرینسیپیاPrincipia ( اصول ریاضی فلسفه ی طبیعی) را منتشر نمود. مقدمه به قلم دوست او راجر کوتس Roger Cotes ( 1716- 1682)، ریاضی دان و استاد نجوم و فلسفه ی طبیعی در کمبریج Cambridge است. خلاصه ی کوتس از سیستم نیوتونی - قانون ثبات حرکت و سکون اجسام، نیروی جاذبه، یک شکلی طبیعت و غیره نشان می دهد که فیزیک نوین چه فاصله درازی را از زمان اصول ارسطویی به این طرف طی کرده است.
***
کسانی را که به بررسی فلسفه ی طبیعی پرداخته اند کم و بیش می توان در سه دسته جای داد. از میان این سه، یک گروه به بسیاری از انواع اشیاء صفات جادویی و ویژه ای نسبت داده و نوع کار و عمل بسیاری از اجرام را، به طرز ناشناخته ای، بدان وابسته دانسته اند. مجموع و یا چکیده ی نظریات مکاتبی که از ارسطو و مشّاییان مایه گرفته از همین نوع است. آنها تصدیق می کنند که بسیاری از تأثیرات اجرام از طبیعت های ویژه ای که این اجرام دارند ناشی می گردد. ولی این که از چه منبعی آن اجرام چنان طبیعت هایی را یافته اند آنان به ما هیچ نمی گویند؛ بنابراین اصولاً حرفی ندارند که بگویند. و چون کارشان فقط نام نهادن بر اشیاء است و نه به کُنه خود آنها پی بردن، ما می توانیم بگوییم که آنان فقط یک نوع طرز بیان به زبان فلسفی را ابداع نموده و نه این که ما را با فلسفه ی واقعی آشنا کنند....
حال، می ماند دسته ی سوم که به فلسفه ی تجربی مشغول اند. در واقع اینان علل چیزها را از ساده ترین اصول ممکن استخراج می کنند؛ ولی در ضمن هیچ امری را به عنوان یک اصل نمی پذیرند مگر آن که پدیده ها و تجارب عینی، آن را تأیید نمایند. آنان نظر پردازی نکرده، به بحث فلسفی نمی پردازند مگر در مورد سوالاتی که بتوان آن را مورد سنجش و آزمون نهاد. از این لحاظ آنها به دو شیوه متوسل می گردند شیوه سنتزی یا ترکیبی Synthetical و شیوه ی تجزیه و تحلیلی analytical. آنها چند پدیده ی انتخابی را مورد تحلیل قرار داده و با این کار نیروهای طبیعت را مشخّص نموده و به قوانین ساده تر آن نیروها دست می یابند؛ و از اینجا به بعد با سنتز یا ترکیب نشان می دهند که وضع و ساختار بقیه چیست. این بهترین روش برای پرداختن به فلسفه است که نویسنده ی بلندآوازه ی ما آن را به نحو احسن رعایت کرده است. نمونه ی بسیار بارز این نوع تلاش او، توجیه نظام جهان است که از نظریه ی نیروی جاذبه حاصل گردیده. این که نیروی جاذبه در تمامی اجسام وجود دارد چیزی است که قبل از او دیگران تا حدودی حدس زده یا تصور می کردند؛ ولی او یگانه و نخستین فیلسوفی است که توانست با توسل به پدیده های عینی آن را به اثبات رسانده و تبیین و توجیهش کند، و بدین ترتیب شالوده استواری را برای والاترین نوع نگرش ها برقرار کند.
***
بنابراین ما باید استدلال های خود را از آنچه ساده تر از همه چیز و به ما نزدیک ترین است آغاز کنیم؛ اجازه بدهید ببینیم ماهیت جاذبه برای ما در روی زمین چیست، تا مطمئن تر بتوانیم بعداً در خصوص نیروی جاذبه در میان اجرام سماوی که فاصله ی بسیار زیادی با ما دارند بحث کنیم. اکنون دیگر در میان فیلسوفان توافق نظر هست که همه اجرام چرخنده به گرد زمین تحت نیروی جاذبه زمین قرار دارند و به طرف آن کشیده می شوند. این امر که هیچ نوع جرم یا جسمی محسوب می شود، سبکی واقعی نیست، بلکه فقط ظاهری است؛ و این ناشی از جاذبه نیرومندی است که اجرام مجاور آن اعمال می کنند.
علاوه بر این، همان گونه که همه ی اجرام به طرف زمین کشیده می شوند، زمین نیز به طرف اجرام کشیده می شود. این که عمل جاذبه متقابل است و در هر دو طرف یکسان...
این ماهیّت جاذبه بر روی زمین است، حال ببینیم در آسمان چگونه است.
همه فیلسوفان این را دیگر پذیرفته و آن را قانونی جهانی می دانند که جسم، حالت سکون خود، و یا حرکتِ یکنواخت در جهت خطِ راست را همچنان ادامه می دهد، مگر تحت تأثیر فشاری از خارج واقع شود که در این صورت حالت سکون، یا حرکت یکنواختش در جهت خط راست، تغییر پیدا می کند. از این می توان نتیجه گرفت اجرامی که در خط منحنی حرکت می کنند، و بنابراین پیوسته از خطوط راستی که مماس بر مدارهایشان است منحرف می شوند، تحت یک نیروی دائمی در آن مسیر منحنی نگه داشته می شوند. و چون سیارگان در مدارهای منحنی حرکت می کنند لذا باید نیرویی باشد که با تأثیر دائمی و یا عمل پی در پی خود، آنها را از در پیش گرفتن مسیر خط راست مماست با این منحنی باز دارد...
از آنچه تا اینجا گفته شد واضح است که سیارگان را نیرویی که دائم بر آنها اعمال شده و تأثیر می گذارد در مدارهایشان نگه می دارد؛ روشن است که آن نیرو جهتش همیشه به طرف مرکز هر یک از مدارات است؛ پیداست که درجه تأثیر این نیرو با نزدیک شدن به مرکز افزایش یافته و با دور شدن از آن کاهش می یابد؛ و این که به همان نسبتی افزایش می یابد که مجذور فاصله کم می گردد، و کاهش می یابد به همان نسبتی که مجذور فاصله زیاد می گردد...
چون چرخش های سیارگان اصلی به گرد خورشید، و سیارگان فرعی [قمار] به گرد مشتری و زحل پدیده هایی نظیر گردش ماه به دور زمین است؛ و چون همان طور که نشان دادیم نیروهای مرکزگرای سیارگان اصلی به طرف مرکز خورشید کشیش دارند، و اقمار یا سیاره های فرعی به طرف مرکز مشتری و زحل، به همان گونه که نیروی مرکزگرای ماه به طرف مرکز زمین؛ و به علاوه چون همه این نیروها با مجذور فاصله از مرکز نسبت معکوس دارند، به همان وضع که نیروی مرکزگرای ماه با مجذور فاصله اش با زمین؛ پس می توان نتیجه گرفت که ماهیت همه این نیروها یکی است. بنا بر این همان طور که ماه به طرف زمین کشیده می شود، و همچنین زمین به طرف ماه، همان گونه نیز همه ی سیارگان فرعی به طرف سیارگان فرعی به طرف سیارگان اصلی خود کشیده می شوند؛ و نیز این که همه ی سیارگان اصلی طرف خورشید، و همچنین خود خورشید به طرف سیاره های اصلی.
بنابراین خورشید به طرف همه ی سیارگان کشیده می شود، و همه ی سیارگان به سوی خورشید...
این که نیروی جاذبه ی خورشید از هر سو تا فاصله های دور ادامه می یابد و به هر نقطه از فضای وسیع گرداگرد آن گسترش دارد امری یقین است که از روی حرکت شهاب ها می توان آن را نشان داد؛ این شهاب ها از فاصله ی بسیار دوری از خورشید بدان نزدیک شده؛ و بعضی وقت ها آن چنان نزدیک که در کوتاه ترین فاصله ی مدار خود با خورشید گویی پیکره اش را لمس می کنند. تئوری این اجرام بر ستاره شناسان کاملاً ناشناخته بود تا این که در روزگار ما نویسنده ی والا مقامان با مسرّت تمام کشفش کرد و حقیقت آن را با بررسی بسیار دقیق فاش ساخت. به طوری که اکنون مسلم به نظر می رسد که شهابها حرکت بیضوی دارند و کانون های آنها در مرکز خورشید است. ولی از این پدیده ها می توان پی برد، و از نقظه نظر ریاضی ثابت نمود، نیروهایی که شهاب ها را در مدارشان نگه می دارد به خورشید مربوط است و با مجذور فاصله ها از مرکزش نسبت معکوس دارد. بنابراین شهاب ها به سوی خورشید کشیده می شوند؛ و لذا نیروی جاذبه خورشید نه تنها بر سیارات در فواصل معین و پهنه ای نسبتاً واحد عمل می کند بلکه حتی به شهاب ها در بخشهای مختلف آسمان و فواصل بسیار متغیر هم می رسد.
پس طبیعت اجرام جاذب این است که نیروی خود را به همه ی فاصله ها تعمیم داده و اجرام جاذب دیگر را تحت تأثیر قرار می دهند.
***
نتایجی که برشمردیم بر شالوده ی اصلی استواراند که همه ی فیلسوفان آن را پذیرفته اند، یعنی تأثیرات یکسان، یا خواص شناخته شده ی یکسان از علل همگونه ای نیز ناشی می گردند. زیرا اگر جاذبه این است که باعث می شود سنگی در اروپا سقوط کند، مگر کسی هم هست که شک کند سقوط آن در امریکا علت واحدی نداشته باشد؟...
پس از آنجایی که هر جسمی چه بر زمین و چه در آسمان سنگین است؛ و آزمایشات و مشاهدات نشان می دهند که اجسام بی وزن وجود ندارند، بنابراین باید بپذیریم که جاذبه در همه اجسام جهان وجود دارد. و نیز به همان ترتیب نباید تصور کنیم که جسمی بعد یا امتداد نداشته، قابل حرکت کردن نبوده، فضایی را اشغال نکند که منحصر به حجم خودش باشد؛ همچنین ما نباید حتی تصور جسمی را کنیم که سنگینی نداشته باشد. امتداد، تحرک و اشتغال فضایی که آن را برای جسم دیگر در زمانی واحد غیرممکن می سازد نکاتی هستند که از روی تجربه برایمان شناخته می شوند. تمام اجسامی که بتوان مورد مشاهده قرار داد، دارای امتداد بوده، قابل حرکت می باشند و فضایی را اشغال می کنند که در عین حال نمی توان با جسم دیگری هم مکان باشند؛ و بنابراین نتیجه می گیریم تمام اجسامی هم که به چشممان نمی آیند و نمی توان مورد بررسی قرار دهیم همین کیفیات را داشته باشند. تمامی اجسامی که بتوانیم مورد مشاهده قرار دهیم می بینیم که سنگین هستند؛ و از اینجا نتیجه می گیریم حتی آنهایی که در دسترس ما نیستند و نمی توانیم بررسی کنیم نیز سنگین اند. اگر کسی مدعی شود که پیکره های ثوابت سنگین نیستند چون هنوز نیروی جاذبه ی آنها معلوم نشده است، آنها چه بسا به همان دلیل بگویند که ثوابت نه دارای امتداد هستند، نه حرکت پذیراند و نه نفوذناپذیر؛ چه گرایش ها و تأثیر بخش هایشان هنوز ملاحظه نشده است. کوتاه سخن آن که، یا جاذبه جزو کیفیت های اولیه ی همه ی اجسام بوده، یا امتداد، تحرّک و اشغال فضا به اندازه ی حجمی که دارند امری بی مورد و باطل باشد.

پی نوشت ها :

*- Sir Isaac Newtow : The Mathematical Principles of Natural Philosophy, trans. Andrew Motte (London: B. Motte; 1729),pp. 1-8,10-13.

منبع: لوفان باومر، فرانکلین؛ (1913)، جریان های اصلی اندیشه غربی، کامبیز گوتن، تهران: حکمت، چاپ سوم.