گالیله ی جوان

نوسان آونگ

گالیله نخستین کشف مهم خود را هنگامی انجام داد که در دانشگاه پیزا تحصیل می کرد و عجب آنکه این کشف را مدیون کلیسا بود.
اگرچه بعدها گالیله با کلیسا تضاد جدی پیدا کرد، در سرتاسر عمر خود کاتولیکی مؤمن بود و هر روز یکشنبه در آیین عشای ربانی در کلیسای جامع پیزا شرکت می کرد.
به حکم تقدیر، در آن روز یکشنبه ی خاص، آیین عشای ربانی را کشیش میهمان برگزار کرد و این کار را به نحوی بسیار کسالت آور انجام داد.
از آغاز مراسم چیزی نگذشته بود که گالیله خسته شد و چشمانش این سو و آن سو نگریستن آغاز کردند. چشمش به چراغی افتاد که از سقف آویزان بود و نوسان می کرد. ناگهان فکری به ذهنش رسید. او قبلاً هم بارها اجسام در حال نوسان را دیده بود، اما هرگز نکته ی درخور اعتنایی در آنها نیافته بود.
با قرار گرفتن چراغ در مسیر جریان هوا، گاه مسافتی که در هر نوسان می پیمود کوتاهتر و گاه طولانیتر می شد. اما صرف نظر از این تغییر مسافت، همیشه به نظر می رسید که زمان انجام هر نوسان ثابت است.
گالیله ساعت نداشت تا زمان دقیق هر نوسان را اندازه گیری کند، بنابراین برای سنجش زمان از نبض خودش استفاده کرد؛ در بسیاری از آزمایشهایی که در دانشگاه انجام می داد نیز همین روش را به کار می برد.
پیش از پایان مراسم کسالت آور، حقیقت در نظرش آشکار شده بود. چراغ در هر نوسان، برای رفتن از این سر مسیر تا آن سر مسیر، زمان یکسانی لازم داشت؛ خواه مسیر نوسان طولانی بود و خواه کوتاه.
پس از برگزاری آیین عشای ربانی، گالیله به خوابگاه خود در دانشگاه بازگشت و آزمایش با تعدادی وزنه ی آویخته به نخ را آغاز کرد که آنها را شبیه چراغ ساخته بود. این بار زمان هر نوسان را با حداکثر دقت ممکن و با تنها وسیله سنجش زمانی که در اختیار داشت، یعنی نبض خودش، اندازه گیری کرد.
اگرچه این روش اندازه گیری زمان کاملاً دقیق نبود، به سرعت نشان داد که نظر اولیه ی او درست بوده است.
گالیله آونگ را کشف کرده بود و این قانون ساده را بیان کرد که «زمان لازم برای کامل شدن هر نوسان ثابت است و به دامنه ی نوسان بستگی ندارد.» دانشمندان این قانون را قانون نوسان تناوبی آونگ می نامند.

نخستین ساعت دقیق

پس از این کشف، گالیله تصمیم گرفت موضوع را بیشتر دنبال کند. او با استفاده از وزنه های مختلف تعداد زیادی آونگ ساخت که در آنها طول نخ، شکل وزنه، و نوع نخی که وزنه به آن متصل بود، تغییر می کرد. او با توجه به نتایج آزمایشهایش به جستجوی الگوهایی در آنها پرداخت. به تدریج، چند قانون ساده بر او آشکار شد.
نخست، کشف کرد که دوره تناوب - یا مدت نوسان - اصلاً تابع وزن وزنه نیست. اگر طول نخ ثابت می ماند و فقط وزنه تغییر پیدا می کرد، دوره ی تناوب ثابت می ماند.
سپس، با استفاده از یک وزنه، اما با نخهایی به طولهای مختلف مشاهده کرد که طول نخ عاملی بسیار مهم است.
در حقیقت پس از چندین بار تکرار، کم کم رابطه ی بسیار روشنی پدیدار شد. زمان لازم برای تکمیل یک نوسان فقط به ریشه ی دوم طول نخ وابسته بود.
گالیله نمی توانست بگوید که چرا چنین رابطه ای برقرار است. در حقیقت یک قرن طول کشید تا پس از افزایش دانش انسان در مورد گرانش و نیروهای وارد بر اجسام، توضیحی برای این رابطه پیدا شود.
گالیله به سرعت دریافت که این کشف کاربردهای متعددی دارد. نخستین فکری که به ذهنش رسید، این بود که با استفاده از آونگ، ساعتی دقیق بسازد.
پیش از کشفهای گالیله، ساعت شنی یکی از وسایل معدود اندازه گیری زمان بود.
چارچوب اصلی ساعت آونگی (پاندولی) که گالیله در اواخر عمر خود طراحی کرد.
صفحه ی مقابل، بالا، سمت راست: یکی از قدیمیترین ساعتهای جهان، که در حدود پنجاه سال پس از درگذشت گالیله ساخته شد و اساس کار آن همان بود که گالیله پی ریزی کرده بود.
صفحه ی مقابل: ساعت آفتابی که در آن نور خورشید به سیمی می تابد و سایه ی سیم روی صفحه ی ساعت می افتد و وقت را نشان می دهد.
تا قرن شانزدهم، دانشمندان برای اندازه گیری زمانهای کوتاه با مشکلات جدی رو به رو بودند. شخص گالیله، به سبب بی دقتی دستگاههایی که در دسترس بود، به تدریج، نومید می شد. در حقیقت روش او برای اندازه گیری زمان به کمک نبض، از همه ی وسایل زمان سنجی موجود در آن روزگار، دقیقتر بود.
تقریباً در اواخر عمر گالیله، سرانجام فکر استفاده از آونگ در ساعت پذیرفته شد. اما کاشف این روش بهره ای از آن نبرد.

پایان زندگی دانشجویی

در سال 1585، گالیله که بیست و یک سال داشت، دانشگاه را ترک کرد، بدون اینکه مدرکی گرفته باشد. امروزه این عمل عجیب به نظر می رسد، اما در ایتالیای قرن شانزدهم، شهرت شخص از گواهینامه های رسمی او مهمتر بود و این عمل اقدامی معمولی شمرده می شد.
گالیه به ناحیه ای واقع در بین فلورانس و سیئنا بازگشت که خانواده اش در آنجا زندگی می کرد. بلافاصله پس از بازگشت به جستجوی کار و کسب درآمد پرداخت. پدرش استطاعت پرداخت مخارج او را نداشت و گالیله برای امرار معاش فقط به مهارتهای ریاضی و تجربه ی دانشگاهی خود متکی بود.
گالیله جوانی بسیار دوست داشتنی بود و جذابیتی مسحورکننده داشت. این آخرین بار در زندگی او نبود که رفتار صمیمانه و روی باز به کمکش می آمد. او راه خود را تغییر داد و با چند خانواده ی ثروتمند ساکن در آن منطقه دوستی به هم زد و اعلام کرد علاقه مند است به فرزندان آنها، یا هرکس دیگری که حاضر باشد در مقابل خدمات او پول بپردازد، علم بیاموزد.
دانشمند جوان در اوقات فراغت، تحقیقات خود را در فیزیک ریاضی دنبال می کرد. به تدریج در میان ریاضیدانان و فیلسوفان فلورانس شهرتی به دست می آورد. در دانشگاه پیزا، به سبب دیدگاههای نامتعارف خود در مورد خرد علمی و به سبب کشف قانون نوسان تناوبی آونگ، شهرت یافته بود. همتایان گالیله او را به عنوان ریاضیدانی مستعد، که البته هنوز حقانیت خود را کاملاً اثبات نکرده است، پذیرفته بودند.

قصه گو

گالیله، در دورانی که معلم سرخانه بود، نخستین کتاب فیزیک خود را نوشت. این کتاب تعادل نام داشت و اگرچه کتاب نسبتاً کوچکی بود شرح چند آزمایش گالیله، در آن آمده بود. از نکاتی که توجه دانشمندان دیگر را جلب کرد، پیشنهادهایی بود که گالیله در تکمیل نظر ارشمیدس، فیلسوف بزرگ یونانی مطرح کرده بود.
ارشمیدس بزرگترین دانشمند یونان بود. او صد سال پس از ارسطو می زیست و نابغه ای بود که تسلط او در ریاضی فقط با آیزاک نیوتون قابل قیاس بود که بیش از دو هزار سال پس از ارشمیدس به دنیا آمد.
مشهورترین کشف ارشمیدس این بود که وقتی جسمی جامد در سیالی - مثلاً گاز یا مایع - فرو رود، وزن مایعی که جا به جا می شود برابر کاهش ظاهری وزن جسم است.
طبق افسانه ای مشهور، ارشمیدس این کشف را مدیون زرگری متقلب بود. شاه هرون، حامی ارشمیدس تاج جدیدی از طلا سفارش داده بود، اما بعد از ساخت تاج، به زرگر مشکوک شده بود و گمان می کرد تاج را از طلای ناب نساخته است. او از دوستش ارشمیدس خواست که راهی برای اثبات تقلب زرگر پیدا کند.
ارشمیدس می دانست که اگر تاج از طلای ناب ساخته نشده باشد، چگالی آن با چگالی طلای ناب متفاوت است. چگالی هر ماده نشان می دهد که در حجم ثابتی از آن چه مقدار ماده انباشته شده است. مثلاً سرب بسیار چگال است، زیرا تعداد زیادی از اتمهای آن در حجم کوچکی جای گرفته اند.
اگر جسمی حجم کمی را اشغال کند، اما جرم زیادی داشته باشد - یعنی سنگین باشد - می گویند چگال است.
اگر جسمی حجم زیادی را اشغال کند، اما جرم کمی داشته باشد، چندان چگال نیست.
ارشمیدس می دانست که برای تعیین چگالی تاج باید هم جرم و هم حجم آن را بداند. تعیین جرم تاج آسان بود، اما تنها راه تعیین حجم تاج این بود که آن را به مکعب یا کره تبدیل کنند. شاه هرون، به دلیلی کاملاً قابل درک، موافق این روش نبود.
در این زمان بود که ارشمیدس راه حل را یافت. ابتدا تاج را در آب فرو برد و سپس جرم مساوی از طلای ناب را در آب فرو برد. در این صورت می توانست مقدار آبی را که هر بار جا به جا می شد تعیین کند.
اگر مقدار آب جا به جا شده در هر دو آزمایش برابر بود، آن گاه چگالی فلز به کار رفته در ساخت تاج با چگالی طلای خالص برابر بود و معلوم می شد که در ساخت آن طلای ناب به کار رفته است. در غیراین صورت، تاج از طلای ناب ساخته نشده بود.
از بخت بد زرگر، مقدار آب جا به جا شده در دو حالت برابر نبود و ارشمیدس توانست با قاطعیت بگوید که زرگر به شاه کلک زده است!
گالیله این داستان را به تفصیل در تعادل شرح داده و پس از آن اصلاحات خود را افزوده است.
گالیله از نخستین کتابی که منتشر کرد، همواره کشفیات خود را به صورت داستان شرح می داد. گاه افکار خود را در چارچوب گفتگوهای یک نمایشنامه بیان می کرد، یا داستانی نقل می کرد و افکار خود را در قالب آن ارائه می داد. گالیله غالباً از نوعی طنز نیش دار، معروف به هجو، استفاده می کرد.
در هجو موضوعات جدی را به شیوه ای بسیار زیرکانه به مسخره می گیرند. گالیله با استفاده از این روش، در میان خوانندگان کنجکاو و تحصیل کرده ها بسیار محبوب بود. اما روش او به آتش مخالفان نیز دامن می زد. گاهی منتقدان او می گفتند که پا را از گلیم خود درازتر کرده است و هجوهای او بیشتر شبیه بدعت گذاری در دین است.
استفاده از شیوه هجو سرانجام بسیار موفقیت آمیز از کار درآمد و پیشنهادهای گالیله در تعادل، به رغم ماهیت کاملاً بدیع آنها، مورد قبول اغلب دانشمندان قرار گرفت. علت این بود که عقاید او فقط اندکی از دیدگاههای پذیرفته شده جلوتر بود و با دیدگاه های ارسطو، ارشمیدس، یا هر یک از فلاسفه یونان تفاوت بارز و اصولی نداشت.

دوستان بانفوذ

تقریباً در همین ایام، گالیله با مارکی گوئیدو بالدو دل مونته ملاقات کرد که تأثیر چشمگیری در آینده ی این دانشمند داشت. دل مونته مهندس آماتور ثروتمندی بود که از علم و فلسفه حمایت می کرد.
او تحت تأثیر کار گالیله روی آونگ و اثر موفقیت آمیز او تعادل قرار گرفت. دل مونته سعی کرد در دانشگاه پادوئا برای گالیله منصب استادی دست و پا کند، اما نتوانست.
مدتی بعد کرسی استادی ریاضیات در دانشگاه پیزا خالی شد. مارکی از طریق شبکه ای از دوستان بانفوذ خود مقامات دانشگاه را واداشت تا گالیله را استخدام کنند.
گالیله در سال 1589، به لطف پافشاری دوست ثروتمند خود به دانشگاه پیزا بازگشت و کار خود را آغاز کرد.
درآمد این شغل بسیار ناچیز بود و کم اهمیت ترین مقام استادی در دانشگاه به شمار می رفت.
حقوق گالیله در آن زمان بسیار اندک بود و حقوق استاد محترم پزشکی در همان دانشگاه بیش از سی برابر حقوق گالیله بود! اما باز هم این شغل، نسبت به شغل معلمی سرخانه، پیشرفت محسوب می شد.
منبع: گالیلو گالیله