آزمایشگران متهور

نگاهی به تحول روش شناسانه در علوم جدید

شیمی

در قرون هفدهم و هجدهم، پیشرفتهای تازه در علم شیمی ریشه در آزمایش های گوناگونی داشت که در قرن هفدهم با استفاده از تلمبه ایجاد خلأ در مورد احتراق و تنفس انجام گرفت. گالیله در سال 1638 در سخنانی پیرامون دو علم جدید نشان داد که به رغم این ادعای ارسطو که اصلاً ‌چیزی به اسم خلأ نمی تواند وجود داشته باشد، ‌خلأ را بدون دشواری بیش از حد می توان تولید کرد. این بررسی توسط شاگرد او تریچلی و اتو فون گیریکه در آلمان بسط یافت. هر دو با ایجاد خلأ در بالای لوله های سربسته (و ساختن نخستین فشارسنج ها )فشار جو را مطالعه کردند، در حالی که گیریکه خود پیش تر رفت و تلمبه های مؤثری برای ایجاد خلأ طراحی کرد. او با این تلمبه ها نیروی خلأ را به نمایش گذاشت، در مراسم عمومی معروفی که از «نیمکره های ماگده بورگ» استفاده کرد. او هوای محبوس میاندو نیمکره مسی را که دهن به دهن قرار گرفته بودند تخلیه کرد و نشان داد که حتی دو دسته اسب که نیمکره ها را در جهت عکس هم می کشیدند نمی توانند از هم جداشان کنند.
سومین آزمایشگر برجسته در این عرصه رابرت هوک(1635ـ1703) بود. او که فرزند رنجور یک کشیش پروتستان بود در سال 1653 توانست به عنوان یک همسرا به کلیسای مسیح در آکسفرد راه یابد. در این دانشگاه، او با مردانی اهل علم آشنا شد که برخیشان از بنیادگذاران جامعه سلطنتی شدند. یکی از آنان رابرت بویل(1627 ـ 1691)فرزند نخستین ارل کرک بود. او هوک را در زمای که هنوز دوره لیسانس خود را می گذراند به عنوان دستیار در آزمایشگاه استخدام کرد. بویل گرچه بیشتر به شیمی علاقه داشت اما شیفته خواص فیزیکی هوا نیز بود ـ او پیش تر کتابی در مورد آن نگاشته بود. از آن جا که کار فون گیریکه نیز وی را مبهوت کرده بود، او به هوک یاد داد که تلمبه بهتری برای ایجاد خلأ بسازد. هوک، در مکانیک، ذوق بسیار داشت ـ او بعدها مفصل همه طرفه و یک نوع ساعت فنری را اختراع کرد ـ از این رو تلمبه اش عالی از کار در آمد. فی الواقع هوک چنان آزمایشگر قابلی بود که در سال 1662 در جامعه سلطنتی به مقام «ناظر آزمایش ها»منصوب شد و از این رهگذر توانست پژوهش هایی به ابتکار خود در هواشناسی انجام دهد ـ او تعدادی رطوبت سنج و فشارسنج و یک بادسنج طرح کرد. پژوهش هایی نیز در مورد خاصیت ارتجاعی مواد انجام داد. در این زمینه قانون هوک( که می گوید میزان کشش متناسب با میزان فشار در درون ماده است)یادآور نام اوست. او با بویل و با تلمبه بهترش برای ایجاد خلأ به استخراج رابطه ای در مورد فشار و حجم گازها که اکنون به قانون بویل معروف است کمک کرد.
یک ثمره دیگر همکاری بویل و هوک انتشار دو کتاب بویل در سال 1661 بود: شیمیدان شکاک و چند مقاله تن کارشناختی. این دو کتاب در پشتیبانی بویل از نظریات شبه اتمی مواد و گرایش او به دور شدن از ترکیب ارسطویی ماده و صورت جای شک باقی نگذاشتند. در شیمیدان شکاک، ‌او بر نیاز به تعریف تازه ای برای عناصر پافشرد و گفت که بهتر است آن ها را مواد کاملاً همگنی شمرد که نهایتاً‌ در اثر تجزیه مواد مخلوط به دست می آیند. بویل در زمانی این اظهارنظر را کرد ـ در میانه قرن هفدهم ـ که طبقه بندی قدیمی به عناصر اربعه آب و آتش و خاک و هوا دیگر بی ثمر شده بود. نظام قدیم برای شیمی جز ملغمه گیج کننده ای از نظرات باقی نگذاشته بود، چنانکه کاریان باپتیستا ون ون هلمونت در بروکسل به خوبی گواهی می داد. ون هلمونت که دانشمندی آزمایشگر و پزشکی زبده بود، ‌در همه کار خود در زمینه شیمی، به درستی اهمیت زیادی به توزین و اندازه گیری دقیق می داد. این برای کل شیمی آزمایشگاهی آینده سود زیادی داشت و برای هر تحقیقی در مورد جوانب گوناگون احتراق حیاتی بود. ون هلمونت در نیمه اول قرن هفدهم دریافته بود که مطالعه شیمیایی دود ناشی از سوختن جامدات و مایعات نشان می دهد که این دود با هوا یا بخار آب تفاوت دارد و مشخصات ماده مولدش در آن آشکار است. او برای این دود نام تازه ای نهاد: «گاز» که یا مشتق از واژه یونانی خائوس (فضای خالی) و یا برگرفته از واژه هلندی گازن به معنی ورآمدن یا کف کردن بود. او با آزمایش های بعدی خود نشان داد که انواع بسیاری از گاز وجود دارد. طبعاً‌ این ها به تحقیقات بیشتری نیاز داشت.
هوک و بویل آستین ها را بالا زدند. هوک مدعی شد که چون شوره باروت در آب می سوزد، باید چیزی داشته باشد که در هوا هم هست. او این نظر را به همه مواد قابل احتراق بسط داد و نتیجه گرفت که در هوا یک «حلال» هست که احتراق را ممکن می سازد. هوک از پیش می دانست که هوا برای روشن نگه داشتن «آتش حیات» ضروری است. آزمایش های او نیز نشان می داد که جانوران نیاز دارند که هوا به درون شش هاشان دمیده شود تا زنده بمانند؛ و گیاهان برای رشد خود به هوا نیاز دارند. این همه را جان میو(1)فراتر برد. او آزمایشگر و پزشکی بود که هوک در چند موقعیت وی را ملاقات کرده بود. میو روشی برای انباشتن گازها بر روی سطح آب پیدا کرد ـ این برای شیمی آزمایشگاهی بسیار اهمیت داشت ـ و در سال 1679 نشان داد که، ‌هم در تنفس و هم در احتراق، چیزی از هوا مصرف می شود. او ادعا کرد که هوا دارای «ذرات شوره ای ـ هوایی» است که در این فرایندها مصرف می شود.
البته این مطالعات فقط در انحصار انگلیسی ها نبود. اقتصاددان آلمانی، یوهان بشر، که شیمیدانی آزمایشگر نیز بود، ‌شیمی فلزات و کانی ها را مطالعه کرد و نتایج کار خود را در سال 1669 تحت عنوان فیزیک زیر زمین به چاپ رساند. بشر کل کانی ها و فلزات را مرکب از سه کیفیت دانست: ترا لاپیدا یا جزء شفاف قابل تبدیل به شیشه (معادل«نمک» پاراسلسوس)؛ ترا مرکورالیس یا جزء سبک و فرار، و تراپینگوییس جزء آذرین، چرب و قابل احتراق. از مواد دیگر، آن هایی که قابل احتراق بودند دارای تراپینگوییس قلمداد شدند. این توضیحی نبوغ آسا بود، ‌به ویژه از این رو که بشر یادآوری کرد که هیچ یک از این اجزاء عنصر شیمیایی واقعی نیستند. آن ها فقط کیفیت رفتار بودند.
دنباله نظرات بشر را گیورک اشتال پزشک آلمانی گرفت که سخت پیرو ویتالیسم بود، ‌پیرو این باور که یک نیروی حیاتی در طبیعت دست به کار است که به ویژه در موجودات زنده قابل توجه است. او که نویسنده ای پرنفوذ بود به نظریه بشر خوشامد گفت و فیزیک زیر زمین را چند بار دیگر تجدید چاپ کرد. ولی جایگاه اشتال در تاریخ شیمی در گرو اصول شیمی اوست که در سال 1723 منتشر شد. این کتاب اهمیت زیادی داشت زیرا که دو نظر را تبلیغ می کرد. اول تعریف شیمی بود. شیمی از نظر اشتال روشی برای تجزیه ترکیبات به عناصرشان و مطالعه ترکیب مجدد آن ها بود. این نظر، به اهداف آزمایشگران شیمی، روشنی بیشتری بخشید. دوم ـ و مهم تر ـ معرفی «فلوژیستون»(از فلوگیستوس یونانی به معنی «سوخته») به جای ترامرکورالیس بشر و بسط آن به تمامی مواد قابل احتراق بود. اهمیت «اقنوم آتش»یا فلوژیستون در این است که نقش یک مفهوم وحدت بخش را در شیمی بازی کرد و دانسته های بسیاری را که نه تنها دارای کاربرد در احتراق بلکه در تنفس و تکلیس (حرارت دادن فلزات تا دمایی بالا بدون ذوب کردن آن ها) بود به یکدیگر ارتباط داد و انواع واکنش ها را در پرتوشناختی عمیق تر قرار داد. در سی چهل سال بعد، شیمیدانان این نظریه را با اشتیاق دنبال کردند؛ تا بدانجا که چنان، ‌در شیمی، ‌جای پا محکم کرد که تلاش فکری بسیاری برای بریدن از آن لازم آمد.
پس از ظهور نظریه فلوژیستون، مطالعه احتراق و گازها باز دنبال شد، چرا که شیمیدانان هنوز مبهوت ماهیت هوا بودند. مهم ترین پژوهش در این زمینه را جوزف بلک انجام داد. در دهه 1750 که او دکترای طب خود را گرفت این نظر در میان پزشکان رواج داشت که آب آهک(محلول رقیق هیدروکسید کلسیم در آب) در خرد کردن «سنگ» متانه مؤثر است. دو استاد دانشگاه ادینبورو با این نظر موافق بودند ولی در مورد فرایند شیمیایی دخیل شدیداً اختلاف نظر داشتند؛ از این رو بلک تصمیم گرفت که این را موضوع پایان نامه تحصیلی خود بگیرد و درباره اش تحقیق کند. ولی او نمی خواست پایش به درگیری آن ها کشیده شود، از این رو به بررسی مواد مشابه دیگری پرداخت تا ببیند آیا می تواند جایگزین قوی تری برای آب آهک پیدا کند. وقتی نوبت بررسی به گرد سفید ماگنزیاآلبا(2)رسید، او دید که این ماده وقتی حرارت زیادی می بیند کیفیات غیرمنتظره ای از خود بروز می دهد. موقعی که تکلیس می گردد، فقط کمی از وزنش کاسته می شود. از این رو بلک نتیجه گرفت که آنچه در عمل تکلیس رخ می دهد، ‌خروج هوا از ماده است. این را نکته دیگری نیز تأیید می کرد و آن این بود که وقتی ماگنزیا آلبا با اسید ترکیب می شد، حباب های هوا بیرون می داد، ولی به صورت تکلیس شده (شکفته)چنین نمی کرد. به علاوه با استفاده از یک قلیا بلک می توانست ماده شکفته را دوباره به ماگنزیا آلبا تبدیل کند؛ و وزن آن دوباره برابر با وزن اولیه می شد. دیگر روشن بود که لایه ای روی آب آهک تشکیل می شود، ولی بلک دریافت که اگر مایع در بطری دربسته نگهداری شود این اتفاق نمی افتد. از این رو در هر دو مورد ـ چه با ماگنزیا آلبای شکفته و چه با آب آهک ـ ظاهراً چیزی در هوا با آن ها ترکیب می شد. بدین سان بلک به این نتیجه مهم رسید که هوا یک ماده واحد نیست بلکه از بیش از یک ماده تشکیل می شود. این گام بلندی به پیش بود.
بلک جزء ترکیب شوند را «هوای ثابت»نامید، ‌زیرا در مواد مختلف ثابت بود. او با بررسی های بیشتر پی برد که هوای ثابت در تنفس، در احتراق و در تخمیر دخالت دارد. بنابراین از سال 1756 که بلک نتایج کار خود را انتشار داد، شیمیدانان می دانستند که هوا از بیش از یک ماده شیمیایی تشکیل شده است. مسئله ای که اینک باید حل می شد این بود که این مواد چه بودند. هنری کاوندیش پژوهش هایی انجام داد و نتایج کار خود را در سال 1766 در مجلدی تحت عنوان «پیرامون هواهای تفرقه افکن» تقدیم جامعه سلطنتی کرد. این مطالعه ای در خواص فیزیکی هوای ثابت بلک و چیز دیگر بود که وی آن را «هوای قابل اشتعال»نامید و ظاهراً همان فلوژیستون اشتال بود. او دریافت که در اثر عمل اسید بر روی فلز هوای قابل اشتعال آزاد می شود و نتیجه گرفت که این هوا از خود فلز سرچشمه می گیرد. پس بنابر نتایج او، ظاهراً سه نوع هوا وجود داشت ـ هوا، هوای ثابت و هوای قابل اشتعال ـ هر چند نظر عموم بر این بود که این سه نوع در واقع فقط یک هوا گرچه متفاوت به لحاظ خواص است. پس تا این جا هنوز هیچ کس دنبال نظر ون هلمونت مبنی بر وجود گازهای مختلف را نگرفته بود.
گام های بعدی برای حل مسئله را جوزف پریستلی برداشت که یک واعظ و معلم پرسبیتری(3) انگلیسی بود؛ مردی که نظرات سیاسی تندی داشت و از جان و دل از آرمان های انقلاب فرانسه حمایت می کرد. پریستلی به شیمی و فیزیک علاقه زیادی داشت و در سال 1767 کتاب موفقی با نام تاریخ و وضع فعلی برق. . . تألیف کرد. او بر آن شد که با هوا نیز آزمایش کند، و از آن جا که مشاهده گری دقیق و موشکاف بود، در سال 1772 آماده بود که شرحی در مورد نخستین آزمایش های خود در خلاصه مذاکرات فلسفی بنگارد. او با استفاده از طشتی پر از جیوه برای جمع آوری «هواها»نشان داد که انواع مختلف هوا را ـ «هوای شوره ای»، «هوای فلوژیستونی»، «هوای اسیدی» و هفت هوای دیگر را ـ چگونه فراهم آورده است. او با آزمایش های دیگر دریافت که از حجم هوا، در اثر تنفس، یک پنجم کاسته می شود. در سال 1772 نیز او پی برد که ترکیب «هوای شوره ای»(همان نیترواکسید ما) و هوای معمولی محصولی می دهد که قرمز رنگ است و حجم کم تری دارد. این آزمایش را او با منفجر کردن گازها با یک جرقه در داخل محفظه ای بسته انجام داده بود. با این روش کارا می شد آزمایش های کمی را به دقت انجام داد. پریستلی همچنین کشف کرد که گیاهان می توانند هوایی را که یک موش تنفس کرده یا سوختن شمع تغییر داده «احیا» کنند.
با این همه، مهم ترین کشف پریستلی در آوریل سال 1774 صورت گرفت. او با استفاده از نور آفتاب که آن را با ذره بین متمرکز ساخته بود ـ این پربازده ترین شیوه تولید حرارت زیاد در آزمایشگاه بود ـ اکسید قرمز جیوه را حرارت داد و هوایی بیرنگ به دست آورد. هوایی که به دست آمد او را متعجب ساخت، ‌زیرا گرچه خود آن در آب حل نمی شد ولی شمع در آن با درخشش بسیار می سوخت. او آن را «هوای بی فلوژیستون شده» نامید. در پاییز همان سال پریستلی به اروپای غربی رفت و در پاریس به بحث با لاووازیه، ‌شیمیدان فرانسوی، درباره نتایج کار خود نشست. این دیداری سرنوشت ساز از کار در آمد. پس از بازگشت به انگلستان، پریستلی به سمت کشیشی منصوب شد، ‌ولی این نیز مانع آزمایش های او نشد. در سال 1781، او مخلوطی از هوای قابل اشتعال و هوای بی فلوژیستون شده را در یک بطری با جرقه ای منفجر ساخت و دید که «شبنم» (یعنی آب) به دست می آید. او فقط اظهار داشت که «هوای معمولی وقتی فلوژیستونی می شود رطوبتش را نگه می دارد». کاوندیش بعدها این آزمایش را تکرار کرد و دریافت که شبنم «آب خالص» است، ‌و نتیجه گرفت که «هوای بی فلوژیستون شده در واقع چیزی به جز آب بی فلوژیستون شده نیست». روشن است که رابطه ای میان آب و اجزای هوا پیدا شد، ولی تصویر کلی هنوز مبهم بود، گرچه در شواهد تجربی شک نبود. اما کشف هوای بی فلوژیستون شده توسط پریستلی پس از آن روی داده بود که داروسازی سوئدی به نام کارل شیل در سال 1772 مدعی شده بود که هوا دو نوع است؛ یکی که به احتراق کمک می کند ـ «هوای محرق» ـ و یکی که از احتراق ممانعت می کند. هر چند، نتایج کار شیل تا سال 1777 و ترجمه انگلیسی آن تا سه سال بعد منتشر نشد.
مردی که سرانجام مسئله را حل کرد، گرچه پیش از آن باید تلاش فکری بسیار می کرد تا نظریه فلوژیستون را به دور افکند، آنتوان لوران لاووازیه بود. (4)او که در سال 1743 به دنیا آمد، ‌کارمند پاریسی تحصیل کرده ای با نبوغ علمی بود؛ و وقتی سرانجام در سال 1794 در دوره وحشت انقلاب فرانسه زیر گیوتین جان باخت، ‌مرگش ضایعه ای بزرگ برای جامعه علمی بود. لاگرانژ ریاضیدان پس از مرگ وی گفت: «زدن گردن او ثانیه ای بیش وقت نبرد، ولی شاید یکصد سال هم نتواند همانند او را پدید آورد. »افسوس که او به اداره اجاره داری عمومی پیوسته بود که چون از جانب دولت مالیات جمع می کرد محبوبیتی نداشت.
لاووازیه کار علمی خود را در سال های 1760 در رشته زمین شناسی آغاز کرد که حداکثر دقت ممکن در سنجش ها را به آن بخشید ـ این گرایش در سراسر کار وی هویدا بود. سپس مشکل تأمین آب پاریس او را به خود مشغول داشت. از همین جا بود که آزمایش های شیمیاییش را آغاز کرد و نخست کذب این ادعا را به اثبات رساند که آب اگر به مقدار کافی حرارت ببیند به خاک بدل می گردد. این نظر خطا ناشی از این حقیقت بود که وقتی آب ناخالص جوشانده می شود، ‌رسوب جامدی برجا می ماند، این جا نیز آزمایش های کمی دقیق بود که لاووازیه را به نتیجه رساند. او تحقیق در مورد احتراق را تا اوایل دهه 1770 آغاز نکرد؛ ولی هنگامی که آغاز کرد بی درنگ نشان داد که وقتی فلز تکلیس می شود «ذرات آتش» بر نمی گیرد؛ و به عبارت دیگر «هوای ثابت»جذب نمی کند. در این مقطع بود که پریستلی به پاریس رفت و در مورد هوای بی فلوژیستون شده اش با وی سخن گفت.
پس از دیدار پریستلی، ‌لاووازیه چند آزمایش مهم دیگر انجام داد. تا اواخر دهه 1770 او خود متقاعد شده بود که هوا نوعی ترکیب است که قسمت عمده آن قابل احتراق و جزء دیگر آن غیرقابل تنفس است. مطالعه عمل تکلیس به تنهایی و سپس در حضور زغال او را به این نتیجه رسانده بود که «هوای ثابت» بلک ترکیبی از زغال است. بدین سان او همه این نتایج را در کنار هم گذاشت و نخستین نتیجه از آن نتایجی را به دست آورد که نظرات کهنه شیمی را به دور افکندند و رهگشای شیمی نوین شدند. در سال 1779 او مدعی شد که قسمت قابل احتراق هوا جزء متشکله همه اسیدهاست، ‌و آن را «پایه اسید» یا «پرنسیپ اکسیژن»(مشتق از اکسوس یونانی به معنی اسید)نامید. او در این مرحله هنوز نظریه فلوژیستون را صریحاً طرد نکرده بود، فقط گفته بود که توضیح دیگری برای آن ارائه داده است.
ولی اینک لاووازیه می توانست گروهی از فرایندهای شیمیایی را توضیح دهد، گرچه هنوز مبهوت هوای قابل اشتعال بود. در همین زمان، ‌پریستلی و کاوندیش مشغول استفاده از جرقه برای تولید شبنم بودند، و کاوندیش نیز به این نتیجه رسید که شبنم آب خالص است. خبر این یافته کاوندیش به لاووازیه در پاریس رسید، و نیز توضیح آن توسط کاوندیش، که هنوز می پنداشت همه گازها محتوی آب هستند و این را با نظریه فلوژیستون توضیح می داد. در هر صورت لاووازیه آزمایش های دیگری انجام داد و نه تنها آب تولید کرد بلکه به تحقیق در مورد عمل دقیق اسیدها بر روی فلزات و ـ در آخرین آزمایش ها ـ تولید «هوای قابل اشتعال»پرداخت. در نتیجه او پی برد که آب تحت شرایطی تجزیه می شود و از یک سو پرنسیپ اکسیژن و از سوی دیگر پایه آب ـ پرنسیپ هیدروژن (مشتق از هیدور یونانی به معنی آب) ـ به دست می دهد. با کسب این آگاهی، ‌اینک می شد تعداد بسیاری از فعل و انفعالات شیمیایی را به مراتب بهتر از پیش توضیح داد ـ به ویژه عمل اسیدها بر روی فلزات را. لاووازیه نشان داد که چگونه هم اکسیژن و هم هیدروژن در این میان نقش دارند. او توانست بدون توسل به فلوژیستون، «عنصر آتش»، ‌شیمی کاملاً نوینی را پی ریزی کند.
با پشتوانه تجزیه و تحلیل دقیق و سنجش موشکافانه، این مبارزه ای جدی با نظریه فلوژیستون بود و در طول سالیان به طور کامل آن را ریشه کن کرد. هر چند، برتری های آن بلافاصله بر بسیاری از شیمیدانان آشکار شد. در سال 1784، ‌یک سال پس از آن که لاووازیه نتایج کار خود را اعلام داشت، جوزف بلک آن را به شاگردانش در ادینبورو درس می داد. یک سال بعد، در سال 1785، ‌کلود برتوله شیمیدان مشهور نیز نظرات جدید را به گرمی پذیرا شد. در خلال دو سال بعد، برتوله، لاووازیه و شیمیدانان دیگری مانند گیتون دومروو و آنتوان دوفورکروا(5) شروع به تجدید نظر در کل نظام نامگذاری در شیمی در پرتو نظریه جدید کردند و به هر ماده نامی دادند که ترکیب شیمیایی آن را مشخص می ساخت. آنان با پیروی از اصولی که رابرت بویل بیش از یک قرن پیش مطرح ساخته بود عناصر را با دقت بسیار تعریف کردند. بدین سان «جوهر گوگرد» اسید سولفوریک نام گرفت، «آب قوی»(6)اسید نیتریک و الخ. این نظام بسیار شبیه نظامی بود که امروزه به کار می رود، گرچه نخست در سال 1787 تحت عنوان روش نامگذاری در شیمی منتشر شد. دو سال بعد لاووازیه رساله مقدماتی شیمی معروف خود را پدید آورد که با وضوح و جامعیتش نظرات تازه را رواج داد. خورشید روزگار شیمی نوین سرانجام طلوع کرده بود.

زمین شناسی

در قرون هفدهم و هجدهم بود که زمین شناسی از قلمرو حدس و نظر خارج شد و به شأن بلند علم دست یافت. دیرین شناسی ـ مطالعه سنگواره های گیاهی و صخره ها ـ سرانجام مورد توجه دقیق قرار گرفت. رابرت هوک در سال 1665 سنگواره چوب را توصیف کرد و درباره اجسام سنگ شده نظر داد. او گفت که شاید این ها حاصل فرایندهای طبیعی در طول زمان باشد. تنها پنج سال بعد، نظرات مشابهی از سوی نیلس استینسن(7)(معروف تر به نیکولاوس استینو) در دانمارک مطرح شد. دیگران، مثلاً‌ جان ری زیست شناس و جان وودوارد گیاه شناس، نیز با این نظرات موافق بودند؛ ولی این تازه آغاز راه شناخت کاملاً‌ نو بود. در قرن هفدهم هنوز شکل گیری اولیه انواع در بدو خلقت باور می شد و توفان نوح یک واقعه تاریخی به شمار می آمد.
پیشرفت اساسی تر در نظرات راجع به زمین، داخل آن، پوسته آن و سن آن بود. دکارت در سال 1617 در اصول فلسفه خود نظرات بکری درباره ساختمان زمین مطرح ساخت. او گفت که زمین روزی مانند خورشید گداخته بوده ولی اکنون سرد و متراکم شده است، ‌به جز در نقاط مرکزیش که وی آن ها را در لایه دومی خلاصه کرد که فلزی و متراکم تر بود و هسته مرکزی هنوز ملتهبی را می پوشانید. او افزود که درست در زیر سطح زمین، هم آب زیرزمینی وجود دارد و هم لایه ای از گل و ماسه. همین لایه بود که بعدها جمعی از اهل قلم گواه وقوع توفان نوح گرفتندش. در سال های بعد، گونه های دیگری از نظر دکارت به میدان آمد. آتانازیوس کیرشر، نویسنده یسوعی، جهان زیرزمین خود را در سال 1665 انتشار داد و در آن مرکز زمین را آتشین گرفت. زمین کیرشر حفره هایی داشت پر از آتش یا آب، برای تبیین فوران های آتشفشانی. گتفریت لایب نیتس نیز پذیرفت که زمین زمانی ملتهب بوده است. جالب این که او مدعی شد که سنگ های آذرین پوسته اصلی زمین را تشکیل می داده اند و سنگ های رسوبی بعداً تشکیل شده اند.
سن زمین مسئله گیج کننده دیگری بود که مورد بحث قرار گرفت. در سال های 1650، ‌جیمز اشر سراسقف [استان]آرما در ایرلند با مراجعه به کتب مقدس و منابع تاریخی کهن( و با جمع کردن سن پیامبران عهد عتیق) نتیجه گرفت که آفرینش جهان در سال 4004 پیش از میلاد رخ داده است، ‌و حتی در قرن نوزدهم، ‌این رقم هنوز در حاشیه انجیل پروتستان ها ذکر می شد. با این همه، ‌بودند کسانی که کوشیدند به جای دیدگاه تاریخی از نقطه نظر علمی با مسئله برخورد کنند؛ گرچه نخستین کوشش جدی از این دست تا آغازهای سده هجدهم انجام نگرفت. این نخستین کوشش را ادموند هالی انجام داد که در سال 1715 مقاله ای در این باب به جامعه سلطنتی تقدیم داشت. او گفت که شیاد شوری آب دریاها سرنخی برای تعیین سن زمین به دست دهد. استدلال وی بر این فرض استوار بود که شوری آب دریاها در طول زمان، با تبخیر، افزایش می یابد. او بی میل نبود بپذیرد که در سال 4004 پیش از میلاد سال آغاز موجودیت انسان است، ولی گمان می کرد زمین پیرتر از این ها باشد. کمی دیرتر در قرن هجدهم، بررسی تغییرات ممکن در گونه های جانوران توسط کنت دو بوفون و شوالیه دو لامارک این نظر را پیش کشید که به مقیاس زمانی بارها بزرگ تری نیاز است، مقیاسی که دست کم 50,000 سال را بپوشاند.
در قرن نوزدهم، تشکیل عوارض زمین شناختی قرینه با ارزشی برای تعیین مقیاس بلند مدت به شمار می آمد؛ ولی در قرون هفدهم و هجدهم، قرائن هنوز کم تر از آن قطعی بود که زمین شناسان به خود جرأت نظریه آفرینی بدهند. هر چند، در همین دو قرن بود که بنیادهای لازم برای زمین شناسی فیزیکی نهاده شد. کار در سال 1671 با پیش درآمد رساله ای پیرامون جامدات طبیعی مشمول جامدات از نیلس استینسن آغاز شد. در آن او اصول زمین شناسی فیزیکی نوین را برشمرد و نشان داد که چگونه لایه های سنگی می تواند فرو بپاشد و کوه و عوارض دیگر را تشکیل دهد. او همچنین مطرح کرد که همه لایه ها یا قشرهای سنگی باید در ابتدا به طور افقی روی سطحی جامد آرمیده بود باشند و چین خوردن و شکستگی یافتن آن ها باید بعداً رخ داده باشد. استینسن همچنین ادعا کرد که اگر در منطقه ای بقایای جانوران دریایی پیدا شود، به معنی آن است که زمانی باید آن جا را دریا پوشانده باشد. هوک نیز تغییرات عوارض را مورد بحث قرار داد؛ هر چند فقط بر اثراتی متمرکز شد که احتمال می رفت ناشی از زمین لرزه باشد.
به دنبال کار استینسن، مطالعات مفصل تری بر روی لایه های سنگی انجام گرفت؛ و تا میانه سده هجدهم قرائن بسیاری به دست آمد، آن قدر که پزشکی آلمانی به نام یوهان لیمان که مانند باور و پاراسلسوس به معدنکاری و متالورژی نیز علاقه مند بود توانست اثری با نام تاریخ لایه های سنگی (1756)فراهم آورد کار وی را کسان دیگری پی گرفتند، ‌به ویژه گ. ک. فوخزل که نخستین نقشه های زمین شناسی را برای نمایش مشخصات لایه ها ترسیم کرد. در سال 1759 یک ایتالیایی متخصص معدن به نام جووانی اردوئینو لایه های سنگی را به «چهار طبقه عمومی و متوالی» تقسیم کرد و آن ها را طبقات اول و دوم و سوم و چهارم نامید که امروزه ناآشنا به نظر نمی رسد. اردوئینو همچنین از مطالعه سنگواره های نتیجه گرفت که «. . . اعصار سپری شده در خلال افرازش آلپ به تعداد نسل های اجسام سنگواره ای طبیعی در بستر چینه هاست».
در سال 1775 در شهر معدنی فرایبرگ در ساکسونی، آبراهام ورنر یک مدرسه زمین شناسی تأسیس کرد که به زودی شهرتی فراوان یافت، در حالی که پژوهش های خود وی به شناخت کانی ها و ارتباط آن ها با زمین شناسی در اواخر قرن هجدهم فراوان افزود. او برای وضوح بخشیدن به آن ها به درستی خاطر نشان کرد که مشخصات خارجی بلورهای کانی نه تنها برای شناسایی آن ها حائز اهمیت است بلکه می تواند سرنخی برای پی بردن به ترکیب آن ها باشد. در عین حال او اهمیت تجزیه شیمیایی را نیز نادیده نگرفت. با این همه، بزرگ ترین خدمت ورنر ارائه نظراتی درباره منشأ پوسته زمین بود ـ او را گاه پدر زمین شناسی تاریخی خوانده اند ـ و شک نیست که او کوشش بسیار کرد تا زمین شناسی را علمی کند و آن را به یک نظام علمی بدل سازد. نظریه او بر دو باور مبتنی بود: یکی این که زمین از یک اقیانوس جهانی پدید آمده است و دیگر این که همه سنگ های مهم تشکیل دهنده پوسته زمین یا رسوبی اند یا در اقیانوس پیرامون تراکم یافته و جدا شده اند. شاید مهم ترین نتیجه ای که او گرفت این بود که مقیاس زمانی تاریخ زمین باید بسیاری بزرگ باشد. او نوشت که سطح زمین را« شاید 1,000,000 سال پیش» آب پوشانده بوده است؛ و برای نشان دادن درک خود از دوره ای چنین طویل افزود که «تاریخ مکتوب در مقابل آن فقط یک نقطه در زمان است». نظریه کامل او تغییرات تدریجی را که او معتقد بود در این زمان دراز رخ داده است دنبال می کرد. او پنج دوره برای شکل گیری قائل بود. یک دوره بسیار اولیه که در آن سنگ ها در اقیانوس ساکن و آرام تراکم یافته و جدا شده اند. در این دوره از حیات خبری نبوده است. بعد نوبت به یک دوره گذار می رسد و در پی آن دوره توفان ها و پیدایش حیات. پاره ای از صخره های کهن در این دوره خرد شده اند و سپس یک سیل عظیم جاری شده است. آنگاه دوره های آتشفشانی و رسوبی فرا رسیده است. نظریه او برای تنوعات محلی نیز جا داشت و گرچه اینک ما از خطاهای آن آگاهیم ولی در زمانی که مطرح شد، یعنی در اواخر قرن هجدهم و اوایل قرن نوزدهم، ترکیب بس کارایی از دانش چینه نگاری بود که بر اندیشه آتی تأثیر قابل ملاحظه ای نهاد.
کار زمین شناسی جیمز هاتن(8) نیز برای پیشرفت های بعدی مهم بود. هاتن پزشکی اسکاتلندی بود که به زمین شناسی علاقه پیدا کرد و نظریه زمین خود را در سال 1795 انتشار داد. هاتن نیز مانند ورنر به فرایندهای در حال وقوع علاقه داشت، ولی برخورد او متفاوت بود. او به اعتقاد عموم به توفان جهانگیر نوح وقعی ننهاد و برای توضیح شکل پوسته زمین به فاجعه ای متوسل نشد؛ در عوض، ‌فرایند پیوسته تغییر را مطرح کرد. هاتن باور داشت که نیروهایی که بر روی پوسته زمین عمل می کنند به طور ادواری کار می کنند. اول، عمل فرسایش است که مواد انباشته را به تدریج حمل و نقل می کند؛ بعد، دوره تحکیم فرا می رسد، سپس توسعه ناشی از گرما؛ بعد، ترفیع مواد؛ و آنگاه دوباره فرسایش. هاتن در همه این موارد حق داشت؛ اما دلایلی که برای تحکیم و توسعه و ترفیع ذکر می کرد درست نبود. با این حال، کتاب او مهم بود؛ زیرا او با ارائه نظریه ای که همه چیز را بر اساس تغییر تدریجی ادواری توضیح می داد، زمین شناسی را از دیدگاه کاملاً‌ تازه ای مطرح ساخت. این در قرن نوزدهم بیشترین اهمیت را می یافت.

پی نوشت ها :

1. Mayow , john
2. کربنات منیزیوم(سفید).
3. presbyterianمتعلق به شاخه ای از کلیسای پروتستان.
4. به تلفظ درست نام او دقت شود: «لاوو ـ آزیه» نه «لاوا ـ زیه».
5. Fourcroy. Antoine de
6. آکوا فورتیس.
7. Stensen , Niels
8. Hutton , james

منبع: ا. رنان، کالین؛ (1366)، تاریخ علم کمبریج، حسن افشار، تهران: نشر مرکز، چاپ ششم 1388.