کاشف خوش اقبال

افکار نو

نیوتون، در دوران دانشجویی در کمبریج، فرمول بندی نخستین نظریه های خود درباره نیرو و حرکت را آغاز کرد. او افکار خود را در مورد ماهیت نور شکل داد و بعدها حساب کرد که چگونه قطعه ای شیشه با شکل خاص، که منشور نام دارد، می تواند نور را به رنگین کمانی از رنگها، از سرخ تا بنفش، تجزیه کند.
نیوتون تفکر بیشتر درباره گرانش را نیز آغاز کرد. پیش از آنکه خیلی جلو برود، می بایست اصول حاکم بر موضوعاتی را که به آنها می اندیشید، کاملاً درک کند.
نیوتون می دانست که برای این کار باید از ریاضیات بسیار پیشرفته استفاده کند؛ او ناگزیر می بایست درباره هر موضوع، هرچه بیشتر می آموخت.
در آن زمان خود نیوتون متوجه این موضوع نشد، اما ناچار بود ریاضیات خاص خود را نیز اختراع کند؛ ریاضیاتی که بعدها آن را حسابان نامید. به علاوه، او ناچار بود کارهای دیگر دانشکده را نیز انجام دهد و خود را برای امتحانات آماده کند تا بتواند در کمبریج بماند؛ این کار اصلاً آسان نبود.

یافته ای از روی خوش اقبالی

روز یکشنبه ای در سال 1664، آیزاک از بازاری در کمبریج دیدن کرد. در غرفه اسباب بازی، شیئی زیر نور آفتاب بعدازظهر می درخشید. این شیء منشور بود. نیوتون شیفته زیبایی و همواری سطح آن شد. او حس کرد که می تواند با استفاده از آن آزمایشهای سودمندی انجام دهد، بنابراین منشور را خرید. همان روز بعد ازظهر، به محض رسیدن به اتاق خود در کالج ترینیتی، آزمایش روی منشور را آغاز کرد.

اثر رنگین کمان

نخست پرده همه پنجره ها، بجز یک پنجره، را کشید. روی این پنجره تکه ای مقوا قرار داد که شکاف باریکی در آن بریده بود تا نور خورشید درخشان بتواند از طریق آن وارد اتاق شود. سپس کنار ایستاد و باریکه نوری را که وارد اتاق می شد تماشا کرد. بعد منشور را طوری در برابر نور گرفت که نور از یک طرف وارد آن شود و نوارهای مختلفی را که از آن بیرون می آمد تماشا کرد.
نور طبیعی پس از عبور از منشور، مثل رنگین کمان تجزیه شده بود. رنگهای آن از بنفش در بالا شروع می شد و به نیلی، آبی، سبز، زرد و نارنجی می رسید و سرخ از همه پایینتر بود.
آیزاک شیفته منشور شده بود. مردم قبلاً بارها این پدیده را تماشا کرده بودند، اما هیچ کس به راستی تحقیق نکرده بود که چرا چنین اتفاقی می افتد.
بسیاری از مردم اعتقاد داشتند که رنگین کمان در داخل منشور وجود دارد و تابیدن نور آن را آزاد می کند. دانشمندان آن زمان دریافته بودند که شیشه نور وارد شده به منشور را تغییر می دهد، اما نمی دانستند چرا این تغییر اتفاق می افتد.

آزمایشهای بیشتر

آیزاک پس از درست کردن رنگین کمان روی دیوار اتاقش، که خود آن را طیف نامید، آزمایش روی مشاهدات خود را آغاز کرد. ابتدا، با استفاده از یک قطعه مقوا که شکاف باریکی در آن ایجاد کرده بود، مانع خروج همه نوارها، به استثنای نوار سرخ، از منشور شد. سپس به نوار سرخی که روی دیوار اتاق افتاده بود خیره شد و در فکر رفت که بعد از آن چه کند. با خود اندیشید که اگر این نور سرخ را از منشور دیگری عبور دهد، چه اتفاقی خواهد افتاد؟ آیا این نور هم، درست مثل نوری که از پنجره به داخل می تابد، به رنگین کمان تجزیه خواهد شد؟
منشور دیگری خرید و آن را سر راه نوار نور سرخ قرار داد. مشتاق بود که ببیند از طرف دیگر منشور چه چیزی خارج می شود. از طرف دیگر منشور چیزی خارج نشد، مگر همان باریکه نور سرخی که به منشور تابیده بود. تنها اتفاقی که افتاده بود این بود که مسیر نور، در ضمن عبور از شیشه، اندکی تغییر کرده بود.
این پدیده فقط می توانست یک معنا داشته باشد. نور خورشید همه رنگهای مختلف طیف را- بنفش، نیلی، آبی، سبز، زرد، نارنجی و سرخ- داشت و موضوع همین بود. نور بیشتر از این تجزیه نمی شد.
توضیح عکس:
نیوتون در نخستین آزمایش روی نور کشف کرد که وقتی نور سفید از منشور عبور می کند به رنگین کمانی تجزیه می شود که او آن را طیف نامید. رنگهای این رنگین کمان از بنفش در بالا شروع و به سرخ در پایین ختم می شد.

نخستین دانشمند مدرن

حیرت آور بود که هیچ کس قبلاً این خواص نور را کشف نکرده بود. چون منشور را بازیچه می پنداشتند، دانشمندان هرگز زحمت آزمایش کردن با آن را به خود نمی دادند.
آیزاک یافته های خود را یادداشت کرد و به معنای آنها اندیشید. او پهنای هر نوار را اندازه گیری کرد، فاصله منشور از دیوار را تغییر داد و همه امکانهای مختلف را آزمود. سپس یافته های خود را به زبان ریاضی بیان کرد.
روش آیزاک نیوتون همین بود. او که با انجام مشاهدات ساده قانع نمی شد، همیشه آنچه را مشاهده کرده بود به زبان ریاضی برمی گرداند. بر همین اساس می توانست نظریه های عام را پی ریزی کند. همین توانایی نیوتون در تکمیل کشفهای خود، از مرحله مشاهده تا پی ریزی نظریه بود که او را از دانشمندان عصر خود متمایز می کرد.
آیزاک ماههای متوالی در کمبریج سرگرم کار با منشورهای خود بود و آزمایشهای مختلفی روی آنها انجام می داد. گاه بدون وقفه کار می کرد. بارها جان ویکینس او را در حالتی یافت که روی کاغذهای پخش شده روی میز تحریرش، در هنگامه تلاش برای حل مسئله ای دشوار، به خواب رفته است. آیزاک غالباً فراموش می کرد غذایش را بخورد و گربه اش، با خوردن غذاهایی که نیوتون به آنها دست نزده بود و روی میز تحریرش باقی گذاشته بود، روز به روز چاق و چله تر می شد.
پس از آزمایشهای بسیار، آیزاک دریافت که چشمهای ما به این دلیل اشیای مختلف را می بیند که به هر شیئی که نگاه می کنیم، نور از آن باز می تابد. وقتی نور باز می تابد به « حسگرهای» داخل چشم ما می رسد و به اطلاعات تبدیل می شود و این اطلاعات به مغز ما انتقال می یابد.
آیزاک بر اساس آزمایشهای خود کشف کرد که نور مرئی، نوری که به ما امکان می دهد اشیای موجود در جهان را ببینیم، از نورهای مختلف به رنگ رنگهای رنگین کمان، تشکیل می شود.
وقتی این نورها با هم ترکیب می شوند، نور سفید را می بینیم. اما هنگامی که یک بخش از طیف حذف شود، نور دیگر سفید دیده نمی شود، بلکه رنگ دارد.
بسیاری از دانشمندان کار را در همین جا متوقف می کردند، اما آیزاک همیشه کار روی مسئله را ادامه می داد تا حس کند دیگر نکته ای در آن باقی نمانده است که بتوان از آن چیزی آموخت. وقتی فهمید که نور از رنگهای مختلف طیف تشکیل شده است، می خواست ببیند که آیا می تواند این رنگها را با هم ترکیب کند و دوباره نور سفید بسازد؟
او مقوای خود را جلو پنجره گذاشت تا نور از شکاف آن عبور کند. مانند آزمایش اول نور را از منشور عبور داد. طیف رنگ روی دیوار نمایان شد. این بار، به جای اینکه جلو همه نوارها، بجز نوار سرخ را بگیرد، اجازه داد تا همه باریکه های خروجی از منشور اول، به منشور دوم بتابند که در نزدیکی منشور اول قرار داشت. از منشور دوم باریکه ای از نور سفید خارج شد.
شاید او نخستین کسی بود که توانست همه رنگهای رنگین کمان را با هم ترکیب کند و باریکه ای از نور سفید بسازد. او عملاً رنگین کمان ساخته و سپس آن را از بین برده بود!
توضیح عکس:
نیوتون شیفته ویژگیهای منشور شد و در اتاق خود در کالج ترینیتی، آزمایشهای بسیاری روی آن انجام داد.

دایره چرخان

آیزاک یک آزمایش دیگر هم انجام داد تا بتواند همه یافته های شگفت انگیزش را به دیگران بقبولاند. او خیلی زود متوجه شد که طیف از مقدار مساوی از هر رنگ تشکیل نمی شود - در رنگین کمان همیشه رنگ آبی از رنگ سرخ بیشتر است. بنابراین روش طبیعت را برای آمیختن رنگهای رنگین کمان تقلید کرد.
او دایره ای کوچک از مقوا ساخت که تقریباً ده سانتیمتر قطر داشت و آن را به هفت قطاع با اندازه های مختلف تقسیم کرد. این قطاعها معرف هفت نوار مرئی رنگین کمان بودند؛ سپس این قطاعها را به رنگهای رنگین کمان رنگ کرد. بعد این دایره مقوایی را روی محوری نصب کرد و آن را به سرعت به چرخش درآورد.
وقتی از فاصله دور به مقوای چرخان خیره می شد، آن را سفید می دید! چون مقوا خیلی تند می چرخید، رنگهای مختلف که نسبت مناسب داشتند به هم می آمیختند و مجموعه آنها سفید دیده می شد.
توضیح عکس:
نیوتون برای اثبات اینکه نور سفید از همه بخشهای رنگین کمان تشکیل می شود، دایره ای مانند دایره سمت چپ ساخت که از همه بخشهای رنگین کمان تشکیل می شد و آن را به سرعت چرخاند. چنانکه در سمت راست می بینید، این دایره اثر منشور دوم را شبیه سازی می کند و دایره سفید دیده می شود.

دید واضحتر

آیزاک نتایج تحقیقات خود را بلافاصله منتشر نکرد، درنتیجه بسیاری از کشفهای او در مورد نور تا سالها بعد ناشنیده ماند. اما پس از انتشار این نتایج، دانشمندان دیگر به سرعت دست به کار شدند تا از آنها استفاده کنند.
در قرن هفدهم عینک بسیار کمیاب بود و فقط ثروتمندان می توانستند از آن استفاده کنند. حتی عینک ثروتمندان نیز کیفیت بسیار نامطلوبی داشت. در طی چند دهه پس از انتشار نتیجه تحقیقات نیوتون، یافته های او به دانشمندان کمک کرد تا اصلاحات فراوانی در طرح عدسیها و ساخت عینک به عمل بیاورند.
بیش از پنجاه سال قبل از تولد نیوتون، میکروسکوپ اختراع شده بود، اما این میکروسکوپ وسیله ای نسبتاً ابتدایی بود که تصویری مبهم و تار ایجاد می کرد. با فرا رسیدن قرن هجدهم و به کارگیری کشفیات نیوتون، این وسیله به اسبابی بسیار پیچیده تر تبدیل شد. این پیشرفت، به نوبه خود، به پیشرفت در بسیاری از حوزه های پزشکی و زیست شناسی منتهی شد.
شاید مهمترین نتیجه کار نیوتون روی نور، در طی ماههایی که در کمبریج سرگرم آزمایش بود، پی ریزی برای خلق دانش کاملاً جدیدی به نام طیف نمایی بود که البته صد سال بعد ظهور کرد. طیف نمایی بررسی نور گسیل یافته از شعله حاصل از سوختن مواد مختلف است. این شعله ها از انواع مختلف رنگهای سرخ، ارغوانی و آبی تشکیل می شوند. دلیل این پدیده این است که وقتی مواد مختلف می سوزند، نوری تولید می کنند که هر یک از رنگهای طیف به مقادیر مختلف در آن موجودند. وقتی این نور از منشور عبور می کند، دانشمندان می توانند آن را به بخشهای تشکیل دهنده اش تجزیه کنند؛ درست همان کاری که نیوتون با نور خورشید کرده بود. سپس می توانند بفهمند که ماده سوزانده شده حاوی کدام مواد شیمیایی بوده است.
منبع: وایت، مایکل؛ (1389)، آیزاک نیوتون: کاشف قوانین حاکم بر عالم، محمد رضا افضلی، تهران، مؤسسه فرهنگی فاطمی، چاپ دوم، 1389.
منبع: وایت، مایکل؛ (1389)، آیزاک نیوتون: کاشف قوانین حاکم بر عالم، محمد رضا افضلی، تهران، مؤسسه فرهنگی فاطمی، چاپ دوم، 1389.