نویسنده: مایکل وایت
مترجم: محمّدرضا افضلی


 

گریز از طاعون بزرگ

آیزاک همه کشفهای بزرگ خود در مورد نور را در دورانی انجام داد که هنوز از کمبریج فارغ التحصیل نشده بود. در آوریل سال 1664، پس از سه سال تحصیل در کمبریج توانست از دانشگاه بورس تحصیلی بگیرد و دیگر ناچار نبود کارهای پست انجام دهد. یک سال بعد، در سال 1665، موفق به دریافت لیسانس علوم انسانی شد که به طور خودکار، پس از چهار سال تحصیل در دانشگاه، به دانشجو داده می شد. با دریافت این درجه، می توانست چهار سال دیگر در کالج ترینیتی بماند و تحصیلات خود را در هر رشته ای که می خواهد ادامه دهد.
آیزاک به کار روی ایده های خود در مورد ماهیت نور ادامه داد. در همان حال تحقیق روی خواص گرانش و نحوه حرکت سیاره ها در مدار خود را نیز آغاز کرد.
اما آزمایشهای اولیه او در کمبریج متوقف شد. بیماری وحشتناکی در سرتاسر انگلستان شایع شده بود و در همه جا خانواده ها و مردم را نابود می کرد. طاعون بزرگ از لندن آغاز شده بود که مردم آن در شرایطی غیربهداشتی در هم می لولیدند. مبتلایان به طاعون به شدت تب می کردند و بدن آنها را زخمهای بزرگی که گسترش می یافتند فرا می گرفت. اگر کسی به طاعون مبتلا می شد، مرگش حتمی بود. اجساد مردگان را از سراسر لندن جمع آوری می کردند و آنها را با گاریهای بزرگ به خارج از شهر انتقال می دادند. سپس اجساد را در گورهای بزرگ دسته جمعی دفن می کردند. در بعضی نواحی که بیماری شیوع بیشتری داشت، تعداد مردگان و کسانی که در حال جان دادن بودند، از تعداد زنده ها بیشتر شده بود.
سپس، در ماههای گرم سال 1665، طاعون از پایتخت فراتر رفت. افرادی که از لندن خارج می شدند این بیماری مرگبار را با خود به شهرهای دیگر بردند و دیگران را آلوده کردند.
در ماه ژوئن سال 1665، ترس از طاعون سبب تعطیلی دانشگاه کمبریج شد. آیزاک به لینکلن شِر بازگشت تا مطالعات خود را در ملک اربابی ادامه دهد.

بازگشت به زادگاه

آیزاک در سال آخر اقامت در کالج ترینیتی، به شدت کار کرد.
اگرچه مطالعه ریاضیات بخش مهمی از کار او را تشکیل می داد، کم بودند ریاضیدانهایی که فنونی مانند فنون مورد نیاز او را ابداع کرده باشند. اما به هر حال چند تایی بودند و نیوتون تصمیم گرفت کتابهای آنها را در کتابخانه های بزرگ کمبریج
پیدا کند و بخواند.
آیزاک کتابهای رِنه دِکارت و هنری مور، فیلسوف انگلیسی، را به دست آورد. این مردان پیشروان«علم نوین» بودند؛ جنبشی جسورانه و تخیلی که از متفکران سراسر اروپا، کسانی که می کوشیدند سرحدات علوم و ریاضیات مدرن را گسترش دهند، تشکیل می شد.
در کمبریج، در اوایل سال 1665، آیزاک هر مطلبی از این متفکران بزرگ به دست آورد، خواند. وقتی دیگر نتوانست آنچه را برای پیشبُرد نظریه های خود نیاز دارد، پیدا کند خود به آفرینش ریاضیات مورد نیاز دست زد.
زمانی که طاعون چهره مرگبار خود را به مردم کمبریج نشان داد، نیوتون نخستین گامها را برای حل مسائل مربوط به نظریه های خود برمی داشت. آرامش و خلوت لینکلن شِر به ذهن خلاق او فرصت بالیدن داد.
در فصل تابستان، به موفقیت بزرگ دست یافت. وقتی سیب از شاخه فرو افتاد، نیوتون فرمول بندی نظریه گرانش را آغاز کرد.
توضیح عکس:
طاعون بزرگ سال 1665 یکی از بدترین بلایای طبیعی در تاریخ انگلستان بود. این بیماری هولناک بیش از یک میلیون نفر را به کام مرگبار خود کشاند.
توضیح عکس:
آتش سوزی بزرگ لندن در روز دوم سپتامبر سال 1666، درست پیش از فروکش کردن کامل طاعون، آغاز شد. این آتش سوزی از قلب لندن شروع شد و چهار روز تمام سرتاسر شهر را سوزاند.

گرانش

در کمبریج، آیزاک با این ایده کلنجار می رفت که بعضی از نیروهای طبیعت از فاصله دور اثر می کنند. در آن زمان این فکر که جسمی بتواند بر جسم دیگر تأثیر بگذارد، بی آنکه به وسیله سیم یا طناب به آن متصل شده باشد، فکری عجیب شمرده می شد؛ فکری که قبل از آن دانشمندان بسیار معدودی آن را به ذهن خود راه داده بودند. اما شواهد نشان می داد که چنین نیرویی واقعاً وجود دارد؛ نیرویی که، مثلاً، سیاره ها را در مدار خود نگه می داشت. یقیناً بین اجسام نیروی جاذبه ای وجود داشت که به چشم دیده نمی شد. نیوتون این پرسش را مطرح می کرد که از چه راه دیگری سیارها می توانند در مدار خود به دور خورشید باقی بمانند؟ و چگونه ماه می تواند در مدار خود به دور زمین بگردد؟ هیچ رشته ای ماه و زمین را به هم متصل نگه نمی داشت، پس چگونه همه این چیزها می توانست اتفاق بیفتد، بی آنکه نیرویی ناشناخته و نامرئی در کار باشد؟ وقتی که آن سیب معروف از درخت باغ لینکلن شِر افتاد، آیزاک می دانست که آن را همان نیروی نامرئی به سوی زمین کشانده است که سیاره ها و ماه را در مدار خود نگه می دارد- نیروی گرانش. زمین نیروی کششی بر سیب وارد می کرد و سبب می شد سیب فرو بیفتد. آیزاک چنین استدلال کرد که این نیرو همان نیرویی است که خورشید بر سیاره ها وارد می کند. اما اگر چنین استدلالی درست بود، چرا سیاره ها با خورشید برخورد نمی کردند؟
توضیح عکس:
رنه دِکارت شاید بزرگترین دانشمند و فیلسوف فرانسوی قرن هفدهم باشد. آثار دِکارت حاوی ایده های اساسی«علم نوین» است که شالوده کار به یاد ماندنی آیزاک نیوتون را فراهم کرد.

سطل آب

آیزاک روزهای متوالی با این پرسش دست و پنجه نرم می کرد. سپس، درست در آستانه بازگشت به دانشگاه، حقیقت به ذهنش رسید. به دلیلی نامعلوم، در آن لحظه خاص، به یاد بازی جالبی افتاد که بچه ها در مدرسه انجام می دادند. آنها به نوبت در وسط زمین بازی می ایستادند و طنابی را در دست می گرفتند که سر دیگر آن به دسته سطل آبی بسته شده بود. بازی این بود که با سرعت هر چه بیشتر سطل آب بسته شده به انتهای طناب را بچرخانند. بازیکن برای برنده شدن می بایست سطل آب را دور سرش می چرخاند، بی آنکه قطره ای آب از آن به بیرون بپاشد. همه در حیرت بودند که چگونه آب در سطل در حال چرخش باقی می ماند.
ناگهان معنای همه چیز روشن شد. سیاره ها به دلیل سرعت جانبی خود با خورشید برخورد نمی کنند؛ همان سرعتی که با آن در مدار خود به دور خورشید حرکت می کنند. در مورد سطل آب، کشش طناب به طرف داخل سبب می شد که سطل در مسیری دایره ای حرکت کند، اما آب از قاعده ای پیروی می کرد که بعدها آن را قانون اول حرکت نیوتون نامیدند.

قانون گرانش نیوتون
همه اجسام موجود در عالم یکدیگر را با نیرویی جذب می کنند که با حاصل ضرب جرمهای آنها تناسب مستقیم و با مجذور فاصله بین آنها تناسب معکوس دارد.

آب به طور طبیعی در خط مستقیم حرکت می کرد و بنابراین در داخل سطل باقی می ماند. به همین ترتیب، سیب مستقیماً از درخت به زمین می افتاد، زیرا سرعت جانبی نداشت

بازگشت به کمبریج

در سال 1667 طاعون فروکش کرد و کمبریج دوباره جایی امن شد. دانشگاه باز شد و در ماه مارس، آیزاک به اتاق خود در کالج ترینیتی بازگشت.
هنگامی که در اتاقش جا به جا شد، کار روی نظریه گرانش را که درست قبل از ترک لینکلن شِر به ذهنش رسیده بود، شروع کرد. او به شیوه همیشگی خود فرمولی ریاضی نوشت تا ببیند که آیا ایده اش عملی هست یا نه. پس از چند هفته تلاش بی وقفه، محاسبات خود را کامل کرد. او با مطالعه حاصل کار خود دریافت که به راستی فکرش درست بوده است. نیرویی نامرئی در کار بود که سیاره ها را در مسیرهای قابل پیش بینی آنها نگه می داشت.
نیوتون که از موفقیت خود قانع نشده بود می خواست اطلاعات بیشتری درباره گرانش کسب کند. او به این نتیجه رسید که با افزایش فاصله دو جسم از یکدیگر، این نیرو باید ضعیف تر شود. او می دانست که، مثلاً، بر سیاره ای که فاصله آن از خورشید از همه سیاره ها بیشتر است، باید نیرویی ضعیف تر وارد شود و بر سیاره های نزدیکتر نیروهای قویتر. اما شدت این نیرو چگونه تغییر می کرد؟
آیزاک با استفاده از ریاضیات پیشرفته ای که قبل از ترک کمبریج آن را ابداع کرده بود، فرمولی به دست آورد که چگونگی تغییر نیروی گرانش با تغییر فاصله را نشان می داد. بر اساس این فرمول، اگر فاصله سیاره ای تا خورشید دو برابر فاصله سیاره ای دیگر بود، نیروی گرانش وارد بر آن یک چهارم نیروی گرانش وارد بر سیاره نزدیکتر بود. اگر فاصله آن سه برابر می شد، نیروی گرانش به یک نهم کاهش می یافت.
آیزاک پس از انجام این محاسبات فوراً دریافت که حاصل این فرمول باید معنایی داشته باشد. اگر اعداد او درست بودند، نیروی گرانش از« قانون عکس مجذور» پیروی می کرد؛ به عبارت دیگر، هرگاه فاصله بین دو جسم دو برابر می شد، نیروی جاذبه بین آنها به یک چهارم مقدار قبلی کاهش می یافت. اگر این فاصله سه برابر می شد، نیروی جاذبه به یک نهم می رسید. اگر فاصله چهار برابر می شد، نیرو به یک شانزدهم مقدار اولیه می رسید.
توضیح عکس:
کاریکاتوری مربوط به قرن هجدهم که نظریه گرانش نیوتون را مسخره می کند.

دستیار آموزشی

کشف قوانین مختلف گرانش موفقیتی شگرف بود. قبل از نیوتون، بعضی از دانشمندان در مورد وجود این نوع نیروی نامرئی در طبیعت افکاری در سر داشتند، اما هیچ کس نتوانسته بود بفهمد که این نیرو چگونه عمل می کند یا با تغییر فاصله، شدت آن چه تغییراتی دارد. دمپی یر می نویسد: «نیوتون نخستین کسی بود که به وضوح دریافت توضیح هر نظریه، اگر ضروری یا اصلاً امکانپذیر باشد، در مراحل بعدی پدیدار می شود. او حقایق مسلم را کنار هم می گذاشت، نظریه ای را شکل می داد که با آن حقایق بخواند و بتوان آن را به زبان ریاضی بیان کرد، نتایج ریاضی و منطقی را از این نظریه استنتاج می کرد و دوباره، از طریق مشاهده و آزمایش، به مقایسه آنها با حقایق می پرداخت تا از تطابق کامل آنها مطمئن شود.»
کشفهای آیزاک در مورد گرانش و نور، همراه با ریاضیات جدید او، سبب شد که به زودی او را به رسمیت بشناسند و به مقام پرآوازه دستیار آموزشی در کالج ترینیتی انتخاب کنند.
همه این اتفاقات در فاصله شش ماه پس از بازگشت به دانشگاه کمبریج و در بیست و پنج سالگی نیوتون روی داد.
این پیشرفتی برق آسا بود که تا حدودی نیز به کمک استاد ریاضیات دانشگاه کمبریج، پروفسور آیزاک بارو، امکانپذیر شد که دوستی نیوتون با او مدام بیشتر می شد.
این دو آیزاک زوج غریبی را تشکیل می دادند. بارو آدمی سرزنده و خوش برخورد بود. نیوتون خجول و گوشه گیر بود. بارو پس از مشاهده کارهایی که نیوتون در سالهای طاعونی انجام داده بود، به استعداد او پی برد، اما پس از انتشار اثری جدید از ریاضیدانی دانمارکی به نام نیکولاس مرکاتور بود که نبوغ نیوتون نظر بقیه دانشمندان را جلب کرد.
در سال 1668 مرکاتور کتابی در زمینه ریاضیات، با عنوان فنون لگاریتم منتشر کرد. چند هفته پس از انتشار این کتاب، نسخه ای از آن به دست نیوتون رسید و خواندن آن را شروع کرد. بعد از دو ساعت مطالعه، نیوتون به شدت یکه خورد. مرکاتور دقیقاً همان ریاضیاتی را شرح داده بود که نیوتون سالها قبل از شیوع طاعون کشف کرده بود.
آیزاک یافته های خود را در جایی نوشته بود، اما آنها را منتشر نکرده بود. پروفسور بارو تنها کسی بود که می دانست نیوتون زودتر آنها را کشف کرده است.
اغلب دانشمندان معمولاً کشفیات خود را پس از سه سال منتشر می کردند، اما آیزاک نیوتون آدم عجیبی بود. او همیشه محتاط و حتی پنهان کار بود و به آسانی راضی نمی شد کارهایش را به دیگران نشان دهد؛ این اخلاق را تا دوران پیری داشت. اگر غرورش اجازه می داد ساکت می ماند، اما هرگز به سبب کشفیاتش افتخاری کسب نکرده بود.

نقشه نیوتون

نیوتون از پروفسور بارو درخواست کرد که دست نوشته اصلی او را به صورت بی نام انتشار دهد و بین همکاران قدرتمند خود در لندن و در کشورهای اروپا پخش کند. فقط هنگامی که این دست نوشته به عنوان نسخه اصیل شناخته می شد، بارو اجازه داشت که نام نویسنده آن را اعلام کند.
نیوتون دست نوشته اصلی را دو روزه آماده کرد. پروفسور بارو بر پخش آن بین دانشمندان نظارت کرد. آیزاک در این نخستین اثر انتشار یافته خود، اندیشه هایش را با تفصیلی بیشتر از آنچه مرکاتور در کتاب خود آورده بود، شرح می داد. پس از چند هفته جامعه علمی این اثر را به عنوان اثر اصیل شناخت. پس از این واقعه بود که نیوتون به سبب موفقیت خود در ریاضیات، بلند آوازه شد.
توضیح عکس:
این نمودار قانون گرانش نیوتون را نشان می دهد. نیروی جاذبه بین هر دو جسم به جرم آن دو جسم و فاصله بین آنها بستگی دارد. این قانون با معادله F= Gm1m2/d2 بیان می شود که در آن G نیروی گرانش،m1 وm2 جرم دو جسم و d فاصله بین آنهاست.

پروفسور ریاضیات

از انتشار نخستین اثر نیوتون چیزی نگذشته بود که دوست و پشتیبان بزرگ او، پروفسور بارو، تصمیم گرفت بازنشسته شود تا
بتواند به مطالعات شخصی خود بپردازد. او همکار مورد علاقه اش را نامزد جانشینی خود کرد. آیزاک نیوتون، در بیست و شش سالگی، جوانترین پروفسور ریاضیات بود که تا آن زمان به تدریس در دانشگاه کمبریج پرداخته بود.
رسیدن به درجه پروفسوری، به ویژه در این سن کم، پیروزی مهمی بود. آیزاک نیوتون هوشی بی نظیر داشت. اما نیوتون در هر چیزی نبوغ نداشت. شغل پروفسوری ایجاب می کرد که او هر سال چند بار سخنرانی کند که برایش دشوار بود، زیرا سخنران خوبی نبود. شنوندگانش به تدریج کاهش می یافتند و یک بار او در تالار خالی، برای دیوارها، سخنرانی کرد!
از همه جنبه های دیگر، این شغل کاملاً مناسب او بود. حقوق خوبی داشت، لازم نبود تدریس کند و فقط گاه ناچار بود در جلسات یا مراسمی شرکت کند. مهمتر از همه این بود که با داشتن این شغل می توانست آزادانه مطالعات شخصی خود را دنبال کند.
منبع: وایت، مایکل؛ (1389)، آیزاک نیوتون: کاشف قوانین حاکم بر عالم، محمد رضا افضلی، تهران، مؤسسه فرهنگی فاطمی، چاپ دوم، 1389.