علم دینامیک گالیله و درون‌مایه‌ی تجربی آن -1

برنارد کوهن
آیا گالیله قوانین حرکت را صرفاً از راه تفکر نظری و تحت تأثیر مطالعات فیلسوفان اواخر قرون وسطی به‌دست آورده و آزمایش در کار او نقش مهمی نداشته است؟ نحوه‌ی بیان گالیله در آثار چاپ شده‌اش تا حدودی مؤید همین نظر است و بسیاری از مورخان بزرگ علم نیز بر این عقیده بوده‌اند. اما با تحقیقاتی که اخیراً استیلمن دریک و گروهی دیگر از مورخان علم کرده‌اند، معلوم شده است که گالیله از اوایل کار علمی‌اش به آزمایش پرداخته است. تحقیقات دریک و بحث‌هایی که در موافقت و مخالفت با نتیجه‌گیری‌های او در گرفته است نکات مهمی را در تاریخ علم روشن می‌کند. در این مقاله برنارد کوهن، مورخ معروف علم کار دریک را بررسی می‌کند. در شماره‌ی آینده ترجمه‌ی یکی از مقالات در یک را هم چاپ خواهیم کرد.
تا این اواخر شناخت ما از مطالعات گالیله درباره‌ی حرکت مبتنی بود بر مقالات، کتاب‌ها، یادداشت‌های خطی، و مکاتبات او. این نوشته‌ها در سال‌های 1890-1909 در یک مجموعه‌ی بزرگ 20 جلدی به سرویراستاری آنتونیو فاوارو به چاپ رسید. این مجموعه سیر تحولات فکری گالیله را، از زمانی که به شیوه‌ی متفکران قرون وسطی به فیزیک جنبش مایه می‌اندیشید تا زمانی که قوانین سقوط آزاد را کشف کرد و اصول تجزیه و ترکیب سرعت‌های برداری را با چیره دستی برای تحلیل مسیر پرتابه‌ها به کاربرد، نشان می‌دهد.
در سال‌های پس از جنگ جهانی دوم، بسیاری از محققان به این نتیجه رسیدند که در جریان کشف و تدوین قوانین حرکت، نقش آزمایش واقعی بسیار کم بوده است. به نظر آن‌ها گالیله یک متفکر و تحلیلگر بود، نه کسی که مسائل را مستقیماٌ به محک آزمایش می‌گذارد. حتی تردید می‌رفت که گالیله اصولاٌ آزمایش سطح شیبدار را که در دو علم جدید به عنوان تأییدی بر نتایج تحلیل ریاضی بیان شده است انجام داده باشد. اکثر محققان بر این باورند که دقتی که گالیله برای مشاهدات خود ذکر می‌کند در حدود یک دهم زمان یک ضربان نبض خیلی بیشتر از آن است که دستگاه او توانسته باشد اندازه بگیرد و همین شاید گواه روشنی باشد بر اینکه گالیله هرگز چنین آزمایشی انجام نداده است. بهترین چیزی که در این باره می‌شود گفت این است که گالیله گزافه‌گویی کرده و در مورد نتایج آزمایش اغراق کرده است. این استدلال، به خصوص به این دلیل موجه می‌نماید که گالیله هیچ اطلاعات عدویی ارائه نکرده است. شک و تردید در مورد آزمایش سطح شیبدار منحصر به قرن بیستم نیست. در زمان خود گالیله نیز پدر مارن مرسن چنین نوشته است: من تردید دارم که گالیله با سطح شیبدار آزمایشی انجام داده باشد، زیرا هرگز از چنین آزمایش‌هایی سخن به میان نمی‌آورد، و نسبت‌هایی هم که به دست می‌دهد غالباٌ با شواهد تجربی سازگار نیستند.
امروزه نظر ما در این باره به کلی تغییر کرده است. در سال 1961 توماس سه تل آزمایشی طرح کرد و انجام داد که تقریباٌ عین آزمایشی بود که گالیله در دو علم جدید توصیف کرده است. سه تل در گزارش خود به نام آزمایشی در تاریخ علم نشان داد که دقت نتیجه این آزمایش، همان‌طور که گالیله گفته بود، در حدود یک دهم زمان یک ضربان نبض است. دیگران نیز نتایج آزمایش سه‌تل را تأیید کردند. سپس آزمایشگر دیگری به نام جیمزمک لک‌لان پدیده‌ای را که گالیله توصیف کرده است تکرار کرد. این آزمایش موضوع تمسخر خاص دیگران بود و دلیل محکمی شمرده می‌شد براینکه آزمایش‌های گالیله صرفاٌ آزمایش‌های ذهنی‌اند و بنابراین نمی‌توانند نتایجی را که گالیله بیان کرده است به دست بدهند. اما مک‌لک‌لان دریافت که این آزمایش، که در نظر اول باور کردنی نیست، دقیقاٌ با توصیف گالیله سازگار است. با قبول این نکته که گالیله در واقع آزمایش انجام داده است، مجدداٌ این تمایل قوت گرفته است که مراحلی را که گالیله برای کشف قوانین حرکت طی کرده است دقیقاٌ مشخص کنند. آیا این مراحل، آن‌طور که از آثار منتشر شده‌ی گالیله استنباط می‌شود، عمدتاٌ در سایه‌ی تحلیل‌های ذهنی طی شده‌اند؟ یا اینکه نظریات گالیله در جریان انجام دادن آزمایش شکل گرفته است؟ در اوایل دهه‌ی 1970 استیلمن دریک از نو دست نوشته‌های گالیله را بررسی کرد. دریک متوجه شد که فاوارو بعضی از صفحات را هنگام چاپ آثار گالیله حذف کرده است زیرا این صفحات فقط حاوی محاسبه‌ و نمودارند، بی آنکه قضایا یا توضیحاتی با آن‌ها همراه باشد. دریک تحلیل این داده‌ها و نمودارها را با این جمله به پایان می‌برد: این نمودارها و داده‌ها شامل حداقل یک دسته یادداشت‌اند که جز اینکه آن‌ها را معرف یک رشته آزمایش بدانیم، از هیچ لحاظ دیگری قابل توجه نیستند؛ این آزمایش‌ها برای آزمودن یک فرض بنیادی که به کشف جدید و مهمی منجر شده است طرح شده‌اند. به گفته‌ی دریک آن فرض بنیادی عبارت بود از لختی خطی، و آن کشف مهم این بود که هر پرتابه‌ای که آهسته حرکت کند مسیری منحنی دارد که شبیه به سهمی است. دریک این حدس فاوارو را تأیید می‌کند که گالیله در سال 1609 مسیر سهمی پرتابه‌ها را کشف کرده بود و در همین زمان براهین قضایای مربوط به حرکات سهمی شکل را، اساساٌ آن‌طور که در گفتگوی مربوط به روز چهارم، دو علم جدید دیده می‌شود، تدوین کرده بود. دریک همچنین دست نوشته‌های دیگری را تحلیل کرده است که یکی از راه‌های کشف قانون سقوط آزاد را در جریان آزمایش نشان می‌دهد. تصویر جدیدی که دریک از گالیله ترسیم می‌کند تصویر یک دانشمند امروزی است که قانون حرکت را از طریق آزمایش کشف می‌کند و به فلسفه‌ی علمی اعتقاد دارد که شبیه به فلسفه‌ی علم بیشتر فیزیک‌دانان قرن بیستم است. دریک با اشاره به این نکته که مفهوم سرعت میانگین در نوشته‌های اولیه‌ی گالیله دیده نمی‌شود و اینکه گالیله رهیافت ائودوکسی جدیدی را برای نظریه‌ی نسبت‌ها به کاربرده است، برخلاف دیگران، وابستگی گالیله را به اسلاف قرون وسطاییش به حداقل می‌رساند.