شالوده نظری یکنواخت نیوتون

بخش بزرگ تر پژوهش فیزیکی، به گسترش شاخه های گوناگون فیزیک اختصاص دارد، که موضوع هریک فهم نظری حوزه های کمابیش تجربی است و در هر یک از آن ها قانون ها و مفهوم ها تا حد امکان به تجربه نزدیک است. این رشته، بخشی از علم است که تخصص در آن پیوسته رو به افزایش دارد و در سده های اخیر در زندگی عملی انقلابی پدید آورده و امکان رهایی فرجامین بشر را از بار رنج جسمانی، فراهم ساخته است.
از سوی دیگر هم، از آغاز همواره تلاش بر این بوده است که برای همة این تک دانش ها، شالودة نظری وحدت بخشی یافت شود، که از کم ترین تعداد مفهوم ها و روابط بنیادی تشکیل شده باشد و همة مفهوم ها و رابطه های رشته های منفرد را بتوان از آن استنتاج کرد. منظور من از جست وجو برای یافتن شالوده ای برای کل فیزیک همین است. اعتقاد همراه با اعتماد به این که سرانجام به این هدف می توان دست یافت، سرچشمة اصلی عشق و شوری است که همواره پژوهنده را به ارائة کوشش برمی انگیزد. با توجه به این معناست که نکات و ملاحظاتی که در سطور آینده می آید، به بنیادهای فیزیک اختصاص داده شده است.
از آن چه گفته شد، به روشنی برمی آید که کلمة بنیاد در زمینة مورد بحث، به معنی چیزی نیست که در هر جهت همانند بنیادها وشالوده-های ساختمان باشد، البته از لحاظ منطقی قوانین منفرد گوناگون فیزیک بر روی این بنیاد ساخته شده اند اما در حالی که اگر ساختمانی بر اثر طوفان یا سیلاب بهاری سخت آسیب ببیند، بر شالودة آن خللی وارد نمی آید، در علم همیشه بنیاد منطقی، بیش تر از شاخه های منشعب در آن که تماس بیشتری با آزمایش دارند، در معرض خطر آزمایش های نو یا شناخت تازه قرار دارد. بنیاد، از حیث ارتباطی که با هر یک از اجزاء منفرد دارد، واجد اهمیتی عظیم است، اما به حکم همین ارتباط در مقابل هر عامل تازه با بزرگ ترین خطر روبه رو است. وقتی که به این نکته پی می بریم، حیرت می کنیم که چرا این دوره های به اصطلاح انقلابی دانش فیزیک، بیش تر و به نحوی کامل تر از آنچه واقعا روی داده، بنیاد آن را دگرگون نساخته اند.
اولین تلاش را برای ریختن یک شالودة نظری یک نواخت نیوتن انجام داد. در دستگاه نیوتنی هرچیزی به سه مفهوم پیشِ رو تحویل شده است: (1) نقطه های جرم دار با جرم تغییر ناپذیر؛ (2) کنش از دوربین هر جفت نقطة جرم دار؛ (3) قانون حرکت برای نقطة جرم دار. هیچ شالودة جامعی به معنای دقیق کلمه وجود نداشت، زیرا فقط برای کنش های از دور نیروی گرانش قانون صریحی بیان شده بود؛ در حالی که برای سایر کنش های از دور، جز قانون برابری کنش و واکنش، هیچ چیز لمّی یا مقدم بر تجربه ای ، مقرر نشده بود. وانگهی، خود نیوتن هرچند به طور ضمنی ولی کاملا دریافته بود که گاه و جای یا زمان و فضا به عنوان عامل های موثر فیزیکی، عناصر بایستة دستگاه او هستند.
ثابت شد که این شالودة نیوتنی بسیار پربار است و تا پایان سدة نوزدهم در آن به چشم شالودة نهایی نگریسته می شد. نه تنها در مورد حرکت جرم های آسمانی، تا حد کوچک ترین جزئیات نتایجی درست بخشید، بلکه نظریه ای برای مکانیک جرم های گسسته و پیوسته و نیز توضیحی ساده از اصل بقاء کارمایه نظریة درخشان و کاملی برای گرما فراهم آورد. تبیین واقعیات برق پویایی (الکترودینامیک) در دستگاه نیوتنی تحکمی تر بود. آن چه از آغاز کمتر از همه مجاب کننده بود، نظریة نور بود.
جای تعجب نیست که نیوتن برای شنیدن نظریة موجی نور، گوش شنوایی نداشت، چون چنین نظریه ای با شالودة نظریة وی جور در نمی-آید. فرض فضایی پر از ملأی متشکل از نقطه های مادی که امواج نور را منتشر می کردند اما هیچ خصیصة مکانیکی دیگری متجلی نمی-ساختند، می بایست در نظر او کاملا تصنعی جلوه کند. قوی ترین دلایل تجربی بر ماهیت موجی نور، مانند سرعت های انتشار، تداخل، تفرق یا پراش، قطبش، یا هنوز ناشناخته بودند، یا شناختشان نظم خوبی نداشت، نیوتن حق داشت به نظریة ذره ای نور دودستی بچسبد.
در سدة نوزدهم، دعوا به نفع نظریة موجی فیصله یافت. با این حال، هیچ تردیدی جدی نسبت به بنیاد مکانیکی فیزیک پیش نیامده زیرا در درجة اول هیچ کس نمی دانست چه نوع نظریة دیگری را جانشین آن سازد، فقط زیر فشار مقاومت ناپذیر واقعیات بود که به تدریج، بنیاد تازة دیگری برای فیزیک، یعنی فیزیک میدان به وجود آمد.