یا ساعت خراب است، یا زمین!

 

کریستیان هویگنس

وقتی ساعت پاندولی را که کریستیان هویگنس اختراع کرده بود به گینه فرانسه بردند وقتی صحیح را نشان نداد؛ هنگامی که او اختلاف ساعت را محاسبه کرد پیش بینی نمود که زمین در استوا برآمدگی دارد.
این دانشمند مشهور، شاگرد عصر ساعت های پاندولی و فرضیه نور، در 14 آوریل 1629 در لاهه، پایتخت هلند، به دنیا آمد. پدر او، کنستانتین هویگنس، از اعیان شهر، سیاستمدار، شاعر و موسیقی دان برجسته بود. کریستیان در کودکی علاقه زیادی به ریاضی و علوم نشان داد. در شهرهای لیدن و بردا وارد دانشگاه شد و در دوازده سالگی چند رساله در ریاضیات و هیأت انتشار داد که نظر دانشمند و ریاضی دان مشهور رنه دکارت را جلب کرد.
دنیای علم آن روز سخت به مطالعه هیأت اشتغال داشت. هویگنس نیز همّ خود را در این رشته به کار برد. تلسکوپ، تازه مورد مصرف پیدا می کرد. هویگنس از ابزار موجود ناراضی بود. درست کردن عدسی های دوربین خود را به عهده گرفت. در این کار، باروخ اسپینوزا، فیلسوف هلندی یهودی الاصل، که زندگی خود را از راه تراش عدسی اداره می کرد، او را یاری نمود.
اصلاحاتی که او در تلسکوپ به عمل آورد او را به تشخیص هایی که گالیله در اطراف سیاره زحل مشاهده کرده بود قادر ساخت. هویگنس این هاله را حلقه بزرگ پهنی تعریف کرد. امروزه با تلسکوپ های بسیار مجهز پی برده اند که این حلقه اولاً یکی نیست، بلکه سه تاست، و در ثانی آن حلقه ها توده های ضخیمی از غبار هستند که با سرعت زیاد به دور زحل می گردند. آثار هویگنس در صنایع عدسی سازی هنوز هم باقی است و ما امروزه در بسیاری از میکروسکوپ های جدید عدسی های هویگنس را مشاهده می کنیم.
هویگنس در سی و چهار سالگی به عضویت انجمن سلطنتی لندن انتخاب شد و وقتی برای اخذ این عنوان به لندن آمد با آیزک نیوتن که شدیداً تحت تأثیر نبوغ هویگنس قرار گرفته بود ملاقات کرد. نیوتن سعی می کرد شغلی در انگلستان به هویگنس بدهند، اما موفق نشد. دانشمند هلندی جز در میان جمع اندکی از دانشمندان مشهور نبود. نیوتن نتوانست حامی ثروتمندی پیدا کند که مایل به تأمین مخارج این دانشمند بیگانه باشد.
چند سال بعد لویی چهاردهم تصمیم گرفت تفوق فرانسه را در علوم نیز ابراز نماید. بدین منظور هویگنس را در تحقیقات علمی، منصبی مناسب بخشید و وی از سال 1666 تا 1681 در این شغل باقی بود.
هنگام اقامت خود در فرانسه او کتاب مشهور خود رساله ای درباره نور را نوشت که انتشار آن در سال 1690 عملی شد و وی این تأخیر را از ناحیه خود و عدم توانایی اش دانست. او اصل کتاب را به زبان فرانسه نوشته بود ولی در نظر داشت آن را به لاتین ترجمه کند. از آن جایی که تازگی کار در نتیجه تأخیر زیاد از بین رفته او به طرح های دیگری علاقه مند شده بود بنابراین کار ترجمه هر روز به روز دیگر موکول می شد و سرانجام وی از ترس این که مبادا اصالت فکر او در سایه تأخیر زیاد از بین برود از ترجمه آن صرف نظر کرد و کتاب را به فرانسه منتشر گردانید.
هویگنس، در عصر خود، با اختراع ساعت پاندولی و تجزیه و تحلیل ماهرانه از طرز عمل آن شهرت کافی به دست آورده بود. حقیقت این که فکر به کار بردن پاندول برای تعیین وقت به وسیله گالیله ارائه شده بود و او پیشنهاد کرده بود که ساعتی بدان طریق ساخته شود لیکن در زمان وی موفقیت چندانی در استعمال پاندول به دست نیاورده بودند.
دانشمندان بسیاری در این مسئله زحمت کشیده بودند، اما موفق به کسب نتیجه موفقیت آمیز نشده بودند تا این که در سال 1657 این موفقیت نصیب هویگنس شد. او موفق به کشف قوانین حاکم بر پاندول های مرکب شده بود. او چرخ دنده ای درست کرده بود که می توانست عقربه های ساعت را، با هر تاب و بازتاب خود، مقدار معینی حرکت دهد. ساعت او دقیق بود. برای اولین بار یک وسیله مکانیکی، وقت صحیحی را مطابق گردش ستارگان و خورشید نشان می داد. ساعت پاندولی را برای استفاده در دریانوردی به کار بردند، ولی نتیجه خوبی نداد و مشکل جاذبه زمین وارد مسئله شده بود.
هر تاب و بازتاب پاندول در یک مدت معین انجام می گرفت، به شرطی که جاذبه زمین تغییر پیدا نمی کرد. علت این که پاندول وضع و حرکت خود را تغییر می داد از اثر جاذبه زمین بود. وقتی ساعتی را به قله کوه و دور از مرکز زمین ببرید سرعت جریان پاندول عوض می شود و تاب و بازتاب آن مدت بیشتری صرف می کند و ساعت وقت را به طور درست نشان نمی دهد. این موضوع کاملاً صحیح است و در قله کوه انتظار چنین تغییری می رفت.
وقتی ساعت پاندولی را به کاین در گینه فراسنه بردند اختلاف پیدا شد در حالی که کاین هم سطح دریا بود. پس علت این اختلاف چه بود؟
هویگنس موضوع را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد. او می دانست که هرگاه سنگی را به ریسمانی ببندند و آن را در حول خود بچرخانند، بر اثر کم شدن جاذبه، در کنار دایره حرکت خواهد کرد و هرگاه سرعت بیشتر شود نخ بریده خواهد شد. وی این نیرو را نیروی گریز از مرکز نامید. زمین می چرخد و حرکت آن بسیار سریع است. یعنی در هر بیست و چهار ساعت یک بار به دور محور خود می چرخد. در خط استوا سطح زمین با سرعت فوق العاده، متجاوز از 600 /1 کیلومتر در ساعت می گردد. شخصی که در خط استوا قرار گرفته مانند سنگی است که به ریسمان بسته شده و می چرخد و نیرویی او را می خواهد از زمین دور کند. وقتی از استوا به طرف شمال یا جنوب حرکت کنیم باز زمین در هر 24 ساعت یک بار می گردد، اما سرعت سطح آن کم است زیرا دایره حول کره زمین کوچک تر است. هرگاه شما چرخ دوچرخه را بچرخانید ملاحظه خواهید کرد که سیم های چرخ در لبه آن به هم قاطی دیده می شوند ولی هرچه به طرف مرکز چرخ نگاه کنید ملاحظه خواهید کرد که سیم ها واضح تر دیده می شوند، که حتی در وسط، حرکت محسوس نیست.
در هر نقطه زمین، کشش نیروی جاذبه باعث خواهد شد که اشیا به طرف مرکز زمین کشیده شوند. در قطب شمال تمام قوه جاذبه صرف خود می شود ولی در سایر نقاط، قوه جاذبه سعی می کند جلوی نیروی گریز از مرکز را بگیرد و اشیا و اشخاص را نگه دارد. در خط استوا نیروی گریز از مرکز زیاد است زیرا درآن جا زمین به سرعت می گردد.
بنابراین مقدار کشش جاذبه ای که در استوا باقی می ماند کمتر خواهد شد. از آن جایی که مقدار کشش جاذبه موجود در استوا کمتر است ساعت آونگ دار وقت صحیح را نشان نمی دهد یعنی آونگ با سرعت لازم نخواهد افتاد. هویگنس از مقایسه سرعت حرکت زمین در خط استوا و پاریس محاسبه ای نمود و میزان کندی حرکت ساعت را پیدا کرد ولی باز حرکت ساعت کندتر از محاسبه ای بود که او به عمل آورد. در این جا فقط یک توضیح به نظر می رسد و آن این است که هویگنس فرض کرده بود زمین در خط استوا برآمدگی دارد و بدان جهت او تقلیل جاذبه زمین را بیشتر حساب کرده بود. مجموع تأثیر نیروی گریز از مرکز و برآمدگی خط استوا روی هم باعث می شود ساعت دو دقیقه و نیم در روز عقب بماند.
وقتی هویگنس مشاهده کرد ساعت پاندولی نمی تواند در دریانوردی مورد استفاده قرار گیرد به فکر اختراع ساعتی با فنر مارپیچی افتاد و آن را درست کرد غافل از این که قبل از وی رابرت هوک در این زمینه نظریه ای اظهار داشته بود ولی نتوانسته بود آن را از فکر به عمل درآورد. کوشش هویگنس در اختراع ساعت در عصر خود از کارهای بسیار مهم به شمار می رفت و هنوز هم در ساخت ساعت های پاندولی از اساس ساعت های پاندولی هویگنس استفاده می کنند.
از طرف دیگر اهمیت هویگنس در ارائه نظریه روز است. در این زمینه او توضیحات لازم را در چگونگی طرز عمل اشعه نور بیان کرد. او طرز عمل نور را به طرز عمل صدا و آب تشبیه کرد و چنین بیان داشت: «تردیدی نیست که نور در حرکت خود متشکل از نوعی ماده است.» او پی برد که نور نیز مانند صدا دارای امواج است، اما برخلاف صدا، نور از خلأ عبور می کند.
او طرحی برای حرکت امواج ارائه نمود که: «وقتی ما تعدادی گوی به اندازه های مساوی داشته باشیم که از جسمی سخت ساخته شده باشند و آن ها را در یک خط مستقیم پهلوی هم قرار دهیم، هرگاه ما با یک گوی کوچک به اولین گوی دیگر ضربه ای وارد کنیم ملاحظه خواهیم کرد که در یک آن حرکت به آخرین گوی منتقل می شود، بدون این که اثر ضربه را در سایر گوی ها مشاهده کنیم.»
آزمایش مشابهی با استفاده از دو سری گوی، که به شکل راست گوشه چیده شده بود، به عمل آورد و مشاهده کرد که هر دو حرکت به طور هم زمان منتقل می شود و نتیجه گرفت که امواج نور بدین ترتیب از یکدیگر می گذرند، بدون این که قاطی شوند.
بدین ترتیب هویگنس نظریه نور را تنظیم کرد و با استفاده از آن به توضیح انکسار و انعکاس نور پرداخت. ولی نیوتن نظریه ذرات نور را پیش کشیده بود و در آن زمان شخصیت نیوتن باعث پیشرفت نظریه اش بود. تئوری ذرات بر این اساس قرار دارد که ذرات کوچک از منبع نور ساطع می شوند. تئوری ذرات متجاوز از دویست سال پیش مورد قبول بود تا این که مکسول نشان داد تئوری امواج از آن معتبرتر و ساده تر است. اینشتین و پلانک، در مطالعه فتوالکتریسته نظریه ذرات را احیا کردند. نظریه علمای جدید درباره نور، تلفیقی از نظریه امواج هویگنس و نظریه ذرات نیوتن است.
منبع: کان، فیلیپ؛ (1389) دانشمندان بزرگ، ترجمه سید مهدی امین و عباسعلی رضایی، تهران: شرکت انتشارات علمی و فرهنگی