نویسنده: جان گریبین
مترجم: رضا خزانه
مترجم: رضا خزانه
سه دانشمندی که در قرن هفدهم هم روش علمی را پایه گذاری کردند و هم برتری علم انگلستان را در اواخر همین قرن نشان دادند رابرت هوک، ادموند هالی و ایزاک نیوتون بودند. به علت دستاوردهای برجسته هوک و نیوتون، ادموند هالی از نظر سهمی که در توسعه علم داشته است در مرتبه سوم قرار می گیرد. اما از نظر مورخان بی طرف، به رغم هواداران پر جنب وجوش نیوتون در 300 سال اخیر (که خود نیوتون پس از مرگ هوک اولین مشوق آنها بود) تشخیص اینکه از میان نیوتون و هوک سهم کدام یک بیشتر بوده است غیرممکن است. نیوتون فردی تک رو بود و در انزوا کار می کرد و به این حقیقت منحصر به فرد و عمیق از جهان دست یافت که جهان بر مبنای اصول ریاضی کار می کند. هوک بر عکس شخصیتی اجتماعی و دانشمندی با علایق بسیار گسترده بود که ایده های نوین و درخشانی را توسعه داد. او در ضمن بیش از هر کس دیگری در تبدیل انجمن سلطنتی از محفل شایعه پراکنی به یک انجمن علمی نمونه نقش داشت. بدشانسی او این بود که متحمل دشمنی نیوتون شد و پیش از او درگذشت. این وضعیت به نیوتون فرصت داد تا تاریخ را از نو بنویسد و در این کار به قدری مؤثر عمل کرد که تنها در چند دهه اخیر است که جایگاه واقعی هوک در تاریخ علم به درستی شناخته شده است. تا اندازه ای برای اینکه جایگاه واقعی نیوتون مشخص شود و با در نظر گرفتن اینکه هوک از دو دانشمند دیگر بزرگ تر بود، ابتدا به شرح زندگی و کار هوک می پردازیم و سپس درباره دو نفر دیگر در چارچوب رابطه ای که با هوک داشتند سخن خواهیم گفت.
رابرت هوک: پژوهش درباره استفاده از میکروسکوپ و انتشار کتاب میکروگرافیا
رابرت هوک در ظهر روز 18 ژوئیه سال 1635، هفت سال پیش از مرگ گالیله، به دنیا آمد. پدر او، جان هوک، معاون کشیش کلیسای مقدسین شهر فرشواتر (Freshwater) در جزیره وایت بود. منابع درآمد کلیسا از این جزیره زیاد بود ولی آنکه بیشتر منفعت می برد، مدیرکلیسا، جرج واربرتون بود. جان هوک، معاون او، به هیچ وجه ثروتمند نبود و علاوه بر رابرت، دو فرزند دیگر هم داشت: کاترین که در سال 1628 به دنیا آمد و جان که در سال 1630 متولد شد. جان، برادر بزرگ رابرت هوک، در شهر نیوپورت خواربار فروش بود و مدتی نیز شهردار شد. اما او خود را در سن 46 سالگی به دار آویخت و علت آن به طور دقیق مشخص نشد. دختر وی، گریس، برادر زاده رابرت، در مراحل بعدی زندگی رابرت نقش مهمی ایفا کرد.رابرت هوک از کودکی بیمار بود و امیدی به زنده ماندن او نمی رفت. گفته شده است که او در هفت سال اول زندگی تقریباً تنها از شیر و فرآورده های لبنی و میوه تغذیه می کرد. «گوشت با ساختار ضعیف جسمی او سازگاری نداشت.»(1) اما با این وجود که کوتاه قد، لاغر و از نظر فیزیکی ضعیف بود، پسر فعالی بود و از دویدن و پریدن لذت می برد. تنها بعدها، در حدود 16 سالگی، نقص عضو بدنی پیشرفته ای به صورت نوعی پیچش در او ایجاد شد. او بعداً این نقص را نتیجه ساعت های زیاد قوز کردن در کنار ماشین تراش و ابزارهای مربوط می دانست. رابرت در ساخت مدل، مهارت زیادی پیدا کرد و یک کشتی به طول یک متر با بادبان و سازو برگ کاملاً قابل استفاده ساخت. او پس از آنکه ساعتی قدیمی از مس را که باز شده و به صورت قطعاتی در آمده بود مشاهده کرد، ساعتی از چوب ساخت که کار می کرد.
آموزش رابرت در کودکی، به خاطر وضع بیمارگونه اش به تعویق افتاد. زمانی که سرانجام به نظر رسید که شانس زندگی دارد، پدرش با این هدف که در کلیسا خدمت کند، مبانی لازم را به او آموزش داد. اما ادامه بیماری رابرت و رنجوری فزاینده پدرش موجب شد که در آموزش پیشرفت اندکی داشته باشد و پیشرفت او بیشتر به عهده خودش قرار گرفت. زمانی که هنرمندی حرفه ای برای اجرای کاری هنری وارد فرشواتر شد، هوک با کنجکاوی مشاهده کرد که او چگونه اسباب کار خود را آماده می کند و تصمیم گرفت که او هم همین کار را انجام دهد. در ابتدا چند تابلو نقاشی کرد و سپس شروع به کپی برداری تابلوهای دیگران کرد و به قدری در این کار مهارت یافت که همه فکر می کردند که او هنرمندی حرفه ای خواهد شد. جان هوک، پدر رابرت، پس از کسالتی طولانی در سال 1648 درگذشت و رابرت در آن هنگام 13 سال داشت. او را با مبلغ 100 پوند ارثیه به لندن فرستادند تا تحت نظر هنرمندی به نام سر پیتر للی (Sir Peter Lely) آموزش ببیند. رابرت فکر کرد که استفاده از این پول برای کارآموزی مقرون به صرفه نخواهد بود، زیرا او می تواند خودش نقاشی را فرا گیرد. به علاوه بوی رنگ ها باعث سردرد شدید وی می شد. او به جای هنرمند شدن، این پول را صرف آموزش در مدرسه وست مینستر کرد. او در این مدرسه، به موازات تحصیلات دانشگاهی، نواختن ارگ را نیز فرا گرفت.
هوک هنوز برای درگیری در جنگ داخلی بسیار جوان بود اما نتایج این جنگ در زندگی او تأثیر گذاشت. او در سال 1653 به عنوان آواز خوان در گروه کُر کالج کلیسای مسیح در آکسفورد مشغول به کار شد. اما چون اعضای مجلس در امر مذهب سخت گیر بودند و آواز و کر را در کلیسا زائد می دانستند، درآمد او به عنوان کارآموز به حداقل رسید. یکی از هم عصران او در آکسفورد، مردی به نام کریستوفر رن (Christopher Wren)، سه سال از او بزرگ تر بود و او هم در مدرسه وست مینستر تحصیل کرده بود. هوک مانند بسیاری از دانشجویان نیازمند آن زمان، کسری در آمد خود را با کار به عنوان خدمتکار نزد یکی از دانشجویان مرفه تأمین می کرد. در آن زمان اولیور کرامول بسیاری از دانشجویان کالج گرشام را به آکسفورد نقل مکان داد تا جایگزین دانشجویان آکسفوردی شوند که در جنگ طرفدار سلطنت بودند. مهارت هوک در ساخت دستگاه ها و ادوات، برای کمک به کار این گروه از دانشمندان بسیار با ارزش بود. او به زودی دستیار درجه یک (با پرداخت حقوق) و دوست رابرت بویل برای تمام عمر شد. هوک در موفقیت پمپ هوای بویل و آزمایش هایی که با آن انجام داد سهم عمده ای داشت. او همچنین از نزدیک در انجام آزمایش های شیمی بویل در آکسفورد شرکت کرد. اما هوک در فعالیت های اخترشناسی ست وارد (Seth Ward) که در آن زمان استاد کرسی ساویلین اخترشناسی بود نیز همکاری کرد (ست وارد در میان کارهای دیگر انجام رصد با تلسکوپ را بهبود بخشید). هوک در اواسط دهه 1650 راه هایی برای بهبود دقت ساعت ها برای زمان سنجی اخترشناسی ابداع کرد.
هوک در جریان انجام این کار ایده نوع جدیدی از ساعت جیبی را توسعه داد که با فنر تنظیم می شد. این ایده می توانست پیشگام کرونومتر با دقت کافی و قابل اعتماد برای تعیین طول جغرافیایی در دریا باشد. هوک ادعا کرد که پیش بینی های لازم را برای دستیابی به این هدف انجام داده است. اما مذاکرات برای ثبت دستگاه (بدون فاش کردن جزئیات آن) به نتیجه نرسید زیرا هوک با گنجاندن تبصره ای در ثبت این اختراع مخالفت کرد که به موجب آن افراد دیگر می توانستند در صورت بهبود بخشیدن به طرح او از منافع مالی آن استفاده کنند. او هرگز در زمان حیات خود راز ایده اش را فاش نکرد. اما ساعت جیبی او، با این وجود که در دریانوردی قابل استفاده نبود، پیشرفت بزرگی نسبت به طرح های موجود محسوب می شد و تنها همین کشف جایگاه هوک را در کتاب های تاریخ تضمین کرد (هوک یکی از این ساعت ها را به چارلز دوم هدیه داد که با استقبال وی روبه رو شد).
هنگامی که انجمن سلطنتی در اوایل دهه 1660 در لندن تأسیس شد، به چند کارمند برای امور جاری، منشی برای کارهای اداری و سرپرستی آزمایش ها و امور عملی نیاز داشت. بنا به توصیه رابرت بویل، هنری اولدنبورگ که در آلمان به دنیا آمده بود، پست اول و رابرت هوک، پست دوم را به دست آورند. اولدنبورگ از برمن می آمد، در سال 1617 در آنجا متولد شده بود و در سال های 1653 و 1654 نماینده این شهر در لندن شد. او در لندن با بویل ملاقات کرد و مدتی معلم یکی از برادرزاده های بویل به نام لرد دنگاروان (Lord Dungarvan) بود. علاقه وی به علم او را درسال 1656 به عنوان مربی به آکسفورد کشاند و یکی از اعضای مؤثر گروهی شد که اعضای انجمن سلطنتی از میان آنها انتخاب می شدند. او به چند زبان اروپایی صحبت می کرد و به عنوان نوعی مرکز اطلاعات علمی نقش ایفا می کرد و از طریق نامه با دانشمندان سراسر اروپا در ارتباط بود. او با بویل روابط خوبی داشت، مسئول انتشار کتاب های وی شد و کتاب های بویل را ترجمه می کرد. اما بدبختانه از هوک خوشش نمی آمد. اولدنبورگ در سال 1677 درگذشت.
هوک در سال 1662 آکسفورد را برای تصدی پست تازه خود در انجمن سلطنتی ترک کرد. به خاطر اشتغال به عنوان دستیار بویل و دیگران، هرگز تحصیلات خود را تا گرفتن مدرک تکمیل نکرد. با این وجود در سال 1663 مدرک فوق لیسانس به او اعطا و عضو انجمن سلطنتی شد. دو سال بعد مقام او به عنوان سرپرست آزمایش ها از حالت کارمندی که انجمن استخدام کرده است به وضع عضو انجمن و عضو هیئت مدیره آن تغییر کرد. این مورد، شاخص مهمی بود که حاکی از شناسایی او به عنوان یک همکار هم تراز با اعضای دیگر بود. اما این مقام جدید (همان طور که خواهیم دید) بار عظیمی از وظائف بر دوش او می گذاشت. افتخارات، بسیار خوب بود، ولی درآمد نیز برای هوک که وضع مالی نابسامانی داشت به همان اندازه مهم بود. متأسفانه انجمن سلطنتی در اوایل تأسیس خود سازمان نیافته و از نظر مالی دچار کمبود بود. هوک مدتی از نظر مالی روی سخاوت رابرت بویل جهت تأمین حداقل معاش خود تکیه کرد. او در ماه مه سال 1664نامزد پستی به عنوان استاد هندسه در کالج گرشام شد. اما انتصابش به علت رأی مخالف شهردار رد شد. پس از کشمکش های بسیار معلوم شد که شهردار حق رأی نداشته است. هوک در سال 1665 این پست را به دست آورد و تا پایان عمر در اختیار داشت. او از ابتدای سال در این پست مشغول به کار شد و در همین زمان بزرگترین اثر خود، میکروگرافیا را منتشر کرد. نکته غیر عادی در آن زمان این بود که کتاب به زبان انگلیسی به شیوه ای روان و خواندنی نوشته شده بود و در نتیجه در دسترس سطح وسیعی از خوانندگان بود. اما طرز ارائه کار او در این کتاب آن قدر ساده به نظر می آمد که شاید بعضی از اشخاص در ارزیابی مهارت علمی او دچار انحراف شده باشند.
همان طور که از عنوان کتاب بر می آید، میکروگرافیا عمدتاً در مورد کار با میکروسکوپ بود (اولین کار بزرگ با میکروسکوپ توسط دانشمندی تراز اول). اغراق نخواهد بود اگر بگوییم که این کتاب برای بازکردن چشم مردم به دنیای خُرد، همان قدر مهم بود که کتاب پیام آور ستارگان اثر گالیله در آشنا کردن مردم با ماهیت جهان بزرگ. جفری کینز در این باره می نویسد که این کتاب «در ردیف مهم ترین آثاری است که تاکنون در تاریخ علم منتشر شده است». ساموئل پپیس نوشته است که چگونه او تا ساعت 2 بعد از نیمه شب به خواندن این کتاب که «پرابتکارترین کتابی است که در تمام مدت عمر خوانده ام»(2) مشغول بود.
هوک اولین کسی نبود که با میکروسکوپ کار کرد. پس از گالیله که در دهه 1660 در این زمینه پیشگام بود، چند نفر دیگر کار او را دنبال کردند. همان طور که دیدیم مالپیگی با این دستگاه جدید کشف های زیادی کرد که یکی از مهم ترین آنها مربوط به گردش خون بود. اما مالپیگی مشاهدات خود را کم و بیش تکه تکه و پس از آنکه هر بخش آماده می شد به جامعه علمی گزارش می کرد. این امر در مورد یکی از معاصران هوک به نام آنتونی وان لی ونهوک (1723-1632) نیز تا اندازه ای صادق است. او پارچه فروشی هلندی بود که آموزش دانشگاهی رسمی نداشت ولی با میکروسکوپ های دست سازش اکتشافات شگفت آوری کرد (انجمن سلطنتی گزارش اغلب این اکتشافات را منتشر کرد). این دستگاه ها از عدسی های محدب بسیار کوچک تشکیل شده بود (بعضی به اندازه انتهای سوزن ته گرد) که روی نوارهای فلزی نصب و نزدیک چشم نگه داشته می شد. توان بزرگ نمایی این عدسی ها شگفت آور بود و در بعضی موارد به 200 تا 300 برابر می رسید. مهم ترین کشف وان لی ونهوک، موجودات بسیار ریز متحرک در قطرات آب بود (او آنها را به عنوان اشکالی از زندگی تشخیص داد) از جمله این موجودات ذره بینی گونه هایی هستند که امروزه تک یاخته، چرخداران و باکتری نامیده می شوند. او همچنین سلول های اسپرم را کشف کرد (او آنها را جانوران ذره بینی نامید) که اولین اشاره به چگونگی انعقاد نطفه اولیه انسان بود. او به طور مستقل برخی از آزمایش های مالپیگی را درباره سلول های قرمز خون و مویرگ ها تکرار کرد (مالپیگی از این کار بی خبر بود). این ها مطالعات مهمی بود و داستان اغراق آمیز نقش وان لی ونهوک به عنوان آماتوری اصیل در خارج از شاهراه علم، آوازه و شهرت او را در روایات مردم پسند علم قرن هفدهم تضمین کرد. (برخی از آنها حتی امتیاز اختراع میکروسکوپ را به او نسبت می دهند) اما او یک استثنا بود که از فنون و ابزار نامتداولی استفاده می کرد. در همین حال هوک شاهراهی را نشان داد که کار با میکروسکوپ در آن مسیر توسعه یافت و به دنبال اختراع خود او در زمینه بهبود میکروسکوپ های ترکیبی با استفاده از دو یا سه عدسی برای بزرگ کردن اجسام مورد مطالعه صورت گرفت. او اکتشافات خود را در یک جلد کتاب آسان فهم جمع آوری کرد که در آن تصویرهای بسیار زیبا و با دقت علمی حاصل مشاهدات خود او با میکروسکوپ دیده می شود (بسیاری از این تصویرها را دوست او کریستوفر رن تهیه کرده بود). کتاب میکروگرافیا نقطه عطفی را نشان می داد که در آن کار با میکروسکوپ به عنوان رشته ای علمی به مرحله بلوغ رسیده بود.
مشهورترین اکتشافات میکروسکوپی که هوک در شاهکارش گزارش کرد، مشاهده ساختار «سلولی» ورقه های نازکی از چوب پنبه در زیر میکروسکوپ بود. هر چند منافذی که او مشاهده کرد، سلول به معنای امروزی در علم زیست شناسی نبود، اما او این نام را بر آنها نهاد. سلول در قرن نوزدهم شناسایی شد و زیست شناسان این نام را از هوک اقتباس کردند. او ساختار پرها، طبیعت بال پروانه و چشم مرکب مگس را مشاهده کرد. او در بخشی از کتاب، با دوراندیشی، فسیل ها را به عنوان بقایای موجودات و گیاهانی شناسایی کرد که زمانی زنده بوده اند. در آن زمان باور رایجی وجود داشت که این سنگ ها که شبیه موجودات زنده اند چیزی نیستند جز سنگ که با گذر از فرایندی اسرارآمیز، پیدایش زندگی را تقلید می کنند. اما هوک این ایده را که فسیل ها «سنگ هایی اند که به طور خارق العاده ای توسط خاصیت پلاستیکی نهان در داخل خود زمین تشکیل شده اند» به شدت رد کرد. او به شیوه باورپذیری استدلال کرد (با اشاره به موجوداتی به نام آمونیت) که آنها «صدف های برخی از نرم تنان صدف دار هستند که به علت طغیان، طوفان، زلزله یا رویدادهای دیگر در آن محل ها افتاده اند و روی آنها را گل و لای، خاک رس، آب سنگ ساز یا مواد دیگر پوشانده است و به مرور زمان به هم چسبیده، پایدار و سخت شده اند.» هوک در سخنرانی های خود در کالج گرشام که پس از مرگش منتشر شد، به طور مشخص این ایده را پذیرفت که رویدادهای مزبور مستلزم آن است که تغییرات اساسی در سطح زمین به وجود آمده باشد. اودر سخنرانی هایش گفت: «بخش هایی که دریا بوده اند، اکنون زمین هستند و کوه ها به دشت ها، دشت ها به کوه ها و به همین ترتیب تبدیل شده اند.»
مطالعات هوک درباره نظریه موجی نور
هر کدام از این نوآوری ها کافی بود تا هوک را مشهور و خوانندگانی مانند پپیس را مسرور سازد. اما در کتاب میکروگرافیا، مطالبی بیش از کار با میکروسکوپ مطرح شده بود. هوک ماهیت طرح های رنگارنگی را که لایه های نازک مواد تشکیل می دهند (مانند رنگ های پر حشرات یا رنگین کمانی که با ریختن نفت یا روغن روی آب دیده می شود) مطالعه کرد و نظر داد که این پدیده به علت نوعی تداخل بین نور بازتابیده از دو طرف این لایه تشکیل می شود. یکی از پدیده هایی که هوک به این روش بررسی کرد، حلقه های رنگی نور بود که دو تکه شیشه که با یکدیگر زاویه کوچکی تشکیل می دهند به وجود می آورند. در شکل کلاسیک این آزمایش، عدسی محدبی را روی شیشه صافی قرار می دهند به طوری که لایه ای از هوا به شکل قارچ در اطراف نقاطی که با هم تماس دارند ایجاد می شود. اگر از بالا به عدسی نگاه کنیم حلقه هایی می بینیم. در این پدیده در اثر وجود لایه روغن، الگوهای چرخانی روی آب تشکیل می شود. این موردی از موفقیت نیوتن در بازنویسی تاریخ بود زیرا این پدیده به نام «حلقه های نیوتن» مشهور شد. ایده های هوک درباره نور بر مبنای نظریه موج استوار بود که او بعداً آن را توسعه داد و اظهار کرد که این موج ها احتمالاً نوسانات عرضی اند و نه امواج تراکمی از نوع کششی- فشاری که هویگنس در نظر گرفته بود. او آزمایش هایی را درباره احتراق انجام داد و نتیجه گرفت که سوختن و تنفس، هر دو ناشی از جذب چیزی هستند که در هوا وجود دارد. او به کشف اکسیژن بسیار نزدیک شد (در واقع یک قرن پیش از کشف آن) و به وجود تمایز روشنی بین گرما و احتراق پی برد. از نظر او گرما در جسم «از حرکت یا جنبش اجزای آن ناشی می شود» (ایده ای که تقریباً دو قرن از زمان خود جلوتر بود!)، در حالی که احتراق ناشی از ترکیب دو چیز است. هوک آزمایشی روی خود انجام داد به این ترتیب که در حالی که در اتاقکی نشسته بود، هوای اتاق به خارج پمپ می شد تا زمانی که او در گوش های خود احساس درد کرد. او همچنین در طراحی و آزمایش نمونه ابتدایی حباب غواصی نقش داشت. او جوسنج با صفحه ای ساعتی شکل را که امروز با آن آشنا هستیم اختراع کرد. هوک همچنین وسیله ای برای سنجش باد، دماسنجی بهبود یافته و رطوبت سنجی برای اندازه گیری رطوبت هوا اختراع کرد. هوک اولین هواشناس علمی بود که متوجه رابطه بین تغییرات هوا و تغییرات فشار جو شد. او در بخش پایانی کتاب، به عنوان پاداشی برای خواننده کتاب، تصاویری بر پایه مشاهدات اخترشناسی خود افزود. هوک به روشنی فلسفه نهفته در کارهای خود را در ارزش «دستی وفادار و چشمی با ایمان» دانست که «چیزها را همان طور که ظاهر می شوند بازبینی و ضبط می کند» به جای آنکه بر «کار مغز و تخیلات» بدون اندوختن تجربه و مشاهده تکیه کند. او نوشت «حقیقت آن است که علم طبیعت، مدت ها، نتیجه فعالیت مغز و تخیلات بوده است. دیگر وقت آن فرا رسیده است که به آشکار بودن و درستی مشاهدات درباره مواد و چیزهای مسلم باز گردیم.»جان اوبری که هوک را خوب می شناخت، او را در سال 1680 چنین توصیف کرده است:
قد او متوسط، خمیده، رنگ پریده، صورتش پایین و سرش بزرگ بود؛ چشمان بزرگ خاکستری رنگ و براقی داشت ولی فرز و چالاک نبود. موهایش لطیف و قهوه ای رنگ بود و موج های عالی داشت. او همیشه در هر کار از جمله غذا خوردن معتدل بود. او مغز پر ابتکار و شگفت انگیزی داشت و مردی بافضیلت و بامحبت بود.
عوامل مختلفی هوک را از توسعه دستاوردهای خود، آن طور که در میکروگرافیا توصیف کرده بود بازداشت. اولاً به خاطر مسئولیتی که در انجمن سلطنتی داشت مجبور بود تمام آزمایش ها را خودش انجام دهد و در جلسات هفتگی شرکت کند که برخی مربوط به دیگران و برخی مربوط به خودش بود. او همچنین مقالات دیگران را که در جلسه حضور نداشتند ولی اختراعات خود را توصیف کرده بودند مرور می کرد. صورت جلسه های انجمن در سال های اول تأسیس آن محتوی عباراتی از این دست است: «آقای هوک نوشت...»، «به آقای هوک دستور داده شد...»، «آقای هوک نظر داد...»، «آقای هوک آزمایش هایی را انجام داد» و غیره. انگار تمام این کارها برای او کافی نبود (و به خاطر داشته باشیم که هوک به صورت تمام وقت در کالج گرشام تدریس می کرد) چرا که پس از درگذشت الدنبورگ در سال 1677، پست او را به عنوان یکی از دبیران انجمن سلطنتی بر عهده گرفت (با این وجود که در آن زمان بیش از یک دبیر برای انجام کارهای اداری وجود داشت). او در سال 1683 این کار را رها کرد.
کوتاه زمانی پس از انتشار کتاب میکروگرافیا، فعالیت انجمن سلطنتی به خاطر شیوع طاعون متوقف شد. هوک مانند بسیاری از مردم، لندن را ترک کرد و به حومه رفت و به عنوان میهمان به خانه کنت برکلی در اپسوم پناهنده شد. هوک به خاطر آتش سوزی شهر لندن در سال 1666 به مدت چند سال از کار علمی خود منحرف شد. او از شخصیت های اصلی در بازسازی شهر لندن بود (تنها کریستوفر رن از او پیش تر بود). بسیاری از ساختمان هایی که طراحی آنها به رن نسبت داده شده است، دست کم تا حدودی از طراحی های هوک بود. به طور کلی تشخیص تفاوت میزان سهم آن دو غیر ممکن است.
آتش سوزی در سپتامبر سال 1666 روی داد. هوک در ماه مه آن سال مقاله ای را خواند که به انجمن سلطنتی فرستاده شده بود. این مقاله حرکت سیاره ها را به دور خورشید بر حسب نیروی جاذبه ای توضیح می داد که خورشید اعمال کرده و آنها را مانند توپی که به یک سر ریسمان بسته شده است در مدارهای خود نگه می دارد (به جای حرکت های گردابی دکارتی در اتر). اگر این ریسمان را دایره وار بچرخانیم، توپ در اثر نیرویی که ریسمان وارد می کند در «مدار» خود می ماند. هوک پس از سرپرستی کارهای معماری شهر لندن، به این موضوع بازگشت. او در یک سخنرانی در سال 1674 «نظام دنیا» را این طور توصیف کرد:
اولاً هر یک از اجرام سماوی بدون استثنا جاذبه یا نیروی گرانشی به طرف مراکز خود دارند و به این ترتیب نه تنها بخش های خود را جذب و از هم پاشیدگی آنها جلوگیری می کنند... بلکه اجرام سماوی دیگر را که در درون کره کنش آنها قرار دارد جذب می کنند... فرضیه دوم این است که اجرام متحرک بدون استثنا به حرکت خود در امتداد خطی راست ادامه می دهند تا آنکه به وسیله قدرت های دیگر از مسیر خود منحرف شوند و مداری به شکل دایره، بیضی و یا منحنی های ترکیبی پیدا کنند. فرضیه سوم آن است که هر قدر قدرتی که اعمال می شود زیادتر و فاصله مراکز آن دو جسم کمتر باشد این نیروی جاذبه بزرگ تر است.(3)
«فرضیه» دوم هوک اساساً چیزی است که امروز آن را قانون اول نیوتون می نامیم. فرضیه سوم اشتباهاً بیان می کند که گرانش با عکس فاصله جسم متناسب است و نه با عکس مجذور فاصله. اما هوک به زودی این اشتباه خود را تصحیح کرد.
اکنون زمان آن فرا رسیده است که به هالی و نیوتون و سهم آنها در بحث گرانی بپردازیم. اما پیش از آن به اجمال بقیه داستان زندگی هوک را مرور می کنیم.
قانون کشسانی هوک
ما درباره سال های پایانی زندگی هوک از دفتر خاطرات روزانه ای که او از سال 1672 شروع به نوشتن آن کرد مطالب زیادی می دانیم. این دفتر خاطرات، اثری ادبی مانند خاطرات پپیس نیست بلکه سابقه کوتاهی از رویدادهای روزمره است. اما این خاطرات بدون پرده پوشی همه چیز را درباره زندگی خصوصی هوک در اتاقش در کالج گرشام شرح می دهد. صداقت او در نوشتن این خاطرات به قدری است که انتشار آن تا قرن بیستم نامناسب تشخیص داده شد (یکی از دلایلی که چرا شخصیت و دستاوردهای هوک تا همین اواخر به طور کامل مورد توجه قرار نگرفته بود). هوک هیچ گاه ازدواج نکرد اما با چند نفر از خدمتکاران زن خود رابطه داشت و از سال 1676، برادرزاده او، گریس که در آن زمان احتمالاً 15 سال داشت معشوقه او شد. او به قدری به این دختر علاقه داشت که زمانی که وی در سال 1687، فوت کرد ماتم گرفت و در تمام مدت عمر آشکارا افسرده خاطر بود. در سال 1687، از سوی دیگر، سال کلیدی در ماجرای دعوای او با نیوتون بود که بر غم و غصه او افزود. او در زمینه علمی بجز کار درباره گرانی در سال 1678، به دستاورد مشهور خود، کشف قانون کشسانی دست یافت که به نام خود او شهرت دارد. این نمونه ای از رفتار تاریخ در مورد هوک است که این کار نسبتاً بی اهمیت (فنری کشیده شده نیرویی متناسب با طول کشش اعمال می کند) باید به نام قانون هوک شناخته شود، در حالی که بسیاری از دستاوردهای درخشان او (که از همه آنها در اینجا یاد نشده است) یا به فراموشی سپرده شده و یا به اشخاص دیگر نسبت داده شده است. هوک در 3 مارس سال 1703 در گذشت و تمام اعضای انجمن سلطنتی که در لندن بودند در مراسم تشییع جنازه او شرکت کردند. سال بعد، نیوتون اثر حماسی خود را با عنوان نورشناخت درباره نور و رنگ منتشر کرد. او سی سال به انتظار نشست تا این کتاب را پس از فوت هوک منتشر کند.دشمنی نیوتون با هوک (من از آن به عنوان دشمنی جنون آمیز نسبت به یک نفر صحبت کرده ام ولی او همین حس را نسبت به سایرین نیز داشت) به سال های آغازین دهه 1670، زمانی که در کمبریج استاد بود و برای اولین بار نظر انجمن سلطنتی را به خود جلب کرد، باز می گردد. در دهه 1660، نیوتون (که هفت سال از هوک جوان تر بود) تحصیلات لیسانس خود را در کمبریج به پایان رساند و عضو اول کالج ترینیتی شد. سپس در سال 1669 به استادی کرسی لوکاشین در ریاضی منصوب شد. او جانشین ایزاک بارو، اولین استاد این کرسی شد چرا که وی ظاهراً برای اینکه بیشتر وقت خود را صرف مذهب کند، استعفا داده بود. اما او به زودی پیش نماز دربار و بعد سرپرست کالج ترینیتی شد و به نظر می آید که با این استعفا هدف بالاتری را تعقیب می کرده است. در تمام این مدت، نیوتون مشغول انجام آزمایش ها و تفکر درباره دنیا بود. او کم و بیش به خود متکی بود و هرگز ایده های خود را با دیگران در میان نمی گذاشت. او ماهیت نور را با استفاده از منشورها و عدسی ها مطالعه کرد و در مهم ترین کار خود درباره نور، نورسفید (درحقیقت نور خورشید) را با استفاده از منشور به صورت طیف رنگ های رنگین کمان تجزیه کرد. سپس این نورها را با هم ترکیب کرد و دوباره نور سفید تشکیل داد. او به این ترتیب نشان داد که نور سفید مخلوطی از رنگ های رنگین کمان است.
پیش از او افراد دیگری (از جمله هوک) نور سفید را از منشور گذرانده و باریکه ای از آن را روی پرده ای که تنها چند اینچ دورتر بود انداخته بودند. نتیجه، دایره ای نورانی از نور سفید با حاشیه رنگارنگ بود. نیوتون توانست با استفاده از سوراخی ریز در روی پرده پنجره به عنوان منبع نور از این نیز پیش تر برود. نوری که از منشور خارج می شد، فاصله ای چند فوتی را تا دیوار مقابل می پیمود. این فاصله زیادتر موجب تجزیه رنگ ها می شد. این مطالعات و علاقه او به رنگ ها، او را به تعمق درباره مسئله فریزهای حاشیه تصویرهای تلسکوپ هدایت کرد. این تلسکوپ ها با عدسی ساخته می شد. او تلسکوپ بازتابی را طراحی کرد و ساخت (او از کار لئونارد دیگز که پیش تر انجام شده بود خبر نداشت). در این تلکسوپ، دیگر مسئله فریزها وجود نداشت.
اخبار این مطالعات زمانی پخش شد که نیوتون در سخنرانی های خود به عنوان استاد لوکاشین، پاره ای از کارهایش درباره نور را تشریح کرد. علاوه بر این، افرادی که از کمبریج دیدار می کردند درباره تلسکوپ شنیده یا آن را دیده بودند. انجمن سلطنتی درخواست کرد که این تلسکوپ را ببیند. در سال 1671، ایزاک بارو یکی از آنها را (نیوتون احتمالاً دو تلسکوپ ساخته بود) به لندن برد و طرز کارش را در کالج گرشام نشان داد. نیوتون بلافاصله به عنوان عضو انجمن انتخاب شد (مراسم رسمی در 11 ژانویه سال 1672 برگزار شد) و از او سؤال شد که دیگر چه چیزی در چنته دارد. پاسخ او مقاله ای مفصل درباره نور و رنگ ها بود که به انجمن ارائه کرد. بر حسب اتفاق، نیوتون از نظریه ذره ای نور طرفداری می کرد. اکتشافات او در آن زمان، بدون در نظر گرفتن اینکه از این مدل یا از مدل موجی (که پاره ای از دانشمندان از جمله هویگنس و هوک طرفدار آن بودند) برای توضیح جریان نور استفاده شود، درست بود.
از پاره ای از یادداشت هایی که در حاشیه مقاله وجود داشت و از اینکه نیوتون آزمایش های خود در مورد نور شناخت را از سال 1666 به بعد آغاز کرد، روشن است که چیزی که علاقه او را به موضوع نور برانگیخت، خواندن کتاب میکروگرافیا اثر هوک بود. اما او این موضوع را با اشاره به «آزمایش نامنتظره ای که آقای هوک در میکروگرافیا گزارش کرده است که با دو ظرف شفاف گوه ای شکل انجام می شود» کم اهمیت جلوه داد، بی آنکه به جزئیات کار هوک بپردازد (در این مثال، درباره پدیده ای که به نام حلقه های نیوتون معروف شد).
هوک که دانشمند مسن تر و جا افتاده تری بود، مطمئناً از اینکه این جوان از خودراضی اعتبار او را در نظر نگیرد، آزرده شد و درباره این مطلب با دوستان خود نیز گفتگو کرد. هوک همیشه نسبت به این مسئله حساس بود که اعتبار سزاواری به کارهای او داده شود. این حساسیت با در نظر گرفتن ریشه های خانوادگی ساده او و اینکه در سالیان گذشته، خدمتکار آقای دانشمندی بود که انجمن سلطنتی را تأسیس کرد قابل درک است.(4) از سوی دیگر، نیوتون حتی در این سال های جوانی به مهارت های خود مغرور بود (غرور او موجه بود گر چه این صفت دلپذیری نیست). او به دانشمندان دیگر صرف نظر از اینکه تا چه حد قابل احترام و شناخته شده بودند، طوری نگاه می کرد مثل اینکه به زحمت، لیاقت بوسیدن پوتین های او را دارند. این موضع نیوتون، در طول سالهای بعد شدت گرفت زیرا گروهی از منتقدانش که از نظر فکری پایین تر از او بودند، یکی پس از دیگری، انبوهی از خرده گیری های بی جا از کارهای او کردند که بیش از هر چیز دیگر بیانگر نادانی خودشان بود. نیوتون ابتدا سعی کرد که به پاره ای از نکاتی که عاقلانه تر به نظر می رسید پاسخ دهد. اما سرانجام از این اتلاف وقت خشمگین شد و به اولدنبورگ نوشت: «من فکر می کنم که برده فلسفه شده ام... من با عزم راسخ و برای همیشه با فلسفه خداحافظی می کنم مگر زمانی که با رضایت خاطر خود به آن بپردازم و می گذارم که فلسفه به دنبال من بیاید؛ من متوجه شده ام که انسان یا باید با اراده محکم تصمیم بگیرد که کاری نو انجام ندهد و یا باید برای دفاع از آن به صورت برده در آید.»
زمانی که اولدنبورگ به طرزی فتنه انگیز و با زیاده روی شرحی از نظرات هوک را به نیوتون گزارش داد و مخصوصاً سعی کرد تا آشوبی به راه بیندازد، بیش از آنچه انتظار داشت موفق شد. نیوتون پاسخ داد و از اولدنبورگ «به خاطر بی پرده گویی شما در آشنا کردن من با کنایات آقای هوک» تشکر کرد و خواستار روشن شدن موضوع شد. جی.جی. کراودرتقریباً ریشه اصلی مسئله ای را که اولدنبورگ به آتش آن دامن زد خلاصه کرده است: «هوک نمی توانست درک کند که تدبیر چه ارتباطی با علم دارد... از نظر نیوتون اکتشافات مانند اموال خصوصی است.»(5) عقیده او دست کم در مورد اکتشافات خودش همین بود. پس از چهار سال، بایستی حل و فصل این ماجرا که مربوط به رویارویی شخصی این دو نفر بود به پایان می رسید و گرنه انجمن سلطنتی به وضع مبتذل و خنده داری دچار می شد. چند نفر از اعضای انجمن گردهم آمدند و از طریق اولدنبورگ (که نباید از نزدیک شدن به اتمام تفریح خود به هزینه هوک خوشحال بوده باشد) اصرار کردند که آشتی علنی (صرف نظر از اینکه این دو شخصیت اصلی پیش خود چه فکر می کردند) راه بیندازند که سرانجام با تبادل چند نامه به انجام رسید.
نامه هوک به نیوتون آن طور که از متن آن بر می آید نشان دهنده شخصیت واقعی اوست که همیشه برای استدلال دوستانه علمی (احتمالاً در مصاحبت چند همنشین در یکی از کافه های مد روز) آماده ولی تنها در صدد کشف حقیقت بود:
قضاوت من این است که شما درباره این موضوع (مطالعه نور) از من پیش تر رفته اید... باور من این است که با این مسئله مگر با کنجکاوی از سوی شخص برازنده و قابلی مانند شما نمی توان روبه رو شد که از هر جهت برای تکمیل، تصحیح و اصلاح نظریات دوران جوانی من مناسب است. در نظر داشتم که اگر مشاغل پر دردسرم اجازه می داد این مطالعات را خودم انجام بدهم، هر چند به اندازه کافی منطقی هستم که بپذیریم که قابلیت های من در این مورد بسیار کمتر از شما است. گمان می کنم که طرح های شما و من، هر دو در یک راستا یعنی کشف حقیقت است و تصور می کنم که ما هر دو می توانیم انتقادات یکدیگر را تحمل کنیم و نگذاریم که به صورت دشمنی علنی در آید. ما هر دو در این اندیشه شریک هستیم که از آزمایش با تکیه بر عقل به نتایج کامل برسیم.
این گفتار یک دانشمند واقعی است. پاسخ نیوتون هر چند ممکن است به صورت دعوت به آشتی تلقی شود اما با منش او سازگار و شامل جملاتی بود که باید مورد تأکید قرار گیرد. پس از اظهار اینکه «شما درباره مهارت های من زیاده روی می کنید» (نکته ای که نیوتون هیچ گاه مگر در حالت اجبار به آن اشاره نمی کرد) به شرح یکی از مشهورترین (و احتمالاً کژفهمیده ترین) گفته های خود درباره علم می پردازد که معمولاً به عنوان پذیرش متواضعانه جایگاه کوچک خود او در تاریخ علم تعبیر می شود:
دکارت گام مناسبی برداشت. شما از جهات مختلف به آن افزوده اید؛ به ویژه با انتخاب رنگ های صفحات نازک این کار را به ملاحظات فلسفی کشانده اید. اگر من دورتر را دیده باشم، با ایستادن بر شانه های غول ها چنین کرده ام.
جان فاکنر از رصدخانه لیک در کالیفرنیا تفسیری از این ملاحظات ارائه داده است که با افسانه نیوتون منافات ولی با شخصیت شناخته شده او سازگار است. اشاره به دکارت تنها از این جهت است که هوک را متوجه سازد که حق تقدمی که او در این زمینه مدعی آن است در واقع به دکارت بر می گردد. جمله دوم با آقامنشی به هوک قدری اعتبار می دهد (به خاطر داشته باشیم که هوک بزرگ تر و جا افتاده تر است). اما جمله کلیدی آن در رابطه با «ایستادن بر شانه های غول ها» است. واژه «غول ها» بزرگ نوشته شده است. حتی با در نظر گرفتن هوسبازی های زبان انگلیسی در قرن هفدهم، چرا باید نیوتون به این واژه تأکید کرده باشد؟ مطمئناً به این جهت که هوک کوتاه قد و خمیده بود. پیامی که نیوتون می خواهد انتقال دهد این است که اگر چه ممکن است که او از قدیمی ها وام گرفته باشد، اما نیاز ندارد که از شخص کوتاه قدی مانند هوک دزدی کند، تفسیری که در ضمن، در برگیرنده این نکته است که هوک علاوه بر کوتاه قد بودن، از نظر روانی نیز کمبود داشته است. این واقعیت که سرچشمه این عبارت پیش از نیوتون بوده است و او آن را برای منظور خود انتخاب کرده است، استدلال کوبنده فاکنر را تقویت می کند. نیوتون بی نزاکت بود (به دلایلی که خواهیم دید) و همیشه موجبات کینه ورزی را فراهم می آورد. او به مطالبی که در نامه خود به اولدنبورگ نوشته بود وفادار ماند، منزوی شد و پس از تبادل آن نامه ها در سال 1676، گزارش ایده های علمی خود در سطح وسیع متوقف کرد. او تنها زمانی به نحو شایسته ای به صحنه علم بازگشت که توانست اثرگذارترین کتاب تاریخ علم را بنویسد. این رویداد پس از آن رخ داد که ادموند هالی، نفر سوم این گروه سه نفره که مسیر علم را تغییر دادند، با چرب زبانی او را متقاعد کرد.
جان فلمستید و ادموند هالی: فهرست بندی ستارگان با استفاده از میکروسکوپ
هالی که جوان ترین عضو این گروه سه نفره بود در 29 اکتبر سال 1656 (بر حسب تقویم ژولین که در آن زمان هنوز در انگلستان مورد استفاده بود؛ این تاریخ بر اساس تقویم جدید گریگوری، 8 نوامبر است)، در دوران فترت مجلس انگلستان به دنیا آمد. پدرش که او هم ادموند نام داشت بازرگان و مالکی موفق بود که با مادر او، آن رابینسون، طی مراسمی در کلیسا و هفت هفته پیش از تولد پسرش ازدواج کرد. محتمل ترین توضیح این موضوع آن است که پیش از آن، مراسم غیرمذهبی انجام شده بود که سابقه آن از دست رفته است. نزدیک بودن زمان تولد اولین فرزند این زوج، آنها را بر آن داشت که در مراسم مذهبی نیز تعهد متقابل خود را اظهار کنند. در آن زمان مرسوم بود که ابتدا مراسم مدنی (غیرمذهبی) و سپس (اگر ضرورت ایجاب می کرد)، مراسم مذهبی ازدواج برگزار شود.ادموند خواهری به نام کاترین داشت که تاریخ تولدش روشن نیست ولی او هم در سال 1684درگذشت. اطلاعات کمی از دوران اولیه زندگی هالی در دست است، بجز اینکه پدرش به رغم ورشکستگی مالی در پیامد آتش سوزی شهر لندن در سال 1666، به راحتی قادر بود بهترین شرایط
تحصیل را برای فرزند جوان خود فراهم کند. ادموند ابتدا در مدرسه سنت پل لندن تحصیل کرد (منزل خانواده در دهکده آرامی در مجاورت لندن قرار داشت که اکنون محله هاکنی نامیده می شود) و سپس به دانشگاه آکسفورد رفت. هنگامی که هالی در ژوئیه سال 1673 به کوئینز کالج رسید، اخترشناس ورزیده ای بود و مهارت های خود را در مشاهدات سماوی به کمک دستگاه هایی که پدرش هزینه آن را می پرداخت توسعه داده بود. او در بدو ورود به آکسفورد، مجموعه ای از دستگاه ها از جمله تلسکوپی به طول 24 فوت (در حدود 7/3متر) و یک سکستانت (برای سنجش ارتفاع خورشید و ستارگان) را که قطر آن 2 فوت (60 سانتی متر) بود به همراه داشت. او علاوه بر این، تجهیزات مورد استفاده اخترشناسان حرفه ای آن زمان را نیز در اختیار داشت.
چند رویداد در این سال ها تأثیر بزرگی در زندگی هالی داشت. مادر او در سال 1672 فوت کرد. جزئیات بیشتری از این رویداد در دست نیست جز اینکه وی در 24 اکتبر آن سال به خاک سپرده شد. پیامدهای این رویداد برای هالی در نتیجه ازدواج دوم پدر او آشکار شد. در سال 1674 انجمن سلطنتی تصمیم به راه اندازی رصد خانه ای گرفت که با رصدخانه پاریس که آکادمی فرانسه به تازگی تأسیس کرده بود برابری کند. فوریت این پیشنهاد پس از ادعای فرانسه، مورد تأکید قرار گرفت. فرانسه ادعا کرد که مسئله تعیین طول جغرافیایی با استفاده از موقعیت ماه در زمینه ستارگان به عنوان معیاری برای سنجش زمان در دریا حل شده است. این طرح از نظر اصولی درست بود اما معلوم شد که ادعای فرانسه زودهنگام بوده است. در واقع مدار ماه به قدری پیچیده است که تا جداول لازم برای حرکت ماه آماده شود، توسعه کرونومترهای دقیق، مسئله تعیین طول جغرافیایی را حل کرده بود. جان فلمستید اخترشناس (1719-1646) مأمور بررسی ادعای فرانسه شد. او به درستی نتیجه گرفت که چون موقعیت ماه و ستارگان مرجع به دقت شناخته نشده است، روش پیشنهادی علمی نخواهد بود. زمانی که چارلز دوم از این موضوع باخبر شد تصمیم گرفت که انگلستان باید به عنوان یک کشور دریانورد به اطلاعات لازم دریانوردی دست یابد و اعلام کرد که رصدخانه مورد نظر، طرحی سلطنتی خواهد بود. طی فرمانی که در 4 مارس سال 1675 صادر شد، فلمستید به عنوان «ناظر اخترشناسی» منصوب شد. او اولین اخترشناس سلطنتی بود و رصدخانه سلطنتی، برای انجام مشاهدات، روی تپه گرینویچ (محلی که کریستوفر رن انتخاب کرده بود) ساخته شد. فلمستید از ژوئیه سال 1676 در این محل اقامت گزید و در همان سال به عنوان عضو انجمن سلطنتی انتخاب شد.
در سال 1675، ادموند هالی که در مرحله تحصیلات دوره لیسانس بود، مکاتبه ای را با فلمستید آغاز کرد. او ابتدا در نامه های خود به تشریح پاره ای از مشاهداتش پرداخت که با جداول منتشر شده داده های اخترشناسی منافات داشت. او نتیجه گرفت که دقت این جداول کافی نیست و از فلمستید خواست که نتایج او را بررسی و تأیید کند. این جملات در گوش فلمستید مانند آوای موسیقی طنین انداخت زیرا معلوم شد که فنون جدید مشاهده می تواند داده های کاتالوگ (فهرست نامه) موجود ستارگان را بهبود بخشد. آن دو با هم دوست شدند و هالی مدتی تحت حمایت فلمستید قرار گرفت. چنانچه خواهیم دید بعدها رابطه دوستانه آنها از هم گسست. هالی در تابستان آن سال از فلمستید در لندن دیدار و در مشاهدات سماوی از جمله دو مشاهده خسوف ماه در 27 ژوئن و 21 دسامبر به او کمک کرد. فلمستید پس از رویداد خسوف اول در مذاکرات فلسفی انجمن نوشت: «ادموند هالی مرد جوان با استعدادی از آکسفورد در این مشاهدات حضور داشت و با دقت به انجام بسیاری از آنها کمک کرد.» هالی در سال 1676 سه مقاله علمی منتشر کرد: درباره مدار سیاره ها، درباره پوشیده شدن مریخ توسط ماه که در 21 اوت آن سال مشاهده شد و درباره لکه بزرگ خورشید که در تابستان سال 1676 مشاهده شد.(6) او آشکارا ستاره ای در اخترشناسی بود که اوج می گرفت. اما بهترین سهم او در اخترشناسی در کجا بود؟
مهمترین وظیفه فلمستید در انجمن سلطنتی آن بود که با استفاده از رصد تلسکوپ، نقشه دقیقی از آسمان نیمکره شمالی تهیه کند. این نقشه باید دقت کاتالوگ های قدیمی را که از به اصطلاح میدان دید باز استفاده می کردند (مانند سیستمی که تیکو به کار برد) بهبود می بخشید. در رصد باز، ناظر در راستای میله ای که در جهت ستاره مورد نظر قرار گرفته بود نگاه می کرد. در مشاهدات تلسکوپی، موییِ نازک در صفحه کانونی تلسکوپ، مکان ستاره را با دقت بیشتری مشخص می کند. هالی که برای کسب شهرت و زندگی حرفه ای مناسب کم طاقت بود، فوراً این ایده را دنبال کرد که کاری مانند تهیه نقشه فلمستید ولی برای آسمان های جنوبی انجام دهد. او فکر کرد که در مرحله اول تنها روی چند صد ستاره جنوبی که نورانی ترین آنها بودند متمرکز شود تا زودتر به نتیجه برسد. پدرش از این فکر پشتیبانی کرد و بودجه ای معادل 300 پوند در سال در اختیار او قرار داد (سه برابر حقوق فلمستید در شغل اخترشناس سلطنتی) و علاوه بر این قول داد که هزینه های این سفر اکتشافی را بپردازد. فلمستید و سِرجونس مور، بازرس کل نقشه برداری، این پیشنهاد را به پادشاه توصیه کردند. پادشاه ترتیب عبور آزاد هالی، تجهیزات او و دوستش جیمز کلرک را با کمپانی هند شرقی جهت عزیمت به جزیره سنت هلن داد. در آن زمان این جزیره جزء جنوبی ترین متصرفات انگلستان بود (نزدیک به صد سال پیش از آنکه جیمز کوک در سال 1770 به خلیج بوتانی برسد). هالی که قدری بیش از بیست سال داشت و تحصیل برای اخذ مدرک را متوقف کرده بود، به همراهی دوستان در نوامبر سال 1676 با کشتی بادی حرکت کردند.
سفر اکتشافی این گروه اعزامی با موفقیت علمی عظیمی همراه بود (به رغم وضع بد هوا که هالی و کلرک در سنت هلن با آن مواجه شدند) و به نظر می رسد که هالی به موقعیت مناسب زندگی اجتماعی دست یافت. شایعاتی مربوط به رفتار نامناسب هالی از نظر جنسی در ابتدای دوران بلوغ او پخش شده بود و جان اوبری در کتاب زندگی های کوتاه (Brief Lives) (او از سال 1626 تا 1697 زندگی کرد و نه تنها نیوتون را می شناخت بلکه با اشخاصی که با شکسپیر دیدار کرده بودند نیز آشنا بود. اما همه قبول دارند که نوشته های او همیشه قابل اعتماد نیست)، به زوجی اشاره می کند که از مدت ها پیش ازدواج کرده بودند ولی فرزند نداشتند و در همین کشتی با هالی همسفر بودند. اوبری می نویسد: «این زن پیش از بازگشت از جزیره سنت هلن صاحب فرزندی شده بود.» گویا هالی این رویداد را به عنوان مزیت شگفت انگیز این سفر دریایی، یا تأثیر آب و هوای سنت هلن بر روی این زوج بی فرزند نقل کرده است؛ اوبری این طور وانمود می کند که هالی پدر واقعی این کودک بوده است. این مطلب از نوع شایعاتی بود که تا چند سال بعد، مرد جوان را آزار داد.
هالی در بهار سال 1678به انگلستان بازگشت. کاتالوگ ستارگان جنوبی او در نوامبر همان سال منتشر شد و فلمستید نام مستعار «تیکوی جنوبی ما» را به هالی داد؛ او در 30 نوامبر به عضویت انجمن سلطنتی انتخاب شد. هالی هنگام اقامت در سنت هلن، علاوه بر تهیه کاتالوگ ستارگان، گذر عطارد را از برابر خورشید مشاهده کرد. اصولاً این مشاهده راهی برای محاسبه فاصله خورشید با استفاده از تغییرات اختلاف منظر فراهم می کرد. اما این مشاهدات اولیه آن قدر دقیق نبود که به نتایج قاطعی بینجامد. با این وجود هالی بذری را کاشته بود که در زمانی نه چندان دور با بار نشست. در 3 دسامبر، بنا به «توصیه» پادشاه مدرک فوق لیسانس به هالی اعطا شد، گر چه او شرایط رسمی اخذ این مدرک را تکمیل نکرده بود (او قبلاً به عضویت انجمن سلطنتی در آمده بود). او اکنون عضو و هم تراز گروهی شده بود که بویل، هوک، فلمستید، رن و پپیس را شامل می شد (و در این زمان نیوتون خود را در کمبریج منزوی کرده بود) و این گروه مأموریتی برای او در نظر داشت.
در پایان قرن هفدهم، فعالیت دستیابی به مکان دقیق ستارگان به علت نقش اساسی در دریانوردی هم از نظر بازرگانی و هم از نظر نظامی اهمیت کلیدی پیدا کرده بود. اما در دهه 1670 برنامه اصلی مشاهدات سماوی که تلاشی برای بهبود کاتالوگ تیکو بود، در شهر دانتزیک (گدانسک کنونی) توسط اخترشناسی آلمانی انجام شد. او اصرار داشت که از سیستم رصد باز تیکو استفاده کند، در حالی که داده های تیکو، با استفاده از دستگاه های جدید و صرف هزینه بسیار بهبود یافته بود. اعضای انجمن به ویژه هوک و فلمستید از نحوه مشاهدات این اخترشناس مأیوس شده بودند. این اخترشناس واپس گرا در سال 1611 به دنیا آمده بود که شاید توضیحی بر دیدگاه از مدافتاده او بوده باشد. نام اصلی او یوهان هوولکه (Johann Howelcke) بود ولی بعداً به لاتین، به یوهانس هولیوس (Johannes Hevelius) تغییر کرد. هوک در مکاتبه ای که از سال 1668 آغاز شد به او التماس کرد که از رصدهای تلسکوپی استفاده کند. اما هولیوس لجوجانه توصیه او را رد کرد و ادعا کرد که می تواند همان کار را به خوبی با رصد باز انجام دهد. حقیقت این است که هولیوس بیش از آن به روش خود انس گرفته بود که بخواهد آن را تغییر دهد و از به کارگیری روش های جدید اجتناب می کرد. او مانند افرادی بود که اصرار دارند از ماشین های تایپ استفاده کنند در حالی که رایانه ای مدرن می تواند همین کار را بهتر انجام دهد.
یکی از ویژگی های کاتالوگ جنوبی هالی (که با کمک تلسکوپ تهیه شده بود) این بود که با نقشه بخش هایی از آسمان که تیکو تهیه کرده بود مطابقت داشت. به این ترتیب، هالی با مشاهده تعدادی از ستارگانی که تیکو نیز آنها را مشاهده کرده بود، توانست اندازه گیری های خود را با اندازه گیری های آسمان شمالی که هولیوس (بنابر ارزیابی خودش) سخت درگیر بهبود داده های تیکو در آن حوزه بود، هماهنگ کند. زمانی که هولیوس در پایان سال 1678 به فلمستید نامه نوشت و درخواست کرد که داده های هالی را ببیند، انجمن سلطنتی این درخواست را موقعیتی برای آزمودن ادعاهای هولیوس دانست. هالی یک نسخه از کاتالوگ جنوبی خود را برای هولیوس فرستاد و یادآور شد که از دریافت داده های جدید هولیوس خوشحال خواهد شد. او تأکید کرد که با استفاده از این داده ها، به جای مکان های ستارگانی که تیکو تهیه کرده بود، قادر خواهد بود بین آسمان های شمالی و جنوبی ارتباط برقرار کند. البته او بسیار مایل بود که از دانتزیک دیدار و دقت مشاهدات جدید را تأیید کند.
به این ترتیب هالی در بهار سال 1679 به دانتزیک رفت تا ادعای باورنکردنی دقت کار هولیوس را که 68 سال داشت بازبینی و درستی این ادعا را تأیید کند. هالی از ادعای هولیوس پشتیبانی کرد و به لندن گزارش کرد که داده های او با رصد باز، همان دقتی را دارد که او ادعا کرده است. اما در بازگشت به انگلستان تغییر عقیده داد و اعلام کرد که مشاهدات تلسکوپی به مراتب برترند. بعداً هالی گفت که او تنها به منظور رعایت ادب آن نامه را نوشته و نمی خواسته است که مرگ «آقایی زودرنج» را تسریع کرده باشد. در واقع هولیوس نه سال دیگر زندگی کرد و بنابراین زمانی که هالی با او دیدار کرد نباید نحیف بوده باشد. اما شایعات دیگری نیز در این باره وجود داشت.
همسر اول هولیوس در سال 1662 در گذشت و او در سال 1663 با دختر بسیار زیبای 16 ساله ای به نام الیزابتا ازدواج کرد. زمانی که هالی از دانتزیک بازدید کرد، هولیوس 68 و الیزابتا 32 سال داشت. هالی جوان خوش تیپ 22 ساله ای بود که سابقه ای طولانی در رفتار جنسی نسنجیده داشت. ممکن است شایعاتی که در پی بازگشت هالی به انگلستان بر سر زبان ها افتاد درست نبوده باشد. شاید هم بتوان توضیح آبرومندانه ای از این حرکت او داد، چرا که هنگامی که در آن سال خبر نادرست فوت هولیوس به لندن رسید، هالی لباس ابریشمی گران قیمتی را به عنوان هدیه برای این خانم که گمان می رفت بیوه شده باشد فرستاد (قیمت این لباس 6 پوند و 8 شلینگ و 4 پنس معادل سه هفته دستمزد یک اخترشناس سلطنتی یا یک هفته درآمد هالی بود). این گونه رفتار که به این شایعات دامن می زد موجب شد که شکافی بین فلمستید (که بسیار جدی بود) و هالی ایجاد شود. پشتیبانی اولیه هالی از ادعای غیرواقعی هولیوس هم مورد تأیید حامی او قرار نگرفت.
در آن زمان به نظر نمی رسید که هالی در مورد آتیه شغلی خود در اخترشناسی نگرانی زیادی داشته باشد. او به سرعت به این موفقیت ها دست یافته و مانند یک ستاره موسیقی پاپ، پس از اولین موج موفقیت، بر افتخارات خود تکیه کرده بود و خشنود بود که می تواند از ثروتش (یا در واقع ثروت پدرش) بهره ببرد. او پس از بازگشت از دانتزیک، بیش از یک سال با فراغت خاطر زندگی کرد. او در جلسات انجمن حضور می یافت ولی مطلب تازه ای عرضه نکرد. او از آکسفورد دیدار و در کافه های معروف آن زمان رفت و آمد می کرد. این کافه ها معادل بارهای امروزی بودند (او مخصوصاً کافه جوناتان در خیابان چنج را می پسندید). اما با نزدیک شدن به پایان این دوران، ستاره دنباله دار برای اولین بار وارد زندگی هالی شد، هر چند در ابتدا برخورد او با این موضوع جدی نبود. در زمستان سال 1680 یک ستاره دنباله دار درخشان در آسمان دیده شد. اخترشناسان در نوامبر سال 1680 مشاهده کردند که این ستاره دنباله دار به طرف خورشید حرکت می کند. آن گاه در نور خیره کننده خورشید ناپدید شد و دوباره در حالی که از خورشید دور می شد مشاهده شد. در ابتدا به نظر می رسید که این ستاره از دو ستاره دنباله دار جداگانه تشکیل شده است. فلمستید از اولین افرادی بود که گوشزد کرد این پدیده در واقع مربوط به یک جسم است. فرض او این بود که این ستاره دنباله دار، تحت تأثیر نوعی نیروی مغناطیسی از خورشید رانده شده است. این ستاره در آسمان شب شهرهای لندن و پاریس بسیار درخشان و به آسانی از خیابان ها قابل مشاهده بود. این نورانی ترین ستاره دنباله داری بود که مردم آن زمان در طول زندگی خود دیده بودند. زمانی که ستاره دنباله دار برای اولین بار هویدا شد، هالی با کاروانی از جوانان متمول و به همراه دوست قدیمی مدرسه اش، رابرت نلسون، تور مسافرتی بزرگی را در اروپا آغاز کرده بود. آنها ابتدا به پاریس سفر کردند (در شب کریسمس به آن شهر رسیدند). هالی در آنجا ظهور دوباره ستاره دنباله دار را مشاهده کرد. او در طول مسافرت در فرانسه و ایتالیا از فرصت برای بحث درباره این ستاره (و موضوعات دیگر اخترشناسی) با دانشمندان دیگر، از جمله جیووانی کاسینی استفاده کرد. رابرت نلسون عاشق دختر دوم کنت برکلی شد (همان کنتی که هنگام بروز طاعون در لندن به هوک پناه داد) و از این رو در رم ماند و با آن دختر ازدواج کرد. هالی از طریق هلند و پاریس به انگلستان بازگشت. او در 24 ژانویه سال 1682 به لندن بازگشت و به گفته اوبری «با همه ریاضی دان های فرانسه و ایتالیا پیمان آشنایی و دوستی بست.»
هالی بیش از یک سال در خارج ماند که در آن زمان برای گشت و گذار مسافرتی در اروپا زمان کوتاهی بود. شاید هم او به خاطر ازدواج دوم پدرش در همین ایام قدری شتاب کرده باشد، گر چه اطلاع دقیقی از زمان این ازدواج در دست نیست. از منظر سوابق تاریخی مراسم ازدواج هالی در 20 آوریل سال 1682 بدون هیچ مقدمه ای برگزار شد که حاکی از آگاهی اندک ما از زندگی خصوصی او است. ما می دانیم که همسر هالی مری توک نام داشت و مراسم ازدواج در کلیسای سنت جیمز در میدان دوک لندن برگزار شد. این زوج 50 ساله (ظاهراً با خرسندی و رضایت) با هم زندگی کردند و سه فرزند داشتند. ادموند کوچک در سال 1698 به دنیا آمد، در نیروی دریایی جراح شد و دو سال زودتر از پدر خود فوت کرد. دو دختر هالی هر دو در سال 1688 به دنیا آمدند ولی دوقلو نبودند. مارگارت ازدواج نکرد اما کاترین دو بار ازدواج کرد. به نظر می آید که هالی فرزندان دیگری هم داشته است که در کودکی درگذشته اند. این تمام آن چیزی است که درباره زندگی خانوادگی هالی می دانیم.
هالی پس از ازدواج در ایزلینگتون اقامت کرد. در طول دو سال بعد مشاهدات دقیقی از ماه کرد که هدف از آن تهیه داده های مرجع اصلی برای به کارگیری روش قمری جهت دستیابی به طول جغرافیایی بود. این کار به مشاهدات دقیقی در طول بیش از 18 سال نیاز داشت که معادل یک دوره گردش ماه در زمینه ستارگان بود. اما در سال 1684، فعالیت های هالی به علت فوت پدرش مختل شد و چون کارهای دیگرش تقدم یافت، این پروژه به مدت چند سال کنار گذاشته شد.
پدر هالی در 5 مارس سال 1684 از منزل خود بیرون رفت و دیگر بازنگشت. پنج روز بعد بدن لخت او در رودخانه ای نزدیک روچستر پیدا شد. دادگاه رسماً این واقعه را قتل قلمداد کرد ولی هرگز قاتلی پیدا نشد و شرایط حادثه با خودکشی سازگار بود. پدر هالی بدون وصیت نامه درگذشت، در حالی که ثروت او با ولخرجی های همسر دومش بسیار کاهش یافته بود. دعوای حقوقی پرهزینه ای بین هالی و مادر خوانده اش درباره دارایی پدرش آغاز شد. البته این رویدادها هالی را به فقر مطلق نکشاند. او مالک بود و همسرش نیز جهیزیه مناسبی با خود آورده بود. اما شرایط زندگی او به قدری تغییر کرد که در ژانویه سال 1686 از عضویت انجمن سلطنتی کناره گرفت و کارمند حقوق بگیر انجمن شد. در آن زمان رسم این بود که کارکنان حقوق بگیر نمی توانستند در عین حال عضو انجمن باشند. تنها انگیزه او به این اقدام نیاز به پول، هر چند به صورت موقت بوده است.
اوضاع اروپا در دهه 1680 مانند زندگی خصوصی هالی پریشان بود. در فرانسه فرمان نانت در سال 1685ملغی شد در حالی که در همین زمان نیروهای عثمانی به دروازه های بودا، بلگراد و وین رسیده بودند. در انگلستان، چارلز دوم در گذشت و برادر کاتولیک او، جیمز دوم، جانشین او شد. هالی در این اوضاع و احوال درگیر انتشار مهم ترین اثر تاریخ علم یعنی پرینسیپیا اثر ایزاک نیوتون بود.
به ژانویه سال 1684 باز می گردیم. هالی در جریان جلسه ای در انجمن سلطنتی با کریستوفر رن درباره سیاره ها به بحث نشست. ایده قانون عکس مجذور جاذبه که به تشکیل مدارهای سیاره ها منجر می شود حتی در آن زمان چیز جدیدی نبود و سابقه آن دست کم به سال 1673 باز می گشت. در آن زمان، کریستیان هویگنس نیروی رو به بیرون (گریز از مرکز) را که به جسمی وارد می شود محاسبه کرده بود. هوک، همان طور که خواهیم دید، گمانه زنی در این زمینه را در مکاتبه با نیوتون پس از سال 1674 ادامه داد. رن نیز در سال 1677 این ایده را با نیوتون در میان گذاشته بود. این سه نفر بر این موضوع توافق داشتند که با توجه به قوانین کپلر، نیروی گریز از مرکز که سیاره ها را از خورشید «دور می کند» باید با عکس مجذور فاصله آنها از خورشید متناسب باشد و بنابراین برای اینکه سیاره ها در مدارهای خود باقی بمانند باید با نیروی یکسانی که نیروی گریز از مرکز را خنثی کند، به سوی خورشید کشیده شوند.
اما آیا این نتیجه اجتناب ناپذیر قانون عکس مجذور بود؟ آیا چنین قانونی اساساً ایجاب می کرد که سیاره ها باید مدارهای بیضی شکل داشته باشند؟ اثبات ریاضی این موضوعات با فنون سنتی آن زمان به طرز وحشتناکی مشکل می نمود و هالی و رن پذیرفته بودند که این کار از عهده آنها بر نمی آید. اما هوک به آن دو گفت که او می تواند تمام قوانین حرکت سیاره ها را بر مبنای قانون عکس مجذور محاسبه کند. آن دو شکاک بودند و رن داوطلب شد که در صورتی که هوک در ظرف دو ماه این اثبات را به انجام رساند، کتابی به ارزش 40 شلینگ به او بدهد.
هوک از عهده این اثبات برنیامد و بحث در این زمینه از آنجا که هالی به امور پیچیده رتق وفتق کارهای پدرش پس از قتل (یا خودکشی) او پرداخت، دچار وقفه شد. احتمالاً در همین رابطه، هالی در تابستان سال 1684 از اقوام خود در پیتربورو بازدید کرد. این دیدار روشن می کند که چرا او در اوت آن سال در کمبریج از نیوتون دیدار کرد، زیرا او در آن زمان در آن منطقه به سر می برد. گواهی وجود ندارد که دیدار از نیوتون نوعی دیدار رسمی از سوی انجمن سلطنتی بوده باشد (گر چه داستان سرایی در این زمینه بسیار است). شواهد فرعی حاکی از آن است که هالی برای رسیدگی به امور خانواده در این منطقه بود و از نیوتون هم دیدار کرد. اما او مطمئناً درباره ستاره دنباله دار با نیوتون مکاتبه و شاید هم با او در سال 1682 ملاقات کرده باشد. به این ترتیب او از موقعیت پیش آمده برای دیدار با نیوتون استفاده کرد. تردیدی نیست که زمانی که هالی از نیوتون دیدار کرد، آنها درباره مدار سیاره ها و قانون عکس مجذور گفتگو کردند. نیوتون بعداً درباره جزئیات این دیدار مطالبی به دوستش، آبراهام دو موئاور (Abraham De Moivre)، پروتستان فرانسوی پناهنده) و ریاضی دان مطالبی گفته و وی آن را این طور نقل کرده است:
در سال 1684، دکتر هالی برای دیداری از نیوتون به کمبریج آمد. پس از آنکه آن دو مدتی با هم بودند، هالی سؤال کرد که نظر نیوتون درباره شکل مدار سیاره ها، با توجه به اینکه نیروی جاذبه به سوی خورشید متناسب با عکس مجذور فاصله آنهاست چیست؟ سر ایزاک فوراً پاسخ داد که این مدار بیضی شکل است. هالی ذوق زده و شگفت زده شد و پرسید که او این موضوع را از کجا می داند؟ ایزاک پاسخ داد که آن را محاسبه کرده است. هالی از او خواست که محاسبات را ببیند. سر ایزاک در میان کاغذهای خود جستجو کرد و نتوانست آن را بیابد ولی قول داد که محاسبات را از نو انجام دهد و برای او بفرستد.(7)
این دیدار، نیوتون را به نوشتن پرینسیپیا وا داشت، کتابی که تصویر او را به عنوان بزرگ ترین دانشمندی که تا آن زمان زندگی کرده است تثبیت کرد. اما تقریباً هر چه را که در این کتاب شرح داد، سال ها قبل انجام داده و از دیگران پنهان نگاه داشته بود تا زمانی که این دیدار مبارک در سال 1684 در کمبریج روی داد. شاید این امر در زمان ما که دانشمندان تقریباً زیاده از حد در انتشار ایده ها و تثبیت حق تقدم خود شتاب می کنند به سختی قابل درک باشد ولی اگر به سابقه و تربیت نیوتون نگاه کنیم، این نهان کاری او موضوع چندان شگفت انگیزی به نظر نمی رسد.
پی نوشت ها :
1- از مقدمه ریچارد والرز بر کتاب مجموعه آثار رابرت هوک پس از مرگ او که در سال 1705 منتشر شد.
2- 21ژانویه سال 1665. در 15 فوریه همان سال، پپیس که یکی از اعضای انجمن سلطنتی بود و از شرکت در جلسات انجمن لذت می برد (گر چه سهم کمی در پیشبرد علم داشت) از جلسه ای گزارش داد که در کالج گرشام با شرکت «برجسته ترین افراد تشکیل شده بود. آقای بویل در این جلسه شرکت داشت و برتر از او آقای هوک که بهترین است و از همه اشخاصی که تا به حال دیده ام بدترین وضع ظاهر را دارد.» این اظهارنظر درباره مقام علمی هوک در آن دوران درست است و در عین حال از عدم توجه او به وضع ظاهری اش خبر می دهد.
3- به نقل از اسپینس
4- اما قابل توجه است که هوک چون دقیقاً از اهمیت اعتبار دادن به هر کس که لازم بود آگاهی داشت، همیشه مراقب بود (حتی با سخاوتمندی) که در انتشار آثار خود به ارزش همکارانش از جمله بویل اذعان کند. او انتظار داشت که قدر او هم شناخته شود هر چند شواهدی در دست نیست که او مدعی قدر و اعتباری بیش از آنچه سزاوار او بود، بوده باشد.
5- از کتاب «بنیان گذاران علم انگلستان»، صفحه 248.
6- این رویدادی قابل توجه بود زیرا در نیمه دوم قرن هفدهم، تعداد کمی از لکه های خورشید مشاهده شد. این رویداد با دوران سرما در اروپا که «نام عصر یخ کوچک» بر آن گذارده شد، هم زمان بود. سرما آن قدر شدید بود که رود تایمزدر چند زمستان، مخصوصاً زمستان 1683 (همان طور که از نظر جغرافیایی توسط جان اولین تشریح شده است)، یخ زد و این یخ آن قدر سخت بود که مردم روی آن چادر زدند و «بازار مکاره یخی» به راه انداختند. به احتمال بسیار قوی، رابطه ای بین وضع خورشید در این سال ها و سرمای زمین وجود داشته است.
7- از یادداشت هایی در مجموعه ژوزف هلی شافتر، کتابخانه دانشگاه شیکاگو.
