مهمترین کتاب تاریخ مکانیک

نیوتون پس از بازگشت به کالج ترینیتی در 1680، تصمیم گرفت تا مدتی دست از کیمیاگری بردارد. در لندن، مناقشه با رابرت هوک شدیدتر می شد. آیزاک می کوشید در حضور جمع عصبانی نشود. طی چند سال بعد، نامه های تندی بین
دوشنبه، 1 مهر 1392
تخمین زمان مطالعه:
موارد بیشتر برای شما
مهمترین کتاب تاریخ مکانیک
 مهمترین کتاب تاریخ مکانیک

نویسنده: مایکل وایت
مترجم: محمّدرضا افضلی


 
نیوتون پس از بازگشت به کالج ترینیتی در 1680، تصمیم گرفت تا مدتی دست از کیمیاگری بردارد. در لندن، مناقشه با رابرت هوک شدیدتر می شد. آیزاک می کوشید در حضور جمع عصبانی نشود. طی چند سال بعد، نامه های تندی بین رابرت هوک در لندن و نیوتون در کمبریج مبادله شد. هوک همواره می گفت که نظریه هایی که او و نیوتون بر سر آنها توافق دارند، ابتدا به ذهن او رسیده است. این گفته به قوانین حرکت مربوط بود که نیوتون روی آنها کار می کرد.
یک بار، هنگامی که هوک مدعی شد که یکی از نظریه های نیوتون را زودتر از او کشف کرده است، آیزاک نامه ای به دبیر انجمن سلطنتی نوشت: «هوک هیچ کاری نکرده است و باز هم طوری می نویسد که گویی او همه چیز را در مورد این نظریه می دانسته و به همه چیز اشاره کرده است، مگر آنچه می بایست با کارهای دشواری مثل محاسبه و آزمایش تعیین شود که او به دلیل کارهای دیگری که داشته، فرصت پرداختن به آنها را نیافته است: در حالی که عذر اصلی او ناتوانی از انجام این کارها بوده است».
این دو دانشمند به ندرت با یکدیگر ملاقات می کردند، مگر در جلسات انجمن سلطنتی و حتی در این جلسات نیز با سردی و سکوت با هم برخورد می کردند.
این رقابت پیامد خوبی هم داشت. نیوتون به اندازه ای از تکرار ادعای هوک مبنی بر اینکه نظریه های حرکت را او کشف کرده است، به خشم می آمد که بیش از پیش در تحقیقاتش غرق می شد.
نیوتون با وجود غرور و خشمش هنوز هم انتشار نتایج تحقیقاتش را دشوار می یافت. دوستانش همواره به او فشار می آوردند که کشفیات خود را با جهانیان در میان بگذارد، اما نیوتون همواره ادعا می کرد که هنوز آمادگی ندارد. به نظر می رسید که هیچ چیز نمی تواند نظر او را عوض کند، تا اینکه صمیمی ترین دوستش پادرمیانی کرد.

دوستی که نیوتون را متقاعد کرد

در ماه می سال 1684، قابل اعتمادترین دوست نیوتون، دانشمندی به نام ادموند هالی، سفر خاصی به کمبریج انجام داد. مأموریت او متقاعد کردن نیوتون برای انتشار نتایج تحقیق خود روی مکانیک(علم بررسی چگونگی حرکت اجسام )بود که از دوران طاعون بزرگ روی آن کار می کرد.
ابتدا نیوتون متقاعد نمی شد. او برای انتشار مطلبی نیمه تمام، یا از روی اکراه، آمادگی نداشت.
هالی به نیوتون پیشنهاد کرد که صرفاً به انتشار کتابچه ای کوچک از ایده های نیمه تمام اکتفا نکند. او به نیوتون گفت که حاضر است هزینه انتشار کتابی را در شرح همه ایده هایی که می دانست دوستش آنها را پی ریزی کرده است تأمین کند. به علاوه، او نیوتون را متقاعد کرد که اگر به سرعت دست به کار نشود، ممکن است دیگران پیش دستی کنند و ماجرای شانزده سال قبل مرکاتور تکرار شود.
ادموند هالی هنگامی حاضر به ترک کمبریج شد که نیوتون به او اطمینان داد که تمام وقت خود را به نوشتن شرحی کامل از کشفهای بزرگش اختصاص دهد.
مهمترین کتاب تاریخ مکانیک
توضیح عکس:
وقتی نیوتون آزمایشی را انجام می داد، بارها آن را تکرار می کرد تا هر نوع خطا یا نتیجه گیری اتفاقی را حذف کند. سپس یافته هایش را به طور کامل یادداشت می کرد.

اوج موفقیت علمی

نیوتون هجده ماه شب و روز کار کرد تا کتابش را کامل کند. او کمتر می خوابید و فقط هنگامی غذا می خورد که گرسنگی به اندازه ای به او فشار بیاورد که تمرکز خود را از دست بدهد.
در 28 آوریل سال 1686، سرانجام شاهکار او آماده شد. او این کتاب را اصول ریاضی فلسفه طبیعی نامید، اما معمولاً با نام اصول ریاضی به آن اشاره می شود. آن شب کتاب را به محضر انجمن سلطنتی تقدیم کرد و گزیده هایی از آن برای دانشمندان در جلسه انجمن قرائت شد، هر چند خود مولف تصمیم گرفت در این جلسه حاضر نشود.
در نظر اغلب دانشمندان، این کتاب مایه اعجاب بود. در این کتاب نظریه گرانش نیوتون، نیروی گریز از مرکز، و ارتباط این دو با هم شرح داده شده بود.
علاوه بر این ایده های قدیمی، انبوهی از افکار و پیشنهادهای نو نیز در آن گنجانده شده بود. اما مهمتر از همه این بود که اصول ریاضی شامل مطالبی بود که بعدها قوانین حرکت نیوتون نامیده شد.

لَختی

در اصول ریاضی سه قانون حرکت بیان شده است، اما قانون اول، که با مفهوم لَختی سر و کار دارد، بیشترین کاربرد را یافته است.
منظور از لَختی، تمایل اجسام به مقاومت در برابر تغییر یا حرکت است. برای به حرکت درآوردن هر جسم باید نیرویی بر آن وارد کرد تا بر لَختی غلبه کند.
به نظر نیوتون، همه اجسام به سبب لَختی خود در حالت سکون باقی می مانند یا به حرکت خود در خط مستقیم ادامه می دهند، مگر نیرویی خارجی بر آنها وارد شود.
به آسانی می توان درستی این نظر را نشان داد. اگر گویی کاملاً صاف و صیقلی را روی سطحی کاملاً هموار بغلتانیم، و باد نوزد یا نیروی دیگری بر گوی اثر نکند، از لحاظ نظری گوی می تواند تا ابد روی این سطح بغلتد.
البته، در جهان واقعی، سرعت گوی کاهش می یابد و سرانجام متوقف می شود؛ علت آن وجود نیروهای خارجی، مانند اصطکاک و جریان هواست.
درست پیش از نیوتون در حوزه مکانیک، فیزیکدان بزرگ ایتالیایی، گالیلو گالیله روی خواص اجسام در حال سقوط تحقیق کرده بود، اما هیچ کس قبل از نیوتون در این باره فکر نکرده، یا آزمایش انجام نداده بود که ببیند چرا باید بر جسم ساکن نیرو وارد کرد تا به حرکت درآید.

قوانین حرکت نیوتون

1. هر جسم به سکون یا حرکت یکنواخت خود در خط مستقیم ادامه می دهد، مگر نیرویی خارجی بر آن وارد شود.
2. هرگاه نیرویی بر جسمی وارد شود، آهنگ تغییر اندازه حرکت آن جسم با نیرو و تغییر امتداد اثر نیرو متناسب است.
3. هر عملی را عکس العملی است مساوی و مخالف با آن.
مهمترین کتاب تاریخ مکانیک
توضیح عکس:
اصول ریاضی را بزرگترین اثر علمی همه دورانها دانسته اند. این اثر بلافاصله با استقبال جوامع علمی سراسر اروپا روبه رو شد و نیوتون را بزرگترین نابغه علمی انگلستان شناختند.

خِرَد نو

امروزه مفاهیمی مانند نیرو و لَختی « بدیهیات» علمی به شمار می روند.
اما در زمان نیوتون، مفاهیم نیرو و اعمال انرژی برای غلبه بر لَختی، مفاهیمی نو بودند.
هزار سال پیش از عصر نیوتون، لیوکیپوس فیلسوف یونانی، نظریه علت و معلول را مطرح کرده بود. او نوشته بود که« هیچ چیز بدون علت روی نمی دهد، بلکه هر رویدادی علت دارد و ضرورتی وقوع آن را ایجاب می کند.»
این گفته بدیهی به نظر می رسد، اما بسیار مبهم است. نیوتون گفت که باید بر جسم نیرو وارد شود و بر لَختی آن غلبه حاصل شود تا از خود واکنش نشان دهد. او با استفاده از علم هندسه، این نظر را اثبات کرد و اثر ناشی از وارد کردن نیروهای با اندازه های متفاوت بر اجسام مختلف را پیش بینی کرد. همین وجه تمایز علم«واقعی»نیوتون با فلسفه یونانیان و شبه دانشمندانی است که تا عصر گالیله، در اوایل و اواسط قرن شانزدهم، می زیستند.
نیوتون قانونهایی را پی ریزی کرد که با استفاده از آنها، پیش بینی رویدادها با دقت چشمگیری ممکن بود.
نظریه مکانیک نیوتون نظریه ای روشمند بود و بر اساس اصولی محکم و قوانینی ساده و انکارناپذیر بنا شده بود که در مورد پیچیده ترین و مفصلترین مسائل نیز کاربرد داشت( مسائلی به پیچیدگی فرستادن فضاپیما به سیارات منظومه شمسی یا مسائلی به سادگی حرکت گوی بیلیارد روی سطح هموار میز).
اساسیترین جنبه کشفیات نیوتون این نتیجه گیری بود که هر جسم بر اثر اعمال نیروی به حرکت درمی آید یا مسیر حرکت خود را تغییر می دهد، نه به سبب بروز تغییرات داخلی در خود جسم. هواپیمای جت به پیروی از قانون سوم نیوتون حرکت می کند که می گوید:« هر عملی را عکس العملی است مساوی و مخالف با آن.» نیرویی گازهای حاصل از احتراق سوخت را از پشت موتورها بیرون می راند و نیرویی مساوی و مخالف با آن هوایپما را به جلو می راند.

مفهوم عملی

طی چند سال پس از انتشار اصول ریاضی، مفهوم لَختی، همراه با پیامدهای دو قانون دیگر، به تدریج جهان را برای مهندسان و دانشمندان دیگر تغییر داد.
مهندسان و دانشمندان قوانین نیوتون را در طرحهای خود برای ماشینها و اسبابهای علمی، ساعت و وسایل چرخ دار و هر چیز دیگری که قطعات متحرک داشت، به کار گرفتند. در اغلب موارد، می توانستند قبل از ساختن ماشینی، به کمک قوانین نیوتون تعیین کنند که آیا آن ماشین درست کار خواهد کرد یا نه.
آیزاک نیوتون بنیان عصری نوین را از اختراعات علمی را پی ریزی کرد که سرانجام به انقلاب بزرگ صنعتی منتهی شد. در قرن نوزدهم ایزامبارد کینگدام برونل، مهندس انگلیسی، با استفاده از قوانین حرکت نیوتون توانست کشتیهای بخار متعدد و پلهای معلق بی شمار بسازد.
اگر قوانین نیوتون حرکت نیوتون نبود، جیمز وات نمی توانست، کمتر از صد سال پس از انتشار اصول ریاضی، نخستین ماشین بخار قابل استفاده را بسازد و اگر ماشین بخار نبود، شبکه راه آهن جهان هرگز ساخته نمی شد.

کاربردهای جدید

معماران و ساختمان سازان نیز از اصول ریاضی بهره زیادی برده اند. قوانین نیوتون هنوز اساس مهندسی مکانیک مدرن به شمار می روند. تقریباً همه کسانی که در حوزه های مختلف علمی کار می کنند، از تکنیسینهای چاه نفت تا مهندسان فضا و از طراحان اتومبیل تا سازندگان ماهواره، از این قوانین استفاده می کنند.
وقتی موشکی به ماه سفر می کند، درست طبق آنچه در اصول ریاضی آمده است، آن را چنان طراحی کرده اند که بتواند بر لَختی غلبه کند. موشک را با استفاده از موتورهای قدرتمند به مدار زمین می فرستند، اما در فضا نیروی اصطکاک یا مقاومت هوا وجود ندارد تا سرعت آن را کاهش دهد. بنابراین مهندسانی که در مرکز کنترل زمینی مستقرند، موتور کمکی کوچکی را که در کنار موشک نصب شده و موشک سرعت گیر نام دارد روشن می کنند. این موشک، فضا پیما را در مسیر حرکت به سوی ماه قرار می دهد. چون همه اجسام حرکت در خط مستقیم را ادامه می دهند، مگر اینکه نیرویی خارجی بر آنها تأثیر کند، فضا پیما حرکت به طرف ماه را ادامه می دهد تا به آن برسد. پس از روشن شدن اولیه، دیگر به نیروی کشش نیاز نیست و حرکت در فضا چنان آسان است که اگر در هنگام نزدیک شدن فضاپیما به ماه موشک کمکی دیگری نیرویی در جهت مخالف بر آن وارد نکند و سرعت فضاپیما را کاهش ندهد، فضاپیما به سطح ماه برخورد خواهد کرد.
در اصول ریاضی آیزاک نیوتون فقط قوانین حرکت حاکم بر عالم شرح داده شده بود، اما بسیاری از دانشمندان آن را بزرگترین دستاورد علمی و برترین اثر در تاریخ علم دانستند.
اما یک نفر بود که در شور و علاقه جهانیان به خاطر اصول ریاضی سهیم نبود؛ او کسی نبود بجز رابرت هوک.
هوک به سبب مطالب اصول ریاضی سخت به نیوتون حمله کرد. هوک مدعی بود که نیوتون ایده گرانش را از او به سرقت برده است و قانون عکس مجذور در گرانش ( که ستون اصلی کار نیوتون بود) از ابداعات اوست.
هر یک از رقبا در انجمن سلطنتی ( و در بقیه جامعه علمی اروپا) طرفدارانی داشت. پس از ماهها مشاجره سخت در نامه ها و بحثهای مختلف بین همکاران، سرانجام هنگامی که اغلب هم ترازان رابرت هوک آرای او را بی اعتبار اعلام کردند، نیوتون برنده شد.
منبع: وایت، مایکل؛ (1389)، آیزاک نیوتون: کاشف قوانین حاکم بر عالم، محمد رضا افضلی، تهران، مؤسسه فرهنگی فاطمی، چاپ دوم، 1389.

 

 



ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.