کتاب بزرگ طبیعت

کتاب بزرگ طبیعت به زبان ریاضی نوشته شده است
گالیله (1622-1564)
سقراط حکیم گفته است: «دانش من به آن اندازه رسیده است که می دانم که هیچ نمی دانم.» اما شاید به جای کلمه ی «هیچ نمی دانم» بهتر باشد که کلمه ی «کمی می دانم» به کار گرفته شود چون بیان همین مطلب خودش گونه ای دانایی است که به آسانی به دست نمی آید. انسان ها؛ این موجودات متفکر جهان هستی، از نظر میزان دانایی نسبی خود، از یکدیگر متفاوت به نظر می رسند، ولی از نظر غوطه وری در نادانی مطلق، باهم هیچگونه اختلافی ندارند.
بهترین راه فراگرفتن هر علمی شاید آن باشد که درست همان راه را بپیماییم که سراسر پیشرفت آن علم پیموده است. به همین دلیل در بررسی و شناخت تکامل تئوری های اتمی بی آنکه خود را در کوچه پس کوچه های جزئیات سردرگم سازیم، به شرح مسیر اصلی و تاریخچه ی جستجوهای بشر پرداخته ایم. بدیهی است هنگامی که انسان از ارتفاعات ناشناسی نخستین بار بالا می رود، نباید انتظار داشته باشد که بطور حتم کوتاهترین راه را بپیماید، ولی اغلب زمانی که به قله می رسیم، متوجه خواهیم شد که صعود می توانست ساده تر نیز انجام گیرد. با همین قیاس، مسیر تکامل تئوری های اتمی به شکل خطی راست و مستقیم نیست، بلکه دارای پیچ و خم های زیادی است. گاهی اوقات به نظر می رسد که بسیاری از این اکتشافات به طور تصادفی صورت گرفته اند، ولی به قول لویی پاستور: «تصادفات فقط با مغزهای آماده سخن می گویند.»
آلبرت آینشتاین می نویسد: «جهان هستی با تمام عظمتش، مستقل از ما وجود دارد و همچون معمایی عظیم و جاودانی در برابر ما قد برافراشته است. ولی فقط برخی از جزئیات آن در دسترس ادراک و منطق ماست... بررسی این عالم به نظر من یک نوع آزادی و سبکباری است. به زودی متوجه شدم که بسیاری از کسانی که برایشان ارزش و قدری قایل بودم، آزادی داخلی و صفای نفس خود را در این یافته اند که به کشف اسرار هستی مشغول شوند. اندیشه ی من نیز آغشته به این مسأله است و با تمام قدرتم به کشف واقعیت های عینی این جهان می پردازم. برای من این مسأله عالی ترین هدف است. کسانی که چنین می اندیشند، خواه از معاصران و خواه از قدما، تنها یاران باوفای من هستند... انسانی را که دست تقدیر برگزیده است تا تئوری خلاق و با شکوهی را تقدیم جهان سازد، نیازی به ستایش آیندگانش ندارد. همان خلاقیت او نفع قابل ملاحظه تری به او ارزانی داشته است.»
هایزنبرگ؛ یکی از کاشفان اسرار طبیعت، در مورد حالات خود، هنگام کشف نهایی معادلاتش چنین می نویسد: «... سرانجام شب فرا رسید، و من توانستم محاسبه ی انرژی عضوهای جداگانه ی جدول انرژیتیک و یا به قول امروزی ها؛ ماتریس انرژی را آغاز کنم، هیجانی که سراپای وجودم را فراگرفته بود مانع از تمرکز فکریم می شد و به همین علت پشت سر هم اشتباه می کردم. سرانجام ساعت سه بعد از نیمه شب بود که به نتیجه ی نهایی دست یافتم. در لحظات اولیه دستخوش هراس گردیدم... وقتی فکر می کردم که من مالک تمام این گنجینه های ساختمان ظریف ریاضی هستم که دروازه ی طبیعت در برابرم گشوده است، از شوق در پوست نمی گنجیدم. خواب دیگر به کلی از سرم پریده بود و حتی به آن فکر هم نمی کردم. کم کم که سپیده سر می زد از خانه خارج شدم و به سوی انتهای جنوبی جزیره روان گشتم، آنجا که صخره ای سر از دریا بیرون کشیده بود. بی هیچ زحمت خاصی بر رأس آن صعود کردم و در انتظار طلوع آفتاب نشستم.»
به هر حال وقتی بیابانگرد بدوی اسب خود را با آهن داغ، علامت می گذاشت، نمی دانست که طیف تشعشعات آهن از فرمول پلانک پیروی می کند. هنگامی که اسبش را در رودخانه شستشو می داد، بی خبر بود که در مولکول های آبی که بدن اسبش را می شوید، دو اتم هیدروژن با یک اتم اکسیژن تحت زاویه ای در حدود 105 درجه با یکدیگر ترکیب شده اند. بالاخره وقتی که او بدن اسبش را در آفتاب خشک می کرد، نمی دانست خشک شدن بدن اسبش، به سبب برخورد فوتون ها با پیکر اسب است.
از دیروز تا امروز، و از امروز تا هزاران سال بعد، طبیعت چندان تغییری نکرده است، و نخواهد کرد. خورشید همیشه از مشرق طلوع می کند، آب در صفر درجه یخ می بندد و آهن سرخ شده کم کم سرد می شود. ولی این مطلب نیمی از حقیقت را در بر دارد، زیرا که امروزه حقایق زیادتری را از طبیعت می دانیم، و به جای درماندگی در برابر پدیده های طبیعت آنها را کم و بیش به استخدام خود در آورده ایم، و قادریم که بسیاری چیزها را مشابه، و حتی خیلی بهتر از آنچه که در طبیعت وجود دارد، بسازیم.
نیاکان فیلسوف ما در طی هزاران سال اندیشه و تفکر به چهار اصل زیر معتقد شده بودند:
1- جهان از چهار عنصر آب، خاک، آتش و هوا درست شده است.
2- مواد این جهان چهار عنصری، از اتم های مختلف و غیرقابل تجزیه ای تشکیل شده اند.
3- دو نیروی مختلف (مانند نیروهای نرینه و مادینه) و یا دو نیروی متضاد(مانند نیروهای خیر و شر) اتم ها و عناصر را به یکدیگر نزدیک و یا از همدیگر جدا می سازند. نیروهای یین و یانگ در فرهنگ کهن چین، نیروهای ایزاناگی و ایزانامی در فرهنگ کهن ژاپن، نیروهای ایزیس و اوزیریس در فرهنگ مصر باستان، نیروهای کین و مهر در فرهنگ یونان باستان، و نیروهای سپنتامینو (اهورامزدایی) و انگره مینو (اهریمنی) در فرهنگ ایران باستان از جمله ی این نیروها به شمار می روند.
4- کره ی زمین مرکز جهان است و همه ی اجرام آسمانی به دور آن می چرخند.
اما در مورد این اصول، در طول سیصد سال اخیر، دانشمندان به ویژه شیمیدانان و فیزیکدانان و ستاره شناسان به نتایج دیگری به شرح زیر رسیده اند:
1- آب، خاک، آتش و هوا عنصر نیستند و هر یک از عناصر مختلفی تشکیل شده اند. تعداد عناصر تشکیل دهنده ی جهان، بیش از صد عنصر می باشد(عناصر جدول تناوبی مندلیف).
2- همه ی عناصر طبیعت، از اتم ها تشکیل شده اند. هر یک از اتم ها نیز از الکترون ها، و هسته (شامل پروتون ها و نوترون ها) ساخته شده است (مدل اتمی بور). پروتون ها و نوترون ها نیز از ذراتی به نام کواراک تشکیل شده اند.
اختلاف اتم های هر یک از عناصر، فقط در تعداد الکترون ها و پروتون ها و نوترون هایشان می باشد. کیمیاگران جهان، قرن ها در جستجوی ماده ای به نام کیمیا بودند تا بتوانند با کمک آن مس را به طلا تبدیل کنند. این آرزوی خام آنها، مستلزم دو مطلب است: الف- افزودن 50 الکترون، 50 پروتون و 83 نوترون به هر یک از اتم های مس. ب- توانایی فنی جهت افزودن این تعداد ذرات به اتم های مس.
3- چهار نیروی گرانش، الکترومغناطیسی، هسته ای قوی و هسته ای ضعیف بر جهان مادی حاکم هستند.
4- زمین نه تنها مرکز جهان نیست، بلکه یکی از سیارات منظومه ی شمسی است که به دور ستاره ی خورشید می گردد. منظومه ی شمسی نیز همانند هزاران منظومه ی دیگر کهکشان راه شیری، به دور مرکز جرم این کهکشان می چرخد.
با توجه به چندین دلیل، از جمله سرعت دور شدن ستارگان و کهکشان ها از یکدیگر، احتمال داده می شود که در حدود 15 میلیارد سال پیش، همه ی مواد جهان در یک نقطه ی بسیار چگال و داغ مجتمع بوده اند(گوی آتشین) که با یک انفجار بزرگ از یکدیگر دور شده اند. این ذرات در طول دور شدن، بر اثر وجود نیروی گرایش و سردشدن تدریجی خود؛ اتم ها، مولکول ها، ستارگان، سیارات، کهکشان ها و سایر اجرام آسمانی را تشکیل داده اند. (تئوری انفجار بزرگ). سرنوشت آینده ی جهان (یعنی دور شدن ابدی اجرام آسمانی یا تجمع دوباره ی آنها در یک نقطه) به دو چیز بستگی دارد: الف-مقدار سرعت دور شدن اجرام آسمانی (ناشی از انرژی انفجار بزرگ) و ب- مقدار نیروی گرانش اجرام آسمانی (ناشی از جرم مواد سازنده ی جهان).
در سال 1954 سازمان اروپایی پژوهش های هسته ای (سرن) در مرز سوئیس و فرانسه تأسیس گردید. این سازمان بزرگترین شتاب دهنده ی ذرات بنیادی جهان را با کمک بسیاری از کشورها از جمله ایران احداث نموده است. دانشمندان در این شتاب دهنده، ذراتی مانند پروتون ها را به سرعتی نزدیک به سرعت نور رسانده و با یکدیگر تصادم می دهند تا بتوانند از نتایج این تصادم ها، اطلاعات بیشتری در مورد موضوعاتی مانند جنس ذرات بنیادی، ماهیت نیروهای حاکم بر جهان و چگونگی پدیده ی انفجار بزرگ به دست آورند.
نکته ی آخر آن که در هر زمانی، پیشتازان علوم همواره برخلاف دیگران، به ارزش های خاصی اعتقاد داشته و دارند، تا آنجا که روزی دموکریتوس (370-460ق.م) گفته است: «کشف و فهم یکی از قوانین طبیعت را بر پادشاهی و امیری ترجیح می دهم.»‌
منبع :ارزنده نیا، محمد، (1387) اتم و الفبای کتاب طبیعت، تهران: اطلاعات، کتابهای سپیده، چاپ سوم