تاریخ و فلسفه علم

علم فیزیک رفتار و اثر متقابل ماده ونیرو را مطالعه می کند . مفاهیم بنیادی پدیده های طبیعت تحت عنوان قوانین فیزیک مطرح می شوند .این قوانین توسط ریاضی فرمولبندی می شوند به طوری که قوانین فیزیک و روابط ریاضی با هم در توافق بوده و مکمل هم هستند .
از روزگار باستان مردم سعی می کردند رفتار ماده را بفهمند و بدانند که چرا مواد مختلف خواص متفاوت دارند ؟ چرا برخی مواد سنگینترند و..... و همچنین جهان ، تشکیل زمین و رفتار اجرام آسمانی مانند ماه و خورشید برای همه معما بود .
در این تحقیق سیر تاریخی علم فیزیک را در دوره های زمانی مورد بررسی قار می دهیم :
1 – فیزیک در قرون اولیه :
1- 1فیزیک افلاطون
2- 1فیزیک آناکساگوراس
3- 1فیزیک لئوکیپوس و دموکریتوس
4- 1فیزیک ارسطو
5- 1فیزیک در چین
6- 1فیزیک در عرب
7- 1فیزیک در هند

2- فیزیک در قرون وسطی و  رنسانس
1-2 فیزیک در قرون وسطی( نور شناسی- مکانیک و مغناطیس ) 
     2-2فیزیک از رنسانس تا انقلاب علمی(مکانیک – مغناطیس– نور شناسی )  
 
3- فیزیک در قرون اخیر:
1-3 فیزیک در قرن هفدهم و هجدهم 
2-3 فیزیک در قرن نوزدهم
3-3 فیزیک در قرن بیستم

1 – فیزیک در قرون اولیه :
1-1 فیزیک افلاطون :
نظریات فیزیکی افلاطون در تیمائوس ، یگانه محاوره "علمی "  افلاطون ، مندرج است . احتمالا این رساله وقتی نوشته شده است که افلاطون در حدود هفتاد سالگی بود و طرح آن برای اینکه  نخستین اثر سه بخشی ،تیمائوس و کریتیاس  و هرموکراتس، باشد  ریخته شده بود .
افلاطون بی شک دلیل مهم دیگری برای نوشتن تیمائوس داشت ، یعنی نشان دادن  اینکه جهان منظم و سازمان یافته کار و اثر"عقل" است و نیز اینکه انسان هم از جهان معقول و هم از جهان محسوس بهره مند است وی مسلم میداند که " عقل همه چیزها را نظم می بخشد ".
افلاطون به ارائه بیانی از پیدایش جهان می پردازد . دنیای محسوس در حال شدن است " آنچه می شود بالضروره باید به واسطه فعل علتی بشود " .فاعل مورد بحث صانع الهی یا دمیورژ است . او آنچه را در بی نظمی و در حرکت نا منظم " بر گرفت " و به نظم در آورد و دنیای مادی را بر طبق نمونه ازلی و ابدی و ایدئال شکل داد و آن را به صورت "یک موجود زنده دارای نفس و عقل " از روی نمونه "مخلوق زنده "ایدئال ساخت یعنی صورت یا مثالی که حاوی صور "نژاد آسمانی خدایان "موجودات بالداری که در هوا پرواز می کنند آنچه در آب سکونت دارد و نوعی که با پای خود بر زمین خشک حرکت می کند ".
افلاطون خاطر نشان می کند که از چهار عنصر (خاک ، هوا ، آتش و آب ) از آنجا که دائماٌ تغییر می کنند نمی توان به عنوان جواهر سخن گفت : "زیرا آنها از دست ما می گریزند و منتظر نمی مانند که به عنوان "آن " یا "این " یا  با هر عبارتی که آنها را دارای وجودی پاینده نمایش دهد توصیف شوند ." بهتر است که آنها را کیفیات نامیده شوند ،که در "پذیرنده " ظاهر می شوند ، که در آن پذیرنده همه آنها پیوسته به وجود می آیند ، پدیدار می شوند و دوباره از آن ناپدید می شوند " . افلاطون به چهار عنصر نخستین شکل هندسی می دهد او اشیا را تنها تا آنجا که به مثلث بر می گردند در نظر می گیرد و بدین منظور قائم الزاویه متساوس اساقین (نصف مربع ) و قائم الزاویه مختلف الضلاع یا نصف متساوی الاضلاع را انتخاب می کند، که از آنها مربع و سطوح متساوی الا ضلاع اجسام ساخته می شود . (اگر کسی بپرسد چرا افلاطون با مثلثها آغاز می کند ،او جواب می دهد که "مبادی و اصولی از این ذورتر را خدا می داند و کسانی که نزد خدا گرامی اند " در قوانین اشاره می کند که تنها وقتی اشیا   "برای حس قابل درک " میشوند که به بعد سوم دست یافته شود . بنابراین برای مقاصد شرح و نمایش کافی است که با سطح یا بعد دوم آغاز کنند ،و کاری به اصول دورتر نداشته باشد .) آنگاه اجسام ساخته شدند ،مکعب به خاک تخصیص و نسبت داده شده است (زیرا از همه بیحرکت تر است یا حرکت آن دشوار است ) هرم به آتش (زیرا متحرکترین است که دارای "تیزترین لبه های برنده و تیز ترین نوک در هر جهتی است ") هشت وجهی به هوا ، و بیست وجهی به آب . این اجسام به قدری کوچکند که هیچ یک از آنها به تنهایی برای ما درک کردنی نیست،هرچند توده گرد آمده ای از آنها نا محسوس است...

اوتجسم خرد ناب بود، استادى كه انگليسى را با لهجه آلمانى تكلم مى كرد، كسى كه چهره اش به عنوان يك كليشه خنده دار در هزاران عكس و فيلم به نمايش درآمده است. سيماى منحصر به فرد او با آن موهاى بلند و آشفته بلافاصله قابل تشخيص بود، نظير «ولگرد كوچك» اثر ماندگار «چارلى چاپلين» كمدين مشهور سينماى جهان. چهره او به اندازه همان خانم هاى شيك پوشى كه در تالارهاى مجلل برلين و هاليوود مثل پروانه دور او مى چرخيدند شناخته شده بود. بااين حال ، او به طرز غير قابل تصورى عميق بود نابغه اى بين نوابغ ديگر كه صرفاً با انديشيدن توانست دريابد كه جهان با آنچه به نظر مى رسيد تفاوت دارد. حتى اكنون دانشمندان در مواجهه با نظريات عالمانه او مثل نظريه «نسبيت عام» اظهار شگفتى مى كنند. «ريچارد فينمن» كه خود در زمره دانشمندان برجسته معاصر بود در اين باره گفته است: من هنوز نمى توانم بفهمم كه او چطور به اين موضوع مى انديشيد.» اما فيزيكدان بزرگى كه ما در اينجا از او سخن مى گوييم به طرز شگفت انگيزى ساده رفتار مى كرد. مثلاً او عادت داشت كه كراوات ها و جوراب هايش را با عرقگيرها و زيرپيراهنى هاى پروانه اى عوض كند. او كلمات قصار پُرمغزى را بر زبان جارى مى ساخت و به آسانى حل معادلات رياضى قادر بود تا اشعار نامربوط بسرايد.  بازى پرتاب حلقه ها او را مشغول مى كرد،ضمن اينكه او همواره تلاش مى كرد تا به اشكال مختلف خود را به عنوان يك يهودى پاكدل يا يك هنرمند پُرآوازه بشناساند. هر كارتون سازى آرزو مى كرد تا مدلى همانند او داشته باشد. ايده هاى او درست همانند ايده هاىداروين» (ديرينه شناس برجسته) غوغايى در جهان دانش بر پا مى كرد و عملاً فرهنگ معاصر، از نقاشى تا شعر، راتحت تأثير قرار مى داد. در آغاز، حتى بسيارى از دانشمندان مفهوم واقعى «نسبيت» را درك نمى كردسخن كنايه آميز و بديع «آرتور ادينگتون» متخصص بذله گوى فيزيك نجومى است كه وقتى از او پرسيده شد «آيا درست است كه فقط سه نفر مفهوم نسبيت را درك كرده اند» پاسخ داد «من دارم تلاش مى كنم بفهم كيست.» به طور كلى، نگاه جهانيان به مفهوم «نسبيت» نگاهى منتظرانه و خيره شونده بود. براىانديشمندان بزرگ دهه ۱۹۲۰ از «دادائيست» ها تا «كوبيست» ها و حتى فرويدين ها (طرفداران نظريات زيگموند فرقضيه تا حدى فرق مى كرد. اينان «نسبيت» را منطبق بر واقعيت هاى امروز جهان يافته بودند و نگاه ايشان  بازتاب دهنده چيزى بود كه «ديويد كاسيدى» مورخ برجسته حوزه دانش به اختصار آن را «چشم انداز معاصرمى ناميد: «خزان حكومت هاى استبدادى، تحولات گسترده در قلمرو نظم اجتماعى و درواقع هر آنچه درقرن بيستم دچار آشوب و تلاطم شد.تأثيرات برانگيزاننده «اينشتين» نابغه علمى قرن بيستم بر پندارهاى عمومى در سراسر زندگى او و پس از آن ادامه پيدا كرد. آرامگاه ترسناك او به آهن ربايى براى جذب پويندگان راه دانش و آگاهى تبديل شد. قيم هاى «اينشتين» محرمانه خاكسترهاى جسد او را در هوا پراكندند. اما آنها شكست خوردند، لااقل تا اندازه اى، توسط يك آسيب شناس زرنگ كه  مغز «اينشتين» را بيرون كشيد تا شايد در آينده بتواند رازهاى نبوغ ذاتى او را كشف كند. همين چند سال پيش بود كه عده اى از محققان كانادايى با بررسى بقاياى نمك سود شده مغز «اينشتين» دريافتند كه نرمه جانبىبزرگتر از حد معمول بوده است. گفتنى است كه اين قسمت از مغز انسان به عنوان مركزى براى انديشيدن پيرامون  محاسبات و شبيه سازى هاى فضايى نقش حساسى را ايفا مى كند. اما دانشمندان به همين اندازه بسنده نكرده اند و دستنوشته هاى قديمى «اينشتين» را براى پى بردن به ابعاد واقعى نبوغ او مورد مطالعه قرار داده اند. اين حقايق  نامكشوف سرانجام پس از سال ها مقاومت قيم هاى «اينشتين» كه ظاهراً اشتياق فراوانى به مخفى نگهداشتن نبوغ نظريه «نسبيت» نشان داده اند در حال آشكار شدن است. بر خلاف كاريكاتور خنده آورى كه «اينشتين» را با موهايي ژوليده و بدون آرايش به تصوير كشيده و همواره دختركان محصل را در انجام تكاليف خانگي درس رياضي و تحقق عيني هر هدف ارزشمندي ياري داده است«آلبرت» آنگونه كه اسناد مربوطه نشان مى دهند مردي بوده كه زندگي شخصي مغشوش اش تفاوت هاى بارزى با انديشه هاى روشن او پيرامون جهان هستى داشته است. او قادر بود تا گاهى خونگرم و گاهى خونسرد باشد؛ او پدرى بسيار مهربان و شيفته فرزندان خود بود اما معمولاً دور از محيط خانواده حضور داشت؛ او همسرى فهميده براى بانوى سختگير خانه بود...

 
در اواخر قرن نوزدهم دانشمندان تصور مي كردند به توصيـف كامل گيتي نزديك شده اند. آنان مي پنداشتند كه فضا در همه جا با واسطه اي پيوسته به نام اتر پر شده است. پرتوهاي نور و علائم راديويي، امواجي در اتر بودند، درست همان گونه كه صوت، امواج فشار در هواست. تنها چيزي كه براي تكميل نظريه لازم بود، اندازه گيري دقيق ويژگي هاي كشساني اتر بود؛ پس از تعيين اين ويژگي ها، همه چيز در جاي خود قرار مي گرفت.
اما به زودي و به تدريج، مغايرت هايي با انديشه اتر همه جاگير پديدار گرديد. انتظار مي رفت نور در اتر با سرعت ثابتي حركت نمــــايد. مثلاً، اگر در جهت نور حركت مي كرديد، انتظار داشتيد سرعت آن كم تر به نظر برسد، و اگر در خلاف جهت نور حركت مي كرديد، انتظار داشتيد سرعت آن بيشتر به نظر آيد. اما به رغم آزمايش هاي متعدد، تلاش به منظور يافتن مدركي براي تغيير سرعت نور در اثر حركت در اتر، ناكام ماند.
دقيق ترين آزمايش ها توسط آلبرت مايكلسون و ادوارد مورلي در سال 1887 در مؤسسه كيس كليولند در اوهايو انجام گرديد. آن ها سرعت نور را در دو باريكه كه نسبت به يكديگر داراي زاويه قائمه بودند، مقايسه نمودند. آن ها چنيـــن استدلال مي كردند كه زمين با چرخش به دور محور خود و گردش به گرد خورشيد، از ميان اتر مي گذرد و سرعت نور در اين دو باريكه بايد متفاوت باشد. اما مايكلسون و مورلي اختلاف روزانه يا سالانه اي ميان دو باريكه نور نيافتند. گويي نور، در هر جهتي كه حركت كني، نسبت به تو با سرعتي ثابت حركت مي كند.
فيزيكدان ايرلندي، جرج فيتزجرالد و فيزيكدان هلندي ديويد لورنتز، نخستين كساني بودند كه گفتند اجسامي كه در ميان اتر حركت مي كنند، منقبض مي شوند و ساعت ها كُند مي گردند. اين انقباض و كندشدگي (اتساع) چنان است كه هركسي به هر نحو كه نسبت به اتر ، كه فيتزجرالد و لورنتز آن را ماده اي واقعي مي پنداشتند، حركت كند، سرعت ثابتي را براي نور اندازه گيري خواهد نمود.
اما، اين كارمند جوان اداره ثبت اختراعات سويس در برن به نام آلبرت اينشتاين بود كه اتر را كناري نهاد و مسئله سرعت نور را يك بار براي هميشه حل كرد. او، در ژوئن 1905، يكي از سه مقاله اي را نوشت كه وي را به عنوان يكي از دانشمندان برجسته جهان معرفي كرد- و در اين راستا دو انقلاب مفهومي را آغاز نمود كه فهم ما را از زمان، فضا و واقعيت تغيير دادند.
در مقاله 1905، اينشتاين نوشت حال كه نمي توان آشكار ساخت كه آيا در اتر حركت مي كنيم يا خير، اصلاً مفهوم اتر زيادي است. در مقابل، اينشتاين از اين اصل آغاز كرد كه قوانين علم بايد به ديده همه ناظراني كه آزادانه حركت مي كنند، يكسان بنمايند. به ويژه، ناظران به هر شيوه اي كه حركت كنند، بايد همه يك سرعت را براي نور اندازه گيري نمايند.
اين، مستلزم رها كردن اين انديشه بود كه كميتي عام موسوم به زمان وجود دارد كه همه ساعت ها اندازه مي گيرند. هر كس، زمان شخصي خود را داشت. ساعت هاي دو نفر در صورتي با هم هماهنگ بودند كه آن دو نسبت به يكديگر در حال سكون باشند و نه اين كه حركت نمايند. اين نكته با چند آزمايش تأييد شد، از جمله آزمايش با ساعت بسيار دقيقي كه دور جهان گردانده شد و سپس با ساعتي كه در محل ساكن مانده بود، مقايسه گرديد. اگر مي خواستيد بيشتر زندگي كنيد، مي توانستيد به سوي شرق پرواز كنيد تا سرعت هواپيما به سرعت چرخش زمين افزوده شود. اما خوردن غذاي هواپيما همان و از ميان رفتن آن كسر بسيار كوچكي از ثانيه كه به عمرتان افزوده مي شد، همان.
اصل موضوعه اينشتاين كه قوانين طبيعت بايد به ديده تمام ناظراني كه در حركت آزاد هستند، يكسان بنمايد، مبناي نظريه نسبيت بود كه از آن رو چنيــــن ناميده مي شود كه حكايت از آن دارد كه فقط حركت نسبي مهم است. زيبايي و سادگي آن براي بسياري از دانشمندان و فيلسوفان متقاعدكننده بود. اما مخالفت هاي بسياري هم به جاي مانده بود. اينشتاين دو مطلق علم قرن نوزدهم را واژگون كرده بود: سكون مطلق كه با اتر نمايش داده مي شد و زمان مطلق يا عامي كه تمام ساعت ها اندازه گيري مي نمودند. مردم مي پرسيدند آيا اين بدان معناست كه معيار اخلاقي مطلقي وجود ندارد، كه همه چيز نسبي است؟
اين ناراحتي در دهه 1920 و 1930 ادامه يافت. هنگامي كه در سال 1921 جايزه نوبل به اينشتاين داده شد، اين امر به دليل كار مهم- اما با معيارهاي اينشتاين، جزئيِ- ديگري بود كه در سال 1905 انجام داده بود. به نسبيت، كه تصور مي رفت بسيار بحث برانگيز است، اشاره اي نشد. هنوز هم من هفته اي دو يا سه نامه دريافت مي كنم كه مي گويند اينشتاين اشتباه كرده است. با اين همه، اكنون، جامعه علمي نظريه نسبيت را به طور كامل پذيرفته است و پيش بيني هاي آن در كاربردهاي بيشمار تصديق شده اند.
يكي از نتايج مهم نسبيت، رابطه ميان جرم وانرژي است. اين اصل اينشتاين كه سرعت نور بايد به ديده همه يكسان باشد، نشان مي داد كه هيچ چيز نمي تواند از نور سريع تر حركت نمايد. آن چه روي مي دهد اين است كه با مصرف انرژي براي شتاب دادن به ذره يا سفينه، جرم شيء افزايش مي يابد و شتاب بيشتر دادن به آن را دشوارتر مي سازد. شتاب دادن به ذره تا سرعت نور ناممكن است زيرا به مقداري نامتناهي انرژي نياز دارد. هم ارزي جرم و انرژي به اختصار در معادله مشهور اينشتاين، 2mc= E نشان داده مي شود، كه شايد تنها معادله فيزيك باشد كه مردم كوچه و خيابان هم آن را مي دانند.
از جمله نتايج اين قانون آن است كه با شكافت هسته اتم ارانيوم به دو هسته با مجموعِ جرمي كه اندكي كمتر است، مقدار زيادي انرژي رها مي شود. در سال 1939، با شعله ور شدن آتش جنگ، گروهي از دانشمندان كه به نتايج اين امر پي برده بودند، اينشتاين را وادار كردند كه بر ترديدهاي صلح آميز خود غلبه نمايـد و نامه اي براي رئيس جمهور روزولت بنويسد و در آن از وي بخواهد كه ايالات متحده برنامه تحقيقات هسته اي را آغاز نمايد. اين، به پروژه منهاتان و بمب اتمي اي منتهي گرديد كه در سال 1945 بر فراز هيروشيما منفجر شد. برخي، اينتشاين را به دليل بمب اتمي سرزنش مي نمايند، زيرا او بود كه رابطه ميان جرم و انرژي را كشف كرد. اما مثل آن است كه نيوتن را به دليل كشف گرانش كه موجب سقوط هواپيـــماها مي گردد، سرزنش كنند. اينشتاين در پروژه منهاتان نقشي نداشت و انفجار او را وحشت زده كرد.
هرچند نظريه نسبيت به خوبي در چارچوبِ قوانين حاكم بر الكتريسيته و مغناطيس قرار مي گرفت، اما با قانون گرانش نيوتن سازگار نبود. اين قانون مي گفت اگر توزيع ماده را در يك منطقه از فضا تغيير دهيد، تغيير در ميدان گرانشي در هرجاي ديگري در گيتي بلافاصله احساس خواهد شد. اين نه تنها بدان معنا بود كه مي توانيد علائمي با سرعتي بيش از سرعت نور ارسال كنيد (امري كه نسبيت منع مي كرد)، بلكه نيازمند زمان مطلق يا عامي نيز بود كه نسبيت آن را به نفع زمان شخصي يا نسبيتي كنار گذاشته بود.
اينشتاين، در سال 1907 كه هنوز در اداره ثبت اختراعات برن بود، از اين دشواري آگاهي داشت، اما تا سال 1911 كه به دانشگاه آلماني پراگ آمد، تفكر جدي در باره اين مسئله را آغاز نكرده بود. او دريافت كه ميان شتاب و ميدان گرانشي رابطه نزديكي وجود دارد. كسي كه در اتاقكي بسته نشسته است، نمي تواند بگويد آيا در ميدان گرانشي زمين در حال ســـكون است، يا موشكي در فضاي آزاد به او شتاب مي دهد. (اين به دوران پيش از «پيشتازان فضا» مربوط مي شود، اينشتاين مردم را به جاي سفينه در آسانسور تصور مي كرد. اما شما نمي توانيد قبل از وقوع فاجعه در آسانسور، مسافت زيادي را براي شتاب گرفتن طي كنيد يا آزادانه سقوط نماييد).
اگر زمين تخت بود هم مي توانستيد بگوييد سيب به دليل گرانش روي سر نيوتن افتاد و هم مي توانستيد بگوييد سر نيوتن به سيب برخورد كرد زيرا او و سطح زمين به سوي بالا شتاب مي گرفتند. اما، به نظر نمي رسد كه اين هم ارزي ميان شتاب و گرانش براي زمين كروي چندان مفيد باشد؛ مردم طرف ديگر جهان مي بايست در جهت مخالف شتاب بگيرند، اما در فاصله ثابتي نسبت به ما باقي بمانند.
اينشتاين با بازگشت به زوريخ در سال 1912، با توفاني مغزي روبرو گرديد. او دريافت اگر در هندسة واقعيت انعطافي وجود داشته باشد، ممكن است هم ارزي شتاب و گرانش مفيد باشد. اگر جا-گاه -- چيزي كه اينشتاين ابداع نموده بود تا سه بُعد آشناي زمان را با بُعد چهارم يعني زمان، در هم آميزد-- خميده بود و نه آن گونه كه تصور مي شد، تخت، چه؟ تصور وي اين بود كه جرم و انرژي جا-گاه را به شيوه اي كه هنوز مي بايست آن را تعيين نمايد، خميده مي سازند. اشيائي مانند سيب و سياره تلاش مي كنند در جا-گاه در مسير مستقيم حركت نمايند، اما چنين مي نمايد كه ميدان گرانشي مسير آن ها را خميده مي سازد، زيرا جاگاه خميده است.
اينشتاين با كمك دوست خود. مارسل گروسمان، نظريه فضاها و رويه هاي خميده را مطالعه كرد كه برنارد ريمان چونان بخشي از رياضيات انتزاعي و بدون تصور اين كه به جهان واقعي ربطي داشته باشد، پديد آورده بود. در 1913، اينشتاين و گروسمان مقاله اي نوشتند و در آن اين انديشه را مطرح ساختند كه ما نيروهاي گرانشي را چونان نِمود اين حقيقت مي دانيم كه جا-گاه خميده است. اما به دليل اشتباه اينشتاين (كه انسان بود و جايزالخطا) نتوانستند معادلاتي را بيابند كه انحناي جا-گاه را به جرم و انرژي درون آن مرتبط سازد.
اينشتاين در برلين، به دور از مسائل داخلي و عمدتاً فارغ از جنگ، به كار ادامه داد تا سرانجام در نوامبر 1915، معادلات صحيح را يافت. اينشتاين در بازديد از دانشگاه گوتينگن در تابستان 1915 در باره انديشه هاي خود با ديويد هيلبرت رياضيدان بحث كرده بود و هيلبرت، مستقل از اينشتاين و چند روز پيش از وي، همين معادلات را يافته بود. با اين همه، همان گونه كه هيلبرت اذعان نموده است، افتخار نظريه جديد از آن اينشتاين بود. انديشه وي، مرتبط ساختن گرانش با خميدگي جا-گاه بود. به لطف دولت متمدن آلمان در اين دوره بود كه اين بحث ها و مبادلات علمي حتي در دوران جنگ، مي توانست بدون دشواري ادامه داشته باشد. چه تضادي با بيست سال بعد!
نظريه جديد جا-گاه خميده را نسبيت عام ناميدند تا آن را از نظريه اوليه بدون گرانش، كه اكنون نظريه نسبيت خاص خوانده مي شد، متمايز سازند. در سال 1919 كه هيئت اعزامي انگليسي به آفريقاي غربي، در حين خورگرفت (كسوف)، جابجايي اندكي را در موضع ستارگان نزديك خورشيد رصد كردند، اين نظريه به طرزي شگفت تأييد شد. همان گونه كه اينشتاين پيشبيني نموده بود، نور اين ستارگان با عبور از كنار خورشيد، خميده مي شد. اين شاهدي است مستقيم بر آن كه فضا و زمان خميده اند، يعني بزرگترين تغييري كه از زماني كه اقليدس در حدود 300 پيش از ميلاد مباني خود را نوشت، در درك ما از عرصه اي كه در آن زندگي مي كنيم، پديد آمده است.
نظريه نسبيت عام اينشتاين، فضا و زمان را از زمينه منفعلي كه رويدادها در آن روي مي دهند به شركت كنندگان فعالي در ديناميك كيهان تبديل نمود. اين، به مشكل بزرگي منتهي شد كه در انتهاي قرن بيستم، هنوز در پيشاني فيزيك قرار دارد. جهان سرشار از ماده است و ماده جا-گاه را چنان خميده مي سازد كه اجسام به سوي يكديگر سقوط مي كنند. اينشتاين دريافت كه معادلات وي براي توصيف جهاني كه در طول زمان تغيير نمي كند، جوابي ندارند. به جاي رها كردن جهان ايستا و جاويد، كه در آن زمان وي و اغلب مردم ديگر بدان باور داشتنـــد، معادلات را با افزودن جمله اي به نام ثابت كيهاني تغيير داد كه فضا را در جهت ديگر چنـــــان خميده مي ساخت كه اجسام از هم دور شوند. اثر رانشي ثابت كيهاني، اثر كششي ماده را خنثي مي نمود و جهاني را ممكن مي ساخت كه تا ابد به جاي خود باقي است.
معلوم شد كه اين يكي از بزرگترين فرصت هاي از دست رفته فيزيك نظري بوده است. اگر اينشتاين به همان معادلات اصلي خود وفادار مانده بود، مي توانست پيش بيني نمايد كه جهان بايد يا در حال انقباض باشد يا در حال انبساط. تا دهه 1920، كه رصدهايي با تلسكوپ 100 اينچي مونت ويلسون انجام گرفت، امكان جهان وابسته به زمان جدي گرفته نشد. اين رصدها نشان دادند هرچه كهكشان ها از ما دورتر باشند، سريعتر دور مي شوند. به عبارت ديگر، جهان در حال انبساط است و فاصله ميان دو كهكشان با گذشت زمان به طرز يكنواخت افزايش مي يابد[1]. اينشتاين، بعدها، ثابت كيهاني را بزرگترين اشتباه عمر خود خواند.
پس از جنگ جهاني دوم به متفقين اصرار كرد براي مهار بمب اتمي، حكومتي جهاني برقرار سازند. در سال 1952 رياست جمهوري دولت جديد اسراييل به وي پيشنهاد شد، اما آن را نپذيرفت. زماني نوشته بود «سياست امري است لحظه اي در حالي كه معادله به ابديت تعلق دارد». بهترين گورنوشت و يادمان براي او، معادلات نسبيت عام است.
جهان در طول 100 سال گذشته بسيار بيش از هر قرن ديگري در طول تاريخ تغيير كرده است. دليل اين امر نه سياسي است و نه اقتصادي، بلكه فناورانه است- فناوري هايي كه مستقيماً از پيشرفت هاي علوم پايه سرچشمه گرفته اند. بديهي است كه براي اين پيشرفت ها، نماينده اي بهتر از اينشتاين، مرد قرن مجله تايم، وجود ندارد.
پروفسور هاوكينگ، نويسنده تاريخ مختصر زمان، صاحب كرسي رياضيات دانشگاه كمبريج، كه زماني به نيوتن تعلق داشت.
============================================

نویسنده:حمیده رجبلو

منبع:هوپا

ضمن تشکر از آقای حسام الدین جعفری،متن زیر از ایشان می باشد.

                                                        *     *     *

با سلام

در پی گفتگویی که با دوستان و دانشجویان فیزیک در کلاس صداشناسی، در تک جلسه ای تحت موضوع صداشناسی موسیقی داشتم، و در آنجا با هم همچون یک پیش درآمد درباره روش پژوهش فیزیک در زیبایی (در آنجا نسب زیبایی در موسیقی)، گفتگو کردیم، برای امتحان آن درس سوالی را طرح کردم که برای روز آزمون نرسید. اینک در اینجا همان سوال را به عنوان پیشنهادی برای پژوهش بیشتر در بررسی چگونگی دانایی فیزیکی از زیبایی، می آورم. و شاکر خواهم شد اگر از نظرات و پاسخ های دوستان علاقه مند بهره مند شوم.

...

به نام خدا

. به نظر می رسد که هر دانایی بر آمدنی از دانش فیزیک (و یا پنداشتی از آن)، در تبیین واقعیت، گزاره ای است و پاسخی است به پرسش هایی به سنخ یا صورت های زیر:

(اولا در هر مورد، پرسش ها با هم، هم معنی و  یک هدف پنداشته شده است. و  ثانیا ممکن است موردی از  قلم افتاده باشد.)

·                 بودن یک جسم، چگونه و به چه صورتی است؟ ساختمان و ساختار اجسام (یا واقعیت) چیست؟ واقعیت از چه و با چه چیدمان یا ترکیبی ساخته شده است؟ ترکیب یک جسم، چیست و از چیست؟ اجسام در واقع، ترکیب هایی از چیستند و هندسه ی ترکیب شان چیست؟

- در این مورد، چگونگیِ بودن اجسام، به ساختار صوری و مادی اجسام، تبیین می شود و عالم به جامه ی ترکیب هایی هندسی از اجسام در می آید. مثلا، «یک مولکول آب، ترکیبی است از اتم های اکیسژن و هیدروژن، که در هندسه خاصی در کنار هم قرار می گیرند.» و یا «یک اتم خاص، ترکیبی است از ذرات زیرینی اش و در  هندسه ای که در  رابطه ای ریاضی نموده می شود.»

·                 تغییرات در عالم فیزیکی چگونه و چرا پدید می آیند؟ یک(فلان) شدن، چیست و چگونه رخ می دهد و یا بوجود می آید؟ در واقع چه حادثه ای، شده است که یک (فلان) شدن بوجود آمده است؟ وقتی حادثه ای رخ می دهد، و یا وقتی واقعیتی در جریان است، در واقع دارد چه می شود؟ یک شدن، در واقع، چه، شدن دیگری است؟

- در این مورد، فیزیک تغییرات عالم را تبیین می کند. یک شدن به شدنی دیگر تحویل می شود. مثلا، «جسمی که منبسط شده است، در واقع فاصله ی مولکول های آن بر اثر حرارت، زیاد شده است.»

·                 در پس یک حادثه چه حادثه ی دیگری خواهد بود (شد)؟ اگر یک شدن رخ دهد، چه شدنی در پس آن رخ می دهد؟ مثلا، «اگر تکه آهنی گرم تر شود، منبسط می شود.»

- در این مورد حوادث عالم پیش بینی و به تبع آن کنترل می شوند.

مساله:   فیزیک در تبیین زیبایی، به کدام سنخ از گزاره های بالا می رسد و یا می تواند برسد؟ در مورد هر کدام، درباره ی  روش پژوهش  و چرایی و چگونگیِ  صعوبت  آن بحث کنید.

 با تشکر و امید

 ح ج.

hossamoddin_jafari@yahoo.com

براي بحث در احوال نيوتن بايد به دنياي متفاوتي برويم. نيوتن در سال 1642 يعني درست در همان  سال مردن گاليله بدنيا آمد. بدين ترتيب ميان اين دو تن به اندازه يك عمر كامل فاصله افتاد. اما كار و انديشه آنها به هم بسيار نزديك بود. امروز ديگر روشن شده است كه نيوتن آثار مهم خود را مستقيماً و بدون هيچ واسطه اي از كارهاي گاليله گرفته است اما قوانين حركت نياز به اثبات و تدوين داشت نيوتن يكي از نادر مرداني بود كه دويست يا سيصد سال يكبار در عرصه خاك ظاهر مي شوند. قابليتهاي وي از همان آغاز پيدا بود. بعدها كساني پيدا شدند كه مي گفتند: « خوب، نيوتن چه كاري كرده است؟ هر كس ديگر از معاصران وي هم مي توانست همان كارها را انجام دهد» زماني من همچنين مي گفتم. اما بر اساس اطلاعاتي كه اخيراً به دست آمده است، مي توان گفت كه نيوتن با سرعتي غير معمول به پاسخ و پرسش ها رسيد و در بيست و يك سالگي راه حل بسياري از مسائل را پيدا كرد ولي انتشار آنها را تا چهل و دو سالگي به تاخير انداخت.  نيوتون در محيطي رشد  كرد که درآن علم چيز پذيرفته شده اي بود در حالي كه كپر نيك و كلپر و به ويژه گاليله در شرايطي مي زيستند كه علم  براي حفظ موجو ديت خور مبارزه ميكرد. نيوتون هرگز نظير آن سه تن در مناقشه درگير نشد  با اين همه منشي بد گمان داشت .وي يكي از محدود كساني بود كه از انجمن سلطنتي دوري مي جستند علت پرهيز وي از حضور در انجمن وجود كساني بود كه گاه  گاه با نظرات وي از در مخا لفت در مي آمدند و اين ام بر او گران مي آمد. با اين همه در ايام سالخور دگي به مدت بيست و پنج سال  رياست اين انجمن بر عهده او بود. نيو تون در زمره اشخاصي بود كه تقريبا يك تنه و مستقل كار مي كردند. اثر بزرگ وي در طول يك تعطيلي  اجبا ري كه بر اثر شيوع  بيماري طاعون  پيش آمد نوشته شد اين دانشمند براي احتراز  از ابتلا به طاعون  در سال 1665 از لندن به زادگاه خود وولز تروپ woolsthrope در ناحيه لينكن  شاير lincolnshire  باز گشت . او در همين محل پيش از مرگ پدر كه دهقاني خرده پا اما محترم بود چشم به دنيا گشود ه بود عمويش عهده دار تكفل معاش وي شد و او را براي تحصيل به مدرسه  پيش دانشگاهي وولز تروپ فرستاد . نيو تون از انجا در موقعيتي  با رتبه پايين به كمبريج وارد شد و در انجا  بدون هيچ گونه كار برجسته اي به تحصيل ادامه داد و با  دكتر بارو (barrow) استاد رياضيات اين دانشگاه دوست شد. دكتر بارو رياضيدان برجسته اي بود كه به فيزيك علاقه چنداني نداشت اما آناليزجبري را پايه گذاري كرديك سند بسيار مهم مربوط به نيوتون كه در سال 1961 كشف شد،نشان مي دهد كه نيوتون واقعا اكتشافاتي را كه به او نسبت مي دهند ،صورت داده است .مقداري عمل ضرب طولاني در اين نوشته درج شده است . پيداست كه نيوتون از كار مداوم در زمينه ضرب و تقسيم دريغ نكرده اما در انجام آن ظرافت و نظم نداشته است .
حساب ديفرانسيل و انتگرال  (حساب جامعه و فاضله )
پس از اين مقدمات به اصل موضوع يعني كارهاي نيوتون ميرسيم . من تنها خلاصه اي از كارهاي او را ذكر مي كنم. چون براي بيان تمام تجارب و كشفيات او بايد چندين فصل مطلب نوشت . نخست به كار او در رياضي محض اشاره مي كنم كه در اينجا نمي توانيم به تفصيل به آن بپردازيم ،اما بزرگترين دستاوردش در اين زمينه قضيه دو جمله اي بود . وي از قضيه دو جمله اي به انديشه حساب ديفرانسيل و انتگرال و رسيده است . وي براي نمايش تغييرات يك كميت مثلا سرعت نمادهاي مخصوص خودش را به كار برد ،كه تا سال 1850 در هيچ جاي ديگري جز انگلستان به كار نمي رفت . نيوتون مشتق اول هر كمييت را با نقطه اي در بالاي حرف نماينده آن كميت ؛x؛و مشتق دوم را با دو نقطه در بالاي اين حرف ،x، نمايش مي دهد . بعدا يكي از معاصران اندكي جوان ترش به نام لايب نيتس leibnizمشتق را به صورت   نشان داد . اما براي حفظ حرمت نيوتون تا سال 1845 در كمبريج كسي از نمادهاي dx و dy استفاده نمي كرد .پس از اين تاريخ بابج Babbage يا يكي از بذله گويان سده نوزدهم ،تفاخر كنان گفته است كه : من كمبريج را از عصر نقطه گذاري نيوتون نجات دادم و به عصر d گرايي لايب نيتسي رساندم.ابداع حساب ديفرانسيل و انتگرال بي درنگ او را به مرتبه استادي رساند و تا مدتهاي مديد كسي جز او قادر به مشتق گيري نبود . و به همين ملاحظه در شاهكارش يعني اصول Principia  از بيم آنكه مبادا خوانندگان از نمادگذاري ديفرانسيلي سر در نياورند ،خبري از نمادهاي مشتق گيري نبود . بدين خاطر در اين كتاب براي اثبات قضايا از هندسه يوناني بهره گرفته شده است .
تلسکوپ نيوتن
كار بعدي او تلسكوپ بازتابي نيوتن مي باشد كه نشان مي دهد كه او در زمين? علم تجربي چه توانايي عظيمي داشته است. اين تلسكوپ خوشبختانه هنوز هم موجود است. اين تلسكوپ بسيار كوچك بود و هرگز كارايي لازم را نيافت . علت عدم كارايي آن وجود يك خطاي تكنيكي بود نكته مهم آن بود كه نيوتن علي الاصول مسئله چگونگي رهايي از شرّ فريزهاي رنگي را حل كرد . آينه هيچ گونه خطاي منشوري يا رنگي ندارد ، بنابراين با استفاده از آن مي توان تصويرهاي واضح و مشخصي به دست آورد اما براي نيوتن تهيه آينه خود يك مشكل به حساب مي آمد . البته وي مي توانست آينه مقعري را صيقل بدهد و در انتهاي تلسكوپ نصب كند و يك آينه كوچك تخت را هم در مقابل عدسي چشمي بگذارد ولي نمي توانست از كدر شدن آنها جلوگيري كند و البته پس از مدتي تصويرها از وضوح مي افتادند . چون هربار كه آينه ها را تميز مي كرد به علت كم شدن جلا ناچار بود مجدداً آنها را صيقل دهد . بدين ترتيب كار با اين دستگاه چندان مشقت بار بود كه بدرد رصد نمي خورد و هيچ سندي هم از نتايج رصد با آن در دست نيست . با اين همه تلسكوپ نيوتن را مي توان ابتكاري دانست كه جلودار پيدايش تلسكوپ هاي جديد شد .
اين دستاورد ، توجه مردم را به سوي وي جلب كرد . همان طور كه قبلاً اشاره كردم ، وي در  كمبريج عضويت داشت و با آنكه استادياري كالج ترينيتي Trinity  به وي اعطا شد ، به علت يك اشكال جدي نتواست كرسي استادي را در اين كالج كسب كند . نيوتن در مورد تثليت The Trinity  نظرات نادرستي داشت وچنين شخصي بالطبع نمي توانست به عضويت عالي كالج ترينيتي برسد . به همين دليل حتي به مديريت كالج كينگ هم منصوب نشد و ناگزير به رياست ضرّابخانه قناعت كرد . براي رسيدن به اين مقام تقيد به آيين هاي خشك مذهبي ضروري نبود . وي تلسكوپ كوچك خود را برداشت و راهي لندن شد . در اين انجمن جديد التأسيس سلطنتي او را به گرمي پذيرفتند . در اين انجمن ميان او و بسياري از اعضاء برسر مبحث نور مشاجراتي در گرفت . بعداً در خصوص دستاوردهاي او در حوزه نور بحث خواهم كرد و در اين جا به دستاورد عمده اش ، كه البته نظريه گرانش است ، مي پردازم...

مقدمه:

صد سال قبل از اين زماني كه هنوز فيزيك به درستي با نيوتن و قوانينش شناخته مي شد و هيچ كس به فكر كاستي هاي مكانيك نيوتني نيفتاده بود ، آلبرت انيشتين در مقاله اي تحت عنوان « درباره الكترو ديناميك اجسام متحرك» چنين نوشت: « هيچ يك از ويژگيهاي واقعيتهاي مشاهده شده با مفهوم سكون مطلق ارتباط ندارند، ...براي تمام دستگاههائي كه معادلات مكانيك در آنها بر قراراند ، معادلات الكتروديناميكي و اپتيكي نيز در آنها برقرار خواهد بود...بر اين اساس اينشتين دو فرض اساسي بسيار مهم اما ساده كرد كه به جرات مي توان گفت: اين دو فرض ضمن اينكه براي بيان يك نظريه ساده و سازگار الكترو ديناميك اجسام متحرك ، بر پايه نظريه ماكسول براي اجسام ساكن ، كاملاً كافي اند ،دنياي فيزيك را نيز دگرگون كردند .
فرض هاي انيشتين كه بعدها اصل نسبيت انيشتين ناميده شد ، نسبت به فرض هاي نيوتن(اصل نسبيت نيوتني) اين رجحان را دارند كه فراتر از قوانين مكانيك ، تمام قوانين فيزيك را نيز در بر مي گيرند.

انيشتين فرض هاي خود را اين گونه بيان كرد:
1 - قوانين فيزيك در تمام دستگاههاي لخت يكسان هستند و هيچ دستگاه لخت مرجحي وجود ندارد ( اصل نسبيت ).
2 - در فضاي تهي مقدار سرعت نور در تمام دستگاههاي لخت يكسان و برابر با C است ( اصل ثابت بودن سرعت نور).

در حقيقت اصل نسبيت انيشتين اعتقاد به اين موضوع دارد كه ما فقط از حركت نسبي دو دستگاه مي توانيم صحبت كنيم و به هيچ عنوان نمي توانيم به وسيله اندازه گيريهاي فيزيكي بگوئيم يك دستگاه لخت به خودي خود ساكن است يا متحرّك.
تئوري نسبيت خاص انيشتين پيشگوئيهاي مختلفي مي كند كه حقيقتاً برخي از آنها در جهت مقابل مشاهده هاي ما و به عبارت ديگر تصورات اوليه ي ما از آنچه به وقوع مي پيوندد مي باشد توجه به اين نكته بسيار مهم است كه...

بي معنا خواهد بود. به اين ترتيب قانون دوم نيوتن

نتيجه خواهد شد پس طبق اين فرض نيروي وارد برجسم به جرم و شتاب آن بستگي دارد و نيرو با شتاب موازي خواهد بود اما طبق تئوري نسبت خاص انيشتين جرم طبق رابطه زير به سرعت مربوط مي شود.

بنابراين داريم:...

قبل از آنكه انديشه ي آدمي شكوفا گردد و به بهره وري رسد، بايد شرايط آن فراهم گردد. در جو اختناق آلود قرون وسطي چنين شرايطي فراهم نبود. به همين دليل توليدات فكري تقريباً به صفر رسيد. براي رشد و پيشرفتهاي علمي نخست بايد زمينه ي فلسفي آن در جامعه فراهم باشد، به عبارت ديگر فلسفه هاي مورد قبول و حمايت جامعه بايستي پذيراي نظريه هاي جديد باشند تا جامعه شاهد شكوفايي انديشه و توليدات آن باشد. فلسفه توضيحي است براي بي نظمي طبيعي مجموعه اي از تجارب يا دانسته ها. بنابراين براي هر مجموعه اي از تجارب و فلسفه اي وجود دارد.

هرچند ممكن است بدون توجه به فلسفه ي يك دانش، آن را آموخت و به كار برد، اما درك عميق آن دانش بدون توجه به فلسفه اش امكان پذير نيست. در واقع بر عهده ي فلسفه ي علم است كه حوزه ي فعاليتهاي يك دانش از جمله فيزيك، اهداف و اعتبار گزاره هاي آن را تعيين كند و روش به دست آوردن نتايج را توضيح دهد. اين فلسفه ي علم است كه نشان مي دهد هدف علم، پاسخ به هر سئوالى نيست. علم تنها مى تواند آنچه را كه متعلق به حوزه واقعيت هاى فيزيكى (آزمون هاى تجربى قابل سنجش) است، پاسخگو باشد. علم نمى تواند در مورد احكام ارزشى كه متعلق به حوزه اخلاق و پيامدهاى يك عمل است، نظرى ابراز دارد.

در فيزيك هيچ فلسفه اي غايت انديشه هاي فلسفي نيست و هرگاه فلسفه ي خاصي به چنين اعتباري برسد، با انديشمندان و مردم آن خواهد شد كه در قرون وسطي شد. سياه ترين دوران زندگي انسان زماني بود كه فلسفه و فيزيك ارسطويي از حمايت ديني برخوردار و غايت فلسفه ي علوم طبيعي قلمداد شد. در قرون وسطي گزاره هاي علمي، زماني معتبر بودند كه با گزاره هاي پذيرفته شده ي قبلي سازگار بودند. پس آزمون گزاره هاي جديد عملي بيهوده شمرده مي شد و تنها سازگاري آنها با گزاره هاي قبلي كفايت مي كرد. علاوه بر آن بانيان گزاره هاي ناسازگار با مجازات رو به رو مي شدند. آتش زدن برونو و محاكمه ي گاليله به همين دليل بود. بنابراين نتيجه ي آزمايشهاي گاليله بيش و پيش از آنكه يك تلاش علمي باشد، يك حركت انقلابي براي سرنگوني يك نظام فكري و حكومتي بر انديشه ي انسان بود .

انديشه ي روش استقرايي بعد از ترجمه ي آثار دانشمندان اسلامي بويژه ايرانيان به لاتين مورد توجه قرار گرفت. آزمايشهاي گاليله با تدريس كارهاي خواجه نصيرالدين طوسي و...

مقدمه

هنگاميكه اروپا در ظلمت جهل و بي خبري بسر مي برد، دانشمندان اسلامي و در راس آنان انديشمندان ايراني اندوخته هاي علمي يونانيان را جمع آوري و حراست كردند و با دانش و انديشه هاي ايرانيان باستان درآميختند. تعاريف و اصول هندسه ي اقليدسي توسط ايرانيان مورد بررسي و نقد قرار گرفت. مثلثات كروي توسط فضلاي ايراني ابداع و دستگاه اعداد با كشفيات هنديان تكميل و بوسيله ي بازرگانان به اروپا برده شد. از قرن يازدهم ميلادي به بعد بعضي از كشيشان به جامه ي طلاب مسلمان در مي آمدند و كتبي را كه با دقت محافظت مي شد با خود به غرب مي بردند و ترجمه مي كردند.
در قرن شانزدهم دستگاه خورشيد مركزي منظومه شمسي تدوين و مسير حركت سيارات با دقت رصد شد. در نتيجه تقدس دايره ها در هم شكسته شد و مدار بيضوي حركت سيارات مورد قبول واقع شد. روش استقرايي تواني نو يافت و به مقابله با قياس برخاست و مسير جديدي براي انديشه هاي علمي بوجود آمد

آزمايش كردن قباحت خود را از دست داد و اجسام از بلندي رها شدند تا زمان سقوط آنها بطور تجربي بررسي شود. قوانين سقوط آزاد اجسام به كل جهان تعميم داده شد شد و قانون جهاني گرانش كشف گرديد. علت حركت سيارات به دور خورشيد صورت بندي شد. اختراع و تكميل تلسكوپ انسان را با دنيايي رو به رو ساخت كه قبل از آن هرگز تصورش نمي رفت. آنگاه ناچيزي زمين در مقابل كاينات به اثبات رسيد.
استفاده از نماد گرايي در رياضيات آغاز و هندسه تحليلي به عنوان ابزاري قدرتمند براي تجسم و تكميل كشفيات حساب ديفرانسيل و انتگرال به كار گرفته شد. ماهيت فيزيكي نور با آزمايش مورد سئوال قرار گرفت. در نتيجه نظريه ي دانه اي و نظريه ي موجي بودن نور براي توجيه آن ابداع شد. عنصر پنجم ارسطوئي اتر بيش از پيش بكار گرفته شد. اما اين بار نه به عنوان يك عنصر، بلكه به عنوان زمينه اي براي انتشار نور و توجيه حركت نور در فضا و انتقال نيروي گرانش و تصور مي شد كه كالبد فضا از اتر انباشته شده است...

در قرن نوزدهم دو رياضيدان بزرگ به نام «لباچفسكى» و «ريمان» دو نظام هندسى را صورت بندى كردند كه هندسه را از سيطره اقليدس خارج مى كرد. صورت بندى «اقليدس» از هندسه تا قرن نوزدهم پررونق ترين كالاى فكرى بود و پنداشته مى شد كه نظام اقليدس يگانه نظامى است كه امكان پذير است. اين نظام بى چون و چرا توصيفى درست از جهان انگاشته مى شد. هندسه اقليدسى مدلى براى ساختار نظريه هاى علمى بود و نيوتن و ديگر دانشمندان از آن پيروى مى كردند. هندسه اقليدسى بر پنج اصل موضوعه استوار است و قضاياى هندسه با توجه به اين پنج اصل اثبات مى شوند. اصل موضوعه پنجم اقليدس مى گويد: «به ازاى هر خط و نقطه اى خارج آن خط، يك خط و تنها يك خط به موازات آن خط مفروض مى تواند از آن نقطه عبور كند.»

هندسه «لباچفسكى» و هندسه «ريمانى» اين اصل موضوعه پنجم را مورد ترديد قرار دادند. در هندسه «ريمانى» ممكن است خط صافى كه موازى خط مفروض باشد از نقطه مورد نظر عبور نكند و در هندسه «لباچفسكى» ممكن است بيش از يك خط از آن نقطه عبور كند. با اندكى تسامح مى توان گفت اين دو هندسه منحنى وار هستند. بدين معنا كه كوتاه ترين فاصله بين دو نقطه يك منحنى است.

هندسه اقليدسى فضايى را مفروض مى گيرد كه هيچ گونه خميدگى و انحنا ندارد. اما نظام هندسى لباچفسكى و ريمانى اين خميدگى را مفروض مى گيرند. (مانند سطح يك كره) همچنين در هندسه هاى نااقليدسى جمع زواياى مثلث برابر با 180 درجه نيست. (در هندسه اقليدسى جمع زواياى مثلث برابر با 180 درجه است.) ظهور اين هندسه هاى عجيب و غريب براى رياضيدانان جالب توجه بود اما اهميت آنها وقتى روشن شد كه نسبيت عام اينشتين توسط بيشتر فيزيكدانان به عنوان جايگزينى براى نظريه نيوتن از مكان، زمان و گرانش پذيرفته شد. چون صورت بندى نسبيت عام اينشتين مبتنى بر هندسه «ريمانى» است. در اين نظريه هندسه زمان و مكان به جاى آن كه صاف باشد منحنى است.

نظريه نسبيت خاص اينشتين تمايز آشكارى ميان رياضيات محض و رياضيات كاربردى است. هندسه محض مطالعه سيستم هاى رياضى مختلف است كه به وسيله نظام هاى اصول موضوعه متفاوتى توصيف شده اند. برخى از آنها چندبعدى و يا حتى nبعدى هستند. اما هندسه محض انتزاعى است و هيچ ربطى با جهان مادى ندارد يعنى فقط به روابط مفاهيم رياضى با همديگر، بدون ارجاع به تجربه مى پردازد. هندسه كاربردى، كاربرد رياضيات در واقعيت است. هندسه كاربردى به وسيله تجربه فراگرفته مى شود و مفاهيم انتزاعى برحسب عناصرى تفسير مى شوند كه بازتاب جهان تجربه اند. نظريه نسبيت، تفسيرى منسجم از مفهوم حركت، زمان و مكان به ما مى دهد. اينشتين براى تبيين حركت نور از هندسه نااقليدسى استفاده كرد. بدين منظور هندسه «ريمانى» را برگزيد.

هندسه اقليدسى براى دستگاهى مشتمل بر خط هاى راست در يك صفحه طرح ريزى شده است اما در عالم واقع يك چنين خط هاى راستى وجود ندارد. اينشتين معتقد بود امور واقع هندسه ريمانى را اقتضا كرده اند. نور بر اثر ميدان هاى گرانشى خميده شده و به صورت منحنى در مى آيد يعنى سير نور مستقيم نيست بلكه به صورت منحنى ها و دايره هاى عظيمى است كه سطح كرات آنها را پديد آورده اند. نور به سبب ميدان هاى گرانشى كه بر اثر اجرام آسمانى پديد مى آيد خط سيرى منحنى دارد. براساس نسبيت عام نور در راستاى كوتاه ترين خطوط بين نقاط حركت مى كند اما گاهى اين خطوط منحنى هستند چون حضور ماده موجب انحنا در مكان - زمان مى شود.

در نظريه نسبيت عام گرانش يك نيرو نيست بلكه نامى است كه ما به اثر انحناى زمان _ مكان بر حركت اشيا اطلاق مى كنيم. آزمون هاى عملى ثابت كردند كه شالوده عالم نااقليدسى است و شايد نظريه نسبيت عام بهترين راهنمايى باشد كه ما با آن مى توانيم اشيا را مشاهده كنيم. اما مدافعين هندسه اقليدسى معتقد بودند كه به وسيله آزمايش نمى توان تصميم گرفت كه ساختار هندسى جهان اقليدسى است يا نااقليدسى. چون مى توان نيروهايى به سيستم مبتنى بر هندسه اقليدسى اضافه كرد به طورى كه شبيه اثرات ساختار نااقليدسى باشد. نيروهايى كه اندازه گيرى هاى ما از طول و زمان را چنان تغيير دهند كه پديده هايى سازگار با زمان - مكان خميده به وجود آيد. اين نظريه به «قراردادگرايى» مشهور است كه نخستين بار از طرف رياضيدان و فيزيكدان فرانسوى «هنرى پوانكاره» ابراز شد. اما نظريه هايى كه بدين طريق به دست مى آوريم ممكن است كاملاً جعلى و موقتى باشند. اما دلايل كافى براى رد آنها وجود دارد؟

==============================================

نویسنده: حمیده رجبلو