نسبیت و مسئله فضا- مفهوم فضا در نسبیت عام- مفهوم میدان(مقاله آلبرت اینشتین) بخش اول

( به نقل از مجله انستیتوی فرانکلین- جلد221- شماره 3 مارس 1936)
نسبیت و مسئله ی فضا
از خصوصیات اصول فیزیکی نیوتن قائل بودن وجودی واقعی نظیر وجود ماده برای فضا و زمان است . زیرا در قانون حرکت نیوتنی مفهوم شتاب دیده می شود. لیکن در این نظریه شتاب صرفا مبین ( شتاب با توجه به فضا است. بنابراین اگر بخواهیم شتاب قانون حرکت را به صورت کمیتی با معنی تلقی کنیم ، باید فضای نیوتنی ساکن یا لااقل ناشتابنده در نظر گرفته شود. در مورد زمان هم که به نحوی مشابه در تصور شتاب در کار می آید ، وضع به همین منوال است . نیوتن شخصا و معاصران نکته سنجش قلبا ، از قائل شدن واقعیتی فیزیکی هم برای خود فضا و هم برای حالت حرکت آن ناراضی بودند و عقیده داشتند که از این راه آشفتگی هایی در کار پیش می آید. لیکن در آن عصر برای کسانی که می خواستند معنای واضح و روشنی برای مکانیک قائل شوند وجه دیگری متصور نبود . قائل شدن واقعیتی فیزییکی برای فضا و مخصوصا برای فضای خالی فی لاواقع کاری بس دشوار بود. فلاسفه چه در آن عصر وچه در اعصار متقدم از قبول چنین فرضی تبری می جستند . دکارت در این مورد می گوید : فضا همان بعد است و بعد با اجسام در ارتباط است ، لاجرم فضای بدون جسم و بنابراین فضای خالی وجود ندارد . ان استدلال دارای نقاط ضعفی است که اکنون به طور اختصار از آن سخن خواهیم گفت . صحیح است که مفهوم بعد از آزمایشاتی نشات گرفته است که ما برای نمایش دادن و یا کنار هم قرار دادن اجسام صلب انجام می دهیم ، لیکن از اینجا نمی توان نتیجه گرفت که مفهوم بعد در مواردی که چنین مقدماتی برای پیدا شدن آن وجود نداشته است ، نمی تواند تحقق یابد . موجه بودن چنین توسعی از مفاهیم به طور غیر مستقیم از آنجا نتیجه می شود که برای درک و استنباط نتایج اختباری هم دارای ارزشی است .از این رو حکم به اینکه بعد محدود و منحصر به اجسام است فی النفسه بی اساس می باشد. معهذا نظریه ی نسبیت عام مفهوم دکارت را به نحوی غیر مستقیم تایید می کند. آنچه دکارت را به سوی این نظر عجیب کشانیده ، مسلما توجه به این نکته بوده است که انسان نباید عنوان واقعیت را به چیزی نظیر فضا که نمی توان آن را مستقیما به معرض تجربه گذاشت اطلاق کرد. معهذا این مطلب مانع از آن نبود که وی فضا را در هندسه ی تحلیلی به صورت یک مفهوم اصلی مورد بحث قرار دهد. توجه به خلا قسمت فوقانی هوا سنج جیوه ای مسلما عقیده ی آخرین پیروان مکتب دکراتی را متزلزل ساخت. لیکن نمی توان انکار کرد که، حتی در همان آغاز کار هم، مفهوم فضا یا فضایی که به صورت چیز حقیقی مستقلی تصور شود، سیمایی غیر مقنع و نارضایت بخش داشت. موضع هندسه ی سه بعدی اقلدیسی بحث در طرقی است که به وسیله ی آنها می توان اجسام را در فضا (جعبه) انباشته کرد؛ ولی چون بنیان آن بر اصل وضوعها است، لاجرم ممکن است به سهولت ما را دستخوش فریب سازد، و موجب ان شود که بستگی آنها را با اوضاع قابل تحقیق فراموش کنیم . اگر مفهوم فضا ، به طریق فوق الذکر، و بر طبق تجربه ی انباشتن جعبه تشکیل یافته است چنین فضایی اصولا محدود خواهد بود. ولی باید خاطر نشان کنیم که این تحدید امری اساسی نیست زیرا می توان جعبه ای بزرگتر در کار آورد که جعبه ی کوچک را در برگیرد. به این ترتیب فضا صورتی نامحدود به خود می گیرد.
 این مطلب را در قالب اصلاحات ریاضی می توان چنین بیان کرد : متریک فضای فیزیکی ریمانی است. قانون حرکت نقطه ی مادی که تحت تاثیر هیچ قوه ای جز نیروهای گرانش نباشد از خطوط این متریک به دست می آید . ضمنا ضرایبguv) )این متریک مبین یک میدان گرانشی به دستگاه مختصاتی است که انتخاب شده است بدین ترتیب صورت بندی طبیعی اصل هم ارزی معلوم گشت و ازتوسعه دادن آن به سایر میدانهای گرانشی فرضیه ای کاملا طبیعی به دست آمد. باالجمله حل معمای فوق الذکر با توجه به این نکته انجام  گرفت که آنچه اهمیت دارد دیفرانسیل های مختصات نیست بلکه متریک ریمانی وابسته به آن است. آنگاه مبنای عملی برای نظریه ی نسبیت عام پیدا شد . از آن پس دو مسئله ی دیگر باقی بود که باید آنها را حل کرد : 1. اگر قانون میدان با اصلاحات نظریه ی نسبیت خاص بیان شود چگونه می توان آن را به صورت متریک ریمانی تبدیل کرد؟ 2. قوانین دیفرانسیلی که مشخص متریک ریمانی (guv)هستند کدامند؟من از 1912 تا 1914 با همکاری دوست خود گروسمن(Grossmann) در باب این مسائل کار کردم. سرانجام پی بردیم که روشهای ریاضی حل مسئله ی اول را ریچی Ricci و لوی-چیوتا Levi civita  با حساب دیفرانسیلی مطلق خود در اختیار ما قرار دادند. در باب مسئله ی دوم معلوم شد که حل آن مستلزم تشکل مقادیر لایتغیر دیفرانسیلی درجه ی دوم می باشد. ولی به زودی پی بردیم که ریمان آن را قبلا به دست آورده است ( تانسور انحنا ) ما از دو سال قبل از انتشار نظریه ی نسبیت عام معادله ی صحیح میدان را برای گرانش مورد بررسی قرار داده بودیم ولی نمی دانستیم که چگونه باید در فیزیک از آن استفاده کرد. از طرفی من اطمینان داشتم که آنها نمی توانند از ادای حق تجربه بر آیند . بعلاوه عقیده داشتم که بر اساس ملاحظات عمومی می توان ثابت کرد که یک قانون گرانشی که نسبت به تبدیلات اختیاری مختصات لایتغیر باشد با اصل علیت سازگار نخواهد بود.این اشتباهات و خطاهای فکری دو سال تمام وقت مرا به خود مصروف داشت. من در این باب با مجاهداتی نستوه کار می کردم تا آنکه سرانجام، در اواخر سال1915، بدانها پی بردم، و پس از آنکه به انحنای ریمانی بازگشتم، به پیوست دادن نظریه با واقعیتهای تجربتی نجومی توفیق یافتم. شاید چنین تصور شود که پس از به دست آوردن این اطلاعات، توفیق من در تکمیل نظریه ی نسبیت امری ساده و پیش پا افتاده بود، و هر متفکر باهوشی می توانست، بدون اشکال فراوان، به همین نتیجه برسد لیکن من در این راه سالها رنج بردم و ایام را با نگرانی در تاریکی ، به پژوهش و تجسس گذرانیده و با شوق و علاقه ای زاید الوصف برای رسیدن به راه حل منظور مجاهده می کردم؛ چه بسیار اعتمادی می یافتم و امیدوار می شدم و چه بسا مایوس می گشتم و از پا در می آمدم؛ تا آنکه سر انجام از ظلمت خارج شدم و به کوکب فروزان دست یافتم. کیفیت این سالها را تنها آنهایی می توانند درک کنند که آن را آزموده باشند.
من در اینجا کاری به آن ندارم که مفهومات فضای سه بعدی و ماهیت اقلیدسی فضا را چگونه می توان به تجربیات اولیه ی مربوط به آن بر گرداند بلکه مقدم بر هر چیز خود مفهوم فضا را در پیشرفت فیزیکی از جنبه ی دیگر مورد توجه قرار می دهم . هنگامی که جعبه ی کوچک (س)به حال سکون درون جعبه ی بزرگ (س)باشد می توان گفت که فضای کوچک س قسمتی از فضای بزرگ س است. و آن قسمت از فضا که هر دو را در بر می گیرد متعلق به هر دو جعبه می باشد. حال اگر جعبه ی کوچک نسبت به جعبه ی بزرگ حرکت کند تصور فضا صورت مشکلتری به خود می گیرد و باید چنین اظهار کرد که جعبه ی کوچک همواره قسمت معینی از فضا را که قسمتی متغیر از جعبه ی بزرگ است اشغال می کند . بنابراین باید به هر یک از دو جعبه سهمی از فضا را تخصیص داد، و قبول کرد که این دو فضا نسبت به یکدیگر در حال حرکت هستند. قبل از اینکه به این اشکال توجه کنیم، فضا به صورت یک واسط نامحدود یا یک حاوی جلوه می کند که اشیاء مادی در آن غوطه ورند. اکنون باید متوجه بود که تعداد اینگونه فضاهایی که نسبت به هم متحرک باشند بی نهایت است. مفهوم فضا به عنوان چیزی که عینا و مستقلا از سایر اشیاء وجود داشته باشد، مربوط به فکر ما قبل علم است، ولی اندیشه وجود بی نهایت فضاهایی که نسبت به یکدیگر در حال حرکت باشند از زمره آن افکار نیست. اندیشه اخیر اگر چه از جنبه ی منطقی احتراز ناپذیر می باشد، نقش موثری –حتی در فکر علمی – نداشته است . حال ببینیم تصور فضا از جنبه ی روانشناختی چه وضعی داشته است ؟ابن مفه.م بدون شک با مسئله ی (به خاطر آوردن) و تمییز بین تجربیات حسی و خاطره های ذهنی آنها بستگی دارد ولی فی النفسه، معلوم نیست که این تمییز بین تجربیات حسی و خاطره های ذهنی آنها امری باشد جزو وجود ما. ما همواره در باب اینکه آیا آنچه را درک کرده ایم از راه آزمایش با حواسمان بوده است یاخوابی و خیالی دوچار تردید هستیم. خاطره ذهنی همواره با تجربه ای مرتبط است که نسبت به تجربیات کنونی زودتر انجام گرفته است . این اصل ترتیب زمانی تجربیاتی را که به خاطر می آیند تنضیم می نماید و امکان رعایت آنخود مولد تصور ذهنی زمان می شود یعنی تصور زمانی که مربوط به تنظیم تجربیات فردی است. بنابراین از جنبه روانشناختی ، چگونگی ارتباط مفهومات فضا و زمان با تجربه معلوم می شود این مفهومات از نظر منطقی ابداعات آزاد عقل بشر می باشد. ولی این تعبیر هنوز کامل نیست و باید به آن یک نکته اصلی دیگر در باب مبدا درونی مفهومات جا – گاه حادثه بیفزاییم. این مفهومات را فضا نما می خوانیم. بطوریکه فوقا ملاحظه شد ما با استفاده از جعبه ها و انباشتن اشیاء مادی در آنها مفهوم فضا را با تجربه مربوط ساختیم . این گونه صورت بندی مفهومات مسبوق بر مفهوم اشیاء مادی میباشد به همین طریق اشخاصی که در تشکیل مفهوم عینی زمان در کارند نیز نقش اشیاء مادی رادر این ارتباط عهده دار می شوند. از این رو به نظر من تشکیل مفهوم شیئ مادی باید مقدم بر مفهومات ما از زمان و مکان باشد. کلیه این مفهومات فضا نما مربئط به فکر ما قبل عتم است  . یکی از خصوصیات فکری در فیزیک – و در همگی علوم طبیعی – اینست که می کوشد تا فقط در مفهومات فضا نما سر وکار داشته و صرفا با کمک آنها روابطی که صورت قانون دارند بیان کند. مسلما این روش که درک کلیه ی روابط را از راه استعمال خاص مفهومات فضا نما مورد بحث قرار دهد همانست که در زمان حاضر از اصطلاح ماتریالیسم استنباط می شود. آیا می دانید ضرورت بر کنار ساختن زمینه ی آسمانی افلاطونی از اندیشه ها و تعبیرات اساسی علوم طبیعی و سعی در قائل شدن سلسله نسبی زمینی برای آن چیست؟منظور از این کار آزاد کردن این اندیشه ها از محرماتی است که باآنها پیوسته و همچنین رعایت حداکثر آزادی در تشکیل افکار و مفاهیم د.هیوم و ا.ماخ از پیشروان این سبک فکری دقیق بشمارند. علم مفهومات فضا و زمان و اشیاء مادی را از فکر ماقبل علمی گرفته و آنها را تغییر داده و دقیقتر ساخته است . اولین کار آن بسط هندسه ی اقلیدسی بود، چه همواره این امکان متصور بود که ساختمان اصل موضوعی آن ما را در باب مبدا اختیاری آن دچار اشتباه کند . خاصه آنکه ماهیت سه بعدی فضا و خصوصیت اقلیدسی آن دارای مبدئی اختباری می باشد.پس از آنکه معلوم شد هیچ جسمی وجود ندارد که کاملا سختپای باشد ، مفهوم فضا صورت کاملا دقیقتری را پیدا کرد. آری کلیه ی اجسام قابل تغییر شکلهای ارتجاعی هستند، و با تغییر دما حجمشان تغییر می کند . ساختمانهایی که صورت ظاهری آنها به وسیله ی هندسه ی اقلیدسی توصیف می شد، از این پس دیگر نمی توانستند بدون رعایت محتوای فیزیکی شان مشخص و معلوم گردند . لیکن چون فیزیک باید برای تثبیت مفهومات خود از هندسه استفاده کند لاجرم محتوی اختباری هندسه را می توان در چهارچوب مجموعه ی کلی فیزیک بیان کرد و مورد آزمایش قرار داد . از این لحاظ تصور ذره و مفهوم قابلیت تقسیم محدود آن نیز باید در فکر پیدا شود زیرا فضای زیر اتمی بعد را نمی توان اندازه گیری کرد . همچنین تصور ذره ها ما را مجبور می سازد که اصولا اندیشه سطوح محدود کننده ی اجسام صلب را که به صورت قطعی و ساکن تعریف شده باشد کنار بگذاریم . اگر دقیق تر صحبت کنیم باید بگوییم که هیچ قانون دقیقی حتی در ناحیه ی اجسام کلان برای وضع ظاهری اجسام صلبی که با هم در تماس هستند وجود ندارد. معهذا هیچ کس طرفدار آن نیست که از مفهوم فضا صرفه نظر شود،زیرا این مفهوم به صورتی رضایت بخش برای مجموعه ی کلی علوم طبیعی ضرورت دارد. ماخ یگانه فردی بود که در قرن نوزدهم جدا در راه بر کنار ساختن مفهوم فضا در پهنه ی علوم مجاهدت می کرد و بر آن بود تا به جای آن مفهوم فواصل لحظه ای بین کلیه ی نقاط مادی را در کار آورد(منظور وی از این مجاهدات رسیدن به استنباطی رضایت بخش از اصل جبر بود).میدان:در مکانیک نیوتنی فضا و زمان نقش مضاعفی را بر عهده داشتند . نخست آنکه محمل یا قالبی برای رویداد های فیزیکی بودند، بطوریکه حوادث به وسیله ی مختصات فضایی و مختص زمان نسبت به آنها توصیف می شد. از جنبه ی اصولی ماده متشکل از نقاط مادی تصور می شد که حرکات آنها رویداد های فیزیکی را به وجود می آورد. هنگامی که ماده به صورت متصلی در نظر گرفته شود این حکم صادق است، و همچنین است در موردی که نخواهیم یا نتوانیم برای آن ساختمانی منفصل قائل شویم. در این مورد قسمت های کوچک ماده – لااقل تا آنجا که بحث از حرکت است و سخن از وقایع و حوادثی که عجالتا نه می توان آنها را به حرکت اسناد داد ونه آنکه این اسناد متضمن فایده ای است در میان نباشد مشابه نقاط مادی در نظر گرفته می شوند. نقش دوم فضا و زمان عبارت از این بود که به صورت (دستگاه جبری ) تلقی می شدند. خصوصیت دستگاه های جبری نسبت به سایر دستگاه های مقایسه در این است که قانون جبر نسبت به آنها صادق و نافذ در نظر گرفته می شود . دراین مورد مطالب اصلی این است که واقعیت فیزیکی که مستقل از اشخاص آزماینده تصور می شداز طرفی لااقل از جنبه ی اصولی متشکل از فضا و زمان در نظر گرفته می شد، و از طرف دیگر از نقاط مادی که دائما وجود داشته و نسبت به فضا و زمان در حرکت می باشند. اندیشه ی وجود مستقل فضا و زمان را می توان به صورت زیر تعبیر کرد: اگر می بایست ماده ناپدید شود، فضا زمان به تنهایی باقی می ماند(به صورت صحنه ای برای نمایش رویدادهای فیزیکی).
این نظر در برابر یکی از پیشرفتهای تکاملی علم فیزیک مقهور گردید . مفهوم میدان که نخست ظاهرا کاری به مسئله ی جا  - گاه نداشت سرانجام جای نقطه ی مادیو نظریه ی ذره ای را گرفت. در پهنه ی  فیزیک کلاسیک مفهوم میدان به صودت یک مفهوم معین و فردی برای مواردی در کار آمد که ماده به صورت متصلی در نظر گرفته می شد . یکیاز خصوصیات میدانها اینست که فقط در یک جرم وزن دار تجلی می کنند و تنها برای توصیف حابتی از این ماده به کار می روند. بر طبق تکامل تاریخی مفهوم میدان نخست چنین تصور می شد که هر جا ماده ای نباشد میدانی هم موجود نیست . لیکن در ربع اول قرن نوزدهم معلوم گردید که نمونه های تداخل و پراش نور را وقتی می توان با دقتی حیرت انگیز توجیه کرد که نور به صورت یک میدان موجی در نظر گرفته شود. از این جا لازم بود میدانی مورد نظر قرار گیرد که بتواند در فضای خالی و در غیاب ماده ی وزن دار هم موجودیت خود را حفظ کند . لاجرم وضع متناقضی پیش آمد زیرا بر وفق اصلی آن مفهوم میدان ظاهرا باید محدود به حالات درونی یک جسم وزن دار باشد . این نکته کاملا به نظر مسلم می رسید تا آنجا که این عقیده به وجود آمد که هر میدان را باید به صورتی در نظر گرفت که هز جنبه ی مکانیکی قابل تفسیر و تبیین باشد . بدیهی است چنین حالتی مسبوق بر وجود ماده است . بالجمله اینکه برای فضایی هم که تا کنون خالی تصور می شد چنین فرضی کرد که در همه جای آن صورتی از ماده وجود دارد که آن را اتر می خوانند. آزاد ساختن مفهوم میدان از فرض اشتراک آنبا یک محمل مکانیکی یکی از جالبترین پیشرفت هایی است که از جنبه ی روانشناختی در بسط فکر فیزیکی پدید آمده است. در طی نیمه ی دوم قرن نوزدهم، پژوهشهای فاراده و مکسول رفته رفته نشان داد که توصیف فرایندهای برقاتیسی با اصطلاحات میدان برتر و صحیحتر از بحثی است که بر مبنای مفهومات مکانیکی نقاط مادی انجام می گرفت. مکسول، با در کار آوردن مفهوم میدان در الکترودینامیک، موفق شد وجود امواج برقاتیسی را، که ماهیت اصلی و سرعت آنها با امواج نورانی یکی است، پیش گویی کند. در نتیجه مبحث نور هم در الکترودینامیک مستحیل گردید. یکی از بزرگترین توفیقهای این نظریه، از جنبه ی روانشناختی، در این بود که مفهوم میدان بتدریج از چهارچوب مکانیکی فیزیک کلاسیک خارج شد و به پهنه های دیگری گرایید. نخست چنین تصور می شد که میدانهای برقاتیسی را نیز باید به عنوان حالاتی از اتر تعریف کرد و مردان علم می کوشیدند تا این حالات را به صورت حالاتی مکانیکی توصیف کنند. ولی این کوششها به جایی نرسید، و علم رفته رفته بر آن شد تا چنین تعبیر مکانیکی را کنار بگذارد. با این وصف عقیده به اینکه میدانهای برقاتیسی راباید حالاتی از اتر دانست، تا آغاز قرن بیستم وجود داشت. نظریه ی اتر خود اشکالاتی در بر داشت و پرسشهایی در اطراف آن به میدان آمد از جمله اینکه وضع عمل اتر، از نظر مکانیکی، نسبت به اجسام وزن دار چگونه است؟ آیا در حرکات اجسام هم مشارکت دارد یا آنکه قسمتهای آن نسبت به یکدیگر ساکن می مانند؟ برای پاسخ گفتن به این سوالات آزمایشات دقیق متعددی صورت گرفت. توجه به واقعیت های کجنمایی ستارگان ثابت در نتیجه ی حرکت سالیانه ی زمین، و اثر دوپلر( یعنی تاثیر حرکت نسبی ستارگان ثابت به وفور نور که از آنها به ما می رسد) در این امر فوق العاده موثر بوده است. ه. ا. لورنتس، با این فرض که اتر در حرکات اجسام وزن دار مشارکت ندارد، و قسمتهای آن نسبت به یکدیگر دارای هیچگونه حرکت نسبی نیستند، نتیجه ی کلی این واقعیتها و آزمایشات را به استثنای یکی از آنها ( آزمایش مایکلسن- مورلی) شخصا به معرض آزمایش و تدقیق در آوردو صورت واقعی اتر را که تجسم فضایی است مطلقا در حال سکون، نشان داد. ضمنا باید متذکر شویم که پژوهش لورنتس از این حد فراتر رفت. وی، بر مبنای این فرض که اثر ماده ی وزن دار بر میدان برقی، و بالعکس، تنها معلول این واقعیت است که ذرات سازنده ی ماده حامل بارهای برقی هستند که در حرکت ذرات شرکت دارند، کلیه ی فراینده های برقاتیسی و نوری درون اجسام وزن دار را که تا آن موقع شناخته شده بودند، توجیه و تفسیر کرد. بالاخره در مورد آزمایش مایکلسن- مورلی، لورنتس ثابت کرد که نتیجه ای که به دست آمده لا اقل با نظریه ی اتر در حال سکون مباینتی ندارد علی رغم این توفیقات جالب هنوز وضع نظریه به دلایل زیر رضایتبخش نبود: مکانیک کلاسیک که هیچ کس در تخمینی بودن آن شک ندارد، کلیه ی دستگاه های جبری یا فضاهای جبری را بران صورت بندی قوانین طبیعت برابر می دانست، و معتقد بود که این قوانین در انتقال از یک دستگاه به دستگاه دیگر تغییر نمی کند. تجربیات برقاطیسی و نوری هم این مطلب را به طور دقیق ثابت می کرد. لیکن شالوده ی نظریه ی برقاطیسی مبتنی بر این بود که باید یک دستگاه جبری مخصوص ارجحیتی قائل شد ، این دستگاه همان دستگاه اتر نوری بود.این سیمای نظریه نیز فوق العاده غیر رضایت بخش بود لاجرم این مطلب به میان آمد که آیا ممکن است تغییراتی در آن داده شود که ماند مکانیک کلاسیک هم ارزی کلیه ی دستگاه های جبری را تایید کند ؟ نظریه ی نسبیت خاص بهترین پاسخ این سوال بود. در این نظریه فرض مسلم ثابت بودن سرعت نور در فضای خالی از نظریه ی مکسول لورنتس گرفته شد وبرای اینکه این مطلب با هم ارزی دستگاه های جبری هماهنگی پیدا کند (اصل نسبیت خاص)باید فکر خاصیت مطلق بودن هم زمانی کنار گذاشته شود بعلاوه تبدیلات لورنتسی برای زمان و مختصات فضایی به وسیله ی انتقال از یک دستگاه جبری به دستگاه دیگر منتج می گردد.ماحصل نظریه ی نسبیت خاص را می توان در این اصل خلاصه نمود:قوانین طبیعت نسبت به دستگاه لورنتس غیر متغییر هستند. اهمیت این نکته در آن است که قوانین طبیعیرا به صورت معینی محدود می کند. حال ببینیموضع نظریه ی نسبیت خاص نسبت به مسئله ی فضا چگونه است؟در وهله ی اول باید این عقیده را که چهار بعدی بودن واقعیت ها اولین بار توسط این نظریه عرضه شد را رد کنیم، زیرا حتی در فیزیک کلاسیک هم حوادث با چهار بعد مشخص می شدند که سه تای آن مختصه ی مکانی بودند و یکی از آنها مختصه ی زمانی. نکته ی اصلی در این است که مکانیک کلاسیک این متصل چهار بعدی را از جنبه ی عینی به دو قسمت یعنی زمان یک بعدی و فضای سه بعدی تقسیم می کردوتنها قسمت آخر را حاوی حوادث هم زمان می دانست. این مطلب برای کلیه ی دستگاه های جبری صادق بود. همزمانی دو حادثه ی مشخص نسبت به یک دستگاه جبری متضمن همزمانی آنها نسبت به دستگاه جبری دیگر تلقی می شد و منظور ما در مکانیک کلاسیک در آنجا که از زمان مطلق سخن می گوییم همین مطلب است. نظریه ی نسبیت خاص این تعبیر را قبول ندارد. در این نظریه مجموعه ی کلی حوادث ، همزمان با یک حادثه ی منتخب نسبت به یک دستگاه جبری خاص وجود دارد، ولی این امر منتخب از دستگاه جبری نمی باشد . دیگر متصل چهار بعدی از لحاظ عینی به قسمت هایی که حاوی کلیه ی حوادث همزمان باشند قابل تقسیم نیست و زمان حال معنی عینی خود را برای جهانی که از لحاظ فضایی منبسط است از دست می دهد. علت این امر آنست که اگر بخواهیم منظور از ارتباطات عینی را بدون توجه به قراردادهای من عندی غیر ضروری بیان کنیم باید فضا و زمان راهمچون متصلی چهار بعدی تصور نماییم . پس از آنکه نظریه ی نسیبت خاص هم ارزی فیزیکی کلیه ی دستگاه ها را ثابت کرد معلوم شد اتر به حال سکون دیگر قابل قبول نیست.
لاجرم لازم بود که این فکر را که میدان برقاطیسی را باید حالتی از محمل ماده دانست کنار گذاشت. بدین ترتیب مفهوم میدان به صورت جزءتحویل ناپذیر از توصیف فیزیکی در آمد.

براي نمايش بخش دوم روي اين لينک کليک کنيد.

منبع: کتاب مقالات علمی آلبرت اینشتین .ترجمه محمود مصاحب
فرستاده شده توسط: خانم زهرا خانمحمد

نسبیت و مسئله فضا- مفهوم فضا در نسبیت عام- مفهوم میدان(مقاله آلبرت اینشتین) بخش دوم

براي نمايش بخش اول روي اين لينک کليک کنيد.

مفهوم میدان
(نقل از مجله انستیتوی فرانکلین، جلد  221 شماره مورخ 3 مارس  1936)
توفیق نیوتن در بیان نمود های نوری و برقی به پایه ی موفقیتهایی که وی در پهنه های دیگر مکانیک به دست آورده بودنمی رسید . نیوتن می کوشید تا ضمن نظریه ی ذره ای نور را به عنوان حرکت نقاط مادی توجیه کند؛ ولی بعدا چون نمودهای قطبشpolarization– پراشdifraction– - و تداخل نور interference- - موجد تغییراتی در ان گردید و بعلاوه این تغییرات رفته رفته ماهیت اصلی نظریه ی ذره ای را دگرگون ساخت لاجرم نظریه ی موجی هویگنسHUYGENS جای آن را گرفت. شاید مبدااین نظریه عمدة مدیون  نمود بلورهای نورانی و نظریه ی صوت باشد که قبلا تاحدی بسط و تکامل یافته بود . نظریه ی هویگنس نیز دربادی امر مبتنی بر مکانیک رسمی بود ، و اتری را ک سراسر فضا را پر کرده بود، محمل امواج تلقی می کرد؛ ولی هیچ نمود شناخته شده ای که معلوم بدارد اتر به چه نحو از نقاط مادی ساخته شده است به دست نمی داد. بعلاوه بدست آوردن تصویری روشن از نیروهای  داخلی که در اتر حکمفرما هستند و یا نیروهایی که بین اتر و ماده ی وزن دار تاثیر می کنند ، امکان نداشت . بدین نحو پایه های این نظریه برای ابد در ظلمت باقی ماند.
مبنای حقیقی آن یک معادله ی دیفرانسیلی جزئی بود که تحویل آن به اجزاء مکانیکی کماکان معمایی می نمود. برای مفهوم نظری نمودهای برقی و مغناتیسی بار دیگر اجرام خاصی در کار آمد، و وجود نیرئهایی مشابه نیروهایی گرانش نیوتن که از دور تاثیر می کنند مسلم دانسته شد. معهذا این نوع خاص ماده ظاهرا فاقد خاصیت اساسی جبر بود،؛ بعلاوه ماهیت نیروهایی که بین اجرام  ماده ی وزن دار تاثیر می کنند مجهول ماند. خصوصیت قطبی این مواد که با طرح مکانیک رسمی سازگار نبود نیز به این مشکلات افزوده گشت پس از آنکه نمودهای الکترودینامیک شناخته شد علمای فیزیک قادر به توضیح نمودهای مغناتیسی از طریق نمودهای الکترودینامیکی شده، و بدینم طریق فرض اجرام مغناتیسی را زائد تلقی کردند . گرچه این خود پیشرفتی برای فیزیک به شمار می رفت، ولی مبنای نظریه نارساتر و ناقص تر جلوه کرد زیرا این پیشرفت به ازاء افزایش اشکالات و درهم پیچیدگی نیروهای عمل متقابلی انجام گرفت که باید وجود آنها را میان اجرام برقی متحرک مسلم دانست بعدا نظریه ی میدان برقی فاراده و مکسول به جبران این وضع غیر رضایت بخش برخاست و به ترمیم آن همت گماشت. این هر دو نظریه را باید مهمترین و اساسی ترین تغییراتی دانست که از زمان نیوتن به بعد در اصول اساسی علم فیزیک به وجود آمده است. از این گذشته این تغییر را می توان قدم برجسته ای در راه پژوهش خلاقه و ابداعی دانست که فاصله ی مبان مبنای نظریه و تجربیات حسی را زیادتر کرده است. وجود میدان تنها هنگامی تجلی کرد که اجسام باردار برقی در آن وارد گشت. معادلات دیفرانسیلی مکسول ، ضرایب دیفرانسیلی فضایی و و زمانی میدانهای برقی و مغناطیسی را بهم مرتبط ساخت. برطبق نظریه ی میدان اجرام برقی صرفا محل هایی هستند که صدور میدان برقی در آنها محو نمی شود. همچنین امواج نور به صورت پیشروی موجی امواج برقاطیسی دز فضا تلقی گردید. مکسول برای اطمینان خاطر کوشید تا نظریه ی میدان خود را به صورت مکانیکی هم با توسل به نمونه های اتر مکانیکی توجیه و بیان کند. لیکن این کوششها به تدریج به زمینه ی اصلی که توسط هاینریتش هرتس طرح و عرضه شده بود بازگشت و از هر نوع آرایش غیر لازم مبری و ممنقح گردید، به طوری که در این نظریه سرانجام میدان جنبه  و مقام اصلی خود را پیدا کرد و جای نقاط مادی مکانیک نیوتنی را گرفت. معهذا هنوز نظریه نارسایی هایی داشت و فقط بر میدانهای برقاطیسی در فضای خالی قابل انطباق بود.
نظریه ی میدان به صورتی که عرضه شده بود برای درون ماده کاملا رضایت بخش نبود زیرا در آنجا می بایست دو حامل برقی در کار آیندکه با روابطی مستقل از ماهیت واسط بهم مربوط باشندولی این روابط به هیچ وجه از راه تحلیل نظری به دست نمی آیند. در مورد میدانهای مغناطیسی و همچنین در مورد رابطه ی میان تراکم جریان برقی و میدان نیز وضع مشابه همین بود . برای رفع این اشکال لورنتس راه حلی بدست آورد که در عین حال  راه را برای نظریه ی الکترودینامیک اجسام متحرک نیز هموار و آماده می ساخت و این نظریه بود که که از فرض های اختیاری کمابیش مستقل بود . نظریه ی وی مبتنی بر فرضیه های زیر است: در همه جا قرارگاه میدان فضای خالی است در کار آمدن ماده در نمدهای برقاطیسی تنها معلول این واقعیت است که ذرات سازای ماده حامل بارهای برقی فساد ناپذیری هستند و به همین مناسبت از طرفی تحت تاثیر میدان برقاطیسی بوده و از طرف دیگر مولد میدان می باشد . ذرات سازای ماده تابع قانون حرکتی نیوتنی مربوط به نقاط مادی هستند.لورنتس مکانیک نیوتنی و نظریه ی میدان مکسول را بر این مبنا با هم تلفیق کرد . نارسایی این نظریه در آن است که می خواست نمودها را از ترکیب معادلات دیفرانسیلی جزئی ( معادلات میدان مکسول برای فضای خالی ) و معادلات دیفرانسیلی کلی ( معادلات حرکت نقاط ) تعیین کند حال آنکه چنین روشی نه عملی بود و نه منطقی. نارسایی این طرز تفکر در آنجا خوب آشکار شد که بنا به ضرورت لازم بود ابعاد محدودی برای این ذرات فرض شود تا از گسترش نا محدود میدان برقاطیسی موجود در سطح آن جلوگیری شود . از این گذشته برای شرح و بیان نیرو های عظیمی که بارهای برقی را بر ذرات منفرد نگاه می داشت نیز نارسا بود . لورنتس خود بر ضعف نظریه ی خود واقف بود و می دانست که نظریه از لحاظ بیان صحیح نمودها لاقل به صورت کلی ناقص است. بعلاوه مطلبدیگری هم در کاربرد که از چهارچوب نظریه ی لورنتس تجاوز می کرد، و آن اینکه در مجاورت هر جسمی که دارای بار برقی باشد، یک میدان مغناتیسی وجود دارد که( ظاهرا) به لختی آن، به نوعی، کومک می کند. بنابراین آیا ممکن نبود که لختی کلی ذرات به صورت برقاتیسی، تعبیر وتوضیح شود؟ این امر تنها در صورتی امکان داشت که ذرات بتوانند جوابهای بقاعده ی معادلات دیفرانسیلی برقاتیسی باشند. معادلات مکسول، به صورت اصلی خود ، چنین توضیحی برای ذرات نداشت، زیرا جوابهای متناظر با آنها بی قاعده می شد.
علمای فیزیک نظری مدتها می کوشیدند تا با تغییر معادلات مکسول به هدف خود برسند، ولی متاسفانه این مساعی به نتیجه ی منظور نینجامید و توفیقی حاصل نکرد. گرچه در راه عرضه کردن یک نظریه میدان برقاتیسی محض ماده، اصولا اشکال اساسی و فوق العاده ای متصور نبود، معهذا چنین تصور می شد که رسیدن به این هدف، در آن عصر، غیر ممکن است. حتی فقدان هر گونه روش منطقی که منجر به راه حل مطلوب شود موجب آن گردید که از کوششهای بعدی در این زمینه خودداری به عمل آید. آنچه به نظر من مسلم و محقق است اینکه در طرح هر نظریه ی منطقی میدان، مفهوم ذره نباید علاوه بر مفهوم میدان در کار آید؛ بلکه صورت کلی نظریه باید فقط مبتنی بر معادلات دیفرانسیلی جزئی و جوابهای خالی از خصوصیت و بی قاعدگی باشد.

مفهوم فضا در نظریه ی نسبیت عام
این نظریه اصولا از تتبعاتی که در راه استنباط برابری جرم جبری و جرم گرانشی به عمل می آمد نشئت یافته است . یک دستگاه جبری س1 را در نظر بگیریدکه فضای آن از نظر فیزیکی خالی باشد این دستگاه را به عنوان دستگاه مقایسه انتخاب کرده و فرض می کنیم دستگاه مقایسه دیگری(س2) با شتاب یکنواخت وجود داشته باشد . حال اگر دستگاه (س2) را دستگاه مقایسه تلقی کرده و جرمی را نسبت به آن بسنجیم این جرم نسبت به آن به شتابی حرکت می کند که مستقل از ماهیت فیزیکی و شیمیایی آن خواهد بود. بنابراین نسبت به (س2)یک حالت وجود دارد که نمی توان آن را در بادی امر از میدان گرانشی تمیز داد. از این رو می توان اجمالا چنین اظهار کرد که (س2) نیز هم ارز با یک دستگاه جبری است ولی نسبت به آن یک میدان گرانشی وجود دارد کهما عجالتا به تحقیق در مبدا آن نخواهیم پرداخت . بدین ترتیب هنگامی که میدان گرانشی مورد بحث و نظر باشد با فرض اینکه بتوان این اصل هم ارزی را بسط داد و آن را شامل هر گونه حرکت نسبی دستگاه های مقایسه نمود دستگاه جبری معنای غینی خود را از دست می دهد. اگر بشود نظریه ای عرضه کرد که با مبنا و شالوده ی این افکار اساسی سازگار باشد با واقعیت برابری جرم جبری و گرانشی نیز وفق خواهد داد و این مطلبی است که از راه تجربه هم تایید شده و به ثبوت رسیده است. هر تبدیل غیر خطی چهار مختصاتی اگر از لحاظ چهار بعدی بودن مورد ملاحظه قرار گیرد ، متناظر با انتقال از (س1) به (س2) می شود . حال گوییم چه نوع تبدیلات غیر خطی را باید مجاز دانست؟ و یا اینکه چگونه می توان تبدیلات لورنتسی را تعمیم داد؟برای پاسخ گفتن به این سوالات توجه شما را به ملاحظات زیر معطوف می دارم . ما برای هر دستگاه جبری نظریه ی مکانیک کلاسیک این خاصیت را قائل بودیم که اختلافات مختصات با آلات اندازه گیری (سختپای) ساکن اندازه گرفته می شوند و اختلافات زمانی به وسیله ی ساعتهای ساکن. فرض نخست به وسیله ی فرض دیگری تکمیل شد و آن اینکه در مورد استعمال خط کشهای اندازه گیری ساکن نسبت به یکدیگر و سازگارساختن آنها با هم، قضایای (مربوط به طول ) هندسه ی اقلیدسی صادق است. از نتایج نظریه ی نسبیت خاص معلوم می شود که این تفسیر مستقیم فیزیکی مختصات برای دستگاه مقایسه ای که نسبت به دستگاه جبری (س1)شتابانیده شده باشد ، از میان خواهد رفت. لیکن در چنین موردی مختصات فقط مبین مرتبه یا درجه ی ارتباط و در نتیجه تعداد ابعاد فضا بوده و دیگر هیچگونه خواص متریک آن را بیان نخواهد کرد. بدین ترتیب ما می توانیم تبدیلات را تا هر تبدیل من عندی متصل بسط دهیم. این امر متضمن اصل نسبیت عام است که می گوید قوانین طبیعت باید نسبت به تبدیلات اختیاری مستقل مختصات کوواریان باشند. این ضرورت قوانین طبیعی را به مراتب بیش از آنچه اصل نسبیت خاص تحدید می کرد محدود می نماید.پایه ی این افکار و تصورات اصولا مبتنی بر آن است که مفهوم میدان به صورت یک مفهوم مستقل در نظر گرفته شود . از همین رشته افکار می توان استنباط کرد که از چه رو ارتباط مستقیم قوانین میدان محض با تعبیر نسبیت عام بیشتر از ارتباط آنها با قوانین میدانهایی از نوع کلی تر است . بنابراین معلوم می شود آنجا که دکارت وجود فضای خالی را طرد کرده از واقعیت چندان به دور نبوده است . این تعبیر فی الواقع تا آنجا که حقیقت فیزیکی مخصوصا در مورد اجسام وزن دار موردنظر و ملاحظه است بی معنی به نظر می رسد . درک این مطلب مستلزم آن است که فکر میدان به صورت نمایشی از حقیقت همراه با اصل نسبیت یام برای ثابت کردن هسته ی مرکزی فکر دکارت به کار رود . اری فضای خالی از میدان وجود ندارد. تعمیم نظریه ی گرانش با اتکاء به اصول نریه ی نسبیت عام، به سهولت می توان نظریه ی میدان گرانشی محض را به دست آورد، زیرا مسلم است که فضای مستقل از میدان مینکووسکی با متر یک خود، که با فرمول (1) سازگار است، باید با قوانین کلی میدان وفق دهد. اگر این مورد خاص را طوری تعمیم دهیم که عملا مستقل از من عندیت باشد، قانون گرانش به دست خواهد آمد. نظریه ی نسبیت عام، نخست، نتوانست نظریه یمیدان را به صورتی که خالی از ابهام باشد بسط دهد لاجرم، در چند سال اخیر، کوششهای فراوانی در این راه معمول گردید. هدف اصلی این پژوهشها و تحقیقات آن است که واقعیتهای فیزیکی از طریق میدان قابل درک و استنباط شود. بعلاوهاین میدان باید تعمیمی از میدان گرانشی باشد، و قانون میدان آن هم تعمیمی از قانون میدان گرانشی محض. من، پس از تحقیقات و مطالعات طولانی، اکنون معتقدم که طبیعی ترین صورت این تعمیم را یافته ام، ولی هنوز اطمینان ندارم که آیا این قانون تعمیم یافته می تواند واقعیتهای تجربی را هم تایید کند یا نه . مسئله ی قانون میدان خاص، نسبت به ملاحظات سابق الذکر، جنبه ی ثانوی دارد. عجالتا مسئله ی عمده این است که آیا یک نظریه ی میدان، از نوعی که ملاحظه شد، اصولا می تواند به هدف برسد یا نه؟ منظور یک نظریه ای است که بتواند حقیقت فیزیکی، و از جمله فضای چهاربعدی را، بطور جامع، به وسیله ی میدان توصیف کند. دانشمندان فیزیک عصر ما بیشتر بر آنند که به این سوال پاسخی منفی بدهند. اینان، بروفق صورت کنونی نظریه ی کوانتوم عقیده مندند که وضع یک دستگاه مختصات را نمی توان مستقیما مشخص ساخت، بلکه باید، بطور غیر مستقیم، از راه نتایج آماری اندازه گیریهایی که در آن دستگاه به دست می آید وارد شد. اکثر دانشمندان بر آنند که ثنویتی(ساختمان ذره ای و موجی) که از راه تجربه هم به ثبوت رسیده، تنها با چنین تضعیفی از مفهوم حقیقت، می تواند صورت تحقق پیدا کند. من تصور می کنم که چنین انکار نظری پردامنه، در زمان حاضر، از راه معرفت ما قابل اثبات نیست، و باید راه خود را در نظریه ی میدان نسبیتی تا انتها بپیماییم.

منبع: کتاب مقالات علمی آلبرت اینشتین .ترجمه محمود مصاحب
فرستاده شده توسط: خانم زهرا خانمحمد

اصول مکانیک نیوتن وتاثیر آن در توسعه و پیشرفت فیزیک نظری

(مقاله آلبرت اینشتین به مناسبت 200مین سالگرد مرگ نیوتن )

از آن روز که نیوتن چشم از جهان فرو بسته اکنون 200 سال می گذرد بر ماست که در چنین روزی از آن نابغه ی بزرگ یادی بکنیم . نیوتن نه فقط مبدا روش های نوینی در علم بوده بلکه سلطان مسلم و بلامنازع علوم تجربی عصر خویش به شمار می رفته است.همو بود که با فکر خلاق خود روشهای استدلال فیزیکی و ریاضی را به وجود آورد . بنابراین تردیدی نیست که وی شایسته ی هر گونه تعظیم و تکریم می باشد.با این وصف شخصیت نیوتن بیش از آنچه مقتضی دها و نبوغ علمی اوست داردو آن اینکه تقدیر او چنین بوده که درست در حساسترین و بحرانی ترین دقایق تاریخ علوم عقلی به دنیا آید . اگر بخواهیم به طور روشن و دقیق به این مطلب پی ببریم بدین نکته توجه کنیم که قبل از نیوتن هیچ نظریه و قانون جامعی وجود نداشت که بتواند سیماها و نمودهای گوناگون جهان هستی را که از راه تجربه و مشاهده به دست آمده بود توجیه کند و به بیان رابطه ی علت و معلولی آنها بپردازد. آن دسته از فلاسفه ی یونان قدیم که پیرو مذهب اصالت ماده بودند عقیده داشتند که برای تجزیه و تحلیل وقایع مادی باید صرفا رشته ای از حرکات اتمی را مورد توجه قرار داد. اینان دراین مرحله هیچ گونه خواست و اراده ی موجودی زنده را به عنوان علتی مستقل نمی پذیرفتند . دکارت نیز با شیوه ی خاص خود موضوع را بر اساسی مبتنی بر همین پایه و شالوده مورد بررسی و تحقیق قرار داد . ولی با این وصف توجیه جهان هستی درنظر فلاسفه به صورت آرزویی دوررس و ایدآلی صعب الحصول باقی بود بطوریکه می توان صریحا اظهار کرد که قبل از نیوتن هیچگونه اصول جامعی که متکی بر یک نظام علت و معلولی فیزیکی باشد موجود نبود . هدف نیوتن پاسخ به این سوال بود که : اگر حالت حرکت اجرام سماوی منظومه ی شمسی را در لحظه ی معین بدانیم آیا قانون ساده ای وجود دارد که باآن بتوان حرکات این اجرام را محاسبه کرد؟ قوانین تجربی کپلر درباب حرکت سیارات که خود نتیجه ی رصد های تیکوبراهه بود از لحاظ نیوتن قانع کننده به نظر نمی رسید و نیاز به تفسیر داشت .(اکنون هر کس می داند که کشف این قوانین از راه مدارهایی که وضعشان توسط تجربه تعیین شده بود مستلزم بذل مساعی و جهد ی فوق العاده بوده است. لکن کمتر کسانی روش برجسته و مخصوصی را که کپلر برای استنتاج مدارهای واقعی از مدارهای ظاهری یعنی از بررسی حرکات آنها از روی کره ی خاک به کار برده بود مورد توفیق و امعان نظر قرار می دهند. ) قوانین کپلر به شرح زیر :

1. مدار هر سیاره به دور خورشید بیضی است که خورشید در یکی از کانون های آن قرار دارد.  2. شعاع حامل هر سیاره (خط واصل بین خورشید و سیاره ) در زمانهای مساوی سطوح مساوی می پیمایند 3. نسبت مجذور دوره ی گردش به مکعب قطر اطوال مدار برای جمیع سیارات یکسان است.پاسخ جامعی به مسئله ی حرکت سیارات می داد  با این همه روح تشنه ی نیوتن را که در درجه ی اول در صدد تحقیق رابطه ی علت و معلولی بود قانع نمی کرد زیرا قوانین کپلر سه قانون جداگانه و مستقل بودند که از نظر منطقی هیچ گونه ارتباطی با هم نداشتند . مخصوصا قانون سوم از لحاظ کمی در مورد سایر اجرام سماوی غیر از خورشید صادق نبود . مهمتر از همه اینکه: این قوانین که مربوط به حرکات کلی مجموعه ی حرکات منظومه ی شمسی است حرکت را به عنوان یک کل مورد نظر مورد مطالعه قرار می داد و دیگر بحث در این نبود که چگونهحالت حرکت بک دستگاه خود حالت حرکت بلافاصله بعد از آن را در زمان باعث می شود. بنابراین اکنون توضیح خواهیم داد اصول کپلر قوانینی بودند جامع نه تفضیلی. اکنون مسلم است که تنها آن دسته از قوانین می توانند از جنبهی بیان رابطه ی علت و معلولی مورد توجه دانشمندان فیزیک قرار بگیرند که از نوع قوانین تفضیلی (دیفرانسیلی ) باشند. توصیف روشن و واضح مفهوم قانون تفضیلی یکی از بزرگترین کارهای علمی است که به وسیله ی نیوتن انجام گرفته است. از این گذشته توجیه نمودهای عالم هستی علاوه بر تعریف دقیق این مفهوم مستلزم صورت بندی ریاضی آن هم بود . نیوتن این مشکل را هم با حساب جامع ( انتگرال ) و حساب فاضله (دیفرانسیل) حل کرد.در این مقام جای آن نیست که بحث در این مطالب به میان آید که آیا روش های ریاضی لایب نیتز در محاسبه ی مقادیر بی نهایت کوچک مستقل از نظریات و افکار نیوتن بوده است یا نه علی ایحال آنچه مسلم است اینکه نیوتن این مباحث را به کمال رسانید و محققا اگر احاطه ی کامل و تتبع دقیق وی در حساب جامعه و فاضله نبود اصولا وی قادربه بیان نظریات خویش نمی شد. قبل از وی، گالیله قدم عمده ای در راه طرح قوانین حرکت برداشته بود. همو بود که قانون جبر و سقوط آزاد اجسام را در اثر قوه ی جاذبه ی زمین کشف کرد بالاخص قانون حرکت راستوار اجسام را: حرکت هر جسمی( و به تعبیر دقیق تر، هر نقطه ی جرم دار)که تحت تاثیر سایر اجرام نباشد، حرکتی راستوار و یک نواخت خواهد بود عرضه نمود سرعت قائم هر جسمی که بطور آزاد سقوط کند، بطور مشابه ، بر حسب زمان، افزایش می یابد. شاید امروز به نظر من و شما چنین آید که از نظر تتبعات گالیله تا کشفیات نیوتن در باب قانون حرکت قدمی پیش نبوده است. لکن بتید توجه داشت که هر دو قانون حرکت گالیله مربوط به حرکت به عنوان یک کل است حال آنکه قوانین حرکت نیوتن پاسخ سوال زیر بشمار می رود: حالت حرکت یک نقطه ی جرم دار، تحت تاثیر نیروی خارجی، در فاصله ی بی نهایتکوچکی از زمان، چگونه تغییر میکند؟ نیوتن، تنها لبا تدقیق در آنچه در فاصله ی بی نهایت کوچکی از زمان( قانون دیفرانسیلی) رخ می داد، توانست فرمولی ریاضی عرضه دارد که به هر گونه حرکتی قابل تطبیق باشد. وی مفهوم قوه را از مبحث ستاتیک یا تعادل شناسی، که قبلا به حد کمال بسط یافته و پیشرفت کرده بود، بگرفت و موفق شد نیرو و شتاب را، با در کار آوردن مفهوم نوین جرم، ارتباط دهد؛ و عجیب تر آنکه پایه ی این مفهوم تعریفی تصوری پیش نبود. تصور و استنباط کسرهای دیفرانسیلی، امروزه، در نزد ما چنان عادی و بدیهی است که شاید درست نتوانیم به عظمت نبوغ علمی تیوتن پی بریم، و دریابیم که وی، در درک مفهومات مجرد، از چه نیرویی فکری رفوق العاده برخوردار بوده تا توانسته است قانون تفضیلی خود را که از دو جانب محدودیت داشت همزمان با ابداع مفهوم جرم، کشف کند.ولی کار نیوتن در اینجا به پایان نمی رسد زیرا مفهوم حرکت، از جنبه ی علت و معلولی، هنوز روشن بود؛ و آنچه تا کنون انجام گرفته بود صرفا مربوط به حرکت و معادلات آن در حالاتی بود که نیرو معلوم باشد. نیوتن، با الهام گرفتن از قوانین حرکت سیارات به این فکر افتاد که نیرویی که بر جسمی اثر می کند، مربوط به وضع کلیه ی اجرام دیگری است که در فاصله ای نسبتا ناچیز از جرم موردبحث قرار دارند. تا آن زمان که این ارتباط بر نیوتن مسلم نشده بود، وی بیان مفهوم دقیق رابطه ی علت و معلولی قادر نبود. نیوتن، با اتکاء به قوانین کپلر در باب حرکت سیارات، موفق به کشف قانون جاذبه ی عمومی جرم گردید و دریافت که قوای محرکی که در ستاره ها تاثیر می کند از نوع همین قوه ی گرانش است.
قانون حرکت + قانون جاذبه
کاخ رفیع علم و معرفت را بنیان نهاد؛ و قانونی به دست مردان علم داد که به کمک آن بتوانند اوضاع قبلی و بعدی دستگاهی را، با دانستن وضع آن در لحظه ای معین مشروط بر آنکه حوادث تنها تحت تاثیر قوایی از نوع گرانش پدید آیندحساب کنند. کمال منطقی دستگاه تصوری نیوتن در این است که: یگانه علت شتاب اجرام هر دستگاه خود همین اجرام می باشند. نیوتن، بر همین مبانی که اجمالا گفته آمد، موفق شد علت ومعلول حرکات سیارات، اقمار و دنباله داران را با جزئیات و تفاصیل توضیح دهد؛ و همچنین کیفیت جزرومد و حرکت تقدیمی زمین را توجیه نماید تردید نیست که این استنتاج کاری بس بزرگ بوده است. بالاخره کشف این مطلب که علت حرکت اجسام سماوی هم مشابه با قوه ی جاذبه ای است که ما با آن آشنایی کامل داریم، یقینا در آن عصر تاثیری بسزا و فوق العاده داشته است. لکن اهمیت کار نیوتن تنها منحصر به این واقعیت نیست که وی علم مکانیک را بر پایه و مبنایی قرار داد که هم عملی بود و هم از لحاظ منطقی معقول و قانع کننده، بلکه تتبعات وی سرلوحه ی برنامه ی کار کلیه ی مردان علمی که در پهنه ی فیزیک نظری کار می کردند قرار گرفت بطوریکه  از آن پس، هر گونه حوادث فیزیکی را آنقدر تجزیه و تحلیل می کردند تا به موضوع جرم و قانون حرکت نیوتن تحویل گردد؛ و آنگاه برای توجیه حادثه ای، قانون نیرو را بر آن تطبیق می نمودند. نیوتن خود بر آن بود تا همین روش و برنامه را در مورد مبحث نور بکار برد(وی چنین می پنداشت که نور عبارت از ذراتی لخت می باشد) . حتی در نظریه ی موجی نور هم قانون حرکت نیوتن، پس از اجزای آن در مورد جرمهای دارای توزیع متصل، به کار رفت و مورد استفاده قرار گرفت. معادلات حرکت نیوتن یگانه مبنا و پایه ی نظریه ی حرکتی حرارت بود که، علاوه بر آنکه افکار را برای کشف قانون بقای انرژی آماده ساخت، مردان علم را به طرح نظریه ای درباره ی گازها هدایت کرد که حتی دقیق ترین جزئیات آن نیز بعدا مورد تایید قرار گرفت. از این گذشته نظریه ی حرکتی موجد یک نظر و استنباط عمیق تری نسبت به ماهیت قانون دوم ترمودینامیک گردید. پیشرفت مباحث برق و مغناتیس تا زمان حاضر بر پایه ی قوانین نیوتنی بوده است. حتی انقلابی که به وسیله ی فاراده و مکسول در مباحث الکترودینامیک و نور به عمل آمد، یعنی همان انقلابی که اولین پیشرفت اساسی حقیقی فیزیک نظری از زمان نیوتن به بعد به شمار می رود، کلا تحت تاثیر افکار نیوتن به ظهور رسیده است. مکسول، بولتزمان و لردکلون میدانهای برقاتیسی و تاثیر متقابل دینامیکی آنها را همواره به تاثیر مکانیکی یا فرضی هجرامی که مداوم در حال توزیع هستند تحویل می کردند. معهذا، یا در نتیجه عدم موفقیت، و یا به علت اینکه نتایج حاصله کمتر از حد انتظار بوده، از اواخر قرن نوزدهم تغییری تدریجی در مفهومات اساسی ما پدیدار گشت؛ و آن اینکه فیزیک نظری پا را از چهارچوب نیوتنی که برای مدت دو قرن مایه ی ثبات و راهنمایی فکری جهان علم بود فراتر نهادو متوجه مفهومات و پهنه های نوین گردید. اصول اساسی نیوتن از لحاظ منطقی چنان مقنع به نظر می رسید که فقط و فقط واقعیتهای تجربی می توانست موجبی برای تجدید نظر در آنها گردد. قبل از آنکه به این مطلب بپردازم، باید خاطرنشان سازم که نیوتن خود از نارسایی هایی که در ساختمان کاخ تصوری وی وجود داشت، بهتر از دانشمندان نسلهای بعد آگاه بوده است. این واقعیت همیشه حداعلای تحسین و ستایش مرا نسبت به وی برانگیخته است. اکنون بی مناسبت نیست که اجمالا درین باب سخنی به میان آید.1. نیوتن همواره می کوشید که مجموعه ی قوانین خود را با تجربه ملازمه دهد، وجهد داشت تا تعداد آن دست از مفهوماتی را که مستقیما با امور تجربی سرو کار ندارند بعه حداقل برساند. معهذا، با وجود آن کوشش و این مجاهده که در سراسر کارهای وی عیان است مفهوم اهمیتی فوق العاده قائل بود، و همواره روی آن تاکید می کرد؛ به همین مناسبت هم، در سالهای اخیر، زبان منتقدین در حق وی دراز شده است. نیوتن دریافته بود که کمیتهای هندسی قابل ملاحظه( فاصله ی نقاط مادی از یکدیگر) و وضع آنها در خلال زمان نمی تواند مشخص کامل حرکت، از جنبه فیزیکی آن، باشد. وی این مطلب را ضمن آزمایش معروفی که با چرخانیدن بشقاب پرآب انجام داد به ثبوت رسانید، و متذکر شد که لاجرم علاوه بر جرمها و فواصل آنها، که بر حسب زمان در تغییر است، باید چیز دیگری هم در کار باشد که حرکت را معلوم و مشخص سازد. نیوتن این چیز دیگر را بستگی با فضای مطلق فرض می کرد. وی بخوبی آگاه بود که برای  آنکه قئانین حرکت دارای معنایی باشند، باید فضا هم یک نوع واقعیت فیزیکی از نوع واقعیت نقاط مادی و فواصل آنها داشته باشند. توجه به این معنی موید هوش و دقت نظر فوق العادی نیوتن و در عین حال معرف نقطه ی ضعف نظریه ی وی نیز می باشد . اگر وی اصولا این مفهوم خیالی و تاریک را در نظری ی خود دخالت نمی داد،مسلما ساختمان منطقی آن قانع کننده تر می بود و در چنین حالتی آن دسته چیزهایی که با فهم و ادراک بشری رابطه ای مستقیم و روشن دارند در قانون وارد می شد.2. نیرو هایی که مستقیما و از دور تاثیر می کنند نظیر نیرو هایی که برای نشان دادن تاثیرات گرانش در نظر گرفته می شوند، وضع خاصی دارند و نمی توان آنها را با فرایندهایی که ما ضمن زندگی روزمره ی خود با آنها شناسایی حاصل کرده ایم ، مانند نمود. نیوتن در جواب این ایراد چنین متذکر می شود که قانون متقابل گرانشی وی توضیح نهایی نبوده بلکه صرفا قاعده ای است که به وسیله ی استقرا از تجربه به دست آمده است.3.نظریه ی نیوتن هیچ گونه توضیحی در باب این واقعیت بسیار مهم که وزن و جبر هر جسم با کمیت واحدی (جرم آن) بیان می شوند نمی دهد. نیوتن خود به این نارسایی واقف بود.هیچ یک از این اشکالات سه گانه که  در باب نظریه ی نیوتن گفته آمد ، نمی توان از زمره ی ایرادات منطقی بشمار آورد بلکه باید متذکر شد که این اشکالات زاییده ی فکر و روح دانشمندان تشنه ی حقیقت است که در مبارزه ی خود برای یافتن اسرار طبیعت بزودی دست از طلب بر نمی دارند و برآنند تا نمود های جهان را دقیقا درک کنند و به صورتی جامع استنباط نمایند. بطوریکه قبلا اشاره شد، نظریه ی حرکتی نیوتن که برنامه ی کار علمای فیزیک نظری شده بود، نخستین بار از نظریه ی برقی مکسول ضربه خورد ومعلوم شد که عمل متقابل برقی و مغناطیسی بین اجسام ، معلول نیروهایی که آنا از دور تاثیر می کنند نبوده بلکه به وسیله ی فرایندهایی انجام می گیرد که با سرعتی معین در سراسر فضا انتشارپیدا می کنند. بدین ترتیب علاوه بر نقطه ی جرم دار و حرکت آن ، بر طبق نظریات فاراده واقعیت تازه ی دیگری موسوم به میدان هم در کار آمد. مردان علم که هنوز طرفدار اصول مکانیک کلاسیک بودند نخست کوشیدند تا میدان را به صورت یک حالت مکانیکی (حرکت یا کوش) واسطی فرضی (اتر) تعریف کنند که سراسر فضا را پر کرده است. ولی پس از آنکه معلوم شد این تعریف برغم کلیه ی مساعی که در این کار به عمل آمده است درست در نمی آید رفته رفته نظر خود را به اندیشه ی میدان برقاطیسی معطوف ساخته و آن را به صورت حقیقت جامع و قطعی فیزیکی پذیرفتند. در این مورد باید از مردان بزرگی که دراین راه از هیچگونه بذل مساعی فروگذارنکرده و در بسط نظریه ی میدان سهمی بسزا دارند یاد کنیم و مراتب سپاس گذاری را به حضور آنان عرضه نمائیم.

اصول اساسی نیوتن از لحاظ منطقی چنان مقنع به نظر می رسید که فقط و فقط واقعیتهای تجربی می توانست موجبی برای تجدید نظر در آنها گردد. قبل از آنکه به این مطلب بپردازم، باید خاطرنشان سازم که نیوتن خود از نارسایی هایی که در ساختمان کاخ تصوری وی وجود داشت، بهتر از دانشمندان نسلهای بعد آگاه بوده است. این واقعیت همیشه حداعلای تحسین و ستایش مرا نسبت به وی برانگیخته است. اکنون بی مناسبت نیست که اجمالا درین باب سخنی به میان آید.1. نیوتن همواره می کوشید که مجموعه ی قوانین خود را با تجربه ملازمه دهد، وجهد داشت تا تعداد آن دست از مفهوماتی را که مستقیما با امور تجربتی سرو کار ندارند بعه حداقل برساند. معهذا، با وجود آن کوشش و این مجاهده که در سراسر کارهای وی عیان است مفهوم اهمیتی فوق العاده قائل بود، و همواره روی آن تاکید می کرد؛ به همین مناسبت هم، در سالهای اخیر، زبان منتقدین در حق وی دراز شده است. نیوتن دریافته بود که کمیتهای هندسی قابل ملاحظه( فاصله ی نقاط مادی از یکدیگر) و وضع آنها در خلال زمان نمی تواند مشخص کامل حرکت، از جنبه فیزیکی آن، باشد. وی این مطلب را ضمن آزمایش معروفی که با چرخانیدن بشقاب پرآب انجام داد به ثبوت رسانید، و متذکر شد که لاجرم علاوه بر جرمها و فواصل آنها، که بر حسب زمان در تغییر است، باید چیز دیگری هم در کار باشد که حرکت را معلوم و مشخص سازد. نیوتن این چیز دیگر را بستگی با فضای مطلق فرض می کرد. وی بخوبی آگاه بود که برای  آنکه قئانین حرکت دارای معنایی باشند، باید فضا هم یک نوع واقعیت فیزیکی از نوع واقعیت نقاط مادی و فواصل آنها داشته باشند. توجه به این معنی موید هوش و دقت نظر فوق العادی نیوتن و در عین حال معرف نقطه ی ضعف نظریه ی وی نیز می باشد . اگر وی اصولا این مفهوم خیالی و تاریک را در نظری ی خود دخالت نمی داد،مسلما ساختمان منطقی آن قانع کننده تر می بود و در چنین حالتی آن دسته چیزهایی که با فهم و ادراک بشری رابطه ای مستقیم و روشن دارند در قانون وارد می شد. 2. نیرو هایی که مستقیما و از دور تاثیر می کنند نظیر نیرو هایی که برای نشان دادن تاثیرات گرانش در نظر گرفته می شوند، وضع خاصی دارند و نمی توان آنها را با فرایندهایی که ما ضمن زندگی روزمره ی خود با آنها شناسایی حاصل کرده ایم ، مانند نمود. نیوتن در جواب این ایراد چنین متذکر می شود که قانون متقابل گرانشی وی توضیح نهایی نبوده بلکه صرفا قاعده ای است که به وسیله ی استقرا از تجربه به دست آمده است.3.نظریه ی نیوتن هیچ گونه توضیحی در باب این واقعیت بسیار مهم که وزن و جبر هر جسم با کمیت واحدی (جرم آن) بیان می شوند نمی دهد. نیوتن خود به این نارسایی واقف بود. هیچ یک از این اشکالات سه گانه که  در باب نظریه ی نیوتن گفته آمد ، نمی توان از زمره ی ایرادات منطقی بشمار آورد بلکه باید متذکر شد که این اشکالات زاییده ی فکر و روح دانشمندان تشنه ی حقیقت است که در مبارزه ی خود برای یافتن اسرار طبیعت بزودی دست از طلب بر نمی دارند و برآنند تا نمود های جهان را دقیقا درک کنند و به صورتی جامع استنباط نمایند. بطوریکه قبلا اشاره شد، نظریه ی حرکتی نیوتن که برنامه ی کار علمای فیزیک نظری شده بود، نخستین بار از نظریه ی برقی مکسول ضربه خورد ومعلوم شد که عمل متقابل برقی و مغناطیسی بین اجسام ، معلول نیروهایی که آنا از دور تاثیر می کنند نبوده بلکه به وسیله ی فرایندهایی انجام می گیرد که با سرعتی معین در سراسر فضا انتشارپیدا می کنند. بدین ترتیب علاوه بر نقطه ی جرم دار و حرکت آن ، بر طبق نظریات فاراده واقعیت تازه ی دیگری موسوم به میدان هم در کار آمد. مردان علم که هنوز طرفدار اصول مکانیک کلاسیک بودند نخست کوشیدند تا میدان را به صورت یک حالت مکانیکی (حرکت یا کوش) واسطی فرضی (اتر) تعریف کنند که سراسر فضا را پر کرده است. ولی پس از آنکه معلوم شد این تعریف برغم کلیه ی مساعی که در این کار به عمل آمده است درست در نمی آید رفته رفته نظر خود را به اندیشه ش میدان برقاطیسی معطوف ساخته و آن را به صورت حقیقت جامع و قطعی فیزیکی پذیرفتند. در این مورد باید از مردان بزرگی که دراین راه از هیچگونه بذل مساعی فروگذارنکرده و در بسط نظریه ی میدان سهمی بسزا دارند یاد کنیم و مراتب سپاس گذاری را به حضور آنان عرضه نمائیم. و حتی امروز هم، با وجود پیروزیهایی عظیمی که در موارد متعدد به دست آمده، واقعا محال بنظر می رسد که نظریه ی مورد بحث بتواند بر همه ی اشکالات فائق آید و قطعیت پیدا کند. بسیاری از دانشمندان فیزیک بر آنند( و دلایل بسیاری هم برله عقیده ی آنان وجود دارد) که در برابر این واقعیتها نه فقط قانون دیفرانسیلی بلکه قانون علیت که خود آخرین اصل موضوع نهایی کلیه ی مباحث علوم طبیعی بشمار می رود، نیز سست و متزلرل گردیده است. حتی امکان تاسیس یک دستگاه فضا زمانی که بتوان قرار آن را بطور صریح و روشن با حوادث فیزیکی وفق داد، مورد انکار قرار گرفت. این مطلب که یک دستگاه مکانیکی تنها می تواند ارزش یا حالت انرژی مجرد دائمی داشته باشد همان طور که تجربه هم تقریبا آن را به صورت مستقیم نشان می دهد موضئعی است که مشکل بتوان آن را از نظریه ی میدانی که با معادلات دیفرانسیلی سرو کار دارد استنتاج نمود. روش بروی شرودینگر که از پاره ای لحاظ دارای خواص یک نظریه ی میدان است، وجود حالات مطلق و مجرد را به صورت شگفت انگیزی از واقعیتهایی تجربی استنتاج می کند. این استنتاج مبنی بر اساس معادلات دیفرانسیلی است که استدلالی از قبیل استدلال هم نوایی در آنها به کار رفته ولی باید در نظر داشت که تمرکز و استقرار ذرات و قوانین دقیق علیت را نادیده میگیرد. امروزه چه کس را یارای آن است که در باب این مسئله که آیا قانون علیت و قانون دیفرانسیلی یعنی صغری و کبرای  نهایی نیوتنی در باب طبیعت را باید مطلقا کنار گذاشت یا نه، صریحا اظهار نظر نماید.

منبع: کتاب مقالات علمی آلبرت اینشتین .ترجمه محمود مصاحب
فرستاده شده توسط: خانم زهرا خانمحمد

نيوتون تكسوار عرصه علم(بخش اول)

" نيوتون، تكسوار عرصة تحقيق، و نابغة نادرة تاريخ بود. و دو قرن تمام عقول و اذهان فرزانگان را در تسخير خود داشت. و نه تنها عالمان رياضي و تجربي، كه فيلسوفان ومعرفت شناسان را به ابجد خواني در مكتب خويش و زمين روبي كاخ رفيع معرفت واداشت. اين، اعتراف جان لاك فيلسوف انگليسي است "
چكيده
ازتولدتامرگ
اسحاق نيوتن(1105-1021 خورشيدي)
نيوتن يكي از بزرگترين پژوهشگران و دانشمنداني است كه جهان تا كنون به خود ديده است.او درست در روز كريسمس يعني 25 دسامبر 1642 در شهر”وولس تورپ” انگلستان ديده به جهان گشود و اين در حالي بود كه پدرش پيشتر از دنيا رفته بود.اسحق سه ساله نشده بود كه مادرش شوهري اختيار كرد و نيوتن را به مادربزرگ سپرد.با اينكه نيوتن داراي هوش ويژه اي بود اما در آغاز چندان علاقه اي به كلاس و مدرسه نداشت.از اين رو مادر بزرگش او را به كشاورزي وادار كرد ،اما به زودي دريافت كه استعداد اصلي اسحق در زمينه هاي ديگري است.اسحق در 18 سالگي به دانشگاه كمبريج رفت. در 18ماهي كه دانشگاه به دليل شيوع بيماري طاعون تعطيل بود نيوتن در روستاي ”لين كن شر” بود و مطالعه مي كرد.او با سرعت شيفته علوم و رياضي شد و از 21 سالگي تا 27 سالگي تئوري هايي را پايه گذاري كرد كه دنياي دانش را دگرگون نمود.پيش از نيوتن از دهه پنجاه به بعد جوش و خروش فراواني در علم پديد آمده بود:اختراع تلسكوپ،مطالعات جديد در هيات و نجوم،نظرات مترقي فرانسيس بيكن و رنه دكارت،اثبات انديشه هاي گاليله،كشف گردش خون توسط ويليام هاروي ،كشف گردش سيارات به دور خورشيد توسط يوهان كپلر و افكار كپرنيك،همه و همه وضعيت تازه اي را ايجاد كرده بود كه نشان مي داد بايد تصورات كهن را به دور ريخت و از دانش و تكنولوژي در زندگي بهره گرفت.نيوتن به مدد اين فضاي دانش پرور،توانست اصول علمي نويني را فرمول بندي كند و واقعيت هايي را از راه پژوهش و آزمايش،پيشگويي نمايد.او براي نخستين بار با آزمايش دريافت كه نور سفيد،تركيبي از رنگ هاي رنگين كمان است.در سال 1668 نخستيت تلسكوپ انعكاسي را يعني تلسكوپي را كه امروز هم در بيشتر مطالعات ستاره شناسي از آن بهره مي برند طراحي نمود و آن را به همراه انديشه هاي تازه اي در دانش فيزيك به انجمن سلطنتي علوم انگلستان عرضه كرد.فعاليت هاي علمي نيوتن در بيشتر شاخه هاي علوم قابل توجه و چشمگير است اما آنچه بيش از همه چهره علمي او را از ديگران ممتاز مي كند سهم عمده او در توسعه دانش رياضي و ابداع حساب ديفرانسيل و انتگرال است.اين تلاش علمي مهم ترين دستاورد   دانش بشري است،زيرا بيشتر تئوري هاي جديد رياضي بر اساس آن بوجود آمده است و بدون تئوري هاي تازه رياضي يشرفت هاي بشر در زمينه هاي گوناگون غير ممكن بود.مهمترين كشف نيوتن در زمينه مكانيك درباره حركت اجسام بود.گرچه قانون اول نيوتن پيشتر بوسيله گاليله بيان شده بود اما اين نيوتن بود كه براي نخستين بار با روش علمي اثباتش بر آراي پيشينيان خط بطلان كشيد و با اجراي آزمايش نشان داد كه”اگر اجسام تحت تاثير نيرو قرار نگيرند يا بر سكون خود باقي خواهند ماند و يا اگر متحرك بوده باشند به حركت يكنواخت مستقيم الخط خود ادامه خواهند داد”

كار نيوتن،صورت بندي حركت به طور كلي بود.قانون دوم نيوتن كه اساسي ترين قانون در فيزيك كلاسيك به شمار مي آيد،مي گويد:”اگر بر جسمي نيرو وارد شود،آن جسم شتابي پيدا مي كند كه متناسب با نيرو و در جهت نيرو باشد.(f=ma) نيوتن قانون سومي را هم كشف كرد كه ثابت مي كند”هر عملي را عكس العملي است مساوي با آن و در جهت مخالف آن”يعني براي هر كنشي همواره يك واكنش مساوي با آن اما در جهت عكس آن وجود دارد.اما گذشته از اين همه،قانوني كه تحول عظيمي در دنياي علم مكانيك ايجاد كرد،قانون جاذبه عمومي نيوتن بود.طبق اين قانون،”هر گاه دو جسم به جرم هاي m1  و m2    به فاصله d از هم قرار گيرند،با نيروي f  يكديگر را جذب مي كنند .اين نيرو (f) با حاصل ضرب  m1  و m2    متناسب است و با مجذور فاصله d2 نسبت عكس خواهد داشت.به عبارت ديگر،در اين معادله ،G مقدار ثابت جهاني جاذبه عمومي است و اندازه آن  G=6/67x10-11  اين چهار قانون،روي هم رفته سيستم يكپارچه اي را بوجود مي آورند كه بر مبناي آن مي توان همه سيستم هاي مكانيكي،ماكروسكوپي را مورد بررسي قرار داد و حالت هاي آن را پيش بيني كرد.در اين سيستم علمي ،ديگر هيچ تفاوتي بين محاسبه ي حركت نوساني يك آونگ ساده و گردش يك سياره در مدار خود به دور خورشيد وجود ندارد.قوانين نيوتن در زمينه هاي بسيار وسيعي از مسائل علمي و مهندسي به كار مي رود.در يك كلام،امروزه هر آنچه كه در مهندسي عمران و ساير شاخه هاي مهندسي راه و ساختمان،اساس و پايه ي اصلي محاسبات را تشكيل مي دهد به قوانين نيوتن بازمي گردد.آنچه نيوتن عرضه كرد،خوشبختانه به سرعت در زمان حيات او به كار گرفته شد. مي گويند در دانشگاه بارو كه معلم وراهنماي رياضي نيوتن بود،او را مورد حمايت و تشويق قرار داد و اسحق تحت تاثير مهر و عاطفه ي اين معلم خردمند بود كه به پيشرفت هاي بالايي دست يافت.استاد بارو وقتي استعداد و علاقه و توانايي علمي نيوتن 27 ساله را ديد،كرسي تدريس خود را به او سپرد.
در سال 1687 نيوتن بزرگ ترين اثر خود را به نام ”اصول رياضي حكمت طبيعي ”چاپ كرد.اين كتاب را به اختصار،اصول مي نامند.در اين كتاب مسايل مربوط به حركت و قانون جاذبه ي عمومي توضيح داده شده به طوري كه مي توان با محاسبات دقيق،موقعيت سيارات را در حركتشان به دور خورشيد پيش بيني نمود.
نيوتن ‌درسايررشته‌هاي ‌فيزيك ‌مانند فيزيك‌ حرارت (ترموديناميك) ،صوت (اكوستيك) و نور(اپتيك)هم تحقيقات بي سابقه اي داشته است به طوري كه مي توان گفت آنچه نيوتن كشف كرده ،دو تا سه برابر اكتشافات ساير دانشمندان بزرگ است.

لايب نيتس كه نه تنها از دوستان او نبود بلكه با او درگيري هاي تلخ و گزنده اي داشت،درباره نيوتن مي گويد:”اگر رياضي را از آغاز جهان تا زمان نيوتن در نظر بگيريم آنچه او انجام داده به مراتب عظيم تر از چيزي است كه در طول زمان پيش از او انجام گرفته است.”      
لاگرانژ چندين بار گفته است ”نيوتن بزرگ ترين نابغه ي است كه جهان به خود ديده است.”
ارنست ماخ در سال 1901 درباره نيوتن گفته است:”آنچه از زمان او   تا كنون در زمينه رياضيات و مكانيك انجام گرفته ،همه بر اساس قوانين نيوتن بوده است”
البته ناگفته نماند كه گاليله زمينه را براي نوآوري هاي علمي نيوتن فراهم كرده بود به طوري كه مشكلاتي كه بر سر راه گاليله به وسيله ي ارباب كليسا به وجود آمده بود. براي نيوتن وجود نداشت. در همان سالي كه گاليله چشم از جهان فرو بست ، نيوتن چشم به جهان گشود.شرايط عمومي براي نيوتن چنان مساعد بود كه در سال 1727 وقتي از دنيا رفت او را در كليساي "وست   مينيستر" به خاك سپردند و براي اولين بار بود كه چنين افتخاري نصيب يك دانشمند مي شد.بد نيست تاريخ خورشيدي زندگي نيوتن را با سال شمار ايراني مرور كنيم:

1021-تولد نيوتن در ولز سورپ انگلستان
1040-ورودش به كالج تري نيتي كمبريج 
1044-دريافت ليسانس
1044-پژوهش در لينكن شر از خرداد ماه 1044 به مدت 18 ماه
1047-دريافت فوق ليسانس
1048-انتخاب به عنوان استاد دانشگاه به جاي آقاي ايزاك بارو
1051-كسب عضويت انجمن پادشاهي

1065-تاليف كتاب اصول رياضي حكمت طبيعي
1075-انتصاب به رياست ضراب خانه
1080-انتخاب به عنوان نماينده دانشگاه در مجلس
1082-انتخاب به رياست انجمن پادشاهي
1084-دريافت مقام اشرافي از پادشاه

نيوتن از سال 1084 تا پايان عمر به الهيات و تاريخ و گاه شماري و كيميا پرداخت.او مي گويد:”وظيفه اصلي علم آن است كه با دقت تجربيات و مشاهدات آزمايش ها را ثبت كند تا در پايان بر اساس آنها قوانين رياضي     به وجود آورد”نيوتن خود را چنين توصيف مي كند:”نمي دانم در نظر جهانيان چگونه جلوه مي كنم اما به نظر خودم مانند پسر بچه اي هستم كه در كنار دريا به بازي مشغول است و گاه و بي گاه با پيدا كردن سنگ ريزه اي صاف تر يا گوش ماهي يي زيباتر خود را سرگرم مي كند....در حالي كه اقيانوس عظيم حقيقت در برابر من قرار دارد و اسرار بسياري در آن نامكشوف باقي مانده است...”

ادامه نوشته

نيوتون تكسوار عرصه علم(بخش دوم)

براي نمايش بخش اول روي اين لينک کليک کنيد.

ب – فضا و زمان
نيوتون مدعي است كه در " پژوهش هاي فلسفي آدمي مي بايد از حدود حسٌ فاتر رود و اشياء را في نفسه ، و جدا از مقادير حسي شان ، ملاحظه نمايد". ( ظاهراً منظور نيوتون از پژوهش هاي فلسفي در اينجا، بحث پيرامون اوصاف ذاتي و نهاي فضا، زمان وحركت است ). اين نكته ، آن هم از يك فيلسوف تجربي مذهب ، نكته اي است غريب و درخود تامل .
" پيش از اين ، تعاريف واژه هايي را آوردم كه ناشناخته ترند، و بيان كردم كه درگفتار آتي مراد من از آنها چيست . من ديگر زمان و فضا ومكان و حركت را تعريف نمي كنم چون همه آنها را مي شناسند . فقط بدين نكته اشاره مي كنم كه درك عامه از اين كميات ، از نسبتي كه خود با اشياء محسوس دارند، اتخاذ شده است . و به همين سبب پاره اي بدفهمي ها بوجود آمده است براي رفع آن بدفهمي ها ، زمان ومكان و حركت را به مطلق و نسبي ، واقعي و ظاهري ،و رياضي و عرفي تقسيم كنيم ".
عامه ، زمان ومكان را نسبي مي انگارند، يعني آن را فواصل ميان حوادث و اشياء محسوسه مي دانند.لكن درنفس الامر ، علاوه بر زمان ها و فضاهاي نسبي ، زمان و فضاي واقعي ، مطلق و رياضي هم وجود دارد . زمان و فضاي مطلق موجوداتي هستند نامحدود ، متشابه الاجزاء پيوسته و مستقل از اشياء و حركاتي كه براي اندازه گيري شان به كار مي رود. زمان بطور يكنواخت از ازل تا ابد درگذر است . و فضا ، يك جا با تمام شخصيت خود، حاضر ومطلقاً ساكن است . حركت مطلق ، عبور جسمي است از قطعه اي از فضاي مطلق به قطعه ديگر . حركت نسبي ، تغٌير فاسله جسمي است از جسم محسوس ديگر. سكون مطلق ، بقاء دائم جسمي است در قطعه اي از فضاي مطلق ،سكون نسبي ، بقاء جسم است در فاصله اي خاص از جسم ديگر. براي محاسبه حركت مطلق جسمي ، حركات نسبي آن برروي زمين را با حركت زمين در فضاي مطلق جمع مي كنيم . و لذا ، جسمي كه در كشتي متحركي حركت مي كند ، حركت كشتي بر زمين ، با حركت زمين در فضاي مطلق . با تحقيق دقيق درحركت اجرام سماوي ، و باتصحيح و تسويه زمان عامٌي ، مي توانيم به زمان مطلق نزديك شويم . لكن اين احتمال هست كه هيچ جا نتوانيم حركت كاملاً يكنواختي را پيداكنيم تا معيار اندازه گيري زمان گردد. همه حركات ، حتي آنها كه با دقيق ترين مشاهدات ، يكنواحت بنظر مي رسند ، متحمل است كه قدري تند شونده و يا كند شونده باشند. لكن گذر يكنواخت زمان مطلق ، هيچ گونه تغييري برنمي دارد. همچنين فضاي مطلق ، بالطبع ساكن وحركت ناپذير است ، يعني ترتيب اجزاء آن دگرگون ناشدني است . بطوري كه اگر اجزا آن بخواهد حركت كنند بايد از خود بدر آيند . لذا ، تصور حركت
امكنه نخستين اشياء يا اجزاءفضاي مطلق ، تصور نامعقولي است . لكن ، اجزاء فضاي مطلق نه مرئي اند و نه قابل تميز حسي. لذا براي تقرير وتحديد فواصل ، مي بايد جسمي از اجسام را ساكن بينگاريم و سپس درنسبيت با آن ،فواصل و حركات اجسام ديگر را محاسبه كنيم . پس فضا وحركت نسبي را جانشين فضا و حركت مطلق مي كنيم . اين جانشين ، براي اهل عمل نيكوست ولي اگر از چشم فيلسوفان به اين امر بنگريم ، ناچاريم بپذيريم كه احتمال دارد هيچ جسمي در فضاي مطلق ، ساكن نباشد و هرمرجعي كه براي حركات برگيريم ، خود متحرك باشد . لذا تنها كاري كه با تجربه و مشاهده مي توانيم انجام دهيم ، فقط نزديك شدن به اين دوموجود مطلق ، واقعي و رياضي است   ( نه رسيدن به آنها). آندو هيچ گاه به چنگ ما نمي افتند.
بدين جاكه مي رسيم اين سئوال به قوت تمام در ذهن ما مي جوشد كه : پس از كجا مي فهميم كه زمان ، فضا وحركت مطلقي هست ؟
پاسخ نيوتن اين است كه درك و كشف حركت مطلق ،از روي پاره اي از خواصٌ آن ممكن است . حركت مطلق خود دال بر فضا و زمان مطلق است . نيوتون ، دردنباله سخن خويش به بحث از علل و آثار حركت مي پردازد.لبٌ سخن نيوتون ، همچنانكه خود مي آورد اين است كه براي مبرهن ساختن و اندازه گيري حركات مطلق ( و لذا فضا و زمان مطلق) دوراه موجود است :" يكي از روي حركات ظاهره ، كه خود عبارتند از تفاوت ميان حركات واقعي ، و ديگري ، از روي نيروها كه علل و آثار حركات واقعي اند ".
هرگاه نسبت فضايي اجسام عوض شود ، و فقط دريكي از اين اجسام ، نيرويي پديد آيد كه به مدد پديدارهاي ديگر قابل اندازه گيري باشد ، دراين صورت ، حركت را به خود آن جسم نسبت مي دهيم ، و از آن ديگران نسبي است . درغير اين صورت جهان ما به جاي آنكه نظامي موزون باشد ، ويرانه اي آشفته خواهد شد . اصلاً نيوتون معتقد است كه گردش چيزي بر حول محوري ، عميقاً مستقل از حركت زمين و ثوابت است .

ج – نقد فلسفي نيوتون در باب فضا و زمان
فضا و زمان ،نزد وي ، همچنانكه نزد مور وبرو ، دوموجود نيستند كه روش تجربي – رياضي ، و پديدارهاي محكوم آن ، وي را بدان ها رسانده باشد . بلكه بسي بيش از آن اند . اين دو ، شان و عظمتي معنوي و ديني دارند كه در نظر نيوتن ، اهميتش هيج كمتر از اهميت علمي شان نيست . فضا و زمان ، دال بر حضور همه جائي و بقاء ازلي و ابدي باري تعالي هستند.
در طبع نخست كتاب اصول ، پوزيتيويسم نيوتني ومشي مختار وي در طرد فرضيات و تبيين هاي واپسين ، زمان و فضاي مطلق و نامحدود را ، به صورت موجوداتي عظيم و مستقل در آورده بود كه ظرف حركات مكانيكي اجرام بودند . و اين مايه رنجش و اظطراب عظيم توده متشرع شده بود . نيوتن جهان بيرون از انسان را ماشيني كرده بود مهيب ، و خداوند را هم گويي از دايره وجود بيرون رانده بود ، و چيزي باقي نگذاشته بود كه جاي اورا بگيرد جز همان موجودات رياضي نامحدود ، يعني فضا و زمان . از نامه هاي نخستين نيوتون ، و بالخص نامه هايش به دكتر بنتلي درسال 1962 ، به خوبي بر مي آيد كه مراد وي از آن مفاهيم ، مطلقاً چنين چيزهايي نبوده است .
" نيوتون چنين مي گويد كه باري تعالي ( حاوي همه اشياء است ، از اين راه كه مبداومكان آنها را واجد است ). و درميان دست نوشته هاي وي ، به اين عقيده بر مي خوريم كه : پدر ، حركت ناپذير است ( همه جا به يك نسبت از او پر است و ) هيچ جا نيست كه خداوند در آنجا حاضر تر و يا غائب تر از جاهاي ديگر باشد، چنانكه هيچ جانيست كه ضرورت جاودانه نظام طبيعت ، در آنجا كمتريابيشتر از جاهاي ديگر باشد . جز خدا، همه چيز مي تواند از جايي به جاي ديگر روان شود".
از اين اظهارات به وضوح استفاده مي شود كه وقتي نيوتون مي گفت اجسام يا مركز ثقل منظومه خورسيدي در فضاي مطلق روان اند ، ذهنش تنها معطوف به لوازم و نتايج مكانيكي و رياضي طاهري اين امر نبود، بلكه اين راهم منظور داشت كه اين اشياء در خدا حركت مي كنند، يعني در حضرت ابدي باري تعالي كه عالم بر همه معلومات است .
فضاي مطلق ، مشعر ربوبي است . هرچه در اين فضا رخ مي دهد،   بي واسطه نزد علم ربوبي حاضر است ، لذا مي بايد بلافاصله و بي پرده معلوم ومكشوف علم باري افتد.دست كم ، خداوند بايد بداند كه كدام حركت مطلق است و كدام نسبي . چون ، علم باري ، نهايي ترين مرجع براي حركات مطلق است . شايد تصور نيوتون از نيرو ، و جان دار انگاشتن آن ، نيز سهمي در رساندن وي به اين موضع داشته با شد.: خدا، نه تنها علم بي پايان است ، بلكه اراده قاهره نيز هست . وي مبدا اقصاي حركت است و قادر است كه هروقت بخواهد ، بر حركت اجسام واقع در مسعر بي پايان خود ، بيفزايد. اوكه همه جا به نحويكسان حاضراست ، پس هيچ جا از حضور ربوبي اولبريزتر نيست تا مرجع حركت واقع گردد. و او كه با همه حركات هست ، پس همه حركات       (نسبت به او) ، بدل به سكون خواهند شد. و او كه اختصاص به هيچ حركتي ندارد، پس همه حركات مطلق خواهند بود. ولي البته ، تبيين هايي كه براساس مقدس مآبي است اين گونه نقدها را برنمي تابد.
همه داني خداوند ، و تعالي او از افهام آدميان ، جزو اعتقادات مقبول ديني و از اصول موضوعه نيوتوني بود. و وي بدون سنجش و تامل كافي آنها را برگرفته بود . جهاني را در نظر آوريد ممكن در مشعرباري . آيا در چنين جهاني، فرضي معقول و آسان نيست ؟ و آيا حاجت به گذشتن از غربال منطق دارد ؟ و اين كه چنين آسان به درون علم رياضي نيوتوني خزيده است وقني خوب بررسي مي كنيم مي بينيم منبعي جز اعتقادات كلامي نيوتون ، ندارد.
به هرحال درقرن هيجدهم كه رداي دين را از تن جهان بيني نيوتون بدر آورند ، پشتوانه هاي متافيزيكي زمان و فضاي مطلق هم (كه نيوتون تصوير كرده بود) فروريخت ، و آن دو ، موجوداتي ماندند تهي ( و فارغ از حضور ربوبي ) ، اما مطلق . چرا كه بيانات نيوتون همچنان نيمه جوازي براي مطلقيت آنها بدست مي داد...

ادامه نوشته

Can Humanity Learn to become Civilized? The Crisis of Science without Civilization

Maxwell, Nicholas (2000) Can Humanity Learn to become Civilized? The Crisis of Science without Civilization

Abstract

Neurosis can be interpreted as a methodological condition which any aim-pursuing entity can suffer from. If such an entity pursues a problematic aim B, represents to itself that it is pursuing a different aim C, and as a result fails to solve the problems associated with B which, if solved, would lead to the pursuit of aim A, then the entity may be said to be "rationalistically neurotic". Natural science is neurotic in this sense in so far as a basic aim of science is represented to be to improve knowledge of factual truth as such (aim C), when actually the aim of science is to improve knowledge of explanatory truth (aim B). Science does not suffer too much from this neurosis, but philosophy of science does. Much more serious is the rationalistic neurosis of the social sciences, and of academic inquiry more generally. Freeing social science and academic inquiry from neurosis would have far reaching, beneficial, intellectual, institutional and cultural  consequences

:Full text available as
Microsoft Word - Requires a viewer, such as Microsoft Word Viewer

لینک دانلود مقاله:

Can Humanity Learn to become Civilized? The Crisis of Science without Civilization

:Resource