چرا و چگونه فیزیک نیوتنی به‌وجود آمد؟ | الف


اولین ویژگی مهم و مزیت کتاب «از ارسطو تا نیوتن»[The birth of a new physics] اثر آی. برنارد کوهن [I. Bernard Cohen] آن است که به‌قلم جناب استاد دکتر حسین معصومی همدانی ترجمه شده است. هر اثری، اعم ازکتاب، مقاله، جستار، یادداشت، یا حتی دو خط نوشته، که نام او را بر خود داشته باشد، اعم از نویسنده، مترجم، ویراستار، ناظر، بی‌حرف‌وحدیث اثری‌ست عالی و درجه یک.



کسانی که در این همهمه‌ی مطالب بی‌اعتبار و آشفته‌بازار آثار و نوشته‌های سست و نادرست، در پی دانایی هستند، باید آثار او را مغتنم بشمارند؛ شخصیتی عالم، فاضل، دانای به سنت و آگاه از علوم روز و در عین حال فروتن و افتاده. ایشان از نوادر روزگار است و آثارش کم‌نظیر. این کتاب نیز از دو جهت، کیفیت ترجمه و مضمونش، عالی‌ست.

بسیار هم جذاب است. این کتاب محققانه به‌گونه‌ای نوشته شده که از دانش‌آموزان دبیرستانی گرفته تا استادان دانشگاهی، هم از آن می‌آموزند و هم لذت می‌برند. کوهن – که نام خانوادگی‌اش واقعاً کوهن است و نه چیز دیگر – در عرصه‌ی تاریخ علم دانشمندی سترگ و پرآوازه است. همین کتابش تقریباً به همه‌ی زبان‌ها مهم دنیا ترجمه شده. تخصص او نیز همین است: فیزیک نیوتنی. در این اثر نشان‌مان می‌دهد و شیرفهم‌مان می‌کند که چگونه فیزیک نیوتنی به‌وجود آمد.

گفته‌ای قدیمی هست با این مضمون که «هر کس حرکت را نشناسد، طبیعت را نشناخته است.» حتی اگر این سخن درباره‌ی رابطه‌ی میان شناختِ حرکت و علم به طبیعت اغراق‌آمیز باشد، اما درباره‌ی رابطه‌ی میان شناختِ حرکت و فهمِ فیزیک کاملاً درست و به‌جاست؛ یعنی هر کس حرکت را نشناسد، فیزیک قدیم و جدید را نشناخته است. کتاب با همین مسئله شروع می‌شود.

این کتاب اول‌بار در سال 1960 منتشر شد. 25 سال بعد، کوهن ویرایش جدیدی از آن عرضه کرد که علاوه بر بازبینی متن اصلی و اضافات متعدد، شامل 16 پیوست است که برخی از مسائل خاص اما مهم را در بر می‌گیرد. برای نمونه، ماجرای تلسکوپ گالیله چه بود؟ (آن را اختراع کرد یا دزدید؟) آیا داستان مشهور سیب نیوتن حقیقت دارد؟ هفت فصل اصلی آن هم عبارتند از: «فیزیک زمین متحرک»، «فیزیک کهن»، «زمین و کیهان»، «کاوش در ژرفای کیهان»، «در راه فیزیکِ لختی‌بنیاد»، «موسیقی سماوی کپلر»، «طرح بزرگ: یک فیزیک نو».

فصل اول، با یازده صفحه، کوتاه‌ترین فصل کتاب است. همین چند صفحه آن‌قدر جذاب است که خواننده را تور می‌کند، شکار می‌کند، اسیر می‌کند. کوهن با چند مثال دم‌دستی از حرکت چنان مسئله را در چشم و ذهن خواننده فرو می‌کند که برای فهم پاسخش خواب از چشمانش می‌رباید. اجازه دهید آن را توضیح دهم.

بالای پشت‌بام ساختمان خود بروید. از میان دیش‌ها و فیش‌ها بگذرید. کنار لبه‌ی پشت‌بام بایستید و یک شیء بی‌مصرف و به‌دردنخور، مثلاً یک کتاب علمی یا فلسفی، را با اردنگی از بالا شوت کنید. یکی دو ثانیه طول می‌کشد تا کتاب به جایگاه واقعی‌اش، یعنی سطل زباله‌ی شهرداری در پایین ساختمان، برسد. اما این خیلی عجیب است. چرا؟ زیرا کره‌ی زمین با سرعت 450 متر بر ثانیه دور خود می‌چرخد و با سرعت 30 کیلومتر بر ثانیه در مدار خود به پیش می‌رود. با وجود چنین حرکت بسیار سریعی، کتاب باید دست‌کم در سطل زباله‌ی چند محله آن‌طرف‌تر بیفتد و نه پای ساختمان. پس چرا هیچ‌گاه این‌طور نمی‌شود؟

اگر خیلی خوب دقت کنیم، می‌بینیم مسئله‌ی به‌ظاهر بسیار ساده‌ی سقوط اجسام پیچیدگی و تبعات بسیار زیادی دارد. مشاهدات روزمره‌ی ما به‌گونه‌ای است که با حرکت زمین سازگار نیست (نه حرکت بر محور خود و نه حرکت در مدارش). همین باعث شد که قاطبه‌ی اندیشمندان دوران باستان و پیشامدرن نتوانند حرکت زمین را بپذیرند. حال اگر بنا باشد این مشاهدات عادی و روشن با حرکت زمین همخوان شوند، آن‌گاه باید فیزیک کاملاً دیگری ابداع کرد. این کتاب ماجرای این ابداع را به‌زیبایی روایت می‌کند. شخصیت اول این ماجرای جذاب «حرکت» است که برای تثبیتِ خود، اذهان دانشمندان را برمی‌انگیزد تا دانش خود را متناسب با آن تغییر دهند. فیزیک کهن جامه‌ای‌ست که بر قد و قامت «حرکت» راست نمی‌آید.

ناگفته نماند که تحول علم مدرن، همانند سایر دانش‌ها، بی‌ارتباط با امور عینی و مسائل عملی نبود. در پاره‌ای از موارد، نیازهای حکومتی، نظامی یا حتی اقتصادی دانشمندان را وا می‌داشت که برای حل مسئله به علم خود جهت بدهند. حتی شرایط زندگی دانشمندان و معضل معیشت آنان در پرداختن به علم بی‌تأثیر نبود. با وجود همه‌ی این‌ها، کوهن این تأثیر و تأثر بیرونی را کنار گذاشته و فقط به منطق درونی خود علم عطفِ نظر کرده است. به عبارت دیگر، پرسشی که او در پی پاسخ به آن است این است که چگونه مسائلی که از دل جهان‌نگری فیزیک ارسطویی برآمد، منجر به نظریات جدید و تکوین جهان‌نگری فیزیک مدرن شد. کوهن این پرسش را استادانه و درخشان توضیح می‌دهد و بررسی می‌کند. آن را خیلی دقیق و فنی هم بررسی می‌کند، طوری که از فرمول‌ها هم نمی‌گذرد. هر جا لازم باشد، کوهن فرمول‌های ریاضیاتی مربوط به مسائل فیزیکیِ مطرح‌شده را کامل ذکر می‌کند. خواننده هم باید صبور باشد و سرسری از آن‌ها نگذرد؛ زیرا آوردن این فرمول‌ها در جهت ایضاح مفهومی مسائل و نظریات است.

اما کنار گذاشتن آن بُعد بیرونی به معنای آسان‌تر شدن کار نیست. دلیلش ساده است؛ بُعد صرفاً نظری ماجرا بسیار پیچیده است، طوری که خود پدران فیزیک مدرن هم تماماً به آن تن نمی‌دادند و گاهی به سوی فیزیک کهن عقب‌نشینی می‌کردند. به‌عنوان مثال، یافته‌های کوپرنیک به‌قدری انقلابی بودند که خود او هم این را نمی‌دانست؛ و چه‌بسا اگر می‌دانست، شاید نمی‌پذیرفت، زیرا این کشیش لهستانی بسیار محافظه‌کار بود. علاوه بر این، همه‌ی پیامدهای جهان‌نگری‌اش را هم بیرون نکشید. این‌طور هم می‌توان گفت که کوپرنیک نادانسته بذرهایی را پاشید که بعدها نیوتن آن‌ها را به ثمر نشاند.

در کل، مسیر فیزیک مدرن از کپرنیک به کپلر و گالیله تا نیوتن مسیری صاف و مستقیم و یک‌دست نبود. برعکس، سنگلاخ و دست‌انداز و پیچ‌وتاب داشت. اصلاً آسفالته نبود. (ولی کوهن آن را برای ما هموار کرده است.) اختلاف‌نظر و تعارض‌های درونی کم نبود. این زدوخوردهای نظری ذره‌ذره راه را باز و مسیر را هموار می‌کرد تا فیزیک مدرن ببالد و در نیوتن به اوج شکوفایی خود برسد. یک نمونه از این وضع را در اختلاف‌نظر جدی میان دیدگاه کپلر و نظر هوادارن کوپرنیک، در باب دایره‌ای یا بیضی بودن مدارهای سیارات، می‌توان مشاهده کرد:

«چرا نتایج زیبایی که کپلر به دست آورده بود مورد قبول عامّ کوپرنیکی‌ها قرار نگرفت؟ از زمان انتشار این قانون‌ها (قانون اول و دوم در 1609؛ قانون سوم در 1619) تا انتشار اصول نیوتن در 1687، تنها آثار معدودی را می‌شناسیم که به هر سه قانون اشاره کرده باشند. گالیله، که نسخه‌هایی از کتاب‌های کپلر به دستش رسیده بود و بی‌گمان از پیشنهاد مدارهای بیضی‌شکل باخبر بود، در آثار خود به هیچ‌یک از قانون‌های کپلر، چه به قصد ستایش و چه به نیت نقد، اشاره نکرده است. بخشی از واکنش گالیله را می‌توان کپرنیکی دانست: پایبندی به دایره‌ای بودن کامل اجرام آسمانی و حرکات آن‌ها که حتی عنوان کوپرنیک – درباره‌ی دوران افلاک آسمانی – هم مستلزم آن است. این کتاب با یک قضیه آغاز می‌شود: "1. در این‌که کیهان کروی است". و اندکی بعد از آن بحثی در این باره است: "در این‌که حرکت اجرام آسمانی یک‌نواخت و دایره‌ای و دائمی است، یا مرکب از حرکات دایره‌ای است". خط اصلی استدلال در این‌جا این است: "دوران برای جسم کرویْ طبیعی است و این حرکت بیان‌گر شکل آن است. زیرا در این‌جا با ساده‌ترین نوع اجسام سروکار داریم که در آن نه آغازی می‌توان تشخیص داد و نه انجامی، و نیز اگر همواره در یک مکان بچرخد، نمی‌توان یکی از این دو را از آن دیگری بازشناخت". پس باید نتیجه گرفت که به‌رغم همه‌ی بی‌نظمی‌های ظاهری، مثل حرکت رجعی سیارات، حرکات این اجسام همواره دایره‌ای یا مرکب از دایره‌هاست.»