چهرههای مشهور علمی
ارسال شده: جمعه ۱۴۰۰/۲/۳۱ - ۲۳:۱۴
اینجا زندگینامه یا داستانهایی از افراد مشهور تو زمینه علمی رو بزاریم.
نیوتون نیوتون کارهای علمی بزرگی انجام داد که گفته میشود هر یک به تنهایی برای اثبات نبوغ وی کافی بود. او علم فیزیک را بر پایه ریاضیات بنا نهاد؛ ریاضیاتی که خود سازنده آن بود. نیوتون بر تمام پیشرفتهای علمی بعد از خود تأثیری اساسی گذاشت.
قرنها طول کشید تا انسان دریابد که، برخلاف نظر ارسطو، جسم برای ادامه حرکت یکنواخت و با سرعت ثابت روی خط راست، نیاز به محرک ندارد و بصورت طبیعی این حرکت اتفاق میافتد. این درک عظیم بوسیله قانون اول نیوتون محقق شد. نیوتون حتی سالهایی از عمرش را به کیمیاگری نیز پرداخت.
ایزاک نیوتون در سال 1642 میلادی، در نزدیکی لینکن شایر در 160 کیلومتری لندن، در روز کریسمس چشم به دنیا گشود. پدرش سه ماه پیش از تولد او از دنیا رفت و به همین دلیل مادرش نام پدرش یعنی ایزاک را برای او انتخاب کرد. ویلیام استاکلی، نخستین زندگینامهنویسِ نیوتون، مینویسد: نیوتون در دوران نوجوانی و در مدرسه، مدلهای کارآمدی از آسیابهای بادی را میساخت که با پازدن، پرههای آن بهکار میافتاد؛ و ارابههایی میساخت که با چرخاندن هندل به حرکت در میآمد. از علاقهمندیهای دیگر او رفتن به مغازه داروفروشی محلهشان و خرید مواد شیمیایی بود که در روی آوردن نیوتون به کیمیاگری در سالهای بعدی عمرش بیتأثیر نبود.
نیوتون در سال 1661م به ترینیتی کالج کمبریج وارد شد. او دانشجویی بود که کمکهزینه تحصیلی دریافت میکرد و در ازای کار در دانشگاه نیز، به رایگان آموزش میدید. به این دانشجویان سابسایزر میگفتند.
شاید به همین دلیل و یا روحیه انزواطلبی خودش بود که از دانشجویان و استادان و حتی برنامه درسی کمبریج، که بیشتر بر عقاید ارسطو پایهگذاری شده بود، دوری میجست. پس از حدود یک سال در کمبریج نیوتون وارد مطالعه در حوزه ریاضی شد و آنقدر در جهان آنالیز ریاضی قرن هفدهم سیر کرد تا به آغاز اکتشافات خود رسید.
در آغاز سال 1665 میلادی، در کمبریج و بسیاری از بخشهای دیگر انگلستان بیماری هولناک طاعون شایع شد. زندگی مردم در هم پاشید و در حدود دو سال کالجها بسته شد. نیوتون هم به زادگاهش بازگشت. مورخان علم نوشتهاند که نیوتون قسمت عمده کارهایش را در همان هجده ماه دوری از کمبریج طاعونزده و در زادگاهش لینکن شایر، در سالهای 1665 تا 1666، انجام داده است. خودش نیز گفته است:
«در آغاز سال 1665 دستوری را برای تبدیل هر نوع دوجملهای به یک سری را بهدست آوردم و در ماه نوامبر همان سال روش مشتقگیریـ به تعبیر خود نیوتون فلوکسیونـ را پیدا کردم، سال بعد در ماه ژانویه نظریه رنگها را بهدست آوردم و در ماهه may ، وارد طریقه عکس مشتقگیری یعنی انتگرالگیری شدم. در همان سال به فکر تعمیم مفهوم جاذبه به مدار ماه افتادم و نیرویی را که موجب بقای گردش ماه بر مدار زمین میشود با نیروی جاذبه در سطح کره زمین مقایسه کردم.»
حجم عظیمی از این کارها را که غیرقابل باور به نظر میرسد، نیوتون بهتنهایی در مدت هجده ماه انجام داد. بقیه زندگی او نیز به تکمیل همین پژوهشها گذشت.
نیوتون از نظر اخلاقی و رفتاری خیلی خوشسلوک نبود. به دیگران بسیار بدگمان بود و بیشتر سالهای عمرش را با دانشمندان همدورهاش درگیر بود، بهعنوان مثال، با رابرت هوک در مورد نظریه رنگها و نیز اینکه کدام یک از آن دو در کشف قانون جاذبه عمومی حق تقدم دارند در مجادله بود. با ریاضیدان آلمانی گوتفرید لایب نیتز نیز در مورد اینکه کدام یک حساب دیفرانسیل و انتگرال را زودتر کشف کردهاند سر دعوا داشت و سرانجام با کریستیان هویگنس هلندی نیز در مورد تئوری نور در مجادله بود.
نیوتون عموم اکتشافات خود را پنهان نگاه میداشت. او در سنین 23 تا 25 سالگی، همانگونه که بیان شد، به قسمت عمده ابداعات نبوغآمیزش دست یافته بود ولی تا سالها آنها را منتشر نکرد.
بهعنوان مثال مجموعه سهگانه اصول خود را با عنوان «اصول ریاضی، فلسفه طبیعی» در 44 سالگی و کارهای مربوط به نورشناسیاش را در 65 سالگی منتشر کرد. در هر صورت حجم کارهای نیوتون بسیار حیرتانگیز است. به جرئت میتوان گفت تنها یکی از کارهایی که او انجام داده برای یک نفر کافی است تا بهعنوان پژوهشگر و دانشمندی برجسته شناخته شود. در ادامه به مهمترین و تأثیرگذارترین کارهای علمی این دانشمند خواهیم پرداخت.
مشتق و انتگرال
نیوتون در گسترش فیزیک جدید، پس از قرون وسطی، بسیار مؤثر بود. بهطور کلی سده هجدهم میلادی را عصر چیرگی مفاهیم نیوتون بر نظامهای علمی میدانند. او در بیان مفاهیم فیزیک، از ریاضیات پیشرفتهای بهره میگرفت که خودش ابداع کرده بود. از جمله ابداع مفاهیم حساب دیفرانسیل و انتگرال بود که به او و دیگر دانشمندان اجازه داد تا قوانین متعدد مکانیک را فرمولبندی و مفاهیم مکانیکی جدیدی تعریف کنند. این مفاهیم تا امروز در تمامی رشتههای مهندسی و علوم پایه کاربرد دارد.
گرچه همانطور که اشاره شد دانشمند دیگری نیز به نام لایب نیتز، همزمان با نیوتون ولی بهطور مستقل، به کشف حساب دیفرانسیل و انتگرال رسیده بود و حتی روش او سادهتر از روش نیوتون بود ولی در جدال با نیوتون، بهدلیل نفوذ نیوتون، هیئت تعیینشده به نفع نیوتون رأی داد.
انتگرال و انتگرالگیری درست به همان اندازه در فیزیک اهمیت دارد که معادلات دیفرانسیل اهمیت دارد. نظریهپردازان نخست با استفاده از معادلات دیفرانسیل، نظریه خود را بنا میکنند اما چون این معادلات برای کار اساسیتر، یعنی مقایسه پیشگویی نظریه با آزمایشها و مشاهدات، کافی بهنظر نمیرسند، به انتگرالگیری که اغلب یک ضرورت است روی میآورند.
«اصول ریاضی، فلسفه طبیعی» نیوتون شامل یک مقدمه و سه کتاب است. چاپ این کتابها در اثر کمکها و پافشاریهای ادموند هالی که ستارهشناسی ماهر و دوست نیوتون بود صورت گرفت.
نیوتون در ابتدا در پاسخ به سؤالهای ادموند هالی در مورد مسیر حرکت سیارات بود که قوانین سهگانه کپلر را اثبات کرد و سپس، باز در اثر اصرار هالی در مورد پاسخ کاملتر شروع به نوشتن سه جلد کتاب اصول خود کرد. از سوی دیگر نیوتون به دلیل درگیری با هوک میخواست از چاپ کتاب سوم منصرف شود.
دو عدد از تعاریف ارائه شده در این کتاب به شرح زیر است:
تعریف 1: مقدار ماده (جرم) همان مقداری است که از چگالی و حجم بهدست میآید.
تعریف 2: کمیت اندازه حرکت، اندازهای از حرکت است که از سرعت و مقدار ماده بهطور توأم ایجاد میشود.
به دنبال این دو تعریف است که سه قانون مشهور نیوتون معنا پیدا میکند:
قانون اول: هر جسم همواره در حالت سکون یا در حالت حرکت یکنواخت در امتداد خط مستقیم باقی میماند، مگر اینکه بر اثر نیروهای وارد بر آن مجبور به تغییر این حالت شود.
قانون دوم: تغییر اندازه حرکت یک متحرک متناسب با نیروی محرکه مؤثری است که بر جسم متحرک وارد میشود و دقیقاً با نیرو همجهت است.
قانون سوم: هر کنشی همواره واکنشی برابر و مخالف آن کنش در پی دارد.
اینکه این تعاریف و قوانین هنوز زندهاند شاهد مهمی بر این است که علم مکانیک بر پایههای این قوانین استوار شده است.
دستاوردهای نیوتون در حوزهٔ نور
نیوتون در سال 1704 میلادی کتاب دیگر خود نورشناخت را در 65 سالگی منتشر کرد. او در آغاز این کتاب آزمایش سادهای را شرح میدهد و با آن اثبات میکند که نور اولاً با ورود به محیط تازه میشکند و ثانیاً نورهای با رنگهای متفاوت قابلیتهای شکست متفاوت دارند.
بهعبارت دیگر هر رنگ ضریب شکست خاص خود را دارد. با استفاده از همین مطلب نیوتون چگونگی ایجاد رنگینکمان را توضیح میدهد. آزمایش دیگر نیوتون، در نورشناخت، تاباندن نور خورشید بر یک منشور و تجزیه نور بود. این آزمایش او را به این نتیجه رساند که عدسیهای بهکار رفته در دوربینهای انکساری، مانند دوربین گالیله، نمیتوانند تصاویری بدون اشکال به ما بدهند، در نتیجه نیوتون تلسکوپ انعکاسی خود را ساخت که هماکنون نیز قابل استفاده است.
باید توجه داشته باشیم که این آزمایشها را نیوتون در زمانی انجام میداد که اعتقاد بر این بود که نورهای رنگی که از پنجرههای کلیساها عبور میکنند چیزی شبیه رنگ کردن پارچههای سفید در محلولهای رنگی است.
یکی دیگر از کشفیات جالب نیوتون ایجاد «حلقههای نیوتون» است که از قرار دادن یک عدسی محدب روی یک شیشه تخت بهدست میآید.
امروزه در آزمایشگاههای اپتیک با این کار طول موج نور را بهدست میآورند و حلقههای تداخلی آن بسیار زیباست، نکته جالب این است که نیوتون با تئوری موجی نور بهشدت مخالف بود. شاید دلیل این مخالفت بیشتر از آن جهت بود که نمیتوانست حرکت مستقیمالخط نور را توجیه کند. از این رو برای توجیه حلقههای نیوتون دست به ایجاد یک تئوری بسیار پیچیده زد.
کسی که با نظرات نیوتون درباره جنس و ماهیت نور مخالفت میکرد، هویگنس، فیزیکدان هلندی، بود. البته در اینجا حق با هویگنس بود و نیوتون اشتباه میکرد. نیوتون در اواخر عمر خود بیشتر به دنبال کارهایی رفت که دیگر جنبه علمی نداشت، بلکه بیشتر کارهای اجرایی بود؛ بهعنوان مثال مدیریت ضرابخانه و ریاست پلیس لندن و حتی نمایندگی مجلس. نیوتون، این نابغه بزرگ، سرانجام در سال 1696 میلادی در لندن و در 85 سالگی چشم از جهان فروبست.
آلبرت اینشتین در پیشگفتار چاپی از کتاب «نورشناخت نیوتون»، با این عبارت از نیوتون قدردانی کرده است:
«نیوتون، آزمایش، نظریهپردازی و مکانیک را بهتنهایی در شخصیت خود ترکیب کرد و همچون یک هنرمند آنها را به زیبایی به نمایش میگذارد.»
نیوتون نیوتون کارهای علمی بزرگی انجام داد که گفته میشود هر یک به تنهایی برای اثبات نبوغ وی کافی بود. او علم فیزیک را بر پایه ریاضیات بنا نهاد؛ ریاضیاتی که خود سازنده آن بود. نیوتون بر تمام پیشرفتهای علمی بعد از خود تأثیری اساسی گذاشت.
قرنها طول کشید تا انسان دریابد که، برخلاف نظر ارسطو، جسم برای ادامه حرکت یکنواخت و با سرعت ثابت روی خط راست، نیاز به محرک ندارد و بصورت طبیعی این حرکت اتفاق میافتد. این درک عظیم بوسیله قانون اول نیوتون محقق شد. نیوتون حتی سالهایی از عمرش را به کیمیاگری نیز پرداخت.
ایزاک نیوتون در سال 1642 میلادی، در نزدیکی لینکن شایر در 160 کیلومتری لندن، در روز کریسمس چشم به دنیا گشود. پدرش سه ماه پیش از تولد او از دنیا رفت و به همین دلیل مادرش نام پدرش یعنی ایزاک را برای او انتخاب کرد. ویلیام استاکلی، نخستین زندگینامهنویسِ نیوتون، مینویسد: نیوتون در دوران نوجوانی و در مدرسه، مدلهای کارآمدی از آسیابهای بادی را میساخت که با پازدن، پرههای آن بهکار میافتاد؛ و ارابههایی میساخت که با چرخاندن هندل به حرکت در میآمد. از علاقهمندیهای دیگر او رفتن به مغازه داروفروشی محلهشان و خرید مواد شیمیایی بود که در روی آوردن نیوتون به کیمیاگری در سالهای بعدی عمرش بیتأثیر نبود.
نیوتون در سال 1661م به ترینیتی کالج کمبریج وارد شد. او دانشجویی بود که کمکهزینه تحصیلی دریافت میکرد و در ازای کار در دانشگاه نیز، به رایگان آموزش میدید. به این دانشجویان سابسایزر میگفتند.
شاید به همین دلیل و یا روحیه انزواطلبی خودش بود که از دانشجویان و استادان و حتی برنامه درسی کمبریج، که بیشتر بر عقاید ارسطو پایهگذاری شده بود، دوری میجست. پس از حدود یک سال در کمبریج نیوتون وارد مطالعه در حوزه ریاضی شد و آنقدر در جهان آنالیز ریاضی قرن هفدهم سیر کرد تا به آغاز اکتشافات خود رسید.
در آغاز سال 1665 میلادی، در کمبریج و بسیاری از بخشهای دیگر انگلستان بیماری هولناک طاعون شایع شد. زندگی مردم در هم پاشید و در حدود دو سال کالجها بسته شد. نیوتون هم به زادگاهش بازگشت. مورخان علم نوشتهاند که نیوتون قسمت عمده کارهایش را در همان هجده ماه دوری از کمبریج طاعونزده و در زادگاهش لینکن شایر، در سالهای 1665 تا 1666، انجام داده است. خودش نیز گفته است:
«در آغاز سال 1665 دستوری را برای تبدیل هر نوع دوجملهای به یک سری را بهدست آوردم و در ماه نوامبر همان سال روش مشتقگیریـ به تعبیر خود نیوتون فلوکسیونـ را پیدا کردم، سال بعد در ماه ژانویه نظریه رنگها را بهدست آوردم و در ماهه may ، وارد طریقه عکس مشتقگیری یعنی انتگرالگیری شدم. در همان سال به فکر تعمیم مفهوم جاذبه به مدار ماه افتادم و نیرویی را که موجب بقای گردش ماه بر مدار زمین میشود با نیروی جاذبه در سطح کره زمین مقایسه کردم.»
حجم عظیمی از این کارها را که غیرقابل باور به نظر میرسد، نیوتون بهتنهایی در مدت هجده ماه انجام داد. بقیه زندگی او نیز به تکمیل همین پژوهشها گذشت.
نیوتون از نظر اخلاقی و رفتاری خیلی خوشسلوک نبود. به دیگران بسیار بدگمان بود و بیشتر سالهای عمرش را با دانشمندان همدورهاش درگیر بود، بهعنوان مثال، با رابرت هوک در مورد نظریه رنگها و نیز اینکه کدام یک از آن دو در کشف قانون جاذبه عمومی حق تقدم دارند در مجادله بود. با ریاضیدان آلمانی گوتفرید لایب نیتز نیز در مورد اینکه کدام یک حساب دیفرانسیل و انتگرال را زودتر کشف کردهاند سر دعوا داشت و سرانجام با کریستیان هویگنس هلندی نیز در مورد تئوری نور در مجادله بود.
نیوتون عموم اکتشافات خود را پنهان نگاه میداشت. او در سنین 23 تا 25 سالگی، همانگونه که بیان شد، به قسمت عمده ابداعات نبوغآمیزش دست یافته بود ولی تا سالها آنها را منتشر نکرد.
بهعنوان مثال مجموعه سهگانه اصول خود را با عنوان «اصول ریاضی، فلسفه طبیعی» در 44 سالگی و کارهای مربوط به نورشناسیاش را در 65 سالگی منتشر کرد. در هر صورت حجم کارهای نیوتون بسیار حیرتانگیز است. به جرئت میتوان گفت تنها یکی از کارهایی که او انجام داده برای یک نفر کافی است تا بهعنوان پژوهشگر و دانشمندی برجسته شناخته شود. در ادامه به مهمترین و تأثیرگذارترین کارهای علمی این دانشمند خواهیم پرداخت.
مشتق و انتگرال
نیوتون در گسترش فیزیک جدید، پس از قرون وسطی، بسیار مؤثر بود. بهطور کلی سده هجدهم میلادی را عصر چیرگی مفاهیم نیوتون بر نظامهای علمی میدانند. او در بیان مفاهیم فیزیک، از ریاضیات پیشرفتهای بهره میگرفت که خودش ابداع کرده بود. از جمله ابداع مفاهیم حساب دیفرانسیل و انتگرال بود که به او و دیگر دانشمندان اجازه داد تا قوانین متعدد مکانیک را فرمولبندی و مفاهیم مکانیکی جدیدی تعریف کنند. این مفاهیم تا امروز در تمامی رشتههای مهندسی و علوم پایه کاربرد دارد.
گرچه همانطور که اشاره شد دانشمند دیگری نیز به نام لایب نیتز، همزمان با نیوتون ولی بهطور مستقل، به کشف حساب دیفرانسیل و انتگرال رسیده بود و حتی روش او سادهتر از روش نیوتون بود ولی در جدال با نیوتون، بهدلیل نفوذ نیوتون، هیئت تعیینشده به نفع نیوتون رأی داد.
انتگرال و انتگرالگیری درست به همان اندازه در فیزیک اهمیت دارد که معادلات دیفرانسیل اهمیت دارد. نظریهپردازان نخست با استفاده از معادلات دیفرانسیل، نظریه خود را بنا میکنند اما چون این معادلات برای کار اساسیتر، یعنی مقایسه پیشگویی نظریه با آزمایشها و مشاهدات، کافی بهنظر نمیرسند، به انتگرالگیری که اغلب یک ضرورت است روی میآورند.
«اصول ریاضی، فلسفه طبیعی» نیوتون شامل یک مقدمه و سه کتاب است. چاپ این کتابها در اثر کمکها و پافشاریهای ادموند هالی که ستارهشناسی ماهر و دوست نیوتون بود صورت گرفت.
نیوتون در ابتدا در پاسخ به سؤالهای ادموند هالی در مورد مسیر حرکت سیارات بود که قوانین سهگانه کپلر را اثبات کرد و سپس، باز در اثر اصرار هالی در مورد پاسخ کاملتر شروع به نوشتن سه جلد کتاب اصول خود کرد. از سوی دیگر نیوتون به دلیل درگیری با هوک میخواست از چاپ کتاب سوم منصرف شود.
دو عدد از تعاریف ارائه شده در این کتاب به شرح زیر است:
تعریف 1: مقدار ماده (جرم) همان مقداری است که از چگالی و حجم بهدست میآید.
تعریف 2: کمیت اندازه حرکت، اندازهای از حرکت است که از سرعت و مقدار ماده بهطور توأم ایجاد میشود.
به دنبال این دو تعریف است که سه قانون مشهور نیوتون معنا پیدا میکند:
قانون اول: هر جسم همواره در حالت سکون یا در حالت حرکت یکنواخت در امتداد خط مستقیم باقی میماند، مگر اینکه بر اثر نیروهای وارد بر آن مجبور به تغییر این حالت شود.
قانون دوم: تغییر اندازه حرکت یک متحرک متناسب با نیروی محرکه مؤثری است که بر جسم متحرک وارد میشود و دقیقاً با نیرو همجهت است.
قانون سوم: هر کنشی همواره واکنشی برابر و مخالف آن کنش در پی دارد.
اینکه این تعاریف و قوانین هنوز زندهاند شاهد مهمی بر این است که علم مکانیک بر پایههای این قوانین استوار شده است.
دستاوردهای نیوتون در حوزهٔ نور
نیوتون در سال 1704 میلادی کتاب دیگر خود نورشناخت را در 65 سالگی منتشر کرد. او در آغاز این کتاب آزمایش سادهای را شرح میدهد و با آن اثبات میکند که نور اولاً با ورود به محیط تازه میشکند و ثانیاً نورهای با رنگهای متفاوت قابلیتهای شکست متفاوت دارند.
بهعبارت دیگر هر رنگ ضریب شکست خاص خود را دارد. با استفاده از همین مطلب نیوتون چگونگی ایجاد رنگینکمان را توضیح میدهد. آزمایش دیگر نیوتون، در نورشناخت، تاباندن نور خورشید بر یک منشور و تجزیه نور بود. این آزمایش او را به این نتیجه رساند که عدسیهای بهکار رفته در دوربینهای انکساری، مانند دوربین گالیله، نمیتوانند تصاویری بدون اشکال به ما بدهند، در نتیجه نیوتون تلسکوپ انعکاسی خود را ساخت که هماکنون نیز قابل استفاده است.
باید توجه داشته باشیم که این آزمایشها را نیوتون در زمانی انجام میداد که اعتقاد بر این بود که نورهای رنگی که از پنجرههای کلیساها عبور میکنند چیزی شبیه رنگ کردن پارچههای سفید در محلولهای رنگی است.
یکی دیگر از کشفیات جالب نیوتون ایجاد «حلقههای نیوتون» است که از قرار دادن یک عدسی محدب روی یک شیشه تخت بهدست میآید.
امروزه در آزمایشگاههای اپتیک با این کار طول موج نور را بهدست میآورند و حلقههای تداخلی آن بسیار زیباست، نکته جالب این است که نیوتون با تئوری موجی نور بهشدت مخالف بود. شاید دلیل این مخالفت بیشتر از آن جهت بود که نمیتوانست حرکت مستقیمالخط نور را توجیه کند. از این رو برای توجیه حلقههای نیوتون دست به ایجاد یک تئوری بسیار پیچیده زد.
کسی که با نظرات نیوتون درباره جنس و ماهیت نور مخالفت میکرد، هویگنس، فیزیکدان هلندی، بود. البته در اینجا حق با هویگنس بود و نیوتون اشتباه میکرد. نیوتون در اواخر عمر خود بیشتر به دنبال کارهایی رفت که دیگر جنبه علمی نداشت، بلکه بیشتر کارهای اجرایی بود؛ بهعنوان مثال مدیریت ضرابخانه و ریاست پلیس لندن و حتی نمایندگی مجلس. نیوتون، این نابغه بزرگ، سرانجام در سال 1696 میلادی در لندن و در 85 سالگی چشم از جهان فروبست.
آلبرت اینشتین در پیشگفتار چاپی از کتاب «نورشناخت نیوتون»، با این عبارت از نیوتون قدردانی کرده است:
«نیوتون، آزمایش، نظریهپردازی و مکانیک را بهتنهایی در شخصیت خود ترکیب کرد و همچون یک هنرمند آنها را به زیبایی به نمایش میگذارد.»