تاریخچة مختصر فیزیک

ماقبل تاریخ

همانطور که متقدمین از روی تجربه و امتحان به خواص باطنی پاره‌ای از اجسام بی‌پرده و از ترکیب مواد به وسایل مختلف (تشویه، تکلیس، تقطیر و غیره) مواد شیمیائی بدست آورده و برای علمای شیمی جدید مایه‌ای درست کرده‌اند، همینطور هم تحقیق در خواص فیزیکی اجسام از مسائل تازه نیست و از قدیم الایام انسان درصدد کشف آنها بوده و از توجه به تغییرات و خواص ظاهری به بعضی اصول و قواعد فیزیکی پی برده و فیزیک جدید در حقیقت مولود توجهات و تحقیقات متقدمین می‌باشد.

مثلاً‌ تالس که قدیمی‌ترین و معروفترین حکمای سبعه است و تقریباً در شش قرن قبل از میلاد می‌زیسته محقق ساخت که از مالش کهربا خاصیتی در آن به ظهور می‌رسد که اجسام سبک را جذب می‌کند، همچنین فیثاغورث حکیم و ریاضی‌دان معروف یونانی و شاگردهایش به پاره‌ای مسائل و قضایای صوت پی برده بودند. (این دانشمند اول کسی است که زمین را متحرک می‌دانست).

ارسطو نیز در چهار قرن قبل از میلاد تئوریهای دقیقی در باب کائنات الجو (از قبیل جرثقیل، منجنق، میزان‌الغلظة و پیچ (پیچ ارشمیدس Vis sans pin) را اختراع نموده.

البته موضوع محاصرة سیراکوز را به توسط رومیان و سه سال مقاومت اهالی آن شهر را به وسیله نقشه‌های ارشمیدس اغلب در تاریخ دیده‌ایم. گویند یکی از وسایلی که ارشمیدس برای دفاع از وطن خود بکار می‌برد این بود که به وسیله آئینه‌های مقعر اشعه آفتاب را جمع کرده به جانب کشتیهای دشمن منعکس می‌ساخت وبدین‌وسیله آنها را آتش می‌زد.

همچنین قانونی را که راجع به «اجسام مرتمسة در مایعات» وضع کرده از قوانینی است که به وسیلة اتفاق غریبی به کشف آن نائل شده است:

هیرن پادشاه سیراکوز به زرگری دستور داده بود که تاجی از طلای خالص برای او بسازد، زرگر در ساختن تاجی تقلب کرده مقداری نقره با آن ممزوج کرده و نزد هیرن بود. اتفاقاً پادشاه به زرگر ظنین شد و برای اطمینان خاطر خود ارشمیدس را بطلبید و او را مأمور تحقیق خلوص یا عدم خلوص تاج نمود. ارشمیدس مدتها در این باب فکر می‌کرد ولی راه‌حلی به نظرش نمی‌رسید تا روزی که به حمام رفته بود در خزینه آب احساس کرد که دست‌ها و پاهایش سبکتر به نظرش می‌آید.

این مسئله کوچک روزنة امیدی برای او پیدا و بدین‌وسیله به کشف حقیقت بزرگی نایل گردید. معروف است که در اثر حالت غیرطبیعی که از اکتشاف مزبور برای ارشمیدس دست داده بود با همان حال برهنگی از حمام خارج و دوان دوان به جانب خانه سلطان روان گردید و فریاد می‌زد: Eureka! Eureka یعنی یافتم، یافتم . در واقع هم وسیله کشف تقلب زرگر را از روی کشف قانون کلی «تعیین وزن خالص مخصوص اجسام نسبت به آب» پیدا کرده بود.

قانونی را که ارشمیدس به وسیلة فوق موفق به کشف آن گردیده موسوم به D’Archimede Principle و به قرار ذیل می‌باشد:

بر کلیه اجسام مرتمسه در سیال (مایعات و گازها) فشاری از تحت به فوق وارد می‌آید که مقدار آن مساوی است با وزن سیال تغییر مکان یافته.

بالاخره بطلیموس (قرن دوم میلادی) منجم و ریاضی‌دان یونانی نیز تحقیقات عمیقی راجع به نور کرده و کتاب نفیسی در این مبحث از خود باقی گذارده است.

پس از بطلمیوس تحقیقات فیزیکی تا قرن 13 میلادی متوقف شد و حتی می‌توان گفت که رو به انحطاط گذارد. فقط عده‌ای از قبیل جابر و محمدبن موسی در این رشته زحماتی کشیده و اطلاعات قابل توجهی کسب کرده بودند.

قرون وسطی

اما تحصیل فیزیک در کشورهای غربی از قرون سیزدهم شروع می‌شود علمای معروف این علم در این قرن عبارتند از: راجر بیکن و آلبرت کبیر.

در این عصر دو اختراع مهم بعمل آمد:

یکی آئینه‌های صیقلی و دیگری عینک (Salvino Degli-Armati)

در قرن چهاردهم استعمال ))قطب نما تعمیم یافت. قرن پانزدهم راجع به ««فیزیک تقریباً چیز مهمی ندارد.

بالعکس در قرن شانزدهم مخصوصاً مباحث ثقل و نور و مغناطیس رو به کمال رفته‌اند. در این زمان فراسکاتور (ایتالیائی) قانون ترکیب قوه، را وضع کرد،‌ Gardon ریاضیات را با فیزیک مربوط ساخت، Moralyeus عمل زجاجیه چشم را به واسطة آثار عدسیها به مورد تجربه گذارد.

جانسن ))میکروسکپ را اختراع «1590» و روبرت ««نورمن انگلیسی میل مغناطیسی را تعیین نمود. بالاخره ژیلبرت اولین تجارت علمی الکتریکی و مغناطیسی را در کتاب معروف خود (Magnete)تدوین و منتشر ساخت.

فیزیک جدید

پایة فیزیک جدید در قرن هفدهم به توسط گالیله گذارده می‌شود؛ این ))دانشمند شهیر ایتالیائی متولد شهر پیزا رفته بود اتفاقاً چشمش به قندیلی می‌افتد که به سقف آویزان بود و آهسته نوسان می‌کرد چون خوب متوجه شد دید: نوسانات که رفته رفته از وسعت خود می‌کاستند زمانشان پیوسته تغییر ناپذیر می‌ماند _ بدین طریق قانون متحدالزمان بودن «Lsoc hronisme » نوسانات کوچک پاندول را کشف و بعد هم بلافاصله مورد استعمال آن برای تنظیم ساعتهای دیواری از نظرش خطور کرد.

دماسنج، ترازوی آبی و دوربین نجومی از اختراعات و اصول ««دینامیک جدید و عده‌ای از قوانین نقل از کشفیات اومی‌باشد.گالیله نه تنها فیزیکدان«« معروفی بوده بلکه در ««ریاضیات و نجوم مقامی بس ارجمند داشته. این دانشمند درسال 1609 اولین دوربین نجومی را در شهر ونیز بنا نهاد و به وسیلة آن حرکت ماه را بدور محور خود مشاهده کرد.

رصدهای دقیق گالیله او را به سلسله هیئت کپرنیک هدایت نمود و به عکس نظر به قدما که زمین را مرکز عالم سماوی می‌دانستند ثابت کرد که مرکز عالم شمسی آفتاب است نه زمین. بیان این نظریه در آن زمان در ایتالیا که به منزلة کفر و زندقه محسوب می‌شد و بخصوص دربار رم با این نظر بشدت مخالفت کرده و گالیله را وادار کردند سوگند یاد کند دیگر به اظهار چنین نظریه‌ای زبان نگشاید‌، گالیله نیز خواهی نخواهی قبول کرد ولی در سال (1632) در مراجعت به فلورانس کتابی تدوین و در آن جمیع ادله و براهین خود را در موضوع سلسلة هیئت مزبور بیان نمود.

باری دانشمند ایتالیائی برای صرف اظهار حقیقت اواخر عمر را بطور نیمه اسیر و شدیداً تحت نظر انگیزیسیون می‌زیسته تا اینکه بالاخره در سال (1642) زندگانی را بدرود و خود را از شر دشمنان علم و حقیقت آسوده ساخت.

اگر چه مخترع دماسنج گالیله می‌باشد ولی نقطه ذوب یخ را برای صفردماسنج (Hooke) قرار داد و ثبوت نقطه جوش آن را Halley تعیین کرد. بالاخره دماسنجی که صعود منظم درجات حرارت را نشان دهد به توسط Renaldini ساخته شد.

دکارت قوانین انکسار و تئوری رنگین کمان را بنا نهاد. توریچلی میزان الهوا را ساخت که پس از او پاسکال آن را برای اندازه‌گیری ارتفاعات بکار برد. تحقیقات و تجسساتی که پاسکال در تعادل مایعات کرد او را به اختراع منگنه آبی راهنما شد.

در همین دوره آکادمی دل سیمانتو Academie Del cimento که لئوپلد دومدیسی در فلورانس تشکیل داده بود کمک زیادی به پیشرفت شاخه های گوناگون فیزیک نمود.

چندی بعد در فرانسه نیروی جاذبه را اندازه گرفتند و مقدار (G) تصحیح شد (81/9متر) مجدداً اسحاق نیوتن بعد از شنیدن این خبر به خیال اول خود رجوع نموده و آن را موضوع حساب قرارداد، گویند در اواخر همین که دید نتیجه موافق پیش‌بینی اوست از فرط شعف نتوانسته محاسبه را به اتمام رساند.

اسحاق نیوتن به واسطه استدلال رفته رفته به کشف این قانون کلی نایل شد: هر دو ذره مادی یکدیگر را به نسبت معکوس مجذور فاصله و مقدار جرمشان جذب می‌کنند.

خلاصه این عالم شهیر به واسطه اکتشافات و اختراعات خود یک روح جدید به فیزیک (بخصوص مبحث نور) بخشید. حلقه‌های رنگین (Anneaux colrees) و تجزیه نور بالون اصلیه آن از اکتشافات و تلسکوپ آئینه‌دار از اختراعات او است.

رمر (Ronmer) سرعت نور را اندازه گرفت و ماریت (فرانسوی) و بویل (Boyle) (انگلیسی) قانون فشار گاز را وضع کردند.در درجه حرارت ثابت حجم هر بخار یا گاز با فشار ی که بر آن وارد می‌آید نسبت معکوس دارد .

بویل ماشین تخلیه هوا را که Otto de Cueriche قاضی عدلیه شهر ماگدبورگ اختراع کرده بود تکمیل نمود. بالاخره اولین طرح ماشین بخار به توسط Papin ریخته شد.

اگر چه قرن هجدهم برای فیزیک بدرخشندگی قرن هفدهم نمی‌باشد ولی به هرحال آن را قرن بی‌ثمری هم نمی‌توان نامید.

در این قرن صوت بر روی مبانی محکم قرار گرفت: قانون تارهای مرتعشه را سوور طرح‌ریزی، و تایلر(Taylor) و (Bevnoulli) و Euler و (D’Alambtrt) تکمیل کردند.

دوفه جذب و دفع‌های الکتریکی را تحت تحقیق درآورد. دوفه می‌گوید:

""من در تجربیات خود قانونی یافتم که غالب مشکلات را حل می‌کند و تا درجه‌ای راه تاریک را روشن می‌سازد.

اجسام الکتریزه هر چیز غیر الکتریک را جذب می‌کنند و چون الکتریزه شدند دفع می‌نمایند و تا طلائی را بدوا لوله بلوری الکتریزه جذب می‌کند ولی فوراً دفع می‌نماید و تا هنگامی که ورقه طلا مجاور جسم دیگری نشود تا الکتریسته آن را خارج شود جذب نمی‌گردد.""

علاوه بر این دفع الکتریسته را به دو بخش نموده و می‌گوید:

اتفاق به من قانون عمومی‌تر و مهمتری آموخت و در الکتریسته تغییری کامل داد و آن این است که الکتریسته دو نوع است که من یکی را شیشه‌ای و دیگری را سقزی می‌نامم. خواص دو نوع الکتریسته مزبور این است که دو الکتریسته هم جنس یکدیگر را دفع و دو الکتریسته مختلف‌ همدیگر را جذب می‌نمایند. بلور‌، سنگ، سنگهای بزرگ، پشم و بسیاری از اجسام دیگر جزء نوع اول و کهربا، سقزها، ابریشم، نخ، کاغذ و غیره، جزء نوع دوم می‌باشند.

بعد قوانین و اصول کولن در خصوص جذب و دفع باعث شد که الکتریسته تحت محاسبات دقیق درآید.

گری ثابت کرد که بدن انسان را می‌توان الکتریزه نموده و دوفه در تجربه‌ای که همه تماشاچیان را مبهوت ساخت از بدن انسان جرقه درآورد. در سقف اطاق خود چند ریسمان ابریشمی می‌آویخت و در زیر آن چیزی گهواره مانند بسته در آن می‌خوابید خود را با میله کلفت بلوری الکتریزه می‌نمود و چون کسی دست به طرف او دراز می‌کرد از بدنش جرقه می‌جست اولین دفعه‌ای که دوفه این تجربه را نمود موجب تعجب بسیار شاگرد خود آبه نله که بعدها عالم مشهوری شد گردید. آبه نله می‌گوید «هیچوقت تعجبی را که از رویت جهش جرقه از بدن انسان برایم دست داد فراموش نمی‌کنم». خلاصه کارهای دوفه به تجسسات بی‌فایده علما خاتمه داد و از آن بعد الکتریسته وارد تاریخ تازه‌ای گردید.

Muschenbroech بطری لید را اختراع کرد (1743) و فرانکل شباهت تخلیه الکتریکی و صاعقه را نشان داد و در نتیجه برق گیر را برای حفظ ساختمان از برق اختراع نمود. تجربه گالوانی، ولتا را به اختراع پیل (1800) یعنی اساس الکتریسته جاری هدایت کرد و آن به قرار ذیل است:

ابتدا ستون فقرات ناحیه قطنی قورباغه‌ای را به دو قسمت کرده فوراً قسمت تحتانی را پوست می‌کنند بعد مابین دو عصب قطنی را که در طرفین ستون فقرات مثل رشته‌های سفیدی به نظر می‌آیند مفتولی از مس داخل می‌کنند سر دیگر مفتول وصل به مفتول دیگرست که از روی ساخته شده، هر وقت سر مفتول مسی را به اعصاب قطنی وسر مفتول رویی را به عضلات یکی از پای قورباغه وصل کنیم پاهای حیوان تا شده و تکان می‌خورد و هر دفعه که این دو مفتول را مجاور آن دو عضو کنیم این اثر تجدید می‌شود: این دو فلز «مس و روی) که به شکل قوسی ساخته شده‌اند برای جریان الکتریسته با بدن قورباغه تشکیل مدار می‌دهد.

باید دانست که مبحث مغناطیس الکتریک نتیجه اکتشافات دو عالم سابق الذکر یعنی ارستد و آمپر می‌باشد و همانطور که نام این دو دانشمند در یک موقع و یک عصر و یک مبحث برده شده همانطور هم جهات تشبیه در بسیاری از مباحث بین ایشان موجود بود: اولاً هر دو معاصر بوده تولدشان دو سال و وفاتشان یک سال با یکدیگر فرق داشته‌، ثانیاً آمپر فقط یکسال بیش از ارستد عمر کرده (عمر آمپر 75 و عمر ارتسد 74 سال است). ثالثاً هر دو در ابتدای تحصیل در نهایت فقر و پریشانی بسر می‌بردند و به خرج و کفالت اولیای دیگر و معلمین خود تحصیل را تکمیل کردند. رابعاً ارتسد در عنفوان جوانی اشعاری می‌سرود که چندان بی‌اهمیت نبوده آمپر نیز قطعات نظمی گفته که بعضی از آنها را آراگو و دیگران ضبط کرده‌اند. پنجم آمپر فیلسوف و حکیم نیز بوده و ارستد هم فلسفه و حکمت را نزد بزرگترین فلاسفه یعنی کانت آموخته و از این علم نیز بهره کافی داشت، ششم در باقی علوم نیز با یکدیگر شباهت داشته باشند.

فاراده (Faraday) ابتدا الکتریسیته را بنا نهاد، اصول گالوانوپلاستی را ژاکبی اهل پتروگرادواسپنسر اهل لندن وضع الکینگتن و روالتس را مطلاکاری بکار بردند.

گالوانوپلاستی صنعتی است که توسط تجزیه الکتریکی فلزات را در قالب مخصوص رسوب و مورق می‌کنند به نحوی که به جدار آن نچسبد و خود تشکیل شکل درونی قالب را بدهد. چنانکه سابقاً ذکر شد آمپر عمرش وفا نکرد و بعد از او به نتیجه رسیدند چنانکه آراگو قانون او را تکمیل کرده و تعمیم داد و گوس یکی از بزرگترین ستاره شناسان و ریاضی دانان آلمان اختراع تلگراف را تکمیل کرده و بعدها طبیعی‌دان آمریکائی موسوم به مرس الفبائی برای تلگراف درست کرده دستگاه آن را ساخت و دستگاه تلگرافی وی که به تلگراف مرس موسوم است هنوز در کلیه کشورهای معمول و مرسوم می‌باشد. آراگو علاوه بر تکمیل قوانین آمپر و ارستد اکتشافات و تحقیقات علمی دیگر هم کرده است منجم««له ثابت کرد که در عالم خلاء وجود ندارد بلکه در تمام فضای لایتناهی جسم سیال بسیار رقیقی موسوم به ««اتر موجود است که در همه جا حتی در خلل و فرج اجسام جای دارد و نیز اثبات نمود که اجسام نورانی دارای ارتعاشات بسیار سریعی هستند و اثر این ارتعاشات را با سرعت زیادی به ما منتقل می‌کند. پس از تکمیل تلگراف طولی نکشید که به واسطه تجربیات هرتز آلمانی در خصوص انتشار امواج الکتریکی باب جدیدی برای تلگراف بی‌سیم باز شد چنانکه پس از او مارکنی ایتالیائی و برانلی فرانسوی تجربیات او را تعقیب و بالاخره تلگراف بی‌سیم را عمل کردند. در اینجا بی‌مناسبت نیست که بطور اختصار شرحی از تاریخ تلگراف بیان شود. در قدیم الایام بین چینی‌ها و یونانی‌ها و رومی‌ها مرسوم بود که در اوقات جنگ برای اخبار یا استخبار از وضعیات دستجات قشون خود و یا دادن دستورات سوق الجیشی در بالای برجهای مخصوص ویا قلل تپسه‌ها و کوه‌ها آتش روشن می‌کردند و به وسیله حرکت دادن مشعل‌های بزرگ و علامات و اشاراتی که قبلاً قرارداد کرده بودند مطالب خود را به طرف مقابل می‌فهماندند. مردم گل مرسومشان این بود که از افراد خود به فواصل متساوی پست می‌گذارند و این مأموران کنایات در مورد قرارداد را فریاد کنان به پست‌ها می‌رساندند.

پس از هجوم و استیلای وحشیان و تا مدتی بعداز آن یعنی تا قرن شانزدهم این نوع علائم اخباری از بین رفت. از قرن شانزدهم به بعد مجدداً این ترتیب مخابره شروع شد و تا قرن هجدهم ادامه داشت در این قرن کلدشاپ مهندس و فیزیکدان فرانسوی یک دستگاه تلگراف هوائی اختراع کرد و اولین دفعه مجمع کنوانسیون آن را برای پیغام و اطلاع خبر فتح کننده اتریشی‌ها به کار برد. بالاخره پس از آنکه دامنه الکتریسته وسعت یافت، واسطة انتقال اخبار جریان الکتریسیته شد. اولین دستگاه تلگرافی دنیا در سال 1774م به توسط لزاژ فرانسوی در ژنو ساخته شد. هر دستگاه تلگراف (باسیم) شامل چهار قسمت است: اولاً یک منبع الکتریکی از قبیل پیل یا آکومولاتر، ثانیاً یک دستگاه ارسالی خبر که بتوان منبع الکتریک را به وسیله مفتول‌های فلزی (سیم) به پست مقابل مربوط ساخت بطوری که تلگرافچی بتواند با اراده خود جریان را قطع و وصل کند. ثالثاً‌ سیم، واسطة ارتباط و هادی جریان الکتریسیته دستگاه ارسال است به دستگاه ضبط. چهارمً‌ دستگاهی برای ضبط خبر که به توسط آلات مخصوص علامت و رموز را در روی نواری از کاغذ ثبت کند. سیمهای تلگرافی بر سه نوعند: هوائی،‌ زیرزمینی و زیرآبی سیمهای هوائی _ زیرزمینی و زیرآبی سیمهای هوائی _ چون مقاومت سیمهای مسی چندان زیاد نیست و ممکن است زود بزود گسیخته شود لهذا سیمهای هوائی را با آلیاژهای مسی می‌سازند این مفتولها به واسطه مقره‌های چینی به تیرهای فلزی یا چوبی ثابت و در هوا نگاه داشته شده است. سیمهای زیرزمینی _ مرکب است از چند مفتول مسی بهم پیچیده که از یک ورقه ضخیم گوتاپیرکا پوشیده و روی آنرا یک ورقه سرب کشیده‌اند. سیم‌های زیرزمینی و زیرآبی _ این نوع سیمها معمولاً مرکبند از یک دسته هفت‌تائی مفتول مسی متصل به هم که روی آن را با یک ورقه ضخیم از جسم عایقی پوشانده‌اند. این ورقه عایق از سیمهای فولادی مستور است و دور این مفتولها نوار مارپیچی شکل علفی (از جنس شاهدانه) الوده به قطران پیچیده‌اند.