کسی که از مباحث علم فیزیک اطلاع داشته باشد، می‌داند که موضوع ارتعاش و موج در اغلب مباحث فیزیک و مکانیک یا بطور مستقیم وارد است یا وسیله و ابزاری برای استدلال و فهم موضوعات دیگر است. اگر گفته شود که: بدون اطلاع از خواص ارتعاشات تحصیل علم فیزیک و مکانیک کلاسیک غیر ممکن است شاید سخنی به اغراق گفته نشده است.
اما موضوع ارتعاشات و فیزیک امواج مخصوص نور و صوت اهمیت اساسی دارند، زیرا در حقیقت موضوع قسمتهای عمده و مختلف این دو علم جستجو در خواص ارتعاش و موج چیز دیگری نیستند.
تاریخچه:
زندگی پر از صداست و ما همیشه طالب شنیدن صداهای خوش و حیاتی هستیم و از صداهای نا مطبوع و خطرناک گریزانیم. بطور کلی باید گفت که هر چه پیش می دویم، بشر نسبت به حس شنوایی بیشتر توجه پیدا میکند. پیشرفت روز افزون صنایع صوت از قبیل: تلفن ـ رادیو ـ فونوگراف ضبط صوت روی فیلم و تهیه فیلمهای صدا دار و غیره خود می‌تواند بر این موضوع دلیلی مسلم باشد.
از نظر اهمیتی که آکوستیک یا علم صدا دارا میباشد میتوان انتظار داشت که این موضوع در تاریخ علوم فیزیک جزو مطالب اساسی به شمار رفته باشد، در صورتی که چنین چیزی نیست، زیرا در قبال تاریخ سایر علوم ، تاریخ آکوستیک قسمت از قلم افتاده و مهجوری بیش نیست. یکی از دلایل این مهجوریت تاریخی این است که نظریه اساسی اصلی راجع به انتشار و اخذ صوت از زمانهای بسیار قدیم در تحولات فکر بشری پیدا شده و اسلوب این فکر همان است که امروزه مورد قبول ماست. قسمتهای عمده علم آکوستیک عبارتند از:
تولید صوت:
وقتی که به یک جسم جامد ضربه وارد می‌سازیم، تولید صدا میکند. تحت بعضی از شرایط صدای حاصل ، بگوش انسان خوش آیند و مطبوع است و این در واقع اساس پیدایش علم موسیقی است که سالیان دراز قبل از تاریخ ضبط صوت ، موجود بوده است، اما موسیقی ، قرنها قبل از نظر علمی مورد تحقیق قرار گیرد، جزو صنایع ظریفه محسوب می‌گردید. این مطلب مورد قبول عموم است که اولین فیلسوف یونانی که مبنای موسیقی را برسی نموده است. فیثاغورث میباشد که 6 قرن قبل از میلاد زندگی می‌کرده است.
انتشار صوت :
از مشاهداتی که در قدیم الایام شد. و بدست ما رسیده معلوم میشود که صوت بوسیله آزمایشهای مربوط به هوا از یک نقطه به نقطه دیگر منتقل میگردد. در حقیقت ارسطو اصرار داشت که حرکت آزمایشهای مربوط به هوا در نقل و انتقالات صوت موثر است ولی این موضوع مانند سایر مطالبی که در فیزیک بیان نموده است همراه با ابهام است. چون در موقع انتقال صوت ، آزمایشهای مربوط به هوا حرکتی نمی‌کند، بنابراین جای تعجب نیست که بگوییم که فلاسفه دیگر معاصر ارسطو این عقیده او را تکذیب نمودند.
به همین ترتیب در زمان گالیله ، یک فیلسوف فرانسوی گاساندی ( Gassandi ) ، انتشار صوت را جریانی از اجزا کوچک غیر مرئی بسیار ریز می‌دانست که از جسم صدادار برخاسته و پس از عبور از آزمایشهای مربوط به هوا بگوش ما رسیده و آنرا متاثر می‌سازد. اولین کسی که تجربه زنگ زیر سرپوش خالی از آزمایشهای مربوط به هوا را امتحان کرد، آتانازیرس ، کیرثر ( Jesuit Athanasuis Kircher ) میباشد.
از ابتدای تاریخ آکوستیک تا به امروز ، تنها گیرنده صوتی مفید و جالب توجهی که دائما به کار رفته عبارت از گوش انسان میباشد. از اینرو قسمت عمده موضوع اخذ صوت به مطالعه و بررسی خواص آکوستیکی این عضو انحصار یافته است. جالب توجه این است که تا بحال یک نظریه کامل و قابل قبولی راجع به کیفیت شنوایی پیدا نشده است و موضوع شنوایی انسان یکی از مسایل پیچیده و گیج کننده علم جدید پیسکو فیزیک ( Psycho Physics ) میباشد.
ارتباط صوت و ارتعاش:
تجربیات یومیه نشان می‌دهد که احساس شنیدن وقتی برای ما پیدا میشود که شی که در مجاورت ما واقع شده است به ارتعاش در آید. مثلا اگر پهلوی ما جامی فلزی قرار داشته باشد چنانچه با یک قطعه فلز به بدنه جام بزنیم صدایی از آن به گوش می‌رسد، و اگر با دقت به آن نگاه کنیم ملاحظه میگردد که در حین صدا دادن لبه جام غیر واضح میباشد و این علامت ارتعاش سریع است.
اگر در این هنگام پاندول سبک وزن ساده‌ای را به بدنه جام نزدیک کنیم ضربه‌های پشت سر هم بدنه جام را روی پاندول که دلیل ارتعاش آن است بخوبی مشاهده می‌کنیم. اما بعضی اوقات ارتعاش به اندازه‌ای سریع است که با چشم دیده نمیشود و باید با وسایل مختلف از قبیل وسیله فوق وجود آنرا در اجسام ظاهر ساخت.
آیا فقط آزمایشهای مربوط به هوا وسیله انتقال صوت است؟
علاوه بر آزمایشهای مربوط به هوا جامدات و مایعات نیز برای صوت ناقل خوبی هستند. هر کس می‌داند که با گذاشتن گوش خود بزمین می‌تواند حرکت عابرین پیاده و چهارپایان را از مسافت نسبتا زیادی بشنود. همچنین اگر گوش خود را به ریل راه آهن بچسبانیم حرکت لکوموتیو و قطار را ممکن است از چندین کیلومتر بشنویم. خاصیت انتقال صوت در جامدات و مایعات قویتر از خاصیت مزبور در گازها میباشد.
اغلب دیده‌ایم که با وجودیکه پهلوی ریل راه آهن ایستاده‌ایم ، صدای حرکت قطاری را که دور از ما واقع شده است نمی‌شنویم، و اگر بخواهیم صدای حرکت قطار مزبور را بشنویم یا باید گوش خود را به ریل بچسبانیم و یا اینکه یک سر میله چوبی و یا فلزی را به ریل چسبانده و سر دیگر را روی گوش خود بگذاریم، طوریکه در هر دو حالت استخوان خارجی گوش به ارتعاش در آید. به همین دلیل است که دیاپازون را روی جعبه مخصوص قرار میدهند تا صدایش قوی شود.
نوشته شده توسط
مهدی
86/3/10:: 6:27 عصر
|
() نظر
برای تولید و انتشار امواج آکوستیکی ، ارتعاشهای مختلفی وجود دارند. ارتعاشهایی را که سبب تولید و انتقال موجهای صوتی میشوند، بر حسب حدود فرکانس‌شان طبقه بندی میکنند. ارتعاشهای صوتی که در ایجاد صدا موثرند، و با گوش شنیده میشوند، دارای فرکانسی بین 20 تا 20000 هرتز است.
دگر آهنگش (Modulated)
انرژی آکوستیکی که همراه گفتار است از ماهیچه‌های سینه نشات میگیرد. این ماهیچه‌ها هنگام انقباض هوا را از ششها به سوی اجزای مختلفی که ساز و کار صوتی ا تشکیل میدهند، روانه می‌سازد. این جریان دائم هوا را میتوان حامل انرژی دانست که باید از حیث سرعت و فشار برای تولید صوت دگر آهنگیده شود. این تغییر لازم به یکی از دو طریق اساسی که به تولید صوتهای با صدا و بی‌صدا منجر میشود، انجام میگیرد.
صوت با صدا
صوت با صدا ، شامل حرکات حروف مصوت گفتار معمولی و همچنین آهنگهای مخصوص صداهای آوازه خوانی است. عامل اصلی دگر آهنگش صوتهای صدادار نای است که تارهای صوتی در عرض آن کشیده شده‌اند.
ساختمان تارهای صوتی
تارهای صوتی تشکیل از دو نوار پرده مانند که دیافراگمی شکاف دار را درست میکنند، تشکیل یافته است، و به واسطه باز و بسته شدن این شکاف در اثر ارتعاش جریان هوا دگر آهنگیده میشوند. طول سوراخ وسط دیافراگم که هنگام عمل به شکاف تبدیل میگردد، در مردان 2.5 سانتیمتر و در زنان 1.5 سانتیمتر است و کششی که تارهای صوتی با آن کشیده میشوند، فرکانس اصلی دگر آهنکش را معین میکنند.
وظیفه تارهای صوتی
عمل تارهای صوتی این است که تغییرات سرعت و فشار جریان دگر آهنگیده را به شکل منحنی دندانه اره‌ای در می‌آورد. وقتی منحنی دندانه اره‌ای را به کمک سری فوریه (Fourier) تجزیه کنیم دیده میشود که تعداد زیادی هارمونیکهایی که از حیث فرکانس با هم ارتباط دارند، در آن منحنی قرار گرفته‌اند.
شبکه آکوستیکی
حفره‌های متعددی که در حکم تشدید کننده هستند و همچنین سوراخهای بینی و حفره‌های گلو و دهان بر روی هم یک شبکه آکوستیکی را تشکیل میدهند که موجهای فشار را دوباره دگر آهنگیده میکنند. بسیاری از این پارامترها را می‌توانیم به میل خود کنترل کنیم، یعنی با تغییر دادن وضعیت زبان یا تغییر شکل لبها میتوان تعداد زیادی صوت با صدا تولید کرد.
صوتهای تنفسی
همچنین ساز و کار صوتی می‌تواند صدا را بدون استفاده از تارهای صوتی تولید کند. اینگونه صوتها را صوتهای تنفسی می‌نامند. مثلا اگر هوا را بطور دائم با فشار توام با تنفس از ششها خارج می‌سازیم، صدایی مانند هیس تولید میشود که شبیه به صدای فرار بخار است. ظاهرا این صدا به واسطه اغتشاشی است که در جریان هوا هنگام عبور از مسیر نامنظم دستگاه صوتی پیدا می شود.
صوت بی صدا
اینگونه صوتها شامل صامت‌های بی صدای مالشی (frictive) مانند f و s و همچنین صامت‌های بی صدای ایستی (stop) مانند p و t و k هستند. در اینجا ارتعاش اساسی اینگونه تولید میشود که لبها ، دندانها و زبان ، جریان هوا را دگر آهنگیده میکنند. تجزیه انواع صوتهای بی صدا وجود نواری از فرکانسهای پیاپی را بیشتر در قسمت بالای فرکانسهای قابل شنیدن قرار دارند، آشکار می‌سازد.
نوشته شده توسط
مهدی
86/2/29:: 2:14 عصر
|
() نظر
برای عکسبرداری و سونوگرافی عمدتا از اشعه ایکس استفاده میشود. به لحاظ انرژی بالا و قدرت نفوذ زیاد اشعه ایکس از آن در سونوگرافی بافتهای نرم و اعضای داخلی بدن نمی توان استفاده نمود. بنابراین از امواج آکوستیکی از جمله ماورای صوت در سونوگرافی بهره می‌گیرند.
ویژگی پیزو الکتریسیته در بلور کوارتز
در تکنیک سونوگرافی مبنای کار بر مواد پیزوالکتریک نهاده شده است. مواد پیزوالکتریک به موادی اطلاق میشود که می تواند تاثیر متقابل فشار مکانیکی و نیروی الکتریکی را در یک محیط برهم ایجاد کنند بهترین ماده پیزوالکتریک برای این منظور بلور کوارتز است. بلور شش ضلعی کوارتز دارای بار منفی و مثبت بصورت یک در میان در شش زاویه خود میباشد. اگر این بلور را تحت اثر فشار یا کشش مکانیکی قرار دهیم. دو طرف بلور دارای بارهای منفی و مثبت خواهد شد. حال اگر بلور را در حالت خنثی در یک میدان الکتریکی قرار دهیم وجود بارهای مثبت و منفی باعث کاهش یا فشار در روی بلور شده و شکل بلور را تغییر می‌دهد. اگر این میدان الکتریکی با فرکانس مشخص شروع به نوسان نماید. بلور پیزوالکتریک نیز متناسب با همان فرکانس شروع به ارتعاش نموده و امواج مکانیکی از خود صادر میکند و این مبنای تولید ماورای صوت به توسط سیستم پیزوالکتریک است.
طرز بکارگیری بلور کوارتز در سونوگرافی
یک نکته جالب توجه در پدیده سونوگرافی و ماورای صوت این است که همان بلور پیزوالکتریک که تحت تغییرات میدان الکتریکی فیزیک امواج ماورای صوتی تولید میکند. بازتابهای امواج را نیز از بافتهای درونی دریافت و با روندی دقیقا عکس روند تولید این فیزیک امواج به سیگنالهای الکتریکی تبدیل میکند. که این سیگنال با انتقال به پردازشگر مرکزی به شکل تصویر شخصی در روی صفحه نمایش دستگاه ظاهر میشود.
ایجاد تصویر واضع از اندامهای داخلی
برای ایجاد وضوح و تمایز بهتر ، فرکانس تولید ماورای صوت طوری تنظیم میشود که فیزیک امواج بازتابیده را برای ایجاد وضوح و تمایز و تصویر واضح تری را ایجاد کند. برای جلوگیری از پخش فیزیک امواج ماورای صوتی در راستاهای دیگر در ترانسدیوسر از ماده میرا کننده در دسته ترانسدیوسر استفاده شده است. بدین ترتیب فیزیک امواج ماورای صوت فقط در یک راستا در جهت بافتهای بدن منتشر میشود. فرکانس 3 مگاهرتز برای تصویر برداری ماورای صوتی از بافتهای عمقی و فرکانس یک مگاهرتز برای شناسایی بافتهای سطحی بکار می‌رود.
بدترین عامل در کاهش نفوذ فیزیک امواج برای ایجاد تصویر واضح وجود آزمایشهای مربوط به هوا در حد فاصل بدن بیمار و سطح ترانسدیوسر است. برای جلوگیری از این موضوع سطح بدن را با آب یا روغن یا ژله مخصوص آغشته میکنند تا هوایی در این فاصله باقی نماند. شرط بازتابش امواج در هنگام عبور از بافتهای داخلی بدن تغییر دانسته بافت‌هاست. بدین ترتیب مرزهای اندامهای مختلف داخلی به خوبی مشخص میشوند. با توجه به این که مقداری از فیزیک امواج حین عبور جذب میشوند و میزان این جذب با افزایش چگال بافت بیشتر میشود. تصاویر ماورای صوتی اندامهایی که در پشت استخوان قرار دارند، چندان جالب و واضح نیست.
آزمایش ساده
اگر یک بلور پیزوالکتریک به طور مثال در فرکانس 3 مگاهرتز تنظیم شده باشد در واقع فیزیک امواج با فرکانس به 3 مگاهرتز را نیز تولید میکند که گستره این محدوده را پهنای باند فیزیک امواج گویند و هرچه پهنا اصلی ترین و شدیدترین آنها باشد. و سایر فیزیک امواج در این محدوده برای تولید تصاویر کناری یا فرعی در پدیده سونوگرافی بکار می‌روند.
آزمایش دیگر این تکنیک جداسازی ژرفی است و آن حداقل فاصله‌ای است که با تغییر بافت دستگاه می تواند آنرا نشان دهد. در دستگاههای مدرن با فرکانس 1-3 مگاهرتز این قدرت جداسازی حدود یک میلی متر است
نوشته شده توسط
مهدی
86/2/29:: 2:13 عصر
|
() نظر
بازتابش ، شکست و پراش فیزیک امواج صوتی عینا مانند بازتاب ، شکست و پراش نور صورت میگیرد. زیرا آثار امواج نوری از بسیاری جهات شباهت به آثار امواج صوتی دارند و تنها فرق موجود این است که طول موج فیزیک امواج نورانی نسبت به طول موج فیزیک امواج صوتی بسیار کوچک میباشد. ولی قوانین هندسی آنها کاملا با هم شباهت دارد.
وقتی که بین منبع صوت و گوش مانعی قرار دهیم بر حسب بزرگی و کوچکی مانع نسبت به طول موج ، ممکن است آثار مختلف پیدا شود. اگر فیزیک امواج صوتی به جدار محکمی که در آن سوراخی تعبیه شده است برخورد کنند، قسمتی از فیزیک امواج که به سطح دیواره برخورد میکنند منعکس میگردند و قسمت دیگر که به لبه جداره و یا به لبه سوراخ برخورد میکنند ممکن است پراشیده شوند.
مشاهده پدیده تفرق در زندگی روزمره
پدیده تفرق فیزیک امواج صوتی در مشاهدات روزانه ما زیاد است. مثلا وقتی اشخاص در مقابل دهنه بوقی شکل بلندگو واقع میشوند، آنهایی که در وسط و در نزدیکی محور قرار دارند، تمام صداها را میشنوند، ولی آنهایی که در اطراف محور و خارج از میدان بوق شده‌اند فقط آن کلمات و با قسمتی از موزیک را میشنوند که با صدای بم ادا نشده باشد. همچنین وقتی دو نفر در اطاقی مکالمه میکنند اگر در دیوار مشترک با اطاق مجاور ، سوراخ کوچکی باشد ممکن است صدای آنها را در اتاق مجاور تشخیص داد. در صورتیکه اگر درب همان دو اطاق باز باشد آنکه در همسایگی واقع است ممکن است درست صدای مکالمه در همان اطاق مجاور را بخوبی و مانند سابق نشنود.
همینطور وقتی که در سینما یا تئاتر پشت سر شخص چاق یا قد بلندی بنشینم ، به گونه‌ای که مشاهده صحنه برای ما مقدور نباشد باز صدای آرتیستها را میشنویم. فیزیک امواج صوتی که به بدن آن شخص میرسند قسمتی جذب شده و قسمتی منعکس میگردند و قسمتی که به حدود اطراف بدن او برخورد میکنند، به واسطه پدیده پراش در پشت سر او در هر نقطه که گوش ما قرار گیرد قابل شنیدن میباشند.
یک آزمایش ساده
قطعه‌ای از نمد را که تقریبا به مساحت یک متر مربع باشد اختیار کنید و در وسط آن سوراخی به قطر 15 سانتی متر ایجاد نمائید. اگر یک فرفره آلمانی (نوعی فرفره است که در جدار آن چند سوراخ وجود دارد، وقتی که میچرخد، تولید صدا میکند) را در فاصله 30 سانتی متری از سوراخ بچرخانیم در هر جایی که در پشت نمد قرار گیریم صدای آن به آهستگی و به طور یکنواخت شنیده میشود. و اگر خود را در مقابل سوراخ طوری قرار دهیم که فرفره را با چشم خود ببینیم، صدای آن از وقتی که خود را در جای دیگر قرار دهیم بلندتر شنیده نمیشود. تنها وقتی در ناحیه پشت قطعه نمد صدای قویتر شنیده میشود که نمد را از میان برداریم و این مطلب برای این است که در صورت اخیر انرژی صوتی بیشتری در گوش ما داخل میشود.
اگر بجای فرفره ، یک ساعت جیبی قرار دهیم (طول موج امواجی که ساعتها تولید میکنند از یک الی هشت سانتی متر تغییر میکند) در این حالت برای اینکه صدای تیک تیک آن را در پشت قطعه نمد بشنویم باید خود را در روی محور قرار دهیم، به گونه‌ای که ساعت از پشت نمد قابل رویت باشد. وقتی که این شرط حاصل شد، صدای آن عینا مانند وقتی شنیده میشود که نمد وجود نداشته باشد و چون در خارج محور واقع باشیم صدای ساعت تقریبا دیگر شنیده نمیشود.
شرایط پراش
- فرض کنید فیزیک امواج صوتی به سطح دیواری که سوراخی در آن تعبیه شده است، برخورد میکنند. امواج صوتی را با طول موج معینی در نظر میگیریم. هرگاه طول موج نسبت به قطر سوراخ بزرگ باشد، چون طبقه متراکم (موج) به دیوار برسد، قسمت کوچکی از آن که از سوراخ عبور میکند خود مانند مرکز صوت شد. و با آن طرف جدار طبقات کروی متراکم و منبسط ، پشت سر هم بمرکز سوراخ درست میشوند. نتیجه اینکه در پشت مانع در همه جا صدا وجود خواهد داشت.
- برعکس اگر طول موج نسبت به قطر سوراخ کوچک باشد ، فیزیک امواج در حین عبور از سوراخ عینا به همان حالت باقی میمانند. بدیهی است که در این حالت قسمتی از موج تابشی که با دیوار برخورد میکند، خود به خود حذف میگردد، و فقط قسمت مواجه با سوراخ از آن عبور می کند.
- بنابراین در حالت اول ، در هر نقطه از پشت جدار که واقع باشیم، صدای منبع آهسته‌تر ولی به یک اندازه شنیده میشود، در صورتی که در حالت دوم ، فقط اگر در ناحیه مقابل سوراخ باشیم صدای منبع را به خوبی میشنویم و در خارج آن صدای منبع مسموع نیست. علت اینکه در حالت اول صدا آهسته‌تر شنیده میشود، آنست که انرژی صوتی که از سوراخ عبور میکند روی سطح کروی توزیع شده و ضعیف میگردد، در صورتی که در حالت دوم تمام مقدار انرژی صوتی که از سوراخ عبور میکند روی فیزیک امواج با سطوح کوچک در پشت مانع متمرکز میباشند
نوشته شده توسط
مهدی
86/2/29:: 2:11 عصر
|
() نظر
مقدمه
هنگامی که اروپا در ظلمت جهل و بی خبری بسر می برد، دانشمندان اسلامی و در راس آنان اندیشمندان ایرانی اندوخته های علمی یونانیان را جمع آوری و حراست کردند و با دانش و اندیشه های ایرانیان باستان درآمیختند. تعاریف و اصول هندسه ی اقلیدسی توسط ایرانیان مورد بررسی و نقد قرار گرفت. مثلثات کروی توسط فضلای ایرانی ابداع و دستگاه اعداد با کشفیات هندیان تکمیل و بوسیله ی بازرگانان به اروپا برده شد. از قرن یازدهم میلادی به بعد بعضی از کشیشان به جامه ی طلاب مسلمان در می آمدند و کتبی را که با دقت محافظت می شد با خود به غرب می بردند و ترجمه می کردند.
در قرن شانزدهم دستگاه خورشید مرکزی منظومه شمسی تدوین و مسیر حرکت سیارات با دقت رصد شد. در نتیجه تقدس دایره ها در هم شکسته شد و مدار بیضوی حرکت سیارات مورد قبول واقع شد. روش استقرایی توانی نو یافت و به مقابله با قیاس برخاست و مسیر جدیدی برای اندیشه های علمی بوجود آمد.
آزمایش کردن قباحت خود را از دست داد و اجسام از بلندی رها شدند تا زمان سقوط آنها بطور تجربی بررسی شود. قوانین سقوط آزاد اجسام به کل جهان تعمیم داده شد شد و قانون جهانی گرانش کشف گردید. علت حرکت سیارات به دور خورشید صورت بندی شد. اختراع و تکمیل تلسکوپ انسان را با دنیایی رو به رو ساخت که قبل از آن هرگز تصورش نمی رفت. آنگاه ناچیزی زمین در مقابل کاینات به اثبات رسید.
استفاده از نماد گرایی در ریاضیات آغاز و هندسه تحلیلی به عنوان ابزاری قدرتمند برای تجسم و تکمیل کشفیات حساب دیفرانسیل و انتگرال به کار گرفته شد. ماهیت فیزیکی نور با آزمایش مورد سئوال قرار گرفت. در نتیجه نظریه ی دانه ای و نظریه ی موجی بودن نور برای توجیه آن ابداع شد. عنصر پنجم ارسطوئی اتر بیش از پیش بکار گرفته شد. اما این بار نه به عنوان یک عنصر، بلکه به عنوان زمینه ای برای انتشار نور و توجیه حرکت نور در فضا و انتقال نیروی گرانش و تصور می شد که کالبد فضا از اتر انباشته شده است.
1-2
عصر تاریکی و دوره ی انتقال اول
با سقوط امپراطوری روم در اواسط قرن پنجم میلادی تمدن در اروپای غربی به سطح بسیار پائینی رسید. تعلیم و تربیت تقریباً از بین رفت و تنها راهبان دیرهای کاتولیک و معدودی افراد غیر روحانی با فرهنگ و دانش یونانی و لاتینی رشته ی باریکی داشتند.
در این دوران دانش باستان توسط دانشمندان اسلامی محفوظ ماند، دانشمندان اسلامی ضمن آنکه دانش یونانی را حفظ کردند، اندوخته های علمی ایران باستان، چین و هند را را نیز جمع آوری نموده، خود نیز به باروری آن کوشیدند. خلفای بغداد به حامیان علم بدل گشتند و فضلای برجسته ای را به دربار خود فراخواندند. آثار هندی و یونانی از جمله آثار برهمگویت، و اصول اقلیدسی و مجسطی به عربی ترجمه شد. کتب یونانی به عنوان یکی از شرایط صلح، از امپراطور بیزانس مصادره شد و در اختیار فضلای عرب زبان قرار گرفت. در این عصر فضلای زیادی به نوشتن آثاری در زمینه ریاضیات و نجوم پرداختند که مشهورترین آنها محمد ابن موسی الخوارزمی بود. خوارزمی رساله ای در جبر و کتابی در باره ارقام هندی نوشت که بعدها در قرن دوازدهم به لاتین ترجمه شد و تاثیر زیادی در اروپا گذاشت. ابوالوفا بوزجانی کتب بطلمیوس را ترجمه و تشزیح کرد و شرحی بر کتاب دیوفانتس نوشت. اصیل ترین و بدیع ترین اثر جبری حل معادله درجه سوم توسط خیام بوجود آمد. وی اصلاحیه دقیقی نیز برای تقویم انجام داد.
خواجه نصیرالدین طوسی اولین اثر در باب مثلثات مسطحه و کروی را نوشت و کار پیشتر خیام را با شرح و تصیحیحاتی منتشر کرد که ساکری کارش را در هندسه نااقلیدسی با یاد داشتی از نوشته های نصیرالدین در باب توازی شروع کرد. نوشته های خواجه نصیرالدین توسط جان والیس در آکسفورد تدریس شد.
ابن هیثم که در غرب به الهازن شناخته می شود، بزرگترین فیزیکدان مسلمان شناخته شده است. وی رساله ای در نور نوشت و ذره بین را کشف کرد. به نسبت زاویه تابش و زاویه انکسار پی برد و اصول تاریکخانه را شرح داد و در مورد قسمتهای مختلف چشم بحث کرد. رساله ی نور ابن هیثم نفوذ زیادی در اروپا گذاشت. کارهای وی توسط کمال الدین فارسی پیگیری شد.
در مورد نجوم تنها کافیست گفته شود که بسیاری از نامها و واژه های امروزی در نجوم ریشه عربی دارند. بتدریج آثار علمی ایرانیان تنها زینت بخش کتاب خانه گردید و هنگامیکه شرق در حال به خواب رفتن علمی و غفلت بود، غرب در حال بیدار شدن بود. اوضاع علمی سایر کشورهای اسلامی و هندوستان و چین هم از ایران بهتر نبود، بلکه بدتر بود.
2-2
فیزیک در ایران
کشور ما نسبت دیرینه ای در نجوم دارد. قدیمی ترین متن ایران پیش از اسلام، اوستا کتاب دینی زرتشتیان است که متاسفانه فقط یک پنجم آن باقی مانده است. در این متن به کروی بودن زمین اشاره شده است که این یک ردپای نجومی از ایران باستان است. همچنین در متن های دینی زرتشتی مربوط به دوره ساسانی به نام صورت های فلکی، ستاره ها و سیارات اشاره شده است.
مورد دیگر نجوم ایران پیش از اسلام مربوط به قرن اول میلادی یعنی 6 قرن پیش از ظهور اسلام است.در قرن اول میلادی عده ای از فعالان (رهبران دینی که هم رهبر بودن و هم دانشمند) به علتی نامعلوم و زمان اشکانیان از سیستان به هند مهاجرت کردند و دانش و فرهنگ ایرانی را با خود به این کشور بردند و آن را با فرهنگ و دانش هندی آمیخته کردند. گفته می شود این افراد همچنین در هند باقی مانده اند و تمایز نژادی خود را حفظ کرده اند. در هر حال این مسلم است که تقویم ایرانی که این افراد به هند بردند که در آن شروع سال اول بهار است و هنوز در هند مورد استفاده قرار می گیرد. البته آنها عملا از تقویم اروپایی استفاده می کنند اما تقویم رسمی در قانون اساسی این کشور همان تقویم ایرانی است. از کتب قدیمی ایران کتاب نجومی باقی نمانده است غیر یک اثر مهم به نام ذیج شهریاران. ذیج به معنی کتابچه نجومی است که لغت قدیمی فارسی است. این کتاب در زمان بهرام گور و توسط پادشاهان ساسانی تالیف شده است که یک قرن بعد در زمان انوشیروان تصمیم گرفتند این کتاب را کامل تر کنند که به دستور انوشیروان کتاب های نجوم یونان و هند خوانده شد و مقایسه کردند و گفتندکه کتاب های نجوم هندی دقیق تر است در نتیجه یک ویرایش جدیدی از ذیج شهریار براساس متن های هندی فراهم کردند. بعضی از منجمان اسلامی مثل ابوریحان بیرونی و خوارزمی مطالبی از این کتاب را در کتاب های خود آورده اند.
مثلا ابوریحان بیرونی کتابی به نام افراط المقال فی امر الضلال (مقاله ای یکتا در مورد سایه ها) دارد که در آن روش مدرج کردن ساعت های آفتابی را از کتاب ذیج شهریار نقل کرده است. همچنین در یکی از نوشته های دینی زرتشتی یک آیین مقدسی ذکر شده است که گفتند این آیین باید زمانی انجام شود که ماه، ستاره ها، سیاره ها و خورشید در یک موقعیت ویژه که در رسانه ذکر شده است، باشد. در عین حال، در نوشته هایی که به زبان پهلوی است برای محاسبه موقعیت ماه، خورشید، ستاره ها و سیاره ها گفته شده است که باید محاسبه آنها براساس یک ذیج (کتابچه نجومی) باشد و آنجایی که از منابع ساسانی نام برده از ذیج هندی، ذیج شهریاران و ذیج بطلمیوس نام برده است به این ترتیب مشخص می شود که در زمان ساسانیان، ایرانی ها با نجوم یونان باستان که خیلی پیشرفته بود آشنا بوده اند که شاخص تر اثر آن کتاب نجومی یونان باستان است که بعدها به عربی ترجمه شد. ولی این عقیده هم وجود دارد که اولین ترجمه آن از یک ترجمه فارسی قدیمی گرفته شده است. نجوم ایران باستان از نجوم دوره یونان باستان تاثیر گرفته و بر نجوم دوره اسلامی اثر گذاشت و نجوم این دوره هم بعدها بر تکامل نجوم در اروپا تاثیر گذاشت. بعد از اسلام یکی دو قرن صرف کشمکش و تثبیت حکومت جدید در ایران شد. در این دوره یا هیچ اثری بوجود نیامد و یا اگر به وجود آمد باقی نماند. اما بعد از آن از قرن سوم تا قرن 7 و 8 هجری شکوفایی بسیاری در کشورهای اسلامی به خصوص در ایران به وجود آمد و دانشمندان دستاوردهای زیادی به وجود آوردند که به دوره طلایی اسلامی شهرت یافت.
خیام غیاث الدین ابوالفتح، عمر بن ابراهیم خیام (خیامی) در سال 439 هجری (1048 میلادی) در شهر نیشابور و در زمانی به دنیا آمد که ترکان سلجوقی بر خراسان، ناحیه ای وسیع در شرق ایران، تسلط داشتند. وی در زادگاه خویش به آموختن علم پرداخت و نزد عالمان و استادان برجسته آن شهر از جمله امام موفق نیشابوری علوم زمانه خویش را فراگرفت و چنانکه گفته اند بسیار جوان بود که در فلسفه و ریاضیات تبحر یافت. خیام در سال 461 هجری به قصد سمرقند، نیشابور را ترک کرد و در آنجا تحت حمایت ابوطاهر عبدالرحمن بن احمد , قاضی القضات سمرقند اثر برجسته خود را در جبر تألیف کرد.
خیام سپس به اصفهان رفت و مدت 18 سال در آنجا اقامت گزید و با حمایت ملک شاه سلجوقی و وزیرش نظام الملک، به همراه جمعی از دانشمندان و ریاضیدانان معروف زمانه خود، در رصد خانه ای که به دستور ملکشاه تأسیس شده بود، به انجام تحقیقات نجومی پرداخت. حاصل این تحقیقات اصلاح تقویم رایج در آن زمان و تنظیم تقویم جلالی (لقب سلطان ملکشاه سلجوقی) بود.
در تقویم جلالی، سال شمسی تقریباً برابر با 365 روز و 5 ساعت و 48 دقیقه و 45 ثانیه است. سال دوازده ماه دارد 6 ماه نخست هر ماه 31 روز و 5 ماه بعد هر ماه 30 روز و ماه آخر 29 روز است. هر چهار سال، یکسال را کبیسه می خوانند که ماه آخر آن 30 روز است و آن سال 366 روز می شود در تقویم جلالی هر پنج هزار سال یک روز اختلاف زمان وجود دارد در صورتیکه در تقویم گریگوری هر ده هزار سال سه روز اشتباه دارد.
دستاوردهای علمی خیام برای جامعه بشری متعدد و بسیار درخور توجه بوده است. وی برای نخستین بار در تاریخ ریاضی به نحو تحسین برانگیزی معادله های درجه اول تا سوم را دسته بندی کرد، و سپس با استفاده از ترسیمات هندسی مبتنی بر مقاطع مخروطی توانست برای تمامی آنها راه حلی کلی ارائه کند. وی برای معادله های درجه دوم هم از راه حلی هندسی و هم از راه حل عددی استفاده کرد، اما برای معادلات درجه سوم تنها ترسیمات هندسی را به کار برد؛ و بدین ترتیب توانست برای اغلب آنها راه حلی بیابد و در مواردی امکان وجود دو جواب را بررسی کند. اشکال کار در این بود که به دلیل تعریف نشدن اعداد منفی در آن زمان، خیام به جوابهای منفی معادله توجه نمی کرد و به سادگی از کنار امکان وجود سه جواب برای معادله درجه سوم رد می شد. با این همه تقریبا چهار قرن قبل از دکارت توانست به یکی از مهمترین دستاوردهای بشری در تاریخ جبر بلکه علوم دست یابد و راه حلی را که دکارت بعدها (به صورت کاملتر) بیان کرد، پیش نهد.
خیام همچنین توانست با موفقیت تعریف عدد را به عنوان کمیتی پیوسته به دست دهد و در واقع برای نخستین بار عدد مثبت حقیقی را تعریف کند و سرانجام به این حکم برسد که هیچ کمیتی، مرکب از جزء های تقسیم ناپذیر نیست و از نظر ریاضی، می توان هر مقداری را به بی نهایت بخش تقسیم کرد. همچنین خیام ضمن جستجوی راهی برای اثبات "اصل توازی" (اصل پنجم مقاله اول اصول اقلیدس) در کتاب شرح اصول مشکل آفرین کتاب اقلیدس، مبتکر مفهوم عمیقی در هندسه شد. در تلاش برای اثبات این اصل، خیام گزاره هایی را بیان کرد که کاملا مطابق گزاره هایی بود که چند قرن بعد توسط والیس و ساکری ریاضیدانان اروپایی بیان شد و راه را برای ظهور هندسه های نااقلیدسی در قرن نوزدهم هموار کرد. بسیاری را عقیده بر این است که مثلث حسابی پاسکال را باید مثلث حسابی خیام نامید و برخی پا را از این هم فراتر گذاشتند و معتقدند، دو جمله ای نیوتن را باید دو جمله ای خیام نامید. البته گفته می شود بیشتر از این دستور نیوتن و قانون تشکیل ضریب بسط دو جمله ای را جمشید کاشانی و نصیرالدین توسی ضمن بررسی قانون های مربوط به ریشه گرفتن از عددها آورده اند.
استعداد شگرف خیام سبب شد که وی در زمینه های دیگری از دانش بشری نیز دستاوردهایی داشته باشد. از وی رساله های کوتاهی در زمینه هایی چون مکانیک، هیدرواستاتیک، هواشناسی، نظریه موسیقی و غیره نیز بر جای مانده است. اخیراً نیز تحقیقاتی در مورد فعالیت خیام در زمینه هندسه تزئینی انجام شده است که ارتباط او را با ساخت گنبد شمالی مسجد جامع اصفهان تأئید می کند.
اما گذشته از همه اینها، بیشترین شهرت خیام در طی دو قرن اخیر در جهان به دلیل رباعیات اوست که نخستین بار توسط فیتزجرالد به انگلیسی ترجمه و در دسترس جهانیان قرار گرفت و نام او را در ردیف چهار شاعر بزرگ جهان یعنی هومر، شکسپیر، دانته و گوته قرار داد.
خواجه نصیرالدین محمد بن حسن جهرودی طوسی مشهور به خواجه نصیرالدین طوسی از اهالی جهرود از توابع قم بوده است که در تاریخ 15 جمادی الاول سال 597 هجری قمری ولادت یافته است. او به تحصیل دانش، علاقه زیادی داشت و از دوران جوانی در علوم ریاضی و نجوم و حکمت سرآمد شد و از دانشمندان معروف زمان خود گردید.
خواجه نصیرالدین طوسی ستاره درخشانی بود که در افق تاریک مغول درخشید و در هر شهری پا گذارد آنجا را به نور حکمت و دانش و اخلاق روشن ساخته و در آن دوره تاریک و در آن عصری که شمشیر تاتار و مغول خاندانهای کوچک و یا بزرگ را از هم پاشیده و جهانی از حملات مغولها به وحشت فرو رفته و همه در گوشه و کنار منزوی و یا فراری می شدند و بازار کسادی دانش و جوانمردی و مروت می بود و فساد حکمفرما. وجود و بروز چنین دانشمندی مایه اعجاب و اعجاز است.
تاسیس رصدخانه مراغه و انجام نخستین فعالیت علمی، پژوهشی و آموزشی در این موسسه از مهم ترین اقدامات این دانشمند است. رصدخانه مراغه به عنوان بزرگ ترین مرکز پژوهشی نجومی در زمان خود مطرح بوده است و امروز نیز علاوه بر ثبت در کتب، جزوات و اسناد ملی و بین المللی هر ساله صدها محقق نجوم در داخل و خارج از کشور را به خود جذب می کند.
همچنین خواجه نصیرالدین طوسی با انجام نخستین کار علمی و آموزشی در رصدخانه بین المللی مراغه پس از گذشت 750 سال از زمان فعالیت های علمی دراین مرکز پیشتاز نجوم در دنیای قدیم است. رصدخانه مراغه در سال 657 هجری قمری به دستور هلاکوخان و به همت دانشمند ایرانی خواجه نصیرالدین طوسی ساخته شد که ساخت آن 15 سال به طول انجامید. در این رصدخانه اسباب و آلات نجومی بسیاری متمرکز شده بود که متاسفانه این مجموعه بعد از سال 703 هجری قمری بر اثر زلزله و بی توجهی حکام رو به ویرانی گذاشت.
گفته می شود کتابخانه آن دارای چهار هزار جلد کتاب بوده است که از بغداد به این رصدخانه انتقال یافته بود. رصدخانه کهن مراغه بنابر اسناد معتبر الهام بخش تولد رصدخانه های سمرقند در تاجیکستان اوجین در هندوستان، فندو در بنارس اورانین برگ در دانمارک و رصدخانه شانگهای چین بوده است.
3-2
بیداری غرب و دوره ی انتقال دوم
ارتباط غربیان با جوامع اسلامی بویژه از طریق بازرگانان موجب توجه آنان آثار علمی اندیشمندان اسلامی شد. در این دوره مسیر برعکسی آغاز شد بدین ترتیب که چون بسیاری از آثار نجومی یونان باستان از بین رفته بود و فقط ترجمه عربی آن باقی مانده بود به لاتین ترجمه شدند. در این دوره بود که تعداد زیادی از اصطلاحات عربی به زبان های اروپایی راه پیدا کرد.
در حدود سال 950 میلادی ژربر متولد شد، وی در مدارس مسلمانان اسپانیا درس خواند و در مراجعت ارقام عدد نویسی عربی را با خود به اروپای مسیحی برد. ژربر مورد سوء ظن معاصرانش قرار گرفت و متهم شد که روح خود را به شیطان فروخته است. با این حال ژربر به تدریج در کلیسا ترقی کرد و سرانجام در سال 999 به مقام پاپی انتخاب شد. بدین ترتیب ورود آثار کلاسیک علوم یونانی و اسلامی به اروپای غربی شروع شد.
در حدود 1120 میلادی یک راهب انگلیسی به نام آدلارد باثی که در اسپانیا درس خوانده بود، خود را در جامه یک طلبه در آورد و به گنجی از دانش که شدیداً مورد حفاظت بود دست رسی پیدا کرد. وی اصول اقلیدس و جداول خاورزمی را به لاتین ترجمه کرد. قرن دوازدهم میلادی به قرن ترجمه آثار و فرهنگ و دانش اسلامی بدل گشت. کوشاترین مترجم این عصر گراردوی کرمونایی بود که بالغ بر 90 اثر عربی را به لاتین ترجمه کرد. مجسطی، اصول اقلیدس و جبر خوارزمی از آن جمله بودند.
در حدود سال 1250 میلادی، اکوایناس اساس استدلال و منطق ارسطو را بکار برد. وی بر اساس اصول ارسطویی سیستم تومیسم Tomism را بنیاد نهاد که در حال حاضر نیز پایه الهیات کلیسای کاتولیک رومی است. دیگران نیز به زودی از احیای اندیشه های یونانی در زمینه های دنیوی استفاده کردند. مهمترین کار در این زمینه با انتشار کتاب کوپرنیک صورت گرفت که در آن یکی از بدیهیات اختر شناسی، یعنی دستگاه زمین مرکزی منظومه شمسی رد شد.
ظهور و پیدایش رنسانس
در نیمه دوم قرن 14 در ایتالیا و در شهر فلورانس پدیده ای به نام رنسانس به وجود می آید و به بخش های مختلف اروپا اشاعه پیدا می کند . چرا با وجود کشورهایی مثل آلمان وفرانسه و امثال اینها که به شکل امروزی نبودند، چرا این پدیده در ایتالیا رخ داده است ؟ درذیل دلایل مختلفی را که در این زمینه مطرح کرده اند که رنسانس در ایتالیا اتفاق افتاده است،بیان شده است :
پایگاه مسیحیت در روم بود ولی به مرور زمان نفوذ کلیسا قدرت قبلی خود را در ایتالیا از دست می دهد و تحت فشار شاهان فرانسه در اواخر قرون وسطی دربار پاپ از روم به آونیوم در فرانسه منتقل می شود . بنابراین نفوذ کلیسا در ایتالیا کمتر می شود .
به مرور زمان، زبان رسمی و علمی در اروپا زبان لاتینی می شود. زبان های مثل اسپانیایی، ایتالیایی و فرانسوی در مقایسه با زبانی مثل آلمانی نسبت به هم دارای قرابت و نزدیکی زیادی هستند. بسیاری از آثار دوران یونان باستان به زبان لاتینی ترجمه شده بود و زبان لاتینی به زبان ایتالیایی نزدیکتر از دیگر زبان ها بود. بنابر این ایتالیایی ها راحتتر می توانستند با ترجمه های آثار یونانی ارتباط برقرار کنند .
مقر اصلی تمدن روم و امپراطوری روم درایتالیا بود . روم شرقی و بیزانس در حوزه شرقی اروپا و بالکان و سوریه بود و امپراطوری روم غربی در ایتالیا و فرانسه و آلمان بود اما مرکزیت آن در ایتالیا بود. بنابر این مردم ایتالیا به یونان و روم باستان نزدیکتر بودند چون امپراطوری روم در ایتالیا قرار داشت .
بنابر این با توجه به مجموعه این دلایل پدیده رنسانس در ایتالیا اتفاق می افتد .
رنسانس یعنی قبول نداشتن کلیسا و عقاید آن و بازگشت به یونان و روم باستان است. در یونان و روم باستان اصالت با انسان بوده است. برای برگشت به یونان و روم باستان باید در تمام مسائل از جمله هنر و ادبیات و فلسفه باید به همان روش عمل نمود. بنابر این باید به آثار همان زمان رجوع کرد و چون آثار یونان به لاتینی ترجمه شده و ایتایایی ها با توجه به قرابت زبانشان به زبان لاتینی راحتترمی توانستند زبان لاتینی را فرا گیرند اینها زودتر از بقیه توانستند به آثار یونانی دست پیدا کنند.
4-2
دستگاه خورشید مرکزی خورشید کوپرنیک
نیکلا کوپرنیک
(1543-1473)
ریاضیدان
اخترشناس، حقوقدان و اقتصادان با استعدادی بود که در نزد مردم بسیار محترم بود. اصلیت وی لهستانی بود و برای ادامه تحصیل به ایتالیا رفت. کوپرنیک نخستین کسی بود که در دوران رنسانس، انقلاب بزرگی را در زمینه اخترشناسی برپا می کند. کوپرنیک به مسئله حرکت دورانی افلاطون در مورد اجرام آسمانی بسیار علاقه مند بود و در این زمینه تلاش های بسیار انجام داد. کوپرنیک معتقد بود که حرکت اجرام آسمانی مانند ستاره ها، سیارات و ماه یک حرکت دورانی(دایره ای) و یا ترکیبی از حرکات دورانی است. زیرا در حرکات دورانی، جرم در یک دوره مشخص و ثابت به حالت و وضعیت قبلی خود برمی گردد. کوپرنیک با مشاهدات و تحقیقات گسترده و محاسبات دقیق به این نتیجه رسید که اگر حرکت سیارات با حرکت دوره ای زمین در ارتباط باشد، و حرکت دوره ای سیارات را بر اساس گردش آن ها به دور خورشید محاسبه کنیم به این نتیجه می رسیم که علاوه بر نظم و ارتباط میان آن ها(منظور حرکت دورانی زمین و خورشید مرکزی) و ترتیب حاکم بر مدار های سیارات، حرکت دورانی این اجرام با هم در ارتباط می باشند. به طوری که تغییر در هر یک از این مدار ها باعث در هم فرو ریختن اجرام و در نتیجه منظومه می شود.
سرانجام کوپرنیک منظومه خود را تدوین کرد که منظومه وی با منظومه زمین مرکزی بطلیموس که مورد قبول عامه مردم (از جمله کلیسا) آن دوره بود، مغایرت داشت.
وی در منظومه خود خورشید را مرکز قرار داد که زمین و دیگر سیارات به دور آن در حال حرکت هستند. نیکلا منظومه خود را بر اساس چند فرض بنیان نهاد:
مرکزیِ هندسی و دقیق برای مدار اجرم آسمانی وجود ندارد.
خورشید در مرکز قرار دارد و زمین و دیگر سیارات به دور آن حرکت می کنند.
زمین دیگر مرکز جهان نیست. زمین علاوه بر حرکت گردشی به دور خورشید، به دور خود نیز می چرخد.
حرکت خورشید در آسمان بر اساس حرکت دوره ای زمین می باشد.
حرکت ظاهری اجرام آسمانی در آسمان تنها بر اساس حرکت خود آن ها نیست، بلکه این حرکت ها با حرکت دوره ای زمین نیز در ارتباط می باشند.
کوپرنیک نظر داد که گردش زمین به دور خود یک شبانه روز به طول می انجامد.
کوپرنیک تلاش می کرد تا نظریه خود را از طریق ریاضیات اثبات کند. وی با محاسبات خود به این نتیجه رسید که هرچه قدر از سیارات دور به خورشید نزدیک شویم، بر سرعت گردش آن ها افزوده می شود. زحل که دورترین سیاره آن زمان بود، یک دور یکنواخت خود را به مدت 29.5 سال و سپس مشتری این دوره را در 11.8 سال می پیماید. بعد از مشتری نوبت به مریخ می رسد که این دوره را در مدت 687 روز و زهره 224 روز و عطارد 88 روز سپری می کنند. البته این مقادیر را کوپرنیک محاسبه کرده است و اختلاف این مقادیر با مقادیر امروزی ناچیز است. این محاسبات بخشی از اثبات تئوری کوپرنیک با استفاده از هندسه بود.
مزیت تئوری کوپرنیک آن بود که وی با استناد به نظریه خورشید مرکزی به نتایجی دست یافت که برخی از این نتایج در نظریه بطلیموسی امکان پذیر نبود.
مهمترین این نتایج عبارتند از:
الف) محاسبه اندازه مدار سیارات که به دور خورشید می گردند.
ب) محاسبه دوره تناوب گردش سیارات به دور خورشید.
ج) بدست آوردن سرعت نسبی حرکت دورانی سیارت.
د) مشخص کردن حرکت زاویه ای سیارات و موضع آن ها در آسمان. که این نتیجه در هر دو تئوری کوپرنیک و بطلیموس وجود داشت.
بر این اساس بود که کوپرنیک به این نتیجه رسید که میان مدار های سیارات و جایگاه آن ها ارتباطی وجود دارد؛ طبق گفته خود هرگونه تغییر مکانی در هر قسمت از آن باعث به هم خوردن قسمت های دیگر و همه جهان می شود)). کوپرنیک مدعی بود که برتری نظریه او در زیبایی و سادگی آن است. وی در این رابطه در کتاب خود، ""درباره گردش افلاک آسمانی"" می گوید((در میانه همه خورشید بدون حرکت می پاید. به راستی، چه کسی در این معبد عظیم و زیبا، منبع نور را در جایی جز آنجا که بتواند همه قسمت های دیگر را بیفروزد و روشنایی بخشد، قرار می دهد؟ پس در اساس این برگزیدگی، تقارن قابل ستایش در جهان و هماهنگی بارزی در حرکت و اندازه کرات می یابیم، آن چنان که به هیچ وجه دیگری نمی توانست باشد.
تئوری کوپرنیک بنا به دلایلی به زودی مورد قبول عامه مردم قرار نگرفت. بیش از یک قرن طول کشید تا نظریه خورشیدمرکزی میان اخترشناسان مورد پذیرش قرارگیرد.
مهمترین دلایلی که علیه این نظریه مطرح شده بود:
منظومه کوپرنیکی بیشتر جنبه ریاضی، سادگی و زیبایی داشت و با مشاهدات نجومی آن زمان مطابقت نداشت و به همین دلیل مورد پذیرش عام قرار نگرفت.
یکی از ضعف هایی که کوپرنیک در اثبات نظریه خود داشت آن بود که او نمی توانست با استفاده از نظریه های پیشین، نظریه خود را اثبت کند.
یکی از دلایلی که همیشه بر ضد نظریه خورشیدمرکزی مطرح بود آنست که اگر زمین در حال حرکت می بود، بایستی به کلی منهدم شود. زیرا اگر زمین حرکت کند، آنگاه هوا، پرندگان و قطرات بارانی که به زمین می بارند، جا می ماندند. یکی از مثل هایی که مخالفین به گالیله می گفتند آن بود که اگر زمین در حال حرکت باشد، توپی که از بالای برج پیزا پرتاب می شد باید به عقب (جهت خلاف گردش زمین) جا بماند.
اما کوپرنیک می پنداشت که هوا به همراه زمین در حال حرکت است. و از طرفی وی در نظر داشت که اگر چنین می بود پس چرا دیگر اجرام آسمانی که در حال حرکتند، منهدم و نابود نمی شوند.
الگوی خورشید مرکزی کوپرنیک با عقاید و اصول ارسطو مغایرت داشت. و از طرفی چون در آن زمان کلیسا طرفدار اصول ارسطو بود، به همین دلیل نظر همه مسیحیان بر ضد کوپرنیک بود. آنان به آیات انجیل استناد می کردند و می گفتند که معمار و طرح خلقت جهان بر اساس منظومه و تئوری بطلیموس است. به همین دلیل سازمان تفتیش عقیده، کتاب کوپرنیک را که مخالف با کتاب مقدس بود، ممنوع اعلام کرد.
اگر چه نظریه خورشید مرکزی کوپرنیک با نظریه زمین مرکزی بطلیموس از نظر علمیِ مشاهده نجومی سازگار بود اما از نظر فلسفی مغایرت داشت. چون کوپرنیک چارچوب مرجع خود را از زمین به خورشید منتقل کرده بود. و این انتقال چارچوب از نظر فیزیک سینماتیکی امروزی کاملا صحیح می باشد.
5-2
قوانین کپلر
کوپرنیک با قرار دادن خورشید در مرکز منظومه شمسی توصیف بسیار ساده تر و توضیح طبیعی تری در باره برخی از خصوصیات حرکت سیاره ای به دست داد. هرچند طرح کوپرنیک بسیار ساده تر از طرح بطلمیوس بود، اما چون کوپرنیک نیز به تقدس دایره ها اعتقاد داشت، به همان اندازه بطلمیوس از مدارهای تدویر و نظایر آن استفاده کرد. تنها تفاوت دو دستگاه این بود که یکی زمین را مرکز حرکت سیارات می دانست و دیگری خورشید را. با آنکه ستاره شناسان از پذیرش دستگاه خورشید مرکزی بطلمیوس اجتناب می کردند، اما این دستگاه تاثیر خود را بر اندیشه آنان گذاشته بود و بحث و جدل در مورد آن روز به روز بیشتر می شد.
این مجادلات باعث شد که منجمین اطلاعات رصدی بیشتری و دقیق تری به دست آورند. تیکو براهه این اطلاعات را جمع آوری کرد و اعتقاد داشت که همه ی سیارات بجز زمین به دور خورشید می گردند و خورشید همراه سیارات به دور زمین می چرخد. در این دوران یوهان کپلر (1571-1630) به عنوان دستیار نزد تیکو براهه در رصد خانه ی پراگ مشغول کار شد.
پس از کوپرنیک ، کپلر نخستین منجم نامداری بود که نظریه مرکزیت خورشید را اتخاذ کرد ، اما معلوماتی که تیکو براهه ثبت کرده بود نشان داد که این نظریه به صورتی که کوپرنیک بدان بخشیده بود ، نمی تواند کاملا صحیح باشد. با این وجود ظرفداری کپلر از دستگاه خورشید مرکزی کوپرنیک مورد پسند تیکو برهه نبود. هنوز یکسال از همکاری این دو نگذشته بود که تیکو براهه فوت کرد و تمام رصدهایی را که جمع آوری کرده بود به عنوان ارثیه ای ارزشمند برای کپلر باقی گذارد.
پس از مرگ تیکو براهه، کپلر به توده ی عظیمی از رصدهای بسیار دقیق در حرکت سیارات دست یافت. بعداً مسئله به این صورت در آمد که الگویی برای حرکت سیارات ارائه دهد که دقیقاً با مجموعه رصدهای انجام شده مطابقت کند.
بدین ترتیب کپلر نیاز داشت که ابتدا به کمک تخیل جواب موجهی را حدس بزند و سپس با پشتکار، کوهی از محاسبات کسل کننده را انجام دهد تا حدس خود را تایید یا رد کند.
توفیق بزرگ کپلر همانا کشف سه قانون حرکت سیارات است دو تا از این قوانین را وی در 1609 و سومی را در 1619 انتشار داد .
قانون اول کپلر یا قانون بیضوی ها
مدار هر سیاره به شکل یک بیضی است که خورشید در یکی از کانونهای آن قرار دارد .
که میتوان از این مطلب این را نتیجه گرفت که فاصله سیاره تا خورشید به لحاظ واقع بودن بر مدار بیضی دارای حداقل و حداکثر است. کپلر بیش از 20 سال برای درک چگونگی مدارات سیارات زحمت کشید او مدلهای مختلفی را امتحان نمود ولی سرانجام نشان داد که صفحه مداری سیاره ها از خورشید می گذرد و کشف کرد که شکل مداری سیارات به صورت بیضی است .این قانون در سال 1609 میلادی انتشار یافت.
قانون دوم کپلر یاقانون سطح معادل
خط مستقیم واصل سیاره و خورشید (شعاع حامل یک سیاره)، در فواصل زمانی مساوی مساحتهای مساوی را در فضا جاروب می کند.
یعنی برای مثال در شکل سیاره ای در مدت 1 ماه از Aبه B می رود . مدت زمانی که از Cبه D می رود نیز یک ماه است اما اکنون از خورشید دورتر است بنابراین فاصله A تا B باید بیشتر باشد تا سیاره در همان مدت یک ماه مساحتی برابر با مساحت اول را جاروب کند . به همین دلیل سیاره هنگامی که به خورشید نزدیکتر است با سرعت بیشتری حرکت می کند. برای فهم بهتر اینجا را کلیک کنید .
قانون سوم کپلریا قانون هارمونیک
نسبت مجذور زمان تناوب گردش دو سیاره برابر است با نسبت مکعب نیم قطر اطول آنها کپلر برای بدست آوردن این فرمول 7 سال تلاش کرد . در آن زمان فاصله واقعی میان خورشید و سیارات معلوم نبود اما محاسبه نسبت فاصله یک سیاره تا خورشید به فاصله زمین تا خورشید میسر بود . مثلا کپلر می دانست که نیم قطر اطول مدار مریخ تقریبا 1.5 برابر نیم قطر اطول مدار زمین است . حال او متوجه شد اگر در هر سیاره نیم قطر اطول را به توان 3 و دوره گردش را به توان 2 برسانیم . دو رقم بدست آمده باهم برابر می شوند و فقط اختلافهای اندکی برای برجیس (مشتری) و کیوان (زحل) دیده می شود.
در زمان کپلر دو قانون اول فقط در مورد مریخ قابل اثبات بود . در مورد سایر سیارات رصد ها با آن قوانین سازش داشت ، منتهی چنان نبود که آنها را قطعا محقق سازد و مدتها گذشت تا دلایل قطعی در تایید آنها بدست آمد .
کشف قانون اول ، یعنی اینکه سیارات روی مدارات بیضوی حرکت می کنند ، بیش از آنکه برای مردم امروز به آسانی قابل تصور باشد مستلزم کوشش در رها ساختن گریبان خود از چنگ سنتها بود . تنها نکته ای که همه ی ستاره شناسان در آن خصوص با هم توافق داشتند این بود که همه ی حرکات سماوی ، دورانی است یا از حرکات دورانی ترکیب شده است .
قرار دادن بیضی به جای دایره ، مستلزم رها کردن آن تمایل زیباشناختی بود که از زمان فیثاغورث به بعد بر نجوم حکومت کرده بود . دایره شکل کامل و افلاک سماوی اجسام کامل شناخته می شدند _ که در اصل مقام خدایی داشتند و حتی در آثار افلاطون و ارسطو نیز رابطه ی نزدیکی با خدایان دارند . واضح به نظر می رسید که یک جسم کامل باید بر یک مدار کامل حرکت کند . به علاوه چون اجسام آسمانی آزادند ، یعنی بی اینکه کشیده یا رانده شوند حرکت می کنند ، پس حرکت آنها باید طبیعی باشد و تصور اینکه دایره طبیعی است و بیضی چنین نیست امر آسانی بود . بدین ترتیب بسیاری از باورهای ذهنی عمیق می بایست منسوخ و مطرود گردد تا قانون اول کپلر بتواند مورد قبول واقع شود .
قانون دوم مربوط به سرعت متغیر سیاره در نقاط مختلف مدار خویش است. بنابراین سیاره در نزدیک ترین فاصله ی خود به خورشید ، بیشترین سرعت را دارد و در دورترین فاصله ی خود از خورشید ، کمترین سرعت را .
این نکته هم باز سبب حیرت می شد زیرا که وقار و متانت سیاره مغایر این بود که گاهی شتابان و گاهی خرامان راه برود !
قانون سوم از این لحاظ مهم بود که حرکت سیارات مختلف را نسبت به هم می سنجید . قانون سوم می گوید که اگر r فاصله ی متوسط یک سیاره نسبت به خورشید و Tطول سال آن باشد . پس r^3/T^2 در مورد همه ی سیارات یک اندازه است . این قانون ( تا آنجا که به منظومه ی شمسی مربوط می شود ) دلیل قانون جادبه ی نیوتن قرار گرفت
نتیجه: آنچه که کپلر انجام داد، از جزئیات یعنی رصدهای موضعی، به کلیات یعنی مسیر حرکت سیارات دست یافت. سه قانون کپلر از رویدادهای بسیار مهم علم است که بطور کامل تقدس دایره ها را در هم شکست و نظریه کپرنیک را از حمایت موثری برخوردار کرد. این قوانین نشان داد که اگر خورشید به عنوان مرجع در نظر گرفته شود، حرکت سیارات را می توان به آسانی توصیف کرد. اما اشکال این قوانین آن بود که صرفاً تجربی بود، یعنی فقط مسیر حرکت مشاهده شده را بیان می کردند، بی آنکه هیچگونه تعبیر نظری در باره ی آنها به دست بدهند. یا در مورد منشاء این قواعد توضیح نمی داد.
همزمان ارائه این قوانین توسط کپلر، واقعه ی بزرگی در شرف تکوین بود. گالیله در زمان ارائه این قوانین به حرکت اجسام، آونگ، نور ... می اندیشید و دست به آزمایشهای سرنوشت سازی می زد. بطور قطع این دو نفر در شکل گیری اندیشه های نیوتن نقش برجسته ای داشتند.
نوشته شده توسط
مهدی
86/2/24:: 6:58 عصر
|
() نظر
.GIF)
