فيزيك در گذار زمان
تاريخچة مختصر فيزيك
ماقبل تاريخ
همانطور كه متقدمين از روي تجربه و امتحان به خواص باطني پارهاي از اجسام بيپرده و از تركيب مواد به وسايل مختلف (تشويه، تكليس، تقطير و غيره) مواد شيميائي بدست آورده و براي علماي شيمي جديد مايهاي درست كردهاند، همينطور هم تحقيق در خواص فيزيكي اجسام از مسائل تازه نيست و از قديم الايام انسان درصدد كشف آنها بوده و از توجه به تغييرات و خواص ظاهري به بعضي اصول و قواعد فيزيكي پي برده و فيزيك جديد در حقيقت مولود توجهات و تحقيقات متقدمين ميباشد.
مثلاً تالس كه قديميترين و معروفترين حكماي سبعه است و تقريباً در شش قرن قبل از ميلاد ميزيسته محقق ساخت كه از مالش كهربا خاصيتي در آن به ظهور ميرسد كه اجسام سبك را جذب ميكند، همچنين فيثاغورث حكيم و رياضيدان معروف يوناني و شاگردهايش به پارهاي مسائل و قضاياي صوت پي برده بودند. (اين دانشمند اول كسي است كه زمين را متحرك ميدانست.
ارسطو نيز در چهار قرن قبل از ميلاد تئوريهاي دقيقي در باب كائنات الجو (از قبيل جرثقيل، منجنق، ميزانالغلظة و پيچ (پيچ ارشميدس Vis sans pin) را اختراع نموده.
البته موضوع محاصرة سيراكوز را به توسط روميان و سه سال مقاومت اهالي آن شهر را به وسيله نقشههاي ارشميدس اغلب در تاريخ ديدهايم. گويند يكي از وسايلي كه ارشميدس براي دفاع از وطن خود بكار ميبرد اين بود كه به وسيله آئينههاي مقعر اشعه آفتاب را جمع كرده به جانب كشتيهاي دشمن منعكس ميساخت وبدينوسيله آنها را آتش ميزد.
همچنين قانوني را كه راجع به «اجسام مرتمسة در مايعات» وضع كرده از قوانيني است كه به وسيلة اتفاق غريبي به كشف آن نائل شده است:
هيرن پادشاه سيراكوز به زرگري دستور داده بود كه تاجي از طلاي خالص براي او بسازد، زرگر در ساختن تاجي تقلب كرده مقداري نقره با آن ممزوج كرده و نزد هيرن بود. اتفاقاً پادشاه به زرگر ظنين شد و براي اطمينان خاطر خود ارشميدس را بطلبيد و او را مأمور تحقيق خلوص يا عدم خلوص تاج نمود. ارشميدس مدتها در اين باب فكر ميكرد ولي راهحلي به نظرش نميرسيد تا روزي كه به حمام رفته بود در خزينه آب احساس كرد كه دستها و پاهايش سبكتر به نظرش ميآيد.
اين مسئله كوچك روزنة اميدي براي او پيدا و بدينوسيله به كشف حقيقت بزرگي نايل گرديد. معروف است كه در اثر حالت غيرطبيعي كه از اكتشاف مزبور براي ارشميدس دست داده بود با همان حال برهنگي از حمام خارج و دوان دوان به جانب خانه سلطان روان گرديد و فرياد ميزد: Eureka! Eureka يعني يافتم، يافتم . در واقع هم وسيله كشف تقلب زرگر را از روي كشف قانون كلي «تعيين وزن خالص مخصوص اجسام نسبت به آب» پيدا كرده بود.
قانوني را كه ارشميدس به وسيلة فوق موفق به كشف آن گرديده موسوم به D’Archimede Principle و به قرار ذيل ميباشد:
بر كليه اجسام مرتمسه در سيال (مايعات و گازها) فشاري از تحت به فوق وارد ميآيد كه مقدار آن مساوي است با وزن سيال تغيير مكان يافته.
بالاخره بطليموس (قرن دوم ميلادي) منجم و رياضيدان يوناني نيز تحقيقات عميقي راجع به نور كرده و كتاب نفيسي در اين مبحث از خود باقي گذارده است.
پس از بطلميوس تحقيقات فيزيكي تا قرن 13 ميلادي متوقف شد و حتي ميتوان گفت كه رو به انحطاط گذارد. فقط عدهاي از قبيل جابر و محمدبن موسي در اين رشته زحماتي كشيده و اطلاعات قابل توجهي كسب كرده بودند.
قرون وسطي
اما تحصيل فيزيك در كشورهاي غربي از قرون سيزدهم شروع ميشود علماي معروف اين علم در اين قرن عبارتند از: راجر بيكن و آلبرت كبير.
در اين عصر دو اختراع مهم بعمل آمد:
يكي آئينههاي صيقلي و ديگري عينك (Salvino Degli-Armati)
در قرن چهاردهم استعمال ))قطب نما تعميم يافت. قرن پانزدهم راجع به ««فيزيك تقريباً چيز مهمي ندارد.
بالعكس در قرن شانزدهم مخصوصاً مباحث ثقل و نور و مغناطيس رو به كمال رفتهاند. در اين زمان فراسكاتور (ايتاليائي) قانون تركيب قوه، را وضع كرد، Gardon رياضيات را با فيزيك مربوط ساخت، Moralyeus عمل زجاجيه چشم را به واسطة آثار عدسيها به مورد تجربه گذارد.
جانسن ))ميكروسكپ را اختراع «1590» و روبرت ««نورمن انگليسي ميل مغناطيسي را تعيين نمود. بالاخره ژيلبرت اولين تجارت علمي الكتريكي و مغناطيسي را در كتاب معروف خود (Magnete)تدوين و منتشر ساخت.
فيزيك جديد
ية فيزيك جديد در قرن هفدهم به توسط گاليله گذارده ميشود؛ اين ))دانشمند شهير ايتاليائي متولد شهر پيزا رفته بود اتفاقاً چشمش به قنديلي ميافتد كه به سقف آويزان بود و آهسته نوسان ميكرد چون خوب متوجه شد ديد: نوسانات كه رفته رفته از وسعت خود ميكاستند زمانشان پيوسته تغيير ناپذير ميماند _ بدين طريق قانون متحدالزمان بودن «Lsoc hronisme » نوسانات كوچك پاندول را كشف و بعد هم بلافاصله مورد استعمال آن براي تنظيم ساعتهاي ديواري از نظرش خطور كرد.
دماسنج، ترازوي آبي و دوربين نجومي از اختراعات و اصول ««ديناميك جديد و عدهاي از قوانين نقل از كشفيات اوميباشد.گاليله نه تنها فيزيكدان«« معروفي بوده بلكه در ««رياضيات و نجوم مقامي بس ارجمند داشته. اين دانشمند درسال 1609 اولين دوربين نجومي را در شهر ونيز بنا نهاد و به وسيلة آن حركت ماه را بدور محور خود مشاهده كرد.
رصدهاي دقيق گاليله او را به سلسله هيئت كپرنيك هدايت نمود و به عكس نظر به قدما كه زمين را مركز عالم سماوي ميدانستند ثابت كرد كه مركز عالم شمسي آفتاب است نه زمين. بيان اين نظريه در آن زمان در ايتاليا كه به منزلة كفر و زندقه محسوب ميشد و بخصوص دربار رم با اين نظر بشدت مخالفت كرده و گاليله را وادار كردند سوگند ياد كند ديگر به اظهار چنين نظريهاي زبان نگشايد، گاليله نيز خواهي نخواهي قبول كرد ولي در سال (1632) در مراجعت به فلورانس كتابي تدوين و در آن جميع ادله و براهين خود را در موضوع سلسلة هيئت مزبور بيان نمود.
باري دانشمند ايتاليائي براي صرف اظهار حقيقت اواخر عمر را بطور نيمه اسير و شديداً تحت نظر انگيزيسيون ميزيسته تا اينكه بالاخره در سال (1642) زندگاني را بدرود و خود را از شر دشمنان علم و حقيقت آسوده ساخت.
اگر چه مخترع دماسنج گاليله ميباشد ولي نقطه ذوب يخ را براي صفردماسنج (Hooke) قرار داد و ثبوت نقطه جوش آن را Halley تعيين كرد. بالاخره دماسنجي كه صعود منظم درجات حرارت را نشان دهد به توسط Renaldini ساخته شد.
دكارت قوانين انكسار و تئوري رنگين كمان را بنا نهاد. توريچلي ميزان الهوا را ساخت كه پس از او پاسكال آن را براي اندازهگيري ارتفاعات بكار برد. تحقيقات و تجسساتي كه پاسكال در تعادل مايعات كرد او را به اختراع منگنه آبي راهنما شد.
در همين دوره آكادمي دل سيمانتو Academie Del cimento كه لئوپلد دومديسي در فلورانس تشكيل داده بود كمك زيادي به پيشرفت شاخه هاي گوناگون فيزيك نمود.
چندي بعد در فرانسه نيروي جاذبه را اندازه گرفتند و مقدار (G) تصحيح شد (81/9متر) مجدداً اسحاق نيوتن بعد از شنيدن اين خبر به خيال اول خود رجوع نموده و آن را موضوع حساب قرارداد، گويند در اواخر همين كه ديد نتيجه موافق پيشبيني اوست از فرط شعف نتوانسته محاسبه را به اتمام رساند.
اسحاق نيوتن به واسطه استدلال رفته رفته به كشف اين قانون كلي نايل شد: هر دو ذره مادي يكديگر را به نسبت معكوس مجذور فاصله و مقدار جرمشان جذب ميكنند.
خلاصه اين عالم شهير به واسطه اكتشافات و اختراعات خود يك روح جديد به فيزيك (بخصوص مبحث نور) بخشيد. حلقههاي رنگين (Anneaux colrees) و تجزيه نور بالون اصليه آن از اكتشافات و تلسكوپ آئينهدار از اختراعات او است.
رمر (Ronmer) سرعت نور را اندازه گرفت و ماريت (فرانسوي) و بويل (Boyle) (انگليسي) قانون فشار گاز را وضع كردند.در درجه حرارت ثابت حجم هر بخار يا گاز با فشار ي كه بر آن وارد ميآيد نسبت معكوس دارد .
بويل ماشين تخليه هوا را كه Otto de Cueriche قاضي عدليه شهر ماگدبورگ اختراع كرده بود تكميل نمود. بالاخره اولين طرح ماشين بخار به توسط Papin ريخته شد.
اگر چه قرن هجدهم براي فيزيك بدرخشندگي قرن هفدهم نميباشد ولي به هرحال آن را قرن بيثمري هم نميتوان ناميد.
در اين قرن صوت بر روي مباني محكم قرار گرفت: قانون تارهاي مرتعشه را سوور طرحريزي، و تايلر(Taylor) و (Bevnoulli) و Euler و (D’Alambtrt) تكميل كردند.
دوفه جذب و دفعهاي الكتريكي را تحت تحقيق درآورد. دوفه ميگويد:
''من در تجربيات خود قانوني يافتم كه غالب مشكلات را حل ميكند و تا درجهاي راه تاريك را روشن ميسازد.
اجسام الكتريزه هر چيز غير الكتريك را جذب ميكنند و چون الكتريزه شدند دفع مينمايند و تا طلائي را بدوا لوله بلوري الكتريزه جذب ميكند ولي فوراً دفع مينمايد و تا هنگامي كه ورقه طلا مجاور جسم ديگري نشود تا الكتريسته آن را خارج شود جذب نميگردد.''
علاوه بر اين دفع الكتريسته را به دو بخش نموده و ميگويد:
اتفاق به من قانون عموميتر و مهمتري آموخت و در الكتريسته تغييري كامل داد و آن اين است كه الكتريسته دو نوع است كه من يكي را شيشهاي و ديگري را سقزي مينامم. خواص دو نوع الكتريسته مزبور اين است كه دو الكتريسته هم جنس يكديگر را دفع و دو الكتريسته مختلف همديگر را جذب مينمايند. بلور، سنگ، سنگهاي بزرگ، پشم و بسياري از اجسام ديگر جزء نوع اول و كهربا، سقزها، ابريشم، نخ، كاغذ و غيره، جزء نوع دوم ميباشند.
بعد قوانين و اصول كولن در خصوص جذب و دفع باعث شد كه الكتريسته تحت محاسبات دقيق درآيد.
گري ثابت كرد كه بدن انسان را ميتوان الكتريزه نموده و دوفه در تجربهاي كه همه تماشاچيان را مبهوت ساخت از بدن انسان جرقه درآورد. در سقف اطاق خود چند ريسمان ابريشمي ميآويخت و در زير آن چيزي گهواره مانند بسته در آن ميخوابيد خود را با ميله كلفت بلوري الكتريزه مينمود و چون كسي دست به طرف او دراز ميكرد از بدنش جرقه ميجست اولين دفعهاي كه دوفه اين تجربه را نمود موجب تعجب بسيار شاگرد خود آبه نله كه بعدها عالم مشهوري شد گرديد. آبه نله ميگويد «هيچوقت تعجبي را كه از رويت جهش جرقه از بدن انسان برايم دست داد فراموش نميكنم». خلاصه كارهاي دوفه به تجسسات بيفايده علما خاتمه داد و از آن بعد الكتريسته وارد تاريخ تازهاي گرديد.
Muschenbroech بطري ليد را اختراع كرد (1743) و فرانكل شباهت تخليه الكتريكي و صاعقه را نشان داد و در نتيجه برق گير را براي حفظ ساختمان از برق اختراع نمود. تجربه گالواني، ولتا را به اختراع پيل (1800) يعني اساس الكتريسته جاري هدايت كرد و آن به قرار ذيل است:
ابتدا ستون فقرات ناحيه قطني قورباغهاي را به دو قسمت كرده فوراً قسمت تحتاني را پوست ميكنند بعد مابين دو عصب قطني را كه در طرفين ستون فقرات مثل رشتههاي سفيدي به نظر ميآيند مفتولي از مس داخل ميكنند سر ديگر مفتول وصل به مفتول ديگرست كه از روي ساخته شده، هر وقت سر مفتول مسي را به اعصاب قطني وسر مفتول رويي را به عضلات يكي از پاي قورباغه وصل كنيم پاهاي حيوان تا شده و تكان ميخورد و هر دفعه كه اين دو مفتول را مجاور آن دو عضو كنيم اين اثر تجديد ميشود: اين دو فلز «مس و روي) كه به شكل قوسي ساخته شدهاند براي جريان الكتريسته با بدن قورباغه تشكيل مدار ميدهد.
بايد دانست كه مبحث مغناطيس الكتريك نتيجه اكتشافات دو عالم سابق الذكر يعني ارستد و آمپر ميباشد و همانطور كه نام اين دو دانشمند در يك موقع و يك عصر و يك مبحث برده شده همانطور هم جهات تشبيه در بسياري از مباحث بين ايشان موجود بود: اولاً هر دو معاصر بوده تولدشان دو سال و وفاتشان يك سال با يكديگر فرق داشته، ثانياً آمپر فقط يكسال بيش از ارستد عمر كرده (عمر آمپر 75 و عمر ارتسد 74 سال است). ثالثاً هر دو در ابتداي تحصيل در نهايت فقر و پريشاني بسر ميبردند و به خرج و كفالت اولياي ديگر و معلمين خود تحصيل را تكميل كردند. رابعاً ارتسد در عنفوان جواني اشعاري ميسرود كه چندان بياهميت نبوده آمپر نيز قطعات نظمي گفته كه بعضي از آنها را آراگو و ديگران ضبط كردهاند. پنجم آمپر فيلسوف و حكيم نيز بوده و ارستد هم فلسفه و حكمت را نزد بزرگترين فلاسفه يعني كانت آموخته و از اين علم نيز بهره كافي داشت، ششم در باقي علوم نيز با يكديگر شباهت داشته باشند.
فاراده (Faraday) ابتدا الكتريسيته را بنا نهاد، اصول گالوانوپلاستي را ژاكبي اهل پتروگرادواسپنسر اهل لندن وضع الكينگتن و روالتس را مطلاكاري بكار بردند.
گالوانوپلاستي صنعتي است كه توسط تجزيه الكتريكي فلزات را در قالب مخصوص رسوب و مورق ميكنند به نحوي كه به جدار آن نچسبد و خود تشكيل شكل دروني قالب را بدهد. چنانكه سابقاً ذكر شد آمپر عمرش وفا نكرد و بعد از او به نتيجه رسيدند چنانكه آراگو قانون او را تكميل كرده و تعميم داد و گوس يكي از بزرگترين ستاره شناسان و رياضي دانان آلمان اختراع تلگراف را تكميل كرده و بعدها طبيعيدان آمريكائي موسوم به مرس الفبائي براي تلگراف درست كرده دستگاه آن را ساخت و دستگاه تلگرافي وي كه به تلگراف مرس موسوم است هنوز در كليه كشورهاي معمول و مرسوم ميباشد. آراگو علاوه بر تكميل قوانين آمپر و ارستد اكتشافات و تحقيقات علمي ديگر هم كرده است منجم««له ثابت كرد كه در عالم خلاء وجود ندارد بلكه در تمام فضاي لايتناهي جسم سيال بسيار رقيقي موسوم به ««اتر موجود است كه در همه جا حتي در خلل و فرج اجسام جاي دارد و نيز اثبات نمود كه اجسام نوراني داراي ارتعاشات بسيار سريعي هستند و اثر اين ارتعاشات را با سرعت زيادي به ما منتقل ميكند. پس از تكميل تلگراف طولي نكشيد كه به واسطه تجربيات هرتز آلماني در خصوص انتشار امواج الكتريكي باب جديدي براي تلگراف بيسيم باز شد چنانكه پس از او ماركني ايتاليائي و برانلي فرانسوي تجربيات او را تعقيب و بالاخره تلگراف بيسيم را عمل كردند. در اينجا بيمناسبت نيست كه بطور اختصار شرحي از تاريخ تلگراف بيان شود. در قديم الايام بين چينيها و يونانيها و روميها مرسوم بود كه در اوقات جنگ براي اخبار يا استخبار از وضعيات دستجات قشون خود و يا دادن دستورات سوق الجيشي در بالاي برجهاي مخصوص ويا قلل تپسهها و كوهها آتش روشن ميكردند و به وسيله حركت دادن مشعلهاي بزرگ و علامات و اشاراتي كه قبلاً قرارداد كرده بودند مطالب خود را به طرف مقابل ميفهماندند. مردم گل مرسومشان اين بود كه از افراد خود به فواصل متساوي پست ميگذارند و اين مأموران كنايات در مورد قرارداد را فرياد كنان به پستها ميرساندند.
پس از هجوم و استيلاي وحشيان و تا مدتي بعداز آن يعني تا قرن شانزدهم اين نوع علائم اخباري از بين رفت. از قرن شانزدهم به بعد مجدداً اين ترتيب مخابره شروع شد و تا قرن هجدهم ادامه داشت در اين قرن كلدشاپ مهندس و فيزيكدان فرانسوي يك دستگاه تلگراف هوائي اختراع كرد و اولين دفعه مجمع كنوانسيون آن را براي پيغام و اطلاع خبر فتح كننده اتريشيها به كار برد. بالاخره پس از آنكه دامنه الكتريسته وسعت يافت، واسطة انتقال اخبار جريان الكتريسيته شد. اولين دستگاه تلگرافي دنيا در سال 1774م به توسط لزاژ فرانسوي در ژنو ساخته شد. هر دستگاه تلگراف (باسيم) شامل چهار قسمت است: اولاً يك منبع الكتريكي از قبيل پيل يا آكومولاتر، ثانياً يك دستگاه ارسالي خبر كه بتوان منبع الكتريك را به وسيله مفتولهاي فلزي (سيم) به پست مقابل مربوط ساخت بطوري كه تلگرافچي بتواند با اراده خود جريان را قطع و وصل كند. ثالثاً سيم، واسطة ارتباط و هادي جريان الكتريسيته دستگاه ارسال است به دستگاه ضبط. چهارمً دستگاهي براي ضبط خبر كه به توسط آلات مخصوص علامت و رموز را در روي نواري از كاغذ ثبت كند. سيمهاي تلگرافي بر سه نوعند: هوائي، زيرزميني و زيرآبي سيمهاي هوائي _ زيرزميني و زيرآبي سيمهاي هوائي _ چون مقاومت سيمهاي مسي چندان زياد نيست و ممكن است زود بزود گسيخته شود لهذا سيمهاي هوائي را با آلياژهاي مسي ميسازند اين مفتولها به واسطه مقرههاي چيني به تيرهاي فلزي يا چوبي ثابت و در هوا نگاه داشته شده است. سيمهاي زيرزميني _ مركب است از چند مفتول مسي بهم پيچيده كه از يك ورقه ضخيم گوتاپيركا پوشيده و روي آنرا يك ورقه سرب كشيدهاند. سيمهاي زيرزميني و زيرآبي _ اين نوع سيمها معمولاً مركبند از يك دسته هفتتائي مفتول مسي متصل به هم كه روي آن را با يك ورقه ضخيم از جسم عايقي پوشاندهاند. اين ورقه عايق از سيمهاي فولادي مستور است و دور اين مفتولها نوار مارپيچي شكل علفي (از جنس شاهدانه) الوده به قطران پيچيدهاند.
