کمی از تاریخ فیزیک

پارس دانش: 

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 گذشتگان می‌باشد. مثلاً‌  تالس که قدیمی‌ترین و معروفترین حکمای سبعه است و تقریباً در شش قرن قبل از میلاد می‌زیسته روشن  ساخت که از مالش کهربا خاصیتی در آن به ظهور می‌رسد که اجسام سبک را جذب می‌کند.همچنین

فیثاغورس 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).

فیثاغورس

 در چهار قرن قبل از میلاد تئوری‌های دقیقی در باب هیدرودینامیک ارائه شد و به دنبال  ساخت وسایلی از قبیل جرثقیل، منجنیق، میزان‌الغلظه و پیچ ارشمیدس Vis sans pin)  ممکن شد.

البته موضوع محاصره 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 و بدین‌ وسیله آنها را آتش می‌زد.

همچنین قانونی را که راجع به «اجسام شناور در مایعات» وضع کرده  که به وسیله ی  اتفاق غریبی به کشف آن نائل شده است:

هایرُن 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 نزدهایرُن برد. اتفاقاً پادشاه به زرگر ظنین شد و برای اطمینان خاطر خود ارشمیدس را طلبید و او را مأمور تحقیق خلوص یا عدم خلوص تاج نمود. ارشمیدس مدتها در این باب فکر می‌کرد ولی راه‌ حلی 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 روزنه ی 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  اوِرکا  اورِکایعنی یافتم، یافتم . در واقع  تقلب زرگر را از روی کشف قانون کلی «تعیین وزن خالص مخصوص اجسام نسبت به آب» پیدا کرده بود.

قانونی را که ارشمیدس  موفق به کشف آن گردیده موسوم به  قانون شناوری یا قانون ارشمیدوس است  و به قرار ذیل می‌باشد:

بر کلیه اجسام داخل در سیال (مایعات و گازها) نیرویی  از پایین  به بالا  وارد می‌آید که مقدار آن مساوی است با وزن سیال تغییر  یافته.

بطلمیوس (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.

  • بطلمیوس
  • قرون وسطی
  • پس از بطلمیوس تحقیقات فیزیکی تا قرن ۱۳ میلادی متوقف شد و حتی می‌توان گفت که رو به انحطاط گذارد. فقط عده‌ای از قبیل جابربن حیان  و محمد بن موسی خوارزمی  در این رشته زحماتی کشیده و اطلاعات قابل توجهی کسب کرده بودند.
  • محمد بن موسی خوارزمی
  •  

جابربن حیان

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.

راجر بیکن Roger Bacon

آلبرت کبیر

 در این عصر دو اختراع مهم بعمل آمد:

یکی آئینه‌های صیقلی و دیگری عینک 

در قرن چهاردهم استعمال ))قطب نما تعمیم یافت.

قرن پانزدهم راجع به ««فیزیک تقریباً چیز مهمی ندارد.

بالعکس در قرن شانزدهم مخصوصاً مباحث گرانش  و نور و مغناطیس رو به کمال رفته‌اند. در این زمان جیرولامو فراسکاتوره( Girolamo Fracastoro 1478-1553) (ایتالیائی) قانون ترکیب نیرو، را وضع کرد،‌ Gardon ریاضیات را با فیزیک مربوط ساخت، Moralyeus عمل زجاجیه چشم را به واسطه آثار عدسیها به مورد تجربه گذارد.

                                                                                              جیرولامو فراسکاتوره 

 

زاخاریاس یانسن  هلندی میکروسکپ را اختراع «۱۵۹۰» و روبرت نورمنRobert Norman انگلیسی میل مغناطیسی را تعیین نمود.

زاخاریاس یانسن

بالاخره ویلیام گیلبرت  اولین تجارب علمی الکتریکی و مغناطیسی را در کتاب معروف خود (Magnete)تدوین و منتشر ساخت.

ویلیام گیلبرت

پایه ی فیزیک جدید در قرن هفدهم به توسط گالیله گذارده شد؛ این دانشمند شهیر ایتالیائی که متولد شهر پیزا  بود و در یکی از مشاهدات خود در این شهر  چشمش به قندیلی می‌افتد که به سقف آویزان بود و آهسته نوسان می‌کرد چون خوب متوجه شد دید: نوسانات که رفته رفته از دامنه ی خود می‌کاستند و زمانشان پیوسته تغییر ناپذیر می‌ماند . بدین طریق قانون هماهنگ  بودن  نوسانات کوچک پاندول را کشف و بعد هم بلافاصله مورد استعمال آن برای تنظیم ساعتهای دیواری از نظرش خطور کرد.

  • گالیله
  • فیزیک جدید
  • دماسنج، ترازوی آبی و دوربین نجومی از اختراعات و اصول ««دینامیک جدید و عده‌ای از قوانین نقل از کشفیات او می‌باشد.گالیله نه تنها فیزیکدان«« معروفی بوده بلکه در ریاضیات و نجوم مقامی بس ارجمند داشته است  این دانشمند در سال ۱۶۰۹ اولین دوربین نجومی را در شهر ونیز بنا نهاد و به وسیله آن حرکت ماه را بدور محور خود مشاهده کرد.

رصدهای دقیق گالیله او را به نظام  کوپرنیکی هدایت نمود و به عکس نظر گذشتگان  که زمین را مرکز عالم سماوی می‌دانستند ثابت کرد که مرکز منظومه شمسی خورشید است نه زمین. بیان این نظریه در آن زمان در ایتالیا که به منزله کفر و زندقه محسوب می‌شد و به خصوص کلیسای رُم با این نظر به شدت 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 (۱۶۳۲) در مراجعت به فلورانس کتابی تدوین و در آن جمیع ادله و براهین خود را در موضوع نظام کوپرنیکی  بیان نمود.

اگر چه مخترع دماسنج گالیله می‌باشد ولی نقطه ذوب یخ را برای صفر دماسنج (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.

باری دانشمند ایتالیائی برای صرف اظهار حقیقت اواخر عمر را به طور نیمه اسیر و شدیداً تحت نظر تفتیش عقاید می‌زیسته تا اینکه بالاخره در سال (۱۶۴۲) زندگانی را بدرود و خود را از شر دشمنان علم و حقیقت آسوده ساخت.

دکارت قوانین شکست نور  و تئوری رنگین کمان را بنا نهاد. توریچلی فشار سنج 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 شدت نیروی گرانش را اندازه گرفتند و مقدار (G) تصحیح شد  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  و تجزیه نور به هفت رنگ اصلی آن از اکتشافات و تلسکوپ آئینه‌دار از اختراعات او است.

رومر (Ronmer) سرعت نور را اندازه گرفت و ماریوت (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  شهر ماگدبورگ اختراع کرده بود تکمیل نمود. بالاخره اولین طرح ماشین بخار به توسط Papin ریخته شد.

اگر چه قرن هجدهم برای فیزیک به درخشندگی 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.

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 قانون کولن در خصوص جذب و دفع باعث شد که الکتریسته تحت محاسبات دقیق درآید.

وی  ثابت کرد که بدن انسان را می‌توان باردار 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 باردار  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  به بعد الکتریسته وارد تاریخ تازه‌ای گردید.

 در (۱۷۴۳)بطری لید اختراع شد و فرانکلین 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 (۱۸۰۰) یعنی اساس الکتریسیته جاری هدایت کرد.

باید دانست که مبحث الکترومغناطیس  نتیجه اکتشافات دو فیزیکدان بزرگ  یعنی اورستد 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 ۷۵ و عمر ارتسد ۷۴ 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 اورتسد در عنفوان جوانی اشعاری می‌سرود که چندان بی‌اهمیت نبوده آمپر نیز قطعات نظمی گفته که بعضی از آنها را آراگو و دیگران ضبط کرده‌اند. خامساً آمپر فیلسوف و حکیم نیز بوده و اورستد هم فلسفه و حکمت را نزد بزرگترین فلاسفه یعنی کانت آموخته و از این علم نیز بهره کافی داشت، سادساً در باقی علوم نیز با یکدیگر شباهت داشته باشند.

فاراده (Faraday) ابتدا الکتریسیته را بنا نهاد، اصول  آبکاری الکتریکی را موریتس فن یاکوبی، آلمانی به کار برد .

  آبکاری الکتریکی 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 گاوس یکی از بزرگترین ستاره شناسان و ریاضی دانان آلمان اختراع تلگراف را تکمیل کرده و بعدها طبیعی‌دان آمریکائی موسوم به مورس الفبائی برای تلگراف درست کرده دستگاه آن را ساخت و دستگاه تلگرافی وی که به تلگراف مورس موسوم است هنوز در کلیه کشورهای معمول و مرسوم می‌باشد.

آراگو علاوه بر تکمیل قوانین آمپر و اورستد اکتشافات و تحقیقات علمی دیگر هم کرده است او  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 مارکونی 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 وضع قشون خود و یا دادن دستورات مهم در بالای برجهای مخصوص   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 (فرانسه قدیم) مرسومشان این بود که از افراد خود به فواصل متساوی پست می‌گذاشتند 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 الکتریسیته وسعت یافت، واسطه انتقال اخبار جریان الکتریسیته شد. اولین دستگاه تلگرافی دنیا در سال ۱۷۷۴م به توسط لزاژ فرانسوی در ژنو ساخته شد. هر دستگاه تلگراف (باسیم) شامل چهار قسمت است: اول :یک منبع الکتریکی از قبیل پیل یا آکومولاتر، دوم :  یک دستگاه ارسالی خبر که بتوان منبع الکتریک را به وسیله مفتول‌های فلزی (سیم) به پست مقابل مربوط ساخت به طوری که تلگرافچی بتواند با اراده خود جریان را قطع و وصل کند. سوم  سیم، واسطه ارتباط و هادی جریان الکتریسیته دستگاه ارسال است به دستگاه ضبط. چهارم: 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 به زود گسیخته شود به همین علت 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 اند. سیمهای زیرزمینی _ مرکب است از چند مفتول مسی به هم  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) آلوده به قطران پیچیده‌اند