اسحاق نيوتن

نویسنده: زهرا عابدی

براي بحث در احوال نيوتن بايد به دنياي متفاوتي برويم. نيوتن در سال 1642 يعني درست در همان  سال مردن گاليله بدنيا آمد. بدين ترتيب ميان اين دو تن به اندازه يك عمر كامل فاصله افتاد. اما كار و انديشه آنها به هم بسيار نزديك بود. امروز ديگر روشن شده است كه نيوتن آثار مهم خود را مستقيماً و بدون هيچ واسطه اي از كارهاي گاليله گرفته است اما قوانين حركت نياز به اثبات و تدوين داشت نيوتن يكي از نادر مرداني بود كه دويست يا سيصد سال يكبار در عرصه خاك ظاهر مي شوند. قابليتهاي وي از همان آغاز پيدا بود. بعدها كساني پيدا شدند كه مي گفتند: « خوب، نيوتن چه كاري كرده است؟ هر كس ديگر از معاصران وي هم مي توانست همان كارها را انجام دهد» زماني من همچنين مي گفتم. اما بر اساس اطلاعاتي كه اخيراً به دست آمده است، مي توان گفت كه نيوتن با سرعتي غير معمول به پاسخ و پرسش ها رسيد و در بيست و يك سالگي راه حل بسياري از مسائل را پيدا كرد ولي انتشار آنها را تا چهل و دو سالگي به تاخير انداخت.  نيوتون در محيطي رشد  كرد که درآن علم چيز پذيرفته شده اي بود در حالي كه كپر نيك و كلپر و به ويژه گاليله در شرايطي مي زيستند كه علم  براي حفظ موجو ديت خور مبارزه ميكرد. نيوتون هرگز نظير آن سه تن در مناقشه درگير نشد  با اين همه منشي بد گمان داشت .وي يكي از محدود كساني بود كه از انجمن سلطنتي دوري مي جستند علت پرهيز وي از حضور در انجمن وجود كساني بود كه گاه  گاه با نظرات وي از در مخا لفت در مي آمدند و اين ام بر او گران مي آمد. با اين همه در ايام سالخور دگي به مدت بيست و پنج سال  رياست اين انجمن بر عهده او بود. نيو تون در زمره اشخاصي بود كه تقريبا يك تنه و مستقل كار مي كردند. اثر بزرگ وي در طول يك تعطيلي  اجبا ري كه بر اثر شيوع  بيماري طاعون  پيش آمد نوشته شد اين دانشمند براي احتراز  از ابتلا به طاعون  در سال 1665 از لندن به زادگاه خود وولز تروپ woolsthrope در ناحيه لينكن  شاير lincolnshire  باز گشت . او در همين محل پيش از مرگ پدر كه دهقاني خرده پا اما محترم بود چشم به دنيا گشود ه بود عمويش عهده دار تكفل معاش وي شد و او را براي تحصيل به مدرسه  پيش دانشگاهي وولز تروپ فرستاد . نيو تون از انجا در موقعيتي  با رتبه پايين به كمبريج وارد شد و در انجا  بدون هيچ گونه كار برجسته اي به تحصيل ادامه داد و با  دكتر بارو (barrow) استاد رياضيات اين دانشگاه دوست شد. دكتر بارو رياضيدان برجسته اي بود كه به فيزيك علاقه چنداني نداشت اما آناليزجبري را پايه گذاري كرديك سند بسيار مهم مربوط به نيوتون كه در سال 1961 كشف شد،نشان مي دهد كه نيوتون واقعا اكتشافاتي را كه به او نسبت مي دهند ،صورت داده است .مقداري عمل ضرب طولاني در اين نوشته درج شده است . پيداست كه نيوتون از كار مداوم در زمينه ضرب و تقسيم دريغ نكرده اما در انجام آن ظرافت و نظم نداشته است .

حساب ديفرانسيل و انتگرال  (حساب جامعه و فاضله )

پس از اين مقدمات به اصل موضوع يعني كارهاي نيوتون ميرسيم . من تنها خلاصه اي از كارهاي او را ذكر مي كنم. چون براي بيان تمام تجارب و كشفيات او بايد چندين فصل مطلب نوشت . نخست به كار او در رياضي محض اشاره مي كنم كه در اينجا نمي توانيم به تفصيل به آن بپردازيم ،اما بزرگترين دستاوردش در اين زمينه قضيه دو جمله اي بود . وي از قضيه دو جمله اي به انديشه حساب ديفرانسيل و انتگرال و رسيده است . وي براي نمايش تغييرات يك كميت مثلا سرعت نمادهاي مخصوص خودش را به كار برد ،كه تا سال 1850 در هيچ جاي ديگري جز انگلستان به كار نمي رفت . نيوتون مشتق اول هر كمييت را با نقطه اي در بالاي حرف نماينده آن كميت ؛x؛و مشتق دوم را با دو نقطه در بالاي اين حرف ،x، نمايش مي دهد . بعدا يكي از معاصران اندكي جوان ترش به نام لايب نيتس leibnizمشتق را به صورت   نشان داد . اما براي حفظ حرمت نيوتون تا سال 1845 در كمبريج كسي از نمادهاي dx و dy استفاده نمي كرد .پس از اين تاريخ بابج Babbage يا يكي از بذله گويان سده نوزدهم ،تفاخر كنان گفته است كه : من كمبريج را از عصر نقطه گذاري نيوتون نجات دادم و به عصر d گرايي لايب نيتسي رساندم.ابداع حساب ديفرانسيل و انتگرال بي درنگ او را به مرتبه استادي رساند و تا مدتهاي مديد كسي جز او قادر به مشتق گيري نبود . و به همين ملاحظه در شاهكارش يعني اصول Principia  از بيم آنكه مبادا خوانندگان از نمادگذاري ديفرانسيلي سر در نياورند ،خبري از نمادهاي مشتق گيري نبود . بدين خاطر در اين كتاب براي اثبات قضايا از هندسه يوناني بهره گرفته شده است .

تلسکوپ نيوتن

كار بعدي او تلسكوپ بازتابي نيوتن مي باشد كه نشان مي دهد كه او در زمين? علم تجربي چه توانايي عظيمي داشته است. اين تلسكوپ خوشبختانه هنوز هم موجود است. اين تلسكوپ بسيار كوچك بود و هرگز كارايي لازم را نيافت . علت عدم كارايي آن وجود يك خطاي تكنيكي بود نكته مهم آن بود كه نيوتن علي الاصول مسئله چگونگي رهايي از شرّ فريزهاي رنگي را حل كرد . آينه هيچ گونه خطاي منشوري يا رنگي ندارد ، بنابراين با استفاده از آن مي توان تصويرهاي واضح و مشخصي به دست آورد اما براي نيوتن تهيه آينه خود يك مشكل به حساب مي آمد . البته وي مي توانست آينه مقعري را صيقل بدهد و در انتهاي تلسكوپ نصب كند و يك آينه كوچك تخت را هم در مقابل عدسي چشمي بگذارد ولي نمي توانست از كدر شدن آنها جلوگيري كند و البته پس از مدتي تصويرها از وضوح مي افتادند . چون هربار كه آينه ها را تميز مي كرد به علت كم شدن جلا ناچار بود مجدداً آنها را صيقل دهد . بدين ترتيب كار با اين دستگاه چندان مشقت بار بود كه بدرد رصد نمي خورد و هيچ سندي هم از نتايج رصد با آن در دست نيست . با اين همه تلسكوپ نيوتن را مي توان ابتكاري دانست كه جلودار پيدايش تلسكوپ هاي جديد شد .

اين دستاورد ، توجه مردم را به سوي وي جلب كرد . همان طور كه قبلاً اشاره كردم ، وي در  كمبريج عضويت داشت و با آنكه استادياري كالج ترينيتي Trinity  به وي اعطا شد ، به علت يك اشكال جدي نتواست كرسي استادي را در اين كالج كسب كند . نيوتن در مورد تثليت The Trinity  نظرات نادرستي داشت وچنين شخصي بالطبع نمي توانست به عضويت عالي كالج ترينيتي برسد . به همين دليل حتي به مديريت كالج كينگ هم منصوب نشد و ناگزير به رياست ضرّابخانه قناعت كرد . براي رسيدن به اين مقام تقيد به آيين هاي خشك مذهبي ضروري نبود . وي تلسكوپ كوچك خود را برداشت و راهي لندن شد . در اين انجمن جديد التأسيس سلطنتي او را به گرمي پذيرفتند . در اين انجمن ميان او و بسياري از اعضاء برسر مبحث نور مشاجراتي در گرفت . بعداً در خصوص دستاوردهاي او در حوزه نور بحث خواهم كرد و در اين جا به دستاورد عمده اش ، كه البته نظريه گرانش است ، مي پردازم...

نظريه گرانش

اينك نگاهي به جنبه ديناميكي اين مبحث بيندازيم . گاليه علاوه بر كشف قمرهاي مشتري به كار ديگري هم دست زده است . وي در تلاشي ناموفق كوشيد استنتاج هاي فيزيكي عليه نظريه چرخش زمين را بي اثر كند . استدلال مخالفان اين بود كه اگر موضوع چرخش زمين درست باشد چرا باد شديدي در اثر اين حركت در جهت خلاف چرخش آن ، از غرب به شرق نمي وزد ؟اين نوع باد مي تواند همه چيز را به ويراني بكشد و بنابراين ممكن نيست كه زمين بچرخد . اگر كسي معتقد بود كه هوا تا بينهايت گسترده است و تمام عالم را پر كرده است اين استدلال را مي پسنديد . در ان روزگار دليلي عليه اين اعتقاد در دست نبود . محدوديت جو هنگامي روشن شد كه خلاو هواسنج را كشف كردند و در آن هنگام گاليله از جهان رفته بود . بنابراين معاصران گاليله خود را در اقامه برهان فيزيكي عليه چرخش زمين ذي حق مي دانستند . گاليله برهانهايي در ابطال اين ادعا ها ارائه كرد كه البته برهان هاي محكمي به حساب نمي آيد .ولي زمينه را براي پذيرش نسبي نظام كپرنيكي جهان در زمان نيوتون فراهم آورد اما توضيح مناسبي براي اين نظام در دست نبود.
لختي(ماند)
لختي هم يكي از دل مشغولي هاي سده هاي ميانه بود.چنين تصور مي شد كه سيارات تنها در صورتي در مدار خود گردش مي كنند آنها را به جلو براند و چون هيچ آدمي نمي توانست چنين نيرويي را تامين كند بايد فرشتگاني مامور انجام اين وظيفه باشد. هر فرشته موكل گرداندن يك سياره فرض ميشد و بدين ترتيب خيال همگان از بابت زمان گردش و اموري نظير آن راحت بود. كار فرشته در راندن سياره نظير كار راننده اي بود كه اتومبيلي را هدايت مي كند . نظام ما قبل كپرنيك يك نظام مكانيكي بود . براي چرخاندن گوي هاي بلورين فلكي چند چرخ دنده لازم بود كه فردي از خارج مي توانست به كمك دسته اي همه آنها را بچرخاند . ولي هنگاميكه فردي مانند كپرنيك اين انديشه ها را يكسره باطل كرد چاره اي جز توسل به فرشتگان نماند .فكر تداوم حركت بدون نياز به نيرو به خصوص حركت در روي يك مدار دايره اي بدون نيروي محركه ،در مخيله ها نقش نمي بست . در همين روزگار خودمان ،در حدود سالهاي 1900 وقتي كه موضوع گردش الكترون در مدارهاي خاص خود عنوان شد ،توضيح آن بدون در نظر گرفتن موضوع تابش امري بسيار دشوار بود.

الکتروني که در مدار مي گردد داراي شتاب رو به جانب مرکز است و امروز همه مي دانند که بار الکتريکي شتابدار بنابر معاملات ماکسول امواج الکترومغناطيسي توليد مي کند. اين الکترون از طريق تابش سرعتش را کاهش ميدهد و پس از مدتي در هسته مي افتد. براي توضيح اين مفهوم لازم بود که همه قواعد موجود برهم بخورد و پلانک و سپس بور هم چنين کردند اما ايرادي که بر گاليله گرفته مي شد بسيار جدي بود: چه چيزي سيارات را در حال حرکت نگه مي دارد؟
نيوتون براي حل اين مسئله همت گماشت و ما هر چند نمي توانيم قضيه سقوط سيب از درخت را داستاني واقعي بدانيم اما مي توانيم گفته هاي وي را جدي بگيريم. وي هسته اساسي انديشه خود را از مطالعه کارهاي گاليله در مورد آونگ گرفت واز اين طريق به وجود نيروي مرکزگرا پي برد. معمولا کشف اين پديده را به هويگنس نسبت مي دهند و تاريخ توفيق او را در حدود سال 1673 مي دانند. امروز برعکس چند سال پيش ديگرمسلم شده است که نيوتون در حوالي سال 1665 از وجود چنين نيرويي باخبر بوده است. شگفت آنکه وي اين نکته مهم را داراي آن ارزش نمي دانسته است که با کسي در ميان بگذارد. ولي به هر حال درباره آن يادداشت هايي برداشته است. در کتاب ديگري همزمان اشاره اي در اين مورد مي بينيم. نيوتون نسبت ميان نيروي مرکز گراي خورشيد و زمين به نيروي گراني (ثقل) را با محاسبات بسيار طولاني به دست مي آورد. وي با مطالعه در مورد آونگ مخروطي نظريه گرانش را تدوين مي کند و محاسبات و پاسخ هاي عددي محاسبات خود را مستقيما از کتاب "مباحثه در باب دو علم جديد" گاليله اقتباس مي کند ولي به روي مبارک خود نمي آورد. کسي هم در آغاز به اين موضوع پي نبرده بود. امروز کسي در اين مورد هيچ شکي ندارد. نيوتون محاسبات خود را از روي کارهاي گاليله نوشته است. به يک دليل ساده اعدادي که اين دو دانشمند به دست آورده اند کاملا غلط اند! گاليله در مورد اندازه مطلق فواصل ميان زمين و ماه و نيز زمين و خورشيد آسان گير بود و چاره اي هم نداشت. بدين سبب با وجود درستي برداشت نمي توانست محاسبات درستي انجام دهد. بسياري از صاحب نظران معتقدند که نيوتون به علت اعتقاد به صحت نظر کلي گاليله محاسبات وي را کنترل نکرده است.
مطالعه در خصوص آونگ نوساني به تحقيق در باب آونگ مخروطي انجاميد و اين امر مفهوم نيروي مرکزگرا را پيش آورد وآن هم به نوبه خود موضوع نيروي گرانش را پيش کشيد که سيارات را در عين آزادي حرکت در يک مدار معين نگه مي داشت. در مورد آونگ نيروي مرکزگرا همان مولفه نيروي وزن بود که رو به سوي مرکز داشت. نيوتون به محض آگاهي از اين موضوع موفق به تدوين آن شد و جاي شگفتي است که رياضيدان بزرگ و نامداري چون او محاسبات خود را تا هيجده رقم پيش ببرد در حاليکه اعداد حاصل دست کم از رقم دوم به بعد اشتباه از آب در مي آيند. به هر حال اين محاسبات بدين صورت انجام شد. و نتايج موثري از آنها به دست آمد. به عنوان مثال بر اساس يکي از آن نتايج معلوم شد که نيروي جاذبه مي تواند در عرض مدت 83677 دقيقه جسم را به اندازه 600 737 500 826 100 بريس (واحد طول مورد استفاده در ايتاليا که بين 19 تا 35 اينچ متغير بود) جا به جا کند.
انتخاب بريس به عنوان يکاي اندازه گيري طول که شکل انگليسي Braccia يعني يکاي اندازه گيري طول در ايتاليا بوده است. نشان مي دهد که نيوتون اطلاعات خود را از آثار گاليله به دست مي آورده است. خوب واقعيت اين است و چاره اي هم نيست.

نيوتون در اين راه تنها نبوده انديشه وجود نيروي گرانشي و ادامه حرکت اجسام به صورت گسترده اي مورد توجه دانشمندان بود ولي امر مسلم آن است که نيوتون پيش از اکثريت آنان به اين نکات پي برد. هويگنس و بورلي (فيزيولوژيست نابغه ايتاليايي) از اين جريان آگاه شده و درباره آن صحبت کرده بودند و درباره آن صحبت کرده بودند ولي توضيحات آن دو تن نمي توانست کسي را قانع کند.

ديناميک منظومه شمسي

البته مراد از اين همه تمرين و ممارست درك ديناميك منظومه شمسي و امكان پذير كردن حل مساله بارهيا فتي متفاوت بود  در بر خورد با پديده اي چون منظومه شمسي  سه مرحله وجود دارد اين مراحل عبارتند از :توجه به زمان وقوع كسوف و خسوف توجه به ساعات طلوع وغروب ستارگان پس از ان محاسبه و تنظيم جدول هاي ضروري با توسل به عمليات حسابي محض. اين قضيه به جنبه هاي متفاوت كار بلورشناسي شباهت دارد: در يك مقطع نيازي به آگاهي در مورد مدل نيست و حتي مي توان گفت كه انتخاب يك مدل به مانعي در راه شناخت بدل مي شود. كافي است آدمي دريابد كه رويدادهاي مشابه و مكرري پيش مي آيند و براساس اين تكرارها به يك سلسله پيش بيني ها مبادرت ورزد.
بابليان در زمينه نجوم همين روش را در پيش مي گرفتند. پس از آن مي توان مانند يونانيان كمي فراتر رفت و يك مدل سينماتيكي ارائه داد. يونانيان مي توانستند منتظر باشند تا رويداد خاصي اتفاق افتد پيش بيني كنند كه فلان ستاره در ساعت 4 عصر روز 17 سپتامبر در افق ظاهر خواهد شد: «قبلا ديده شده است و بعدا هم ديده خواهد شد.» و تصويري هم از مدار گردش آن ترسيم مي كردند ولي نمي توانستند بگويند چرا مدار گردش اين ستاره دايره است بلكه به جاي اينكه بگويند در فلان زمان معين در فلان محل است برايشان ساده تر بود كه بگويند مسيري دايره اي را طي مي كند.خوب ،اگر از اين مرحله پا فراتر بگذاريم و مانند كپلر به تبيين سينما تيكي پديده ها بپردازيم مي توانيم جدول هاي بهتري تهيه كنيم .اما آگاهي از ديناميک يعني يافتن پاسخ براي پرسشي مانند   ( چرا ستاره حركت مي كند ؟)از اين هم مهمتر است .چون با داشتن علت حركت مي توان دقيقا به بررسي رويدادها پرداخت . دست كم مي توان گفت چنين انديشه اي وجود داشت و دلايل محكمي به سود آن در دست بود .در عصر نيوتون كسي به طور جدي به طالع بيني اعتقاد نداشت.
،پيش از آن محور اصلي اهميت مسائل نجومي عبارت بود از درك مشيت در عالم الهي و با آنكه احتمالي براي درك اين اراده وجود نداشت ؛همچنان به صورت مسئله محوري بر جا بود اما در اين هنگام موضوع ؛ديگر كاربردي شده بود و به حد محاسبه طول جغرافيا يي رسيده بود و نيوتون هم تمام نيروي خود را روي آن متمركز كرد . قبلا اشاره كردم كه گاليله با استفاده از ساعت و اقمار مشتري براي تعيين طول جغرافيايي تلاش مي كرد .اما نيوتون در پي يافتن قوانين  حركت بود  تا به ياري آنها بتواند جدولهاي دقيقي ارائه كند . البته در اثناي محاسبات و مطالعات ،هدف اصلي وي تهيه جدول نبود بلكه دستيابي به اصول حركت را مد نظر داشت.

اندازه گيريهاي وي كه از دقت بر خوردار نبود ،مانع توفيق او شد . دكارت هم توضيح فيزيكي ديگري براي گرانش پيشنهاد كرد .به نظر وي كل منظومه شمسي نظير گردابي بود كه همه چيز در آن به سوي مركز كشيده مي شود. مگر آنكه چرخش كافي داشته باشد . نيوتون در آغاز كار ،به اين نظر فيزيكي گرايش داشت   گر چه بعدا كتاب پرنيكيپياي خود را وقف اثبات نادرست بودن اين پندار كرد و نشان داد كه قوانين حركت گردابي كه مي شد آنها را اثبات كرد با قوانين حركت سيارات تفاوت بسيار دارد . با اين همه شباهت اين دو حركت به قوانين حركت گردابي خصلت اغوا كننده اي مي بخشيد . عده بسياري از دانشمندان معتقد بودند كه مجذور زمان تناوب حركت سيارات با مكعب شعاع متناسب است ،و در نتيجه كشش گرانش يا نيروي مركز گرا كه با نيروي مركز گريز به حالت موازنه در مي آيد بايد به خارج قسمت شعاع  بر مكعب شعاع ،يعني عكس مجذور شعاع گردش ،بستگي داشته باشد.
اين استدلال مستقيما از قانون سوم كپلر به دست مي آيد اما نكته جالب آن است كه خود كپلر متوجه اين نكته نشده بود .در حقيقت براي دستيابي به قانون گرانش فقط آگاهي از قانون سوم نيوتون لازم است ،و اين امر در سال 1679 علاوه بر بورلي برهالي و هوك و رن هم روشن شده بود .

كتاب اصول (پر ينكيپيا )

در اين ايام كه برخي مباحثات در جريان بود ناگهان فردي ديگر به نام ادموند هالي Edmund halley   از راه رسيد كه از همه جوانتر بود .اين منجم مشتاق براي تهيه فهرست ستارگان نيمكره جنوبي به سنت هلن  St.Helena  رفت و همچون پشتيباني محكم براي نيوتون به انگلستان بازگشت . در سال 1684 براي دستيابي به اثبات هندسي قانون عكس مجذوري گرانش به هوك ،رن ونيوتون مراجعه كرد و سرانجام هم نيوتون مقصود وي را برآورد
.نيوتون در كمبريج كرسي استادي داشت و به امور مهمي چون كار در زمينه منشور ،الكتريسيته و ساير مباحث فيزيكي مشغول بود كه هالي به سراغش آمد و او را به افشاي كشفيات خود بر انگيخت .بدين ترتيب زمينه نوشتن كتاب بزرگ پر نيكيپيا يعني انجيل علم به طور اعم و انجيل فيزيك به طور اخص فراهم آمد .متاسفانه اين انجيل هم مانند انجيل اصلي ،اين روزها غريب مانده است و كمتر كسي به سراغ آن مي رود و تقريبا هيچ كس آن را به طور كامل نمي خواند .خود من هم اين اثر را به طور كامل نخوانده ام .آغاز كتاب جالب است و من قطعه اي از مقدمه آن را در اينجا مي آورم تا ساختار كلي كتاب مشخص شود :

((از آنجا كه قديمي ها علم مكانيك را بزرگترين دستاورد پژوهش در مورد موجودات طبيعي
مي دانستند و متجددين، جلوه هاي طبيعي کيفيات رمزي را مردود مي شمردند و مي کوشند پديده هاي طبيعت را با قوانين رياضي تبيين کنند سعي من بر اين است که در اين رساله رياضيات را تا آنجا که به فلسفه مربوط مي شود به کار گيرم.
   عنوان کامل اين کتاب اصول رياضي فلسفه طبيعي است.

« پيشينيان مکانيک را داراي جنبه دوگانه مي دانستند يکي جنبه عقلاني که دقيقاً با برهان پيش مي رود و ديگر جنبه عملي تمام فنون و صنايع دستي به مکانيک عملي تعلق دارند و اين نام هم به همين مناسبت انتخاب شده است اما از آنجا که صنعتگران دستکار با دقت کامل کار نمي کنند چنين رسم شده است که ميان مکانيک و هندسه تمايزي قائل شوند بدين نحو که هر امر کاملاً دقيق را هندسي بدانند و هر پديده اي را که دقت آن در حد اعلي نيست مکانيکي بنامند بايد دانست که عدم دقت مربوط به خود عمل يا کار نيست بلکه به فاعل کار مربوط مي شود کسي که در دقت اهمال مي کند مکانيک دان بي کفايتي است و آنکه در کار خود دقت و وسواس به خرج مي دهد مکانيک داني قابل شمرده مي شود ترسيم خطوط راست و دواير که اساس علم هندسه است به علم مکانيک تعلق دارد »
   نکته اخير در هنگام بررسي نظريه نسبيت انيشتين اهميت بسياري کسب مي کند « هندسه ترسيم اين نوع خطوط را به ما نمي آموزد بلکه کشيدن آنها را ضروري مي کند زيرا دانش پژوه را ملزم مي کند که ابتدا ترسيم دقيق خطوط را بياموزد و پس از آن نشان مي دهد که چگونه با عملياتي معين مي توان به حل مسائل دست يافت» اين اشاره را مي توان مدخلي بر روش اصل موضوعي دانست.

« اما من پيش از آنکه به صناعت و فنون بپردازم به فلسفه مي انديشم و به جاي قلم زدن در زمينه کارهاي دستي توضيح نيروهاي طبيعي را مد نظر دارم و عمدتاً به نکاتي نظر مي کنم که ثقل (گراني)، حرکت پذيري، نيروي کشساني مقاومت سيالات (شاره ها) و ساير نيروهاي مشابه اعم از ربايش يا رانش مربوط مي شود و بنابراين کار خود را به عنوان اصول رياضي و فلسفه عرضه مي کنم چون به عقيده من کل فلسفه از همين موضوع تشکيل يافته است: سير از پديده هاي حرکت بسوي تحقيق در نيروهاي طبيعت و سپس از اين نيروها بسوي نشان دادن ديگر پديده ها .....»  
اين مطلب همان برنامه اي است که در آغاز براي علم فيزيک اعلام شد امروز ديگر با اين برنامه توافق کامل نداريم چون از زمان ارائه نظريات انيشتين ديگر گفتگو از نيروها چندان موجه نيست البته هنوز هم پيوسته از نيروها صحبت مي کنيم ولي در ذهن خود پيش فرضي داريم که بر اساس آن نيروها را پديده هاي واقعي نمي دانيم و ذکر آنها را نوعي سبک سخنکويي و تکيه کلام به  حساب مي آوريم.در واقع علت بسياري از اعتراض هايي که بر نيوتن وارد شده است تاکيد او در مورد نيروهاست.حتي در همان ايام هم کساني نظير لايب نيتس بودند که نظرات فلسفي تري داشتند.
 نيوتن به قول خودش شرحي از نظام عالم را ارائه مي کند.منظور وي از نظام عالم ،هنوزهمان منظومه شمسي است.او کار را آغاز مي کند و به قول معروف به يک ضرب قواعد اصل موضوعي را به شکل تعريف به ما تحويل مي دهد.اين قواعد با تعريف چيزي شروع مي شود که غير قابل تعريف است.«کميت ماده،مقياس ماده است که از تکاصف و حجم تواماً حاصل مي شود»مي بينيد که وي اعتقاد داشت که مي توان ماده و حجم را اندازه گيري کرد.حالا وقت آن رسيده است که بپرسيم معيار اوليه کدام است؟خوب حجم را ميتوان اندازه گيري کرد ولي نيوتن بر اين اعتقاد بود که چگالي،خاصّيت ذاتي ماده است و بنابر اين اندازه گيري چگالي اساسي ترين کار براي اندازه گيري مقدار ماده است که آن را جرم مي خوانيم«کميّت حرکت،مقياس حرکت است که تواماً در سرعت و مقدار ماده بدست ميايد»در اين توضيحات چگونگي اندازه گيري سرعت روشن نميشود.«visinsita(که نکته تازه اي است)يا نيروي ذاتي ماده(که آن را لختي يا اينرسي مي خوانيم)قدرت مقاومتي است که جسم تا آنجا که از آن برخوردار است در حالت موجود باقي ميماند،يعني يا ساکن مي ماند يا به حرکت يکنواخت بر روي خط راست ادامه مي دهد».پس از آن نوبت به تعريف نيرو مي رسد :«نيروي موءثرعملي است که بر جسم اعمال مي شودتا حالش راخواه سکون، ياحرکت يکنواخت بر خطي مستقيم تغيير دهد ». دراينجا نيرو رابا تعبيرديناميکي تعريف کرديم.نيوتن به توضيحات خود ادامه مي دهدو به تعريف نيروهاي مرکز گرا مي رسد:«نيروي مرکز گرانيرويي است که اجسام بر اثرآن کشانده يا رانده مي شوند و در هر حال به سوي نقطه اي که مرکز به حساب مي آيد سوق پيدا مي کنند.» تا اينجا فقط تعريف هاي بنيادي ارائه شد.اوسپس به تفصيل به تعريف نيروهاي مرکز گرا ومانند آنها مي پردازد :«من زمان ،فضا ،مکان ،وحرکت رابه صورتي که بر همگان معلوم است تعريف نمي کنم ».خوب همانطور که ميدانيد در خصوص اصطلاحاتي چون زمان،مکان،وحرکت با دشواري هاي بسيار روبه رو بوده ايم وبراي تعريف اين مفاهيم بايد همه چيز را از اول شروع کنيم.اين مفاهيم ،به آن اندازه که براي ما نا معلومند براي نيوتن هم نا معلوم بود .پس نيوتن به توضيح اصول موضوع يا قوانين حرکت مي پردازد:
 I-هر جسم حالت سکون خود را حفظ ميکند ،يا حرکت يکنواخت بر خط راست را ادامه مي دهد ،مگر آنکه بر اثر نيروهاي وارد بر آن وادار به تغيير حالت خود شود .اين توضيح در واقع يک تعريف است اما به صورت اصل مو ضوع بيان شده است .

II – تغيير حرکت با نيروي محرک مؤثر متناسب است.

III – هر عملي را عکس العملي است مساوي ومختلف الجهت با آن...

اين سه قانون همان قوانين مشهور نيوتن هستند .

بعد،وي سينما تيک را از راه ترکيب نيروها ،همان گونه که در ترکيب تغيير مکان ها صورت مي گيردبه هندسه مرتبط مي سازد:«جسمي که به طور هم زمان تحت تأثيردو نيرو واقع شود ،در عين حال که هر يک از اين دو نيرو اضلاع متوازي الاضلاعي را تشکيل مي دهند ،آن جسم قطر اين متوازي الاضلاع را مي پيمايد بدين ترتيب وي نيرو را به وسيله مقدار حرکتي که به جسم انتقال مي دهد اندازه ميگيرد .از اين استنتاج در تعيين مدار گردش سيارات بهره مي گيرد :سطح هاي پيموده شده توسط شعاع هايي که اجسام گردان را به مرکز نيروي ساکني وصل مي کنند در يک صفحه ساکن قرار دارند و مساحتشان متناسب است با زمان پيمايش».اين حکم همان تعميم قانون دوم کپله است،زيرا قانون دوم کپله بر عکس قوانين اول وسوم او ،با ماهيت نور و يا چيز هايي که نيرو به آنهابستگي دارد ،ربط پيدا نمي کند.تناسب نيرو با I/r يا r/1 در قانون دوم تغييري نمي دهد ،زيرا بنا بر قانون دوم ،اندازه حرکت زاويه اي پايسته است .
    نيوتن مفصلاً به تو ضيح نکات و مفاهيم مي پردازد و من توقع ندارم که شما همه اين توضيحات را بخوانيد .بايد بگويم که اين کتاب نه تنها نظريه را بيان مي کندبلکه تمام اعدادي رانيز ارائه مي دهد که براي محاسبه وتعيين مقدارهاي گردش لازم است.در يکي از حکم هاي اين کتاب راه محاسبه مدار گردش هر جرم آسماني حاصل سه رصد نشان داده شده است . از روي جدول هايي که از اين اعداد تهيه شده است ميتوان حرکت ماه را  که در واقع مشکل ترين حرکت هاست  محاسبه کرد و نيوتن در اين  يک زمينه دچار شکست مي شود :علت شکست وي آن است که اين محا سبات در واقع بسيار پيچيده تراز آن بود که به کار آيند .اگر جدول هاي مناسبي از حرکت ماه در اختيار داشته باشيم مي توانيم موضع ماه را در آسمان به آساني تعيين کنيم وچون ماه همواره در حال عبور از روي ستار گان به نظر مي رسد،موضع تعيين شده مي تواند بسيار دقيق باشد.اما براي تعيين مدار دقيق گردش ما بايد جدول هاي دقيقي در دست داشت و نيوتن هرگز در پي تهيه جدول هاي دقيق نبود.بدين ترتيب در پايان کار به جاي نيوتن يک  ساعت ساز راه حل مسئله محاسبه طول جغرافيايي را به دست آورد. براي تعيين طول جغرافيايي يا بايد از يک پديده آسماني براي اندازه گيري زمان مطلق استفاده کرد يا از يک کرونو متر بسيار دقيق ياري گرفت .

از مرگ نيوتن بيش از صد سال گذشته بود که جان هريسن john harrison موفق به ساختن چندين کرونومترشد ودر سال 1764 جايزه اي به ارزش 20000 ليره به وي تعلق گرفت.اين جايزه در سال 1714 از سوي وزارت دريا داري انگلستان براي کسي در نظر گرفته شده بودکه بتواند يک راه حل عملي براي تعيين طول جغرافيايي ارائه دهد .هريسن برنده جايزه شد ولي براي دريافت آن ناچار بود به قانون متوسل شود .
کرونومتر ابداعي هريسن فقط تا هنگام پيدايش راديو و تجهيزات مشابه به آن بصورت راه حل عملي باقي ماند و از آن پس ديگر کسي به خود زحمت چشم دوختن به آسمان را نمي داد مگر آنکه بخواهد موشک يا سفينه اي را در پهنه آن پيدا کند. کل مسئله حرکت اجسام تحت تاثير گرائي (نيروي جاذبه ) حل شد و در جريان آن اصول بنيادي فيزيک را شناختند. در پرينکيپيا توضيح مفهوم جرم، مفهوم حرکت متغير،معادلات ديفرانسيل حرکت،مطالعه در باب ارتعاش ،وخلاصه کلّ فيزيک کلاسيک را مي بينيم واين تنها يک کتاب از کتاب هاي مهم نيوتن است.

ماهيت نور و رنگ

در اينجا به بررسي کارهاي ديگر نيو تن ،يعني کارش درزمينه نور شناخت که تقريبا" به همان اندازه اصول مهم بود مي پردازم .در اين زمينه هم فعا ليت هاي اين دانشمند در حوزه حل مسئله اي متمر کز شد که از گذشته هاي دور بر جاي مانده بود ودانشمندان دوران باستان وسده هاي ميانه ،هيچ يک در حل آ ن توفيق نيا فته بودند.نور شناخت ، در يونان باستان به مطا لعه در مورد آينه و سايه محدود مي شد .ولي سرانجام تا مرحله کاربرد آينه هاي مقعر ، براي آتش زايي و به دست آوردن تصوير،پيش رفت.انسان قرون وسطا يي در اين حوزه پيشتر رفت وبا کاربرد عدسي آشنا شد وبه خريد وفروش آن به صورت عينک پرداخت .پس ازآن هلندي ها ، تلسکوپ را ابداع کردند دنباله سرگذشت نورشناخت کلا" به تکامل تلسکوپ وبعدا" تا حدودي به تکميل ميکروسکوپ مي انجامد .نکته شگفت آنکه ميکروسکوپ بدون عيب رنگي دراواسط سده نوزدهم اختراع شد.

نيوتن از تلسکوپ بازتابي خود راضي نبود هدف وي آن بود که راهي بيا يد براي اصلاح وبهبود تلسکوپ هاي عدسي دار وحذف فريزهاي رنگي که در اطراف تصوير شئ مي ديد.

بدين منظور او يک سلسله مطالعه تجربي آغاز کرد که در نوع خود بي سابقه نبود و در ميان نخستين تجارب گاليله سوابقي از انها وجود داشت. از آن جمله ميتوان از تجزيه ي عملي پديده هاي مربوط به تلسکوپ و عدسي ها ، به عناصر بنيادي خود نام برد. اين بررسي ها به پژوهش در زمينه ي خواص منشور را انجاميد.
در اينجا نيز ، نيوتون به کاري دست زد که پيش از وي در سده هاي ميانه انجام شده بود. در آن دوران خود منشور را بررسي نکرده بودند بلکه خاصيت منشور،يعني توليد رنگين کمان،مطالعه مي شد.رنگين کمان همواره توجه مردم را به خود جلب مي کرد و موضوع تفسير و تعبير هاي غير مادي مي شدکه نمونه ي آن در داستان طوفان نوح آمده است.اما علماي علم نور در ايام پيشين در اين زمينه کار کرده بودند و حتي در سده هاي ميانه هم پيشرفت هاي قابل ملاحظه اي در اين زمينه حاصل آمده بود. در اين زمان دانشمندان آنقدر ميدانستند که رنگين کمان به هنگام عبور پرتو هاي آفتاب از ميان قطره هاي معمولي آب در آسمان تشکيل مي شود.اين دانشمندان توانستند ارتباط  رنگين کمان با جهت و ارتفاع معين خورشيد را به دست آورند و پي ببرند که پرتو هاي قرمز در اين فرآيند کمتر از پرتو هاي بنفش شکسته مي شوند.در عصر نيوتن قوانين اساسي شکست نور که حاصل کار اسنل بود،ارتباط ميان سينوس زواياي تابش (فرو) و شکست را روشن کرده بود،ولي مطالعه ي نور از اين مرحله فراتر نمي رفت.

پديده هاي مربوط به منشور

نيوتن دنباله کار را گرفت وپژوهش هايي کرد که خودش آن را آزمون پديده هاي معروف منشور مي خواند.اين پديده ها ازآن رو معروف بودند که مردم به محض دستيابي به قطعات مرغوب شيشه که در آن دوره ها بسيار کم ياب بود،به تحسين زيبايي انها ميپرداختند واز سده هفتم با انها قنديل وچلچراغ مي ساختند ، واز رنگهاي زيبايي که در آنها منعکس مي شدلذت مي بردند.اما درمورد علت بروزاين رنگها کمتر پژوهشي صورت مي يافت نيوتن کار خود رابا ايجاد روزنه اي در کرکره دريچه اتاق آغاز کرد . نورخورشيد از اين روزنه به اتاق وارد مي شدوپس از عبور از منشور به ديوار رو به رو مي رسيد.

يکي از راههاي برطرف کردن مشکلات کار تلسکوپ ، کاربرد عدسي هاي بسيار نازک با فاصله کانوني خيلي طولاني بود ،اما اگر باد شروع به وزيدن ميکرد،ازاين تلسکوپ هم کاري برنمي آمد.يک طناب بلند ،عدسي شيئ رابه عدسي چشمي متصل ميکرد،وبه راحتي ميتوان حدس زد که تصوير اشياي مورد مشاهده دراين دوربين تاچه حدي مي توانسته ساکن بماند.نيوتن نخستين بار بر اساس همين ازمايش به توضيح رنگها پرداخت. جالب انکه وي نتوانست طيف خوب و واضحي به دست آورد.احتمالاً بدان دليل که آنچه بر اومجهول ماند مهمتر از چيزهاي بود که بر او مکشوف شد. . اشکال عمده نيوتن آن بود که از هنگام کودکي ضعف بينائي داشت، به حدي که نمي توانست چيزي را واضح ببيند و هميشه از ديگران براي تشخيص دقيق مشاهدات خود ياري مي طلبيد و کسي که در مورد طيف نور به وي کمک ميکرد چيزي غيرعادي در طيف نديده بود تا دويست سال بعد که فرانهوفر frauch ofer خطوط تيره موجود در طيف را تشخيص داد. بنابراين بخش نوين نظريه نور، يعني آن بخش که به تدوين نظريه کوانتوم منجر شد، کلاً به نيوتن مجهول ماند، ولي اين امر در موارد عملي اهميت چنداني نداشت.

 نيوتن در آزمايش اول خود به نتيجه شگفت و تکان دهنده اي رسيد، طبق اين نتيجه خود نور محتوي پرتوهاي به نظر مي رسيد که قابليت شکست متفاوتي داشتند مفهوم پرتوهاي نور بسيار قديمي بود و در ايام باستان به صورت باريکه هائي از نور به تصور در مي آمد که از چشم ناظر ساطع مي شد و به جسم مورد مشاهده بر مي خورد اما نيوتن پرتوهاي نور را به صورت پرتابه هاي تصور کرد که از جسم به اطراف پرتاب مي شدند مي دانيم که در فاصله ميان دو نظريه ذره اي يا موجي بودن ماهيت نور بحثهاي بسياري جريان داشت نيوتن به حرکت ذراتي که امروز فوتون ناميده مي شود توجه داشت اکنون او مي ديد که اين فرايند مي تواند بر عکس شود و اين يکي از نخستين روشهاي بررسي آن بود. 

   او نور سفيد را از يک منشور گذرانيد که طيفي را بر روي يک عدسي تشکيل مي داد و اين عدسي به نوبه خود پرتوهاي رنگي را بر روي منشور ديگري متمرکز مي کرد اين منشور چنان آرايش يافته بود که اثر منشور اولي را خنثي مي کرد و باريکه نور سفيد را به سوي سومين منشور مي فرستاد و اين منشور مجد داً طيف رنگهاي نور را تشکيل مي داد . پس او نشان داد که از ترکيب رنگهاي طيف که از تجزيه نور سفيد به دست آمده اند مي توان مجدداً نور سفيد را بدست آورد.

نور دست خوش هيچگونه دگرگوني نمي شود و پرتوهاي که در اصل بيشتر شکست يافته اند پس از عبور از يک منشور ديگر باز هم شکست بيشتري پيدا مي کنند. نيوتن با قرار دادن يک منشور ديگر در راستاي عمود بر منشور نخست موفق شد تصويري از طيف بدست آورد که بطور بازتابنده بود. اين نمايانگر ميزان و احاطه نيوتن به تحليل رويداد فوق بر اساس رنگهاست. نتايج اين آزمايش که در سالهاي دهه نخست 1670 انجام مي شد نخستين بار در تک نگارهايي که نيوتن در سالهاي 1675 براي انجمن سلطنتي مي فرستاد و پس از آن در کتاب نور شناخت، که چاپ دوم آن در سال 1718 عرضه شد انتشار يافت.

هر چند کتاب نور شناخت در قياس با کتاب اصول اثر کوچکي بود، اما اهميت آن براي علم فيزيک دست کمي از اصول نداشت. زيرا کار نيوتن در اين کتاب به موضوع شکست نور محدود نماند. وي ابتدا تلاش کرد که موضوع را به چند قاعده تقسيم کند سپس به ارائه سلسله تعاريف و اصول موضوعه اي پرداخت که شما با آنها آشنائي داريد: زوايه بازتاب و شکست هر دو در يک صفحه واقعند، اگر پرتو شکسته مستقيماً به نقطه فرود (تابش ) برگردد ،در مسيرخطي شکسته خواهد شدکه پرتو تابش قبلاً آن را پيموده است،يعني نور کاملاً بازگشت پذير است .

.اما در اينجا نيوتن ميگويد: « پرتو نور هنگام عبور از محيط رقيقتر و ورود در محيط غليظ تر چنان مي شکند که به خط عمود بر فصل مشترک دو محيط نزديک تر شود .يعني زاويه شکست کوچکتر از زاويه تابش است». پس از بيان اين نکات ، نوبت به قانون اسنل مي رسد .اما در اينجا پاي يک نکته باريک به ميان مي آيد.مو ضوع شکست نور در لايه هاي جو بر يونانيان باستان روشن بود.اينان پي برده بودند که بررسي ومشاهده دقيق ستارگان، تنها هنگامي ميسر است که اين اجرام نزديک نباشند ،چرا که ستاره ها زمان را رعايت نمي کردند ومعمو لاً زودتراز وقت مورد انتظار طلوع وديرتر از لحظه مورد انتظار ،غروب مي کردند .يونانيان بوبرده بودند که موضوع به جو مربوط مي شود.
کشف اين نکته بسيار مهم بود ،چون طلوع وغروب ستارگان مبداء تعيين وقت به شمار
 مي آمد. به عنوان مثال ،همز ماني طلوع ستاره شعراي يماني (از صورت فلکي دب اکبر)باطلوع خورشيد،نشانه فرارسيدن ايام طغيان نيل بود اين صرفاًيکي از کاربرد هاي عملي بودوبه همين سبب بعدها جداول شکست نور در جو تدوين شد. اما،کار نيوتن نمونه اي بود از پژوهش هاي که با يک غرض معين صورت مي گيرد و در واقعه يکسره از دستيابي به هدف باز مي ماند. نيوتن متوجه شد که مقدار شکست نور با چيزي که امروز پاشند گي مي نماميم، يعني مقدار اختلاف شکست ميان پرتوهاي قرمز و آبي ،متناسب است.اين نکته وي را به اين نتيجه رساندکه محال است بتوان به ابزاري نوري دست يافت که رنگها را نشان ندهند(خطاي رنگي نداشته باشد) و بنابراين مسئله اي که در مقابلش بود با عدسيها غير فابل حل بود. پژوهش هاي که در مورد مواد مختلف انجام داد او را تا حدي در اين نتيجه گيري راسختر کرد، اما در ضمن آنها، نتايج فيزيکي جالبي هم بدست آمد. مثلاً متوجه شد که ضريب شکست الماس و روغن بسيار بالاست و اين نکته او را به اين انديشه هدايت کرد که الماس بايد متشکل از مواد روغني باشد، يعني عمدتاً از کربن تشکيل شده باشد اما در آن روزگار نه کسي به کمک شيشه هاي آتش افروز به بررسي الماس مي پرداخت و نه در صورت بررسي قادر به درک اين مطب بود، چون بضاعت علمي در زمينه شيمي پايه بسيار ناچيز بود. اين تصور نيوتن اشتباه بسيار عمده اي بود جالب آنکه هيچ دانشمندي هم به تصحيح آن نپرداخت وپس از مرگ وي عدسي سازان و پيش از همه دولاند dolland به تصحيح ان همت گمارند وي متوجه شد كه بر خلاف تصور نيو تون- اگر دوتكه شيشه با قدرت شكست متفاوت را كنار هم قرار دهند اثر يكديگر را در تجزيه نور خنثي ميكنند بر اساس اين دستاورد در سال 1758 عدسي شييي بدون عيب رنگي ساخته شدكه در نجوم تحول عظيمي به وجود اورد .دامنه علايق نيوتن بسيار گسترده تر از اين محدوده بود درك جنبه هاي مختلف رفتار نور- در كانون توجه او جا داشت اما او در اين عرصه تنها نبود.
هر چند به نظر ميرسد در مورد اشتباهات نيوتون پر چانگي كرده ام اما اجازه بدهيد به يكي از انها كه بعد ها نقش مهمي در تدوين نظريه هاي مربوط به نور بازي كرد-اشاره كنيم.نيوتون همواره نور رامجموعه اي از ذرات مي دانست و بنا بر اين فكر ميكرد كه سرعت حركت نور هنگامي كه ازمحيط رقيق  به محيت غليظ وارد ميشود به علت وجود نيروي جاذ به افزايش مي يابد. در ان هنگام سرعت حركت نور شناخته شده  بود و كشف ان داستان غريبي  دارد كه مبتني بر يك رشته رويداد هاي تصادفي است .

سرعت سير نور

درسال 1671 پيكار pecard ستاره شناس فرانسوي به دلايل تاريخي قصد كرد از ازمايشگاه تيكو براهه در جزيره ونheven ديدار كند .هنگامي به جزيره رسيد كه رصد خانه  به كلي از ميان  رفته بود وي در ضمن  جستجو هاي  خود به روستايي جواني به نام رومر بر خورد كه علاقه بسياري ستاره شناسي نشان ميداد . پيكار اين جوان  را با خود به فرانسه برد او هم به مشاهده و رصد پرداخت و پي برد نظريه گاليله كه بر مشاهده گردش اقمار مشتري استوار بود نادرست است. در گردش اين قمر ها  نوعي  بي هنجاري مشاهده مي كرد در بهره اي از  سال سرعت  گردش انها زياد مي شد و در بقيه ايام  گردش انها كندي مي گرفت و در ترتيب گردش ثابتي در  كار نبود اين نكته  ظاهراً به فاصله مشتري از زمين مربوط ميشد و مايه شگفتي بود  رومر به انديشه فرو رفت و نظريه شگرفي ارائه كرد كه دست كمي از نظريه نسبيت يا كوانتوم نداشت:  نور سرعتي معين دارد و براي پيمودن فواصل به زمان نيازمند است ! البته ابزار اين نظريه هيجان و هيا هوي بسياري بر پا نكرد . چون همه مي دانستند كه صوت  سرعت دارد  و براي تحقيق  اين خاصيت  و محا سبه  مقدار ان در مورد نور هم به كمك فا نوس هايي كه در فواصل دور روشن و خاموش مي شد تلاش هايي به عمل مي امد . پيداست كه در اين گونه ازمايش ها انچه محاسبه مي شد سرعت واكنش ناظر بود در حالي كه در ازمايش با توپ  براي محاسبه سرعت حركت صوت اين اشكال در ميان نبود.

کريستين هويگنس

تا اينجا معلوم شد كه نور سرعت معيني دارد و بنابر اين در محيط هاي مختلف با سرعت هاي متفاوتي حركت ميكنداما مدت ها طول كشيد تا نادرستي فرضيه نيوتون دراين مورد كه نور در محيط هاي غليظ تر سريع تر سير مي كند روشن شود دراين هنگام ديد ديگري نسبت نور مطرح شد كه بر اساس ان نور نيز مانند صوت نوعي ارتعاش به شمار مي امد هو يگنس فيزيك دان بزرگ هلندي كه هم روزگار نيوتون بود و علي رغم وضعيت جنگي ميان هلند و فرانسه در فرهنگستان فرانسه كار مي كرد مدافع اين ديدگاه بود.نيو تون در مورد چگونگيه غبور نور از يك روزنه و ايجاد مجموعه موج ما نند چگونه فكر مي كرد. البته خود نيوتون به هيچ وجه اين پديده را موج به حساب نمي اورد بلكه انرا مجموعه اي از ذرات ميدانست كه حالت هاي مختلفي داشتند.

    در نخستين ازموني كه در مورد اين دو نظريه به عمل مي امد خواص ماده جالبي اسپارت آيسلند يا اسپارت ايسلند كه توسط بارتولين bartolin كاني شناس مشهور ان دوران كشف شده بود به روشن شدن نتايج كمك كرد اين ماده شفاف بلورين خواص معجزه آسايي داشت مثلا اگر بر روي يك نوشته گذاشته ميشد حروف را به صورت مضاعف نشان ميداد و اگر آنرا به حركت در مي آوردند تصوير هاي دو گا نه حروف نسبت به هم تغيير موقعيت مي دادند يعني حركت يكي از انها بيشتر از ديگري به نظر مي امد پرتويي كه اين تصوير را به وجود مي اورد پرتو غير عادي و پرتويي كه تصوير ديگر را ايجاد ميكرد و تابع قوانين پراش نور بود پرتوعادي ناميده ميشد تمام تلاشهاي نيو تون براي حل اين مساله و ارائه توجيه معقولي از آن با شكست روبرو شد در واقع با اتكا به نظريه  ماده ذره اي بودن  نور اصولا  اين مسيله قابل حل نبود . اما نيو تون در جريان حل ان مطلب جالبي عنوان كرد كه امروز داراي اهميت فراوان است. اين مطلب حاكي از ان است كه پرتو نور متقارن نيست  يعني در جوانب مختلف وجه ان  با هم فرق دارد  و همان است كه امروز باريكه قطببيده (پولاريزه) خوانده ميشود  از اين نكته كه بگذريم  نيو تون نتوانست تعبير دقيقي  در مورد خاصيت اسپار آيسلند به دست دهد اما اين گره به دسته هويگنس  گشوده شد .  

   هويگنس براي توضيح قوانين معمولي شكست نور نموداري عرضه كرد كه امرو.ز هم جالب است زيرا براگ و ساير كساني كه در زمينه شناخت پرتو هاي ايكس كار ميكر دند نيز اين تصوير  را بر مبناي كار خود قرار دادند  در اين تصوير چگونگيه خميده شدن پرتو نور هنگامي كه ازيك محيط به محيط ديگر وارد ميشود نمايش داده شده است سرعت حركت جبهه موج نور در محيط غليظ تر نسبت به سرعت حركت در محيط نخست كم تر است تعارض در همين جا سر بر آورد در نظريه نيو تون سرعت سير موج نوري در محيط غليظ تر  فزوني ميگيرد حال انكه در نظريه هويگنس سرعت سير  موج  نور كاهش ميا بد.

حدس هو يگنس اين بود كه سرعت حركت موج در هر محيط خاص به راستاي ان بستگي دارد و ممكن است شكل جعبه هاي كوچك موج به جاي انكه دايره اي باشند به شكل بيضي در مي ايند و بنا بر اين موج به حالت مايل به حركت ادامه مي دهد يعني ميل به سمت راست .موج به صورتي  به محيط نزديك ميشود كه جبه ان  با سطح محيط موازي است يعني در اين حالت شعاع موج يا پرتو نور تا لحظه بر خورد بر سطح محيط  عمود است و پس از عبور همچنان در راستاي عمود به حركت ادامه مي دهد .

فلسفه نيوتن

فلسفه كلي مورد نظر نيوتون از دو لحاظ بسيار جالب است . اول از لحاظ علمي به نظر مي رسد كه نيو تون عالم را عالمي قانونمند و به طور كلي عا لمي فارغ از مفهوم  تغيير با تحول  تصوير ميكند .اتم در تصور نيوتون همواره يكسان مي ماند چون طبيعت داراي انسجام است و نمي تواند محل تغيير باشد.دوم ازآن لحاظ كه طبق اين نظر همه چيز از همان روز ازل دقيقا تعين شده است .نكته جالب آن است كه نيوتون در بررسي وضع حركت ستارگان دنباله دار و سيارات به چند استثنا اشاره مي كند . در حدود صد سال بعد از ان لاپلاس در كتاب مكانيك سماوي نشان داد كه اگر  بتوان شرايط گرانشي را به درستي صورت بندي كرد  نيازي به ذكر استثنا ها نيست و همه چيز در جاي درست خود قرار خواهد گرفت .

واقع امر ان است كه نيوتون ديدي محافظه كار  و اساسا غير تاريخي داشت مثلا فكر ميكرد كه قرار گرفتن مدار حركت سيارات در يك صفحه مستلزم يك طرح معين از پيش تعين شده است كانت پنجاه سال سال بعد و لاپلاس صد سال بعد  نشان دادند كه اگر يك صفحه گرد از جنس گاز و غبار در مداري گردش كند به شكل بيضي در خواهد آمد و مثل هر ذره چرخان در يك مدار كه حركت يكسان دارد هر جسم ديگر هم در مدار گردش خود حركتي يكسان خواهد داشت. نيو تون در مورد عنا صر نظر مشابهي ابراز كرد .در انديشه او عناصر و اتم ها پايدار و دائمي بودند . و در اين انديشه از بعضي لحاظ حق با او بود اگر اتم ها تغيير بپذيرند همه چيز هايي كه از اتم تشكيل يافته اند . تغيير ميكنند اگر هسته اكسي‍‍‍‍‍‍ژن را به چهار هسته هليوم تقسيم كنند ديگر اكسي‍ژن نخواهد بود .قائل شدن تاريخي براي پيدايش منظومه شمس و پيدايش جانوران از طريق  تطور به 150 سال بعد موكول شد كه داروين گام بلند فراتر از تصورات نيوتون نهاد  كه در مورد جانوران نظريه ارسطويي داشت.

==========================================================