فضا، زمان و حرکت
قسمت ۲:
یک سال قبل از درگذشت وی، کپلر، ریاضیدان آلمانی، به استخدام تیکوبراهه درآمده بود و با وی همکاری میکرد. کپلر بلافاصله بعد از مرگ تیکو براهه، بانک اطلاعاتی وی را به سرقت برد و به آلمان بازگشت. این اقدام احتمالا یکی از مهمترین سرقتهای علمیست که خوشبختانه نتایج مثبتی در رشد فیزیک داشته است چرا که بعدها با استفاده از این دادههای ارزشمند، قوانین سهگانه معروف خود (قوانین کپلر) را در خصوص محاسبه مسیر حرکت سیارات وضع میکند (که هنوز مورد استفاده می باشند).
مدتی بعد، حدود سال1600، گالیله ایتالیایی، در کنار گوش کلیسای رم، کارهای کپلر و تیکوبراهه را با مشاهدات نجومی خود تایید میکند و با آن، مهر تاییدی هم بر نظریه کوپرنیک میزند. وی اعلام میکند که زمین مرکز جهان نیست و بلکه همه سیارات از جمله زمین به دور خورشید می گردند. و محکوم به اعدام میشود! خوشبختانه، به خاطر نفوذ علمی که داشت، در نهایت به وی فرصت داده میشود تا در دادگاهی که کلیسا برگزار میکند حرف خود را پس بگیرد. پیرمرد، همان میکند و زنده میماند در حالیکه میدانست زمین زیرپایش در گردش است!
چند دهه بعد، اسحاق نیونون فیزیکدان و ریاضیدان انگلیسی، با استفاده از نظریه کوپرنیک، بانک اطلاعاتی تیکوبراهه، قوانین کپلر و آزمایشهای ارزشمند گالیله در مورد حرکتهای پرتابی، نظریه نوینی را ارائه میدهد که حرکت و نیرو را به هم مربوط میکند و مهمتر اینکه تعریف بسیار دقیقی از نیروی گرانش ارائه میدهد. در این راستا، در نبود فرمالیسم ریاضی مناسبی که بتواند نظریه خود را به کمک آن بیان کند، خود دست به کار میشود و فرمالیسم لازم را شکل میدهد. مستندات چندی وجود دارند که لایبنیتز، ریاضیدان آلمانی، قبل از نیوتن پارهای از ایدههای اولیه چنان فرمایسمی را بهدست آورده بود، ولی نیوتن اصرار داشت که خود او مستقلا به نتیجه رسیده است. در هر صورت، این چارچوب ریاضی بسیار مهم و توانا را امروزه با عنوان حساب (دیفرانسیل و انتگرال) میشناسیم که نیوتن توانست به کمک آن تئوری فیزیک خود را در سال 1687 ارائه کند: تئوری نیوتن، که واژه شاهکار در توصیف آن چندان رسا نیست. تئوری که مادر تمام تئوریهای بنیادی فیزیک است که بعدها وارد فیزیک میشوند. تئوری که با آن، ابتدا فیزیک و در گذر زمان، زندگی انسان روی زمین بطور بنیادی دگرگون میگردد و هنوز هم در کارهای مهندسی و هر کاربردی که در آن نیرو نقش دارد و حرکت مهم است، مورد استفاده قرار می گیرد. تحولی که این تئوری در فیزیک ایجاد کرده بقدری زیاد است که به فیزیک آن زمان، فیزیک نیوتنی لقب داده شده است، همان فیزیکی که هنوز هم در دبیرستان تدریس میشود.
در قلب تئوری نیوتن، معادله مشهور قرار دارد که نیوتن آن را بر اساس دادههای حاصل از آزمایشهای گالیله، بانک اطلاعاتی تیکوبراهه و قوانین کپلر پیشنهاد میکند. مهم است توجه داشته باشیم که این یک معادله تجربی، و نتیجه مشاهدات است و از هیچ فرمالیسم ریاضی به دست نیامده است. در یک جمله، این معادله بیان میکند که اگر نیروی به جسمی با جرم وارد شود، آن را با شتابی برابر با به حرکت در میآورد. اغلب، این شتاب را با a نمایش میدهند.
بخش مهمی از کارهای نیوتن مربوط به یافتن توضیحی برای نیروی جاذبه یا گرانش میشود (مانند نیروی گرانش زمین که در اثر آن مثلا یک سیب از درخت بر زمین میافتد) که باز بر اساس نتایج به دست آمده از کارهای افراد نامبرده در بالاست. وی معادله بسیار مهمی را برای بیان نیرو ارائه میکند:
F=Gm1m2/r^2
به زبان ساده، اینجا F نیرویی است با ماهیت کششی که دو جسم با جرمهای m1 و m2 وقتی در فاصله r از هم قرار دارند، به یکدیگر وارد میکنند. شدت کشش بستگی مستقیم به مقدار جرم دارد، به این معنی که هر قدر جرم بزرگتر باشد نیروی کشش به طرف آن جسم بیشتر خواهد بود. بنابراین، بین دو جسم با جرمهای m1 وm2 ، اگر m1 بزرگتر از m2 باشد، برآیند نیروهای کششی بین دو جسم، به طرف خواهد بود که به آن نیروی گرانش گفته میشود. ضمنا، در معادله بالا، G معرف یک ضریب با مقدار ثابت است که مقدار آن از آزمایش به دست آمده است (در ادامه بحث جرئیات بیشتری در این مورد خواهیم دید).
...ادامه دارد
Natphys.net
@natphys
13
3
2December 17, 2025 910 9
