از ویکیپدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به ناوبری
پرش به جستجو
به عنوان یکی از شکلهای علم فیزیک(از زبان یونانی: φύσις تلفظ:فیزیس به معنی طبیعت») بهطور تاریخی از فلسفه گسترش یافت و در زمان گذشته به فیزیک به نام فلسفه طبیعی شناخته میشد و اصطلاحی بود برای بیان زمینهای که بررسیاش نحوه کار طبیعیت» بود.
عناصری که فیزیک را تشکیل میدهند از رشتههای اخترشناسی، اپتیک و مکانیک مشتق شدهاند که از طریق بررسی هندسه در یک حوزه جمع میشوند. این قوانین ریاضی از تاریخ باستان با تمدن بابل و نویسندگان هلنی مانند ارشمیدس و بطلمیوس آغاز شدهاست. در همین حال، فلسفهای که شامل فیزیک میشد و بر روی موضوعات تشریحی (نه توصیفی) تمرکز میکرد عمدتاً حول عقاید ارسطو دربارهٔ علتهای چهارگانه وی، رشد یافت.
حرکت به سوی درک منطقی از طبیعت حداقل از دوره کهن یونان (۶۵۰ پیش از میلاد مسیح – ۴۸۰ پیش از میلاد مسیح) با فیلسوفان پیشاسقراطی آغاز گشت. تالس (قرون ۶ و ۷ پیش از میلاد) لقب پدر علم را برای امتناع از پذیرش توصیفات مختلف مافوق طبیعی، مذهبی یا اساطیری برای پدیدههای طبیعی گرفت، او معتقد بود که هر واقعهای در جهان، یک علت طبیعی دارد. [۱]
لئوکیپتوس (نیمه اول قرن ۵ پیش از میلاد) نظریه اتمیسم را گسترش داد – این نظریه به این صورت است که: همه چیزها بهطور کامل از اجزاء تفکیکناپذیری به نام اتم تشکیل شدهاند. این نظریه به وسیله دموکریت بهطور مفصل شرح داده شدهاست.
نوشتار(های) وابسته: تاریخ اخترشناسی
منشأ بسیاری از علوم در طول تاریخ فلسفه بوده، ولی فیزیک در اصل از فلسفه طبیعی مشتق شدهاست. اصطلاحی که زمینه مطالعاتی کارکرد طبیعت» را توضیح میدهد. آنچه باعث ایجاد شاخهٔ فیزیک در دانش شد به زمینههای اخترشناسی، نورشناخت و مکانیک بازمیگردد که پایهٔ نخست همهٔ آنها هندسه بود. سرآغاز این رشتههای ریاضیاتی را باید در دوران باستان و در تمدنهای بابل و هلنی جستجو کرد. دانشمندانی مانند ارشمیدس و کلاو بطلمیوس به آن دوران تعلق دارند. در آن دوران فلسفه و آنچه که فیزیک را در بر میگرفت بیشتر به توضیح و فهم کلی پدیدهها میپرداخت تا به مطالعهٔ عمیق آنها، این روش بیشتر در دورهٔ ارسطو و در بحثهایی مانند علتهای چهارگانه گسترش یافت.
حرکت رو به جلو در علم و مطالعهٔ ریشهای و عمیق پدیدههای طبیعت، میتوان گفت دست کم از دورهٔ Archaic Greece و در میان سالهای ۴۸۰ تا ۶۵۰ پیش از میلاد، با فلسفهٔ پیشاسقراطی آغاز شد. تالس فیلسوف سدههای ۶ و ۷ پیش از میلاد، چون از پذیرش دلیلهای فرای طبیعی و آوردن توضیحهای افسانهای و مذهبی برای پدیدههای طبیعی سر باز زد و ادعا کرد که هر رویدادی باید عاملی طبیعی داشته باشد، عنوان پدر علم» (به انگلیسی: the Father of Science) را از آن خود کرد. [۱]
ارسطو (۳۸۴–۳۲۲ پ. م)
ارسطو (به یونانی: Ἀριστοτέλης, Aristotélēs) (سالهای ۳۸۴–۳۲۲ پیش از میلاد) شاگرد افلاطون این اندیشه را پیشنهاد کرد که مشاهدهٔ پدیدههای فیزیکی در نهایت منجر به شناخت قوانین طبیعی حاکم بر آنها میشود. او این پیشنهاد را در قالب یک کتاب با نام فیزیک» (Physics) ارائه کرد. در دوران کلاسیک یونان (سدههای ۴، ۵ و ۶ پیش از میلاد) و دوران تمدن هلنی، فلسفهٔ طبیعی کمکم گسترش یافت و به یکی از شاخههای پُر تکاپوی دانش تبدیل شد.
در اوایل دوران کلاسیک یونان کروی (گِرد) بودن زمین برای عموم مفهومی جا افتاده بود و نزدیک به سال ۲۴۰ پیش از میلاد بود که اراتوستن (۱۹۴ تا ۲۷۶ پیش از میلاد) با دقت خوبی توانست پیرامون کرهٔ زمین را برآورد کند. در برابر اعتقاد زمینمرکزی ارسوط، آریستارخوس ساموسی (به یونانی: Ἀρίσταρχος) (سالهای ۲۳۰ تا ۳۱۰ پیش از میلاد) برهان روشنی بر مرکزی بودن خورشید و نه زمین در منظرمهٔ شمسی آورد. Seleucus of Seleucia از پیروان نظریهٔ آریستارخوس بود و او بود که پی برد، هنگامی که زمین به گرد خورشید در حرکت است همزمان به دور خودش نیز میگردد. برهانی که آن زمان Seleucus of Seleucia ارائه میکند در دسترس نیست ولی پلوتارک دربارهٔ او گفتهاست که Seleucus of Seleucia نخستین کسی بود که نظریهٔ مرکزی بودن خورشید را با دلیل اثبات میکند.
در سدهٔ سوم پیش از میلاد ریاضیدان یونانی، ارشمیدس پایههای دانش ایستاشناسی سیالات و استاتیک را بنا میکند و قانون اهرم را توضیح میدهد. وی در سال ۲۵۰ پیش از میلاد بر روی اجسام شناور کار میکند و در نهایت به قانونی با نام قانون ارشمیدس دربارهٔ شناوری دست مییابد. کلاو بطلمیوس ستارهشناس نامدار، نوشتهای مفهومی در زمینهٔ اخترشناسی به نام المجسطی فراهم میکند، نوشتهای که بعدها پایهٔ بسیاری از زمینههای دانش شد.
بیشتر دست نوشتههای دانشمندان باستان از بین رفتهاست حتی کارهای بسیاری از اندیشمندان پرآوازهٔ آن دوران نیز از دست رفته و تنها بخش اندکی از آنها به جای ماندهاست. برای نمونه هیپار دست کم چهارده کتاب نوشته بود که میتوان گفت هماکنون هیچکدام از آنها بهطور مستقیم در دسترس نیست. از ۱۵۰ مورد کارهای خوب مربوط به سامانهٔ فلسفی ارسطویی تنها ۳۰ مورد برجای مانده که تعدادی از آنها نیز بیشتر شبیه یک مقالهاند تا یک کتاب. در تمدن اسلامی در دوران خلافت عباسیان بسیاری از کارهای دانشمندان دورهٔ باستان جمعآوری شد و به عربی ترجمه شد. همچنین فیلسوفان اسلامی مانند ابویوسف کندی، فارابی، پور سینا و ابن رشد مفاهیم مطرح شده در میان اندیشمندان یونان را به زبان خود و با توجه به مفهومهای آشنای خود باز ترجمه کردند و توضیح دادند. برجستهترین این تلاشها از سوی ابن هیثم و ابوریحان بیرونی [۲] [۳]
دانش دوران باستان با ترجمهٔ از عربی به لاتین دوباره به دنیای غرب وارد شد ولی این بار این ترجمهها با نظرهای الهی اسلام و یهود در گوشه و کنار آنها آمیخته شده بود و این رویداد تأثیر مهمی بر فیلسوفان قرون وسطی مانند توماس آکویناس، اخلاقگرای اروپایی گذاشت. آکویناس کسی بود که همواره در اندیشهٔ آشتی دادن فلسفهٔ دوران باستان با الهیات مسیحی بود و از ارسطو با نام بزرگترین اندیشمند دوران باستان یاد میکرد و در جاهایی که مطلب مغایر با انجیل بود، فیزیک ارسطویی پایهٔ توضیحات فیزیکی کلیساهای اروپا میشد.
نوشتار اصلی: گالیلئو گالیله
گالیلئو گالیله (۱۵۶۴–۱۶۴۲)
گالیله همچنین به عنوان پدر علم اخترشناسی نوین رصدی»، [۴] [۵] [۵] [۶] [۷] [۸] [۹]
گالیله به بیان ریاضی مکانیک طبیعت علاقهمند بود و میکوشید حرکت را به صورت ریاضی درآورد. این سنت با تأکید غیر ریاضی مجموعه تاریخچه آزمایشها» توسط فلسفهدانانی همچون ویلیام گیلبرت و فرانسیس بیکن ترکیب شد؛ و به جنبشی انجامید که در سراسر اروپا به شدت دنبال شد که شامل اوانجلیستا توریچلی و دیگران در ایتالیا، مارین مرسن و ب پاسکال در فرانسه، کریستیان هویگنس در هلند، و رابرت هوک و رابرت بویل در انگلستان بودند.
نوشتار اصلی: رنه دکارت
رنه دکارت (۱۵۹۶–۱۶۵۰)
سر آیزاک نیوتن (۱۶۴۳–۱۷۲۷)
گوتفرید لایبنیتس (۱۶۴۶–۱۷۱۶)
لئونارد اویلر (۱۷۰۷–۱۷۸۳)
در همین هنگام، سنت آزمایشگری که توسط گالیله و شاگردانش پایهگذاری شده بود، به راه خود ادامه داد. انجمن سلطنتی در انگلستان و فرهنگستان علوم در فرانسه مراکز مهمی برای انجام و گزارش کارهای تجربی شدند، و نیوتون خود از تأثیرگذارترین آزمایشگران، به ویژه در زمینه آزمایشهای نورشناختی شد که در آنها یک منشور نور سفید را به طیفهای رنگی تشکیلدهندهاش تقسیم میکند. او برای این کار و چاپ کتابش با نام نورشناسی در سال ۱۷۰۴ بسیار مورد توجه قرار گرفت. آزمایشهای در زمینه مکانیک، نورشناسی، مغناطیس، الکتریسیته ایستا، شیمی، و فیزیولوژی در طول سده ۱۸ام آنچنان از هم تمایزپذیر نبودند، ولی تفاوتهای بنیادین در روشهای انجام و در نتیجه، طراحی آزمایش آرام آرام در حال پدید آمدن بودند. برای نمونه، تلاشها در زمینه فشار آوردن به واکنشهای شیمیایی برای بروز نیروهای نیوتونی نافرجام ماندند و در عوض، باعث شکل گرفتن روشهای مدون برای طبقهبندی عناصر شیمیایی و واکنشها شدند. [۱۰]
نوشتار(های) وابسته: پیشینه ترمودینامیک
ویلیام تامسون (۱۸۲۴–۱۹۰۷), بعدها به نام لرد کلوین شناخته شد
تأسیس فیزیک ریاضیاتی انرژی بین دهه ۱۸۵۰ تا ۱۸۷۰ رخ داد. در حالی که پیر لاپلاس بر روی مکانیک اجرام آسمانی کار میکرد و با فیزیکی رابطه داشت که کاملاً معلوم (دترمینستیک) و برگشتپذیر بود. فیزیک انرژی که فقط به صورت جریانهایی از گرما بود مکانیک را به زیر سؤال برد. تکیه بر نظریه مهندسی لازار کارنو، نیکولا سعدی کارنو و بنویت پال امیل کلایپرون و آزمایش جیمز ژول مبنی برای تغیرپذیری شکلهای الکتریکی، گرمایی، شیمیایی و مکانیکی کار؛ و تمرینات امتحان ریاضی کمربیج در ریاضی تحلیلی؛ ویلیام تامسون دایرهای از فیزیکدانان تأسیس کرد که کارهای آنان به قانون بقای انرژی (اکنون به نام قانون اول ترمودینامیک شناخته میشود) منجر شد. کار آنها به زودی با کار دو فیزیکدان آلمان یولیوس روبرت فون مایر پ هرمان فون هلمهولتز در رابطه با بقای انرژی یکسان درآمد.
لودویگ بولتزمان (۱۸۴۴–۱۹۰۶)
در نظر گرفتن اشارات ریاضی خود را از کار جریان گرما ژوزف فوریه (و اعتقادات مذهبی و زمینشناسی وی), تامسون بر این باور بود که اتلاف گرما با زمان به عنوان قانون تشریح شد و اکنون به صورت قانون دوم ترمودینامیک شناخته میشود. اگرچه تفسیرهای دیگری از ترمودینامیک توسط رودلف کلازیوس فیزیکدان آلمانی به وجود آمد اما مکانیک آماری توسط لودیگ بولتزمان و فیزیکدان انگلیسی جیمز کلارک ماکسول تأسیس شد که انرژی را اندازهگیری سرعت ذرات میدانست. کلازیوس با ربط دادن احتمالات آماری حالتهای ساختاری معین این ذرات با انرژی این حالتها، پراکندگی انرژی را میل آماری آرایش مولکولی به سمت حالتهای محتمل و نامرتب در حال افزایش تعبیر کرد. همو بود که واژه آنتروپی» را برای توصیف حالتهای نامرتب یک سیستم رایج ساخت. برداشت آماری در برابر برداشت مطلق قانون دوم ترمودینامیک مجادله بزرگی را به وجود آورد که چندین دهه ادامه یافت (بحث شیطان ماکسول» نیز از همینجا سرچشمه گرفت)، تا اینکه فهم و درک رفتار اتمی در قرن بیستم بالاخره به این منازعه پایانی قابل قبول داد. [۱۱] [۱۲]
در همین زمان بود که فیزیک نوینِ انرژی، تحلیل پدیدههای الکترومغناطیسی را متحول گردانید. این تحولات بخصوص با معرفی مفهوم میدان و نیز انتشار کتاب مشهوری از ماکسول با نام رساله الکتریسیته و مغناطیس در سال ۱۸۷۳ تحقق یافت که خود بخشی از آن بر اساس مطالعات نظریه پردازان آلمانی همچون کارل فریدریش گاوس و ویلهلم وبر بود. توصیف گرما با حرکات ذرهای، و نیز افزوده شدن نیروهای الکترومعناطیسی به دینامیک نیوتونی، پایه و تکیهگاه نظری مستحکمی را برای مشاهدات تجربی فراهم نمود. پیشبینی نور به عنوان منتقلکننده انرژی به صورت موج از میان یک اتر نوری»، و همچنین تأیید ظاهری آن پیشبینی به وسیلهٔ آشکارسازی تابش الکترومغناطیسی توسط هاینریش هرتز در سال ۱۸۸۸ میلادی، پیروزی بزرگی برای فیزیک نظری محسوب گشت، و این فکر امکان وجود نظریات میدانی پایهای دیگر را باعث گردانید. [۱۳] [۱۴] [۱۵] [۱۶]
ماری کوری (۱۸۶۷–۱۹۳۴)
در سالهای حلول قرن جدید میلادی، کاستیهایی رفته رفته در حال پدیدار شدن بودند که پیروزی نظریات ماکسول را کمرنگ تر و کمرنگ تر جلوه و باعث بروز تدریجی نگرانیهایی شدند. بهطور مثال آزمایش مایکلسون-مورلی در باب سرعت نور و زاویهٔ حرکت زمین در اتر ناموفق بود. نظر هندریک لورنتز مبنی بر اینکه اتر قابلیت فشردهسازی ماده را داشته که ممکن است به نامریی شدن آن منتهی شود خود مشکلاتی را ایجاد میکرد چرا که یک الکترون فشرده که توسط جوزف جان تامسون بریتانیایی در سال ۱۸۹۷ آشکارسازی گردیده بود ناپایدار قلمداد میشد. از سوی دیگر، اقسام تشعشعهای غیر منتظرهٔ دیگری نیز توسط آزمایشگران در حال کشف شدن بود. بهطور نمونه کشف قابلیت خودکار برخی مواد در ساطع کردن تشعشعات همانند پرتوی ایکس توسط ویلهلم کنراد رونتگن در سال ۱۸۹۵ و نیز هانری بکرل در ۱۸۹۶ باعث ایجاد هیاهوی زیادی در مجامع علمی گردید. پیر کوری و همسرش ماری کوری واژهٔ واپاشی هستهای» را جا انداختند تا بتوانند این خاصیت ماده را توصیف کنند. آنها تلاشهای موفقی در منفردسازی عناصر پرتوزای رادیم و پولونیم از خود برجای گذاشتند. سپس ارنست رادرفورد و فردریک سادی متوجه شدند که پرتوهایی که بکرل مشاهده کرده بود از جنس الکترون (بتا) و هلیم (آلفا) بودند؛ و در سال ۱۹۱۱ رادرفورد مشخص گردانید که تمرکز جرمی اتمها در هستهٔ آنها بوده و بار مثبت دارد که الکتروهایی را در مداری در گردش به دور خود تجسم میکرد، پیکربندیی که از لحاظ نظری ناپایدار (و لذا ناممکن) مینمود. مطالعات پرتودهی و تلاشی رادیواکتیویته همچنان تمرکز بسیاری از دانشمندان و گروههای محقق علوم فیزیک و شیمی را تا دهه ۱۹۳۰ به خود مشغول گردانید. تا اینکه شکافت هستهای درب بهرهبرداری عملی از آنچه که انرژی هستهای نامیده شد را متوالیاً بازگردانید.
استادان برتر فیزیک نوین
اما در همین دوران، نظریههای افراطی دیگری نیز در حال شکلگیری بودند. در سال ۱۹۰۵ بهطور نمونه آلبرت انشتین که در سوییس در دفتر ثبت اختراعات مشغول به کار بود مدعی گردید که سرعت نور در تمام دستگاههای مرجع ثابت است و قوانین الکترومغناطیس بایستی معتبر و مستقل از مفروضات دستگاه مرجع باقی بمانند، که این خود باعث غیرضروری شدن نظریه اتر گردید و این مفهوم را معرفی کرد که مشاهدات فضا و زمان بستگی به حرکت نسبی مشاهده شونده و مشاهدهکننده داشت، مفهومی که به نسبیت خاص» معروف گردید؛ و از همینجا سپس تعادلپذیری کمیتهای جرم مادی و انرژی طبق معادله همارزی جرم و انرژی بیان گردید. در همان سال انشتین در مقالهای دیگر مدعی شد که نور به صورت کمیتی گسسته (کوانتم») در فضا پراکنده میشود، و این طبق ثابتی بود که ماکس پلانک در سال ۱۹۰۰ بدان رسیده بود که با آن توزیع پرتوی جسم سیاه بهطور دقیقی بیان میگشت. انشیتن از همین مفهوم در مقالهٔ خود برای توضیح دادن خواص ناشناختهٔ اثر فوتوالکتریک استفاده کرد. نی بور دانمارکی نیز از همین ثابت در سال ۱۹۱۳ برای توصیف چگونگی پایداری مدل اتمی رادرفورد و
درباره این سایت