تبیان، دستیار زندگی

قثط تیکه تیکه میذارم چون زیاد همشونم منبعشون همینیه که پایین نوشتم

ارسطو (عاشق این انسان هستم من)

340 سال پیش از میلاد مسیح ارسطو فیلسوف یونانی در كتابش به نام "از آسمان" دو دلیل خیلی محكم در خصوص این كه چرا زمین كروی ست ارایه داد. اول این كه از روی خسوف های ماه فهمیده بود كه در اصل خسوف سایه زمین روی ماه است و هنگامی كه زمین بین ماه و خورشید قرار می گیرد خسوف به وجود می آید. ارسطو نتیجه گرفت كه از آنجایی كه این سایه كه سایه زمین روی ماه است، همیشه گرد است، زمین نمی تواند صاف باشد (چون در آن زمان همه فكر می كردند زمین مثل قرص یا دیسك صاف ولی گرد است). در حالی كه اگر زمین صاف بود سایه زمین بر روی ماه همیشه بیضی شكل می شد.

دلیل دومی كه ارسطو پیدا كرده بود به دریانوردی یونانیان برمی گشت. یونانیان فهمیده بودند كه ستاره قطبی در مناطق جنوبی همیشه نسبت به خط افق پایین تر از مناطق شمالی تر است و اگر از خط استوا به ستاره قطبی نگاه كنید می بینید كه چسبیده به خط افق است. درمناطق شمالی ستاره قطبی درست بالای قطب شمال است و اگر كسی آن را نشان كند و به آن جهت برود راهش را گم نمی كند. در حالی كه اگر زمین صاف بود باید همه آن را یك شكل می دیدند.

وی به همین شیوه شعاع زمین را محاسبه كرد و بر اساس موقعیت های ظاهری ستاره قطبی در مصر و یونان توانست به طور تقریبی محیط زمین را محاسبه كند. وی ممكن است در محاسباتش با ضریب دو اشتباه كرده باشد. واحدی كه او با آن محاسباتش را انجام داده "استاد" stad است كه كسی دقیقاً نمی داند چقدر است. بر اساس نوشته های قدیمی هر استاد 200 متر است. بر اساس محاسبات وی محیط زمین 400 هزار استاد است. اگر این محاسبه درست باشد با عددی با ضریب دو اشتباه كرده.

البته یونانیان روش دیگری هم برای اثبات كروی بودن زمین داشتند و آن این بود كه از خود می پرسیدند چطور می شود این را توجیه كرد كه وقتی كشتی ها از ساحل دور می شوند اول قسمت پایین شان ناپدید می شود و بعد بادبانشان و وقتی پدیدار می شوند اول بادبانشان پیدا می شود و بعد قسمت پایین شان آنها نتیجه می گیرند كه اگر زمین صاف بود كشتی وقتی دور می شد كوچك و كوچك تر می شد. در حالی كه كشتی رو به پایین می رود.

ولی از طرف دیگر ارسطو به غلط فكر می كرد زمین ثابت است و ماه و خورشید و بقیه ستارگان دورش می گردند و مسیر حركت چرخشی آنها به دور زمین هم دایره ای شكل است. البته این به اعتقادات قدیمی برمی گشت كه براساس آن زمین باید ثابت باشد و حركت به دور آن هم باید به شكل بی نقص یعنی دایره ای انجام شود.

منبع: http://020.ir/index.php?option=com_content&view=article&catid=39%3A----&id=153%3A2008-10-28-06-27-22&Itemid=26

بطلمیوس

در قرن دوم قبل از میلاد بطلمیوس بر اساس این ایده كه زمین كروی و ثابت است و ماه و خورشید و بقیه ستارگان دور آن می گردند، سیستم نجومی كاملی را تدوین كرد. طبق این سیستم زمین ثابت است و در مركز قرار دارد و ماه و خورشید و ستارگان و پنج سیاره معروف آن زمان یعنی مشتری، ناهید، مریخ، عطارد و زحل دور آن می گردند. به عبارتی بر اساس نظر بطلمیوس جهان كروی ست و زمین مركز آن است.

از آنجایی كه آنچه بطلمیوس در آسمان می دید مدارهایی پیچیده تر از دایره بودند، او فكر می كرد كه پیچیدگی مدارها به خاطر این است كه این سیارات خودشان هم با حركت های دایره ای دور همدیگر می گردند. از نظر وی یك كره بزرگ هم همه این كره های كوچك تر را در برمی گرفت. به عبارتی یك كره بیرونی تر همه این كرات را در بر می گرفت. به نظر بطلمیوس این كره بزرگ هم یك سطح بسته نبود. 

او عقیده داشت که به پوسته داخلی این كره ستارگان چسبیده اند و ماه و خورشید وسط تر هستند. كل این ستاره ها به دور زمین می گردند. در حالی كه حالا می دانیم که حركت زمین باعث شده این طور به نظر برسد كه ستارگان  در حال چرخشند. ستاره قطبی هم كه به نظر همه ثابت می رسد، در واقع ستاره ای ست كه مدار كوچكی دارد و حركت زمین باعث شده كه به نظر برسد ستاره قطبی ثابت است.

به این ترتیب وقتی با دوربین به ستاره ها نگاه كنید فكر می كنید كه آسمان پر از دایره است.

مدل پیش بینی بطلمیوس سیستم نسبتاً مطمئنی برای پیش بینی موقعیت اجرام آسمانی به دست داده بود. البته برای این كه این پیش بینی ها درست از آب درآید، بطلمیوس مجبور شده بود فرضی در خصوص ماه ارایه دهد. بر اساس این فرض, ماه مداری را طی می كرد كه در بعضی از مواقع فاصله اش نسبت به زمین در مقایسه با بعضی از مواقع دیگر نصف می شود. البته نتیجه این فرض این بود که  باید در آن موقع اندازه اش نسبت به زمین دو برابر بزرگ تر می شد! چون فاصله اش نزدیك تر می شد. در حالی كه می دانیم چنین اتفاقی نمی افتد و اندازه ماه ثابت است. بنابراین این فرضیه به خاطر ماه دچار ایراد می شد. ولی به هر حال منجمان این سیستم را به عنوان سیستم پایه قبول كرده بودند. ضمن این كه این سیستم به مذاق كلیسا هم خوش می آمد.

الان هم برای این كه كار راحت تر شود از همان كره بطلمیوس استفاده می شود. یعنی فرض می كنیم جهان كروی ست و زمین در مركز آن قرار دارد. به این ترتیب كار محاسبات از مبدأ زمین آسان تر می شود. البته الآن می دانیم كه همه چیز روی یك كره نیست.

كپرنیك

در سال 1514 سیستم ساده تری نسبت به سیستم نجومی بطلمیوس تدوین شد. این كار توسط كشیشی به نام نیكلا كپرنیك انجام شد. وی برای این كه مرتد شناخته نشود و كلیسا اورا نسوزاند نوشته هایش را با نامی ناشناس منتشر می كرد. طبق نظر كپرنیك به جای زمین، خورشید ثابت است و در مركز جهان قرار دارد و بقیه سیارات با مدارهای دایره ای دور آن می گردند. تا آن موقع همه عقیده داشتند كه زمین ثابت است و در مركز جهان قرار دارد و بقیه ستاره ها و سیارات دور زمین می گردند. به این ترتیب كپرنیك مدل بطلمیوس و هر ایده ای كه بگوید جهان وجود دارای مرز است را دور انداخت.

در اصل چون زمین می چرخد ما فكر می كنیم كه ستاره ها در حال حركتند و به خاطر همین هم می توان نتیجه گرفت كه زمین ثابت است و ستاره ها دور آن می گردند. در حالی كه این نظر اشتباه است.

تقریباً یك قرن طول كشید تا فرضیه كپرنیك جدی گرفته شد. با وجود این كه در این سیستم خیلی از مدارها با مشاهدات جور در نمی آمدند، بااین حال یوهان كپلر آلمانی و گالیله ایتالیایی آشكارا ازكلیت تئوری كپرنیك دفاع كردند.

كپلر

یوهان كپلر ستاره شناس آلمانی از تئوری كپرنیك درباره این كه زمین در مركز عالم نیست و سیارات از جمله زمین دور خورشید می گردند، دفاع كرد. اما تئوری كپرنیك را به این شكل تغییر داد كه در اصل سیارات به شكل دایره ای نمی چرخند بلكه مدار آنها بیضی ست. وی به این وسیله توانست اختلاف بین نظر كپرنیك و آنچه در واقع مشاهده می شد را از بین ببرد. چون در صورتی كه طبق نظر كپرنیك مدارها دایره ای فرض می شدند، خیلی از مدارهای سیارات با آنچه واقعاً مشاهده می شد جور در نمی آمد.

البته این نظر كپلر فاصله تئوری و واقعیت را كم می كرد, ولی چون بیضی بودن مدارها فقط در حد فرضیه بود پشتوانه ای نداشت. كپلر خودش هم نمی توانست توضیح بدهد چرا مدارها دایره ای نیستند و این موضوع ناراحتش می كرد. در اصل او تحت تأثیر اعتقادات زمان خودش تصور می كرد كه سیارات به خاطر یك نیروی مغناطیسی دور خورشید می چرخند و نمی توانست این موضوع را به بیضی شكل بودن مدارها وصل كند.

گالیله

ضربه نهایی و مرگبار به نظریه ثابت بودن زمین و این كه همه ستارگان و سیارات به دور زمین می چرخند (ارسطو و بطلمیوس مدافعان این نظریه بودند) را گالیله وارد كرد. گالیله از نظریه كپرنیك مبنی بر این كه خورشید مركز جهان است حمایت كرد.

گالیله در سال 1609 آسمان را با چیزی شبیه به تلسكوپ مشاهده كرد. در آن سال گالیله دید كه دور مشتری تعداد زیادی ماه های كوچك تر از مشتری هستند كه دورش می گردند (چهار ماهی كه گالیله مشاهده كرد و بزرگ ترین قمرهای مشتری هستند به نام  ماه های گالیله نامگذاری شده اند). گالیله با دیدن قمرهای مشتری به این ایده رسید كه همه چیز الزاماً به دور زمین نمی گردد.

این چیزی كه گالیله بیان كرد خلاف نظر ارسطو و بطلمیوس بود. ولی باز هم براساس نظرات آنها می شد تصور كرد كه زمین ثابت است و در مركز جهان قرار دارد. ولی قمرهای مشتری در مدارهای پیچیده ای دور زمین می چرخند. مثلاً به طور حتم مدار آنها دایره ای نیست و به شكلی می چرخند كه این تصور را به ما می دهند كه دارند دور مشتری می گردند.

نیوتن

كپلر عقیده داشت كه شكل مدار سیارات به دور خورشید بیضی ست. ولی نمی توانست نظرش را ثابت كند. نیوتن این مسئله را در یكی از نوشته هایش به نام "اصول ریاضی فلسفه طبیعت" توضیح داد. كاری كه نیوتن انجام داد شاید مهم ترین و حجیم ترین كاری باشد كه یك نفر به تنهایی در حوزه فیزیك انجام داده است. چون وی نه تنها توضیح می داد كه چرا یك اتفاق رخ داده بلكه ملزومات و ابزارهای ریاضیاتی مربوط به آن را نیز تشریح می كرد و این حركات پیچیده را توضیح می داد.

این دانشمند انگلیسی قانون جاذبه جهانی را شرح داد. براساس این قانون  بر هر جرمی در جهان توسط اجرام دیگر نیرویی وارد می آید. اندازه این نیرو به اندازه جرم هركدام از اجرام است. یعنی هر چه جرمی سنگین تر باشد این نیرو بیشتر می شود و هرچه فاصله این دو جرم به هم نزدیك تر باشد این نیرو باز هم بیشتر می شود. 

وی توضیح داد كه چگونه اجسام می افتند. داستانی كه براساس آن نیوتن زیر درخت سیب نشسته بود و دید كه سیبی افتاد و این طوری جاذبه زمین را كشف كرد به جوك شبیه است. تنها حرف خود نیوتن این بوده كه در وضعیت حیرت در طبیعت بوده كه می بیند سیبی می افتد.

نیوتن می گوید كه در زمان های دور قطعه ای به نام زمین به وجود آمده. این جرم كوچك كه زمین نام دارد در فضا با فاصله ای از خورشید در حال حركت بوده كه توسط جرم بزرگی كه خورشید نام دارد جذب می شود و به این ترتیب در مدار خورشید قرار می گیرد. 

طبق همین نظرات نیوتن توانست ثابت كند كه چرا مدار زمین یا مدارهای دیگر بیضی شكل هستند.

نیوتن همچنین طبق نظریه جاذبه متوجه شد كه ستارگان نیز باید همدیگر را جذب كنند و بنابراین به طور كلی هیچ وقت نمی توانند ثابت بمانند. در نتیجه وی این نظر را مطرح كرد كه آیا نمی شود آنقدر همدیگر را جذب كنند تا در نهایت همه به یك نقطه تبدیل شوند و یا  روی یك نقطه متمركز شوند؟ در حالی كه دیگر سرعت اولیه ای هم ندارند چون دیگر انفجاری در كار نیست.

البته نیوتن در سال 1691 نامه ای به "ریچارد بنتلی" یكی از فیلسوفان درجه یك زمان خودش نوشت. نیوتن در این نامه توضیح داد كه متمركز شدن همه ستارگان در یك نقطه به شرط این كه كل ستاره های جهان تعدادی مشخص باشند ممكن است. در صورتی كه اگر فرض كنیم كه تعداد ستاره ها بی نهایت است و به صورت كم و بیش یكنواخت در فضا توزیع شده اند، چنین اتفاقی نمی افتد. چون هیچ نقطه ای در مركز این نقاط نخواهد بود كه همه به سمت آن بروند. همه ستاره ها نسبت به هم ثابتند چون تعدادشان بی نهایت است. در این شرایط اگر یكی دیگری را جذب كند چند تای دیگر هم در اطراف آن هستند كه آن را جذب كنند و در نتیجه با این وضع هیچ كدام نمی توانند حركت كنند و در نهایت به نقطه ای تبدیل شوند. یعنی فضا بی نهایت است و مركز ندارد. اما اگر تعداد اجرام محدود باشد گوشه ای از فضا تبدیل به نقطه ثقل می شود و اگر فضا محدود باشد می شود مركز را پیدا كرد. ولی اگر فضا نامحدود و اجرام هم نامحدود باشند و به طور یكنواخت توزیع شده باشند دیگر نمی توانند نقطه ثقلی داشته باشند.

در حالی كه بر خلاف نظر نیوتن در این زمینه، هم اینك می گویند هر نقطه ای می تواند مركز شود چون این نقطه می تواند حاوی تعداد بسیار زیادی ستاره باشد.بنابراین نقطه ثقل جهان می تواند وجود داشته باشد. در اصل طبق قانون خود نیوتن هر چقدر جرم اضافه شود و این جرم ها به سمت بی نهایت بروند باز هم همه روی نقطه ای مركزی جمع می شوند. به عنوان مثال یك فضای محدود مثلاً فضای صد كیلومتری را درنظر می گیریم. شعاع این فضا به دور نقطه ای مشخص است. در این فضا اجرام به شكل یكنواختی پخش شده اند. حالا این فضا و اجرام را به سمت بی نهایت می بریم. در این شرایط هم نقطه ثقل باز هم همان نقطه ثقلی ست كه اجرام در فضای محدود داشتند. امروزه می دانیم امكان ندارد یك مدل ایستا از جهان در نظر بگیریم و طوری آن را اندازه بگیریم كه نیروی ثقل همیشه جاذب باشد.

تا پیش از قرن بیستم همه این طوری فكر می كردند كه یا جهان از اول وجود داشته و همیشه در یك وضعیت تغییر نیافتنی بوده است و یا در یك زمان مشخص در گذشته ایجاد شده. آن چیزی هم كه در این زمان مشخص ایجاد شده كم و بیش شبیه به همین جهانی ست كه هم اكنون می بینیم.

این طرز فكری بود كه تا قبل از قرن بیستم حاكم بود. این نوع طرز فكر هم به ذات بشر برمی گردد كه دوست دارد فكر كند همه چیز از ازل همین طور بوده و تا ابد هم همین طور خواهد بود. همان طور كه خود انسان هم به دنیا می آید و بعد باید برود.

عده ای براساس تئوری نیوتن در مورد نقطه ثقل جهان فهمیده بودند كه جهان ذاتاً نمی تواند ایستا باشد. ولی همانها هم به این فكر نیفتادند كه انبساط یعنی پخش و گسترده شدن زمین را پیشنهاد دهند. بر عكس سعی كردند این طوری تئوری نیوتن را تغییر دهند و خودشان را توجیه كنند كه در فاصله های زیاد این نیروی جاذبه بین ستارگان تبدیل به نیروی دافعه میان آنها می شود. با این توجیه كاری می كردند كه در محاسباتشان در مورد موقعیت اجرام آسمانی تغییر آنچنانی ایجاد نشود. از طرفی هم می توانستند بگویند كه جهان بی نهایت است و در یك نقطه جمع نمی شود و می تواند به صورت یك وضعیت پایدار و متعادل باقی بماند.

در واقع نظر آنها این بود كه نیروهای جاذبه ای كه بین ستاره های نزدیك ایجاد می شود, از طریق نیروهای دافعه ای كه با ستاره های دوردست اتفاق می افتد با هم خنثی می شوند.

البته همین حرف هم تعادل ناپایداری را معنی می دهد. یعنی اگر ستاره ها در محدوده ای از فضا شروع به نزدیك شدن به یكدیگر كنند و دایم به هم نزدیك تر شوند، عاقبت جرم این نقطه زیاد می شود و دوباره نیروهای جاذبه ای بیشتر از نیروهای دافعه ای می شود. اگر هم نیروهای دافعه ای زیاد شوند آنها پیروز می شوند و ستاره ها دایم از هم دورتر می شوند. در نهایت بر خلاف حرف آنها حتی با توجیه وجود نیروهای جاذبه ای و دافعه ای جهان ثابت نمی ماند.

نقطه ثقل: فرض كنیم یك صفحه 20 سانتی متری داریم. نقطه ثقل این صفحه وسط آن است.  اگر دو گوی با وزن های مختلف از دو طرف آن آویزان كنیم یك طرف به سمت پایین می آید ولی اگر فاصله را به سمت گوی سنگین تر كوتاه تر بگیریم دوباره صفحه متعادل می شود. این نقطه كه صفحه در آن متعادل می شود نقطه ثقل است.

اینشتین

اینشتین این نظر را ارایه داد كه كل جهان زمانی در یك نقطه ریاضیاتی جمع بوده.

هنگامی كه تلسكوپ هابل به فضا رفت, گستره دید بشر افزایش یافت و نظر اینشتین ثابت شد. از طریق اطلاعات این تلسكوپ همه فهمیدند كه جهان دایماً دارد منبسط می شود. جهان حالت بشقاب دارد. شكمش پهن و لبه هایش نازك است. شكم این بشقاب دایماً دارد كوچك تر می شود و به لبه ها و شعاعش اضافه می شود. اگر جهان با این سرعت منبسط می شود، پس زمانی در یك نقطه جمع بوده است.a