گالیله در سال 1642 درگذشت. 24 سال بعد، نیوتن درست زمانی که 24 سال داشت، "قانون گرانش عمومی" را کشف کرد. آنچه را که گالیله احساس کرده بود، نیوتن اثبات کرد. و آن این بود که «همۀ اجسامِ دارای جرم، یکدیگر را جذب می‌‌کنند.» قانون جهانی گرانش، نقطۀ اوج "انقلاب علمی" پس از قرون وسطی بود.

عصر ایران؛ احمد فرتاش - در نوبت پیشین گفتیم در اثر "انقلاب علمی"، که در قرن شانزدهم آغاز شد و در نیمۀ قرن هفدهم به اوج خود رسید، نظام ارسطویی سرنگون شد و اندیشه‌های علمی جدید سر بر آوردند؛ اندیشه‌هایی که در پارادایم نظام ارسطویی، قابل روییدن نبودند.

اما این تحول در علم فیزیک چگونه رقم خورد؟ در فیزیک، صحنۀ تقابل علم جدید با علم ارسطویی، مکانیک سماوی و مکانیک زمینی بود. مکانیک سماوی به حرکات اجرام آسمانی می‌پرداخت و مکانیک زمینی به قوانین حرکت اجسام بر سطح زمین.

از سال 1500 میلادی تا سال 1687، آرای ارسطو یکی پس از دیگری به چالش کشیده شدند و آرای علمی تازه جانشین آن‌ها شدند. اما این آرای جدید، جدا جدا مطرح شده بودند. نیوتن این تکه‌پاره‌ها را در کنار هم نهاد و طرح کامل تحقیقات و تأملات علمی‌اش را با انتشار کتاب "اصول" پیش روی بشریت قرار داد.

کتاب "اصول" نیوتن، در کنار کتاب "منشأ انواع" داروین، مشهورترین کتب علمی دنیا هستند. کتاب "اصول" در واقع جهان‌بینی علمی بشر را تغییر داد.

تحقیق در حرکات اجرام آسمانی، در قرون وسطی و حتی در عصر باستان انجام می‌شد زیرا "زمان" و "تقویم" بر این حرکات مبتنی بودند. همچنین در آن دوران مردم و حتی دانشمندان معتقد بودند زندگی افراد متاثر از مکان اجرام آسمانی است. بنابراین اطلاع از اینکه فلان شیء آسمانی در کجا قرار دارد، مهم قلمداد می‌شد.

فلسفۀ ارسطو به بشر تعلیم داده بود که زمینِ ثابتِ ساکن، مرکز عالم است، گنبدهای شفاف فلکی، زمین را احاطه کرده‌اند و به دورش می‌گردند و ماه و خورشید و سیارات و ستارگان را، که بر آن‌ها جای دارند، به همراه خود می‌برند.

ماه بر درونی‌ترین فلک جای داشت، سپس افلاک سیاره‌ها و خورشید بود، سرانجام فلک هشتم که مثل پشت پردۀ صحنۀ تئاتر، قرارگاه ستارگان ثابت به شمار می‌آمد. فراسوی همۀ این افلاک نیز فلک‌الافلاک یا محرک نخستین بود که گردانندۀ همۀ افلاک بود.

در شرح زندگی تیکو براهه و گالیله، تا حدی توضیح دادیم که نجوم و مکانیک سماوی در دوران انقلاب علمی چه تحولاتی را از سر گذراندند. قبل از تیکو براهه، کپرنیک پایه‌گذار تغییرات اساسی در مکانیک سماوی شده بود. پس از تیکو براهه نیز کپلر و گالیله کار آن دو را پیش بردند و درک انسان از آسمان را دگرگون کردند و نجوم و مکانیک کهن را از اعتبار انداختند.

اما انقلاب علمی در مکانیک زمینی چگونه رقم خورد؟ مطابق تعلیمات ارسطو، جسم در صورتی به حرکت خود ادامه می‌دهد که مدام نیرویی آن را براند. هر چه نیرو بیشتر باشد، جسم سریع‌تر حرکت می‌کند. اگر نیرو قطع شود، جسم هم متوقف می‌شود.

نیوتن این اصل را مطرح کرد که یک جسم وضع حرکت خود را بر امتداد خط مستقیم حفظ می‌کند، مگر آنکه نیرویی خارجی وارد آید و وضع آن را تغییر دهد. ایدۀ ارسطو با مدل اسب و گاری قابل توضیح بود. اگر اسب دست از کشیدن گاری بردارد، گاری از حرکت بازمی‌ایستد.

ممکن است بگوییم اگر مردم دقت می‌کردند، متوجه می‌شدند که نظر ارسطو نادرست است. اما واقعیت این است که در عمل نمی‌توان هیچ جسم متحرکی را مشاهده کرد که هیچ نیرویی بر آن وارد نیاید. مثلا نیروی گرانش همیشه وجود دارد. نیروی اصطکاک هم همیشه وجود دارد ولو اندک.

در این میان، گالیله حالتی را تصور کرد که پیش از آن به ذهن کسی نرسیده بود. او حرکت جسم را در شرایط "دلخواه" تصور کرد. یعنی وقتی که نیرو و اصطکاکی وجود ندارد. اصطکاک حرکت جسم را کند می‌کند و شاید هم آن را متوقف کند. نیرو نیز بسته به اینکه چگونه به جسم وارد شود، می‌تواند موجب توقف جسم متحرک و یا تغییر مسیر آن شود.

گالیله

گالیله آنچه را که در عمل برای جسم متحرک رخ می‌دهد، نتیجۀ انحراف از شرایط "دلخواه" قلمداد کرد. در شرایط "دلخواه"، وقتی جسم به حال خود وانهاده شود، پیوسته به حرکت خود ادامه می‌دهد. جسم تنها در صورتی سرعت یا امتداد (مسیر) حرکت خود را تغییر می‌دهد که نیرویی بر آن وارد آید.

چنین نگرشی، تاثیری عمیق بر افکار جدید مربوط به منظومۀ سیاره‌ای داشت. یعنی سیارات را می‌شد به طور طبیعی در فضایی تصور کرد که در آن اصطکاکی نیست. بنابراین دیگر فرض وجود سازواره‌ای (فلک‌الافلاک) که آن‌ها را براند ضرورت نداشت. در این صورت، سیارات صرفا با تکانه‌شان به پیش می‌رفتند و در فضا حرکت می‌کردند.

گالیله همچنین از خبر اختراع تلسکوپ در هلند مطلع شد. بنابراین خودش تلسکوپی ساخت و به بررسی آسمان پرداخت. یکی از کشف‌های او این بود که سیارۀ مشتری چندین ماه دارد که به دورش می‌گردند.

این کشف ضربه‌ای کاری به تعالیم ارسطویی وارد آورد؛ زیرا در نظام ارسطویی تصور چرخ‌های دیگری در افلاک که قمرهای مشتری را جابجا کنند، بسیار دشوار و پیچیده بود. مشتری و قمرهایش خود الگویی از منظومۀ شمسی در مقیاس کوچک‌تر بودند.

در نتیجۀ کشف گالیله، به تدریج اندیشۀ مبهمی در حال شکل‌گیری بود: جرم آسمانی بزرگ‌‌تر نوعی جاذبه بر جرم کوچک‌تر وارد می‌آورد که سبب می‌شود جرم کوچک‌تر مانند سنگی در قلاب‌سنگ، به دور آن بگردد.

گالیله در سال 1642 درگذشت. 24 سال بعد، درست زمانی که نیوتن 24 سال داشت، یعنی در سال 1666، نیوتن "قانون گرانش عمومی" را کشف کرد. آنچه را که گالیله احساس کرده بود، نیوتن اثبات کرد. اما آن چه بود؟ این بود که «همۀ اجسامِ دارای جرم یکدیگر را جذب می‌‌کنند.» گرانش یعنی این. و چون چنین جذبی بین همۀ اجسام وجود دارد، نیوتن قانون "گرانش عمومی" را کشف کرد.

اما این جذب و انجذابی که بین دو جسم وجود دارد، به این صورت است که جسم بزرگ‌تر، جسم کوچک‌تر را جذب می‌کند. اگر این نیرو از حد خاصی بیشتر شود، جسم کوچک‌تر با جسم بزرگ‌تر برخورد می‌کند. و در فضا، باید گفت که جسم کوچک‌تر سقوط می‌کند به سمت جسم بزرگ‌تر و نهایتا با آن برخورد می‌کند.

اما اگر این نیرو از حد خاصی کمتر شود، جسم کوچک‌تر از جسم بزرگ‌تر دور می‌شود. دور و دورتر. مادامی که تعادلی بین نیروی گرانش و شتاب جسم کوچک‌تر در فضا وجود دارد، جسم کوچک‌تر در مدار جسم بزرگ‌تر باقی می‌ماند.

گالیله متوجه این نکته شده بود که قمرهای مشتری به علت نوعی جاذبه در مدار این سیارۀ بزرگ قرار دارند. اما اینکه پدیده‌ای به نام گرانش وجود دارد و این پدیده قانون‌مند است، کشف مهم نیوتن بود.

قانون جهانی گرانش نیوتن چنین حکم می‌کند: میان هر دو قطعۀ ماده، نیرویی وجود دارد متناسب با حاصل ضرب جرم‌های آن دو تقسیم بر مجذور فاصلۀ بین آن‌ها.

این قانون را می‌توان به این صورت نیز تقریر کرد: اجسام در این هستی، همواره نیرویی به نام گرانش بر یکدیگر وارد می‌کنند که با حاصل ضرب جرم دو جسم نسبت مستقیم و با مجذور فاصله آن‌ها، نسبت وارون دارد.

فرمول این قانون چنین است: $F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}$

در این معادله G ثابت جهانی گرانش است. F نیروی گرانش بین دو جسم، m_۱ و m_۲ جرم دو جسم و r فاصلۀ دو جسم است. به دلیل مقدار بسیار کوچک G، نیروی گرانشی میان اجسام با جرم‌های کم قابل چشم‌پوشی است.

چون گرانش همیشه رباینده است و بر هر چیز جرم‌دار اثر می‌کند، می‌توان آن‌ را در گسترۀ جهان به کار برد؛ به غیر از زمینه‌هایی که باید از نسبیت عام یا مکانیک کوانتومی استفاده کرد. مطابق این قانون، اگر در سطح سیاره‌ای، پرتابه‌ای با سرعت زیاد از بالا به صورت افقی پرتاب شود، بر اثر گرانش، مسیری منحنی را خواهد پیمود. اگر سرعت این پرتابه به‌ اندازۀ کافی باشد، می‌تواند مسیری دایره‌مانند را بپیماید و در مدار آن سیاره قرار گیرد. این قانون، مدار زمین، ماه و سیارات را با دقت زیادی توصیف می‌کند.

نیوتن با این قانون ثابت کرد که جاذبۀ زمین، که سقوط سیب را سبب می‌شود، حرکت ماه را نیز به دور زمین، با در نظر گرفتن فاصلۀ بسیار زیادتر آن، توضیح می‌دهد.

این‌ها یافته‌های نیوتن در سن 24 سالگی بود. ولی او کتاب "اصول" (با نام کامل "اصول ریاضی فلسفۀ طبیعی") را 21 سال بعد منتشر کرد. دلیل این تاخیر چه بود؟

یکی اینکه او فرض کرده بود جرم زمین در مرکز آن متمرکز است، اما درستی این فرض را از نظر ریاضی، مدت‌ها بعد توانست ثابت کند.

دوم اینکه، وقتی که او قانون گرانش را کشف کرد، اندازه‌گیری‌های مربوط به فواصل خورشید و ماه بسیار تقریبی بود و با محاسبات وی کاملا جور درنمی‌آمد. این اندازه‌گیری‌ها بعدا اصلاح شد و اختلاف از میان رفت.

در واقع، چنانکه مورخان علم توضیح داده‌اند، نیوتن ناچار شد برای پیشرفت ریاضیات صبر کند. با پیشرفت ریاضیات طی دو دهۀ بعدی، او توانست قانون جهانی گرانش را در کتاب "اصول" منتشر کند و آن را برای بشریت به یادگار بگذارد. البته کشف عظیم نیوتن، با اینکه طی آن بیست سال به چاپ نرسیده بود، در محافل علمی شناخته شده بود.

نیوتن را بسیاری بزرگ‌ترین دانشمند همۀ اعصار می‌دانند. کار علمی او نقطۀ اوج "انقلاب علمی" بود. عظمت او به حدی بود که در بخش اعظم قرن بعدی، یعنی قرن هجدهم، به دشواری می‌توان دستاورد علمی بزرگی را پیدا کرد.

ایزاک نیوتن

او به درختی عظیم می‌مانست که در سایۀ خود مانع رشد گیاهان دیگر شده بود. کسی جرات نداشت در منزلت او تردید کند؛ در نتیجه قدرت ابتکار از دیگران سلب شد.

اما نکتۀ عجیب این است که نیوتن ظاهرا ارج زیادی به پژوهش علمی نمی‌نهاد و آن را نوعی تمرین فکری، نظیر حل جدول کلمات متقاطع می‌شمرد که در آن نباید زیاده‌روی کرد.

نیوتن در 1679، یعنی در 35 سالگی، در نامه‌ای به رابرت هوک، فیزیکدان و زیست‌شناس انگلیسی، نوشت:

«در چند سال گذشته سعی کرده‌ام از فلسفه دست کشیده، به مطالعات دیگر بپردازم. چندان که با اکراه در آن وقت صرف کرده‌ام. مگر در ساعات فراغت و یا به خاطر تغییر ذائقه.»

البته منظور او از فلسفه، پژوهش علمی بود. در آن زمان هنوز علم و فلسفه کاملا و به شکل امروزی از یکدیگر جدا نشده بودند. عدم تفکیک آن‌ها در واقع میراثی ارسطویی بود. ما امروز ارسطو را فیلسوف می‌دانیم ولی ارسطو فیلسوفی بود که بخش زیادی از فعالیتش، فعالیت علمی بود.

در هم تنیدگی علم و فلسفه، به عنوان دو نمود تفکر، در نام کتاب نیوتن هم پیداست: اصول ریاضی فلسفۀ طبیعی. در واقع نیوتن مطالعۀ طبیعت، مشخصا فیزیک و نجوم را مصداق تعمق در فلسفۀ طبیعت می‌دانست و معتقد بود فلسفۀ طبیعی، اصولی ریاضی دارد و کتابش را نوشت تا این اصول را به بشریت بیاموزد.

نیوتن از آن رو بزرگ بود که راه تازه‌ای را در تفکر تعلیم داد. پیش از او نیز حقایق آماده بودند تا به کار گرفته شوند. نیوتن آن‌ها را به نظمی تازه درآورد و به آن‌ها معنا بخشید.

نیوتن همچنین مصداق "تفکر علمی" بود. برخی از مخالفان علم می‌کوشند علم را به "پژوهش" تقلیل دهند. اما پوپر علم را بالاترین مظهر "تفکر" می‌دانست. علم صرفا پژوهش نیست بلکه فراتر از پژوهش است. نیوتن با تفکرش به حقایقی که دیگران کشف کرده بودند، نظم و معنا بخشید. اینشتین نیز با تفکر و تامل به بسیاری از مهم‌ترین یافته‌هایش رسید.

انقلاب علمی صرفا مبتنی بر "آزمایش" و "پژوهش" نبود بلکه به پیدایش چیزی منتهی شد که "تفکر علمی" نام گرفت؛ تفکری که رقیبان گوناگونی را از میدان به در کرد یا در حاشیۀ "دنیای تفکر" قرار داد.

ویلیام وُردزوُرث، شاعر بزرگ انگلیسی، دربارۀ پیکره‌ای از نیوتن که در نمازخانۀ کالج ترینیتی جای دارد، چنین سرود:

«نشانۀ مرمرین مغزی که تا ابد

دریاهای شگفت‌انگیز اندیشه را به تنهایی درمی‌نوردد.»

باری، ایزاک نیوتن یکی از مظاهر اصلی "اندیشۀ علمی" بود و با نبوغش "انقلاب علمی" را به چنان اوجی رساند که اوج‌گیری مجددش بیش از یک‌ونیم قرن، یعنی تا زمان ظهور داروین در میانۀ قرن نوزدهم، طول کشید. ایزاک نیوتن به راستی یک انقلابی بود!

بیشتر بخوانید:

آبراهام لینکلن؛ دولتمردی که با نقض اخلاق، برده‌داری را لغو کرد

آموزش فلسفه در کودکی و نوجوانی، آری یا نه؟

فسیل‌‌ها چگونه علم را پیش بردند؟

اتمیست‌ها، راسکولنیکف و حقیقت

تماشاخانه