مفاهیم مکانیک نیوتنی

[O M I D]

نوشته شده توسط akairan

مفاهیم مکانیک نیوتنی
آخرین فردی كه اندیشه هایش بر نیوتن و فرمول بندی مكانیك كلاسیك تاثیر عمیق داشت، دكارت بود. با این وجود نظرات تمام كارهای دكارت در زمینه فیزیك حالت توصیفی داشت. اما همین مسائل توصیفی نیز به شدت با فیزیك ارسطویی در تضاد بود. به همین دلیل نخست مكانیك گالیله ای بیان كرده و آنگاه فیزیك دكارتی آورده شده است تا با مقایسه ی آنها با كارهای نیوتن، ارزش و اهمیت كار نیوتن بهتر مشخص شود.
1-5 مكانیك گالیله ای
پس از كپرنیك و كپلر كه در نجوم تحولات را آغاز كردند، گالیله مسئولیت انتقال تاریخی از نجوم به فیزیك را به عهده گرفت. گالیله از جاذبه مطرح شده در قانون سوم كپلر جاذبه و شتاب را استنتاج كرد كه از یك سو به حركت غیر دایروی و سرعت نایكنواخت اجرام سماوی باز می گشت و از سوی دیگر به چند و چون سقوط اجسام در زمین ارتباط داشت. یك طرف نجوم و طرف دیگر قوانین فیزیك. تعریف " شتاب یعنی تغییر سرعت در مقدار و یا جهت " شیرازه نظریه گالیله بود كه به نظر متاخرین در این باب متفاوت بود. نظریه قدما می گفت كه حركت طبیعی اجسام سماوی دایره است و حركت اجسام زمینی خط مستقیم و اگر جسم زمینی را به حال خود بگذاریم كم كم خواهد ایستاد. گالیله اما می گفت كه هر جسمی فارغ از سماوی یا زمینی اگر نیروی خارجی بر آن اعمال نشود در حركت مستقیم خود با سرعت ثابت ادامه خواهد داد و نیروی اعمالی می تواند در راستا و یا در سرعت آن جسم تغییر حاصل كند كه در هر دو صورت شتاب نامیده می شود. همچنین او قانون شتاب را كشف كرد و آن مثال معروف سقوط پر و گلوله در خلاء در اثبات همین موضوع است. او در این مورد دست به یك تصور علمی زد و فرض كرد كه اگر بتوان ستونی بدون هوا ایجاد كرد این دو جسم در یك زمان و با یك سرعت به زمین خواهند رسید. این امر محقق نشد مگر زمانی كه در تاریخ 1654 ماشین تخلیه هوا اختراع شد و صحت نظر گالیله تائید شد. در همان زمان این امكان نیز به وجود آمد تا شتاب جاذبه زمین اندازه گیری شود. او قوانین حركت پرتابی را كه اكنون به عنوان یك مسئله كلاسیك در دبیرستان ها تدریس می شود را نیز كشف كرد .
2-5 دكارت و مفهوم حركت
در باب فیزك دكارت و مفهوم حركت از دیدگاه او كمتر سخن گفته اند . گویی فیزیك دكارت با آنهمه اهمیت و تاثیرش بر آراء اندیشمندان بزرگی , همچون ایزاك نیوتن , در مقابل دیگر افكار او همچون تصورات فطری و دوگانه انگاری ذهن - كمتر مورد توجه بوده است .
فیزیك و شالوده های آن نزد دكارت نقشی محوری داشتند . هر چند امروزه احتمالاً او را بیشتر با مابعدالطبیعه ذهن و بدن یا برنامه و روش معرفت شناسی اش میشناسند. در قرن هفدهم میلادی لااقل به یك اندازه , فیزیك مكانیكی و مكانیك جهان هندسی در حركت كه نقش بسیاری در مقبولیت او نزد اندیشمندان معاصرش داشت , شاخته شده بود.
پیش زمینه های تاریخی
دكارت در جریان مخالفت با فلسفه مدرسی به هیچ وجه تنها نبود . آنزمان كه دكارت در مدرسه فیزیك می آموخت حملات متعددی اندیشه های مختلف فلسفه طبیعی ارسطو را هدف قرار می داد . اما مهمترین امر در فهم فیزیك دكارت مسئله احیاء اتمیسم سنتی بود . در برابر دیدگاه ارسطویی، اتمیستهای سنتی از جمله , دموكریتوس , اپیكور , لوكرسیوس سعی می كردند تا رفتار ویژه اجسام را نه بر حسب صورتهای جوهری , بلكه بر حسب اندازه , شكل و حركت اجسام كوچكتری بنام اتم تبیین نمایند. اتمهایی كه در فضای خالی به حركت واداشته شده اند . در قرن شانزدهم در باب اندیشه اتمیستی به طور گسترده ای بحث میشد. بطوریكه در اوایل قرن هفدهم می توان تعداد قابل توجهی از طرفداران آن از جمله نیكولاس هیل , سباستین باسو , فرانسیس بیكن , و گالیلو گالیله را نام برد . پس از تمام اینها , فیزیك دكارت نقطه پایانی بر این مباحث گذاشت كه كاملا با جهان اتمیستها بیگانه بود . دكارت اعتقاد به وجود اتمهای جدا از هم و فضاهای خالی را كه مشخصه فیزیك اتمیستی بود كنار گذاشت .
جسم و امتداد
فلسفه طبیعی دكارت با مفهوم جسم آغاز می شود . البته امتداد , ذاتی جسم یا جوهر جسمانی است . یا آنگونه كه در " اصول " اصطلاح فنی آنرا بكار میگیرد , امتداد صفت اصلی جوهر جسمانی است . از نگاه دكارت , همچون دیگر بزرگان , علم ما به جواهر نه بصورت مستقیم بلكه از طریق عوارض , صفات و كیفیات , و . . . آنها ست . به همین دلیل در " اصول " مینویسد : " گرچه هر صفتی برای اینكه شناختی از جوهر به ما بدهد به تنهایی كافی است , اما همین یك صفت در جوهر هست كه طبیعت و ذات جوهر را تشكیل میدهد و همه صفات دیگر تابع آن است . مقصود من امتداد در طول و عرض و عمق است كه تشكیل دهنده طبیعت جوهر جسمانی است یا اندیشه كه تشكیل دهنده طبیعت جوهر اندیشنده است . زیرا همه صفات دیگری كه به جسم نسبت دارد منوط به امتداد و تابعی از آن است . و نیز . . . " این ویژگی خاص , امتداد برای جسم و اندیشه برای نفس است . همه دیگر تصورات و مفاهیم به این صفت خاص باز میگردند .تا آنجا كه بواسطه صور امتداد است كه ما اندازه , شكل و حركت و دیگر صفات جسم را درك میكنیم . و همینطور به واسطه مفهوم اندیشه یا فكر است كه قادر به درك اندیشه های خاص خود هستیم . تصور امتداد بسیار نزدیك به تصور جوهر جسمانی است , بطوریكه دكارت اذعان میدارد كه ما قادر به درك مفهوم این جوهر فارغ از صفت اصلی آن نیستیم . دكارت در" اصول " اینگونه مینویسد : " تصور جوهر جسمانی بصورتی متمایز از كمیت خویش , تصوری مبهم از یك چیز غیر جسمانی است . گرچه بعضی این موضوع را به نحو دیگری بیان میكنند , اما من در هر حال فكر می كنم كه نحوه تلقی آنها غیر از آن چیزی باشد كه هم اكنون گفتم . زیرا وقتی جوهر را از امتداد و كمیت انتزاع میكنند , یا مقصودشان از جوهر لفظی است كه دلالت بر چیزی ندارد یا تقریباً تصور مبهمی از جوهری غیرجسمانی در ذهن خود دارند كه آن را بغلط به جسم نسبت می دهند و تصور حقیقی خود را از آن جوهر جسمانی به امتداد معطوف می كنند كه در عین حال از نظر آنان عرض نامیده میشود . بنابراین می توان بسهولت دریافت كه الفاظ آنها با افكارشان مطابقت ندارد . "
دكارت به حركات , حالات و اشكال كه اجسام می توانند دارای آنها باشند , قائل میگردد . بدین ترتیب , رنگها , مزه ها , گرما و سرما در واقع در اجسام وجود ندارند بلكه آنها تنها در ذهنی كه آنها را ادراك میكند موجود اند . البته مهم است كه بدانیم آن هنگام كه دكارت ذات یا جوهر جسم را امتداد انگاشت , قائل به جوهر به آن دقتی كه مدرسیان معاصرش قائل بودند , نبود .
خلاصه اینكه تمایز میان یك جوهر و عوارض آن در مابعدالطبیعه مدرسی یك اصل است . ( مثلاً , انسان ذاتاً یك حیوان ناطق است كه با از دست دادن هركدام از صفات حیوان یا ناطق دیگر انسان نیست ) ؛ اما عوارض غیر ذاتی - نسبت كاملاً متفاوتی با جوهر دارند , بطوریكه با از بین رفتن آنها تغییری در طبیعت جوهر رخ نمیدهد . حال , بعضی از آن عوارض مجموعه ای از آن چیزهایی هستند كه تنها در انسان یافت میشود .
نزد دكارت تمام عوارض یك جوهر جسمانی باید بوسیله ذاتشان كه همان امتداد است فهمیده شوند . هیچ چیز در جسم وجود ندارد كه توسط ویژگی ذاتی امتداد قابل درك نباشد . بدین ترتیب اجسام دكارتی , اجسامی هندسی هستند كه در خارج از ذهنی كه آنها را ادراك می كند وجود دارند .
حركت
حركت در فیزیك دكارت امری كاملاً تعیین كننده است . همه آنچه درجسم وجود دارد امتداد است , و تنها طریق برای اینكه جسمی از جسم دگر قابل تفكیك جلوه كند , حركت است . بدین ترتیب , آنچه باعث تعيّن اندازه و شكل اجسام منفرد می گردد حركت است و بدینسان حركت , محوری ترین اصل تبیینی در فیزیك دكارت است .
باید توجه داشت كه نظریه هندسی جسم به عنوان امتداد , ذاتاً جهانی ایستا را بر ما عرضه می دارد . اما واضح است كه حركت یك واقعیت است , و ماهیت آن را باید بررسی كرد . با این همه , ما باید فقط حركت مكانی را بررسی كنیم . زیرا دكارت تصریح می كند كه هیچ نوع دیگری از حركت برای او قابل تصور نیست.
در عرف عام , حركت " عملی است كه با آن جسمی ازمكانی به مكانی دیگر عبور میكند " و در مورد یك جسم مفروض می توانیم بگوییم كه این جسم , بر حسب نقاط مرجعی كه اختیار میكنیم , در عین حال هم متحرك است و هم غیر متحرك . كسی كه كشتی متحركی سوار است نسبت به ساحلی كه آن را ترك گفته است متحرك است , ولی در عین حال نسبت به اجزاء كشتی در حالت سكون است ."
حركت به معنای اخص عبارت است از " انتقال یك جزء ماده یا یك جسم از مجاورت اجسامی كه در تماس مستقیم با آن اند . و ما آنها را در حال سكون تلقی میكنیم , به مجاورت اجسام دیگر " . در این تعریف تعبیرات " جزء ماده " و " جسم " را باید به معنای چیزی گرفت كه در معرض حركت انتقالی واقع می شود , ولو اینكه مركب از اجزاء كثیری باشد كه دارای حركات خاص خویش اند و كلمه " حركت انتقالی " را باید مبین این معنی دانست كه حركت در جسم مادی است و نه در فاعلی كه آن را حركت می دهد . حركت و سكون صرفاً حالات مختلف یك جسم اند . به علاوه تعریف حركت به عنوان حركت انتقالی جسمی از مجاورت اجسام دیگر متضمن این معنی است كه شیء متحرك فقط یك حركت می تواند داشته باشد ؛ در حالی كه اگر از كلمه " مكان " استفاده می شد , می توانستیم به یك جسم واحد حركات متعددی نسبت دهیم , زیرا مكان را میتوان نسبت به نقاط مرجع متفاوتی لحاظ كرد . بالاخره در تعریف , كلمات " و ما آنها را در حالت سكون تلقی میكنیم " معنای كلمات " اجسامی كه در تماس مستقیم با آن اند " را محدود میكند.
دكارت جهت زدودن ابهام از چهره حركت مدرسی دست به تعریف دقیق خود از حركت میزند . او با توجه به وضوح مفهوم عرفی حركت , آنرا هندسی لحاظ میكند تا از گرفتار شدن در كلاف تعاریف گمراه كننده مدرسی بپرهیزد . بعدها دكارت در " اصول " با كوشش در نظام مند نمودن اندیشه اش سعی میكند به مفهوم حركت , با توجه به تعریفی كه نزد عوام بكار میرود روشنی ببخشد : " اما حركت ( یعنی حركت مكانی , زیرا من حركت دیگری نمی توانم تصور كنم و گمان نمی كنم بتوان حركت دیگری در طبیعت تصور كرد ) به معنی معمولی كلمه چیزی نیست جز عملی كه جسم با آن از مكان به مكان دیگر میرود . " دكارت تعریف دیگری از حركت را جهت روشنایی بخشیدن به مفهوم مكان پیشنهاد میكند . در " اصول " اصل 25 مینویسد : " اما اگر عادت عمومی را رها كنیم و به حقیقت ماده توجه كنیم اجازه دهید ببینیم بر اساس حقیقت شیء از حركت چه میتوان فهمید . برای اینكه طبیعت مشخص حركت را تعیین كنیم , میتوان گفت حركت عبارت است از : انتقال جزئی از ماده یا از یك جسم از كنار اجسامی كه بدون فاصله با آن اتصال دارند و ما آنها را در سكون تلقی می كنیم به كنار اجسام دیگر . مقصود من از " یك جسم " یا " جزئی از ماده " تمام آن چیزی است كه یكجا و بر روی هم تغییر مكان میدهد ؛ گر چه ممكن است این جسم خود مركب از اجزاء بسیاری باشد كه فی نفسه حركات دیگری داشته باشند . من این عمل را انتقال مینامم نه نیرو یا فعلی كه انتقال می دهد , تا نشان دهم كه حركت همیشه در شیء متحرك است نه در محرك . زیرا به نظر من این دو دقیقاً از هم تفكیك نشده اند . علاوه بر این , من چنین درك می كنم كه حركت حالتی از شیء متحرك است و نه یك جوهر ؛ درست همانطور كه شكل حالتی از شیء متشكل و از اصل سكون حالتی از شیء ساكن است . "