بر اساس برداشتی از ترجمه فرانسه کتاب "تاریخچه کوتاهی از زمان" از استیون هاوکینگ
ارسطو
340 سال پيش از ميلاد مسيح ارسطو فيلسوف يوناني در كتابش به نام "از آسمان" دو دليل خيلي محكم در خصوص اين كه چرا زمین كروي ست ارايه داد. اول اين كه از روي خسوف هاي ماه فهميده بود كه در اصل خسوف سايه زمين روي ماه است و هنگامي كه زمين بين ماه و خورشيد قرار مي گيرد خسوف به وجود مي آيد. ارسطو نتيجه گرفت كه از آنجايي كه اين سايه كه سايه زمين روي ماه است، هميشه گرد است، زمين نمي تواند صاف باشد (چون در آن زمان همه فكر مي كردند زمين مثل قرص يا ديسك صاف ولي گرد است). در حالي كه اگر زمين صاف بود سايه زمين بر روي ماه هميشه بيضي شكل مي شد.
دليل دومي كه ارسطو پيدا كرده بود به دريانوردي يونانيان برمي گشت. يونانيان فهميده بودند كه ستاره قطبي در مناطق جنوبي هميشه نسبت به خط افق پايين تر از مناطق شمالي تر است و اگر از خط استوا به ستاره قطبي نگاه كنيد مي بينيد كه چسبيده به خط افق است. درمناطق شمالي ستاره قطبي درست بالاي قطب شمال است و اگر كسي آن را نشان كند و به آن جهت برود راهش را گم نمي كند. در حالي كه اگر زمين صاف بود بايد همه آن را يك شكل مي ديدند.
وي به همين شيوه شعاع زمين را محاسبه كرد و بر اساس موقعيت هاي ظاهري ستاره قطبي در مصر و يونان توانست به طور تقريبي محيط زمين را محاسبه كند. وي ممكن است در محاسباتش با ضريب دو اشتباه كرده باشد. واحدي كه او با آن محاسباتش را انجام داده "استاد" stad است كه كسي دقيقاً نمي داند چقدر است. بر اساس نوشته هاي قديمي هر استاد 200 متر است. بر اساس محاسبات وي محيط زمين 400 هزار استاد است. اگر اين محاسبه درست باشد با عددي با ضريب دو اشتباه كرده.
البته يونانيان روش ديگري هم براي اثبات كروي بودن زمين داشتند و آن اين بود كه از خود مي پرسيدند چطور مي شود اين را توجيه كرد كه وقتي كشتي ها از ساحل دور مي شوند اول قسمت پايين شان ناپديد مي شود و بعد بادبانشان و وقتي پديدار مي شوند اول بادبانشان پيدا مي شود و بعد قسمت پايين شان آنها نتيجه مي گيرند كه اگر زمين صاف بود كشتي وقتي دور مي شد كوچك و كوچك تر مي شد. در حالي كه كشتي رو به پايين مي رود.
ولي از طرف ديگر ارسطو به غلط فكر مي كرد زمين ثابت است و ماه و خورشيد و بقيه ستارگان دورش مي گردند و مسير حركت چرخشي آنها به دور زمين هم دايره اي شكل است. البته اين به اعتقادات قديمي برمي گشت كه براساس آن زمين بايد ثابت باشد و حركت به دور آن هم بايد به شكل بي نقص يعني دايره اي انجام شود.
بطلميوس
در قرن دوم قبل از ميلاد بطلميوس بر اساس اين ايده كه زمين كروي و ثابت است و ماه و خورشيد و بقيه ستارگان دور آن مي گردند، سيستم نجومي كاملي را تدوين كرد. طبق اين سيستم زمين ثابت است و در مركز قرار دارد و ماه و خورشيد و ستارگان و پنج سياره معروف آن زمان يعني مشتری، ناهید، مریخ، عطارد و زحل دور آن مي گردند. به عبارتي بر اساس نظر بطلميوس جهان كروي ست و زمين مركز آن است.
از آنجايي كه آنچه بطلميوس در آسمان مي ديد مدارهايی پيچيده تر از دايره بودند، او فكر مي كرد كه پيچيدگي مدارها به خاطر اين است كه اين سیارات خودشان هم با حركت هاي دايره اي دور همديگر مي گردند. از نظر وی يك كره بزرگ هم همه اين كره هاي كوچك تر را در برمي گرفت. به عبارتي يك كره بيروني تر همه اين كرات را در بر مي گرفت. به نظر بطلميوس اين كره بزرگ هم يك سطح بسته نبود.
او عقیده داشت که به پوسته داخلي اين كره ستارگان چسبيده اند و ماه و خورشيد وسط تر هستند. كل اين ستاره ها به دور زمين مي گردند. در حالي كه حالا می دانیم که حركت زمين باعث شده اين طور به نظر برسد كه ستارگان در حال چرخشند. ستاره قطبي هم كه به نظر همه ثابت مي رسد، در واقع ستاره اي ست كه مدار كوچكي دارد و حركت زمين باعث شده كه به نظر برسد ستاره قطبي ثابت است.
به اين ترتيب وقتي با دوربين به ستاره ها نگاه كنيد فكر مي كنيد كه آسمان پر از دايره است.
مدل پيش بيني بطلميوس سيستم نسبتاً مطمئني براي پيش بيني موقعيت اجرام آسماني به دست داده بود. البته براي اين كه اين پيش بيني ها درست از آب درآيد، بطلميوس مجبور شده بود فرضي در خصوص ماه ارايه دهد. بر اساس این فرض, ماه مداري را طي مي كرد كه در بعضي از مواقع فاصله اش نسبت به زمين در مقایسه با بعضي از مواقع ديگر نصف مي شود. البته نتیجه این فرض این بود که بايد در آن موقع اندازه اش نسبت به زمين دو برابر بزرگ تر مي شد! چون فاصله اش نزديك تر مي شد. در حالي كه مي دانيم چنين اتفاقي نمي افتد و اندازه ماه ثابت است. بنابراين اين فرضيه به خاطر ماه دچار ايراد مي شد. ولي به هر حال منجمان اين سيستم را به عنوان سيستم پايه قبول كرده بودند. ضمن اين كه اين سيستم به مذاق كليسا هم خوش مي آمد.
الان هم براي اين كه كار راحت تر شود از همان كره بطلميوس استفاده مي شود. يعني فرض مي كنيم جهان كروي ست و زمين در مركز آن قرار دارد. به اين ترتيب كار محاسبات از مبدأ زمين آسان تر مي شود. البته الآن مي دانيم كه همه چيز روي يك كره نيست.
كپرنيك
در سال 1514 سيستم ساده تري نسبت به سيستم نجومي بطلميوس تدوين شد. اين كار توسط كشيشي به نام نيكلا كپرنيك انجام شد. وي براي اين كه مرتد شناخته نشود و كليسا اورا نسوزاند نوشته هايش را با نامي ناشناس منتشر مي كرد. طبق نظر كپرنيك به جاي زمين، خورشيد ثابت است و در مركز جهان قرار دارد و بقيه سيارات با مدارهاي دايره اي دور آن مي گردند. تا آن موقع همه عقيده داشتند كه زمين ثابت است و در مركز جهان قرار دارد و بقيه ستاره ها و سيارات دور زمين مي گردند. به اين ترتيب كپرنيك مدل بطلميوس و هر ايده اي كه بگويد جهان وجود داراي مرز است را دور انداخت.
در اصل چون زمين مي چرخد ما فكر مي كنيم كه ستاره ها در حال حركتند و به خاطر همين هم مي توان نتيجه گرفت كه زمين ثابت است و ستاره ها دور آن مي گردند. در حالي كه اين نظر اشتباه است.
تقريباً يك قرن طول كشيد تا فرضيه كپرنيك جدي گرفته شد. با وجود اين كه در اين سيستم خيلي از مدارها با مشاهدات جور در نمي آمدند، بااين حال يوهان كپلر آلماني و گاليله ايتاليايي آشكارا ازكليت تئوري كپرنيك دفاع كردند.
كپلر
يوهان كپلر ستاره شناس آلماني از تئوري كپرنيك درباره اين كه زمين در مركز عالم نيست و سيارات از جمله زمين دور خورشيد مي گردند، دفاع كرد. اما تئوري كپرنيك را به اين شكل تغيير داد كه در اصل سيارات به شكل دايره اي نمي چرخند بلكه مدار آنها بيضي ست. وي به اين وسيله توانست اختلاف بين نظر كپرنيك و آنچه در واقع مشاهده مي شد را از بين ببرد. چون در صورتي كه طبق نظر كپرنيك مدارها دايره اي فرض مي شدند، خيلي از مدارهاي سيارات با آنچه واقعاً مشاهده مي شد جور در نمي آمد.
البته اين نظر كپلر فاصله تئوري و واقعيت را كم مي كرد, ولي چون بيضي بودن مدارها فقط در حد فرضيه بود پشتوانه اي نداشت. كپلر خودش هم نمي توانست توضيح بدهد چرا مدارها دايره اي نيستند و اين موضوع ناراحتش مي كرد. در اصل او تحت تأثير اعتقادات زمان خودش تصور مي كرد كه سيارات به خاطر يك نيروي مغناطيسي دور خورشيد مي چرخند و نمي توانست اين موضوع را به بيضي شكل بودن مدارها وصل كند.
گاليله
ضربه نهايي و مرگبار به نظريه ثابت بودن زمين و اين كه همه ستارگان و سيارات به دور زمين مي چرخند (ارسطو و بطلميوس مدافعان اين نظريه بودند) را گاليله وارد كرد. گاليله از نظريه كپرنيك مبني بر اين كه خورشيد مركز جهان است حمايت كرد.
گاليله در سال 1609 آسمان را با چيزي شبيه به تلسكوپ مشاهده كرد. در آن سال گاليله ديد كه دور مشتري تعداد زيادي ماه های كوچك تر از مشتري هستند كه دورش مي گردند (چهار ماهي كه گاليله مشاهده كرد و بزرگ ترين قمرهاي مشتري هستند به نام ماه های گاليله نامگذاري شده اند). گاليله با ديدن قمرهاي مشتري به اين ايده رسيد كه همه چيز الزاماً به دور زمين نمي گردد.
اين چيزي كه گاليله بيان كرد خلاف نظر ارسطو و بطلميوس بود. ولي باز هم براساس نظرات آنها مي شد تصور كرد كه زمين ثابت است و در مركز جهان قرار دارد. ولي قمرهاي مشتري در مدارهاي پيچيده اي دور زمين مي چرخند. مثلاً به طور حتم مدار آنها دايره اي نيست و به شكلي مي چرخند كه اين تصور را به ما مي دهند كه دارند دور مشتري مي گردند.
نيوتن
كپلر عقيده داشت كه شكل مدار سيارات به دور خورشيد بيضي ست. ولي نمي توانست نظرش را ثابت كند. نيوتن اين مسئله را در يكي از نوشته هايش به نام "اصول رياضي فلسفه طبيعت" توضيح داد. كاري كه نيوتن انجام داد شايد مهم ترين و حجيم ترين كاري باشد كه يك نفر به تنهايي در حوزه فيزيك انجام داده است. چون وي نه تنها توضيح مي داد كه چرا يك اتفاق رخ داده بلكه ملزومات و ابزارهاي رياضياتي مربوط به آن را نيز تشريح مي كرد و اين حركات پيچيده را توضيح مي داد.
اين دانشمند انگليسي قانون جاذبه جهاني را شرح داد. براساس اين قانون بر هر جرمي در جهان توسط اجرام ديگر نيرويي وارد مي آيد. اندازه اين نيرو به اندازه جرم هركدام از اجرام است. يعني هر چه جرمي سنگين تر باشد اين نيرو بيشتر مي شود و هرچه فاصله اين دو جرم به هم نزديك تر باشد اين نيرو باز هم بيشتر مي شود.
وي توضيح داد كه چگونه اجسام مي افتند. داستاني كه براساس آن نيوتن زير درخت سيب نشسته بود و ديد كه سيبي افتاد و اين طوري جاذبه زمين را كشف كرد به جوك شبيه است. تنها حرف خود نيوتن اين بوده كه در وضعيت حيرت در طبيعت بوده كه مي بيند سيبي مي افتد.
نيوتن مي گويد كه در زمان هاي دور قطعه اي به نام زمين به وجود آمده. اين جرم كوچك كه زمين نام دارد در فضا با فاصله اي از خورشيد در حال حركت بوده كه توسط جرم بزرگي كه خورشيد نام دارد جذب مي شود و به اين ترتيب در مدار خورشيد قرار مي گيرد.
طبق همين نظرات نيوتن توانست ثابت كند كه چرا مدار زمين يا مدارهاي ديگر بيضي شكل هستند.
نيوتن همچنين طبق نظريه جاذبه متوجه شد كه ستارگان نيز بايد همديگر را جذب كنند و بنابراين به طور كلي هيچ وقت نمي توانند ثابت بمانند. در نتيجه وي اين نظر را مطرح كرد كه آيا نمي شود آنقدر همديگر را جذب كنند تا در نهايت همه به يك نقطه تبديل شوند و يا روي يك نقطه متمركز شوند؟ در حالي كه ديگر سرعت اوليه اي هم ندارند چون ديگر انفجاري در كار نیست.
البته نيوتن در سال 1691 نامه اي به "ريچارد بنتلي" يكي از فيلسوفان درجه يك زمان خودش نوشت. نيوتن در اين نامه توضيح داد كه متمركز شدن همه ستارگان در يك نقطه به شرط اين كه كل ستاره هاي جهان تعدادي مشخص باشند ممكن است. در صورتي كه اگر فرض كنيم كه تعداد ستاره ها بي نهايت است و به صورت كم و بيش يكنواخت در فضا توزيع شده اند، چنين اتفاقي نمي افتد. چون هيچ نقطه اي در مركز اين نقاط نخواهد بود كه همه به سمت آن بروند. همه ستاره ها نسبت به هم ثابتند چون تعدادشان بي نهايت است. در اين شرايط اگر يكي ديگري را جذب كند چند تاي ديگر هم در اطراف آن هستند كه آن را جذب كنند و در نتيجه با اين وضع هيچ كدام نمي توانند حركت كنند و در نهايت به نقطه اي تبديل شوند. يعني فضا بي نهايت است و مركز ندارد. اما اگر تعداد اجرام محدود باشد گوشه اي از فضا تبديل به نقطه ثقل مي شود و اگر فضا محدود باشد مي شود مركز را پيدا كرد. ولي اگر فضا نامحدود و اجرام هم نامحدود باشند و به طور يكنواخت توزيع شده باشند ديگر نمي توانند نقطه ثقلي داشته باشند.
در حالي كه بر خلاف نظر نيوتن در اين زمينه، هم اينك مي گويند هر نقطه اي مي تواند مركز شود چون اين نقطه مي تواند حاوي تعداد بسيار زيادي ستاره باشد.بنابراين نقطه ثقل جهان مي تواند وجود داشته باشد. در اصل طبق قانون خود نيوتن هر چقدر جرم اضافه شود و اين جرم ها به سمت بي نهايت بروند باز هم همه روي نقطه اي مركزي جمع مي شوند. به عنوان مثال يك فضاي محدود مثلاً فضاي صد كيلومتري را درنظر مي گيريم. شعاع اين فضا به دور نقطه اي مشخص است. در اين فضا اجرام به شكل يكنواختي پخش شده اند. حالا اين فضا و اجرام را به سمت بي نهايت مي بريم. در اين شرايط هم نقطه ثقل باز هم همان نقطه ثقلي ست كه اجرام در فضاي محدود داشتند. امروزه مي دانيم امكان ندارد يك مدل ايستا از جهان در نظر بگيريم و طوري آن را اندازه بگيريم كه نيروي ثقل هميشه جاذب باشد.
تا پيش از قرن بيستم همه اين طوري فكر مي كردند كه يا جهان از اول وجود داشته و هميشه در يك وضعيت تغيير نيافتني بوده است و يا در يك زمان مشخص در گذشته ايجاد شده. آن چيزي هم كه در اين زمان مشخص ايجاد شده كم و بيش شبيه به همين جهاني ست كه هم اكنون مي بينيم.
اين طرز فكري بود كه تا قبل از قرن بيستم حاكم بود. اين نوع طرز فكر هم به ذات بشر برمي گردد كه دوست دارد فكر كند همه چيز از ازل همين طور بوده و تا ابد هم همين طور خواهد بود. همان طور كه خود انسان هم به دنيا مي آيد و بعد بايد برود.
عده اي براساس تئوري نيوتن در مورد نقطه ثقل جهان فهميده بودند كه جهان ذاتاً نمي تواند ايستا باشد. ولي همانها هم به اين فكر نيفتادند كه انبساط يعني پخش و گسترده شدن زمين را پيشنهاد دهند. بر عكس سعي كردند اين طوري تئوري نيوتن را تغيير دهند و خودشان را توجيه كنند كه در فاصله هاي زياد اين نيروي جاذبه بين ستارگان تبديل به نيروي دافعه ميان آنها مي شود. با اين توجيه كاري مي كردند كه در محاسباتشان در مورد موقعيت اجرام آسماني تغيير آنچناني ايجاد نشود. از طرفي هم مي توانستند بگويند كه جهان بي نهايت است و در يك نقطه جمع نمي شود و مي تواند به صورت يك وضعيت پايدار و متعادل باقي بماند.
در واقع نظر آنها اين بود كه نيروهاي جاذبه اي كه بين ستاره هاي نزديك ايجاد مي شود, از طريق نيروهاي دافعه اي كه با ستاره هاي دوردست اتفاق مي افتد با هم خنثي مي شوند.
البته همين حرف هم تعادل ناپايداري را معني مي دهد. يعني اگر ستاره ها در محدوده اي از فضا شروع به نزديك شدن به يكديگر كنند و دايم به هم نزديك تر شوند، عاقبت جرم اين نقطه زياد مي شود و دوباره نيروهاي جاذبه اي بيشتر از نيروهاي دافعه اي مي شود. اگر هم نيروهاي دافعه اي زياد شوند آنها پيروز مي شوند و ستاره ها دايم از هم دورتر مي شوند. در نهايت بر خلاف حرف آنها حتي با توجيه وجود نيروهاي جاذبه اي و دافعه اي جهان ثابت نمي ماند.
نقطه ثقل: فرض كنيم يك صفحه 20 سانتي متري داريم. نقطه ثقل اين صفحه وسط آن است. اگر دو گوي با وزن هاي مختلف از دو طرف آن آويزان كنيم يك طرف به سمت پايين مي آيد ولي اگر فاصله را به سمت گوي سنگين تر كوتاه تر بگيريم دوباره صفحه متعادل مي شود. اين نقطه كه صفحه در آن متعادل مي شود نقطه ثقل است.
اينشتين
اينشتين اين نظر را ارايه داد كه كل جهان زماني در يك نقطه رياضياتي جمع بوده.
هنگامي كه تلسكوپ هابل به فضا رفت, گستره ديد بشر افزايش يافت و نظر اينشتين ثابت شد. از طريق اطلاعات اين تلسكوپ همه فهميدند كه جهان دايماً دارد منبسط مي شود. جهان حالت بشقاب دارد. شكمش پهن و لبه هايش نازك است. شكم اين بشقاب دايماً دارد كوچك تر مي شود و به لبه ها و شعاعش اضافه مي شود. اگر جهان با اين سرعت منبسط مي شود، پس زماني در يك نقطه جمع بوده است.
| < قبلی | بعدی > |
|---|
