يکي از خصوصيات عمده ي تجربيات حسي، و به طور کلي همگي تجربيات ما، ترتيب زماني آنها است. چنين ترتيبي سر چشمه ي تصور عقلي زمان ذهني است که ملاک تنظيم آزمايشهاي ما مي باشد. زمان ذهني خود بطوريکه بعدا خواهيم ديد از طريق تصور شيء مادي و فضا منجر به مفهوم زمان عيني خواهد گرديد. مقدم بر مفهوم زمان عيني تصور فضا قرار دارد که خود مسبوق به تصور شيء مادي است و شيء مادي مستقيما با مجموعه هاي تجربيات حسي مربوط است. يکي از خصوصيتهاي اصلي مفهوم شيء مادي اينست که ما براي آن وجودي قائليم مستقل از زمان (ذهني) و حتي مستقل از اين حقيقت که آن را با حواس خود درک مي کنيم . و با آنکه تغييراتي را که بر حسب زمان در آن وارد مي شود به چشم مي بينيم معهذا آن را مستقل از زمان مي پنداريم.

پوانکاره تغييرات شيء مادي را به دو دسته: تغييرات حالت و تغييرات وضع تقسيم مي کند، و متذکر مي شود که تغييرات نوع اخير تغييراتي هستند کهد ما مي توانيم با حرکات ارادي بدن خود آنها را معکوس نماييم. توجه به اين حقيقت که پاره اي اشياء مادي وجود دارند که مي توان براي آنها تغييرات حالت قائل نشده و تنها تغييرات وضع را براي آنها مورد نظر قرار داد، مطلبي است که براي تشکيل تصور فضا(و حتي تا درجه اي هم براي اثبات خودشيء مادي) داراي اهميتي اساسي مي باشند. شيئي را که داراي چنين خاصيتي باشد (جسم عملا سختپاي ) مي خوانيم .

 اگر شيء را که عملا سختپاي باشند تواما ( يعني به صورت يک واحد ) در نظر بگيريم براي اين مجموعه تغييراتي متصور استکه نمي توان آنها را با وجود آنکه اين تغييرات براي هر يک از دو جزء متشکله ي آن مقدرمي باشد تغيير وضع کلي جسم دانست از اينجا است که مي توان مفهوم (تغيير وضع نسبي ) دو شيء و مالا مفهوم (وضع نسبي) آندو را استنباط نمود . بعلاوه معلوم مي شود که بين اوضاع نسبي تنها يک وضع خاص وجود دارد که آن را (وضع تماس) مي خوانيم اين خود خاصيتي از طبيعت و نهاد اشياء است که ما مي توانيم  درباره ي آنها فقط به وسيله ي مفهومات ابداعي خودمان بحث کنيم ، و حال آنکه اين مفهومات خود موضوع تعريف قرار نمي گيرد. با اين حال نکته مهم اينست که ما فقط تصوراتي را به کار مي بريم که در باب انبطاق آنها با تجربه شک و ترديد يا اشکالي پيش نيايد.) تماس دائم دو شيء در سه نقطه يا بيشتر دال بر آنست که آن دو شي ء يکي شده و بصورت جسم مرکب سختپاي نمايي در آمده اند. از اين رو مي توان گفت که جسم دوام ادامه ي (سختپاي – نماي) جسم اول است؛و به نوبه ي خود مي تواند ادامه ي سختپاي نمايي پيدا کند. امکان اين ادامه يافتن (سختپاي نما) براي هر جسم نامحدود است يعني هر سختپاي مي تواند بي نهايت ادامه پيدا کند مجموعه ي کليه ي ادامه هاي سختپاي نمايي که براي هر جسم قابل تصور مي باشد فضاي نامحدودي است که بوسيله ي آن مشخص مي گردد. بنابر اين هر شيء مادي را بهر نحو که قرار گرفته باشد مي توان با ادامه ي سختپاي نماي جسم معلوم( جسم مرجع) به حالت تماس در آورد؛ و اين واقعيت بنياد اختياري مفهوم ما از فضا به شمار مي رود.

در فکر ما قبل علم، پوسته ي جامد زمين نقش، و ادامه ي آن را بازي مي کرد خود اصطلاح هندسه معرف آن است که تصور فضا ، از جنبه ي رواني با زمين ( جسم مرجعي که همواره در دسترس ما است ) مرتبط مي باشد. تعبير جسورانه اي که قبل از پيدايش هندسه ي علمي از فضا وجود داشت تصور ذهني ما را در باب روابط اوضاع اشياء مادي به صورت وضع اين اشياء در فضا در آورد و اين امر خود از لحاظ منطقي تسهيل بزرگي به شمار مي رفته است . بعلاوه به وسيله ي چنين تصوري از فضا مي توان به مرحله اي رسيد که در آن هر توصيفي از وضع متضمن توصيف حالت تماس نيز باشد .

زيرا هنگامي که مي گوييم نقطه اي از جسمي در نقطه ي p از فضا قرار دارد منظور آن است که جسم با نقطه ي p از جسم مرجع در تماس است. در هندسه ي يونان قديم فضا تنها نقش کيفي داشت زيرا گرچه وضع اجسام نسبت به فضا معلوم بود ولي به وسيله ي اعداد تعريف نمي شد . دکارت اولين کسي بود که اين روش را در کار آورد به نظر وي سراسر هندسه ي اقليدسي را از لحاظ اصل موضوع مي توان بر احکام زير بنيان نهاد: 1. دو نقطه ي معين از هر جسم سختپاي معرف قطعه خطي است. 2. براي خر نقطه از فضا مي توان سه عدد x1x2x3را در نظر گرفت بطوريکه در مورد هر قطعه خط مي توان طول آن را حساب کرد . هندسه ي اقليدسي تا آنجا که سخن از اجسام سختپاي موجود در طبيعت است مبحثي از فيزيک بشمار مي رود لاجرم بايد با تجربيات حسي وفق دهد و مورد تاييد آن قرار گيرد . چنين هندسه اي مشتمل بر کليه ي قوانيني است که بايد براي اوضاع نسبي اجسام سختپاي مستقل از زمان صدق کنند. بطوريکه ديده مي شود تعبير فيزيکي فضا نيز بدان صورت که نخست در فيزيک عرضه شده بودوابسته به وجود اجسام سختپاي مي باشد.

 از نظر يک دانشمند فيزيک اهميت اصلي هندسه ي اقليدسي در اين است که قوانين آن مستقل از ماهيت خاص اجسامي است که وضع نسبي آنها در هندسه مورد بحث قرار مي گيرد . از مظاهر برجسته ي سادگي صوري آن خواص تجانس (iomogeneity)و ايزوتروپي (isotropy) مي باشد. گرچه هندسه از مفهوم فضا استفاده مي کند ولي اين مفهوم براي هندسه ي مجرد يعني براي تنظيم قواعد و دستورات مربوط به اوضاع نسبي سختپاي ضروري نيست حال آنکه مفهوم زمان عيني که بدون آن تنظيم اصول مکانيک رسمي غير ممکن است با مفهوم متصل فضايي بهم پيوسته مي باشد.

در کار آوردن زمان عيني مستلزم قبول دو اصل موضوع است که مستقل از يکديگر مي باشند: 1. در کارآوردن زمان عيني محلي وآن به وسيله ي ارتباط توالي زماني تجربه ها با آنچه در صفحه ي ساعت خوانده مي شود – يعني دستگاه بسته اي که حوادث آن به صورت دوري تکرار مي شود – انجام مي گيرد. 2. در کار آوردن تعبير زمان عيني براي حوادثي که در سراسر فضا به وقوع مي پيوندد و به اقتضاي همين تعبير است که انديشه ي زمان محلي بسط يافته وبه مفهوم زمان در فيزيک گراييده است. توضيحاتي در باب فرض 1. به نظر من اگر براي روشن ساختن مبدا و ماهيت اختباري تصور زمان مفهوم تکرار دوري را مقدم بر مفهوم زمان بگذاريم به هيچ وجه نبايد اين امر را مصادره اي به مطلوب (petitio principii ) دانست . چنين مفهومي دقيقا متناظر با مفهوم جسم سختپاي در تفسير مفهوم فضا مي باشد. بحث درباره ي فرض 2. قبل از اعلام نظريه ي نسبيت عقيده ي غلطي رايج بود و آن اينکه از لحاظ تجربي معناي هم زماني نسبت به حوادثي که از لحاظ فضايي دور هستند و بنابراين معناي فيزيکي زمان از زمره ي معرفت ما قبل تجربه است ، و لاجرم امري واضح به شمار مي رود.

منشا اين عقيده ي غلط در اين است که در تجربيات روزانه مدت زمان انتشار نور به حساب نمي آيد زيرا ما معمولا از تمايز ميان ( با هم ديده مي شوند ) و ( با هم واقع مي شوند ) غفلت مي ورزيم و از اين رو اختلاف ميان زمان و زمان محلي محو مي گردد. تعبير زمان در مکانيک کلاسيک با يک نوع عدم صراحت و قطعيتي همراه بود ولي چون فضا و زمان به صورتي مستقل از تجربيات حسي ما نمايش داده مي شد لاجرم اين عدم صراحت و قطعيت پوشيده ماند . گرچه بکار بردن مفهومات بدين نحو يعني مستقل از مبناي اختباري که موجوديت آنها وابسته بدان است آسيبي به علم نمي رساند ولي ممکن است موجب اشتباهاتي گردد.از جمله اين که تصور مي شد که اين تعبيرات از جنبه ي منطقي واجب ، بنابراين تغيير ناپذير هستند . چنين اشتباهي ممکن است خطرات عظيمي در راه پيشرفت علمي به وجود آورد. فلاسفه ي اوليه به عدم صراحت و قطعيت مفهوم زمان عيني از جنبه ي بيان اختباري آن توجهي نکردند و همين امر خود توفيق بزرگي براي پيشرفت مکانيک و پيشرفت علم فيريک به معناي مطلق آن بود. اين دانشمندان که به معناي حقيقي ساختمان جا – گاه اطمينان داشتند اصول مکانيک را به صورتي بسط دادند که ذيلا به توضيح آن خواهيم پرداخت..1- مفهوم نقطه ي مادي  2- قانون جبر 3- قانون حرکت 4. قوانين نيرو در اينجا به ذکر چند نکته بپردازيم: 2 فقط مورد خاص مهمي از 3 است.

نظريه ي حقيقي هنگامي به وجود مي آيد که قوانين حرکت معلوم باشد براي آنکه مجموعه اي از نقاط که دائما به وسيله ي نيروهايي با يکديگر مرتبط اند به صورت يک نقطه ي مادي در آيد بايد نيروها تابع قانون تساوي عمل و عکس العمل باشند. اين قوانين اساسي، به انضمام قانون نيوتن براي قوه گرانش، مبناي نيوتني خوانده مي شود، فضاي B به صورتي جز مفهوم فضايي که از اجسام سختپاي منتج مي شود، در کار مي آيند؛ به ازاء قانون حرکت مفروضي ، هر B براي 2و 3 نافذ و معتبر نيست بلکه تنها يک B که داراي حالت خاصي از حرکت باشد(دستگاه جبري ) نافذ و معتبر خواهد بود ضمنا فضاي مختصاتي مستزلم يک خاصيت فيزيکي مستقلي گرديد که در تعبير صرف فضا ديده نمي شد. همين مسئله بود که مايه ي انديشه ي فراوان نيوتن قرار گرفت( اين نقص نظريه ي را امروزه تنها مي توان با آن صورت بندي مکانيکي برطرف ساخت که براي هر گونه B نافذ و معتبر باشد؛ و اين يکي از مراحلي است که به نظريه ي عام نسبيت منتهي مي گردد. اشکال دوم که آنها هم تنها با عرضه شدن نظريه ي عام نسبيت بر طرف گرديد معلول اين حقيقت است که خود مکانيک هيچ دليلي براي تساوي جرمهاي گرانشي و جبري نقطه ي مادي به دست نمي دهد ) مکانيک رسمي چيزي جز يک طرح عمومي نبوده و تنها با تعريف روشن و صريح قوانين نيرو به صورت يک نظريه در مي آمد؛ و اين همان کاري است که نيوتن، با موفقيت کامل ، در مورد مکانيک سماوي انجام داد.

اين روش نظري از جنبه ي رسيدن به بزرگترين حد سادگي منطقي ناقص است مگر آنکه بتوان قوانين نيرو را از ملاحظات منطقي و صوري به نحوي به دست آورد که انتخاب آنها ذهني و تاحدي من عندي باشد . از همين جا است که قانون گرانش نيوتن نسبت به کليه ي قوانين ديگر نيرو رجحان و اولويت دارد؛ و علت اين برتري را بايد در موقعيتهايي دانست که در عمل به دست آورده است. با آنکه ما امروز صريحا عقيده داريم که مکانيک رسمي نتوانست شالوده و مبناي محکمي براي همگي مباحث علم فيزيک گرديد معهذا هنور براي کليه ي تفکرات فيزيکي ما جنبه ي مرکزيتي دارد . علت اين امر آنست که جهان علم با وجود پيشرفتهاي مهمي که از زمان نيوتن به بعد به دست آورده ، هنوز نتوانسته است شالوده ي نويني براي قيزيک بيابد که به اتکهء آن بتوان ، بطور قاطع ، انواع مختلف نمودهايي را که مورد تحقيق قرار گرفته اند . همچنين دستگاههاي نظري که تا حدي به موفقيتهايي نائل گشته اند، توجيه کرد و از راه منطقي آنها را استنتاج نمود. من سعي خواهم کرد تا در سطور زير اجمالا چگوني امر را تشريح کنم.

نخست بايد معلوم شود که دستگاه مکانيک رسمي تا چه حد از اين مرحله که بتواند مبنايي محکم و کلي براي فيزيک قرار گيرد، بدور بوده و چه نواقصي داشته است. بديهي است چون ما در اينجا تنها از اصول اساسي فيزيک و بسط آن صحبت مي کنيم، لاجرم خاطر خود را به پيشرفتهاي صوري صرف مکانيک (معادلات لاگرانژ، معادلات کانوني، و غيره) مشغول نخواهيم داشت. با اين حال توجه به يک نکته ضرورت دارد، و آن اينکه مفهوم ((نقطه ي مادي)) شالوده ي مکانيک است؛ و چون جسم مادي را نمي توان به منزله ي نقطه ي مادي تلقي کرد (و اگر دقيق تر سخن گفته شود، بايد هر شيئي را که با حواس ما قابل ادارک باشد از اين زمره دانست) لهذا قبل از بحث در مکانيک اجسام مادي موا جه با اين سوال مي شويم که چه طور مي شود تصور کرد که شيئي از نقاط مادي درست شده باشد؟ و چه نيروهايي را بايد در ميان آنها موثر دانست؟ اگر مکانيک داعي آن داشته باشد که شيء را کاملا توصيف کند، پاسخ گفتن به اين سوال مطلقا ضروري خواهد بود. 
گرايش طبيعي مکانيک در آن است که اين نقاط مادي و قوانين حاکم برنيروهايي را که ميان آنها در کارند، لايتغير بداند، زيرا توضيح اين تغييرات زماني بيرون از حوزه ي مکانيک است از اين نکته معلوم مي شود که مکانيک رسمي بايد مبتني بر ساختمان اتمي ماده باشد. از اين جا مي توان بخوبي استنباط کرد که آن دسته از علماي نظري که عقيده داشتند نظريه از راه استقراء و تجربه به دست مي آيد تا چه حد دوچار اشتباه بوده اند .

حتي نيوتن عظيم الشان نيز ظاهرا نتوانسته بود از چنگال اين اشتباه برگزيد و در آنجا که مي گويد:Hypotheses non fingo ( من سازنده ي فرضيه هانيستم ) اشاره به همين مطلب کرده است. علم، براي احتراز از سقوط در ور طه ي اين گونه افکار خطرناک (اتميسم يا فرض اجزاء لايتجزاء) نخست راه ديگري در پيش گرفت . مردان علم متوجه شدند که اصول مکانيک هر دستگاه در صورتي روشن خواهد شد که انرژي پتانسيل آن به صورت تابعي از وضع ظاهري آن در دست باشند اگر نيروهايي موثر از نوعي باشند که حفظ پاره اي خواص ساختماني وضع دستگاه را تامين نمايند در اين صورت وضع ظاهري را مي توان دقيقا به وسيله تعدادي نسبتا محدود از متغيرهاي qr که نماينده ي آن وضع ظاهري هستند تعريف کرد انرزي پتانسيل تنها به اين عنوان مورد ملاحظه قرار مي گيرد که وابسته به اين متغير ها است روشي ديگر براي استفاده ي علمي از مکانيک بد انسان که از تقسيم متوالي ماده تا رسيدن به نقاط مادي ((واقعي)) بدور باشد، مکانيکي است که به اصلاح واسطه ي پيوسته ي ناميده ميشود.

 از خصوصيات اين مکانيک يکي وابستگي دائمي جرم مخصوص و سرعت ماده بامختصات فضايي و مختص زمان است ؛ و ديگر اينکه آن قسمت از عمل متقابل را که بطور منجز و صريح معلوم نشده مي توان به عنوان نيروهاي سطح (نيروهاي فشار) در نظر گرفت که باز هم توابع متصلي از وضع مي باشند از همين نظريات و ملاحظات است که نظريه ي ئيدروديناميک و نظريه ي کشاني اجسام صلب مي آيد. در اين هر دو نظريه از در کار آ وردن نقاط مادي بدان صورت که در اصول مکانيک رسمي در نظر گرفته مي شد، احتراز شده است. اين مباحث علمي ، علاوه براهميت علمي خود را از لحاظ ديگري هم مورد توجه مي باشند ، وآن اينکه با بسط مفهومات نوين رياضي، افزارهاي علمي تازه اي (معادلات ديفرانسيلي جزئي ) ابداع کردند که براي پژوهش هاي علمي در راه طرح بنياد و شالوده اي نوين براي علم فيزيک ضرورت داشته است.

اين دو روش استعمال مکانيک جزو فيزيکي است که به اصطلاح قيزيک نمود شناسي (phenomenological  physics) ناميده مي شود. از خصوصيات اين نوع فيزيک آنست که مفهوماتي که در آن مورد استفاده قرار مي گيرد هر چه بيشتر که ممکن باشد با تجربه نزديک دارند؛ در عين حال به همين علت هم تا حد زيادي از مرحله ي وحدت اصول اساسي بدور مي افتدحرارت ، الکتريسته، و نور به وسيله ي متغير هاي جداگانه ي حالت و ثابت هاي مادي جز آنچه در کميتهاي مکانيکي استعمال دارد تعريف مي شوند .

تعيين کليه ي اين متغييرها با وابستگي متقابل و زمانيشان کاري بود که حل ان عمدة با روش ها ي اختباري مقدور بود. بسياري از معاصران مکسول هدف نهايي فيزيک را در چنين طرز نمايشي مي ديدند و عقيده داشتند که چون مفهوماتي که مورد استفاده قرار مي گيرد کمابيش با تجربه نزديکي دارد عليهذا صرفا از راه استقراء از تجربه مي توان بدان رسيد روشهايي که سنت ميل (st.  Mil) و ا .ماخ، در تحقيقات خود بکار برده اند مبتني بر همين زمينه است. به عقيده من بزرگترين خدمت علمي مکانيک نيوتني در قابليت تطبيق دائمي آنست که از مرحله ي نمودشناسي، مخصوصا در پهنه ي نمودهاي حرارتي ، فراتر رفته است .

اين کيفيت خاصه در نظريه ي حرکتي گازها و در مکانيک آماري به صورت کلي مشهود است . آن يک (نظريه ي حرکتي گازها) معادله ي حالت گازهاي ايدآلي، لزوجت، انتشار، و قابليت هدايت گازها و نمودهاي تشعش سنجي گازهارا به هم مرتبط کرده و ارتباط صحيح نمودهايي را از نقطه ي نظر تجربه ي مستقيم  به هيچ وجه با يکديگر کاري ندارند به دست داد؛ و اين يک (مکانيک آماري) تفسير مکانيکي فرضيه ها و قوانين ترموديناميکي را تعيين کرده و منجر به کشف حد قابليت استعمال تعبيرات و قوانين نظريه ي کلاسيک حرکت گرديد . اين نظريه ي حرارتي از مرحله ي نمود شناسي در مورد وحدت منطقي اصول اساسي خود پس فراتر رفت؛ و بعلاوه چون مقاديري را که براي اندازه ي واقعي اتمها و مولکولها تعيين مي کرد، از روش هاي متنوع مستقلي به دست مي آمد لاجرم مقاديري بود واقعي که نمي توانست مشمول هيچ گونه ايراد مستدل و منطقي قرار گيرد .اين پيشرفتهايي قاطع در نتيجه ي يکي شمردن اجزاء اتمي با نقاط مادي به دست آمد ؛ و البته خصوصيت پژوهشي و سازنده ي اين اجزاء اتمي در جاي خود مسلم است .

هيچکس نمي تواند هرگز اميدي داشته باشد که روزي اتني را مستقيما با واقعيتهاي تجربي( مثلا حرارت ،فشار، و سرعت) مربوطند به وسيله ي محاسباتيپیچيده از انديشه هاي اساسي منتج گرديده است. بدين طريق علم فيزيک(لااقل قسمتي از آن ) که نخست عمدة از جنبه ي نمود شناسي نشئت يافته بود بر اصول مکانيکي نيوتن براي اتم و مولکول متکي گرديد لاجرم بنياد آن ، گرچه از تحربه ي مستقيم بدور افتاد از لحاظ وحدت و يکساني متشکلتر گرديد.

منبع: کتاب مقالات علمی آلبرت اینشتین .ترجمه محمود مصاحب

فرستاده شده توسط: خانم زهرا خانمحمد

نقل از تاریخ و فلسفه علم

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 

26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40