انرژي نورودانشمندا ن اين عرصه درطي قرون

سا لا ر)صباح(

ما بر روي سياره‌اي زيبا و بي‌همتا زندگي مي‌كنيم. حرارت و نور خورشيد هر روز بخش وسيعي از خشكي و دريا را گرم روشن مي‌كند اين عناصر براي حيات  بسيار ضروري هستند خورشيد، علاوه بر اهميتي كه در زندگي موجودات دارد به هنگام طلوع و غروب نيز آسمان را با رنگهايي زيبا و رويايي رنگ‌آميزي مي‌كند و مناظر زيبايي مي‌آفريند. برخي اوقات، حوادثي عجيب بر رنگ‌ آسمان تاثير مي گذارند. براي مثال، در سال 1883، در يكي از جزاير اندونزي، كوه عظيمي به نام كراكوتوآ آنش‌فشان كردو خاكستر و ذرات آتش‌فشان را تا ارتفاع 45 كيلومتري به آسمان پرتاب نمود بطوري كه مقدار زيادي از آنها سالها در اتمسفر زمين شناور بودند. در اثر وجود اين ذرات آتش‌فشان در آسمان غروب تا مدتها سيمايي سرخ رنگ و غيرطبيعي داشت. در مناطق صحرايي اغلب در هنگام غروب، زمين با ردايي سرخ رنگ پوشيده مي‌شود. دليل اين امر، تابش پرتوهاي خورشيد بر ذرات شني است كه در نسيم پراكنده‌اند.انسان در طول زمان، مسحور نور خورشيد و انرژي حيات‌بخش و بيكران آن بوده است. نور شكلي از انرژي است و از ستاره درخشاني به نام خورشيد به سوي ما مي‌آيد. خورشيد توده عظيمي از آتش است كه در فضا قرار گرفته و قطرآن به بيش از يكصد و پنجاه ميليو ن كيلومتر مي‌رسد. نور از شعله‌هاي عظيم خورشيد حاصل مي‌شود. حركت منظومه‌ي شمسي و به دنبال آن ماه زمين و خورشيد و چگونگي انتشار نور پديده‌هاي بسيار ديدني در طبيعت خلق مي‌كند. وقتي توده‌هاي عظيم ابر، بين زمين و خورشيد قرار مي‌گيرند مانع از رسيدن نور خورشيد به زمين مي‌شوند و بخش وسيعي از زمين را در سايه فرو مي‌برند. وقتي كه زمين در جريان حركت خود بين خورشيد و ماه قرار مي‌گيرد، مانع از رسيدن نور خورشيد به ماه مي‌شود. در اين هنگام ماه (كه بيش از پانصد هزار كيلومتر از زمين فاصله دارد) در تاريكي فرو مي‌رود. اين حالت را ماه‌گرفتگي يا خسوف مي‌گويند خورشيد گرفتگي يا كسوف هنگامي اتفاق مي‌افتد كه ماه بين زمين و خورشيد قرار مي‌گيرد و سايه آن بر روي زمين مي‌افتد و مناطق وسيعي را در تاريكي فرو مي‌برد. هردوت تاريخنگار يوناني مي‌نويسد: ليديان و مادها به جنگ در آمدند در برخوردي كه در ششمين سال جنگ رخ داد آن شد كه روز به شب بدل گردد و سياهي در لحظه‌اي همه جا را فرا گيرد. تالس دانشمند يوناني سال و روز و محل اين خورشيدگرفتگي را مشخص ساخته بود. پس از آنكه ليديان و مادها فراگشت روز و شب را ديدند دست از جنگ كشيده و هر يك به گمان ترس از غضب خدايي در تحصيل صلح پيشي جستند اين كسوف به سال 585 پيش از ميلاد در روز 28 ماه مي روي داده است. با استفاده از چگونگي انتشار و بررسي قوانين تابش و بازتابش كه نور به خط راست نيز عبور مي‌كند نخستين پيش‌بيني فراگير و دقيق گرفتگي‌ها، توسط اخترشناس اتريشي تئودور در دهه 1880 انجام گرفت كتاب او به نام فهرست گرفتگي‌ها 8000 كسوف و خسوف را ميان سالهاي 1207 پيش از ميلاد مسيح تا 2162 ميلاد ثبت كرده است. به تدريج فكر استفاده از انرژ ي نوراني انسان را بر آن داشت تا از آثار طبيعي در حد ممكن سود بجويد. حدود 1200 سال قبل از ميلاد) بزاليل هنگام تهيه كشتي و سايه‌بان آينه‌هاي بانوان را به لگني برنجي يا طشت تشريفاتي تبديل كرد. آينه وسيله‌اي بود كه با استفاده از انعكاس منظم نور امكان ديد را بر او مهيا مي‌ساخت.آينه‌هاي ابتدايي از مس جلا يافته، برنز و قلع ساخته مي‌شد است.ارشميدس به هنگام جنگ روميان آينه‌هاي مقعر را بر درابه‌اي در بالاي كوه نصب نموده و با انعكاس نور خورشيد كشتيهاي دشمن را آتش ميزد نمونه‌هايي از اين آينه‌ها از مصر باستان و دوره‌ي هخامنشيان به جا مانده است. به تدريج در جنگ‌ها قيام‌هاي سپاه به وسيله انعكاس نور آينه‌ها انجام مي‌گرفت. هنگامي كه ناپلون در مصر كه آفتاب در آن به شدت مي‌تابيد جنگ مي‌كردند صاحب منصبانش به وسيله‌ي آينه به هم خبر مي‌رساندند. به تدريج فكر استفاده از انرژ ي نوراني انسان را بر آن داشت تا از آثار طبيعي در حد ممكن سود بجويد. حدود 1200 سال قبل از ميلاد) بزاليل هنگام تهيه كشتي و سايه‌بان آينه‌هاي بانوان را به لگني برنجي يا طشت تشريفاتي تبديل كرد. آينه وسيله‌اي بود كه با استفاده از انعكاس منظم نور امكان ديد را بر او مهيا مي‌ساخت.آينه‌هاي ابتدايي از مس جلا يافته، برنز و قلع ساخته مي‌شد است.ارشميدس به هنگام جنگ روميان آينه‌هاي مقعر را بر درابه‌اي در بالاي كوه نصب نموده و با انعكاس نور خورشيد كشتيهاي دشمن را آتش ميزد نمونه‌هايي از اين آينه‌ها از مصر باستان و دوره‌ي هخامنشيان به جا مانده است. به تدريج در جنگ‌ها قيام‌هاي سپاه به وسيله انعكاس نور آينه‌ها انجام مي‌گرفت. هنگامي كه ناپلون در مصر كه آفتاب در آن به شدت مي‌تابيد جنگ مي‌كردند صاحب منصبانش به وسيله‌ي آينه به هم خبر مي‌رساندند. بالاخره بين سال‌هاي 1822 و 1826 يك مخترع فرانسوي با تكميل نظريه ابن هيثم و بيكلوني كه به خاطر نظريه خود سالها به اتهام جادوگري عمر خود را در زندان گذرانيد موفق به ايجاد تصوير در جعبه تاريك و ثبت آن بر روي سطوح حساس با نيترات نقره به نام فيلم (لوحه‌ي سيمي) گرديد. به تدريج بشر توانست با رسوب جيوه در پشت شيشه در فشار بسيار بالا و دماهاي بسيار پايين آينه‌هاي امروزي را بسازد. دامنه كاربرد اين آينه‌ها از صنعت عظيم مخابرات در فيبرهاي نوري، علوم پزشكي همانند دستگاه‌هاي آندوسكوپي در بهترين ميكروسكوپ‌هاي ريزبين و تلسكوپ به كار رفته است. بشر مي‌خواهد آينه زمان و نگاه دوردست را در آينه طبيعت ببيند.

آيا تا كنون برق آذرخش را به هنگام رعد و برق ديده‌ايد؟ آذرخش جرياني از الكتريسيته است كه به سرعت از زمين به ابر، يا از ابري به ابر ديگري مي‌رود. وقتي كه آذرخش به ما نزديك مي‌شود. برق آن بسيار روشن و صداي رعد بسيار بلند است و هر دو همزمان به ما مي‌رسند. اما وقتي كه آذرخش دور باشد جرقه‌هاي آن ممكن است به روشني قابل رؤيت نباشد و نور زيادي ندارد و صدايي به گوش نمي‌رسد ولي اگر كمي صبر كنيم پژواك‌ صداي رعد به گوش خواهد رسيد كه زياد هم بلند نيست. منطقي است كه برق آذرخش از فاصله دور به روشني فاصله نزديك نباشد و صداي رعد نيز زياد بلند نباشد اما چرا صداي رعد را ديرتر مي‌شنويم بايد گفت كه براي انتقال صوت از جايي به جاي ديگر زمان لازم است. سرعت صوت بسيار كمتر از سرعت نور است. يعني صوت در يك ثانيه مسافت332 متر را طي مي‌كند. پس هر چه آذرخش دورتر باشد صداي آن ديرتر به ما مي‌رسد. اما  در مورد نور آذرخش چطور؟ آيا راهي براي اندازه‌گيري سرعت نور وجود دارد؟ در زمانهاي باستان تصور بر اين بود كه اين كار امكان‌پذيرنيست بعضي از دانشمنداني مي‌پنداشتند كه نور هر مسافتي را هر چند طولاني باشد فقط در يك لحظه مي‌پيمايد، آنان فكر مي‌كردند نور با سرعت بي‌نهايت حركت مي‌كند. اما دسته‌اي از دانشمنداني كه مي‌پنداشتند سرعت نور بي‌نهايت نيست باز هم باور داشتند كه سرعت نور آنقدر زياد است كه نمي‌توان آن را اندازه‌ گرفت. {1642-1562} ميلادي گاليله  دانشمند ايتاليايي نخستين شخصي بود كه سعي كرد سرعت نور را اندازه بگيرد. او اين تلاش را در حدود سال 1630 ميلادي انجام داد.او دستيارش هر يك فانوسي سرپوشدار برداشتند تا بتوانند در زمان خاصي با برداشتن سرپوش، بوسيله نور علامت دهند گاليله و دستيارش در شبي تاريك كه پرتو كمرنگ نور به آساني قابل رويت بود از دو تپه نزديك به هم بالا رفتند. زماني كه آنها با علامت نور فانوس از وجود يكديگر در بالاي تپه ها آگاه شد، هر دو سرپوش فانونس خود را گذاشتند. گاليله زمان ميان لحظه‌اي را كه با فانوس خود علامت داده بود و لحظه‌اي را كه نور فانوس دستيارش را ديد اندازه گرفت. (شايد با شمردن ثانيه‌ها). آزمايش احتمالاً بارها و بارها تكرار شد. با اين حال نور به قدري سريع حركت مي‌كند كه گاليله نمي‌توانسته است آن را اندازه بگيرد. آنچه گاليله اين بود سرعت نور بي‌نهايت نيست ولي نور بسيار بسيار سريع حركت ميكند. پس از گاليله رومر بر اساس تأخير در انجام ديد كسوف در منظومه شمسي سرعت نور را تقريباً 213 كيلومتر در ثانيه محاسبه كرد. فيزو و فوكو دو دانشمند بودند كه همانند گاليله اما با استفاده از ارسال پيام‌هاي نور در بالاي تپه‌هايي كه فاصله دورتري از هم داشتند و با به كارگيري آينه‌هاي چرخان و چرخ دندانه‌ها و بازتابش نور توانست به عدد تقريبي 298 كيلومتر در ثانيه برسد اينك با ادامه زحمات دانشمندان بزرگ همانند مايكلسون  سرعت نور به طور دقيق  تقريبا 300/000 محاسبه شده است. فوكو در سال 1853 ميلادي نيز باريكه از نور را در آب فرستاد و سرعت آن را با روش آينه‌هاي چرخان اندازه گرفت معلوم شد سرعت نور در آب تقريباً كمتر از سرعت آن در هواست او به اين نتيجه رسيد كه سرعت نور هنگامي كه از محيط هوا وارد محيط شفاف ديگري مي‌شود سرعت آن تغيير مي‌كند و مسير آن ضمن عبور از محيط به محيط ديگري شكسته يا خميده مي‌شود. اندازه شكست نوربه ضريب شكست ماده شفاف بستگي دارد. او سرعت نور در آب را بيشتر از سرعت نور در شيشه و سرعت آن را بيشتر از الماس بدست آورد. رنه دكارت نخستين كسي بود كه بعد از ابن هيثم فرمول‌بندي شكست نور را به صورت قانون سينوسي‌ها ارائه كرد. همچنين نيوتن با توجه به شكست نور در دستگاه طيف‌نما با تابش نور سفيد آميزه‌اي از رنگين‌كمان را بدست آورد. بطلميوس با فرض اينكه نور كوتاهترين مسير مجاز بين دو نقطه را مي‌پيمايد در راه تشريح اين پديده تلاش كرد. آريسنوفان در نمايشنامه كمدي خود به نام ابرها (424 ق.م) به يك شيشه سوزان (عدسي مثبت) اشاره مي‌كند. در سال 642 اسكندريه به دست مسلمانان فتح شد و تا پايان قرن هفتم سرزمينهاي اسلام از فلات ايران و تا سراسر سواحل جنوبي مديترانه تا اسپانيا گسترده شد. مركز تحقيق به دنياي عرب منتقل شده و ذخيره‌هاي علمي و فلسفي گذشته در اختيار اعراب قرار گرفت. شخصي به نام ابن هيثم قوانين بازتابش را بسط داد و زاويه‌هاي تابش و بازتايش را در يك صفحه عمود بر سطح مشترك قرار داد. از آن پس به مرور سالها شيشه‌ها بصورت عدسي‌ها تراش داده شدند و ذره‌بين و واگرا و همگرا ساخته شد اولين عينك توسط گاليله با تراش شيشه ساخته شد. گاليله آگاهي يافت كه يك نفر لهستاني با شيشه ابزاري ساخته است كه به كمك آن اجسامي كه در فاصله‌هاي دور ديده مي‌شود. به نظر نزديك و واضح مي‌آيند. گاليله (همانطور كه خود مي‌گويد) بيدرنگ به بررسي برخي از اصول نورشناسي در آن زمينه پرداخت. سپس به كار تراشيدن عدسي و ساختن چنين ابزاري مشغول شد. نخستين تلسكوپ او اجسام را سه برابر نزديك‌تر از فاصله معمولي نشان مي‌داد. او در كتاب پيك ستارگان درباره سومين تلسكوپ خود مي‌نويسد: سرانجام بر اثر پشتكار و صرف هزينه‌هاي لازم موفق شدم براي خود چنان ابزار ارزنده‌اي بسازم كه اجسامي كه به وسيله آن رؤيت مي‌شدند تقريباً هزار بار بزرگتر و بيش از سي برابر نزديكتر از موقع رؤيت با ديد معمولي به نظر مي‌رسيدند. اگر چنين ابزار ارزنده‌اي به شما داده مي‌شد، با آن چه مي‌كرديد؟ به احتمال زياد شما نيز مانند مردم زمان گاليله آن را براي استفاده‌هاي عملي به كار مي‌انداختيد. گاليله مي‌نويسد: لزومي نداشت كه ميزان كاربرد و اهميت چنان ابزاري در دريا و نيز در خشكي شمارده شود. اما من از مشاهدات زميني دست برداشتم و به مشاهدات آسماني پرداختم و نخست ماه را چنان نزديك و در دسترس يافتم كه به نظر نمي‌رسيد فاصله‌اش چندان بيشتر از دو برابر شعاع زمين باشد از آن پس اغلب با شگفت و لذت به مشاهده سياره‌ها و ثوابت مي‌پرداختم. اينك پس از سالها تلاش و كوشش منجمين و فيزيكدانان، ميكروسكوپي بسيار دقيق كه براي ديدن ذرات بسيار ريز تا حد اتمها و تلسكوپ‌هاي مجهز همانند هابل كه مي‌تواند تا ميلياردها سال نوري دور دست را ببيند با بكارگيري عدسيها و آينه‌ها ساخته شده است. انسان اميدوار است با پاي خيال و نگاه چشم تا دوردستها كه دست نايافتني است را ببيند.كاشكي مي‌شد كه انسان با ديدگان درون سايه خدا را نيز مي‌ديد. در اوايل قرن هجدهم، گفته مي‌شد كه برق آسمان خاصيت مغناطيسي عقربه‌هاي قطب‌نما را تغيير مي‌دهد و كاردكها و چنگالها را آهن‌ربا مي‌كند. بعضي از پژوهشگران معتقد بودند كه توانسته‌اند سوزنهاي فولادي را، با تخليه الكتريكي بطري ليدن در آنها، به حالت مغناطيسي در آورند. اين گزارشها دلالت بر آن داشت كه الكتريسيته و مغناطيس به طريقي رابطه‌اي نزديك با هم دارند. اما اين مشاهدات اتفاقي يا آزمايشهاي عمدي و از پيش طراحي شده كه ممكن بود منجر به مفاهيم و تئوريهاي مفيد شوند، دنبال نشد. هيچ يك از اين گزارشهاي اوليه، فيلسوفان طبيعي اروپا در قرن نوزدهم را به تعجب وانداشت. آنان متقاعد شده بودند كه همه پديده‌هايي كه در طبيعت مشاهده مي‌شوند، تنها آثار متفاوت يك «نيروي» واحد هستند. اعتقاد آنها به وحدت نيروهاي فيزيكي طبيعتاً آنها را به سوي اين گمان كشانيد كه نيروهاي الكتريكي و مغناطيسي به طريقي به هم وابسته يا مربوطند. نخستين شاهد واقعي از ارتباط ميان الكتريسيته در سال 1820 به دست آمد كه اورستد به انجام يك رشته آزمايشهاي بسيار مهم اشتغال داشت. اورستد يك قطبنماي مغناطيسي را مستقيما زير يك سيم رساناي افقي دراز قرار دا د. سيم در راستاي شمال جنوب مغناطيسي زمين قرار داشت، به طوري كه سوزن مغناطيسي طبيعتاً موازي سيم بود. وقتي كه اورستدسيم را به پايانه‌هاي يك باتري متصل كرد، عقربه قطب‌نما در راستاي غربي شرقي، تقريباً عمود بر سيم، نوسان كرد! نتيجه كار اورستد نخستين يافته‌اي بود كه در آن نيرويي در امتداد خط واصل ميان منابع نيرو اثر نمي‌كرد. (نيروهاي ميان سياره‌ها، ميان بارهاي الكتريكي، يا ميان قطبهاي مغناطيسي همگي در امتداد چنين خطي اثر مي‌كنند.) نيرويي كه ميان سيم حامل جريان و هر قطب مغناطيسي عقربه قطب‌نما اثر مي‌كند در امتداد خطي نيست كه از سيم به آن قطب وصل مي‌شود. «هانس كريستين اورستد (1851-1777)، فيزيكدان دانماركي، نوشته‌هاي شلينگ را درباره فلسفه طبيعت مطالعه كرد و خود او درباره موضوعات فلسفي مطالب بسياري نوشت. اورستد در مقاله‌اي كه به سال 1831 منتشر شد پيشگويي كرد كه رابطه‌اي ميان الكتريسيته و مغناطيس مي‌توان يافت. او در سال 1820 قطب‌نمايي را زير يك سيم حامل جريان گذاشت و كشف كرد كه يك ميدان مغناطيسي، جريان الكتريكي را احاطه مي‌كند. در سالهاي بعد او نظر دانشمندان ديگر را مبني براينكه كشف او درباره الكترو مغناطيس تصادفي بوده است، به شدت انكار كرد.» اين اثري كاملاً تازه بود و تعجبي ندارد كه چرا اين همه طول كشيد تا كسي ارتباط ميان الكتريسيته و مغناطيس را دريابد بررسيهاي دقيقتر به طور واضحتري آشكار كرد كه در اين آزمايش چه روي مي‌دهد. سيم راست و دراز حامل جريان، ميدان مغناطيسي ايجاد مي‌كند. اين ميدان آهنرباي كوچك را چنان مي‌چرخاند كه راستاي شمال- جنوب آهنربا مماس بر دايره‌اي شود كه مركز آن در سيم و صفحه آن عمود بر سيم است. به اين ترتيب، جريان يك ميدان مغناطيسي دايره‌اي شكل توليد مي‌كند، آزمايش اورستد يكي از آن موارد كم نظيري بود كه يك كشف ناگهاني، باب تحقيق در مورد يك موضوع جديد و هيجان انگيز را مي‌گشود. در اين مورد ، هيچ ابزار جديدي لازم نبود. ناگهان، دهها دانشمند در سراسر اروپا و آمريكا به مطالعات دقيق درباره آثار مغناطيسي جريانهاي الكتريكي پرداختند. كار آندره ماري آمپر (1836-1775) در ميان كارهاي ديگر، برجسته تر بود. جيمز كلرك ماكسول، كه دهها سال بعد، تئوري كاملي درباره الكتريسيته و مغناطيس به وجود آورد، آمپر را «نيوتن الكتريسيته» مي‌ناميد. كار آمپر سر شار از رياضيات ضعيف است. آمپر، به محض آنكه خبر كارهاي اورستد را شنيد، انديشه‌هايش اوج گرفت. يك رشته از انديشه‌هاي او چيزي از اين قبيل بود: آهنربا‌ها بر يكديگر نيرو وارد مي‌كنند. بنابراين، آيا جريان نيز بر جريان نيرو وارد مي‌كند؟ پاسخ نبايد لزوماُ مثبت باشد. استدلال از راه تقارن كاري جذاب است و غالبا درست از آب در مي‌آيد. اما نتايجي كه اين استدلالها به آنها مي‌انجامند به طور منطقي يا فيزيكي ضروري نيستند. آمپر تشخيص داد كه آزمايش بايد به اين پرسش پاسخ دهد. او نوشت: وقتي آقاي اورستد اثري را كشف كرد كه يك جريان بر يك آهنربا اعمال مي‌كند، مسلماً ممكن است كسي درباره وجود اثر متقابل ميان دو مدار حامل جريان نيز حدسهايي زده باشد، اما اين يك نتيجه الزامي نبوده است، چرا كه يك ميله آهن نرم نيز بر يك سوزن مغناطيده اثر مي‌كند، هر چند اثر متقابلي ميان دو ميله آهن نرم وجود ندارد. آمپر حدس خود را به مرحله آزمايش گذاشت. در 30 سپتامبر 1820، ظرف يك هفته پس از رسيدن اخبار مربوط به كارهاي اورستد در فرانسه، آمپر گزارشي به فرهنگستان علوم فرانسه فرستاد. او در واقع دريافته بود كه دو سيم متوازي حامل جريان نيروهايي بر يكديگر وارد مي‌كنند. اين دو سيم حتي در حالي نيرو بر يكديگر وارد مي‌كردند كه نشانه‌اي از بار الكتريكي مؤثر در هيچ يك از آنها نبود. آمپر مطالعات زيادي درباره نيروهاي ميان جريانها انجام داد. او تحقيق كرد كه چگونه اين نيرو‌ها به فاصله ميان سيمها، مواضع نسبي سيمها، و مقدار جريان بستگي دارند. در واقع، نيروهاي مغناطيسي ميان جريانها كميتي است كه امروزه ترجيحاً از آن براي تعريف واحد جريان استفاده مي‌شود. اين واحد، آمپر ناميده مي‌شود.

منبع وماخذ: کتا ب تاريخچه نورنويسنده-  و. لا .کرسلن – چا پ ايران 1379.

مجموعه نوشته هاي سعيد درباره گا ليله – ايرا ن 1375.

آمپرکه بود؟ مقا له استا د صباح روزنا مه جنگ پا کستا ن 2003.