وبلاگ تخصصی فیزیک نظری

نیوتن قانون جهانی گرانش خود را بر اساس فرم عکس مجذور فاصله ای متناسب با جرم گرانشی تعریف کرد و مورد استفاده قرار داد.این قانون مشمول اصل موضوعه سوم نیوتن،قانون عمل و عکس الاعمل است.اما این امر باعث ایجاد یک شک و نا خرسندی در نیوتن شد،که در کتاب اصول خود بدان اشاره می کند.این مسأله به معضل کنش از دور معروف است،که نیاز به بحث دارد.نیوتن فرض کرد هنگامی که دو جسم در میدان جاذبه هم قرار می گیرند،بی درنگ و بدون هیچ فاصله زمانی،به یکدیگر نیروی گرانشی اعمال می کنند.خواه در فاصله کمی از یکدیگر باشند و خواه در فاصله ای زیاد.این در حالی بود که نیوتن عمیقاً حس می کرد اگر به عنوان مثال زمین ناگهان حذف شود،مدّتی زمان لازم است تا ماه از قید گرانش زمین آزاد گردد و به حرکتی مستقیم الخط یکنواخت در امتدادی مماس بر مسیر حرکت خود ادامه دهد.

اگر چه نیوتن از وجود این معضل آگاه بود،اما در آن زمان چاره ای جز این فرض وجود نداشت.اگر چه این معضل پس از اقدامات انقلابی ماکسول در الکترومغناطیس،شکل جدّیتری به خود گرفت و تا ظهور نظریه نسبیّت عام آینشتاین یک سوال باز تلقّی می شد،اما پس از انقلاب نسبیّت عام و تلقّی میدانی از گرانش تا حدودی این معضل بهبود یافت.هر چند بعدها با طرح پاردوکس معروف آینشتاین-پودولسکی-روزن *در طرح نقص مکانیک کوانتوم و ادّله جان بل،این پرسش جانی دوباره گرفت و تحت عنوان جدید موضعیّت مطرح شد و همچنان یکی از سوألات مفتوحه فیزیک نظری می باشد.

در باب موضعیّت به صورت خلاصه می توان به طرح این پرسش پرداخت که امکان وجود ارتباطات ما فوق نوری وجود دارد؟

که البته پاسخ های متعددّی به این پرسش تا کنون از سوی فیزیکدانان نظری داده شده است[که در آینده بیشتر به آن خواهیم پرداخت].

اکنون نقطه آغازین کار نیوتن حساس و دشوار است.او از یک طرف باید به وضع قوانینی بپردازد که از عهده توضیح مشاهدات کپلر بر آیند و از سویی این قوانین در مواجه با ساختارهایی غیر از اجرام سماوی نیز می بایست درست از آب درآیند.نیوتن می بایست دو تعریف اساسی و کلیدی بر پایه کمیّات شناخته شده زمان خود ارائه دهد.یکی تعریف نیرو حیاتی و دیگر تعریف کششی که اجرام سماوی بر یکدیگر اعمال می کنند.شاید دور از منطق نباشد که فرض کنیم برای انجام این مهم،نیوتن قوانین سه گانه کپلر را درست فرض کرد و سپس به بیان تعاریفی سازگار دست زد.

او می بایست در بدو امر،دو تعریف خود را به گونه ای ارائه کند که از آنها بیضی بودن مسیر حرکت هفت سیّاره منظومی شمسی با فرض مرکزیّت خورشید در کانون این بیضی ها حاصل شود.شاید او می دانست که در تعریف نیرو با دو عامل بیش از هر عاملی مواجه است.نخست مقاومت ذاتی جسم در مقابل تغییر وضعیت خود،اینرسی،که او نام جرم اینرسی را بر آن گذارد و نیز تغییر سرعت،به گونه که بین حاصل ضرب این دو کمیّت و نیروی وارد بر هر نقطه مادی صلب نوعی تناسب بر قرار است.

از سویی دیگر او بدین نتیجه رسید برای رسیدن به قوانین کپلر فرم نیروهای عکس مجذور فاصله،بهترین تعریف برای کنش بین دو جسم با جرم لختی مشخص است.و او سر انجام بدون هیچ توضیحی قانع کننده جرم لختی و گرانشی را معادل فرض کرد.این امر در زمان او بدیهی نبود،امّا امروز با بررسّی نسبیّت عام آینشتاین این امر قابل توضیح است.

تعریف ها:

3-نیروی ذاتی مادّه،توان مقاومتی است که با آن،هر جسم تا وقتی که توان آن را دارد به حالت کنونی خود ادامه میدهد،خواه در حال سکون باشد خواه در حرکت مستقیم یکنواحت.

4-نیروی مؤثّر،عملی است که بر جسم اعمال می گردد تا حالت آن را،خواه حالت سکون و خواه حالت حرکت یکنواخت در امتداد خط راست،دگرگون سازد.

اصل موضوعه اوّل نیوتن:

-هر جسمی یا به حال سکون خود یا به حرکت یکنواخت خود در امتداد خط راست ادامه می دهدمگر نیروهایی[کنش هایی] که بر آن اثر می کنند آن را به تغییر حالت مجبور کنند.

برگفته شده از کتاب اصول ریاضی حکمت طبیعی

در مواجه اغلب افراد با مکانیک کلاسیک،بد فهمی اصل موضوعه اوّل نیوتن مشکلی رایج می نماید.غالبا افرار نمی توانند معنای آن را درک کنند.اغلب یا آن را بدیهی می پندارد و از خود می پرسند کاربرد آن در عمل چیست؟یا آن را حالت ابتدایی و خام اصل دوّم می پندارد که در آینده در مورد آن به اجمال سخن خواهیم گفت.

در پاسخ بدین سوأل که جایگاه اصل اوّل چیست،باید گفت این اصل یگانه مدخلی عملی است که فضا را برای پیریزی مکانیک آماده می سازد.این اصل یک آزمون است که بتوانیم تصوری از جسمی منزوی داشته باشیم و بتوانیم اجسام منزوی را از سایر اجسام تشخیص دهیم.به بیان پخته تر باید گفت:روی کرد ما نسبت به جهان از نوع نظاره کردن است[البته فقط در فیزیک کلاسیک].و صد البته هر ناظری اجازه ندارد در مورد جهان اظهار نظر کند.فقط ناظرهایی اجازه اظهار نظر کردن دارند که مشمول اصل اوّل نیوتن باشند.و به بیان امروزی ناظری لخت یا یک چهارچوب مرجع لخت باشند.به بیان دیگر چهارچوب مرجع لخت ناظری است که جهان را بدین گونه نظاره گر است:در غیاب هر گونه نبروی مؤثر یک جسم سکون یا حرکت یکنواخت خود را ادامه می دهد.

به عنوان مثال ناظری که سوار بر یک اتومبیل در حال شتاب گرفتن است،اجازه ندارد در مورد جهان پیرامون خود،سایر اصول را به صورت اولیه به کار برد،بلکه می بایست تغییراتی دستی در آنها اعمال کند.که این تغییرات دستی همان اضافه کردن مفهوم نیروهای مجازی در مورد ناظرهای غیر لخت می باشد.اگر این نیروها را به صورت دستی در چارچوب های مرجع غیر لخت وارد نکنیم،تحلیل سیستم ناقص و متناقض از کار در می آید.

گفته نیوتن بسیار قابل تأمّل است.او قصد داشت بر پایه روشی تجربی به مطالعه جهان پردازد.اگر چه او دست به تدوین اصول موضوعه ای زد.اما این اصول موضوعه بیش از آنکه مبنایی متافیزیکی صرف داشته باشند،برخاسته از تجربه و در راستایی بودند که به آسانی قدرت تطبیق با داده های تجربی را داشته باشند.مبنای حرکت نیوتن استقرا گرایی بود،که در آن روزگار مبنایی تمام و کمال برای پژوهشهای علمی شمرده می شد.استقراگرایی به مرور زمان توسط بزرگانی مانند هیوم،راسل،پوپر،پاره ای از وینی ها و نهایتاً پاره ای از آمریکا یی ها مورد مناقشه شدید واقع شد.هیوم نخستین فردی بود که بر استقرا تاخت.

مع ذالک،استقرا گرایی در آن روزگار موجهترین نقطه آغازین می نمود.نیوتن نیز برای آنکه از یک فیلسوف اسیر در متافیزیک ،به یک فیلسوف طبیعی تبدیل شود استقرا گرایی را سر لوحه کار خود قرار داد.در آینده در بحث پیرامون مبانی بنیادی نسبیّت و روش شناسی علمی آینشتاین و پوآنکاره بیشتر به مسأله علیّت و استقرا می پردازیم.

نیوتن در جایی گفته بود :اگر توانستم بدین مقام نایل شوم دلیل اصلی آن بالا رفتن از شانه غول ها بود.بدیهی است این غولها همان دکارت،گالیله و کپلر هستند.