نویسنده: ب.بی‌نیاز (داریوش)
درآمد
سرچشمۀ زندگی ما انسان‌ها و هر آن چه که پیرامون ماست، نور است. نور یعنی پرتوِ اختر (ستاره). اختران با مرگ خود (ابر نو اختر/سوپر نووآ) راه را برای زندگی سامانه‌های خورشیدی (منظومه‌های شمسی) نوین باز می‌کنند. تمامی عناصر شیمیایی که در پیکر ما و دیگر موجودات هست، ابتدا در دل اختران شکل گرفته و سرانجام این اختران به هنگام مرگ خود (ابر نو اختر)، این عناصر را (از ئیدروژن، هلیوم تا اکسیژن، کلسیم،کربن، آهن و … ) در کیهان رها می‌کنند تا در فرآیند برایش (Evolution) خود قرار بگیرند.
نیاکان دور ما در تجربۀ هزاران سالۀ خود پی بردند که بدون خورشید و نور آن، چیزی به نام زندگی وجود نخواهد داشت. به همین دلیل، در تمامی نقاط جهان، نخستین خدای انسان‌ها خورشید بود. ولی در این میان انسان توانست به خصوصیات و کیفیات آتش نیز پی ببرد. بدون کشف آتش، چیزی به نام تمدن به معنی امروزی وجود نمی‌داشت. انسان در ضمن کشف کرد که آتش و نور از یک جنس هستند. پس شگفت‌انگیز نیست که آتش در میان بخش بزرگی از نیاکان ما، به پدیده‌ای مقدس تبدیل شد. ایرانیان تا زمان فروپاشی ساسانیان جزو پیگیرترین مردمان جهان بودند که آتش را به مثابۀ نماد خدای نور در اشکال گوناگونش پرستش می‌کردند.
کشف آتش همچنین به انسان کمک کرد تا او طی چند هزار سال به این نکته پی ببرد که دستگاه گوارش‌اش غذای پخته را بهتر هضم می‌کند. همین پختن غذا (به ویژه گوشت) باعث شد که بخشی از هضم غذا در خارج از دستگاه گوارش ما انجام شود. پیامد پختن غذا برای انسان‌ها، کوچک شدن تدریجی معده و نیاز کمتر به گردش خون برای هضم غذا بود. همین روند باعث شد که به تدریج مغز انسان، بزرگ‌تر و کارآمدتر شود.
کشف آتش، نه تنها رژیم غذایی انسان را دگرگون کرد، بلکه انسان‌ها آرام آرام فرا گرفتند که آتش می‌تواند روی اجسام سخت مانند فلزات هم تأثیر بزرگ بگذارد. آتش و ذوب فلزات دو روی یک سکه‌اند.
باری، دانش ما از انتزاعی‌ترین بخش آن یعنی ریاضیات تا شیمی و از شیمی تا نویرولوژی و از نویرولوژی تا فناوری‌های انتقال داده‌ها (Data Transmission) به طور مستقیم یا غیر مستقیم پیامد شناخت نور و قانونمندیهای نهفته در آن است.
مروری کوتاه
در بخش یک گفته شد که نخستین بار پیش‌سقراطیان در سیسل، ملط و اله‌آ (الئا) بودند که به طور مشخص پرسش‌هایی دربارۀ نور طرح کردند. امپدوکلس و اقلیدوس در این حوزه حرف آخر را می‌زدند. سرانجام نظریۀ اقلیدوس دربارۀ نور مورد پذیرش همگان قرار گرفت و اقلیدوس توانست در همین راستا هندسۀ «اقلیدوسی» خود را بنا کند. اقلیدوس (مانند امپدوکلس) بر این نظر بود که منبع نور در چشمان ماست، یعنی نور از چشم ما خارج می‌شود به جسم برخورد می‌کند و بدین طریق می‌توانیم اجسام را ببینیم. این درک از نور اگرچه نادرست بود ولی توانست در معماری و ناوبری تحول بزرگی بوجود آورد. این نظریۀ نور بیش از ۱۰۰۰ سال مورد پذیرش همگان بود تا این که ابن هیثم بزرگ‌ترین مترجم آثار یونانی به عربی در سدۀ یازدهم این نظریۀ اقلیدوس را باطل اعلام کرد و گفت که نور مستقل از چشمان ما و اجسام وجود دارد، همۀ اجسام نور را بازتاب می‌دهند و این بازتاب به چشم ما برخورد می‌کند و ما از طریق دستگاه بینانی خود یعنی چشمان خود آن جسم را می‌بینیم. بعدها دکارت مقالات و رسالات فراوانی دربارۀ نور [به ویژه رنگها] نوشت و اعلام کرد که نور سفید، نور خالص است و سایر نورها، ناخالص هستند. او همچنین بر این نظر بود که رنگها وابسته به سرعت نور سفید است یعنی با تغییر سرعت نور سفید، رنگ‌های گوناگونی بوجود می‌آید.
سرانجام نظریۀ دکارت توسط نیوتن رد شد. نیوتن از طریق آزمایشات غیرقابل انکار – با کمک یک منشور- نشان داد که نور سفید، نور ناخالص است و سایر نورها، نور خالص هستند. این، یک انقلاب در درک نور بود. این نخستین ضربه به کلیسای کاتولیک بود که مدعی انحصار حقیقت بود و نظریۀ دکارت را نمایندگی می‌کرد. حالا کلیسا از سوی علوم تجربی نوین به ویژه در حوزۀ نور مورد تازش قرار گرفته بود. کلیسا نخستین ضربه را از گالیله (تلسکوپ) دریافت کرد، دومین ضربه را از رابرت هوک (میکروسکوپ) و سومین ضربه را نظریه نیوتن به آن وارد کرد.
چارلز داروین
در نگاه نخست نظریه داروین (۱۸۰۹-۱۸۸۲ م.) به حوزۀ زیست‌شناسی تعلق دارد و به موضوع نور ربطی ندارد. ولی چنین نیست! نقطۀ آغاز نظریۀ برایش (Evolution) داروین، گیاهان بود. علم آن زمان به این درک مشترک رسیده بود که گیاهان نخستین حلقه از زنجیرۀ غذایی روی زمین را تشکیل می‌دهند. یعنی اول گیاهان بوجود آمده‌اند بعد دیگر موجودات زنده. از سوی دیگر گفتنی است که گیاهان، پیامدِ روند فتوسنتز هستند، یعنی تبدیل انرژی نور خورشید به مواد شیمیایی- غذایی در گیاه. به سخنی دیگر، بدون نور خورشید، هیچ گیاهی روی زمین وجود نخواهد داشت: معادن زغال سنگ یا نفت که امروز به انرژی فسیلی شهرت دارند ماحصل یک روند چندین میلیون ساله تجزیه گیاهان به کربن است.
نظریۀ برایش داروین (در کتاب منشأ انواع)، بر این استوار است که ابتدا گیاهان بوجود آمدند و سپس دیگر موجودات تک یاخته‌ای که بعدها به پُریاخته‌ای دگرگون شدند. این فرآیند از نظر داروین به چند میلیارد سال نیاز داشت.
در آن زمان، هیچ ابزار اندازه‌گیری قابل اتکا وجود نداشت که بتوان عُمر زمین را اندازه‌گیری کرد. لُرد کلوین (۱۸۲۴- ۱۹۰۷ / Baron Kelvin) که یک فیزیکدان ولی طرفدار نظریۀ «آفرینش» (creationist) بود، همزمان داروین می‌زیست. مسئلۀ اساسی در این مقطع زمانی این بود که عُمر خورشید یا انرژی گرمایی آن چقدر می‌باشد. در آن زمان فقط زغال سنگ (کربن) به عنوان منبع قابل اتکا گرما شناخته شده بود. فرض بر این شد که اگر تمامی خورشید از کربن فشرده باشد، نیروی گرمایی آن چقدر طول می‌کشد. پس از محاسبات بسیار فراوان فیزیکدانان به ویژه لُرد کلوین به این نتیجه رسیدند که عُمر [گرمای] خورشید حداکثر ۲۰ میلیون سال است. زمانی که داروین در بستر مرگ بود، نتیجۀ عُمر خورشید را برایش آوردند: ۲۰ میلیون سال. این زمان، برای نظریۀ داروین بمانند چند ثانیه بود. شوربختانه داروین پیش از کشفیات دیگر که نظریه‌اش را تأیید می‌کردند درگذشت.
ارنست رادرفورت
ارنست رادرفورت (۱۸۷۱-۱۹۳۷ م. Ernest Rutherford)، فیزیکدان و شیمیدان اهل نیوزلند بود. در سال ۱۹۰۸ جایزه نوبل را در شیمی دریافت کرد. خدمت بزرگ رادرفورت، کشف فروپاشی هسته‌ای یا رادیواکتیوته بود. فروپاشی هسته‌ای مجموعه‌ای از فرایندهای ترکیبی گوناگون در هستۀ اتم‌های ناپایدار پرتوزا است که سرانجام به تولید ذرات زیراتمی (Subatomic particle) منجر می‌شود. به این ذرات زیراتمی که از فروپاشی تدریجی اتم‌های ناپایدار بوجود می‌آیند، پرتوهای رادیواکتیو می‌گویند. از طریق همین رادیو اکتیو می‌توان نیمه عمر عناصر را تشخیص داد. به زبان ساده‌تر، از روی نیمه‌عمر عناصر می‌توان تشخیص داد که عمر یک سنگ یا سنگواره (فُسیل) چقدر است. نخستین آزمایش رادرفورت روی یک سنگ بود که او عمر آن را ۵۰۰ میلیون سال تخمین زد. کشف رادیواکتیوته توسط رادرفورت سرانجام به این جا ختم شد که عمر زمین نه ۲۰ میلیون بلکه بیش از ۴٫۵ میلیارد سال است. کشف رادرفورت، نظریۀ برایش داروین را تأیید کرد. بعدها نیز پی بردیم که منبع سوخت / انرژی خورشید نه کربن بلکه از همجوشی اتمی (Nuclear Fusion) اتم‌های ئیدرون سرچشمه می‌گیرد. این همجوشی اتمی به مانند آن است که هر ثانیه در خورشید چندین میلیون بُمب اتمی از نوع هیروشیما منفجر می‌شوند.
اگر خوب دقت کنیم متوجه می‌شویم که نظریۀ داروین و تشخیص عُمر زمین با شناخت جنبه‌های دیگری از نور یعنی شناخت پرتوهای ناپایدار (رادیوآکتیوته) گره می‌خورد. نظریۀ برایش داروین و کشف رادیواکتیوته رادرفورت در واقع تیر خلاص به جهان‌بینی دینی ادیان یکتاپرست بود. برای نخستین بار در تاریخ بشری با مدارک واقعی و ملموس ثابت گردید که انسان مخلوق خدا (یهوه/روح‌القدس/الله) نیست، بلکه محصول پروسه‌ای بس طولانی است.
مایکل فارادی و ماکسول
مایکل فارادی (۱۷۹۱-۱۸۶۷ م.) فیزیکدان و شیمیدان انگلیسی بود که دستاورهای مهمی در هر دو حوزه داشته است. او نخستین کسی بود که میدان الکترومغناطیس را در فیزیک بنیان نهاد و از طریق آزمایشات گوناگون نشان داد که میدان مغناطیسی روی نور تأثیر می‌گذارد. یکی از اختراعات او دستگاه‌های چرخندۀ الکترومغناطیس است که اساس موتور الکتریکی را تشکیل می‌دهد.
این شناخت که نور و میدان مغناطیسی در یک بده بستان متقابل هستند، پیش درآمد یک تحول بزرگ علمی شد که توسط ماکسول (۱۸۳۱-۱۸۷۹ م.) به فرجام رسید. ماکسول یک ریاضیدان نابغه بود و می‌دانست که هر شناخت علمی را باید بتوان به زبان ریاضی بیان کرد. او چهار معادله ریاضی برای توضیح نور و الکتریسته نوشت. یکی از این معادلات رابطۀ الکتریسته و میدان مغناطیسی را توضیح می‌دهد. شاید بتوان گفت که بخشی از حقیقت نور در این چهار معادله نهفته است. ماکسول با دقت ویژه‌ای نشان داد که نور، الکتریسته و مغناطیس در پیوند مستقیم با هم هستند یا دقیق‌تر گفته شود این سه پدیده از یک جنس‌اند و به همین دلیل قابل تبدیل به یکدیگر می‌باشند. و درست به همین دلیل می‌توان نتیجه گرفت که نور آن چیزی نیست که ما فقط از طریق حواس خود (چشمان) مشاهده می‌کنیم. البته گفتنی است که کشفیات ماکسول برای دانشمندان همزمانش چندان قابل هضم نبود. طبق نظر ماکسول نور از جنسِ الکترو-مغناطیس است که در شکل امواج پخش می‌شود. در یک سو، رنگ سرخ قرار دارد که برای چشم انسان‌ها بالاترین طول موج را دارد و در سوی دیگر آن کوتاه‌ترین طول موج (برای چشم انسان) قرار دارد که رنگ بنفش می‌باشد. درست به همین دلیل که چشم انسان فقط می‌تواند سرخ تا بنفش را ببیند، ماکسول نتیجه گرفت که باید طول موج‌های بلندتر از سرخ و کوتاه‌تر از بنفش وجود داشته باشند ولی برای چشم ما نامرئی هستند. امروزه ما طول موج‌هایی که بلندتر از نور سرخ مرئی هستند، فروسرخ (Infrarot) و به طول موج‌های کوتاه‌تر از بنفش را فرابنفش (Ultraviolet) می‌گوئیم.
اگرچه انسان رنگ‌های میان سرخ و بنفش را می‌تواند ببیند ولی ما با چشمان غیر مسلح فقط می‌تواند «میانگین» این رنگها را ببینیم و بسیاری از تغییرات ظریف رنگها (مثلاً همۀ رنگ‌های سرخ یا سبز) را نمی‌توانیم ببینیم.
دستاوردِ ماکسول به ویژه چهار معادلۀ او تحول بزرگی در زندگی انسان‌ها بوجود آورد. حالا مهندسان می‌توانستند از طریق مغناطیس، برق تولید کنند. این بدین معناست که ما با شناخت نور و قوانین آن توانستم به مقیاس کوچکی برای خود نور تولید کنیم. دستاوردهای ماکسول، راه را برای تولید الکتریسته باز کرد.
جوزف سوان و توماس ادیسون
جوزف سوان (۱۸۲۸-۱۹۱۴ م.) فیزیکدان و شیمیدان انگلیسی بود. نخستین کسی بود که توانست الکتریسته تولید شده را از طریق لامپ به نور تبدیل کند. لامپی که سوان اختراع کرد، معروف به لامپ نئونی است. او پس از آزمایش‌های فراوان به این نتیجه رسید که می‌توان نخ پنبه‌ای را کربنیزه کرد و سپس الکتریسته را از آن عبور داد. او نخستین فرد پیش از ادیسون بود که اختراع خود را به ثبت رساند. ولی تولید نور از طریق الکتریسته به تنهایی کافی نبود. زیرا برای استفاده همگانی باید بتوان برق را ابتدا در مقیاس بزرگ تولید کرد، آن را انتقال داد و سپس یک شبکۀ برای آن بوجود آورد.
در ایالات متحد آمریکا یک نابغۀ دیگر در صدد بر آمد تا این امر خطیر را به فرجام برساند. توماس ادیسون آمیزه‌ای از دانشمند نظری، مهندس و تاجر بود؛ او توانست با پیگیری ویژه‌ای الکتریسته و روشنایی را به یک پدیدۀ همگانی تبدیل کند. ادیسون پس از آن که لامپ خود را اختراع کرد (از نخِ کربنیزه شده) این پرسش را پیش خود نهاد که چگونه می‌توان این لامپ را از آزمایشگاه به عرصۀ عمومی رساند.
ادیسون یک سازماندۀ بزرگ بود. او توانست با کمکِ همکارانش نخستین نیروگاه تولید الکتریسته، انتقال برق و انتقال آن به خانه‌ها و کارخانه‌ها را طراحی کند. زیرا ما تا آن زمان هیچ تجربه‌ای در این زمینه نداشتیم. ادیسون موفق شد پس از مدتی الکتریسته و لامپ را به یک کالای همگانی تبدیل کند. ولی او یک مشکل بزرگ داشت: تولید برق و انتقال آن سرمایه‌های هنگفتی را می‌بلعید و به همین دلیل مصرف برق در شب هزینه‌های تولید را نمی‌توانست پوشش بدهد. به موازات تولید برق، بسیاری از مهندسان و به ویژه خود ادیسون بر آن شدند که وسایل خانگی‌ای (مانند ماشین رخت‌شویی یا جاروبرقی و …) را طرحی و تولید کنند که با برق کار می‌کنند. به عبارتی سبک زندگی امروزی ما، بدون دستاوردهای ادیسون ناممکن می‌بود.
الکتریسته زندگی انسان‌ها را زیر و رو کرد. زندگی انسان‌ها تا آن زمان هنوز وابسته به نور خورشید بود و به دو قسمت شب و روز تقسیم می‌شد. با گسترش الکتریسته، جوامع ما به جوامع 24 ساعته تبدیل شدند: شناخت نور سرانجام به تولید نور توسط ما انسان‌ها ختم گردید.
باز هم پرسش‌های نوین
جوزف جان تامسون و ماکس پلانک
جوزف جان تامسون (۱۸۵۶-۱۹۴۰ م.) فیزیکدان انگلیسی و برندۀ جایزه نوبل فیزیک بود. او کاشف الکترون است (مانند امیل ویشرت آلمانی) و توانست نظریۀ الکترو دینامیک ماکسول را بسط و توسعه بدهد. او طی آزمایشی به این نتیجه رسید که مغناطیس بر اشعه کاتُد مؤثر واقع می‌شود و سپس نتایج آزمایشات خود را با معادلات ماکسول مورد کنترل قرار داد. ولی معادلات ماکسول پاسخگوی نتایج آزمایشات تامسون نبودند. زیرا این ذرات یعنی پرتوی کاتُدی یا اشعۀ الکترونی از اتم کوچک‌تر بودند. تا آن زمان، هنوز اتم کوچک‌ترین ذره به شمار می‌رفت. کشف پرتوی کاتُدی عملاً برای علم آن زمان یک شوک بود. هیچ کس نمی‌توانست باور کند که ذره‌ای از اتم کوچک‌تر باشد. امروزه هر دانش‌آموزِ دبیرستان می‌داند که این ذره هیچ چیز جز «الکترون» (بار منفی) نیست که پیرامون نوترن (خنثی) و پروتون (بار مثبت) می‌گردد.
ماکس پلانک (۱۸۵۸-۱۹۴۷ م.) فیزیکدان آلمانی و پایه‌گذارِ فیزیک کوانتم و برندۀ جایزۀ نوبل فیزیک (۱۹۱۸) می‌باشد. ماکس پلانک بر آن شد تا سرچشمۀ خطای ماکسول را توضیح بدهد. ولی در طی آزمایشات خود به یک پدیدۀ غیرمنطقی برخورد کرد. پیش‌تر ماکسول کشف کرده بود که نور به صورت موجی پخش می‌شود، او به همین دلیل فکر می‌کرد که هر چه اجسام داغ‌تر شوند از خود نور بیشتری بیرون می‌دهند. از سوی دیگر تامسون در آزمایشات خود مشاهده کرده بود که نور به صورت ذرات (الکترون) پخش می‌شوند.
پلانک پس از طی آزمایشات گوناگون که در شرایط گوناگون عملی می‌شدند به این نتیجه رسید که نور گاهی به صورت موجی و گاهی به صورت ذره‌ای پخش می‌شود. به اصطلاح نور از یک «شخصیت دوگانه» برخوردار است. کیفیت ذره‌ای نور مبنای فیزیک کوانتم شد. به عبارتی فیزیک کوانتم بر خصلت دوگانۀ موجی-ذره‌ای نور استوار شده است. فیزیک کوانتم به ویژه به توضیح جهان ذره‌ای می‌پردازد. ما امروزه بسیاری از پدیده‌ها به ویژه خصوصیات فیزیکی-شیمیایی مواد (مانند رنگها، فرومغناطیس، توانایی رسایی الکتریکی و …) را با فیزیک کوانتم توضیح می‌دهیم. فیزیک کوانتم در کنار تئوری نسبیت اینشتاین مهم‌ترین نظریه فیزیکی است.
شناخت نور سرانجام به نظریۀ نسبیت اینشتاین، استفاده از انرژی اتمی، لیرز و سرانجام به تولید میکروسکوپ‌های الکترونی و تلسکوپ‌های لیرزی منجر گردید.
نتیجه‌گیری
شناخت نور، یعنی شناخت قانونمندیهای آن و شناخت قانونمندی‌ها، بازتاب خود را در ریاضیات می‌بیند. ما امروز از طریق شناخت نور بدینجا رسیدیم که عُمر زمین بیش از ۴٫۵ میلیارد سال است. ادیان یکتاپرست که بر انجیل عهد عتیق استوار شده‌اند این فکر را نمایندگی می‌کنند که خدا، جهان را در شش روز آفرید (کتاب پیدایش) یا در قرآن آمده است: «انَّ رَبَّكُمُ اللَّـهُ الَّذِي خَلَقَ السَّمَاوَاتِ وَالْأَرْضَ فِي سِتَّةِ أَيَّامٍ» (در حقيقت پروردگار شما آن خدايى است كه آسمانها و زمين را در شش روز آفريد) [سورۀ اعراف، آیه ۵۴]. ولی مهم‌تر از این نکته که جهان در شش روز آفریده نشده، مسئلۀ دیگر این بود که انسان‌ها تصور می‌کردند که «خدا جهان را به همین شکلی که ما می‌بینیم آفریده است». در حالی حالا می‌دانیم که زمین در طی این ۴٫۵ میلیارد سال بارها و بارها تغییر کرده است، قاره‌ها به هم پیوستند و دوباره به دلیل حرکت صفحات زمین از هم جدا شده‌اند. امروز می‌دانیم که چند میلیون سال دیگر، نه از کوه‌های هیمالایا اثری خواهد بود و نه از کوه‌های آلپ. زمین یک ارگانیسم زنده است که دایماً در حال تغییر است. علت اصلی تغییرات وقفه‌ناپذیر زمین، هستۀ آن است. هستۀ زمین، این گوی آتشین، همان علت‌العللی است که باعث زلزله‌ها، آتشفشان‌ها و شکل‌دهی موجودات زنده نوین می‌شود. در حقیقت، زمین در درون خود یک گوی آتشین دارد که به اندازۀ سیارۀ مارس می‌باشد. بسیاری از موجودات زنده که در اعماق اقیانوس‌ها زندگی می‌کنند و نور خورشید به آن‌ها نمی‌رسد، از انرژی هستۀ زمین استفاده می‌کنند. و گوی آتشین درون زمین یک وظیفۀ بسیار بزرگ‌تر دیگر دارد و آن‌هم ایجاد یک میدان مغناطیسی پیرامون زمین است که ما را در برابر اشعه‌های مرگبار خورشید حفاظت می‌کند. بدون میدان مغناطیسی پیرامون زمین، زندگی بر روی زمین ناممکن می‌بود.
از سوی دیگر، از طریق شناخت نور پی بردیم که جهان امروز با جهان ۵۰ میلیون سال پیش بسیار متفاوت است. در حال حاضر، هر روز ۲۴ ساعت است و هر فصلی سر جای خودش است. ولی همیشه این گونه نبوده و این گونه نخواهد بود. در آغاز تولد زمین، روزها فقط شش ساعت بودند. علت این هم در نزدیکی ماه به زمین نهفته بود. ولی به تدریج فاصلۀ ماه از زمین دور شد تا امروز که زمین برای یک بار گردش به دور خودش به ۲۴ ساعت نیاز دارد. امروزه می‌دانیم که ماه هر سال ۳٫۸ سانتی‌متر از زمین دور می‌شود یعنی در چند میلیون سال آینده، روزها بسیار طولانی‌تر از ۲۴ ساعت خواهند بود.
باری، هیچ چیز ثابت و لایتغیر وجود ندارد، همه چیز در حال شدن است. و این گزاره، تمامی اصل آفرینش را زیر علامت بزرگی از پرسش قرار می‌دهد. از سوی دیگر باید گفت که هر چه شناخت ما از نور بیشتر می‌شود، پرسش‌های ما هم بیشتر می‌شود. و نباید فراموش کرد که منبع نور، یعنی خورشید، ۱۵۰ میلیون کیلومتر از ما فاصله دارد، نورش پس از حدود ۸ دقیقه به ما می‌رسد و با قطری برابر با ۱۴۰ میلیون کیلومتر می‌تواند ۱۰۰۰ بار زمین را در خود جای بدهد. این بدین معناست که شناخت ما از خورشید و نور همیشه محدود باقی خواهد ماند.
