300 سال برداشت اشتباه از یک قانون بنیادی فیزیک ، آیا اولین قانون حرکت نیوتن را اشتباه متوجه شده ایم؟
به گزارش مجله فناوری، در سال 1687، زمانی که آیزاک نیوتن (Isaac Newton) قوانین مشهور حرکت خود را بر روی کاغذ ثبت کرد، شاید هرگز تصور نمی کرد که سه قرن بعد، دانشمندان و فلاسفه همچنان درباره تفسیر دقیق آنها بحث نمایند. این قوانین که به زبان لاتین نوشته شده اند، بارها ترجمه و بازنویسی شده اند و به یکی از پایه های اساسی فیزیک کلاسیک تبدیل شده اند. اما یک فیلسوف زبان و ریاضیات معتقد است که ما اولین قانون حرکت نیوتن را در تمام این سال ها کمی اشتباه متوجه شده ایم.
این کشف، که نتیجه یک آنالیز دقیق در متون تاریخی است، نشان می دهد که یک اشتباه کوچک در ترجمه اولیه از لاتین به انگلیسی، باعث برداشت نادرست از معنای دقیق قانون اول نیوتن شده است. این موضوع شاید به نظر صرفاً یک بحث زبانی بیاید، اما از نظر بعضی محققان، می تواند درک ما از یکی از بنیادی ترین اصول فیزیک را تغییر دهد.
آیا یک کلمه لاتین، باعث سوءتفاهمی 300 ساله شده است؟
در ترجمه سال 1729 از کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعی (Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica)، اولین قانون حرکت نیوتن به این شکل ترجمه شد:
هر جسمی که در حالت سکون باشد، در همان حالت باقی می ماند و هر جسمی که در حرکت باشد، در یک خط مستقیم و با سرعت ثابت حرکت می نماید، مگر اینکه نیروی خارجی به آن اعمال گردد.
این تفسیر، به این معنی است که اگر هیچ نیرویی بر یک جسم وارد نگردد، حرکت آن تغییر نخواهد کرد. این برداشت به نظر صحیح می رسد، اما یک اشکال مهم دارد: در دنیا واقعی، هیچ جسمی کاملاً از نیروهای خارجی جدا نیست.
اما دنیل هوک (Daniel Hoek)، فیلسوف دانشگاه ویرجینیا تک (Virginia Tech)، هنگام آنالیز دقیق نسخه لاتین کتاب نیوتن، متوجه شد که در ترجمه اولیه یک کلمه کلیدی به اشتباه تفسیر شده است:
کلمه quatenus در متن اصلی لاتین به معنی تا جایی که است، اما در ترجمه انگلیسی به اشتباه مگر اینکه ترجمه شده است.
چرا این تفاوت کوچک، اهمیت زیادی دارد؟
این تغییر ظاهراً کوچک، تأثیر بزرگی در نحوه درک ما از قانون اول نیوتن دارد. در ترجمه اشتباه، قانون اول به این معناست که یک جسم تا زمانی که نیرویی به آن وارد نگردد، به حرکت خود ادامه می دهد. اما ترجمه صحیح تر نشان می دهد که هر تغییری در سرعت یا جهت یک جسم، نتیجه یک نیروی خارجی است.
???? تفسیر سنتی (نسخه اشتباه ترجمه شده):
یک جسم در سکون یا حرکت مستقیم باقی می ماند، مگر اینکه نیرویی آن را تغییر دهد.
???? تفسیر صحیح تر (بر اساس متن اصلی لاتین):
هر تغییری در حرکت، به علت وجود یک نیروی خارجی است.
این تفاوت، شاید در نگاه اول ناچیز به نظر برسد، اما از نظر فلسفی و فیزیکی یک تغییر بنیادین در نحوه بیان قانون است. در تفسیر نو، نیوتن نمی گوید که اجسام بدون نیرو حرکت می نمایند، بلکه می گوید که تمام تغییرات حرکت، نتیجه نیروهای خارجی هستند.
چرا نیوتن از این جمله بندی استفاده نموده بود؟
یکی از سوالات مهمی که همواره در خصوص قانون اول نیوتن مطرح شده این است که چرا او قانونی را بیان نموده که عملاً در دنیای واقعی هرگز دیده نمی گردد؟
در دنیا ما، همواره نیروهای خارجی مانند گرانش، اصطکاک و مقاومت هوا بر اجسام تأثیر می گذارند. پس چرا نیوتن چنین قانونی نوشت؟
دانیل هوک و بعضی دیگر از فلاسفه علم، اکنون معتقدند که هدف نیوتن از قانون اول، در واقع کشف نیروهای خارجی بود. او می خواست نشان دهد که هر تغییری در حرکت، به علت نیرویی است که بر جسم وارد می گردد. به همین علت، او در کتاب خود سه مثال مهم از اجسام در حال حرکت را ارائه کرد، که یکی از آنها چرخش یک فرفره (Spinning Top) است.
???? چرخش فرفره:
یک فرفره در حال چرخش، به علت اصطکاک هوا و سطحی که روی آن واقع شده است، به تدریج کند شده و از حرکت بازمی ایستد. نیوتن از این مثال استفاده کرد تا نشان دهد که حتی در مواردی که به نظر می رسد جسمی خودبه خود متوقف می گردد، در واقع نیروهای خارجی (مانند اصطکاک) باعث تغییر حرکت آن شده اند.
چرا این کشف در فیزیک مدرن مهم است؟
از نظر دانشمندان و مهندسان امروزی، این تغییر در تفسیر قانون اول نیوتن، مبنای فیزیک را تغییر نمی دهد، اما درک دقیق تری از دیدگاه نیوتن ارائه می دهد.
به زبان ساده: نیوتن قصد نداشت بگوید که اگر هیچ نیرویی نباشد، جسم حرکتش را حفظ می نماید، بلکه می خواست بگوید که هر تغییری در حرکت، نشان دهنده وجود یک نیروی خارجی است.
این ایده، همان چیزی است که امروزه در فیزیک نجومی و مکانیک کلاسیک برای تحلیل حرکت سیارات، کهکشان ها و حتی ذرات زیراتمی به کار می رود.
چگونه این برداشت نو، ما را به فضا پیوند می دهد؟
حرکت ایستگاه فضایی بین المللی (ISS):
ایستگاه فضایی در مدار زمین واقع شده است، اما در یک مسیر کاملاً مستقیم حرکت نمی نماید. بلکه در یک مدار منحنی واقع شده است، زیرا نیروی گرانش زمین بر آن اثر می گذارد.
چرخش کهکشان ها و ستارگان:
تمام تغییرات در سرعت و مسیر کهکشان ها، نتیجه نیروهای گرانشی و ماده تاریک است، نه اینکه صرفاً بدون علت در مسیر خود باقی بمانند.
به این ترتیب، قانون اول نیوتن، نه تنها برای اجسام روی زمین، بلکه برای تمام کهکشان ها و ستاره ها نیز صدق می نماید.
نتیجه گیری: یک اصلاح کوچک، یک درک عمیق تر
✅ برداشت سنتی: اجسام در حرکت باقی می مانند مگر اینکه نیرویی بر آنها وارد گردد.
✅ برداشت اصلاح شده: هر تغییری در حرکت، نشانه ای از وجود یک نیروی خارجی است.
???? این اصلاح شاید معادلات فیزیک را تغییر ندهد، اما نشان می دهد که نیوتن دقیقاً چه چیزی را در فکر داشته است. او قصد داشت بگوید که همه اجسام، چه روی زمین و چه در فضا، تحت تأثیر نیروهایی هستند که حرکت آنها را شکل می دهند.
این کشف نو باعث نمی گردد فیزیک تغییر کند، اما دیدگاه ما را نسبت به نیوتن و قوانینش شفاف تر می نماید.
منبع
منبع: یک پزشک