گذری بر تاریخ فیزیک و مکانیک در تمدن اسلامی

مقدمه:

 خداوند متعال در قرآن کریم با بیان آیات الهی در طبیعت به تعمّق اهل تفکر در آن تشویق نموده، و همچنین با بیان آفریده شدن آسمان‌ها و زمین به حق و مبری بودن از باطل و شمردن تفکر جزو اوصاف اولی الباب بندگان خویش را به اندیشیدن هدایت نموده است.  دانشمندان مسلمان با پیروى از آنچه قرآن بدان توجه داده است و در جهت گستردگى فرهنگ عظیم اسلامى که به وجود آورده بودند، تحقیقات و فعالیت هایى در زمینه خواص طبیعى اشیاء انجام داده، به فرهنگ و تمدن اسلامى غناى بیشترى بخشیدند. آنان در سه زمینه فیزیک ، مکانیک و شیمى که هر کدام از زاویه خاصى به طبیعت اشیاء مى‌نگرند، آثار جالب و ماندنى از خود به یادگار گذاشتند . 

ننوشتن تاریخ علم توسط مسلمان‌ها (به علت کاهلی یا از بین رفتن آثار) نقیصه مهمی است که جوانان و دانشمندان ما را به سمت از خودباختگی و غرب زدگی هدایت می‌کند. در تمام آثار دانشگاهی کمتر از خوارزمی به عنوان پدر علم رایانه یاد می‌شود و نم?‌دانیم اسم الگور?تم رو از نام او گرفتند الخوارزم?.قانون سوم ن?وتن - هر عمل? را عکس العمل? است - ع?ناْ از قانون عل?ت منتج م? شود و بوعل? س?نا قرن ها پ?ش در شفا چن?ن نگاشته است که اگر نبود اصطکاک جسم? که در فلک متحرک بود هرگز از حرکت باز نم? ا?ستاد. 

رس?دن به منبع و سرچشمه اصل? علم ف?ز?ک به اندازه رس?دن به سرچشمه بس?ار? از رودها? بزرگ دشوار است. همانگونه که ?ک رود بزرگ از چند?ن چشمه کوچک حاصل م?‌گردد، چشمه‌ها?? که رود عظ?م علم ف?ز?ک را بوجود آورده‌اند، در سراسر زم?ن پراکنده بودند که انسان اول?ه ، ?عن? انسان متفکر بر آن سکونت داشته است. اما به نظر م?‌رسد که ب?شتر ا?ن مردم در دامنه جنوب? شبه جز?ره بالکان (?ونان باستان) بوده‌اند. جالب توجه است که ملل قد?م? د?گر مانند بابل?ان و مصر?ان که در توسعه ر?اض?ات و نجوم سه?م بوده‌اند، در پ?شرفت ف?ز?ک ه?چ سهم? نداشته‌اند.

سابقه ‌فیزیک و مکانیک قبل از اسلام

تالس -که در شش قرن قبل از میلاد می زیسته - ثابت کرد که از مالش کهربا خاصیتی در آن ظاهر می‌شود که اجسام سبک را جذب می‌کند. همچنین فیثاغورث ریاضیدان و حکیم معروف یونانی، با اطم?نان از ا?نکه اعداد بر جهان حکومت م?‌کنند به تحق?ق درمورد رابطه م?ان طول تارها در آلات موس?ق? پرداخت که ترک?بات هماهنگ? از اصوات تول?د م?‌کنند. ا?ن کشف?ات او شا?د نخست?ن ب?ان ر?اض? ?ک قانون ف?ز?ک? باشد و بتواند نخست?ن گام در پ?دا?ش ف?ز?ک نظر? باشد. ارسطو ( چهار قرن قبل از میلاد) با تقسیم‌بندی علوم، "همه‌ی چیزهای عالم کون و فساد" را فوسیس -کلمه‌ای یونانی برگرفته از معنی طبیعت است- نام نهاد. 

ارشمیدس (سه قرن قبل از میلاد) دانشمند علم مکان?ک بوده که قوان?ن اهرمها را ب?ان نموده و مسأله ?افتن مرکز ثقل هر جسم مع?ن را مورد بحث قرار داد. مهمتر?ن کشف ارشم?دس قانون او درمورد اجسام غوطه ور در ?ک ما?ع (بر کلیه اجسام غوطه‌‌ور در سیال فشاری از زیر وارد می‌آید که مقدار آن مساوی است با وزن سیال تغییر مکان یافته) م?‌باشد. او وسایلی از قبیل جرثقیل، منجنیق، میزان الغلظه و پیچ ارشمیدس را اختراع نمود. بطلمیوس نیز منجم و ریاضیدان یونانی قرن دوم میلادی تحقیقات عمیقی راجع به نور کرده است. پس از بطلمیوس تحقیقات فیزیکی تا مدت‌های مدیدی متوقف شد.

ادامه و تکامل فیزیک و مکانیک در جهان اسلام

نخستین فیزیکدان بزرگ مسلمین جابر است که بارها از او به عنوان پیشگام «یعقوب بن اسحق کندى » در علوم مختل یاد شده است. کندی بیش از 265 جلد کتاب و رساله در فنون مختل از جمله 15 کتاب در زمینه هواشناسى ، فضاشناسى ، وزن مخصوص ، جزر و مد و انکسار نور نوشته است . متاسفانه باید گفت که تمام آثار این دانشمند بزرگ مفقود شده است و تنها «راجر بیکن » ترجمه لاتین کتابى که کندى درباره نور نوشته بوده ، در اختیار دانشمند اروپائى بوده است .

اولین رساله درباره مکانیک به اسم کتاب  الحیل توسط  احمد، حسن و محمد معروف به  فرزندان موسى بن شاکر نوشته شده است. این کتاب که در حدود سال 229 خورشیدی (850 میلادی) نوشته شده است. این کتاب بی‌نظیر تعداد زیادی کارهای عجیب و جالب و دستگاه‌های خودکار را دربر می‌گیرد. ابن خلدون، می‌نویسد: کتابی در زمینه‌ی مکانیک از احمد، فرزند موسی به جای مانده که کتاب اسرارآمیزی است و تمامی شیوه‌ها و تدبیرهای زیبا، مبهوت‌کننده و برجسته‌کارهای خودکار مکانیکی را بازگو می‌کند.

احمد فرزند موسی خراسانی را می‌توان از پیشگامان شگردشناسی (تکنولوژی) دانش مکانیک در دوران پس از اسلام، در ایران و جهان، به‌شمار آورد. با توجه به آن‌چه احمد، فرزند موسی شاکر خراسانی،‌ نوشته است، باید قبول کنیم که وی به‌طور گسترده بر قوانین و قواعد حاکم بر دانش مکانیک و به‌ویژه فرمول‌های ریاضی پنوماتیک (Pneumatic) و هیدرواستاتیک(Hydrostatic)، آگاهی و احاطه‌ی کامل داشته است. به‌کارگیری احمد از دریچه‌ها (سوپاپ‌ها)یی که به‌طور خودکار عمل می‌کنند و ابزارهای دقیق زمان‌سنجی و روش‌های درنگ کننده و دیگر ابزارهای دقیق ساخته شده، نشان‌گر نبوغ اوست. 

برخی کارهایی او نشان‌دهنده‌ی عملکرد یک میل‌لنگ می‌باشد که حداقل پانصد سال پیش‌تر از طرح شناخته شده‌ی الگوی میل‌لنگ در اروپا، است. البته باید توجه داشت، آن‌چه را که او ساخته بود، نمی‌توانست یک چرخش کامل انجام دهد اما با یک دستکاری کوچک می‌توان آن را به یک میل‌لنگ کامل تبدیل کرد. طرح اولیه‌ی دریچه‌ها (سوپاپ‌ها)ی مخروطی که وسیله‌ی "لئوناردو داوینچی"، نابغه‌ای ایتالیایی، طراحی شده است می‌تواند از روی کتاب «‌‌‌‌‌‌الحیل» برگرفته شده باشد. 

از مهم‌ترین کارهای این برادران و به ویژه احمد در کارهای مهندسی مکانیک، هدایت و کاربرد درست افزار و آلاتی است که پنهان از چشم بینندگان در دل دستگاه‌های کار گذاشته شده و در اثر فشار آب یا هوا کار می‌کنند. در کتاب «‌‌‌‌‌الحیل»، تعداد 103 طرح با شرح کامل آن، آورده شده است که هر کدام شاهکار طراحی و مهندسی زمان خود است. اصولی را که وی در طراح‌هایش از آن‌ها، پیروی کرده، امروزه نیز به همان روش، عمل می‌شود. بدین سان، طراحی‌های انجام شده وسیله‌ی احمد، فرزند موسی خراسانی در نزدیک به 1200 سال پیش، هنوز از نظر علمی تازگی خود را از دست نداده‌اند. او با کمال سعه‌ی صدر، ساخت همه این دستگاه‌ها را با جزییات شرح داده و شکل آن‌ها را کشیده است که بتواند مورد کاربرد دیگران باشد. احمدبن موسی بن شاکر خراسانی، چرخ‌های آبی، پمپ‌ها و ماشین‌هایی ساخت که برای بالا کشیدن آب به کار می‌رفتند. ساعت‌هایی که با فشار آب، فشار جیوه، اثر حرارت شمع یا وزنه به حرکت در می‌آمدند و نوعی ساعت خورشیدی زنگ‌دار از نوآوری‌های مسلمانان است.

گرچه همه‌ی طرح‌های وی خود نوآوری و ابتکار بزرگی است اما قابل توجه‌ترین طرح‌های ارایه شده از سوی احمد خراسانی، عبارتند از:  فواره‌ای که آب را به دو گونه بیرون می‌دهد: به صورت گل لاله و مانند کاسه‌ی وارونه. فواره‌ای که با یک افشان مرکزی و افشان‌های جانبی، کار می‌کند و مرتب تغییر شکل می‌دهد. مخزن آب که به طور خودکار پر می‌شود. ظرفی که از آن آب یا شربت خالص و یا مخلوطی از آن دو خارج می‌شود. ظرفی که وقتی شیر آن را باز کنیم، همیشه مقدار معینی مایع از آن خارج می‌گردد.  سماوری که وقتی آب سرد داخل آن ریخته شود، از شیر آن آب گرم خارج می‌شود. ظرفی که حیوانی از آن آب می‌نوشد و هنگامی که آب ظرف تمام شد، به صدا درمی‌آید.

حسن‌ابن‌ه?ثم، ف?ز?کدان برجسته قرن چهارم و پنجم هجر? را نخست?ن کس? است که فعال?ت‌ها? علم? را به ش?وه امروز? انجام داد. نگرش به پد?ده تحق?ق در دن?ا? امروز چن?ن است. از طر?ق مشاهده و اندازه‌گ?ر?، اطلاعات تازه‌ا? به دست آور?م؛ دانش‌ها? قبل? را اصلاح و جمع‌آور? کن?م، بر پا?ه آنها فرض?ه‌ا? را ارا?ه ده?م و با آزما?ش ا?ن فرض?ه برا? توض?ح داده‌ها، به ?ک نظر?ه برس?م. ا?ن روش? است که ما امروزه در علوم انجام م?‌ده?م.

معمولا ادعا م?‌شود که روش علم? نو?ن تا اوا?ل قرن هفدهم، زمان?‌که فرانس?س ب?کن و رنه دکارت آن ‌را بن?ان نهادند، وجود نداشت؛ پروفسور ج?م الخل?ل? می‌گوید: "من ه?چ شک? ندارم که ا?ن ابن ‌ه?ثم بود که اول?ن بار آن ‌را پا?ه‌گذار? کرد. در حق?قت با تاک?د او رو? داده‌ها? تجرب? و تکرارپذ?ر? نتا?ج، عموما از او به عنوان اول?ن دانشمند واقع? ?اد م?‌شود."

ابن ‌ه?ثم اول?ن دانشمند? بود که د?د درست? از نحوه د?دن اش?ا توسط انسان ارائه کرد. او به طور تجرب? ثابت کرد که آن‌چه نظر?ه انتشار نور نام?ده م?‌شود، غلط است. ا?ن نظر?ه که از سو? بزرگان? چون افلاطون، اقل?دس و بطلم?وس پذ?رفته شده بود، ب?ان م?‌دارد که نور از چشم ما به چ?زها?? که م?‌ب?ن?م، ساطع م?‌شود. او نظر?ه جد?د? را بن?ان گذارد که تا امروز هم صادق است: ما م?‌ب?ن?م چون نور از اش?ا به چشم ما م?‌تابد. کار د?گر? که و? انجام داد و ه?چ دانشمند? تا آن زمان برا? انجامش کوشش نکرده بود، استفاده از ر?اض?ات برا? توض?ح و اثبات ا?ن فرا?ند بود. در نت?جه او را م?‌توان اول?ن ف?ز?کدان نظر? هم دانست.

ابن هیثم قانون‌های شکست نور را کشف کرد. به روش علمی ثابت کرد که بازتاب پرتوهای نور از روی چیزها به چشم، باعث تشکیل تصویر معکوس روی شبکیه‌ی چشم می‌شود. او نخستین دانشمندی است که از نقش مغز در تفسیر تصویر سخن گفته است. ارتفاع جو زمین را با بررسی شکست نور محاسبه کرد. قانون اول ترمودینامیک را شرح داد. اتاق تاریک درست کرد و با آن آزمایش انجام داد. او چرخ تراشی داشت که با ان عدسی‌ها و آیینه‌های خمیده را برای تجربه‌های خود می‌ساخت. البته تنها کتاب "المناظر" او به خوبى مى تواند شخصیت فوق العاده وى را نشان دهد حتى کپلر و راجر بیکن و امثال آنها نیز زیاد از حد از آن استفاده نموده‌اند. او در کتاب خود، راجع به رنگها، انتشار و انکسار نور و آزمایشهاى لازم براى تعیین زاویه انکسار وانعکاس نور مطالب مهمى نوشته است. از او بیش از پنجاه کتاب و رساله (در زمینه‌های ریاضیات، فیزیک و مکانیک ) برجای مانده است .

به نظر م?‌رسد او آن‌چه را که امروز مکان?ک سماو? نام?ده م?‌شود و اصول حرکت مدار? س?ارات را توض?ح م?‌دهد، بن?ان نهاده باشد؛ همان علم? که بعدها توسط دانشمندان غرب? چون کوپرن?ک، گال?له، کپلر و ن?وتن ادامه پ?دا کرد.

کمال‌الدین فارسی شاگرد قطب الدین شیرازى تفسیری بر شاهکار ابن هیثم، کتاب المناظر، نوشت. او علت به وجود آمدن رنگین کمان در آسمان را به درستی شرح داده و برای اثبات نظر خود، آزمایش‌ انجام داده است.

ابوریحان بیرونی یکی از معاصران ابن هیثم است. بیرونی وزن مخصوص کانی‌ها را اندازه گرفت. وی به مساله احتمال چرخش زمین به دور خورشید علاقه‌مند بوده و حتی رساله‌ای در این زمینه داشته که از بین رفته است.

عبالرحمن خازنی (قرن ششم هجری) کتاب میزان الحکمه را نوشت که از مهم‌ترین اثر دانشمندان مسلمان در مکانیک مخصوصا بحث در مراکز ثقل دانست. او در زمینه‌ی گرانش، مقاومت سیالات در برابر حرکت، وزن مخصوص سیالات و اندازه‌گیری وزن مخصوص مواد سخت پژوهش‌های دقیقی انجام داده است. وی مفهوم " اندازه حرکت" یا همان مومنتم را بنا نهاد. خازنی شرح مفصلی درباره نظریه ترازو و مرکز ثقل و راه کلی به کار بردن ترازو برای اندازه گرفتن وزن مخصوص اجسامی که از یک یا دو ماده ساخته شده‌اند آورده است. وزن‌هاى مخصوص اندازه‌گیرى شده توسط بیرونى و خازنى بسیار نزدیک به اندازه هاى جدید است. 

کوشش‌های خازنی یک قرن بعد توسط ابوالعز الجزری دنبال شد و کتاب معرفه الحیل اهندسیه را نوشت.  قیصر الحنفی با تعقیب کار جزری تخصصی در ساخت چرخ آبی یافت و کره‌ی فلکی مشهوری ساخت که اکنون در موزه‌ی ناپل نگهداری می‌شود.

ابن باجه از دیگر دانشمندان مسلمان در علم فیزیک است .آثار او از طریق نقل هایى که ابن رشد و دیگران از آثار وى کرده اند، تاثیر خود را در مسیر فیزیک جدید داشته که این تاثیر بوضوح در نوشته هاى گالیله نیز مشهود است. 

وى معتقد بود که حرکت در خلاء آنى نخواهد بود؛ این نظریه که به  نظریه ابن باجه شهرت دارد، در قرون وسطى مورد بحث و مشاجره بود ولى توماس قدیس و دولش سکوتوس به دفاع از آن پرداخته اند . ابن باجه ، قوه جاذبه را صورتى درونى تصویر کرده که اجسام را از درون به حرکت در مى آورد .و این حرکت را شبیه حرکت اجرام فلکى مى داند که عقول آنها را به حرکت در مى آورند. وى از راه سد میان آسمانها و جهان زیر فلک قمر را برداشته است .البته گالیله نیز در این دو مساله از او تقلید کرده است ؛ با این تفاوت که قوانین فیزیک زمینى بر اجرام فلکى تطبیق کرده است . گالیله ، جهانشناسى و لوازم کلامى فیزیک اخترى را در فیزیک زمینى مستهلک کرده و قوانین زمین را در اجرام فلکى نیز به مورد عمل مى گذاشته است. در صورتى که ابن باجه مى کوشیده است تا ترفیع مقام نیروى اجسام زمینى به رتبه اصلى روحانى ، مکانیک زمین را در فیزیکى اخترى مستهلک سازد. در واقع کشفیات بزرگ گالیله تقلید و رونوشتى از کشفیات دانشمندان مکانیک و فیزیک مسلمان پس از حذف ابعاد ماورأالطبیعى و کلامى آنها بوده است. 

دانشمندانى مانند، ابن مسکن ، محمودبن مسعودبن مصلح ، حسن بن حسین سمنانى ، کمال الدین فارسى ، قطب الدین شیرازى ، ابواسماعیل على ابن احمد، زین الدین عبدالرحمن دمشقى ، ابوالعز جوزى ، ابوالقاسم عراقى ، عمر خیام ، قیصر حنفى و نظائر اینها در جهان اسلام پدیدآمده و در رشته فیزیک و مکانیک مانند دیگر رشته ها کار کرده اند که متاسفانه از آثار قلمى آنان جز اندکى باقى نمانده است و تنها با مراجعه به کتب تاریخ تمدن ها و تراجم ، مى توان به آثار گرانبهاى آنان وقوف یافت.

از معاصران مسلمان در عرصه فیزیک به پرفوسور عبدالسلام (دارای جایزه نوبل و مورد تحسین دانشمندان غربی)، و دکتر محمود حسابی (صاحب نظریه نامحدود بودن ذرات) اشاره کرد.

منابع

1- کتاب علم و تمدن در اسلام، اثر سید حسین نصر

2- سایت اینترنتی ایرانیکا، www.iranika.ir

3- سایت اینترنتی رشد، daneshnameh.roshd.ir

4- وبلاگ مکانیک و کاربردهای آن، mechanicalworld.blogfa.com

5- سایت اینترنتی بی بی سی، www.bbc.com 

6- کتاب نشت نشا، امیرخانی.