آزمایش: آیا گرانش با برخورد سیب به سر نیوتن کشف شد؟ –

1666; فاجعه لندن جان هزاران نفر را گرفت و آنها را مجبور به فرار به مناطق دورافتاده کرد. در میان این بازماندگان، اسحاق نیوتن او مرد جوانی بود که پس از چهار سال تحصیل در دانشگاه کمبریج، مجبور شد برای مدتی به عمارت ولستورپ، خانه روستایی مادرش پناه ببرد و در آنجا در مورد اسرار مدار ماه مدیتیشن می کرد. تا اینکه روزی در حالی که زیر درخت سیبی در باغ عمارت نشسته بود و از هوای پاک و آواز پرندگان لذت می برد، سیب از درخت افتاد و به سرش اصابت کرد. و در این زمان تاریخی و مهم بود که نیوتن قانون گرانش را کشف کرد.

داستان اپل نیوتن یکی از معروف‌ترین و ماندگارترین متون علمی تاریخ است و تقریباً همه دانش‌آموزان جهان درباره آن در یک کتاب درسی خوانده‌اند. اما آیا این اتفاق به گونه‌ای بود که ما به یاد بیاوریم؟ با زومیت همراه باشید تا داستان سقوط سیب از درخت و ارتباط آن با کشف یک جاذبه واقعی را بررسی کنیم.

داستان سیب از کجا شروع شد؟

طاعون فاجعه بار لندن بسیاری از اماکن عمومی و دانشگاه ها را فرا گرفت و نیوتن مجبور شد کمبریج را ترک کند و به زادگاهش گرانتام در لینکلن شایر بازگردد. در طول روزهایی که نیوتن دور از کالج در خانه وولستورپ گذراند، ذهنش در رمز و راز ماه که به دور زمین می چرخد ​​سرگردان بود تا اینکه سرانجام استدلال کرد که گرانش باید بر مسافت تأثیر بگذارد.

مشخص است که نیوتن پس از اینکه متوجه شد یک سیب همیشه به صورت عمودی روی زمین می افتد تا نشان دهد که نیروی گرانش با مجذور فاصله بین دو جسم نسبت معکوس دارد، سال ها روی فرمول های ریاضی کار کرد. اما آیا شواهدی وجود دارد که نشان دهد نیوتن واقعاً از سقوط اپل برای دستیابی به جاذبه الهام گرفته است؟

باید با گفتن اینکه هیچ سابقه ای از خود نیوتن در توصیف سقوط سیب وجود ندارد. اما شواهد دیگری وجود دارد مبنی بر اینکه نیوتن با هم سن و سال های خود درباره نقش مهم درخت سیب در اکتشافات و تاریخ بزرگ خود صحبت کرده است.

برای نشان دادن رابطه بین کشف گرانش و سقوط سیب از درختان، مورخان اغلب گزارش می دهند. ویلیام استاکلیهمانطور که در بیوگرافی نیوتن (1752) ذکر شده است، باستان شناسان و باستان شناسان به دوستان و معاصران نیوتن اشاره می کنند.

صفحه ای از زندگی نامه نیوتن توسط ویلیام استاکلی (1752) که داستان نیوتن را با الهام از سقوط سیب ها بیان می کند.

استاکلی مانند نیوتن در لینکلن شایر به دنیا آمد و از این زمینه مشترک برای برقراری رابطه دوستانه با این دانشمند وحشتناک استفاده کرد. این دو مرد، اعضای انجمن سلطنتی، اولین انجمن علمی جهان، به طور منظم برای گفتگو در مورد مسائل ملاقات می کردند. یک روز در سال 1726، یک سال قبل از مرگ نیوتن، دو دوست برای صرف شام در لندن ملاقات کردند. گزیده‌ای از زندگی‌نامه نیوتن توسط استاکلی، دست‌نوشته‌ای که اولین بار توسط انجمن سلطنتی در سال 2010 منتشر شد، کنفرانس را شرح می‌دهد:

بعد از شام با گرم شدن هوا به باغ رفتیم و زیر سایه درخت سیب چای نوشیدیم. فقط من و اون در حین گفتگوی ما، او به من گفت که اکنون در همان موقعیتی است که قبلاً مفهوم جاذبه به ذهنش خطور کرده بود. همانطور که او مدیتیشن می کرد و سیب روی زمین می افتاد، از خود متعجب بود که چرا سیب باید با زاویه به زمین بیفتد. چرا نباید به پهلو یا به بالا و پایین تا مرکز زمین بیفتد؟ این بدیهی است که زمین آن را به سمت خود می کشد. در ماده باید نیروی کششی وجود داشته باشد. و مجموع این نیروهای کششی در ماده زمین باید در مرکز زمین باشد نه در هیچ جهتی.

بنابراین، آیا این سیب به صورت عمودی می افتد یا به سمت مرکز؟ اگر چیزی برای یک داستان جذابیت دارد، باید متناسب با حجم آن باشد. بنابراین، همانطور که زمین سیب ها را به سمت خود می کشد، زمین نیز سیب ها را می کشد.

در این عکس از دست نوشته بیوگرافی نیوتن توسط استاکلی، که در ژانویه 2010 گرفته شده است، کتابخانه انجمن سلطنتی به عبارت “این سیب در حال سقوط است” اشاره می کند.

گزارش استاکلی مفصل ترین و دقیق ترین گزارش از داستان سیب و کشف گرانش است، اما این تنها گزارش از دوران نیوتن نیست. در واقع، نیوتن این داستان را در همان سال برای دیگران گفت. شامل جان کاندویتشوهر نوه و دستیارش در ضرابخانه سلطنتی بودند، جایی که نیوتن چندین سال آخر عمر خود را در آنجا سپری کرد.

کانال در این مورد نوشت:

در سال 1666 به همراه مادرش در لینکلن شایر از کمبریج بازگشت. او در حین راه رفتن در باغ فکر می کند که جاذبه (که سیب را از درخت دور می کند) محدود به فاصله معینی از زمین نیست، بلکه این نیرو باید دورتر از آن چیزی باشد که قبلا تصور می شد.

مثلا با خودش گفت چرا تا یک ماه نه؟ و اگر چنین است، [گرانش] همچنین باید بر حرکت ماه تأثیر بگذارد و شاید آن را در چرخش نگه دارد و بلافاصله شروع به محاسبه چگونگی تأثیر چنین فرضی کند.

دست خط جان کاندویت که داستان سقوط سیب و الهام نیوتن برای کشف گرانش را بیان می کند.

اگرچه روایت کاندویت و استکلی از داستان سیب نیوتن بیش از هر چیز دیگری شناخته شده است، اما این اولین بار است که این داستان در یک مقاله منتشر می شود. تِرلتِرفیلسوف و نویسنده فرانسوی که در سال 1727، یک سال پس از مرگ نیوتن منتشر شد. ولتر در این مقاله اشاره ای کوتاه و مختصر به داستان سیب دارد:

اسحاق نیوتن در حال قدم زدن در باغ خود بود که سیبی را دید که از درخت جاذبه سقوط می کند.

ظاهراً ولتر این داستان را به خواهرزاده نیوتن و همسر کاندویت گفته است کاترین بارتون، شنیده است که از سال 1697 تا 1726 با نیوتن در عمارت ولستورپ زندگی می کرد. روایت دیگری از داستان سیب نیوتن در همان سال توسط طبیعت شناس دانشگاه کمبریج، رابرت گرینبه زبان لاتین به شرح زیر منتشر شده است:

این را زمانی نوشتم که فکر کردم نظریه گرانش نیوتن آغاز همه چیز است. از سیب این را از مردی عاقل و بسیار تحصیل کرده به نام مارتین فولکس شنیدم.

همچنین در عنوان دیگری در کتاب “ارتفاعات کراون و یورکشایر شمال غربی” (1892) از نقل قول. ویلیام داسونیک ریاضی دان که ممکن است در چند سال آخر اقامت خود در کمبریج در دانشگاه نیوتن تحصیل کرده باشد، به درخت سیب نیوتن و نقش آن در تشخیص گرانش اشاره کرد.

از این اوصاف می توان استنباط کرد که ظاهراً نیوتن در سنین خود ماجرای سقوط سیب و ارتباط آن با کشف گرانش را برای بسیاری از مردم بازگو کرده است، در حالی که نوشته ای از خود این دانشمند در مورد این روایت وجود نداشته است. از سوی دیگر، هیچ یک از این شرح‌ها اشاره‌ای به سیب نیوتون ندارد و مشخص نیست چه کسی اولین بار موضوع مشاهده سقوط سیب روی سر نیوتن را تغییر داده است. اما تقریباً به طور قطع توسط خود نیوتن و دوستان و خانواده اش گفته نشده است و به نظر می رسد که این یک اختراع است.

درخت سیب نیوتن بیرون هست؟

اولین گزارش درخت سیب عمارت نیوتن که منجر به کشف گرانش شد، در تاریخ گرانتام است. ادموند ترنر در سال 1806، 80 سال پس از مرگ نیوتن، در پایان صفحه 160:

درخت هنوز پابرجاست و غریبه ها از آن بازدید می کنند.

چارلزبرادر ترنر نیز تصویری از این درخت تاریخی را در سال 1820 ترسیم کرد و موقعیت آن را در روستای ولستورپ نشان داد:

اگرچه خود نیوتن هرگز با قاطعیت نگفت که سیب را در کجا دیده است که از درخت می افتد، اما به نظر می رسید که تنها یک درخت سیب در کل باغ وجود دارد، و بنابراین شکی وجود نداشت که هر درختی منبع الهام نیوتن بوده است.

عکسی از عمارت نیوتن (21 مارس 1998) که از همان زاویه چارلز ترنر (1820) گرفته شده است.

این درخت سیب از دهه 1750 تحت مراقبت چندین نسل از خانواده بوده است وولرتون آنها از سال 1733 تا 1947 به عنوان مستأجر در این خانه زندگی می کردند. با وجود سال ها نگهداری، طوفان در سال 1816، همانطور که در طرح های چارلز ترنور دیده می شود، تنه آن را شکست. دیوید بروستر، نویسنده زندگی نامه نیوتن که در سال 1830 از عمارت نیوتن دیدن کرده بود، تصویری از یک درخت شکسته کشید. سال ها بعد، جعبه کوچکی به انجمن سلطنتی رسید که زمانی حاوی چندین درخت سیب و یک کپی از طرح بروستر از باغ نیوتن بود.

مشاهده می شود که پس از شکسته شدن درخت، افرادی که از حیاط خلوت ولستورپ دیدن کردند، تکه های چوب را برای تهیه سوغاتی و ساخت جعبه های کوچک جمع آوری کردند. ادموند ترنر همچنین یک تکه چوب برای ساخت پشتی صندلی تهیه کرد. طرح آبرنگی که برادر ترنور از این صندلی کشید در محل برگزاری انجمن سلطنتی قرار دارد.

علاوه بر این، تکه‌هایی از درختانی که در اصل نیوتن نامیده می‌شوند در مجموعه انجمن سلطنتی نگهداری می‌شوند. در می 2010، این قطعه با یک شاتل ناسا در طول ماموریت STS-132 به فضا رفت تا مرکز ثقل را به مناسبت سی و پنجاهمین سالگرد تأسیس انجمن سلطنتی جشن بگیرد. فضانوردان ناسا فروشندگان مته وی قبل از انجام این ماموریت گفت:

من این چوب را با خودم به فضا بردم و گذاشتم در فضای کمی آویزان شود آیزاک کوچک و گیج. هنگامی که بالا باشد، جاذبه را تجربه خواهد کرد. پس اگر روی آن نهشته سیب باشد، رسوب سیب نمی افتد; زیرا این مشروعیت اولین قانونی است که حرکت او را نشان می دهد.

تکه ای از درخت سیب او به نام مستعار نیوتن روی آن حک شد و توسط شاتل ناسا به فضا پرتاب شد.

طوفانی که این درخت تاریخی را از بین برد، ممکن است پایان عمر آن بوده باشد، و اگرچه برخی منابع چنین پیشنهاد داده اند، اما طراحی مدرن درخت تایید کرده است که درخت سیب نیوتن از ریشه کنده شده و از طوفان جان سالم به در برده است. این درخت 400 ساله هنوز در خانه ولزتورپ است و حداقل 240 سال است که مردم از سراسر جهان از آن بازدید می کنند.

خلاصه

21 سال فاصله بین مشاهده سیب هایی که از درختان می افتند و انتشار کتاب اصول ریاضی فلسفه طبیعی (5 ژانویه 1687) وجود دارد که در آن نیوتن قانون گرانش عمومی را ذکر می کند. و علی‌رغم گزارش‌های فراوان نیوتن و برخی دست‌نوشته‌های موجود، برخی هنوز این واقعیت را زیر سؤال می‌برند که سیب در کشف جاذبه به دلیل این دوره سقوط کرده است. برخی معتقدند داستان سیب نیوتن توسط ذهن او ساخته شده است تا نظریه گرانش را بهتر توضیح دهد یا حتی از آن برای افزایش شهرت خود استفاده کند. در عین حال برخی معتقدند که این سیب افسانه ای در واقع نوعی استعاره است، زیرا سیب از طریق داستان آدم و حوا به عنوان میوه معرفت شناخته شده است.

به طور کلی، اگر بخواهیم به این داستان ها استناد کنیم و فرض کنیم که نیوتن حقیقت را به دوستانش می گوید، باید گفت که داستان سیب نیوتن تا حدی حقیقت است، حتی اگر کسی اشاره ای به برخورد سیب به سر نیوتن نداشته باشد، و البته است. معلوم نیست این داستان از کجا آمده است. البته، اگر هنوز هم دوست دارید کشف گرانش را با برخورد یک سیب به نیوتن تصور کنید، کاملاً قابل درک است. سه قرن و نیم بعد، با نظریه نسبیت اینشتین، فیزیکدانان هنوز مکانیسم های گرانش را به طور کامل جذب نکرده اند. شاید این بار باید یک سیب بزرگتر پرتاب کنیم!

نمی دانم دنیا مرا چگونه می بیند. اما من خودم را مانند پسری می بینم که در ساحل بازی می کند، گهگاه به دنبال گوسفندی نرم تر، زیباتر از همیشه می گردد. در حالی که اقیانوس بزرگ حقیقت دره پیش روی من هنوز کشف نشده و وسیع است. – اسحاق نیوتن