آزمایش: آیا زمانی که سیب به سر نیوتن برخورد کرد، جاذبه کشف شد؟ – زومیت

1666; طاعون بزرگ لندن جان هزاران نفر را گرفت و به مناطق دورافتاده گریخت. در میان این بازماندگان، اسحاق نیوتن او مرد جوانی بود که پس از چهار سال تحصیل در دانشگاه کمبریج، مجبور شد برای مدتی در عمارت والستورپ، خانه روستایی مادرش پنهان شود، جایی که او در مورد رمز و راز چرخش ماه به دور زمین فکر می کرد. در حالی که روزی در باغ عمارت زیر درخت سیبی نشسته بود و از هوای پاک و غوغای پرندگان لذت می برد، سیب از درختی افتاد و بر سرش اصابت کرد. و در این لحظه تاریخی و سرنوشت ساز بود که نیوتن قانون گرانش را کشف کرد.

داستان سیب نیوتن یکی از معروف ترین و ماندگارترین حکایات علمی تاریخ است و تقریباً همه دانش آموزان جهان در کتاب های درسی درباره آن خوانده اند. اما آیا این داستان به آن چیزی تبدیل شده است که ما از آن یاد می کنیم؟ با زومیت همراه باشید تا داستان سقوط سیب از درخت و ارتباط آن با کشف جذابیت واقعی را بررسی کنیم.

داستان سقوط سیب از کجا شروع شد؟

طاعون بزرگ لندن بسیاری از اماکن عمومی و دانشگاه ها را تحت تأثیر قرار داد 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 عمارت والستورپ گذراند، به رمز و راز ماه در حال گردش به دور زمین فکر کرد، تا اینکه سرانجام استدلال کرد که گرانش باید در فواصل طولانی موثر باشد.

معروف است که نیوتن چندین سال پس از مشاهده اینکه سیب ها همیشه به صورت عمودی روی زمین می افتند، روی فرمول های ریاضی کار کرده است تا نشان دهد که چگونه نیروی گرانش با مجذور فاصله بین دو جسم رابطه معکوس دارد. اما آیا شواهدی وجود دارد که نیوتن واقعاً از سقوط سیب برای رسیدن به جاذبه الهام گرفته است؟

باید با این واقعیت شروع شود که هیچ سابقه ای از خود نیوتن در توصیف سقوط سیب وجود ندارد. اما شواهد دیگری وجود دارد مبنی بر اینکه نیوتن در سنین پیری نقش کلیدی درخت سیب را در کشف بزرگ و تاریخی خود به دیگران گفته است.

برای نشان دادن ارتباط بین کشف جاذبه و سقوط یک سیب از درخت، مورخان معمولا گزارش می دهند ویلیام استاکلیهمانطور که در زندگینامه نیوتن (1752) ذکر شده است، باستان شناسان و باستان شناسان از دوستان و معاصران نیوتن استناد می کنند.

صفحه زندگینامه نیوتن از ویلیام استاکلی (1752) که داستان نیوتن را با الهام از سقوط سیب بیان می کند.

گلسی مانند نیوتن در لینکلن شایر به دنیا آمد و از این زبان مشترک برای برقراری رابطه دوستانه با این دانشمند نزاع استفاده کرد. این دو، اعضای انجمن سلطنتی، اولین انجمن علمی جهان، به طور منظم برای گفتگو در مورد موضوعات مختلف ملاقات می کردند. یک روز در سال 1726، یک سال قبل از مرگ نیوتن، دو دوست برای صرف شام در لندن ملاقات کردند. گزیده ای از زندگی نامه نیوتن گلسی که نسخه خطی آن برای اولین بار توسط انجمن سلطنتی در سال 2010 منتشر شد، این جلسه را به شرح زیر توصیف می کند:

بعد از ظهر که هوا گرم بود به باغ رفتیم و در سایه درخت سیب چای نوشیدیم. فقط من و اون در اواسط صحبت‌هایمان، او به من گفت که وقتی برای اولین بار مفهوم گرانش را به ذهنش خطور کرد، اکنون در همان وضعیت قرار داشته است. همانطور که او مدیتیشن می کرد و سیب روی زمین می افتاد، از خود می پرسید که چرا سیب باید همیشه عمود بر زمین فرود آید. چرا نباید به پهلو یا بالا بیفتد و همیشه در مرکز زمین فرود آید؟ این البته به این دلیل است که زمین او را به سمت خود می کشاند. این ماده باید دارای مقاومت کششی باشد. و مجموع این نیروی کششی در ماده زمین باید در مرکز زمین باشد نه در هیچ جهتی.

بنابراین، آیا این سیب به صورت عمودی می افتد یا به مرکز؟ اگر ماده ماده را جذب می کند، باید متناسب با کمیت آن باشد. در نتیجه همانطور که زمین سیب را به سمت خود می کشد، سیب نیز زمین را به سمت خود می کشد.

در این عکس از نسخه خطی ژانویه 2010 زندگینامه نیوتن گلسی، کتابدار انجمن سلطنتی به عبارت “آیا این سیب سقوط می کند” اشاره می کند.

گزارش شیشه ای مفصل ترین و دقیق ترین گزارش از تاریخچه سیب و کشف گرانش است، اما این تنها گزارش از عصر نیوتن نیست. در واقع، نیوتن این داستان را در آن سال برای افراد دیگر گفت. شامل جان کاندویتشوهر برادرزاده و دستیارش در ضرابخانه سلطنتی که نیوتن آخرین سالهای عمر خود را زیر نظر آن گذراند.

کانال در مورد این داستان نوشت:

در سال 1666 او از کمبریج نزد مادرش در لینکلن شایر بازگشت. هنگامی که در باغ قدم می زد، فکر می کرد که نیروی جاذبه (که سیبی را از درخت بیرون زد) محدود به فاصله معینی از زمین نیست، بلکه این نیرو باید بسیار فراتر از آن چیزی باشد که معمولاً تصور می شد.

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

دست نوشته جان کاندویت که داستان سقوط سیب و الهام نیوتن برای کشف گرانش است.

اگرچه داستان کاندویت و گلس از داستان سیب نیوتن بیشتر از دیگران شناخته شده است، این داستان برای اولین بار در مقاله منتشر شد. وُلتِرفیلسوف و نویسنده فرانسوی که در سال 1727، یک سال پس از مرگ نیوتن منتشر شد. ولتر در این مقاله به طور بسیار کوتاه و مختصر به داستان سیب اشاره کرد:

اسحاق نیوتن در حال قدم زدن در باغش بود که سیبی را دید که از درخت جاذبه افتاد.

ظاهراً ولتر این داستان را به خواهرزاده نیوتن و همسر کاندویت گفته است کاترین بارتون، او شنید که از سال 1697 تا 1726 با نیوتن در عمارت والستورپ زندگی می کرد. داستان دیگری در مورد سیب نیوتن در همان سال توسط یک فیلسوف طبیعی از دانشگاه کمبریج، رابرت گرینبه زبان لاتین به شرح زیر منتشر شده است:

این را زمانی نوشتم که فکر می کردم نظریه گرانش نیوتن آغاز همه چیز است… این نظریه معروف، همانطور که می گویند، از همه دانش ما ناشی می شود. از یک سیب من این را از یک مرد بسیار باهوش و تحصیل کرده به نام مارتین فولکس شنیدم.

همچنین در داستان دیگری در کتاب “ارتفاعات تاج و یورکشایر شمال غربی” (1892) با نقل قول ویلیام داسوناین ریاضیدان که احتمالاً در چند سال آخر اقامت خود در کمبریج در دانشگاه نیوتن تحصیل کرده است، به درخت سیب نیوتن و نقش آن در تشخیص گرانش اشاره می کند.

از این افسانه های مختلف می توان نتیجه گرفت که ظاهراً نیوتن در سنین پیری داستان سقوط سیب و ارتباط آن با کشف گرانش را برای بسیاری از مردم بازگو کرده است، اگرچه شرح مکتوبی از این دانشمند وجود ندارد. . از سوی دیگر، در هیچ یک از این داستان ها اشاره ای به برخورد سیب به سر نیوتن نشده است و معلوم نیست اولین کسی که تاریخ مشاهدات افتادن سیب بر سر نیوتن را تغییر داد، مشخص نیست. اما تقریباً مسلم است که این داستان توسط خود نیوتن و دوستان و معاصرانش گفته نشده است و به نظر می رسد که این یک ساختگی باشد.

درخت سیب نیوتن بیرون هست؟

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

درخت همچنان 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 عمارت والستورپ نشان داد:

اگرچه خود نیوتن هرگز نگفت که از کدام درخت دید، از کدام سیب افتاد، اما معلوم شد که در کل باغ فقط یک درخت سیب وجود داشته است، و بنابراین شکی نیست که کدام درخت منبع الهام نیوتن بوده است.

عکسی از یک درخت سیب در عمارت نیوتن (21 مارس 1998) تقریباً با زاویه ای مشابه با چارلز ترنر (1820) گرفته شده است.

این درخت سیب از دهه 1750 توسط چندین نسل از خانواده مراقبت می شود وولتون آنها از سال 1733 تا 1947 در این خانه به عنوان مستأجر زندگی می کردند. اگرچه سال‌ها از این درخت باستانی مراقبت می‌شد، اما طوفانی در سال 1816 به تنه آن آسیب رساند، همانطور که در طرحی از چارلز ترنر دیده می‌شود. دیوید بروستر، نویسنده بیوگرافی نیوتن که در سال 1830 از عمارت نیوتن بازدید کرد، طرحی از یک درخت شکسته کشید. چند سال بعد، یک جعبه مقوایی کوچک به انجمن سلطنتی رفت، جایی که زمانی چند تکه سیب و یک کپی از طرح بروستر از باغ نیوتن وجود داشت.

ظاهراً پس از شکستن تنه درخت، افرادی که برای بازدید از عمارت ولستورپ آمده بودند، تکه های چوب را برای تهیه سوغاتی و ساخت جعبه های کوچک جمع آوری کردند. ادموند ترنر نیز یک تکه چوب داد تا از آن یک صندلی بسازد. طرح آبرنگ که توسط برادر ترنور از روی این صندلی کشیده شده است، اکنون در مجموعه سلطنتی جامعه قرار دارد.

علاوه بر این، یک تکه چوب با حروف اول نیوتن در مجتمع سلطنتی جامعه نگهداری می شود. در می 2010، این تکه چوب با یک شاتل ناسا در طول ماموریت STS-132 به فضا رفت تا بی وزنی را جشن بگیرد تا سی و پنجاهمین سالگرد انجمن سلطنتی را جشن بگیرد. فضانورد ناسا فروشندگان پیرس وی قبل از انجام این مأموریت گفت:

این تکه چوب را با خودم به فضا می برم و اجازه می دهم برای مدتی در فضا آویزان شود و ایزاک را گیج کنم. وقتی بالا باشد، شرایط گرانش صفر را تجربه خواهد کرد. پس اگر سیبی روی آن بود، سیب نمی افتاد. زیرا درستی قانون اول بود که حرکت او را به او نشان داد.

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

طوفانی که تنه این درخت تاریخی را پاره کرد، می تواند پایان زندگی او باشد و اگرچه برخی منابع چنین می گویند، طرح های مدرن درخت تایید می کند که درخت سیب نیوتن از ریشه کنده شده و از طوفان جان سالم به در برده است. این درخت 400 ساله هنوز در عمارت Waltztorp نگهداری می شود و حداقل 240 سال است که مردم از سراسر جهان از آن بازدید می کنند.

نتیجه

بین مشاهده افتادن سیب از درخت و انتشار اصول ریاضی فلسفه طبیعی (5 ژانویه 1687)، که در آن نیوتن از قانون جهانی گرانش صحبت کرد، 21 سال فاصله وجود دارد. و علیرغم داستان‌های فراوان نیوتن و دست‌نوشته‌هایی که در دسترس است، برخی هنوز این واقعیت را زیر سؤال می‌برند که سیب‌ها در حین کشف گرانش در این زمان سقوط کرده‌اند. برخی بر این باورند که داستان سیب های نیوتن توسط ذهن او ساخته شده است تا نظریه گرانش را بهتر توصیف کند 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 دیرباز به واسطه داستان آدم و حوا به عنوان میوه معرفت شناخته شده است.

به طور کلی، اگر بخواهیم این داستان ها را نقل کنیم و فرض کنیم که نیوتن حقیقت را به دوستانش گفته است، باید بگوییم که داستان سیب های نیوتن تا حدودی درست بوده است، البته هیچ کدام از آنها اشاره نکرده اند که سیب به سر نیوتن زده است و این اینطور است معلوم نیست این داستان از کجا آمده است. البته، این کاملا قابل درک است، اگر هنوز ترجیح می دهید داستان کشف گرانش را تصور کنید، زمانی که سیب به نیوتن برخورد می کند. سه قرن و نیم بعد، با ارائه نظریه نسبیت عام توسط اینشتین، فیزیکدانان هنوز کاملاً به مکانیسم گرانش تمایل نداشتند. شاید این بار باید سیب های بیشتری بریزیم!

نمی دانم دنیا مرا چگونه می بیند. اما احساس می کنم پسری هستم که در ساحل بازی می کند و گهگاه به دنبال صدفی صاف تر و زیباتر از حد معمول می گردد. در حالی که اقیانوس بزرگ حقیقت دره پیش روی من هنوز کشف نشده و وسیع است. – اسحاق نیوتن