مروری بر زندگی و کشفیات گالیله؛ فیلسوف و ریاضیدان ایتالیایی

وب‌سایت دیجیاتو - علی باقرزاده: گالیلئو گالیله یکی از مهمترین دانشمندان تاریخ است و در دوره ای از تاریخ زندگی کرد که تقاطع رویدادهای متعددی بود؛ دوران فلسفه طبیعی بر اساس ایده های اشتباه ارسطو و باورهای خاص کلیسای کاتولیک.

در نهایت اما این ایده های امثال گالیله بود که پیروز شد، چرا که آنها توانستند تئوری هایشان را به اثبات برسانند. با این حال اثبات حقایق برای گالیله گران تمام شد. این دانشمند در سال های پایانی عمر خود را در بازداشت خانگی به سر برد و کلیسای کاتولیک انتشار هر نوشته او را ممنوع اعلام کرد.

تولد و تحصیل گالیله

گالیلئو گالیله در 15 فوریه 1564 در شهر پیزای ایتالیا به دنیا آمد. او پسر ارشد وینچنزو گالیله و جولیا آماناتی بود. پدر، آهنگسازی معروف و نوازنده ساز لوت بود. خود گالیله هم بعدها نوازنده حرفه ای این ساز شد.

در دوران جوانی بین دو انتخاب کشیش کاتولیک یا پرشک در تردید بود. پدر، او را به تحصیل در رشته پزشکی ترقیب می کرد و گالیله هم در نهایت زمانی که 17 سال داشت همین راه را پیش گرفت و تحصیل در این دوره در دانشگاه پیزا را آغاز کرد.

ریاضی، موسیقی، فیزیک و هنر

در 18 سالگی گالیله ریاضی را هیجان انگیزتر از پزشکی یافت و تصور کرد که ریاضی می تواند نقش اساسی در درک و تشریح دنیا دارد.

گالیله مجذوب حرکت آونگ شد و دریافت که اگر طول نخ ثابت باشد مهم نیست که تا چه حد سخت به آونگ ضربه بزنید چرا که باز هم با همان نرخ به حرکت به جلو و عقب ادامه می دهد. همین موضوع را به حوزه موسیقی و ساز سیم دار لوت هم بسط داد. به عبارتی مهم نیست که تا چه حد محکم سیم را تکان دهید در هر حال سیم همان نُت را می نوازد اما اگر طول سیم را تغییر دهید می توانید نت های متفاوتی را بنوازید. به طور مشابه در مورد آونگ هم می توان با تغییر طول نخ نرخ جلو و عقب رفتن آن را تغییر داد.

گالیله باور داشت که ریاضیات زبان تمامی جهان اطراف ما است؛ از رفتار سیارات و آونگ تا اصول موسیقی و مکانیک.

از آنجایی که گالیله یک نوازنده کامل بود می دانست که رابطه ای ریاضی بین طول سیم ساز و نت نواخته شده برقرار است. این رابطه ۲۰۰۰ سال قبل تر در مکتب قیثاغوری (یکی از مکاتب فلسفی پیشاسقراطی که توسط فیثاغورس بنیان نهاده شد) مطرح شده بود.

در نهایت تصمیم گرفت به جای اینکه با پزشکی به دنبال درآمد بیشتر باشد راه آینده خود را در ریاضی دنبال کند؛ علمی که به نظر می رسید بیشتر فکری است. پس از اینکه ریاضی را انتخاب کرد تصمیم گرفت که در کنار آن در حوزه هنر هم مطالعه و نیز نقاشی کند. در ادامه اما تحصیلات دانشگاهی خود را به اتمام نرساند.

حرفه علمی گالیله

در ۲۲ سالگی کتابی درباره اختراعات خود در حوزه تعادل هیدرو استاتیکی را منتشر کرد. از همین جا بود که به مرور نام او بر سر زبان ها افتاد. در کنار فعالیت های علمی که انجام می داد اولین شغل او متفاوت بود. در ۲۴ سالگی در شهر فلورانس ایتالیا معلم هنر شد. با این حال مدت کوتاهی را با این شغل سر کرد. در سن ۲۵ سالگی، در سال ۱۵۸۹ افتخار کرسی تدریس ریاضیات دانشگاه پیزا را دریافت کرد و برای ۳ سال به این کار ادامه داد.

پس از آن در ۱۵۹۲ به دانشگاه پادووا در جنوب ایتالیا رفت و در آنجا باقی ماند. او تصور می کرد که ریاضی، فیزیک و نجوم می توانند بسیاری از اکتشافات را رقم بزنند.

اکتشافات و دستاوردهای علمی گالیله

گالیله در طول حیات خود اکتشافات فراوانی داشت و دستاوردهای متعددی را رقم زد.

ساخت تلسکوپ

مخترع تلسکوپ دقیقاً مشخص نیست اما گالیله اولین فردی بود که به مطاله آسمان با استفاده از این دستگاه پرداخت. او از تلسکوپ ها کسب درآمد هم می کرد و در ساخت آنها حرفه ای بود. گالیله تلسکوپ هایش را به بازرگانان می فروخت اما استفاده ای که بازرگانان از این تجهیزات می کردند هم در نوع خود عجیب بود.

آنها از تلسکوپ ها برای مشاهده کشتی ها بهره می بردند تا دریابند که کدام کشتی زودتر به بندر می رسد. به این ترتیب می توانستند با پیشبینی آینده بازار پول بیشتری به جیب بزنند.

یافتن قمرهایی که به دور سیاره ای دیگر گردش می کنند

علاوه بر این گالیله اولین فردی بود که دریافت اولین قمرهای شناخته شده به دور سیاره ای به غیر از زمین می چرخند. گالیله 4 قمر بزرگ سیاره مشتری به نام های اروپا، کالیستو، گانیمد و آیو را کشف کرد که قمرهای گالیله نام گذاری شده اند.

گام های زهره

گالیله دریافت که سیاره زهره مشابه با ماهِ زمین گام هایی دارد (گام های ماه حالت های مختلف دیده شدن بخش روشن ماه از روی زمین هستند). بر اساس یافته های او این گام ها از هلالی باریک تا ماه کامل متغیر بودند. این اولین مدرک عملی و مبتنی بر مشاهده بود که خبر از قرار گرفتن خورشید در مرکز منظومه شمسی می داد.

اولین مشاهده سیاره نپتون

گالیله برای اولین بار سیاره نپتون را مشاهده کرد. اکنون این موضوع را از نقاشی هایی که او در دفتر یادداشت خود کشیده بود می دانیم. قبل از دوران او برای هزاران سال بود که سیاره های عطارد، زهره، مریخ، مشتری و زحل شناخته شده بودند و هیچ سیاره دیگری هم شناخته نشده بود. این دانشمند دریافت که نپتون به شکلی متفاوت با دیگر سیاره ها حرکت می کند. با این حال متاسفانه گالیله رد حرکت سیاره ای که یافته بود را گم کرد و نپتون تا سال ۱۸۴۶ کشف نشده باقی ماند.

کشف حلقه زحل

اولین فردی بود که حلقه زحل را کشف کرد، البته در ابتدا او از این یافته بسیار گیج شده بود. در کشف جالب دیگری گالیله دریافت که ماه زمین کوه های متعددی دارد. کشف دیگر این بود که کهکشان راه شیری از ستاره ها تشکیل شده است.

در شبی تاریک و به دور از آلودگی نوری می توانید کهکشان راه شیری را مشاهده کنید. گالیله دریافت که کهکشان ما از ستاره ها تشکیل شده اند.

سقوط مشابه اجسام در جاذبه

گالیله متوجه شد که اگر مقامت هوا وجود نداشته باشد همه اجسام صرف نظر از وزن، با نرخ مشابه روی زمین سقوط می کنند. به عبارتی جاذبه به همه اجسام و با هر جرمی به شکل یکسان شتاب می دهد.

رابطه شتاب جاذبه و مسافت سقوط

مورد دیگری که گالیله موفق به کشف آن شد به جاذبه مربوط بود. او متوجه شد که وقتی جاذبه به هر جسمی شتاب می دهد این شتاب ثابت است و به این ترتیب میزان مسافت سقوط متناسب با مجذور ثانیه است (اکنون می دانیم این مقدار برای جاذبه زمین برابر ۹.۸ متر بر مجذور ثانیه است). به عنوان مثال در یک ثانیه سقوط یک توپ مسافتی معادل با یک واحد طی می شود اما در دو ثانیه میزان مربع آن عدد (توان ۲) یعنی ۴ واحد مسافت طی می شود. به همین ترتیب در ۳ ثانیه مسافتی ۹ واحدی طی می شود.

گفته شده گالیله برای یافتن این موضوع گلوله های توپ جنگی را از بالای برج کج پیزا به پایین انداخته است. او همچنین دریافت که هر چیزی از جمله سنگ یا گلوله های توپ که از زمین شلیک شده یا پرتاب می شود یک مسیر منحنی را تا بازگشت مجدد به زمین طی می کند.

اصول اینرسی

گالیله اصول اینرسی را مطرح کرد. بر این اساس جسمی که در سطح صاف حرکت می کند تا زمانی که نیروی خارجی به آن اعمال نشود، با سرعت ثابت (شتاب صفر) و در همان جهت به حرکت ادامه می دهد. بعدها این موضوع به قانون اول نیوتن بدل شد.

تئوری نسبیت

اولین تئوری نسبیت را ارائه کرد. بر این اساس قوانین فیزیک برای مشاهده کنندگانی که در خط مستقیم و با سرعت ثابت حرکت می کنند یکسان هستند.

روابط نوسان آونگ

در مورد آونگ متوجه شد که مربع زمان نوسان آونگ با طول آونگ رابطه مستقیم دارد و مستقل از جرم جسم وصل شده به رشته نخ است. گالیله دریافت که آونگ می تواند برای محاسبه زمان (مشابه با ساعت ها) به کار برود البته هیچ گاه این موضوع را آزمایش نکرد و تنها به فرزند خود طرحی از یک ساعت را نشان داد.

در زمان گالیله هنوز ساعت اختراع نشده بود و برای زمان سنجی در آزمایشات از اندازه گیری نبض خودش بهره می برد. البته روش دیگری را هم برای محاسبه زمان به کار می برد؛ او میزان آبی که از یک سوراخ ظرف به مخزن دیگری می ریخت را اندازه گیری می کرد.

تلاش برای اندازه گیری سرعت نور

این دانشمند تلاش کرد سرعت نور را اندازه گیری کند اما در نهایت دریافت که بسیار سریعتر از آن است که قادر به محاسبه آن باشد.

مقایسه مجموعه اعداد طبیعی با مجموعه مربع های این اعداد

گالیله نشان داد که مجموعه اعداد مربع کامل (... - 25 - 16 - 9 - 4 - 1) به اندازه اعداد طبیعی در خود عضو دارد. این در حالی است که در نگاه اول ممکن است تصور کنید تعداد طبیعی مجموعه بزرگتری است. این موضوع به نام پارادوکس گالیله مشهور است. او برای اثبات این موضوع گفته بود از آنجایی که هر عدد طبیعی می تواند یک زوج مربع داشته باشد به این ترتیب تعداد اعضای هر دو مجموعه مساوی می شود.

مشکلات گالیله با کلیسا

در دوران گالیله کلیسا به حوزه علم توجه نشان داد و تلاش کرد به نحوی در آن دخالت کند. بر اساس نگرش کلیسا گفته شده بود که مشکلی نیست اگر در حوزه دانش فعالیت کنید، همچنین اشکالی ندارد اگر تفسیرهای کلیسا از کتاب مقدس را اشتباه برداشت کنید اما تمامی اینها تا زمانی بدون مانع است که با صدای بلند این موضوعات را اعلام نکنید. به عنوان مثال اینکه برای کمک به محاسبات نجومی ادعا کنید زمین به دور خورشید می چرخد اشکالی ندارد اما نباید ادعا کنید که چرخش زمین به دور خورشید صحیح است.

اولین مشکلات گالیله در 1613 زمانی که 49 سال داشت آغاز شد. او کتاب «یادداشتی روی لکه های خورشیدی» را منتشر کرد که در آن به تشریح لکه های تاریک روی خورشید می پرداخت. همچنین این ایده را پیشنهاد داده بود که بر خلاف تصور معمول آن زمان، این زمین است که به دور خورشید می چرخد و در واقع زمین در مرکز جهان قرار ندارد.

این موضوع بر اساس نظریه مرکزیت کوپرنیک مطرح شده بود. نیکلاس کوپرنیک، ستاره شناس لهستانی-آلمانی در سال 1543 در نظریه خود موضوع خورشید محوری را مطرح کرده بود. حتی قبل تر از آن ارسطو فیلسوف یونان باستان در 18 قرن پیشتر این موضوع را مطرح کرده بود. کارهای کوپرنیک به خوبی در میان دانشمندان مشهور بود اما کلیسا هرگز با مطالعه کتاب توسط عموم موافقت نکرد.

در سال ۱۶۱۵ گالیله نوشت که واژه های انجیل باید بر اساس دانش مدرن تفسیر شوند. در ۱۶۱۶ کلیسا پا را فراتر از عدم تأیید کتاب کوپرنیک گذاشت و تصمیم به ممنوعیت آن گرفت. در ۱۶۲۰ اما پس از اعمال ویرایش در نهایت کتاب تأیید شد. این بار در کتاب هر جمله ای که کوپرنیک درباره نظریه مرکزیت سیستم خورشیدی نوشته بود، حذف شد یا تغییر کرد. با وجود تغییرات نهایی اما در نهایت این کتاب در هیچ کشوری با کلیسای کاتولیک قدرتمند منتشر نشد.

در ۱۶۳۲ کلیسای فلورانس اجازه انتشار کارهای جدید گالیله را داد اما کلیسای رم از چنین کاری خودداری کرد. نام کتاب جدید «گفتگویی در باب دو سامانه بزرگ جهان» بود و ظاهراً در آن گالیله به نفع ایده سیستم خورشید محوری استدلال می کرد. اندکی بعد در ۱۶۳۳ گالیله به رم احضار شد تا به اتهام کفر آمیز بودن کتاب پاسخ دهد.

گالیله مورد بازجویی قرار گرفت و تهدید به شکنجه شد اما این اتهام را رد کرد و حمایت از ایده منظومه شمسی با مرکزیت خورشید را انکار کرد. در نهایت اما به حبس ابد محکوم شد چرا که گفته می شد به شدت مشکوک به ارتداد است. با این حال بعدها محکومیتش به بازداشت خانگی تقلیل داده شد. دلیل این تخفیف هم به کهولت سن او مرتبط بود. به دنبال محکوم شدن دانشمند تمامی کتاب های او از جمله گفتگویی در باب دو سامانه بزرگ جهان ممنوع اعلام شد.

از سوی دیگر در کشورهای دیگری از جمله بریتانیا، هلند، آلمان، اسکاتلند، سوئیس و تمامی کشورهای منطقه اسکاندیناوی که کلیساهای کاتولیک در آنها چندان قدرتمند نبود مطالعه کتاب های گالیله برای همگان آزاد بود.

با این حال چندی قبل مورخان نامه ای را کشف کردند که از تلاش گالیله برای نرم تر کردن موضع او در مقابل کلیسای کاتولیک خبر می داد. این نامه به ارائه استدلال هایی درباره چرخش خورشید به دور زمین می پرداخت. هنگامی که نسخه ای از نامه برای بررسی های بیشتر به دادگاه رم فرستاده شد گالیله ادعا کرد که زبان نامه عوض شده تا او را در تقابل با کلیسا نشان دهند. اما کشف جدید نشان می دهد که خود گالیله زبان نامه را تغییر داده بود تا به این ترتیب از مجازات های شدیدتر در امان باشد.

بازداشت خانگی، دو علم جدید و پایان زندگی

گالیله برای 8 سال (بر اساس برخی منابع 9 یا 10 سال) به خانه خود در نزدیکی شهر فلورانس محدود بود. با این حال در این دوران اجازه پذیرفتن ملاقات کنندگان را داشت. این دانشمند در سال 1638 شاهکار خود را منتشر کرد: «اثبات نقلی و ریاضی ارتباط دو علم جدید» (Discourses and Mathematical Demonstrations Relating to Two New Sciences).

این کتاب پس از اینکه از ایتالیا به طور قاچاق خارج شد به هلند رسید و در آنجا چاپ شد. کتاب شامل بیشتر آن مواردی بود که گالیله در طول سال ها آزمایش کرده بود یا به تئوری پردازی درباره آنها پرداخته بود

گالیله در بازداشت در حالی که جان میلتون، شاعر انگلیسی را به ملاقات پذیرفته است.

در نهایت گالیله در ۸ ژانویه ۱۶۴۲ در حالی که ۷۷ سال داشت و در بازداشت به سر می برد، در گذشت. با گذشت زمان کلیسای کاتولیک از موضع خود کوتاه آمد و شروع به برداشتن ممنوعیت برخی از کتاب های گالیله کرد یا اجازه داد برخی از نسخه های ویرایش شده آنها منتشر شود. در نهایت تا سال ۱۸۳۵ طول کشید تا آنچه گالیله ادعا کرده بود توسط کلیسا اثبات شود.