مادون در لغت به معنای زیر دست و قرمز به معنای هر چه به رنگ خون باشد، است. پس میتوان گفت که مادون قرمز اشعه بسیار ریز و قرمز رنگ است.
اطلاعات اولیه
کشف هرسل اولن گام در ایجاد پدیده‌ای که ما آن را طیف الکترومغناطیسی مینامیم. نور مرئی و پرتوهای مادون قرمز دو نمونه اشکال فراوانی از انرژی هستند که توسط تمام اجسام موجود در زمین و اجرام آسمانی تابانده میشوند. مادون قرمز در طیف الکترومغناطیسی دارای محدوده طول موجی بین 0.78 تا 1000 میکرو متر است. تنها با مطالعه این تشعشعات است که میتوانیم اجرام آسمانی را تشخیص و تمیز دهیم و تصویری کامل از چگونگی ایجاد جهان و تغییرات آن بدست آوریم. در سال 1800 سر ویلیام هرشل یک نمونه نامرئی از تشعشعات را کشف کرد که این نمونه دقیقا زیر بخش قرمز طیف مرئی قرار داشت. او این شکل از تشعشعات را مادون قرمز نامید.
سیر تحولی و رشد
Greathouse و همکارانش طی مطالعه‌ای تاثیر لیزر مادون قرمز را به انتقال عصبی ، عصب رادیال بررسی کردند. زمان تاخیر ، دامنه پتانسیل عمل و دما ، متغیرهای مورد آزمایش مشاهده نشد.Lynn Snyder و همکارانش اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر زمان تاخیر شاخه حسی عصب رادیال در دو گروه لیزر و پلاسبو بررسی نمودند و مشاهده کردند که در گروه لیزر ، افزایش معنی دارا در زمان تاخیر حسی پس از بکارگیری لیزر ایجاد گردیده است.
Bas Ford و همکارانش طی مطالعه‌ای اثر لیزر کم توان هلیوم - نئون را بر شاخه حسی اعصاب رادیال و مدین بررسی کردند. هیچ اختلاف معنی داری در دامنه پتانسیل عمل ، زمان تاخیر و دما ساعد بعد از بکارگیری لیزر مشاهده نشد.Baxter و همکارانش افزایش معنی دار در زمان تاخیر عصب مدین بعد از بکارگیری لیزر گرارش کردند. Low و همکارانش کاهش دما را به دنبال تابش لیزر کم توان مادون قرمز دیدند.
نتایج اشعه مادون قرمز
گرمایی که ما از خورشید یا از یک محیط گرم احساس میکنیم، همان تشعشعات مادون قرمز یا به عبارتی انرژی گرمایی است. حتی اجسامی که فکر میکنیم خیلی سرد هستند، نیز از خود انرژی گرمایی منتشر میسازند (یخ و بدن انسان). سنجش و ارزیابی انرژی مادون قرمز ساطع شده از اجرام نجومی به علت اینکه بیشترین جذب را در اتمسفر زمین دارند مشکل است. بنابراین بیشتر ستاره شناسان برای مطالعه انتشار گرما از این اجرام از تلسکوپهای فضایی استفاده میکنند.
مادون قرمز در نجوم
تلسکوپها و آشکارسازهایی که توسط ستاره شناسان مورد استفاده قرار میگیرند نیز از خودشان انرژی گرمایی منتشر میسازند. بنابراین برای به حداقل رساندن این تاثیرات نامطلوب و برای اینکه بتوان حتی تشعشعات ضعیف آسمانی را هم آشکار ساخت، اخترشناسان معمولا تلسکوپها و تجهیزات خود را به درجه حرارتی نزدیک به 450?F ، یعنی درجه حرارتی حدود صفر مطلق ، میرسانند. مثلا در یک ناحیه پرستاره ، نقاطی که توسط نور مرئی قابل رویت نیستند، با استفاده از تشعشعات مادون قرمز بخوبی نشان داده میشود. همچنین مادون قرمز میتواند چند کانون داغ و متراکم را همره با ابرهایی از گاز و غبار نشان دهد. این کانونها شامل مناطق پرستاره‌ای هستند که در واقع میتوان آنها را محل تولد ستاره‌ای جدید دانست. با وجود این ابرها ، رویت ستاره‌های جدید با استفاده از نور مرئی به سختی امکانپذیر است.
اما انتشار گرما باعث آشکار شدن آنها در تصاویر مادون قرمز میشود. اختر شناسان با استفاده از طول موجهای بلند مادون قرمز میتوانند به مطالعه توزیع غبار در مراکزی که محل شکل گیری ستاره‌ها هستند، بپردازند. با استفاده از طول موجهای کوتاه میتوان شکافی در میان گازها و غبارهای تیره و تاریک ایجاد کرد تا بتوان نحوه شکل گیری ستاره‌های جدید را مورد مطالعه قرار داد. فضای بین ستاره‌ای در کهکشان راه شیری ما نیز از توده‌های عظیم گاز و غبار تشکیل شده است. این فضاهای بین ستاره‌ای یا از انفجارهای شدید نواخترها ناشی شده‌اند و یا از متلاشی شدن تدریجی لایه‌های خارجی ستاره‌هایی جدید از آن شکل میگیرند. ابرهای بین ستاره‌ای که حاوی گاز و غبار هستند، در طول موجهای بلند مادون قرمز خیلی بهتر آشکار میشوند (100 برابر بیشتر از نور مرئی).
اخترشناسان برای دیدن ستاره‌های جدید که توسط این ابرها احاطه شده‌اند، معمولا از طول موجهای کوتاه مادون قرمز برای نفوذ در ابرهای تاریک استفاده میکنند. اخترشناسان با استفاده از اطلاعات بدست آمده از ماهوارهای نجومی مجهز به مادون قرمز صفحات دیسک مانندی از غبار را کشف کردند که اطراف ستاره‌ها را احاطه کرده‌اند. این صفحات احتمالا حاوی مواد خامی هستند که تشکیل دهنده منظومه‌های شمسی هستند. وجود آنها خود گویای این است که سیاره‌ها در حال گردش حول ستاره‌ها هستند.
مادون قرمز در پزشکی
اگر نگاه دقیق و علمی به یک طیف الکترومغناطیسی بیندازیم، میبینیم که از یک طرف طیف تا سوی دیگر آن ، انواع تشعشعات و پرتوها بر اساس طول موج و فرکانس‌های مختلف قرار دارند، از آن جمله میتوان به تشعشعات گاما ، اشعه ایکس ، ماورای بنفش ، نور مرئی ، مادون قرمز و امواج رادیویی اشاره کرد. هر کدام از این پرتوها و تشعشعات همگام با پیشرفت بشر ، به نوبه خود چالش‌هایی را در زمینه‌های علمی پدید آورده‌اند که در اینجا علاوه بر کاربرد مادون قرمز در شاخه ستاره شناسی ، اشاره‌ای به کارآیی چشمگیری این پرتو در رشته پزشکی خواهیم داشت.
کاربرد درمانی مادون قرمز
بکار بردن گرما یکی از متداولترین روشهای درمان فیزیکی است. از موارد استعمال درمانی مادون قرمز موارد زیر را میتوان ذکر کرد.
تسکین درد
با وجود حرارت ملایم ، کاهش درد به احتمال زیاد بواسطه اثر تسکینی بر روی پایانه‌های عصبی ، حسی ، سطحی است. همچنین به علت بالا رفتن جریان خون و متعاقب آن متفرق ساختن متابولیتها و مواد دردزای تجمع در بافتها ، درد کاهش مییابد.
استراحت ماهیچه
تابش این اشعه راه مناسبی برای درمان اسپاسم و دستیابی به استراحت عضلانی میباشد.
افزایش خون رسانی
در درمان زخمهای سطحی و عفونتهای پوستی ، برای اینکه فرآیند ترمیم به خوبی انجام گیرد، باید به مقدار کافی خون به ناحیه مورد نظر برسد و در صورت وجود عفونت نیز افزایش گردش خون سبب افزایش تعداد گلبولهای سفید و کمک به نابودی باکتریها میکند. از این پرتو میتوان برای درمان مفصل آرتوریتی و ضایعات التهابی نیز استفاده کرد.
کاربرد تشخیصی مادون قرمز
از مهمترین کابردهای تشخیصی آن میتوان توموگرافی را نام برد. اصطلاح ترموگرافی به عمل ثبت و تفسیر تغییراتی که در درجه حرارت سطح پوست بدن رخ میدهد، اطلاق میشود. تصویر حاصل از این روش که توموگرام نامیده میشود، بخش الگوی حرارتی سطح بدن را نشان میدهد. در توموگرافی ، آشکار ساز ، تشعشع حرارتی دریافت شده توسط دوربین را به یک سیگنال الکترونیکی تبدیل میکند و سپس آن را علاوه بر تقویت بیشتر ، پردازش میکند تا اینکه یک صفحه کاتودیک مثل مونیتور تلویزیون آشکار شود.
تصاویر بدست آمده به صورت سایه‌های خاکستری رنگ میباشند، بدین معنی که سطوح سردتر به صورت سایه‌های خاکستری روشن دیده میشوند و در نوع رنگی آن نیز نواحی گرم ، رنگ قرمز و نواحی سرد ، رنگ روشن خواهند داشت. درجه حرارت پوست بدن در نتیجه فرآیندهای فیزیکی ، فیزیولوژیک طبیعی یا بیماری تغییر میکند. از این خاصیت تغییر گرمایی در عضوی خاص یا در سطح بدن برای آشکارسازی یک بیماری استفاده میشود که مهمترین آنها به قرار زیر است.
- بیماری پستان : وسیع ترین جنبه کاربردی توموگرافی در آشکار سازی سرطانهای پستانی است.
زیرا روشی کاملا مطمئن و بدون آزار است.
از پرتوهای یونیزان استفاده نمیشود.
روشی کاملا سریع ، راحت و ارزان است.
به دلیل بی ضرر بودن از قابلیت تکراری بسیار زیادی برخوردار است.
کاربرد ترموگرافی در مامائی
چون جفت از فعالیت بیولوژیکی زیادی برخوردار است. درجه حرارت حاصله در این محل بطور قابل ملاحظه‌ای از بافتهای اطراف بیشتر است. پس میتوان از توموگرافی برای تعیین محل جفت استفاده کرد.
ضررهای مادون قرمز
از طرف دیگر خطرهایی نیز در استفاده از مادون قرمز وجود دارد که میتوان به سوختگی الکتریکی (در اثر اتصال بدن به مدارات الکتریکی دستگاه) سر درد ، تولید ضعیف در بیمار و آسیب به چشمها در اثر تابش مستقیم پرتو اشاره کرد.
نوشته شده توسط
مهدی
86/2/26:: 9:24 عصر
|
() نظر
یک توپ را با میله پلاستیکی و دیگر را میله شیشه‌ای باردار کنید سپس آنها را به هم بچسبانید. گاهی دوبار ناپدید میشوند و همدیگر را از بین می‌برند. برای بیان این مساله میتوان از یک قانون ریاضی مبنی بر اینکه اگر حاصل جمع دو کمیت صفر شود، یکی از آن دو مثبت و دیگری منفی است، استفاده نمود. طبق قرارداد به میله پلاستیکی را بار منفی و میله شیشه‌ای را بار مثبت نسبت داده‌اند.
بیان ساده ای از قانون بقای بار
وقتی که یک میله پلاستیکی را با خز مالش می‌دهیم، میله بار منفی و خز بار مثبت پیدا میکند. آزمایش را با دو جسم خنثی شروع میکنیم، یعنی مجموع بار آن دو برابر صفر است. بعد از مالش دادن ، یکی بار مثبت و دیگری بار منفی مییابد که باز هم بار کل برابر صفر میشود. همچنین وقتی میله‌ای بار مثبت بیابد، بار جسم پلاستیکی که میله شیشه‌ای را با آن مالش می‌دهیم منفی میشود.
هیچ کس نمی تواند یکی از این دو بار را خلق کند، بدون آنکه همزمان دیگری را نیز تولید کرده باشد در یک چنین فرایندی مقدار کل بار تغییر نمی‌کند. این مطلب بیانگر قانون بقای بار الکتریکی است. این قانون همانند قوانین پایستگی جرم و انرژی ، اندازه حرکت خطی ، اندازه حرکت زاویه ای و ... در فیزیک یک قانون بنیادی است.
قانون بقای بار الکتریکی در اتم
همه اجسام دارای ذراتی با بار الکتریکی مثبت و منفی هستند. این ذرات هماناتمهایی هستند که جهان مادی را میسازند. ابعاد این اتمها از مرتبه آنگستروم است. چندین میلیون از این اتمها ، در کنار هم ، چیزی در حدود یک نقطه نمایان میشوند. هر اتم از لحاظ بار الکتریکی خنثی است، زیرا به تعداد مساوی بار مثبت و منفی دارد. بار مثبت اتم و تقریبا تمامی جرم آن ، در مرکز آن ، یعنی در هسته متمرکز شده است. ابعاد هسته ده هزار برابر کوچکتر از ابعاد کل اتم است. هسته یک خوشه محکم به هم چسبیده متشکل از دو نوع ذره پروتونها و نوترونهاست.
تراکم جرم در این ذرات غیر قابل تصور است. یک تفاوت مهم بین پروتونها و نوترونها این است که پروتونها دارای بار الکتریکی مثبت بوده ولی نوترونها از نظر بار الکتریکی خنثی هستند. تعداد پروتونها هسته ، عنصر شیمیایی را که هسته به آن تعلق دارد، مشخص میکند، با این حال قسمت اعظم فضای اتم خالی است، در ناحیه اطراف هسته تعدادی ذره با بار الکتریکی منفی به نام الکترون وجود دارد. جرم الکترون کم است، اما بار آن منفی و مقدارش برابر مقدار بار روی پروتون است. از اینرو در یک اتم خنثی تعداد الکترونها در فضای اطراف هسته درست برابر تعداد پروتونها در داخل هسته است. الکترونها توسط نیروی جاذبه الکتریکی در نزدیکی هسته به آن مقید میشوند.
مبادله بار و قانون بقای بار الکتریکی
گاهی یک تماس ساده میان اجسام ممکن است باعث شود که تعدادی الکترون از یک جسم به جسم دیگر منتقل شود. وقتی میله پلاستیکی با خز مالش داده میشود، برخی الکترونها از خز به میله پلاستیکی منتقل میشوند. ممکن است تعداد الکترونهایی که به میله پلاستیکی منتقل میشوند، در حدود
( 9 ^ 10 ) باشد که ظاهرا زیاد است. تعداد کل الکترونهای موجود در میله پلاستیکی در حدود 24 ^ 10 است.
در فلزات بستگی الکترونها به هسته ضعیف است و الکترونها میتوانند آزادانه در داخل ماده حرکت کنند. چون بار به راحتی در داخل میله فلزی به هم وصل نماییم، هر دو کره خنثی میشوند. ماده ای که بار الکتریکی را از خود عبور میدهد رسانا نامیده میشود. در جامدات ، فقط الکترونها میتوانند حرکت کنند. اما محلول الکترولیت ، آب شور یا گاز داخل لامپ فلوئورسانس رساناهای بسیار خوبی هستند. زیرا حاملین بار مثبت و منفی هردو تحت تاثیر نیروی الکتریکی میتوانند آزادانه حرکت کنند. در تمام فرایندهای مبادله بار و انتقالات اخیر قانون بقای بار الکترکی به دقت ملاحظه میشود. به عبارتی نحوه مبادله بار به توسط قانون بقای بار صورت می‌گیرد. در واکنشهای شیمیایی این قانون همانند قانون بقای جرم ظاهر می شود و واکنش را از نظر الکتریکی مجاز می داند که در طرفین واکنش مجموع بارهای الکتریکی برابر باشند.
نوشته شده توسط
مهدی
86/2/26:: 9:23 عصر
|
() نظر
مقدمه
هنگامی که اروپا در ظلمت جهل و بی خبری بسر می برد، دانشمندان اسلامی و در راس آنان اندیشمندان ایرانی اندوخته های علمی یونانیان را جمع آوری و حراست کردند و با دانش و اندیشه های ایرانیان باستان درآمیختند. تعاریف و اصول هندسه ی اقلیدسی توسط ایرانیان مورد بررسی و نقد قرار گرفت. مثلثات کروی توسط فضلای ایرانی ابداع و دستگاه اعداد با کشفیات هندیان تکمیل و بوسیله ی بازرگانان به اروپا برده شد. از قرن یازدهم میلادی به بعد بعضی از کشیشان به جامه ی طلاب مسلمان در می آمدند و کتبی را که با دقت محافظت می شد با خود به غرب می بردند و ترجمه می کردند.
در قرن شانزدهم دستگاه خورشید مرکزی منظومه شمسی تدوین و مسیر حرکت سیارات با دقت رصد شد. در نتیجه تقدس دایره ها در هم شکسته شد و مدار بیضوی حرکت سیارات مورد قبول واقع شد. روش استقرایی توانی نو یافت و به مقابله با قیاس برخاست و مسیر جدیدی برای اندیشه های علمی بوجود آمد.
آزمایش کردن قباحت خود را از دست داد و اجسام از بلندی رها شدند تا زمان سقوط آنها بطور تجربی بررسی شود. قوانین سقوط آزاد اجسام به کل جهان تعمیم داده شد شد و قانون جهانی گرانش کشف گردید. علت حرکت سیارات به دور خورشید صورت بندی شد. اختراع و تکمیل تلسکوپ انسان را با دنیایی رو به رو ساخت که قبل از آن هرگز تصورش نمی رفت. آنگاه ناچیزی زمین در مقابل کاینات به اثبات رسید.
استفاده از نماد گرایی در ریاضیات آغاز و هندسه تحلیلی به عنوان ابزاری قدرتمند برای تجسم و تکمیل کشفیات حساب دیفرانسیل و انتگرال به کار گرفته شد. ماهیت فیزیکی نور با آزمایش مورد سئوال قرار گرفت. در نتیجه نظریه ی دانه ای و نظریه ی موجی بودن نور برای توجیه آن ابداع شد. عنصر پنجم ارسطوئی اتر بیش از پیش بکار گرفته شد. اما این بار نه به عنوان یک عنصر، بلکه به عنوان زمینه ای برای انتشار نور و توجیه حرکت نور در فضا و انتقال نیروی گرانش و تصور می شد که کالبد فضا از اتر انباشته شده است.
1-2
عصر تاریکی و دوره ی انتقال اول
با سقوط امپراطوری روم در اواسط قرن پنجم میلادی تمدن در اروپای غربی به سطح بسیار پائینی رسید. تعلیم و تربیت تقریباً از بین رفت و تنها راهبان دیرهای کاتولیک و معدودی افراد غیر روحانی با فرهنگ و دانش یونانی و لاتینی رشته ی باریکی داشتند.
در این دوران دانش باستان توسط دانشمندان اسلامی محفوظ ماند، دانشمندان اسلامی ضمن آنکه دانش یونانی را حفظ کردند، اندوخته های علمی ایران باستان، چین و هند را را نیز جمع آوری نموده، خود نیز به باروری آن کوشیدند. خلفای بغداد به حامیان علم بدل گشتند و فضلای برجسته ای را به دربار خود فراخواندند. آثار هندی و یونانی از جمله آثار برهمگویت، و اصول اقلیدسی و مجسطی به عربی ترجمه شد. کتب یونانی به عنوان یکی از شرایط صلح، از امپراطور بیزانس مصادره شد و در اختیار فضلای عرب زبان قرار گرفت. در این عصر فضلای زیادی به نوشتن آثاری در زمینه ریاضیات و نجوم پرداختند که مشهورترین آنها محمد ابن موسی الخوارزمی بود. خوارزمی رساله ای در جبر و کتابی در باره ارقام هندی نوشت که بعدها در قرن دوازدهم به لاتین ترجمه شد و تاثیر زیادی در اروپا گذاشت. ابوالوفا بوزجانی کتب بطلمیوس را ترجمه و تشزیح کرد و شرحی بر کتاب دیوفانتس نوشت. اصیل ترین و بدیع ترین اثر جبری حل معادله درجه سوم توسط خیام بوجود آمد. وی اصلاحیه دقیقی نیز برای تقویم انجام داد.
خواجه نصیرالدین طوسی اولین اثر در باب مثلثات مسطحه و کروی را نوشت و کار پیشتر خیام را با شرح و تصیحیحاتی منتشر کرد که ساکری کارش را در هندسه نااقلیدسی با یاد داشتی از نوشته های نصیرالدین در باب توازی شروع کرد. نوشته های خواجه نصیرالدین توسط جان والیس در آکسفورد تدریس شد.
ابن هیثم که در غرب به الهازن شناخته می شود، بزرگترین فیزیکدان مسلمان شناخته شده است. وی رساله ای در نور نوشت و ذره بین را کشف کرد. به نسبت زاویه تابش و زاویه انکسار پی برد و اصول تاریکخانه را شرح داد و در مورد قسمتهای مختلف چشم بحث کرد. رساله ی نور ابن هیثم نفوذ زیادی در اروپا گذاشت. کارهای وی توسط کمال الدین فارسی پیگیری شد.
در مورد نجوم تنها کافیست گفته شود که بسیاری از نامها و واژه های امروزی در نجوم ریشه عربی دارند. بتدریج آثار علمی ایرانیان تنها زینت بخش کتاب خانه گردید و هنگامیکه شرق در حال به خواب رفتن علمی و غفلت بود، غرب در حال بیدار شدن بود. اوضاع علمی سایر کشورهای اسلامی و هندوستان و چین هم از ایران بهتر نبود، بلکه بدتر بود.
2-2
فیزیک در ایران
کشور ما نسبت دیرینه ای در نجوم دارد. قدیمی ترین متن ایران پیش از اسلام، اوستا کتاب دینی زرتشتیان است که متاسفانه فقط یک پنجم آن باقی مانده است. در این متن به کروی بودن زمین اشاره شده است که این یک ردپای نجومی از ایران باستان است. همچنین در متن های دینی زرتشتی مربوط به دوره ساسانی به نام صورت های فلکی، ستاره ها و سیارات اشاره شده است.
مورد دیگر نجوم ایران پیش از اسلام مربوط به قرن اول میلادی یعنی 6 قرن پیش از ظهور اسلام است.در قرن اول میلادی عده ای از فعالان (رهبران دینی که هم رهبر بودن و هم دانشمند) به علتی نامعلوم و زمان اشکانیان از سیستان به هند مهاجرت کردند و دانش و فرهنگ ایرانی را با خود به این کشور بردند و آن را با فرهنگ و دانش هندی آمیخته کردند. گفته می شود این افراد همچنین در هند باقی مانده اند و تمایز نژادی خود را حفظ کرده اند. در هر حال این مسلم است که تقویم ایرانی که این افراد به هند بردند که در آن شروع سال اول بهار است و هنوز در هند مورد استفاده قرار می گیرد. البته آنها عملا از تقویم اروپایی استفاده می کنند اما تقویم رسمی در قانون اساسی این کشور همان تقویم ایرانی است. از کتب قدیمی ایران کتاب نجومی باقی نمانده است غیر یک اثر مهم به نام ذیج شهریاران. ذیج به معنی کتابچه نجومی است که لغت قدیمی فارسی است. این کتاب در زمان بهرام گور و توسط پادشاهان ساسانی تالیف شده است که یک قرن بعد در زمان انوشیروان تصمیم گرفتند این کتاب را کامل تر کنند که به دستور انوشیروان کتاب های نجوم یونان و هند خوانده شد و مقایسه کردند و گفتندکه کتاب های نجوم هندی دقیق تر است در نتیجه یک ویرایش جدیدی از ذیج شهریار براساس متن های هندی فراهم کردند. بعضی از منجمان اسلامی مثل ابوریحان بیرونی و خوارزمی مطالبی از این کتاب را در کتاب های خود آورده اند.
مثلا ابوریحان بیرونی کتابی به نام افراط المقال فی امر الضلال (مقاله ای یکتا در مورد سایه ها) دارد که در آن روش مدرج کردن ساعت های آفتابی را از کتاب ذیج شهریار نقل کرده است. همچنین در یکی از نوشته های دینی زرتشتی یک آیین مقدسی ذکر شده است که گفتند این آیین باید زمانی انجام شود که ماه، ستاره ها، سیاره ها و خورشید در یک موقعیت ویژه که در رسانه ذکر شده است، باشد. در عین حال، در نوشته هایی که به زبان پهلوی است برای محاسبه موقعیت ماه، خورشید، ستاره ها و سیاره ها گفته شده است که باید محاسبه آنها براساس یک ذیج (کتابچه نجومی) باشد و آنجایی که از منابع ساسانی نام برده از ذیج هندی، ذیج شهریاران و ذیج بطلمیوس نام برده است به این ترتیب مشخص می شود که در زمان ساسانیان، ایرانی ها با نجوم یونان باستان که خیلی پیشرفته بود آشنا بوده اند که شاخص تر اثر آن کتاب نجومی یونان باستان است که بعدها به عربی ترجمه شد. ولی این عقیده هم وجود دارد که اولین ترجمه آن از یک ترجمه فارسی قدیمی گرفته شده است. نجوم ایران باستان از نجوم دوره یونان باستان تاثیر گرفته و بر نجوم دوره اسلامی اثر گذاشت و نجوم این دوره هم بعدها بر تکامل نجوم در اروپا تاثیر گذاشت. بعد از اسلام یکی دو قرن صرف کشمکش و تثبیت حکومت جدید در ایران شد. در این دوره یا هیچ اثری بوجود نیامد و یا اگر به وجود آمد باقی نماند. اما بعد از آن از قرن سوم تا قرن 7 و 8 هجری شکوفایی بسیاری در کشورهای اسلامی به خصوص در ایران به وجود آمد و دانشمندان دستاوردهای زیادی به وجود آوردند که به دوره طلایی اسلامی شهرت یافت.
خیام غیاث الدین ابوالفتح، عمر بن ابراهیم خیام (خیامی) در سال 439 هجری (1048 میلادی) در شهر نیشابور و در زمانی به دنیا آمد که ترکان سلجوقی بر خراسان، ناحیه ای وسیع در شرق ایران، تسلط داشتند. وی در زادگاه خویش به آموختن علم پرداخت و نزد عالمان و استادان برجسته آن شهر از جمله امام موفق نیشابوری علوم زمانه خویش را فراگرفت و چنانکه گفته اند بسیار جوان بود که در فلسفه و ریاضیات تبحر یافت. خیام در سال 461 هجری به قصد سمرقند، نیشابور را ترک کرد و در آنجا تحت حمایت ابوطاهر عبدالرحمن بن احمد , قاضی القضات سمرقند اثر برجسته خود را در جبر تألیف کرد.
خیام سپس به اصفهان رفت و مدت 18 سال در آنجا اقامت گزید و با حمایت ملک شاه سلجوقی و وزیرش نظام الملک، به همراه جمعی از دانشمندان و ریاضیدانان معروف زمانه خود، در رصد خانه ای که به دستور ملکشاه تأسیس شده بود، به انجام تحقیقات نجومی پرداخت. حاصل این تحقیقات اصلاح تقویم رایج در آن زمان و تنظیم تقویم جلالی (لقب سلطان ملکشاه سلجوقی) بود.
در تقویم جلالی، سال شمسی تقریباً برابر با 365 روز و 5 ساعت و 48 دقیقه و 45 ثانیه است. سال دوازده ماه دارد 6 ماه نخست هر ماه 31 روز و 5 ماه بعد هر ماه 30 روز و ماه آخر 29 روز است. هر چهار سال، یکسال را کبیسه می خوانند که ماه آخر آن 30 روز است و آن سال 366 روز می شود در تقویم جلالی هر پنج هزار سال یک روز اختلاف زمان وجود دارد در صورتیکه در تقویم گریگوری هر ده هزار سال سه روز اشتباه دارد.
دستاوردهای علمی خیام برای جامعه بشری متعدد و بسیار درخور توجه بوده است. وی برای نخستین بار در تاریخ ریاضی به نحو تحسین برانگیزی معادله های درجه اول تا سوم را دسته بندی کرد، و سپس با استفاده از ترسیمات هندسی مبتنی بر مقاطع مخروطی توانست برای تمامی آنها راه حلی کلی ارائه کند. وی برای معادله های درجه دوم هم از راه حلی هندسی و هم از راه حل عددی استفاده کرد، اما برای معادلات درجه سوم تنها ترسیمات هندسی را به کار برد؛ و بدین ترتیب توانست برای اغلب آنها راه حلی بیابد و در مواردی امکان وجود دو جواب را بررسی کند. اشکال کار در این بود که به دلیل تعریف نشدن اعداد منفی در آن زمان، خیام به جوابهای منفی معادله توجه نمی کرد و به سادگی از کنار امکان وجود سه جواب برای معادله درجه سوم رد می شد. با این همه تقریبا چهار قرن قبل از دکارت توانست به یکی از مهمترین دستاوردهای بشری در تاریخ جبر بلکه علوم دست یابد و راه حلی را که دکارت بعدها (به صورت کاملتر) بیان کرد، پیش نهد.
خیام همچنین توانست با موفقیت تعریف عدد را به عنوان کمیتی پیوسته به دست دهد و در واقع برای نخستین بار عدد مثبت حقیقی را تعریف کند و سرانجام به این حکم برسد که هیچ کمیتی، مرکب از جزء های تقسیم ناپذیر نیست و از نظر ریاضی، می توان هر مقداری را به بی نهایت بخش تقسیم کرد. همچنین خیام ضمن جستجوی راهی برای اثبات "اصل توازی" (اصل پنجم مقاله اول اصول اقلیدس) در کتاب شرح اصول مشکل آفرین کتاب اقلیدس، مبتکر مفهوم عمیقی در هندسه شد. در تلاش برای اثبات این اصل، خیام گزاره هایی را بیان کرد که کاملا مطابق گزاره هایی بود که چند قرن بعد توسط والیس و ساکری ریاضیدانان اروپایی بیان شد و راه را برای ظهور هندسه های نااقلیدسی در قرن نوزدهم هموار کرد. بسیاری را عقیده بر این است که مثلث حسابی پاسکال را باید مثلث حسابی خیام نامید و برخی پا را از این هم فراتر گذاشتند و معتقدند، دو جمله ای نیوتن را باید دو جمله ای خیام نامید. البته گفته می شود بیشتر از این دستور نیوتن و قانون تشکیل ضریب بسط دو جمله ای را جمشید کاشانی و نصیرالدین توسی ضمن بررسی قانون های مربوط به ریشه گرفتن از عددها آورده اند.
استعداد شگرف خیام سبب شد که وی در زمینه های دیگری از دانش بشری نیز دستاوردهایی داشته باشد. از وی رساله های کوتاهی در زمینه هایی چون مکانیک، هیدرواستاتیک، هواشناسی، نظریه موسیقی و غیره نیز بر جای مانده است. اخیراً نیز تحقیقاتی در مورد فعالیت خیام در زمینه هندسه تزئینی انجام شده است که ارتباط او را با ساخت گنبد شمالی مسجد جامع اصفهان تأئید می کند.
اما گذشته از همه اینها، بیشترین شهرت خیام در طی دو قرن اخیر در جهان به دلیل رباعیات اوست که نخستین بار توسط فیتزجرالد به انگلیسی ترجمه و در دسترس جهانیان قرار گرفت و نام او را در ردیف چهار شاعر بزرگ جهان یعنی هومر، شکسپیر، دانته و گوته قرار داد.
خواجه نصیرالدین محمد بن حسن جهرودی طوسی مشهور به خواجه نصیرالدین طوسی از اهالی جهرود از توابع قم بوده است که در تاریخ 15 جمادی الاول سال 597 هجری قمری ولادت یافته است. او به تحصیل دانش، علاقه زیادی داشت و از دوران جوانی در علوم ریاضی و نجوم و حکمت سرآمد شد و از دانشمندان معروف زمان خود گردید.
خواجه نصیرالدین طوسی ستاره درخشانی بود که در افق تاریک مغول درخشید و در هر شهری پا گذارد آنجا را به نور حکمت و دانش و اخلاق روشن ساخته و در آن دوره تاریک و در آن عصری که شمشیر تاتار و مغول خاندانهای کوچک و یا بزرگ را از هم پاشیده و جهانی از حملات مغولها به وحشت فرو رفته و همه در گوشه و کنار منزوی و یا فراری می شدند و بازار کسادی دانش و جوانمردی و مروت می بود و فساد حکمفرما. وجود و بروز چنین دانشمندی مایه اعجاب و اعجاز است.
تاسیس رصدخانه مراغه و انجام نخستین فعالیت علمی، پژوهشی و آموزشی در این موسسه از مهم ترین اقدامات این دانشمند است. رصدخانه مراغه به عنوان بزرگ ترین مرکز پژوهشی نجومی در زمان خود مطرح بوده است و امروز نیز علاوه بر ثبت در کتب، جزوات و اسناد ملی و بین المللی هر ساله صدها محقق نجوم در داخل و خارج از کشور را به خود جذب می کند.
همچنین خواجه نصیرالدین طوسی با انجام نخستین کار علمی و آموزشی در رصدخانه بین المللی مراغه پس از گذشت 750 سال از زمان فعالیت های علمی دراین مرکز پیشتاز نجوم در دنیای قدیم است. رصدخانه مراغه در سال 657 هجری قمری به دستور هلاکوخان و به همت دانشمند ایرانی خواجه نصیرالدین طوسی ساخته شد که ساخت آن 15 سال به طول انجامید. در این رصدخانه اسباب و آلات نجومی بسیاری متمرکز شده بود که متاسفانه این مجموعه بعد از سال 703 هجری قمری بر اثر زلزله و بی توجهی حکام رو به ویرانی گذاشت.
گفته می شود کتابخانه آن دارای چهار هزار جلد کتاب بوده است که از بغداد به این رصدخانه انتقال یافته بود. رصدخانه کهن مراغه بنابر اسناد معتبر الهام بخش تولد رصدخانه های سمرقند در تاجیکستان اوجین در هندوستان، فندو در بنارس اورانین برگ در دانمارک و رصدخانه شانگهای چین بوده است.
3-2
بیداری غرب و دوره ی انتقال دوم
ارتباط غربیان با جوامع اسلامی بویژه از طریق بازرگانان موجب توجه آنان آثار علمی اندیشمندان اسلامی شد. در این دوره مسیر برعکسی آغاز شد بدین ترتیب که چون بسیاری از آثار نجومی یونان باستان از بین رفته بود و فقط ترجمه عربی آن باقی مانده بود به لاتین ترجمه شدند. در این دوره بود که تعداد زیادی از اصطلاحات عربی به زبان های اروپایی راه پیدا کرد.
در حدود سال 950 میلادی ژربر متولد شد، وی در مدارس مسلمانان اسپانیا درس خواند و در مراجعت ارقام عدد نویسی عربی را با خود به اروپای مسیحی برد. ژربر مورد سوء ظن معاصرانش قرار گرفت و متهم شد که روح خود را به شیطان فروخته است. با این حال ژربر به تدریج در کلیسا ترقی کرد و سرانجام در سال 999 به مقام پاپی انتخاب شد. بدین ترتیب ورود آثار کلاسیک علوم یونانی و اسلامی به اروپای غربی شروع شد.
در حدود 1120 میلادی یک راهب انگلیسی به نام آدلارد باثی که در اسپانیا درس خوانده بود، خود را در جامه یک طلبه در آورد و به گنجی از دانش که شدیداً مورد حفاظت بود دست رسی پیدا کرد. وی اصول اقلیدس و جداول خاورزمی را به لاتین ترجمه کرد. قرن دوازدهم میلادی به قرن ترجمه آثار و فرهنگ و دانش اسلامی بدل گشت. کوشاترین مترجم این عصر گراردوی کرمونایی بود که بالغ بر 90 اثر عربی را به لاتین ترجمه کرد. مجسطی، اصول اقلیدس و جبر خوارزمی از آن جمله بودند.
در حدود سال 1250 میلادی، اکوایناس اساس استدلال و منطق ارسطو را بکار برد. وی بر اساس اصول ارسطویی سیستم تومیسم Tomism را بنیاد نهاد که در حال حاضر نیز پایه الهیات کلیسای کاتولیک رومی است. دیگران نیز به زودی از احیای اندیشه های یونانی در زمینه های دنیوی استفاده کردند. مهمترین کار در این زمینه با انتشار کتاب کوپرنیک صورت گرفت که در آن یکی از بدیهیات اختر شناسی، یعنی دستگاه زمین مرکزی منظومه شمسی رد شد.
ظهور و پیدایش رنسانس
در نیمه دوم قرن 14 در ایتالیا و در شهر فلورانس پدیده ای به نام رنسانس به وجود می آید و به بخش های مختلف اروپا اشاعه پیدا می کند . چرا با وجود کشورهایی مثل آلمان وفرانسه و امثال اینها که به شکل امروزی نبودند، چرا این پدیده در ایتالیا رخ داده است ؟ درذیل دلایل مختلفی را که در این زمینه مطرح کرده اند که رنسانس در ایتالیا اتفاق افتاده است،بیان شده است :
پایگاه مسیحیت در روم بود ولی به مرور زمان نفوذ کلیسا قدرت قبلی خود را در ایتالیا از دست می دهد و تحت فشار شاهان فرانسه در اواخر قرون وسطی دربار پاپ از روم به آونیوم در فرانسه منتقل می شود . بنابراین نفوذ کلیسا در ایتالیا کمتر می شود .
به مرور زمان، زبان رسمی و علمی در اروپا زبان لاتینی می شود. زبان های مثل اسپانیایی، ایتالیایی و فرانسوی در مقایسه با زبانی مثل آلمانی نسبت به هم دارای قرابت و نزدیکی زیادی هستند. بسیاری از آثار دوران یونان باستان به زبان لاتینی ترجمه شده بود و زبان لاتینی به زبان ایتالیایی نزدیکتر از دیگر زبان ها بود. بنابر این ایتالیایی ها راحتتر می توانستند با ترجمه های آثار یونانی ارتباط برقرار کنند .
مقر اصلی تمدن روم و امپراطوری روم درایتالیا بود . روم شرقی و بیزانس در حوزه شرقی اروپا و بالکان و سوریه بود و امپراطوری روم غربی در ایتالیا و فرانسه و آلمان بود اما مرکزیت آن در ایتالیا بود. بنابر این مردم ایتالیا به یونان و روم باستان نزدیکتر بودند چون امپراطوری روم در ایتالیا قرار داشت .
بنابر این با توجه به مجموعه این دلایل پدیده رنسانس در ایتالیا اتفاق می افتد .
رنسانس یعنی قبول نداشتن کلیسا و عقاید آن و بازگشت به یونان و روم باستان است. در یونان و روم باستان اصالت با انسان بوده است. برای برگشت به یونان و روم باستان باید در تمام مسائل از جمله هنر و ادبیات و فلسفه باید به همان روش عمل نمود. بنابر این باید به آثار همان زمان رجوع کرد و چون آثار یونان به لاتینی ترجمه شده و ایتایایی ها با توجه به قرابت زبانشان به زبان لاتینی راحتترمی توانستند زبان لاتینی را فرا گیرند اینها زودتر از بقیه توانستند به آثار یونانی دست پیدا کنند.
4-2
دستگاه خورشید مرکزی خورشید کوپرنیک
نیکلا کوپرنیک
(1543-1473)
ریاضیدان
اخترشناس، حقوقدان و اقتصادان با استعدادی بود که در نزد مردم بسیار محترم بود. اصلیت وی لهستانی بود و برای ادامه تحصیل به ایتالیا رفت. کوپرنیک نخستین کسی بود که در دوران رنسانس، انقلاب بزرگی را در زمینه اخترشناسی برپا می کند. کوپرنیک به مسئله حرکت دورانی افلاطون در مورد اجرام آسمانی بسیار علاقه مند بود و در این زمینه تلاش های بسیار انجام داد. کوپرنیک معتقد بود که حرکت اجرام آسمانی مانند ستاره ها، سیارات و ماه یک حرکت دورانی(دایره ای) و یا ترکیبی از حرکات دورانی است. زیرا در حرکات دورانی، جرم در یک دوره مشخص و ثابت به حالت و وضعیت قبلی خود برمی گردد. کوپرنیک با مشاهدات و تحقیقات گسترده و محاسبات دقیق به این نتیجه رسید که اگر حرکت سیارات با حرکت دوره ای زمین در ارتباط باشد، و حرکت دوره ای سیارات را بر اساس گردش آن ها به دور خورشید محاسبه کنیم به این نتیجه می رسیم که علاوه بر نظم و ارتباط میان آن ها(منظور حرکت دورانی زمین و خورشید مرکزی) و ترتیب حاکم بر مدار های سیارات، حرکت دورانی این اجرام با هم در ارتباط می باشند. به طوری که تغییر در هر یک از این مدار ها باعث در هم فرو ریختن اجرام و در نتیجه منظومه می شود.
سرانجام کوپرنیک منظومه خود را تدوین کرد که منظومه وی با منظومه زمین مرکزی بطلیموس که مورد قبول عامه مردم (از جمله کلیسا) آن دوره بود، مغایرت داشت.
وی در منظومه خود خورشید را مرکز قرار داد که زمین و دیگر سیارات به دور آن در حال حرکت هستند. نیکلا منظومه خود را بر اساس چند فرض بنیان نهاد:
مرکزیِ هندسی و دقیق برای مدار اجرم آسمانی وجود ندارد.
خورشید در مرکز قرار دارد و زمین و دیگر سیارات به دور آن حرکت می کنند.
زمین دیگر مرکز جهان نیست. زمین علاوه بر حرکت گردشی به دور خورشید، به دور خود نیز می چرخد.
حرکت خورشید در آسمان بر اساس حرکت دوره ای زمین می باشد.
حرکت ظاهری اجرام آسمانی در آسمان تنها بر اساس حرکت خود آن ها نیست، بلکه این حرکت ها با حرکت دوره ای زمین نیز در ارتباط می باشند.
کوپرنیک نظر داد که گردش زمین به دور خود یک شبانه روز به طول می انجامد.
کوپرنیک تلاش می کرد تا نظریه خود را از طریق ریاضیات اثبات کند. وی با محاسبات خود به این نتیجه رسید که هرچه قدر از سیارات دور به خورشید نزدیک شویم، بر سرعت گردش آن ها افزوده می شود. زحل که دورترین سیاره آن زمان بود، یک دور یکنواخت خود را به مدت 29.5 سال و سپس مشتری این دوره را در 11.8 سال می پیماید. بعد از مشتری نوبت به مریخ می رسد که این دوره را در مدت 687 روز و زهره 224 روز و عطارد 88 روز سپری می کنند. البته این مقادیر را کوپرنیک محاسبه کرده است و اختلاف این مقادیر با مقادیر امروزی ناچیز است. این محاسبات بخشی از اثبات تئوری کوپرنیک با استفاده از هندسه بود.
مزیت تئوری کوپرنیک آن بود که وی با استناد به نظریه خورشید مرکزی به نتایجی دست یافت که برخی از این نتایج در نظریه بطلیموسی امکان پذیر نبود.
مهمترین این نتایج عبارتند از:
الف) محاسبه اندازه مدار سیارات که به دور خورشید می گردند.
ب) محاسبه دوره تناوب گردش سیارات به دور خورشید.
ج) بدست آوردن سرعت نسبی حرکت دورانی سیارت.
د) مشخص کردن حرکت زاویه ای سیارات و موضع آن ها در آسمان. که این نتیجه در هر دو تئوری کوپرنیک و بطلیموس وجود داشت.
بر این اساس بود که کوپرنیک به این نتیجه رسید که میان مدار های سیارات و جایگاه آن ها ارتباطی وجود دارد؛ طبق گفته خود هرگونه تغییر مکانی در هر قسمت از آن باعث به هم خوردن قسمت های دیگر و همه جهان می شود)). کوپرنیک مدعی بود که برتری نظریه او در زیبایی و سادگی آن است. وی در این رابطه در کتاب خود، ""درباره گردش افلاک آسمانی"" می گوید((در میانه همه خورشید بدون حرکت می پاید. به راستی، چه کسی در این معبد عظیم و زیبا، منبع نور را در جایی جز آنجا که بتواند همه قسمت های دیگر را بیفروزد و روشنایی بخشد، قرار می دهد؟ پس در اساس این برگزیدگی، تقارن قابل ستایش در جهان و هماهنگی بارزی در حرکت و اندازه کرات می یابیم، آن چنان که به هیچ وجه دیگری نمی توانست باشد.
تئوری کوپرنیک بنا به دلایلی به زودی مورد قبول عامه مردم قرار نگرفت. بیش از یک قرن طول کشید تا نظریه خورشیدمرکزی میان اخترشناسان مورد پذیرش قرارگیرد.
مهمترین دلایلی که علیه این نظریه مطرح شده بود:
منظومه کوپرنیکی بیشتر جنبه ریاضی، سادگی و زیبایی داشت و با مشاهدات نجومی آن زمان مطابقت نداشت و به همین دلیل مورد پذیرش عام قرار نگرفت.
یکی از ضعف هایی که کوپرنیک در اثبات نظریه خود داشت آن بود که او نمی توانست با استفاده از نظریه های پیشین، نظریه خود را اثبت کند.
یکی از دلایلی که همیشه بر ضد نظریه خورشیدمرکزی مطرح بود آنست که اگر زمین در حال حرکت می بود، بایستی به کلی منهدم شود. زیرا اگر زمین حرکت کند، آنگاه هوا، پرندگان و قطرات بارانی که به زمین می بارند، جا می ماندند. یکی از مثل هایی که مخالفین به گالیله می گفتند آن بود که اگر زمین در حال حرکت باشد، توپی که از بالای برج پیزا پرتاب می شد باید به عقب (جهت خلاف گردش زمین) جا بماند.
اما کوپرنیک می پنداشت که هوا به همراه زمین در حال حرکت است. و از طرفی وی در نظر داشت که اگر چنین می بود پس چرا دیگر اجرام آسمانی که در حال حرکتند، منهدم و نابود نمی شوند.
الگوی خورشید مرکزی کوپرنیک با عقاید و اصول ارسطو مغایرت داشت. و از طرفی چون در آن زمان کلیسا طرفدار اصول ارسطو بود، به همین دلیل نظر همه مسیحیان بر ضد کوپرنیک بود. آنان به آیات انجیل استناد می کردند و می گفتند که معمار و طرح خلقت جهان بر اساس منظومه و تئوری بطلیموس است. به همین دلیل سازمان تفتیش عقیده، کتاب کوپرنیک را که مخالف با کتاب مقدس بود، ممنوع اعلام کرد.
اگر چه نظریه خورشید مرکزی کوپرنیک با نظریه زمین مرکزی بطلیموس از نظر علمیِ مشاهده نجومی سازگار بود اما از نظر فلسفی مغایرت داشت. چون کوپرنیک چارچوب مرجع خود را از زمین به خورشید منتقل کرده بود. و این انتقال چارچوب از نظر فیزیک سینماتیکی امروزی کاملا صحیح می باشد.
5-2
قوانین کپلر
کوپرنیک با قرار دادن خورشید در مرکز منظومه شمسی توصیف بسیار ساده تر و توضیح طبیعی تری در باره برخی از خصوصیات حرکت سیاره ای به دست داد. هرچند طرح کوپرنیک بسیار ساده تر از طرح بطلمیوس بود، اما چون کوپرنیک نیز به تقدس دایره ها اعتقاد داشت، به همان اندازه بطلمیوس از مدارهای تدویر و نظایر آن استفاده کرد. تنها تفاوت دو دستگاه این بود که یکی زمین را مرکز حرکت سیارات می دانست و دیگری خورشید را. با آنکه ستاره شناسان از پذیرش دستگاه خورشید مرکزی بطلمیوس اجتناب می کردند، اما این دستگاه تاثیر خود را بر اندیشه آنان گذاشته بود و بحث و جدل در مورد آن روز به روز بیشتر می شد.
این مجادلات باعث شد که منجمین اطلاعات رصدی بیشتری و دقیق تری به دست آورند. تیکو براهه این اطلاعات را جمع آوری کرد و اعتقاد داشت که همه ی سیارات بجز زمین به دور خورشید می گردند و خورشید همراه سیارات به دور زمین می چرخد. در این دوران یوهان کپلر (1571-1630) به عنوان دستیار نزد تیکو براهه در رصد خانه ی پراگ مشغول کار شد.
پس از کوپرنیک ، کپلر نخستین منجم نامداری بود که نظریه مرکزیت خورشید را اتخاذ کرد ، اما معلوماتی که تیکو براهه ثبت کرده بود نشان داد که این نظریه به صورتی که کوپرنیک بدان بخشیده بود ، نمی تواند کاملا صحیح باشد. با این وجود ظرفداری کپلر از دستگاه خورشید مرکزی کوپرنیک مورد پسند تیکو برهه نبود. هنوز یکسال از همکاری این دو نگذشته بود که تیکو براهه فوت کرد و تمام رصدهایی را که جمع آوری کرده بود به عنوان ارثیه ای ارزشمند برای کپلر باقی گذارد.
پس از مرگ تیکو براهه، کپلر به توده ی عظیمی از رصدهای بسیار دقیق در حرکت سیارات دست یافت. بعداً مسئله به این صورت در آمد که الگویی برای حرکت سیارات ارائه دهد که دقیقاً با مجموعه رصدهای انجام شده مطابقت کند.
بدین ترتیب کپلر نیاز داشت که ابتدا به کمک تخیل جواب موجهی را حدس بزند و سپس با پشتکار، کوهی از محاسبات کسل کننده را انجام دهد تا حدس خود را تایید یا رد کند.
توفیق بزرگ کپلر همانا کشف سه قانون حرکت سیارات است دو تا از این قوانین را وی در 1609 و سومی را در 1619 انتشار داد .
قانون اول کپلر یا قانون بیضوی ها
مدار هر سیاره به شکل یک بیضی است که خورشید در یکی از کانونهای آن قرار دارد .
که میتوان از این مطلب این را نتیجه گرفت که فاصله سیاره تا خورشید به لحاظ واقع بودن بر مدار بیضی دارای حداقل و حداکثر است. کپلر بیش از 20 سال برای درک چگونگی مدارات سیارات زحمت کشید او مدلهای مختلفی را امتحان نمود ولی سرانجام نشان داد که صفحه مداری سیاره ها از خورشید می گذرد و کشف کرد که شکل مداری سیارات به صورت بیضی است .این قانون در سال 1609 میلادی انتشار یافت.
قانون دوم کپلر یاقانون سطح معادل
خط مستقیم واصل سیاره و خورشید (شعاع حامل یک سیاره)، در فواصل زمانی مساوی مساحتهای مساوی را در فضا جاروب می کند.
یعنی برای مثال در شکل سیاره ای در مدت 1 ماه از Aبه B می رود . مدت زمانی که از Cبه D می رود نیز یک ماه است اما اکنون از خورشید دورتر است بنابراین فاصله A تا B باید بیشتر باشد تا سیاره در همان مدت یک ماه مساحتی برابر با مساحت اول را جاروب کند . به همین دلیل سیاره هنگامی که به خورشید نزدیکتر است با سرعت بیشتری حرکت می کند. برای فهم بهتر اینجا را کلیک کنید .
قانون سوم کپلریا قانون هارمونیک
نسبت مجذور زمان تناوب گردش دو سیاره برابر است با نسبت مکعب نیم قطر اطول آنها کپلر برای بدست آوردن این فرمول 7 سال تلاش کرد . در آن زمان فاصله واقعی میان خورشید و سیارات معلوم نبود اما محاسبه نسبت فاصله یک سیاره تا خورشید به فاصله زمین تا خورشید میسر بود . مثلا کپلر می دانست که نیم قطر اطول مدار مریخ تقریبا 1.5 برابر نیم قطر اطول مدار زمین است . حال او متوجه شد اگر در هر سیاره نیم قطر اطول را به توان 3 و دوره گردش را به توان 2 برسانیم . دو رقم بدست آمده باهم برابر می شوند و فقط اختلافهای اندکی برای برجیس (مشتری) و کیوان (زحل) دیده می شود.
در زمان کپلر دو قانون اول فقط در مورد مریخ قابل اثبات بود . در مورد سایر سیارات رصد ها با آن قوانین سازش داشت ، منتهی چنان نبود که آنها را قطعا محقق سازد و مدتها گذشت تا دلایل قطعی در تایید آنها بدست آمد .
کشف قانون اول ، یعنی اینکه سیارات روی مدارات بیضوی حرکت می کنند ، بیش از آنکه برای مردم امروز به آسانی قابل تصور باشد مستلزم کوشش در رها ساختن گریبان خود از چنگ سنتها بود . تنها نکته ای که همه ی ستاره شناسان در آن خصوص با هم توافق داشتند این بود که همه ی حرکات سماوی ، دورانی است یا از حرکات دورانی ترکیب شده است .
قرار دادن بیضی به جای دایره ، مستلزم رها کردن آن تمایل زیباشناختی بود که از زمان فیثاغورث به بعد بر نجوم حکومت کرده بود . دایره شکل کامل و افلاک سماوی اجسام کامل شناخته می شدند _ که در اصل مقام خدایی داشتند و حتی در آثار افلاطون و ارسطو نیز رابطه ی نزدیکی با خدایان دارند . واضح به نظر می رسید که یک جسم کامل باید بر یک مدار کامل حرکت کند . به علاوه چون اجسام آسمانی آزادند ، یعنی بی اینکه کشیده یا رانده شوند حرکت می کنند ، پس حرکت آنها باید طبیعی باشد و تصور اینکه دایره طبیعی است و بیضی چنین نیست امر آسانی بود . بدین ترتیب بسیاری از باورهای ذهنی عمیق می بایست منسوخ و مطرود گردد تا قانون اول کپلر بتواند مورد قبول واقع شود .
قانون دوم مربوط به سرعت متغیر سیاره در نقاط مختلف مدار خویش است. بنابراین سیاره در نزدیک ترین فاصله ی خود به خورشید ، بیشترین سرعت را دارد و در دورترین فاصله ی خود از خورشید ، کمترین سرعت را .
این نکته هم باز سبب حیرت می شد زیرا که وقار و متانت سیاره مغایر این بود که گاهی شتابان و گاهی خرامان راه برود !
قانون سوم از این لحاظ مهم بود که حرکت سیارات مختلف را نسبت به هم می سنجید . قانون سوم می گوید که اگر r فاصله ی متوسط یک سیاره نسبت به خورشید و Tطول سال آن باشد . پس r^3/T^2 در مورد همه ی سیارات یک اندازه است . این قانون ( تا آنجا که به منظومه ی شمسی مربوط می شود ) دلیل قانون جادبه ی نیوتن قرار گرفت
نتیجه: آنچه که کپلر انجام داد، از جزئیات یعنی رصدهای موضعی، به کلیات یعنی مسیر حرکت سیارات دست یافت. سه قانون کپلر از رویدادهای بسیار مهم علم است که بطور کامل تقدس دایره ها را در هم شکست و نظریه کپرنیک را از حمایت موثری برخوردار کرد. این قوانین نشان داد که اگر خورشید به عنوان مرجع در نظر گرفته شود، حرکت سیارات را می توان به آسانی توصیف کرد. اما اشکال این قوانین آن بود که صرفاً تجربی بود، یعنی فقط مسیر حرکت مشاهده شده را بیان می کردند، بی آنکه هیچگونه تعبیر نظری در باره ی آنها به دست بدهند. یا در مورد منشاء این قواعد توضیح نمی داد.
همزمان ارائه این قوانین توسط کپلر، واقعه ی بزرگی در شرف تکوین بود. گالیله در زمان ارائه این قوانین به حرکت اجسام، آونگ، نور ... می اندیشید و دست به آزمایشهای سرنوشت سازی می زد. بطور قطع این دو نفر در شکل گیری اندیشه های نیوتن نقش برجسته ای داشتند.
نوشته شده توسط
مهدی
86/2/24:: 6:58 عصر
|
() نظر
فناوری نانو میتواند اثرات قابل توجهی در صنعت نفت داشته باشد، در مطلب زیر بعد از اشاره به برخی از این تأثیرات، تعدادی از کاربردهای فناوری نانو در صنعت نفت بویژه در بحث آلودگی محیط زیست و نیز سنسورهای نانو به طور مختصر معرفی گردیده است:
مقدمه هنگامی که ریچارد اسملی ( Richard Smally ) برندة جایزة نوبل، بالک مینسترفلورسنس را در سال 1985 در دانشگاه رایس کشف نمود، انتظار اندکی داشت که تحقیق او بتواند صنعت نفت را متأثر سازد. سازمان انرژی آمریکا ( DOE ) سرمایه‌گذاری خود را در قسمت فناوری نانو با 62 درصد افزایش داد تا مطالعات لازم در زمینة موادی با نام‌های باکی‌بال‌ها ( Bulky Balls ) و باکی‌تیوب‌ها ( Bulky Tubes ) استوانه‌های کربنی که دارای قطر متر میباشند صورت گیرد. نانولوله‌های کربنی با وزنی در حدود وزن فولاد، صد برابر مستحکم تر از آن بوده، دارای رسانش الکتریکی معادل با مس و رسانی گرمایی هم ارز با الماس میباشند. نانوفیلترها میتوانند به جداسازی مواد در میدان‌های نفتی کمک کنند و کاتالیست‌های نانو میتوانند تأثیر چندین میلیارد دلاری در فرآیند پالایش به‌دنبال داشته باشند. از سایر مزایای نانولوله‌های کربنی میتوان به کاربرد آنها در تکنولوژی اطلاعات ( IT ) نظیر ساخت پوشش‌های مقاوم در مقابل تداخل‌های الکترومغناطیسی، صفحه‌های نمایش مسطح، مواد مرکب جدید و تجهیزات الکترونیکی با کارآیی زیاد اشاره نمود.
علم نانو یک تحول بزرگ در مقیاس بسیار کوچک
بسیاری از محققان و سیاستمداران جهان معتقدند که علم نانو میتواند تحولات اساسی در صنعت جهانی ایجاد نماید صنعت نفت نیز از پیشرفت این تکنولوژی بهره‌مند خواهد گشت.
علم نانو میتواند به بهبود تولید نفت و گاز با تسهیل جدایش نفت وگاز در داخل مخزن کمک نماید. این کار با درک بهتر فرآیندها در سطوح مولکولی امکانپذیر میباشد. با توجه به اینکه نانو مربوط به ابعادی در حدود متر میباشد، نانوتکنولوژی به مفهوم ساخت مواد و ساختارهای جدید توسط مولکول‌ها و اتمها در این مقیاس میباشد.
خوشبختانه کاربردهای عملی نانو در صنعت نفت جایگاه ویژه‌ای دارند. نانوتکنولوژی دیدگاه‌های جدید جهت استخراج بهبودیافتة نفت فراهم کرده است. این تکنولوژی به جدایش موثرتر نفت و آب کمک میکند . با افزودن موادی در مقیاس نانو به مخزن میتوان نفت بیشتری آزاد نمود. همچنین میتوان با گسترش تکنیک‌های اندازه‌گیری توسط سنسورهای کوچک، اطلاعات بهتری دربارة مخزن بدست آورد.
مواد نانو
صنعت نفت تقریباً در تمام فرآیندها احتیاج به موادی مستحکم و مطمئن دارد. با ساخت موادی در مقیاس نانو میتوان تجهیزاتی سبکتر، مقاومتر و محکم‌تر از محصولات امروزی تولید نمود. شرکت نانوتکنولوژی GP در هنگ‌کنگ یکی از پیشگامان توسعة کربید سیلیکون، یک پودر سرامیکی در ابعاد نانو میباشد.
با استفاده از این پودرها میتوان مواد بسیار سختی تولید نمود. این شرکت در حال حاضر مشغول مطالعه و تحقیق بر روی سایر مواد مرکب میباشد و معتقد است که میتوان با نانوکریستال‌ها تجهیزات حفاری بادوامتر و مستحکم‌تری تولید کرد. همچنین متخصصان این شرکت یک سیال جدید حاوی ذرات و نانوپودرهای بسیار ریز تولید نموده‌اند که به‌طور قابل توجهی سرعت حفاری را بهبود می‌بخشد. این مخلوط آسیب‌های وارده به دیوارة مخزن در چاه را حذف نموده و قابلیت استخراج نفت را افزایش می‌بخشد.
آلودگی
آلودگی توسط مواد شیمیایی و یا گازهای آلاینده یک مبحث بسیار دشوار در تولید نفت و گاز میباشد. نتایج بدست‌آمده از تحقیقات دانشمندان حاکی از آن است که نانوتکنولوژی میتواند تا حد مطلوبی به کاهش آلودگی کمک کند. در حال حاضر فیلترها و ذراتی با ساختار نانو در حال توسعه میباشند که میتوانند ترکیبات آلی را از بخار نفت جدا سازند. این نمونه‌ها علیرغم اینکه اندازه‌ای در حدود چند نانومتر دارند، دارای سطح بیرونی وسیعی بوده و قادر به کنترل نوع سیال گذرنده از خود میباشند. همچنین کاتالیست‌هایی با ساختار نانو جهت تسهیل در جداسازی سولفید هیدروژن، آب، مونوکسیدکربن، و دی‌اکسید کربن از گاز‌طبیعی در صنعت نفت بکار گرفته میشوند. در حال حاضر مطالعاتی بر روی نمونه‌هایی از خاک رس در ابعاد نانو و جهت ترکیب با پلیمرهایی صورت می‌پذیرد که بتوانند هیدروکربن‌ها را جذب نمایند. بنابراین میتوان باقیمانده‌های نفت را از گل حفاری جدا نمود.
سنسورهای هیدروژن خود تمیز کننده
خواص فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا در مقایسه با هر فرمی از تیتانیا بارزتر میباشد، بطوری‌که آلودگی‌های ایجادشده تحت تابش اشعة ماوراء بنفش به‌طور قابل توجهی از بین می‌روند. تا اینکه سنسورها بتوانند حساسیت اصلی خود نسبت به هیدروژن را حفظ نماید. تحقیقات انجام‌گرفته در این زمینه حاکی از آن است که نانوتیوب‌های تیتانیا دارای یک مقاومت الکتریکی برگشت‌پذیر میباشند، بطوری‌که اگر هزار قطعه از آنها در مقابل یک میلیون اتم هیدروژن قرار بگیرند، مقاومت الکتریکی آن در حدود یکصد میلیون درصد افزایش مییابد.
سنسورهای هیدروژن بطور گسترده‌ای در صنایع شیمیایی، نفت و نیمه‌رساناها مورد استفاده قرار میگیرند. از آنها جهت شناسایی انواع خاصی از باکتری‌های عفونت‌زا استفاده می‌گردد. به هر حال محیط‌هایی نظیر تأسیسات و پالایشگاه‌های نفتی که سنسورهای هیدروژن از کاربردهای ویژه‌ای برخوردار میباشند، میتوانند بسیار آلوده و کثیف باشند این سنسورهای هیدروژن نانوتیوب‌های تیتانیا هستند که توسط یک لایة غیرپیوسته‌ای از پالادیم پوشانده شده‌اند. محققان این سنسورها را به مواد مختلفی نظیر اسید استریک ( یک نوع اسید چرب )، دود سیگار و روغن‌های مختلفی آلوده نمودند و سپس مشاهده کردند که تمام این آلوده‌کننده‌ها در اثر خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌ها از بین می‌روند. حد نهایی آلودگی‌ها زمانی بود که دانشمندان این سنسورها را در روغن‌های مختلفی غوطه‌ور ساخته و سنسورها توانستند خواص خود را بازیابند. محققان سنسورها را در دمای اتاق به مقدار هزار قطعه در مقابل یک میلیون اتم هیدروژن در معرض این گاز قرار دادند و مشاهده نمودند که در طرح‌های اولیة سنسور مقاومت الکتریکی آن به میزان 175000 درصد تغییر میکند. سپس سنسورها را توسط لایه‌ای به ضخامت چندین میکرون از روغن موتور پوشاندند تا بطور کلی حساسیت آنها نسبت به هیدروژن از بین برود. سپس این سنسورها را در هوای عادی به مدت 10 ساعت در معرض نور ماوراء بنفش قرار دادند و پس از یک ساعت مشاهده نمودند که سنسورها مقدار قابل توجهی از حساسیت خود را بدست آورده و پس از گذشت 10 ساعت تقریباً بطور کامل به وضعیت عادی خود بازگشتند.
علیرغم قابلیت بازگشتی بسیار مناسب این سنسورها نمی‌توانند پس از آلودگی به انواع خاصی از آلوده‌کننده‌ها حساسیت خود را باز یابند برای مثال روغن WQ -40 به علت دارابودن مقداری نمک خاصیت فوتوکاتالسیتی نانوتیوب‌ها را تا حد زیادی از بین می‌برد.
با افزودن مقدار اندکی از فلزات مختلف نظیر قلع، طلا، نقره، مس و نایوبیم، یک گروه متنوعی از سنسورهای شیمیایی بدست می‌آیند. این فلزات خاصیت فوتوکاتالیستی نانوتیوب‌های تیتانیا را تغییر میدهند. به هر حال سنسورها در یک محیط غیرقابل کنترل در دنیای واقعی توسط مواد گوناگونی نظیر بخارهای آلی فرار، دودة کربن و بخارهای نفت و همچنین گرد و غبار آلوده می‌گردند. قابلیت خودپاک‌کنندگی این سنسورها طول عمر آنها را افزایش و از همه مهمتر خطای آنها را کاهش میدهد.
سنسورهای جدید در خدمت بهبود استخراج نفت
براساس آخرین اطلاعات چاپ شده توسط سازمان انرژی آمریکا، استخراج نفت در حدود دو سوم از چاه‌های نفت آمریکا اقتصادی نمی‌باشد. با توجه به دما و فشار زیاد در محیط‌های سخت زیرزمینی، سنسورهای قدیمی الکتریکی و الکترونیکی و سایر لوازم اندازه‌گیری قابل اعتماد نمی‌باشند و در نتیجه شرکت‌های استخراج کنندة نفت در تهیة اطلاعات لازم و حساس جهت استخراج کامل و مؤثر نفت از مخازن با برخی مشکلات مواجه میباشند.
در حال حاضر محققان در آزمایشگاه فوتونیک دانشگاه صنعتی ویرجینیا در حال توسعة یک‌سری سنسورهای قابل اعتماد و ارزان از فیبرهای نوری جهت اندازه‌گیری فشار، دما، جریان نفت و امواج آکوستیک در چاه‌های نفت میباشند. این سنسورها به‌علت مزایایی نظیر اندازة کوچک ،ایمنی در قبال تداخل الکترومغناطیسی ، قابلیت کارآیی در فشار و دمای بالا و همچنین محیط‌های دشوار، مورد توجه بسیار قرار گرفته‌اند. از همه مهمتر اینکه امکان جایگزینی و تعویض این سنسورها بدون دخالت در فرآیند تولید نفت و باهزینة مناسب فراهم میباشد. در حال حاضر عمل جایگزینی و تعویض سنسورهای قدیمی در چاه‌های نفت میلیون‌ها دلار هزینه در پی دارد. سنسورهای جدید از نظر تولید بسیار مقرون به صرفه بوده و اندازه‌گیری‌های دقیق‌تری ارائه میدهند.
انتظار می‌رود که تکنولوژی این سنسورها تولید نفت را با ارائه اندازه‌گیری‌های دقیق و قابل اعتماد و کاهش ریسک‌های همراه با اکتشاف و حفاری نفت بهبود بخشد. همچنین سنسورهای جدید به‌علت برخی کاربردهای ویژه نظیر استخراج دریایی و افقی نفت، جایی که بکاربستن سنسورهای قدیمی در چنین شرایطی بسیار مشکل میباشد، از توجه ویژه‌ای برخوردارند.
نوشته شده توسط
مهدی
86/2/24:: 6:54 عصر
|
() نظر
نیروگاه هاى تولید الکتریسیته در اعماق آب دریاها با استفاده از قدرت جزر و مد مى توانند کمکى براى مسئله انرژى جامعه بشرى باشند. نخستین پروژه از این نمونه با یک سیستم نوین، در حال حاضر مشغول به کار است.
پره هاى 11 مترى یک توربین زیر آبى به آرامى و بدون سر و صدا در حال گردشند. این نخستین پروژه تولید الکتریسیته از نیروى جزر و مد در عمق دریاست که به شیوه اى نوین به کار گرفته شده است. توربین هاى تولید انرژى، که در عمق 20 مترى در فاصله 2 کیلومترى ساحل «دوون» واقع در جنوب غربى انگلیس کار مى کنند حاصل 4 سال تلاش مهندسان و کارشناسان دانشگاه کاسل آلمان است. این تنها نیروى جزر و مد است که پروانه هاى عظیم این توربین هاى زیرآبى، با نام «جریان دریایى» را به چرخش درمى آورد. این توربین ها، برخلاف توربین هاى بادى که وابسته به شرایط آب و هوایى هستند مى توانند در اعماق دریا و به دور از تغییر و تحولات جوى به طور دائم به کار خود ادامه داده و به تولید الکتریسیته بپردازند.
در واقع، اینجا، صحبت از یک منبع انرژى پایان ناپذیر است. البته باید خاطرنشان شد که استفاده از این نیرو، ایده جدیدى نیست. در قرن یازدهم میلادى نیز آسیابان هاى سواحل ولز، سنگ هاى آسیاب خود را با کمک نیروى جزر و مد به کار مى انداختند و بر همین اساس هم یک نیروگاه بهره بردارى از قدرت جزر و مد در «سانت متلو»ى فرانسه از 35 سال پیش تاکنون به کار مشغول است. اما از این روش، تنها در شمار اندکى از سواحل جهان مى توان استفاده کرد. یعنى در سواحلى که تفاوت ارتفاع سطح آب، در حین جزر و مد بیش از چندین متر است.
توربین موسوم به «جریان دریایى» نیز، از این تفاوت ارتفاع استفاده مى کند. اما کار این توربین، بر اصل دیگرى استوار است. این چرخ آسیاب زیر دریایى، مانند نمونه هایى که قبلاً از آنها یاد کردیم از نیروهاى عمودى بالا و پائین رفتن سطح آب استفاده نمى کند بلکه از جریان هاى افقى اى بهره مى گیرد که بر اثر جزر و مد به وجود مى آیند. به همین دلیل این توربین جدید مى تواند در مکان هاى دیگر با میزان کمتر جزر و مد نیز به کار گرفته شود.
از مزیت هاى دیگر این توربین ها مى توان به این نکته اشاره کرد که براى به حرکت درآوردن این توربین ها نیروى زیادى لازم نبوده و این توربین ها قادرند با سرعت هاى بسیار پائین نیز به حرکت درآیند. میزان کار مفید به دست آمده از این توربین ها 2 برابر میزان کار مفید توربین هاى بادى بر روى زمین است چرا که جرم حجمى آب 700 بار بیشتر از جرم حجمى هواست و به همین علت نیروهاى انتقال یافته بزرگتر هستند. باید یادآورى کنیم که توربین «جریان دریایى» هنوز به صورت آزمایشى و با میزان تولید حداکثر 300 کیلووات کار مى کند اما قرار است به زودى توربین دیگرى به کار گرفته شود که حداقل 2 برابر توربین کنونى است.
متخصصان امر، تنها در اروپا 100 محل را شناسایى کرده اند که مى توان در آنها با کمک نیروى جریان هاى دریایى، اختلاف ارتفاع سطح آب در هنگام جزر و مد و امواج، جمعاً 12 هزار مگاوات الکتریسیته تولید کرد: یعنى به میزان 10 نیروگاه بزرگ اتمى. انرژى تولید شده 15 تا 20 درصد انرژى مورد نیاز کشورهاى اروپایى است.
در سواحل نروژ توربین هاى مشابهى به کار گرفته شده اند. این توربین ها قرار است به صورت آزمایشى، ابتدا تامین کننده برق ،50 سپس 1000 و سرانجام 20 هزار خانه مسکونى باشند. در سواحل جزیره «شتلند» توربین دیگرى به تولید الکتریسیته مشغول است. در مقابل سواحل کالیفرنیا، فلوریدا و کرانه شرقى کانادا پروژه اى مشابه به کار گرفته شده است. کارشناسان معتقدند طى 30 سال آینده مى توان از این توربین ها براى تولید 40 درصد از انرژى مورد نیاز خانه هاى مسکونى بهره جست.
در سواحل اسکاتلند براى تولید الکتریسیته تنها از نیروى امواج استفاده مى شود. باله ها جریان امواج را به درون تونلى منتقل کرده و به این ترتیب توده هوا را به جلو مى رانند و با کمک این توده هوا توربینى به گردش در مى آید. اما ساده ترین سیستم بهره بردارى از انرژى جزر و مد سیستمى است که دانمارکى ها به کار مى گیرند. در این سیستم، امواج مستقیماً توسط یک سطح شیب دار به سوى پره هاى توربین رانده مى شوند و آن را به حرکت درمى آورند. طبق محاسبات شوراى مشورتى انرژى جهانى، حرکت هاى دریایى از این پتانسیل برخوردارند که تمامى نیاز جهان به انرژى را تامین سازند. البته سواحل کشور آلمان به خاطر رفت و آمد زیاد کشتى ها و سرعت اندک جریان هاى آبى براى این منظور مناسب نیستند.
در حال حاضر تقریباً 86 درصد از انرژى مورد نیاز جهانیان توسط زغال سنگ، گاز طبیعى و نفت خام تامین مى گردد. این سوخت هاى فسیلى نه تنها اثر گلخانه اى را در اتمسفر زمین تشدید مى کنند که به نوبه خود تغییرات آب و هوایى را به دنبال دارد، بلکه منابع پایان ناپذیرى نبوده و سرانجام، روزى به پایان خواهند رسید. طبق ارزیابى کارشناسان امر منابع نفت خام زمین که به تنهایى 40 درصد از انرژى جهان را تامین مى کنند طى 50 تا 70 سال آینده به پایان خواهند رسید.
نوشته شده توسط
مهدی
86/2/24:: 6:53 عصر
|
() نظر
.GIF)
