زندگینامه گالیله، اکتشافات و دستاوردهای پدر علم نوین [بخش اول]

گالیلئو گالیله یکی از مهمترین دانشمندان تاریخ است و در دوره‌ای از تاریخ زندگی کرد که تقاطع رویدادهای متعددی بود؛ دوران فلسفه طبیعی بر اساس ایده‌های ارسطو و باورهای خاص کلیسای کاتولیک.

در نهایت اما این ایده‌های امثال گالیله بود که پیروز شد، چرا که آن‌ها توانستند روش علمی را تثبیت کنند. با این حال اثبات حقایق برای گالیله گران تمام شد. این دانشمند در سال‌های پایانی عمر خود را در بازداشت خانگی به سر برد و کلیسای کاتولیک انتشار هر نوشته‌ای از او را ممنوع اعلام کرد.

تولد و تحصیل گالیله

«گالیلئو گالیلئی» در 15 فوریه 1564 در شهر پیزای ایتالیا به دنیا آمد. او پسر ارشد «وینچنزو گالیلئی» و «جولیا آماناتی» بود. پدرش آهنگسازی معروف و نوازنده ساز لوت بود. خود گالیله هم بعدها نوازنده حرفه‌ای این ساز شد.

در دوران جوانی در انتخا بین دو رشته کشیش کاتولیک یا پزشکی 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 نقشی 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 می‌دهد. او همین موضوع را به حوزه موسیقی و ساز زهی 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 می‌توانید نت‌های متفاوتی را بنوازید. به طور مشابه در مورد آونگ هم می‌توان با تغییر طول نخ نرخ جلو و عقب رفتن آن را تغییر داد.

از آنجایی که گالیله یک نوازنده حرفه‌ای بود می‌دانست که رابطه‌ای ریاضی بین طول سیم ساز و نت نواخته‌شده برقرار است. این رابطه 2000 سال قبل تر در مکتب قیثاغوری (یکی از مکاتب فلسفی پیشاسقراطی که توسط فیثاغورث بنیان نهاده شد) مطرح شده بود.

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

حرفه علمی گالیله

در 22 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 24 سالگی در شهر فلورانس ایتالیا معلم هنر شد. با این حال مدت کوتاهی را با این شغل سر کرد. در سن 25 سالگی، در سال 1589 افتخار کرسی تدریس ریاضیات دانشگاه پیزا را دریافت کرد و برای 3 سال به این کار ادامه داد.

پس از آن در 1592 به دانشگاه پادووا در جنوب ایتالیا رفت و در آنجا باقی ماند. او تصور می‌کرد که ریاضی، فیزیک و نجوم می‌توانند بسیاری از رازهای عالم را آشکار کنند.

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 تلسکوپ‌ها کسب درآمد هم کسب می‌کرد و در ساخت آن‌ها حرفه‌ای بود. گالیله تلسکوپ‌هایش را به بازرگانان می‌فروخت اما استفاده‌ای که بازرگانان از این تجهیزات می‌کردند هم در نوع خود عجیب بود.

آن‌ها از تلسکوپ‌ها برای مشاهده کشتی‌ها بهره می‌بردند تا دریابند که کدام کشتی زودتر به بندر می‌رسد. به این ترتیب می‌توانستند با پیش‌بینی آینده بازار پول بیشتری به جیب بزنند.

یافتن قمرهایی که به دور سیاره‌ای دیگر گردش می‌کنند

علاوه بر این، گالیله اولین فردی بود که قمرهایی را کشف کرد که به دور سیاره‌ای به غیر از زمین می چرخیدند. گالیله چهار قمر بزرگ سیاره مشتری به نام های اروپا، کالیستو، گانیمد و آیو را کشف کرد که قمرهای گالیله نام گذاری شده‌اند.

گام‌های زهره

گالیله دریافت که سیاره زهره مشابه با ماهِ زمین گام هایی دارد (گام‌های ماه حالت های مختلف دیده شدن بخش روشن ماه از روی زمین هستند). بر اساس یافته‌های 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 می‌داد.

اولین مشاهده سیاره نپتون

گالیله برای اولین بار سیاره نپتون را مشاهده کرد. اکنون این موضوع را از نقاشی‌هایی که او در دفتر یادداشت خود کشیده است می‌دانیم. از هزاران سال قبل از گالیله، سیاره‌های عطارد، زهره، مریخ، مشتری و زحل شناخته شده بودند. این دانشمند دریافت که نپتون به شکلی متفاوت با دیگر سیاره‌ها حرکت می کند. با این حال متأسفانه گالیله رد حرکت سیاره‌ای را که یافته بود گم کرد و نپتون تا سال 1846 کشف نشده باقی ماند.

کشف حلقه زحل

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

سقوط مشابه اجسام در جاذبه

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

طبق نوشته‌های شاگرد گالیله، «وینچنزو ویویانی»، در زمانی بین سال‌های ۱۵۸۹ و ۱۵۹۲، گالیله دو گوی با وزن‌های متفاوت را از بالای برج پیزا رها کرد تا نظریه ارسطو را آزمایش کند. طبق نظریه ارسطو، سرعت یک جسم در حال سقوط آزاد با وزن آن رابطه مستقیم و با چگالی محیطی که در آن سقوط می‌کرد رابطه عکس داشت. پس اگر دو گوی با وزن متفاوت در یک زمان رها می‌شدند، گوی سنگین‌تر زودتر به زمین می‌رسید. ارسطو همچنین فهمیده بود که شکل و جهت یک جسم نیز در سرعت سقوط آن نقش دارد. برای مثال، یک کاغذ گلوله‌شده سریع‌تر از یک کاغذ تاشده سقوط می‌کند. این عقاید از زمان ارسطو مورد پذیرش تمام دانشمندان بودند.

گرچه به‌نظر می‌رسد که گالیله آزمایش خود را واقعاً در برج پیزا انجام نداد. اما ویویانی می‌گوید که او بسیار هیجان‌زده بود که گوی سبک‌تر نیز با همان سرعت گوی سنگین‌تر سقوط می‌کند و دو گوی همزمان به زمین می‌رسند. این در تضاد با عقاید ارسطو بود و نظریه‌های او درباره حرکت را به‌طور عملی زیرسوال می‌برد.

البته گالیله اولین کسی نبود که دریافت که اجسام با وزن‌های متفاوت با سرعت یکسان سقوط می‌کنند. در ۱۵۷۶، «جوزپه مولتی» (Giuseppe Moletti)، که قبل از گالیله در دانشگاه پادوئا استاد ریاضیات بود، دریافته بود که سرعت سقوط اجسام به وزن آن‌ها بستگی ندارد. در ۱۵۸۶، دو دانشمند آلمانی به‌نام «سیمون استوین» (Simon Stevin) و «یان کورنتس دِ گروت» (Jan Cornets de Groot) از یک برج کلیسای ۱۰ متری بالا رفتند و دو توپ سربی را، یکی ۱۰ برابر بزرگ‌تر و سنگین‌تر از دیگری، به پایین پرتاب و مشاهده کردند که دو توپ همزمان به زمین رسیدند.

درکل، دانشمندان اروپایی همزمان با گالیله به اصول ارسطو مشکوک شده بودند و تلاش داشتند تا آن‌ها را به چالش بکشند.

آخرین ضربه به پیکر نظریه ارسطو در سال ۱۹۷۱ وارد شد. «دیوید اسکات»، فضانورد آمریکایی و فرمانده مأموریت آپولو ۱۵ آزمایش معروف سقوط آزاد ناسا را روی ماه اجرا کرد.

در پایان آخرین پیاده‌روی ماه آن مأموریت، اسکات یک چکش زمین‌شناسی ۱.۵ کیلوگرمی و یک پر شاهین ۳۰ گرمی را از ارتفاع ۱.۵ متری رها کرد. در شرایط خلأ تقریبی ماه، بدون مقاومت هوا، پر بسیار سبک با همان سرعت چکش به زمین افتاد. ناسا فیلم این آزمایش را برای میلیون‌ها بیننده تلویزیونی پخش کرد تا مهر تأیید نهایی باشد بر نظریه گالیله که تمام اجسام فارغ از وزن خود با سرعت یکسان سقوط می‌کنند.

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 می‌دانیم این شتاب برای جاذبه زمین برابر 9.8 متر بر مجذور ثانیه است). به عنوان مثال، اگر یک توپ در یک ثانیه سقوط مسافتی معادل با یک واحد طی کند، در دو ثانیه، به میزان مربع آن زمان یعنی چهار واحد مسافت طی می‌کند. به همین ترتیب، توپ در سه ثانیه مسافتینه واحدی را طی می‌کند.

گفته شده گالیله برای یافتن این موضوع گلوله‌های توپ جنگی را از بالای برج کج پیزا به پایین می‌انداخت. او همچنین دریافت که هر چیزی از جمله سنگ یا گلوله‌های توپ که از زمین شلیک شده یا پرتاب می‌شوند یک مسیر منحنی را تا بازگشت مجدد به زمین طی می‌کنند.

با قسمت دوم این مطلب همراه باشید تا سایر اکتشافات و دستاوردهای این دانشمند را بررسی کنیم. همچنین در قسمت دوم به مشکلاتی که کلیسای کاتولیک برای او ایجاد کرد و بازداشت خانگی چند ساله او می‌پردازیم.