ارنست ماخ: فیزیکدان فیلسوف

در نیمه های زمستان سال 1838 میلادی، ارنست والدفرید جوزف ونزل ماخ در منطقه چرلیتز شهر برنو که در آن زمان جزء خاک امپراطوری اتریش بود، دیده به جهان گشود. پدر ارنست، یوهان ماخ دانش آموخته دانشگاه پراگ (پایتخت کنونی کشور جمهوری چک) به عنوان معلم علوم در یک خانواده اشرافی فعالیت می کرد و مادر او جوزفین لانهاوس شاعر و مربی موسیقی بود. زمانی که ارنست ماخ نوزاد بود، به مزرعه ای در نزدیکی شهر وین نقل مکان کردند و ارنست جوان تا 15 سالگی نزد والدین خود به تحصیل علوم مقدماتی پرداخت. بعد از 15 سالگی، ارنست وارد دبیرستان کریمسیر شد و بعد از سه سال در دانشگاه وین در رشته فیزیک، فلسفه و ریاضیات نام نویسی کرد.

در ادامه شما می توانید با دستاوردهای دکتر ارنست ماخ آشنا شوید.

نبوغ ارنست ماخ به حدی شگفت انگیز بود که تنها در 5 سال و در سن 24 سالگی موفق به اخذ مدرک دکتری فیزیک می شود. ماخ تا 4 سال بعد از دریافت مدرک دکتری در دانشگاه وین به تدریس ریاضیات و فیزیک پرداخت و در سن 28 سالگی به عنوان استاد تمام ریاضیات به دانشگاه گراس اتریش دعوت شد. سه سال بعد در سن 31 سالگی به دانشگاه چارلز در پراگ رفت و به عنوان رئیس آکادمی فیزیک تجربی در این دانشگاه منصوب شد. زمانی که ارنست ماخ در دانشگاه چارلز حضور داشت، علاوه بر آموزش فیزیک و ریاضی به روانشناسی علاقه مند شد. او معتقد بود که علم چیزی فراتر از اعداد و ارقام ریاضی است. بعد از 28 سال ارنست ماخ به دانشگاه وین برگشت؛ این بار به عنوان استاد فلسفه.

آموزش والدین معلم و شاعر، ارنست را تبدیل به فیزیکدانی فیلسوف کرد. دانشمندی که فیزیک را نه از درون اعداد و رابطه های ریاضی بلکه از دیدگاه روانشناختی بررسی می کرد. همین دیدگاه ها بود که پایه گذار عقایدی پایه ای و بنیادی در علم فیزیک شد.

دکتر ارنست ماخ، پژوهش های متعددی در حوزه فیزیک و مکانیک انجام داد. وی در سال 1893، کتاب علم مکانیک را در 2 جلد منتشر کرد و در آن به بررسی اصول و مبانی علم مکانیک و استدلال علمی آنها می پردازد. در این کتاب تاثیر نگاه های فیلسوفانه ماخ به تعابیر و توصیف های مختلف علمی عیان است و بیشتر سعی شده تا مفاهیم علمی با استدلال های منطقی و فلسفی در ذهن خواننده جا باز کنند. البته نظریات و فرضیات ماخ هم در گوشه و کنار اثر دیده می شود که گاهاً توسط دانشمندان بعد از ماخ به نقد گرفته شده اند.

بیشتر شهرتی که دکتر ارنست ماخ بدست آورد به خاطر پژوهش هایش در حوزه امواج صوتی بود. مطالعات وی روی امواج صوتی منجر به ارائه مفاهیمی چون عدد ماخ شد که امروزه در حوزه مکانیک سیالات کاربرد بسیار زیادی دارد. همچنین ماخ در سال 1837 کشف کرد که تعادل انسان به خاطر عملکرد غیر آکوستیکی گوش میانی است و عوامل مختل کننده گوش میانی می توانند بر تعادل انسان به هنگام راه رفتن تاثیر بگذارد.

زمانی که دکتر ماخ به عنوان استاد فلسفه به دانشگاه وین بازگشت بیش از قبل به بررسی مکانیک نیوتنی پرداخت و اصولی را ارائه نمود که بعدها در نظریه های مختلف دانشمندان فیزیک کارگشا و البته الهام بخش بود. اصولی که بعدها تحت عنوان اصل ماخ شناخته شد و دیدگاه های فیزیک نیوتنی در خصوص مطلق بودن مفاهیمی چون فضا و زمان را به چالش کشید.

دو گوهر گرانبهای دکتر ارنست

شاید اگر به موضوعاتی همچون صنعت هوانوردی علاقه داشته باشید، بسیار به عدد ماخ برخورد کرده اید. افرادی هستند که عدد ماخ را یک واحد برای سرعت می دانند ولی در حقیقت عدد ماخ یک کمیت بی بعد است. عدد ماخ از تقسیم نسبت سرعت جسم درون یک سیال به سرعت صوت در همان سیال بدست می آید. برای مثال اگر سرعت صوت در یک سیال 300 متر بر ثانیه باشد و سرعت جسمی در همان سیال 150 متر بر ثانیه باشد، میزان سرعت آن جسم را 0.5 ماخ می نامند و یا وقتی گفته می شود سرعت هواپیمایی 3 ماخ است، یعنی این هواپیما در بیشینه سرعت خود با 3 برابر سرعت صوت حرکت می کند. با این تعریف سرعت صوت در هر سیالی همیشه برابر با 1 ماخ است؛ چرا که با تغییر سرعت صوت در سیال های مختلف نسبت آن ثابت باقی می مانند.

از آنجا که سرعت صوت در سیال های مختلف متفاوت است و حتی در سیال های یکسان با دما و فشار مختلف، سرعت صوت تغییر می کند، عدد ماخ در هر صورت نسبت یکسانی از سرعت جسم را نشان می دهد و به این دلیل است که عدد ماخ کاربرد زیادی در مکانیک سیالات دارد.

ماخ نشان می دهد که اگر جسمی به سرعتی برسد که از صدای خود سبقت بگیرد، باعث ایجاد مناطق پُرفشاری در اطراف جسم می شود و امواجی را تولید می کند که به آن امواج شوک می گویند. این امواج همان صدای وحشتناکی است که هواپیماها به هنگام شکستن دیوار صوتی از خود ایجاد می کنند.

اصل ماخ چیست؟

همانطور که گفته شد، ماخ به اصولی غیر از اصول مطلق نیوتن اعتقاد داشت. از نظر او، در عالم فیزیک هیچ چیز تعریف مطلقی ندارد و اجسام همواره ماهیتی نسبی دارند. این تعاریف که بعدها به نام اصل ماخ شناخته شد کمک شایانی به دانشمندان هم عصر او همچون اینشتین کرد تا بتواند تئوری نسبیت را ارائه دهد.

اندیشه های ماخ، در توصیف پدیده های فیزیکی در نوع خود جالب بود و البته برخی از آنها ایرادات فراوانی داشت. برای مثال ماخ معتقد بود که در نظریه های علمی باید از کلماتی استفاده کرد که قابل مشاهده هستند و نمی توان از کلماتی مانند میدان الکتریکی استفاده کرد. البته این دیدگاه ماخ طرفدار چندانی ندارد و نام این گونه فلاسفه علم را تجربه گرایان خام نهادند. اصل ماخ، آنچه محققان و نویسندگان می نویسند، عصری نو در جهان علم را آغاز کرد. دانشمندان، ماخ را یکی از بنیانگذاران فلسفه پوزیتیویسم می نامند؛ فلسفه ای که دانشمندانی چون اینشتین، نیم نگاهی به آن داشتند.

در سال 1897، دکتر ارنست ماخ به سکته مغزی دچار شد، بطوریکه سمت راست بدنش بطور کامل فلج گردید. ارنست ماخ بعد از بازنشستگی به منزل پسرش در مونیخ آلمان نقل مکان کرد و در زمستان سال 1916 چشم از جهان فرو بست.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «ارنست ماخ: فیزیکدان فیلسوف»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله بابک عباس زاده در مجله دانشمند به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.