مقدمه

«آنان که کودکان را به‌خوبی آموزش می‌دهند، سزاوار احترام بیشتری‌اند از آنان که به دنیا می‌آورندشان؛ زیرا اینان فقط به آنان زندگی می‌بخشند و آن دیگران هنرِ خوب زیستن را می‌آموزند.»

فرهنگ وبستر مکانیک را چنین تعریف می‌کند: «شاخه‌ای از فیزیک که با حرکت اجسام مادی و پدیده‌های ناشی از اثر نیروها بر اجسام سروکار دارد» [۱]. توجه کنید که این تعریف می‌رساند برای رخ‌دادن پدیده‌های مکانیکی، دخالت انسان لازم نیست. فیزیک حوزه‌های گوناگونی دارد و در قلمرو آنچه علم می‌نامیم نیز شاخه‌های بسیار دیگری جای می‌گیرند. این کتاب به فیزیکِ مکانیک می‌پردازد؛ اما خواننده در ادامه خواهد دید که مکانیک چنان فراگیر است که تقریباً همهٔ شاخه‌های دیگر کوشش علمی را دربرمی‌گیرد و سرانجام در تار و پود جهان و همهٔ نوع بشر تنیده است.

علم را «دانشی که از راه تجربه به دست می‌آید» تعریف کرده‌اند [۱]؛ این تعریف بر آن دلالت دارد که اصولی مطرح می‌شوند که بتوان آن‌ها را با آزمایش رد کرد. بنابراین علم پیوندی ناگسستنی با آزمایش دارد و تقریباً همهٔ آزمایش‌ها شامل اندازه‌گیری حرکت اجسام‌اند. ازاین‌رو می‌توان نتیجه گرفت که مکانیک برای همهٔ شاخه‌های علم ضروری است. چنان‌که در این کتاب نیز خواهیم دید، حتی می‌توان گفت مکانیک شاید کهن‌ترین علوم باشد. این‌ها از دلایلی‌اند که مکانیک را در جهان امروز ما همه‌جا حاضر کرده‌اند.

وقتی جوان بودم، جهان در آغاز یک انقلاب فناورانه قرار داشت؛ انقلابی که اعتراف می‌کنم آن زمان ابعادش را کاملاً درک نمی‌کردم. به یاد دارم در حدود شانزده‌سالگی، همراه گروهی از هم‌کلاسی‌های دبیرستانی‌ام از یک مرکز پژوهشی بازدید کردیم. راهنمای بازدید رایانه‌ای را به ما نشان داد؛ چیزی که آن روزها چندان معمول نبود. انسان‌ها با نواری رمزگذاری‌شده با رایانه ارتباط برقرار می‌کردند. یکی دو سال بعد، این روش منسوخ ارتباط انسان و ماشین جای خود را به دسته‌ای بسیار کارآمدتر از کارت‌های پانچ‌شده داد؛ همین روش بود که اصطلاح امروزه‌منسوخِ «کی‌پانچ» را پدید آورد. این شیوهٔ اساساً مکانیکیِ ارتباط، بیش از یک دهه روش اصلیِ کار با رایانه‌ها باقی ماند؛ دوره‌ای که بیشتر سال‌های تحصیل کارشناسی و کارشناسی‌ارشد من را دربرمی‌گرفت.

من با خط‌کش محاسبه بزرگ شدم؛ شاید بتوان آن را نهایتِ وسیلهٔ کاملاً مکانیکی برای انجام محاسباتی دانست که سادگی‌شان فریبنده است. در سال آخر دورهٔ کارشناسی‌ام، یعنی ۱۹۷۱ تا ۱۹۷۲، ماشین‌حساب‌های جیبی شرکت هیولت‌پاکارد (HP) به جهان معرفی شدند و مدت کوتاهی بعد ماشین‌حساب‌های جیبی تگزاس اینسترومنتس (TI) وارد بازار شدند. شاید این روشن‌ترین نشانه برای من بود که جهان در حال تغییر است. بعضی‌ها آن دوره را «عصر رایانه» می‌نامیدند؛ اما اکنون، چهل سال بعد، که به گذشته نگاه می‌کنم، می‌فهمم دگرگونی بسیار فراتر از این بود. جهان در آغاز گذار از وضعیتی عمدتاً مکانیکی به جهانی بود که امروز هم مکانیکی است و هم الکترومغناطیسی.

راستش اصلاً درک نمی‌کردم انقلابی که آن روزها در حال شکل‌گیری بود چه ابعادی خواهد داشت. گمان می‌کردم رایانه‌ها هم مثل خط‌کش‌های محاسبه‌اند؛ ابزاری دیگر برای تندتر حساب‌کردن. اگر آن زمان می‌فهمیدم، شاید در شاخهٔ دیگری از رشتهٔ گستردهٔ مهندسی مسیر شغلی‌ام را انتخاب می‌کردم؛ اما اعتراف می‌کنم که چنین نکردم.

بنابراین مکانیک را برای تحصیل برگزیدم؛ حوزه‌ای که در چهل سال گذشته به بلوغ زیادی رسیده است. در واقع، تا آنجا پیش می‌روم که بگویم علم الکترومغناطیس در طول عمر من جهان را دگرگون کرده است. اکنون عمیقاً وارد «عصر رایانه» شده‌ایم؛ عصری که فقط یکی از دستاوردهای بسیارِ علم الکترومغناطیس است.

برخی ریشهٔ علم الکترومغناطیس را در آزمایش‌های مایکل فارادی می‌جویند یا حتی عقب‌تر می‌روند و به آزمایش‌های بنجامین فرانکلین می‌رسند؛ اما من جیمز کلرک ماکسول، دانشمند اسکاتلندی، را پدر راستین الکترومغناطیس می‌دانم. او از سال ۱۸۶۱، زمانی که عضو هیئت علمی دانشگاه کمبریج بود، انتشار نظریه‌هایش دربارهٔ الکترومغناطیس را آغاز کرد. متأسفانه جوان‌مرگ شد؛ در سال ۱۸۷۹، در ۴۸سالگی، بر اثر سرطان شکم درگذشت. بااین‌حال، نمی‌توان اهمیت دستاوردهایش را بیش از اندازه برآورد کرد: سهم او در جهان امروز ما واقعاً عظیم است. حتی می‌توان گفت تا پیش از ۱۸۶۱، جهان آن‌گونه که می‌شناسیم اساساً مکانیکی بود و از آن پس هرچه بیشتر الکترومغناطیسی شده است. بیشتر دگرگونی‌های فناورانهٔ حاصل از این تغییر تنها در واپسین سال‌های جنگ جهانی دوم، پس از انفجار دو بمب اتمی در ژاپن ــ که تا حدی مدیون کشفیات ماکسول بودند ــ برای کل جامعه آشکار شدند.

اکنون سفرمان را با نگاهی کوتاه به تاریخ آغاز کنیم. برآورد ما از عمر جهان پیوسته بیشتر می‌شود. در نیم‌قرن گذشته، دانشمندان به این اجماع رسیده‌اند که مهبانگ ــ آن انفجار عظیمی که پراکندگی ماده در سراسر جهان را آغاز کرد ــ حدود ۱۳٫۷ میلیارد سال پیش رخ داده است.

به همین ترتیب، دانشمندان اکنون بر این باورند که منظومهٔ شمسی ما، از جمله زمین، حدود ۴٫۵ میلیارد سال عمر دارد؛ زمانی که نیروهای گرانشی جرم کافی را گرد هم آوردند تا فشار در خورشید برای آغاز واکنش‌های هسته‌ای به اندازهٔ لازم برسد. همین ۱۵۰ سال پیش، چنین بازهٔ زمانی‌ای نه‌فقط نامحتمل، بلکه از نظر بیشتر مردم ناممکن به نظر می‌رسید. اما اکنون به نظر می‌رسد داده‌های زمین‌شناختی و اخترفیزیکی هر دو با این برآورد سازگارند. به آن فکر کنید: ۴٬۵۰۰٬۰۰۰٬۰۰۰ سال؛ چه صفرهای زیادی!

حالا این بازهٔ زمانی عظیم را در نسبت با گونهٔ انسان خردمند در نظر بگیریم. دربارهٔ گونهٔ ما سه مقیاس زمانیِ ذاتی به چشم می‌آید: مدت یک ضربان قلب، زمان بارداری و طول عمر انسان. همهٔ این‌ها در برابر عمر جهان یا منظومهٔ شمسی بسیار کوتاه‌اند. پس اگر روشن نباشد، می‌توان گفت ما انسان‌ها در مقیاس اخترفیزیکی عمر کوتاهی داریم.

البته می‌توان این‌ها را با مقیاس‌های زمانیِ سیارهٔ خودمان نیز سنجید: مدت یک دور چرخش زمین به دور محورش (یک شبانه‌روز)، مدت یک دور گردش ماه به گرد زمین (حدود ۲۹٫۵ روز) و مدت یک دور گردش زمین به گرد خورشید (یک سال). توجه کنید که همهٔ این بازه‌های زمانی با مکانیک اندازه‌گیری می‌شوند. آیزاک نیوتن در کتاب خود، «اصول ریاضی فلسفهٔ طبیعی»، چه بجا می‌گوید: «... زمان متعارف، سنجه‌ای محسوس و بیرونی برای مدت است که به‌واسطهٔ حرکت فراهم می‌شود...» [۲].

هرچه بیشتر به بازهٔ زمانیِ گونهٔ خودمان می‌نگریم، ناسازگاریِ تکامل ما با تکامل جهان بیشتر به چشم می‌آید. بر پایهٔ شواهد باستان‌شناختی، ظاهراً تا همین حدود ۱۵هزار سال پیش (یعنی فقط سه صفر پیش‌تر)، گونهٔ ما مانند تقریباً همهٔ گونه‌های جانوریِ دیگر این سیاره برای زنده‌ماندن روزگار می‌گذراند: شکار می‌کرد و خوراک گرد می‌آورد [۳]. بنابراین به نظر می‌رسد تا همین اواخر، پایان زندگی هر انسان چندان با آنچه امروز در بیشتر گونه‌های دیگر می‌بینیم تفاوت نداشت: احتمالاً در شکم جانور دیگری! ازاین‌رو بعید است گورستان‌های باستانیِ بزرگی بیابیم که بقایای انسان‌ها در آن‌ها دفن شده باشد.

خلاصه اینکه در ۱۵هزار سال گذشته اتفاق بسیار مهمی روی این سیاره افتاده است؛ زیرا ما دیگر آن‌گونه زندگی نمی‌کنیم که ۱۵هزار سال پیش به‌عنوان یک گونه زندگی می‌کردیم، حال آنکه تقریباً همهٔ گونه‌های دیگرِ این سیاره، با وجود آنکه بیشترشان دورهٔ بارداری‌شان به‌مراتب کوتاه‌تر از ماست (پس می‌توانسته‌اند از نظر ژنتیکی سریع‌تر از انسان تکامل یابند)، همچنان تقریباً همان‌طور زندگی می‌کنند.

چه اتفاقی افتاد؟ چگونه این دگرگونی چنین سریع رخ داد؛ در چشم‌انداز اخترشناختی، فقط یک پلک‌زدن؟ اگر بازدیدکنندگانی ۱۵هزار سال پیش از کنار سیارهٔ ما می‌گذشتند، نتیجه می‌گرفتند که در این سیاره حیات هوشمندی وجود ندارد. چگونه گونه‌ای ــ گونهٔ خود ما ــ در چنین مدت کوتاهی سیاره‌ای را به دست گرفت؛ تحولی که تا جایی که می‌دانیم در تاریخ جهان سابقه ندارد؟

پاسخ این پرسش یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای بشر است. حدود ۱۳هزار سال پیش ــ دقیقاً نمی‌دانیم چه زمانی، چون سن‌سنجی کربنی بی‌نقص نیست ــ یک یا چند نفر در جایی در حوالی عراق امروزی، جایی که رودهای دجله و فرات جریان دارند، کوشیدند از رودخانه برای آبیاری استفاده کنند. شاید ابزاری برای کندن جوی‌ها و منحرف‌کردن آب رودخانه ساخته و به کار بردند تا گیاهان را آبیاری کنند و برای روستا غذا فراهم آورند [۴].

تا آن زمان، شکار و گردآوری خوراک به‌سادگی نمی‌توانست روستاهایی با جمعیتی بیش از حدود ۴۰۰ نفر را تأمین کند. در شعاعی که انسان می‌توانست در یک روز پیاده بپیماید، شکار کافی برای جمعیتی بزرگ‌تر وجود نداشت. اما با ظهور کشاورزی، در کمتر از یک سده شهرهایی با شاید ۵۰۰۰ نفر جمعیت پدید آمدند.

کشاورزیِ سازمان‌یافته تمدن را پدید آورده بود. آن شخص یا اشخاص ــ هر که بودند ــ را امروز می‌توان نخستین مهندسان زمین دانست. البته پیش از آن‌ها نیز انسان‌های مبتکری وجود داشتند (واژهٔ «مهندس» نیز از همین ریشه می‌آید)، اما تمدنی در کار نبود و در نتیجه کسی هم نبود که به نمایندگی از تمدن دست به آفرینش بزند؛ و این همان معنای مهندس است. آغاز ماجرا چنین بود: تمدن در سیارهٔ ما با مهندسان کشاورزی پا گرفت.

باستان‌شناسان و انسان‌شناسان به این نتیجه رسیده‌اند که اختراع کشاورزی انسان‌ها را به‌سرعت از شیوهٔ زندگی شکارگری و گردآوری خوراک دور کرد و در جاهایی چون اوروک و اور به انفجار جمعیت انجامید. ظاهراً ظرف چند سده، شهرهایی با بیش از ده‌هزار نفر جمعیت در خاورمیانه پدید آمدند. رشد جمعیت در این شهرها امکان تخصصی‌شدن حرفه‌ها را فراهم کرد و راه را برای فناوری‌های تازه گشود؛ زیرا افراد بیشتری در پرورش ایده‌های نو تخصص یافتند. شکل‌گیری ایده‌های تازه نیز به آموزش نیاز داشت و انتقال آن‌ها در سراسر جامعه مستلزم پیدایش زبانِ پیشرفته، هم گفتاری و هم نوشتاری، و ریاضیات بود.

از آن پس رویدادها با شتابی فزاینده رخ دادند؛ گویی زمان پیوسته فشرده‌تر می‌شد. اختراع‌ها با بسامدی روزافزون سر برمی‌آوردند، زیرا نیاز جمعیتی که به‌شکل نمایی رشد می‌کرد، انسان‌ها را به سوی فناوری‌های هرچه بیشتری برای حفظ زندگی می‌راند.

بله، در این مسیر لغزش‌ها و پس‌رفت‌هایی هم رخ داده است؛ از جمله دوره‌ای که آن را قرون وسطی می‌نامیم. اما در مجموع، رشد گونهٔ انسان برجسته‌ترین نمونهٔ قانون عام انتخاب طبیعیِ داروین است که تا جایی که می‌دانیم می‌توان در هر گوشهٔ جهان سراغ گرفت. کافی است به این نکته توجه کنیم: شمار اختراع‌هایی که فقط در سدهٔ گذشته زندگی را دگرگون کرده‌اند، از همهٔ اختراع‌های ۴٫۵ میلیارد سال پیش از آن در این سیاره بسیار بیشتر است. در واقع، میانگین طول عمر انسان‌ها در اندکی بیش از یک سده تقریباً دو برابر شده و فناوریِ رو به پیشرفت نقشی عظیم در این دستاورد داشته است. نمی‌توان ژرفای جهانی را که امروز در آن زندگی می‌کنیم نادیده گرفت؛ جهانی که چیزی کم از معجزه ندارد.

بااین‌حال، انسان‌شناسان می‌گویند به‌سبب ماهیت آماریِ زیست‌شناسی مولکولی، دورهٔ بارداری انسان و پیچیدگی DNA ما، گونهٔ انسان برای تکامل جسمانیِ چشمگیر به حدود ۱۰هزار سال زمان نیاز دارد. به بیان دیگر، آن مردمی که ۱۳هزار سال پیش شکار می‌کردند و خوراک گرد می‌آوردند، از نظر ژنتیکی تقریباً هم‌ارز ما بودند. مغزشان هم‌اندازهٔ مغز ما بود! باهوش بودند و به احتمال زیاد به‌اندازهٔ ما، که نوادگانشان هستیم، هوش داشتند.

پس چرا به‌محض آنکه غذای کافی داشتند، همه‌چیز را همان‌جا اختراع نکردند؟ چرا این کار ۱۳هزار سال طول کشید؟ از جمله به این دلیل که ۱۳هزار سال پیش فقط حدود یک میلیون انسان روی سیاره زندگی می‌کردند؛ امروز بیش از هفت میلیارد نفر بر زمین زندگی می‌کنند. می‌توان با اطمینان گفت انفجار جمعیت رخ داده و در بسیاری از نقاط جهان هنوز هم ادامه دارد. این انفجار جمعیت به تخصصی‌شدن دامن زده و از آن پشتیبانی کرده است و در نتیجه، آهنگ رشد فناوری را افزایش داده است.

پس چه خبر است؟ چرا شیوهٔ زندگی ما انسان‌ها چنین دگرگونیِ چشمگیری کرده، درحالی‌که گونه‌های دیگر چنین نکرده‌اند؟ ما از نظر ژنتیکی دگرگونیِ مهمی نکرده‌ایم؛ بااین‌حال، اینک بی‌رقیب فرمانروای این سیاره‌ایم ــ بسیار بیش از هر گونهٔ دیگری که باستان‌شناسان تاکنون یافته‌اند.

پاسخ، البته، آموزش است! تا آنجا که می‌دانیم، گونهٔ ما نخستین گونه‌ای است که از سرعت تکامل جسمانیِ خودش پیشی گرفته و این دستاورد شگفت‌آور را با آموزش به دست آورده است [۵].

بی‌گمان قانون داروین [۶] در تلاش ما برای آموزش‌دادن به خودمان نقش مهمی داشته است؛ هرچند این قانون تا میانهٔ سدهٔ نوزدهم حتی مطرح هم نشده بود. فکر می‌کردید قانون داروین فقط به ژنتیک مربوط است؟ نه؛ این قانون بر هر شیوه‌ای از تکامل صدق می‌کند و گونهٔ ما در مورد خود، با به‌کاربستن آن در آموزش، از ساعت ژنتیکی پیشی گرفته است. واقعیت این است که چه از آن آگاه بوده‌ایم چه نه، مطابق قانون داروین زندگی کرده‌ایم و خود را آموزش داده‌ایم. در واقع، حوزهٔ پژوهشیِ تازه‌ای به نام برنامه‌نویسی ژنتیکی اخیراً به پدیدآمدن پیشرفت‌های فناورانهٔ بسیاری انجامیده است.

اختراع‌ها ناگزیر به گسترش آموزش انجامیدند؛ آموزشی که برای بقای انسان ضرورت داشت. زمانی برای زنده‌ماندن باید با گونه‌های دیگر رقابت می‌کردیم. امروز هر یک از ما انسان‌ها برای بقا باید با اعضای گونهٔ خودمان رقابت کنیم. نهادهای آموزش عالیِ سیارهٔ ما کمتر از هزار سال قدمت دارند (دانشگاه بولونیا حدود سال ۱۰۸۸ نخستین مدرک‌های دانشگاهی را صادر کرد)، اما زیرساخت آموزشیِ ما هزاران سال پیشینه دارد. می‌توان استدلال کرد که آموزش واقعاً مهم‌ترین اختراع در تاریخ بشر است.

همان‌طور که پیش‌تر گفتم، تحصیل در مکانیک را برگزیدم. بنابراین بر فراز موجی حرکت کردم که هرچند اکنون به بلوغ رسیده و حتی می‌توان گفت بر ساحل فروریخته است، سواری بر آن تجربه‌ای هیجان‌انگیز بود؛ زیرا در اوج موجِ مکانیک حضور داشتم. شاید این مهم‌ترین موج فناوری‌ای باشد که تاکنون بر انسان‌ها و جهان ما اثر گذاشته است. هرچند شاید هنوز زود باشد که فرض کنیم مکانیک رو به افول گذاشته، دنبال‌کردن تاریخ چنین تحول عظیمی در تاریخ بشر آموزنده است. به‌هرحال، من بر فراز آن موج زندگی کردم و بیش از هر کس دیگری امیدوارم نیروی چنین موجی هرگز از یاد نرود. پس اگر در روایت این داستان با من همراه شوید، امیدوارم در پایان با من هم‌نظر شوید که مکانیک، بی‌تردید، بنیادی‌ترین رشتهٔ علمی‌ای است که جهان مدرن ما را شکل داده است.

منابع

1. Guralnik DB (ed) (1970) Webster’s Dictionary. Prentice-Hall
2. Newton I (1687) Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. (نسخهٔ مورد استفاده در این کتاب: ۱۹۳۴) University of California Press
3. Diamond J (1993) The Third Chimpanzee. Harper
4. Sprague de Camp L (1993) The Ancient Engineers. Barnes & Noble
5. Sagan C (1980) Cosmos. Ballantine
6. Darwin C (1859) On the Origin of Species. John Murray