علم | تعریف و تاریخچه علوم

واژه علم از کلمه لاتین scientia به معنای “دانش” گرفته شده است. می توان آن را به عنوان تلاشی سیستماتیک برای کشف، از طریق مشاهده و استدلال، حقایق خاص در مورد جهان، و ایجاد قوانینی که حقایق را با یکدیگر مرتبط می کند، و در برخی موارد، امکان پیش بینی رویدادهای آینده را تعریف کرد. راه‌های دیگری برای تعریف علم وجود دارد، اما همه تعاریف به نوعی به این تلاش برای کشف حقایق خاص و توانایی کشف الگوهایی اشاره می‌کنند که در آن این حقایق به هم مرتبط هستند.

نقل قول جالبی از کارل سیگان در مورد نگرش علمی وجود دارد:

     اگر در سیاره‌ای زندگی می‌کردیم که هیچ چیز در آن تغییر نکرده بود، کاری برای انجام دادن وجود نداشت. چیزی برای فهمیدن وجود  نداشت. هیچ انگیزه ای برای علم وجود نداشت. و اگر در جهانی غیرقابل پیش‌بینی زندگی می‌کردیم، جایی که همه چیز به روش‌های تصادفی یا بسیار پیچیده تغییر می‌کرد، نمی‌توانستیم وقایع را بفهمیم. اما ما در یک جهان بین این دو حالت زندگی می کنیم، جایی که همه چیز تغییر می کند، اما بر اساس الگوها، قوانین، یا به قول ما قوانین طبیعت. اگر چوبی را در هوا پرتاب کنم همیشه می افتد پایین. اگر خورشید در غرب غروب کند، همیشه صبح روز بعد در شرق دوباره طلوع می کند. و به این ترتیب می توان به چیزهایی پی برد. ما می توانیم علم انجام دهیم و با آن می توانیم زندگی خود را بهبود بخشیم. (کارل سیگان، ۵۹ ساله)

تحولات اولیه علمی

وقوع منظم رویدادهای طبیعی باعث تشویق توسعه برخی از رشته های علمی شد. پس از یک دوره مشاهده و ثبت دقیق سوابق، حتی برخی از رویدادها که به عنوان تصادفی و غیرقابل پیش بینی تلقی می شوند ممکن است شروع به نمایش یک الگوی منظم کنند که در ابتدا بلافاصله آشکار نبود. کسوف مثال خوبی برای این مورد  است.

وقوع منظم رویدادهای طبیعی باعث تشویق توسعه برخی از رشته های علمی شد.

در آمریکای شمالی، چروکی (Cherokee) گفت که خسوف‌ها زمانی ایجاد می‌شوند که ماه (مرد) از همسرش، خورشید دیدن می‌کند، و اوجیبوی(Ojibway) معتقد بود که خورشید در طول خسوف کاملاً خاموش می‌شود، بنابراین برای روشن ماندن، تیرهای شعله‌ور پرتاب می کنند. استیون هاوکینگ اشاره می کند که طبق گفته وایکینگ ها، خورشید و ماه توسط دو گرگ به نام های اسکول و هاتی تعقیب می شوند. هنگامی که هر یک از گرگ ها با موفقیت طعمه خود را می گیرد، خورشید گرفتگی رخ می دهد. اسکاندیناوی ها تا آنجا که می توانستند برای ترساندن گرگ ها سر و صدا می کردند تا بتوانند قربانیان را نجات دهند:

     اسکول گرگی نامیده می شود که خدای درخشان را تعقیب می کند

     به جنگل های محافظ؛

     و دیگری هاتی است، او پسر هرودویتنیر است،

     که عروس نورانی بهشت را تعقیب می کند.

     (شاعر”ادا”. گفته های گریمنیر، ۳۹)

هاوکینگ ادامه می دهد که مردم در نهایت متوجه شدند که خورشید و ماه بدون توجه به اینکه آیا برای نجات قربانیان سر و صدا ایجاد می کنند یا خیر، از خسوف بیرون می آیند. در جوامعی که ثبت وقایع آسمانی را داشتند، باید پس از مدتی متوجه شده باشند که خسوف‌ها به‌طور تصادفی اتفاق نمی‌افتند، بلکه در الگوهای منظمی اتفاق می‌افتند که تکرار می شوند.

برخی از رویدادها در طبیعت به وضوح طبق قوانین رخ می دهند، اما برخی دیگرنیز وجود دارند که الگوی روشنی را نشان نمی دهند و حتی به نظر نمی رسد که در نتیجه یک علت خاص اتفاق بیفتند. به نظر می رسد زمین لرزه ها، طوفان ها و آفت ها به طور تصادفی رخ می دهند و به نظر نمی رسد که توضیحات طبیعی مربوط به آن باشد. بنابراین، توضیحات ماوراء طبیعی برای توضیح چنین رویدادهایی به وجود آمد که بیشتر آنها با اسطوره ها و افسانه ها ادغام شدند.

توضیحات فراطبیعی باعث ایجاد جادو شد، تلاشی برای کنترل طبیعت از طریق تشریفات و طلسم. سحر و جادو مبتنی بر اطمینان مردم است که طبیعت را می توان مستقیماً کنترل کرد. فکر جادویی باور دارد که با انجام طلسم های خاص، رویداد خاصی رخ خواهد داد. “جیمز فریزر ” می گوید که بین جادو و علم پیوندی وجود دارد، زیرا هر دو به اصل علت و معلول اعتقاد دارند. در سحر و جادو، علل به نحوی نامشخص هستند و تمایل دارند که مبتنی بر افکار خود به خودی باشند، در حالی که در علم، با مشاهده دقیق و استدلال، علل، بهتر جداسازی و درک می شوند. علم بر این ایده استوار است که تجربه، تلاش و عقل معتبر است، در حالی که جادو بر اساس شهود و امید است. در دوران باستان، ترکیب علم با سحر و جادو، دین، عرفان و فلسفه رایج بود، زیرا روابط علمی کاملاً درک نشده بود.

علم بابلی

مانند مصر، کشیشان بسیاری پیشرفت علم بابلی را تشویق کردند. بابلی ها از یک سیستم ۶۰تایی (۶۰پایه) استفاده می کردند که به آنها اجازه می داد دایره ها را به ۳۶۰ درجه تقسیم کنند. استفاده از ۶۰ به عنوان پایه یک سیستم ریاضی مسئله کوچکی نیست: ۶۰ عددی است که مقسوم‌کننده‌های زیادی دارد (۱، ۲، ۳، ۴، ۵، ۶، ۱۰، ۱۲، ۱۵، ۲۰، ۳۰، ۶۰). ، که نمایش کسرها را ساده می کند: ۱/۲ (۳۰/۶۰)، ۱/۳ (۲۰/۶۰)، ۱/۴ (۱۵/۶۰)، ۱/۵ (۱۲/۶۰)، ۱/۶ (۱۰/ ۶۰) و غیره. در اوایل سال ۱۸۰۰ قبل از میلاد، ریاضیدانان بابلی ویژگی های دنباله های ابتدایی، مانند پیشروی های حسابی و هندسی، و تعدادی از روابط هندسی را درک کردند. آنها مقدار pi را ۳ ۱/۸ تخمین زدند که حدود ۰.۶ درصد خطا است. به احتمال زیاد آنها با آنچه که ما امروز آن را قضیه فیثاغورث می نامیم آشنا بوده اند که بیان می کند مربع طولانی ترین ضلع یک مثلث قائم الزاویه برابر است با مجموع مربع های دو ضلع دیگر. با این حال، ما هیچ مدرکی نداریم که بابلی ها آن را به طور رسمی ثابت کرده باشند، زیرا ریاضیات آنها به جای اثبات رسمی بر دانش تجربی استوار است.

در نجوم بود که بابلی ها استعداد قابل توجهی از خود نشان دادند و سحر و جادو، عرفان، طالع بینی و پیشگویی محرک های اصلی آن بودند. آنها بر این باور بودند که حرکت اجسام آسمانی یک رویداد زمینی را پیش بینی می کند. از زمان سلطنت نابناسار (۷۴۷ پیش از میلاد)، بابلی‌ها فهرست کاملی از کسوف‌ها را نگهداری می‌کردند و تا سال ۷۰۰ قبل از میلاد، قبلاً مشخص شده بود که خورشید گرفتگی فقط در ماه‌های جدید و ماه‌گرفتگی فقط در ماه‌های کامل امکان‌پذیر است. این احتمال وجود دارد که تا آن زمان بابلی ها نیز این قانون را می دانستند که ماه گرفتگی هر شش ماه یا گاهی هر پنج ماه یکبار اتفاق می افتد. در زمان حکومت “ نبوکدنزر – Nebuchadnezzar ” بر بابل، کاهنان مسیر سیارات را نیز محاسبه کرده و مدارهای خورشید و ماه را ترسیم کرده بودند.

علم مصر

علیرغم خرافات، کشیشان مصری توسعه بسیاری از رشته های علمی، به ویژه نجوم و ریاضیات را تشویق کردند. ساخت اهرام و دیگر بناهای تاریخی شگفت‌انگیز بدون دانش ریاضی بسیار پیشرفته غیرممکن بود. پاپیروس ریاضی ریند(Rhind Mathematical Papyrus)همچنین به عنوان پاپیروس اهمس- Ahmes شناخته می شود) یک رساله ریاضی باستانی است که قدمت آن تقریباً به ۱۶۵۰ قبل از میلاد می رسد. این کار با استفاده از چندین مثال نحوه محاسبه مساحت یک مزرعه، ظرفیت انبار را توضیح می دهد و همچنین به معادلات جبری درجه یک می پردازد. در بخش آغازین، نویسنده آن، کاتبی به نام اهمس، اعلام می کند که پاپیروس رونویسی از یک نسخه باستانی است، احتمالاً ۵۰۰ سال قبل از زمان خود اهمس.

طغیان رود نیل، که دائماً نشانگرهای مرزی را که بخش‌های مختلف زمین را از هم جدا می‌کرد، تغییر می‌داد، توسعه ریاضیات را نیز تشویق کرد: نقشه‌برداران زمین مصری مجبور بودند بارها و بارها اندازه‌گیری کنند تا مرزهای از دست رفته را بازیابی کنند. در واقع منشأ کلمه هندسه: «اندازه‌گیری زمین» از همین جاست. نقشه برداران مصری بسیار عملی بودند: برای ایجاد زوایای قائمه که برای تعیین مرزهای یک میدان بسیار مهم بود، از طنابی استفاده کردند که به دوازده قسمت مساوی تقسیم شده بود و مثلثی را تشکیل می دادند که در یک طرف سه قسمت و در یک طرف چهار قسمت و پنج قسمت در سمت باقی مانده بود. زاویه مناسب باید در جایی که ضلع سه واحدی به ضلع چهار واحدی می پیوندد پیدا می شد. به عبارت دیگر، مصریان می دانستند که مثلثی که اضلاع آن به نسبت ۳:۴:۵ باشد، مثلث قائم الزاویه است. این یک قانون سرانگشتی مفید است و همچنین یک قدم با قضیه فیثاغورث فاصله دارد، که مبتنی بر کشش مفهوم مثلث ۳:۴:۵ تا حد منطقی آن است.

مصریان مقدار ثابت ریاضی پی را۲۵۶.۸۱محاسبه کردند (۳.۱۶) و برای مقدار جذر دو از کسریهفت پنجم (که آن را هفت برابر یک پنجم در نظر می گرفتند) استفاده کردند. برای کسرها همیشه از عدد ۱ استفاده می کردند (سه چهارم را جمه یک دوم و یک چهارم می دانستند). متأسفانه آنها صفر را نمی دانستند و سیستم اعداد آنها فاقد ساده سازی بود: برای بیان ۹۹۹ به ۲۷ علامت نیاز بود.

علم یونانی

برخلاف سایر نقاط جهان که علم به شدت با دین مرتبط بود، اندیشه علمی یونانی پیوند قوی تری با فلسفه داشت. در نتیجه، روح علمی یونانی رویکرد سکولارتری داشت و توانست مفهوم توضیح ماوراء طبیعی را با مفهوم جهانی که توسط قوانین طبیعت اداره می شود جایگزین کند. سنت یونانی تالس از میلتوس را به عنوان اولین یونانی معرفی می کند که در حدود ۶۰۰ سال قبل از میلاد این ایده را توسعه داد که جهان را می توان با شرایط طبیعی توضیح داد. تالس در میلتوس، شهری یونانی واقع در ایونیا، بخش مرکزی ساحل دریای اژه آناتولی در آسیای صغیر، ترکیه کنونی زندگی می‌کرد. این شهر کانون اصلی “بیداری ایونی” بود، مرحله اولیه تمدن کلاسیک یونان، زمانی که یونانیان باستان تعدادی ایده به طرز شگفت انگیزی شبیه به برخی از مفاهیم علمی مدرن ما توسعه دادند.

یکی از مزایای بزرگ یونان نفوذ ریاضیات مصر بود، زمانی که مصر بنادر خود را به روی تجارت یونان در طول سلسله ۲۶ (حدود ۶۸۵-۵۲۵ ق. م.) و نجوم بابلی، پس از فتح اسکندر بر آسیای صغیر و بین النهرین در دوران هلنیستی باز کرد. یونانیان در نوآوری سیستماتیک در دانش ریاضی و نجومی مصر و بابل بسیار با استعداد بودند. این امر یونانیان را به برخی از ماهرترین ریاضیدانان و ستاره شناسان دوران باستان تبدیل کرد و دستاوردهای آنها در هندسه مسلماً بهترین بود.

در حالی در ابتدا مشاهده مهم بود ، علم یونانی سرانجام شروع به کم‌ارزش کردن مشاهده به نفع فرآیند قیاسی کرد، جایی که دانش با استفاده از تفکر ناب ساخته می‌شود. این روش در ریاضیات کلیدی است و یونانیان چنان بر آن تأکید داشتند که به دروغ معتقد بودند که کسر، راهی برای به دست آوردن بالاترین دانش است. مشاهده دست کم گرفته شد، استنباط پادشاه شد، و دانش علمی یونانی تقریباً در هر شاخه ای از علوم غیر از علوم دقیق (ریاضیات) به یک گره کور هدایت شد.

علم هند

در هند، برخی از جنبه‌های علم نجوم را در وداها (تألیف بین ۱۵۰۰ تا ۱۰۰۰ قبل از میلاد) می‌یابیم، جایی که سال به دوازده ماه قمری تقسیم می‌شود (گاهی یک ماه دیگر برای تنظیم قمری با سال شمسی اضافه می‌شود)، شش فصل. از سال نامگذاری شده و مربوط به خدایان مختلف است و همچنین مراحل مختلف ماه به عنوان خدایان مختلف مشاهده و تجسم می شود. بسیاری از مراسم و آیین های قربانی در جامعه هند توسط موقعیت ماه، خورشید و سایر رویدادهای نجومی تنظیم می شد که مطالعه دقیق نجوم را تشویق می کرد.

هندسه در نتیجه قوانین سختگیرانه مذهبی برای ساخت محراب ها در هند توسعه یافت. کتاب (شعبه یا مدرسه حکیم تیتیری)Taittiriya Sanhita که در یاجور-ودا(-. Yajur-Veda معنی «دانش فداسازی» یکی از چهار بخش وداها، متون مقدس آیین هندو است که به موضوع قربانی کردن می‌پردازد. یاجورودا شامل وردهایی است که برای برگزاری مراسم قربانی لازم است و اطلاعاتی در مورد جزئیات و تفسیر آیین‌های این مراسم را در بر دارد) گنجانده شده است، اشکال مختلفی را که محراب ها می توانستند داشته باشند، شرح می دهد. قدیمی‌ترین این محراب‌ها شکل شاهین و مساحتی معادل ۷.۵۰ مربع پوروشا داشت (پوروشا واحدی معادل قد یک مرد با بازوهای بالا، حدود ۷.۶ فوت یا ۲.۳ متر بود). گاهی اوقات به شکل های محراب دیگری نیاز بود (مانند چرخ، لاک پشت، مثلث)، اما مساحت این محراب های جدید باید ثابت می ماند، ۵۰/۷ پوروشا مربع. برخی اوقات، اندازه محراب باید بدون تغییر شکل یا نسبت نسبی شکل افزایش می یافت. انجام تمام این مراحل بدون دانش دقیق هندسه غیرممکن بود.

اثری معروف به شولبا سوتراها، که برای اولین بار در حدود ۸۰۰ سال قبل از میلاد در هند ساخته شد، حاوی توضیحات مفصلی در مورد چگونگی انجام تمام عملیات هندسی مورد نیاز برای پشتیبانی از رویه های مذهبی مربوط به محراب ها است. این متن همچنین موضوعات ریاضی مانند جذر و مربع کردن دایره را توسعه می دهد. پس از توسعه مطالعات هندسی مهم، آداب مذهبی در هند تغییر کرد و با از بین رفتن ساخت محراب ها، نیاز به دانش هندسی به تدریج از بین رفت.

احتمالاً تأثیرگذارترین دستاورد علم هندو، مطالعه حساب، به ویژه توسعه اعداد و نماد اعشاری است که جهان امروز از آن استفاده می کند. به اصطلاح “اعداد عربی” در واقع از هند سرچشمه گرفته است. آنها قبلاً در احکام صخره ای امپراتور موریایی آشوکا (قرن سوم پیش از میلاد) آمده اند، حدود ۱۰۰۰ سال قبل از اینکه در ادبیات عربی استفاده شوند.

علم چین

در چین، کشیشی هرگز قدرت سیاسی قابل توجهی نداشت. در بسیاری از فرهنگ ها، علم توسط کشیشان که به نجوم و تقویم علاقه مند بودند تشویق می شد، اما در چین، این مقامات دولتی بودند که قدرت داشتند و به این حوزه ها اهمیت می دادند و به همین دلیل توسعه علم چین به شدت با این حوزه ها مرتبط است. اخترشناسان مقامات دولتی دربار به‌ویژه به علوم نجوم و ریاضیات علاقه‌مند بودند، زیرا تقویم یک موضوع حساس امپراتوری بود: زندگی آسمان و زندگی روی زمین باید هماهنگ باشند و خورشید و ماه جشنواره‌های مختلف را تنظیم می‌کردند. در زمان کنفوسیوس (حدود ۵۵۱ تا حدود ۴۷۹ قبل از میلاد)، ستاره شناسان چینی با موفقیت وقوع خسوف ها را محاسبه کردند.

هندسه در نتیجه نیاز به اندازه گیری زمین توسعه یافت، در حالی که جبر از هند وارد شد. در قرن دوم قبل از میلاد، پس از قرن‌ها و نسل‌ها، یک رساله ریاضی به نام نه فصل در هنر ریاضی تکمیل شد. این کار عمدتاً شامل رویه‌های ریاضی عملی از جمله موضوعاتی مانند تعیین حوزه‌های رشته‌هایی با اشکال مختلف (برای اهداف مالیاتی)، قیمت‌گذاری کالاهای مختلف، مبادله نرخ کالا و مالیات عادلانه بود. این کتاب جبر، هندسه را توسعه می دهد و همچنین برای اولین بار در تاریخ ثبت شده کمیت های منفی را ذکر می کند. تسو چونگچی(Zu Chongzhi (429-500CE)) مقدار مناسب پی را تا ششمین رقم اعشار تخمین زد و آهنربا را که قرن ها قبل کشف شده بود، بهبود بخشید.

جایی که چینی ها استعداد استثنایی از خود نشان دادند در ساختن اختراعات بود. باروت، کاغذ، چاپ روی چوب، قطب نما (معروف به “سوزن با اشاره جنوب”)، برخی از بسیاری از اختراعات چینی هستند. (۲۰۶ پ.م.-۲۲۰ پس از میلاد) تا سقوط منچوها (۱۹۱۲ م)

علم مزوآمریکایی

ریاضیات و نجوم بین‌آمریکایی بسیار دقیق بود. دقت تقویم مایا قابل مقایسه با تقویم مصری بود تقویم (هر دو تمدن سال را ۳۶۵ روز تعیین کردند) و در قرن اول میلادی، مایاها از عدد صفر به عنوان یک مقدار مکان در سوابق خود استفاده می کردند، قرن ها قبل از اینکه صفر در ادبیات اروپایی و آسیایی ظاهر شود.

ثبت زمان در میان آمریکا شامل یک دوره ۲۶۰ روزه بود که توسط مایاها به عنوان دزولکین (tzolkin)شمارش روز” و tonalpohualli توسط آزتک ها شناخته می شد. این فاصله با ترکیب چرخه های ۲۰ روزه با سیزده ضریب عددی (۲۰x 13 = 260) به دست آمد. اعتقاد بر این است که منشأ این فاصله در حدود قرن ششم قبل از میلاد در منطقه جنوبی تمدن زاپوتک است و با برخی از رویدادهای مهم طبیعی هماهنگ است: ۲۶۰ تقریب خوبی از دوره حاملگی انسان و در اواسط میزوآمریکایی است. عرض جغرافیایی، کاملاً با چرخه کشاورزی سازگار است. همچنین یک دوره ۳۶۰ روزه به نام تون توسط مایاها وجود داشت که از چرخه های ۲۰ روزه و ۱۸ ماهه (۲۰ x 18 = 360) تشکیل شده بود. بیشتر تقویم‌های مزوآمریکایی بر اساس یک tun(یک دوره ۳۶۵ روزه) به اضافه یک ماه دیگر پنج روزه (۳۶۰ + ۵ = ۳۶۵) است که تقریب خوبی از چرخه خورشیدی است. این شمارش تعطیلات، مراسم مذهبی، قربانی ها، زندگی کاری، ادای احترام و بسیاری از جنبه های دیگر زندگی مذهبی، سیاسی و اجتماعی را تنظیم می کرد.

شمارش ۲۶۰ و ۳۶۵ روز به طور همزمان اجرا می شود و هر ۵۲ سال نقطه شروع هر دو با هم مطابقت دارد، رویدادی که به آن “دور تقویم” می گویند. کدهای آزتک حاکی از آن است که در طول یک دور تقویمی، اعتقاد بر این بود که جهان در برابر نابودی آسیب پذیر است، بنابراین در آن زمان آنها تعدادی قربانی و مراسم مذهبی برگزار کردند تا خدایان را خشنود کنند و از ادامه جهان اطمینان حاصل کنند.

مایاها با ضرب یک tun در ۲۰ (۳۶۰ روز در ۲۰ = ۷۲۰۰ روز یا یک کاتون) و یک کاتون در ۲۰ (۷۲۰۰ روز در ۲۰ = ۱۴۴۰۰۰ روز یا یک باکتون) طولانی ترین چرخه تقویم میانآمریکایی را ایجاد کردند. شمارش طولانی مایاها از ۱۳ باکتون (۱۴۴۰۰۰ روز در ۱۳ = ۱۸۷۲۰۰۰ روز) یا ۵۱۲۵.۳۷ سال تشکیل شده بود. نقطه شروع شمارش طولانی مایاها ۱۱ اوت ۳۱۱۴ قبل از میلاد است و در ۲۱ دسامبر ۲۰۱۲ قبل از میلاد به پایان رسید.

مترجم: زهرا طاهری