رفتن به نوشته‌ها

برچسب: گالیله

آیا فیزیک می‌تواند شبکه‌های اجتماعی مانند فیس‌بوک را تحلیل کند؟!

در همایش پیوند در تابستان گذشته در مورد این حرف زدم که چگونه ایده‌های برگرفته شده از فیزیک می‌تونن درک بهتری از شبکه‌های اجتماعی مثل فیس‌بوک به ما بدن. ویدیو این ارائه رو به همراه اسلایدها و فایل صوتی رو اینجا می‌ذاریم. ما بقیه ارائه‌ها رو هم در قسمت «سخنرانی‌ها، دوره‌های آموزشی و کلاس درس» می‌تونید پیدا کنید!

ویدیو:

«روایتگری در علم»

قصه‌ و قصه‌گویی

قصه‌گوها را خیلی دوست دارم. قصه، نوع ادبی عجیبی از اطلاعات است که محملی برای بیان عجیب وغریب‌ترین رخ‌دادهاست. اصلا به نظر من، قصه همه چیز است! اگر می‌خواهید ایده‌ای را، هرچند بغرنج و پیچیده، به ذهن کسی بنشانید، محتوای آن ‌را درون قصه‌ای نهادینه و برای آن شخص بازگو کنید. بی‌بروبرگرد اثرش بیشتر از روایت حادثه به صورت خالص و عریان آن است. به باورهای خود رجوع کنید، در بنیادی‌ترین آن‌ها هم، قصه‌ها نشسته‌اند. شاید اصلا بشود چنین ادعا کرد که فرهنگ‌ هر ملتی را می‌توان در چارچوب قصه‌هایشان بازتعریف کرد؛ ممکن است که این ادعا از دقت کافی برخوردار نباشد اما به نظر گمان بدی نیست.

به هرحال، این شکوهمندی درقصه‌گویی و روایتگری‌ همیشه برایم جالب توجه بوده و با این که نه ادیب هستم (که اگر شما باشید لابد می‌توانید به این نوشته خرده بگیرید! پس اگر هستید، به آن‌چه در ادامه می‌خواهم بگویم توجه کنید که عاقل نخست محتوا را می‌نگرد و سپس صورت را!) و نه چندان تجربه زیادی در مطالعه آثار ادبی جهان دارم (که ای کاش داشتم!)، ارزش والای قصه و قصه‌گویی را می‌دانم. از سوی دیگر، یک فیزیک‌خوانده هستم، به بیانی، پیشه‌ام فیزیک است و چند صباحی با اهل علم حشر و نشر داشته‌ام و در گفتگویشان حاضر بوده‌ام. مکانیک کلاسیک گلدستین و الکترودینامیک جکسون را خوانده‌ام، مکانیک کوانتومی گریفیث و درس‌گفتارهای فاینمن  را نیز. تفاوت بیان گریفیث با ریتس و میلفورد  در بیان الکترومغناطیس را هم دیده‌ام. با این وصف، ممکن است بپرسید که روایتگری و قصه‌گویی چه ربطی به من دارد؟ فیزیک کجا و انواع ادبی! زمختی سخنرانی‌های علمی کجا و حماسه‌سرایی‌های شاهنامه؟! ریاضیات پیشرفته و بی‌عاطفه هنکل و بسل کجا و عاشقانه‌های رومئو و ژولیت؟ می‌توانم پاسخ را از این نقل قول جناب اردوش شروع کنم:

«این که بپرسیم چرا اعداد زیبا هستند مثل این است که بپرسیم چرا سمفونی نهم بتهوون زیباست! و اگر شما این زیبایی را نمی بینید، کسی هم نمی‌تواند این زیبایی را به شما نشان دهد. من می‌دانم که اعداد زیبا هستند. اگر نباشند، آنگاه هیچ چیز نیست!»

در داستان شازده کوچولو سنت اگزوپری به شیوه‌ای سوررئالیستی به بیان فلسفه خود از دوست داشتن و عشق و هستی می‌پردازد. او از دیدگاه یک کودک، که از سیارکی به نام ب۶۱۲ آمده، پرسشگر سؤالات بسیاری از آدم‌ها و کارهایشان است. نگاره از ویکی‌پدیا

ولی در پی این پاسخ، باید بگویم که «عاقلان دانند یا صاحبان خرد» یا اینکه سراغ «بصیرت» بروم که در این نوشته قصد پرداختن به آن  را ندارم.  راستش پاسخ بهتر به این پرسش، با فکر کردن به قصه‌گویی به‌دست می‌آید و ریشه در شیوه روایتگری ما در علم دارد! به نظر شما، هنگامی که نویسنده‌ای یا روایتگری، قصه‌ای تعریف می‌کند، چقدر به این فکر می‌کند که مستمعش کیست؟ چند سال دارد؟ در هاروارد درس خوانده یا یک دیپلم‌ردی است؟ به نظر شما «سنت‌ اگزوپری» موقع نگارش شازده کوچولو چقدر تحت تاثیر این قید بوده که شنونده یا خواننده‌ اثرش کودک تازه مدرسه رفته‌ایست یا استاد دانشکده ادبیات؟ سعدی چه طور؟! آیا سعدی هنگام نگارش گلستان، مخاطبش را مشخص‌ کرده بود؟ اگر این‌گونه بود، چگونه هم در بازار و هم دربین کتاب‌های کتاب‌خانه دانشگاه تهران صحبت از حکایات سعدی است؟

راستش را بخواهید، حکایت علم هم همین است! علم، روایتی از طبیعت است، روایتی زیبا، معرکه و پرشکوه! اما این روایت، به آن زیبایی که هست، معمولا نقل نشده و نمی‌شود. روایتگری در علم معمولا جایش را به بیانی خشک و بدون عاطفه داده است. در اقصی‌نقاط دنیا، معلمان ریاضی، فیزیک، شیمی و زیست‌شناسی که اصلی‌ترین راویان علم هستند معمولا تلاشی برای «روایتگری» نمی‌کنند و به جای آن فقط به «بیان حقایق» می‌پردازند. همین است که همه ما سرماخورده یک زمستان در سرتاسر دنیا هستیم، زمستان بی‌ذوق و قریحگی در روایتگری در علم!

گالیله، روایتگر بزرگ علم

نگاهی تاریخی به آغاز علم، به معنی امروزی‌ یا مدرنش، ما را با گالیله و نیوتون مواجه می‌کند. در مورد این دو ابرمرد، نقل‌های زیادی وجود دارد ولی آن‌چه از نظر من جالب توجه است روایتگری این دو نفر است! همه ما می‌دانیم که سه‌جلدی شاهکار نیوتون به نام «اصولِ ریاضیِ فلسفهٔ طبیعی» یا به طور کوتاه «پرینکیپیا» چه تاثیر شگرفی بر علم داشته است. با این وجود، باید توجه کنیم این کتاب به زبان لاتین نوشته شده و فقط جلد نخست آن حدود ۵۰۰ صفحه و ۳۴۰ شکل بسیار پیچیده دارد. گویا جناب نیوتون کتاب را فقط برای متخصصان و اهل فن نوشته و حقی برای فهم مردم عادی در نظر نگرفته. فراموش نکنیم که نیوتون شخصیتی تکرار نشدنی در تاریخ علم است!

گالیله بر خلاف نیوتون، کتاب دیالوگو  را، به صورت یک قصه، به گونه‌ای نوشته که همه بتوانند آن را بخوانند. نگاره از ویکی‌پدیا

با این حال، برخلاف نیوتون، گالیله حدود ۵۰ سال قبل از نیوتون،  کتاب «گفتگو در باب دو سامانه بزرگ جهان» یا به طور کوتاه «دیالوگو»  را به زبان ایتالیایی و کاملا فصیح نوشته، به گونه‌ای که همه بتوانند اثرش را بخوانند! «دیالوگو» در مورد این ایده است که خورشید مرکز منظومه‌ شمسی است و گالیله این موضوع را به صورت گفتگویی میان سه دوست که به مدت چهار روز در ونیز به سر می‌برند روایت‌ می‌کند. نوشته گالیله بی‌نظیر است، ادبی و خنده‌دار است، پرشکوه و مبارزطلب است! گالیله به شکل هنرمندانه‌ای خواسته که مردم اثرش را بخوانند و درک کنند و بفهمند که زمین مرکز عالم نیست و این خورشید است که در مرکز این منظومه قرار دارد. البته همین کتاب سرانجام سبب شد تا آگاهی عمومی بالا برود و گالیله  را به اتهام کفر علیه خدا روانه دادگاه کنند.

«دیالوگو»تا مدت زیادی ممنوع‌الانتشار شد. نکته این است که آنچه برای کلیسا هشدار تلقی می‌شد فقط اکتشاف علمی گالیله نبود، بلکه قدرت روایتگری او بود! مردم قصه‌ها را دوست دارند، می‌شنوند، فکر می‌کنند و آگاه می‌شوند. گالیله یک روایتگر فوق‌العاده علم بود، یک آگاهی‌رسان!

«توسعه علم» به چه معناست؟

هرچند که می‌شود مفصل بحث کرد که هرکس شخصیت متفاوتی دارد و خلقیات خاص خود  را، اما هدف من معطوف کردن ذهن شما به ایده روایتگری در علم است.  راستی، در مسیر «توسعه علم»، اینکه فقط ایده یا مجموعه‌ای از ایده‌ها را به‌درستی بیان کنیم کافی است؟ یا به نظر شما، اگر نابغه‌ای به مدت ۱۰ سال حجم عظیمی از کارهای پژوهشی را در جزیره‌ای دور افتاده انجام دهد و به اکتشافات فوق‌العاده‌ای دست یابد ولی قبل از انتشار آن‌ها فوت کند یا اینکه آثارش به دلایلی از بین رود،آیا باز هم علم یا توسعه علم رخ‌داده است؟ نظر من که منفی است! البته سر این موضوع بحث زیادی وجود دارد و در این نوشته مجال پرداختن به آن نیست، ولی این یک مسئله جدی است! فتامل!

«چه جور مردمانی هستند این شاعران، که اگر ژوپیتر خدایی در هیئتِ انسان باشد، درباره‌اش چه شعرها که نمی‌سرایند اما اگر در قالبِ کرهٔ عظیم چرخانی از متان و آمونیاک باشد، سکوت می‌کنند؟» ریچارد فاینمن یکی از تاثیرگذارترین فیزیکدانان و روایتگران علم – نگاره از پیکی‌پدیا

تعریف «روایتگری در علم» چیست؟!

روایتگری در علم، به معنای بازگو کردن حقایق علمی به زبان مردم است! البته خوب است که منظورمان از «مردم» را با یک مثال مشخص کنیم! برای یک فیزیک‌دان، یک مهندس یا زیست‌شناس یا دانش‌آموز کلاس پنجم دبستان یا قصاب محل، مردم حساب می‌شود. هر کس که در حوزه مورد مطالعه یا پژوهش شما متخصص نیست، هنگام روایتگری، عامی حساب می‌شود. روایتگری در علم به این معناست که به فراخور مخاطبتان، چنان حق مطلب را ادا کنید که مخاطب، مستقل از سن و دانشش، پس از روایت شما بگوید «آهان، فهمیدم، چه جالب!». مهم‌ترین اصل در روایتگری در علم این است که چنان روایت کنید که هر کس بتواند بگوید «آهان!» پر واضح است که کار ساده‌ای نیست! برای اینکه روایتگر خوبی باشید، قبل از هر چیز، به درک درستی از موضوع نیاز دارید و سپس تلاش زیادی برای بیان مطلب به زبان مردم (مخاطبتان).

 

ایده‌هایی در باب روایتگری در علم

۱) سایت سیتپور

به عنوان یک فیزیک‌پیشه چند پروژه را به کمک دوستانم برای روایتگری در علم آغاز کردیم. پروژه اول، همین وب‌سایت سیتپور است. «مرام‌نامه» ما را بخوانید. هدف ما در سیتپور این است که فیزیک و ریاضی را قابل هضم‌تر به دست مردم برسانیم.

۲) رادیوفیزیک

«رادیـوفیزیـک»، یک رادیـوی اینترنتی علمی به یاد آنان که راه را هموار ساختند!

پروژه سیتپور، ایده‌ای بر اساس وبلاگ نویسی است، یعنی ما مطالبی  را می‌نویسم و شما می‌خوانید! اما امروز گاهی مردم حوصله خواندن ندارند! پس به سراغ ایده‌ی دیگری رفتیم. یک میکروفن برداشتیم و شروع به ضبط صدا کردیم که سرانجام منجر شد به یک رادیوی اینترنتی علمی به اسم «رادیوفیزیک»! ایده رادیوفیزیک بر مبنای ضبط پادکست‌‌های علمی و پخش رایگان آن به روی وب است. با رفتن به نشانی www.radiophysics.ir می‌توانید پادکست‌های ما  را گوش کنید.  راستش را بخواهید کار ساده‌ایست! کافیست که بدانید که قرار است چه بگویید! من و امید میکروفون  را برداشتیم و در مورد موضوعی به گفتگو پرداختیم، صدایمان ضبط شد، کمی با کامپیوتر ویرایشش کردیم و در نهایت به روی وب منتشرش کردیم که خب بازخورد خوبی هم نصیبمان شد!

۳) در تلگرام

کمی بعدتر، به این فکر کردیم، که جامعه ایرانی چقدر با تلگرام عجین شده! پس چه خوب است که به تلگرام برویم و روایتگری کنیم! ابتدا گروه «فیزیک‌طوری» را ساختیم. برخلاف نظر خیلی از دوستان به جای یک کانال، یک سوپرگروه در تلگرام ایجاد کردیم تا همه اعضا بتوانند در مسیر روایتگری سهمی داشته باشند. گروه فیزیک‌طوری در ظاهر قوانین خشکی دارد! ولی به شما اطمینان می‌دهم، باوجود شیوه خاص مدیریت گروه، نوعی جدید از روایتگری در علم به کمک این گروه بنا شده است. پس از آن، به همت دکتر مانی رضایی، گروه و سپس کانالی در تلگرام ساختیم که به روایتگری در حوزه «آموزش ریاضی» می‌پردازد. در گروه و کانال «آموزش ریاضی» به طور دقیق به موضوع «آموزش ریاضی» پرداخته می‌شود و اعضا می‌توانند مسیر علمی این رشته را دنبال کنند. آخرین پروژهایی که در تلگرام در آن شریک هستم، کانال «سیستم‌های پیچیده» است. پروژه‌های «آموزش ریاضی» و «سیستم‌های پیچیده» البته مخاطب‌های خاص خود را دارند، به ویژه کانال سیستم‌های پیچیده. با این وجود یکی از اهداف اصلی در همه کانال‌ها روایتگری در آن حوزه خاص و ترویج علم است.

در نهایت

اگر روایتگری در علم نباشد، توسعه علم با آهنگ کندتری پیش‌می‌رود. نباید فراموش کنیم که «‌علم» موجودی اجتماعی و سیاسی است! توسعه علم از دو سو ممکن است؛ نخست آن‌که متخصصان هر رشته، چه پیر و چه جوان، بتوانند آزادانه بیاندیشند و در تعامل با یکدیگر سعی در توسعه علم کنند و دوم اینکه متخصصان، مردم را هم‌راه و هم‌هدف خود سازند تا مسیر علمی برای پیمودن هموارتر شود. برای این‌کار نخستین گام، ترویج روایتگری در علم است. دانشمندان، اساتید دانشگاه و معلمان مدارس نه تنها باید تلاش کنند که به بهترین شکل ممکن مسیر آموزش  را در کلاس درس طی کنند بلکه باید به عنوان مروجان علم بکوشند تا فکر و جیب مردم  را هم معطوف به علم کنند.

به روایتگری در علم فکر کنید! اگه برای پسرخاله‌تان از علم نمی‌گویید یا نمی‌توانید دایی‌تان را با فهمیدن یک مطلب علمی شاد کنید یا دوست شما در گفتگو با شما نمی‌گوید «آهان، چه جالب!» یک جای کارتان لنگ است؛ یا خود درک درستی از موضوع ندارید یا اینکه به وظیفه خود عمل نمی‌کنید. بله، روایتگری در علم وظیفه هر اهل علم است!

جزر و مد چه جوری کار می‌کنه؟!

ما توی اصفهان زندگی می‌کردیم برای همین با اینکه زاینده‌رود اون‌موقع‌ها پر از آب بود ولی امکان مشاهد‌ه‌ی پدیده «جزر و مد» وجود نداشت. یادمه اولین باری که «جزر و مد» رو مشاهده کردم برمی‌گرده به ۱۲-۱۳ سال پیش (اوایل ابتدایی)، توی بندرگناوه! کنار ساحل آتش درست کرده بودیم که یکی از بومی‌های اونجا اومد و به من گفت: «برید بالاتر آتش درست کنید، آب میاد زیرش و خاموشش می‌کنه‌ها!». من فکر کردم منظورش این بوده که ممکنه یه موج بلندی بیاد و آتش ما رو خاموش کنه، ولی از اونجا که دریا واقعا آروم بود گفتم این بنده‌خدا فقط می‌خواست یه چیزی بگه و بره! تا اینکه همون اتفاق افتاد! برای من سوال شده بود که چی شد که سطح  آب دریا بالا اومد و توی ساحل پیش‌روی کرد که بهم گفتند جزر و مد رخ داده و وقتی پرسیدم که چرا جزر و مد اتفاق افتاده، عموم به ماه اشاره کرد و گفت:

وضعیت زمین، ماه و خورشید
وضعیت زمین، ماه و خورشید

«جاذبه‌ی ماه آب دریا رو بالا می‌کشه، فردا صبح آب دومرتبه برمی‌گرده سرجای اولش!». این توجیه یکم عجیب همراه من بود تا اینکه بعد از اون ماجرا فهمیدم ماه از خودش تابش نداره و علت دیده‌شدنش توی شب بازتاب نورخورشیده، همین‌طور علت دیده‌ نشدنش توی روز غلبه‌ی شدت نور خورشید بر نوربازتابیده شده از اونه نه اینکه ماه رفته یک جای دیگه! فهمیدن این موضوع برای من منجر به این سوال شد که به این‌ترتیب ماه همیشه هست، پس چرا فقط شب، ماه، آب رو به سمت بالا می‌کشه؟! خلاصه با مرور زمان جواب سوال من پیدا شد ولی باز هم بعد از پیدا کردن اون جواب، یک سوال دیگه پیش اومد و این سیر پرسش و پاسخ اینقدر با من همراه بود که من رو وارد رشته‌ی فیزیک کرد، جایی که بتونم برای هر سوالی،  لااقل یک جواب معقول پیدا کنم. البته کم‌کم فهمیدم که گاهی از اوقات پیدا کردن جواب اون‌قدرها هم ساده نیست! به هرحال بعد از گذشت چندین سال از اولین مشاهده‌ی من از جزر و مد، تصمیم گرفتم هر چیزی رو که تا به امروز در مورد این پدیده‌ی فوق‌العاده زیبا یاد گرفتم، بنویسم، شاید پسر بچه‌ای ۸-۹ ساله (یا بزرگتر!) با رجوع به اینجا بتونه جواب خوبی برای سوالی که براش مطرح شده پیدا کنه.

از نقطه نظر تاریخ علم:

ماجرا از اینجا شروع میشه که ارائه یک مدل ریاضی برای نظریه خورشید مرکزی با قدرت پیش‌بینی کامل، تا قرن ۱۶ میلادی طول کشید. درست زمانی که نیکلاس کوپرنیک، با ارائه این مدل باعث بوجود اومدن انقلاب کوپرنیکی شد. البته كوپرنیک در كتاب «درباره گردش افلاك آسمانی» صادقانه بیان می‌كنه كه تحت تأثیر افكار «ابن شاطر» قرار داشته! بعد از کوپرنیک، یوهانس کپلر با اضافه کردن مواردی مثل اینکه مدار سیارات به دور خورشید بیضی است، این مدل رو تشریح و گسترش داد. این مدل توسط مشاهدات تجربی گالیله با استفاده از تلسکوپ تایید شد و بعد از اون جناب نیوتون با ارائه‌ی نظریه‌ی گرانش، مکانیک سماوی رو بنا کرد، گوشه‌ای از علم فیزیک که به کمکش می‌تونیم جزر و مد( کِشَند یا Tide) رو توجیه کنیم! از لحاظ تاریخی توجیه پدیده‌ی جزر و مد از مواردی بود که به شدت بر درستی نظریه‌ی خورشید مرکزی صحه گذاشت.

هنگامی که نیروهای کشندزای ماه و خورشید هماهنگ عمل می‌کنند، مثلاً هنگام ماه نو که هر دو در یک طرف زمین هستند، جزر و مدها در بیشینه خود هستند و به نام کشند فنری یا «مه‌کشند» (spring tide) نامیده می‌شود، حد دیگر وقتی است که خورشید و ماه باهم زاویه ۹۰ درجه (تربیع) می‌سازند در این هنگام جزر و مد را به کمینه و به کشندهای کوچک یا «که‌کشند» (neap tide) بدل می‌سازند.
هنگامی که نیروهای کشندزای ماه و خورشید هماهنگ عمل می‌کنند، مثلاً هنگام ماه نو که هر دو در یک طرف زمین هستند، جزر و مدها در بیشینه خود هستند و به نام کشند فنری یا «مه‌کشند» (spring tide) نامیده می‌شود، حد دیگر وقتی است که خورشید و ماه باهم زاویه ۹۰ درجه (تربیع) می‌سازند در این هنگام جزر و مد را به کمینه و به کشندهای کوچک یا «که‌کشند» (neap tide) بدل می‌سازند.

به بیان ساده:

همه‌ی ما می‌دونیم که زمین دور خورشید و ماه هم به دور زمین می‌چرخه و تمام این اجرام آسمانی میدان گرانشی ایجاد می‌کنند که متناسب با وارون مربع فاصله است ( ${۱/r^۲ }$). این میدان‌های گرانشی به همراه چرخش زمین به دور خودش سبب جزر و مد میشند.  نیروی گرانشی خورشید ۱۷۹برابر نیرویی هست که ماه به زمین وارد می‌کنه ولی از اونجایی که به طور متوسط خورشید ۳۸۹برابر ماه از زمین فاصله داره،‌گرادیان میدانش ضعیف‌تره.

tide04_400

  برای همین معمولا در گفتگوهای عامیانه علت جزر و مد رو به جاذبه‌ی ماه نسبت می‌دند که خب کافی نیست! (جاذبه‌ کره ماه علاوه‌بر جزر و مد باعث باثبات موندن محور گردش زمین به‌دور خودش هم می‌شه، یعنی اگر ماه وجود نداشت، انحراف محوری زمین مرتبا تغییر می‌کرد و  باعث آشفته شدن آب و هوا و فصل‌ها توی زمین می‌شد). اثر گرانشی ماه بر زمین جامد(صلب) بسیار ناچیز و از مرتبه‌ی سانتی‌متر است برای همین تغییر چشمگیری بر ساختار صلب زمین نداره، در عوض این اثر در مورد اقیانوس‌ها که سیال هستند به وضوح دیده میشه. قسمتی از اقیانوس‌ها که روبه‌روی ماه هستند به سمت ماه کشیده میشند و طرف دیگه‌ (پشت زمین) به نظر می‌رسه که جا مونده. علتش هم اینه که اولا گرانش با فاصله رابطه عکس داره و از طرف دیگه آب یک سیاله و می‌تونه حرکت کنه!

فاینمن توی درس‌گفتارش اینجوری توضیح می‌ده که:

«ساز و کار واقعی جزر و مد از این قراره که کشش ماه بر زمین و بر ماه در وسط متعادل است. اما آبی که نزدیک‌تر به ماهه، بیش‌تر از متوسط و آبی که دورتر از ماهه کمتر کشیده میشه. در حالی‌که زمین جامد و صلبه،‌ آب می‌تونه جریان داشته باشه. تصویرواقعی جزر و مد ترکیبی از این دو اتفاقه! خب منظور از تعادل چیه؟ چه چیزی تعادل پیدا می‌کنه؟ اگر ماه کل زمین رو به سمت خودش می‌کشه پس چرا زمین درست به سمت بالا (ماه) سقوط نمی‌کنه؟

سامانه زمین و ماه به همراه جزرومد- The Feynman Lectures on Physics

علتش اینه که زمین هم، همین کلک رو می‌زنه، یعنی اینکه زمین بر روی دایره‌ای – که مرکزش در داخل حجم کره‌ی زمینه ولی با مرکز زمین خیلی فاصله داره – گردش می‌کنه. اوضاع صرفا به این سادگی نیست که ماه به دور زمین بچرخه، زمین و ماه هر دو حول یک مرکز مشترک می‌چرخند. یعنی هر دو دارند به طرف این مرکز مشترک که مرکز جرم این منظومه‌ی دوتایی است سقوط می‌کنند.  حرکت به دور مرکز مشترک همون چیزیه که سقوط اون‌ها رو متعادل و متوازن می‌کنه! بنابراین زمین هم روی خط راست حرکت نمی‌نکنه، روی یک دایره حرکت می‌کنه! آب طرف دورتر به ماه، متعادل نشده، چون که کشش ماه اونجا ضعیفتره تا در مرکز زمین که در اونجا نیروی کشش ماه درست با نیروی مرکزگریز متعادل (برابر) است. نتیجه‌ی نبود این تعادل اینه که آب بالا میاد، یعنی از مرکز زمین فاصله می‌گیره. در طرف نزدیک به ماه،‌ جاذبه ماه شدیدتره، بنابراین نیروی خالص ناشی از نبود تعادل، به سمت دیگر فضاست.  ولی این بار هم در جهتی است که از مرکز زمین دور بشه. نتیجه‌ی خالص همه‌ی این‌ها اینه که دو تا مد، هر کدوم در یک طرف زمین داریم!»

ارتفاع یا دامنه جزرومد در روزهای مختلف یک ماه قمری متفاوته به این دلیل که علاوه بر ماه، خورشید هم تاثیرگذار هست. اگر ماه، خورشید و زمین روی یک خط واقع بشند، معروف به حالت «مه‌کشند- Spring Tide»، در حالت ماه نو یا ماه کامل، اون موقع بیشترین ارتفاع یا دامنه رو جزر و مد پیدا می‌کنه. واگر ماه عمود بر خط واصل خورشید و زمین قرار بگیره، معروف به حالت «که‌کشند – neap tide»، کمینه‌ی ارتفاع و یا دامنه‌ی جزر و مد به‌وجود میاد. تقریباً یک هفته بعد از ماه نو، از دید ناظر زمینی، ماه دقیقا از پهلو مورد تابش نور خورشید قرار می‌گیره. توی این حالت نصف ماه تاریک و نصفه‌ی دیگه روشن دیده میشه؛ به این وضعیت «یک‌چهارم نخست» میگند. دوباره یک هفته بعد، ماه از دید این ناظر، دقیقا در مقابل خورشید قرار می‌گیره و ماه به صورت قرص کامل نورانی دیده‌ می‌شه (بدر یا در اصطلاح عامیانه ماه شب چهارده). در هر سال اگر که حالت مه‌شکند مصادف با اعتدالین واقع بشه اون‌موقع بیشترین حد ممکنه برای جزر و مد اتفاق می‌افته. بنابراین به طور عادی، در هر شبانه روز دوبار جزر و دوبار مد اتفاق می‌افته که البته فاصله‌ی بین هر دو جزر یا مد حدود ۱۲ ساعت و ۲۴/۴ دقیقه‌ است.

به بیان علمی‌تر:

زمین با تقریب خوبی یک کره‌ی صلب هست که سطح زیادی از اون رو سیال(آب اقیانوس‌ها و دریاها) فراگرفته. با در نظر نگرفتن جریان‌های اقیانوس‌ها میشه سطح اقیانوس‌ها رو یک سطح هم‌پتانسیل (معروف به زمین‌واره) در نظر گرفت. از اونجایی که نیروهای گرانشی، گرادیان پتانسیل هستند، هیچ نیروی مماسی بر این سطوح وجود نداره و سطح اقیانوس‌ها در تعادل گرانشی قرار دارند. اجرام خارجی سنگین، مثل ماه و خورشید، به

زمین در مرکز و ماه در سمت راست. جهت‌ رو به بیرون پیکان‌ها نمایان‌گر میدان گرانشی حاصل بر سطح اقیانوس‌هاست.
زمین در مرکز و ماه در سمت راست. جهت‌ رو به بیرون پیکان‌ها نمایان‌گر میدان گرانشی حاصل بر سطح اقیانوس‌هاست.

خاطر این‌که میدان‌های گرانشی متناسب با فاصله ایجاد می‌کنند، شکل این سطح هم‌پتانسیل رو به‌هم می‌زنند (این تغییر شکل دارای جهت‌گیری فضایی ثابتی نسبت به اجسام اثرگذار هست). این وسط یک دفعه سر و کله‌ی نیروهای جزر و مدی یا نیروهای کشندی پیدا میشه! در حقیقت، نیروهای کشندی (Tidal Forces) از آثار ثانویه نیروی گرانش هستند که باعث بوجود اومدن جزر و مد میشند. نیروی کشندی به این دلیل به‌وجود میاد که نیروی گرانشی وارد شده از یک جسم به یک جسم دیگه، در طول قطرش یکسان نیست و سطوحی از جسم که به جسم اول نزدیکترند با نیروی بیشتری از نقاط دورتر جسم کشیده می‌شند. برای درک بهتر، جاذبه گرانشی ماه بر روی اقیانوسهای نزدیک به ماه، زمین جامد(صلب) و اقیانوسهای دور از ماه را در نظر بگیرید. بین زمین جامد و ماه یک جاذبه دوجانبه وجود داره که بر گرانیگاه (مرکزثقل) وارد می شه. اما اقیانوسهای نزدیکتر با نیروی بیشتری جذب می شند و چون سیال هستند، کمی به سوی ماه کشیده و باعث مد میشند. برخلاف نیروهای گرانشی، با تقریب خوبی، نیروهای کشندی با وارون مکعب فاصله( ${۱/r^۳ }$) متناسب هستند. درحقیقت سطح اقیانوس‌ها به خاطر تغییر هم‌پتانسیل‌های کشندی (tidal equipotentials) جابه‌جا میشند.

 

تشدیدهای کشندی (Tidal Resonances):

node
از لحاظ نظری، حداکثر دامنه‌ی جزرومدی که توسط ماه ایجاد میشه حدود ۵۴ سانتی‌متر و حداکثر دامنه‌ای که توسط خورشید ایجاد میشه ۲۵ سانتی‌متر (۴۶٪ ماه) است. در حالت مه‌کشند، این دو اثر با یکدیگر جمع شده و ارتفاع جزر و مد حدودا به ۷۹ سانتی‌متر می‌رسه . در حالت که‌کشند هم این مقدار به ۲۹ سانتی‌متر کاهش پیدا می‌کنه. با این وجود در طبیعت بیشترین ارتفاعی که مشاهده شده ۱ یا ۲ متر بوده. همین‌طور در دریاچه‌ها و دریاهای منزوی به علت اینکه آب جریان نداره و ارتباطش با بیرون قطعه، دامنه جزر و مد کم‌تر از اقیانوس‌هاست. با این وجود در بعضی‌ جاها مثل خلیج فاندی، دامنه جزر و مد به ۱۵ متر هم می‌رسه! حقیقت اینه که همون جوری که ارتعاش هوا داخل لوله‌های صوتی تشدید ایجاد می‌کنه،‌ نوسانات آب درون کانال‌ها و خورها هم منجر به تشدید میشه. جزر و مدهای بزرگ هنگامی اتفاق می‌افتند که چرخه‌ی جزر و مد رفته‌رفته دامنه‌ی مناسب یک موج ایستاده(ایستا) رو داخل کانال ایجاد کنه. آب داخل کانال زمانی در حال تعادله که سطحش صاف و افقی باشه، همین‌طور زمانی که دچار آشفتگی میشه،‌ مثل فنر با نیروهای بازگرداننده مواجه ‌میشه. عامل به‌وجود اورنده‌ی این نیروهای بازگرداننده گرانش هست. (این موج‌ها به موج گرانش یا موج جاذبه معروف هستند – gravity waves. مواظب باشید که با موج گرانشی اشتباه نگیرید! موج گرانشی هم توسط میدان گرانشی تولید می‌شه، با این تفاوت که موج گرانشی به طور نظری انرژی تابش گرانشی رو منتقل می‌کنه). برای اینکه شهود بهتری نسبت به موج گرانش پیدا کنید کافیه زمانی که یک لیوان چای دستتونه و در حال راه رفتن هستید، لیوان رو به طور منظم عقب و جلو ببرید، اون‌موقع، موج گرانش رو مشاهده می‌کنید! اگر راه رفتنتون رو جوری تنظیم کنید که با فرکانس تشدید یک موج ایستاده هم‌گام(synchronized) بشه اون‌موقع شما دامنه‌ی یک موج بلند رو (با انتقال انرژی تشدید) ایجاد می‌کنید و احتمال زیاد بعد از اون مجبور می‌شید که لباستون رو عوض کنید! پس ترجیحا این آزمایش رو توی مهمونی انجام ندید!

خلیج فاندی به هنگام جزر و مد
خلیج فاندی به هنگام جزر و مد

امواج ایستاده سطح آب، مثل امواج ایستاده که روی سازهای زهی مثل ویولن تشکیل میشند، امواج عرضی هستند. جزر و مدهای بزرگی که در انتهای یک خور هستند در حقیقت شکم یک موج ایستاده هستند که بین قله و دره نوسان می‌کنند. اگر در یک تشت آب این رو آزمایش کنیم دوره‌ی تناوب موج‌های ما از مرتبه‌ی ثانیه یا چند میلی‌ثانیه میشه اما در مورد جزر و مدهای بزرگ،‌ دوره‌ی تناوب می‌تونه به چندین دقیقه و حتی ساعت هم برسه که به این دسته از امواج ایستاده سایش (Seiche) میگند! آب در خلیج فاندی داری سایش با دوره‌تناوب ۱۳/۳ ساعت است!

از جزر و مد برای تولید برق هم استفاده ‌می‌کنند که بیشتر مهندسیه تا فیزیک، پس به راحتی از خیرش می‌گذرم! نگاه کنید به اینجا!

اگر دوست دارید که این پدیده رو با دقت بیشتری بررسی کنید، پیشنهاد می‌کنم به فصل دوم از کتاب «مبانی ژئوفیزیک، نوشته‌ی ویلیام لوری – William Lowrie, Fundamentals of Geophysics» رجوع کنید. اونجا محاسبات دقیق رو می‌تونید پیدا کنید.

این ویدیو کوتاه رو ببینید:

همین طور این ویدیو رو:

  • اینجا هم منبع خوبی است به فارسی، بخوانید!