نورشناسی ابن هیثم

1. نورشناسی ابن هیثم سمینار درس تاریخ علم (1) دانشگاه صنعتی امیرکبیر- گروه فلسفه علم علی سروشیان آذر 1388

2. زندگی نامه ابن هیثم • نامدارترین دانشمند سده پنجم هجری (یازدهم میلادی) است. • نام کامل: ابوعلی حسن بن حسن بن هیثم • محل تولد: بصره (345 هـ .ق- 965 م) • اصالتا: عرب • ملقب به: مهندس بصری • سفرهای زیادی داشته است، بخصوص در زمان حاکم، خلیفه فاطمی راهی قاهره شد و مهمترین کارهای علمی اش را در آنجا انجام داد و در سرانجام همان جا چشم از جهان فروبست. (430 هـ .ق- 1039 م) • تاریخ الحکما: ریزنقش، کوتاه قامت و بسیار سخت کوش بود. • بیهقی: پارسا و اهل عبادت بود و دستورات شریعت را سخت بزرگ می داشت. • در زمان خودش آوازه بلند علمی در جهان اسلام داشته است. • بر دانش مرسوم زمان خودش تسلط داشت.

3. ابن هیثم از دیدگاه بزرگان تاریخ علم • جرج سارتن: ابن هیثم بزرگترین فیزیکدان مسلمان، و از بزرگترین محققان مبحث نورشناسی برای همه اعصار است. مقدمه ای بر تاریخ علم، ج1،ص827 • کالین رنان: گرچه کار وی محتوی عناصر یونانی، به ویژه از بطلمیوس بود، او همه چیز را از نو سامان داد و دوباره بررسی کرد که به نتایج کاملا تازه ای دست یافت. مصداق این [سخن]، بویژه نظراتش در باب نور و بینایی (ابصار) است که تماما از خود اوست و مطلقا چیزی به افکار عتیق یا [نظریات] اسلامی پیشین بدهکار نیست. تاریخ علم کمبریج، ص 318 • دایره المعارف بریتانیکا: ابوعلی حسن بن هیثم، ریاضیدان و فیزیک دانی است که نخستین دستاوردهای مهم را پس از بطلمیوس در نظریه نورشناسی پدید آورد. دایره المعارف بریتانیکا، جلد 1، 1984 • دانشنامه ی ایران و اسلام: ”بی تردید او بزرگترین فیزیکدان عرب است.“ (ج 7 ص 920) مقاله ابن هیثم به قلم J.Vernet

4. آثار ابن هیثم • فیزیک: 24 کتاب، رساله و مقاله در زمینه های گوناگون: نور، آینه های کروی و سهمی، سایه و چگونگی پدید آمدن آن، گرانیگاه و ... از جمله: ”المناظر“ و ”مقاله فی مرایا المحترقه بالدوائر و بالقطوع“ • پزشکی: 2 کتاب که یکی خلاصه 30 رساله از جالینوس است. به نام: ”تقویم الصناعه الطبیه“ • فلسفه: بیش از 40 کتاب در زمینه های فلسفه، روانشناسی، منطق، اخلاق و الهیات داشته است. که از این تعداد، تنها دو کتاب ”قول فی مکان“ و ”ثمرات الحکمه“ در فلسفه باقی مانده است

5. اختر شناسی • حدود 24 اثر در موضوعات: • ابعاد اجرام سماوی و چگونگی رصد آنها • ماه و طرف قابل مشاهده آن و حرکاتش • اندازه گیری ارتفاع قطب (عرض جغرافیایی) و ... • از جمله: • ”فی هیئه العالم“ • ” فی ارتفاع القطب“ • ”فی الاثر الذی (یُری) فی وجه القمر“ • مقاله ”فی الشکوک علی بطلمیوس“ که نقدی بر مجسطی بطلمیوس است. • همچنین: کشف دلیل شکست نور، محاسبه جو گرداگرد زمین و اختراع اولین ذره بین

6. ریاضیات • بیش از 11 اثر در موضوعات جبر و حساب، مثلثات و ... • از جمله: • ”فی استخراج مساله عددیه“ • ”کتاب الجامع فی اصول الحساب“ • ”حساب المعاملات“ • و ...

7. هندسه محض • بیش از 58 اثر با موضوعاتی چون: مقاطع مخروطی، مساحت ها، تحلیل و ترکیب و... • در هندسه محض از جمله کتاب های: • ”شرح مصادرات اقلیدس“ • ”حل شکوک اقلیدس و شرح معانیها“ • ”قول فی خواص المثلث من جهه العمود“ • ”خواص القطوع المختلفه“ • مساله الهازن

8. هندسه کاربردی • در هندسه کاربردی: • ”المقاله فی استخراج سمت قبله“ • ”مقاله فی اجراعات الحفور و الابنیه بجمیع الاشکال الهندسیه“ • رساله ”مساله فی المساحه“ • رساله ”فی العقود“ • مهندس بصری

9. مسلک فلسفی ابن هیثم • وی در 63 سالگی در دستنوشته ای که در آن به بازگویی سرگذشت خود می پردازد می نویسد: ”من همواره از هنگام کودکی در باورهای گوناگون مردم و دلبستگی هر گروه از آنان به نظریات خویش می اندیشیدم و در همه اینها به دیده شک می نگریستم. چون یقین داشتم که حقیقت یکی است و اختلاف در آن تنها از گونه گونی روش های راهیابی به حقیقت ناشی می گردد و بس. برای راهیابی به معدن حقیقت، تمام همت خویش را به کار بردم... و از این رو به کاوش در نظریات و عقاید گوناگون و انواع دانش ها پرداختم ولی در میان آنها به هیچ چیز سودمندی دست نیافتم. پس دیدم که مرا به حقیقت راهی نیست مگر از طریق نظریاتی که ماده آنها محسوسات و صورت آنها امور عقلی باشد.“

10. مسلک فلسفی ابن هیثم (ادامه) • بر اساس آموزه های ارسطویی می اندیشید. • اعتقاد به وجودی مستقل در خارج از ذهن برای جهان داشت. • حواس ابزاری برای ادراک جهان خارجی است. • ادراک امور حسی را راهی برای کسب معرفت خارجی و شناخت طبیعت می دانست. • معتقد بود که پدیده های طبیعی قانون مند هستند، و این قوانین حاکم بر طبیعت در هر جا و هر زمان ثابت باقی می ماند. • به همین سبب در پژوهش هایش، همواره در پی کشف قوانین کلی و جهانشمول بود.

11. مسلک فلسفی ابن هیثم (ادامه) • بر اساس آموزه های ارسطویی می اندیشید. • اعتقاد به وجودی مستقل در خارج از ذهن برای جهان داشت. • حواس ابزاری برای ادراک جهان خارجی است. • ادراک امور حسی را راهی برای کسب معرفت خارجی و شناخت طبیعت می دانست. • معتقد بود که پدیده های طبیعی قانون مند هستند، و این قوانین حاکم بر طبیعت در هر جا و هر زمان ثابت باقی می ماند. • به همین سبب در پژوهش هایش، همواره در پی کشف قوانین کلی و جهانشمول بود.

12. ابن هیثم و روش شناسی علم • دایره المعارف امریکانا: ”روش ابن هیثم، شیوه ای مبتنی بر تجربه و آزمایش (empirical)بود. • ترسیم شیوه درست پژوهش علمی از نظر ابن هیثم: مقایسه رویدادهای گوناگون و نتایج حاصل از مشاهده علمی و تجربه درشرایط صحیح بر پایه استقراء، نتیجه گیری (استنتاج) و قیاس • به کاربردن بستن انصاف و نه پیروی از خواهش دل و حقیقت جویی و نه جانبداری از نظرات شخصی • توجه به توانایی محدود انسانی در کسب معرفت: ”با این همه ما از تیرگی های بشری که در سرشت آدمی نهفته است، ایمن نیستیم، ولی به قدر توانایی خود می کوشیم و در همه کارها از خدا یاری می جوییم.“ • توجه به خطای حواس و خطای عقل در اقامه برهان (که جبران پذیر و قابل اصلاحند: ”ادراکاً مُحقِّقاً علی غایهِ التحقیقِ“)

13. ابن هیثم و روش شناسی علم • دایره المعارف امریکانا: ”روش ابن هیثم، شیوه ای مبتنی بر تجربه و آزمایش (empirical)بود. • ترسیم شیوه درست پژوهش علمی از نظر ابن هیثم: مقایسه رویدادهای گوناگون و نتایج حاصل از مشاهده علمی و تجربه درشرایط صحیح بر پایه استقراء، نتیجه گیری (استنتاج) و قیاس • به کاربردن بستن انصاف و نه پیروی از خواهش دل و حقیقت جویی و نه جانبداری از نظرات شخصی • توجه به توانایی محدود انسانی در کسب معرفت: ”با این همه ما از تیرگی های بشری که در سرشت آدمی نهفته است، ایمن نیستیم، ولی به قدر توانایی خود می کوشیم و در همه کارها از خدا یاری می جوییم.“ • توجه به خطای حواس و خطای عقل در اقامه برهان (که جبران پذیر و قابل اصلاحند: ”ادراکاً مُحقِّقاً علی غایهِ التحقیقِ“)

14. ابن هیثم و روش شناسی علم (ادامه) • ساخت ابزارهایی برای انجام آزمایش ها و اعمال اصلاحات فراوانی در ابزارهای پیشین به منظور بهبود کارایی یا آماده سازی آنها برای آزمایش های جدید • استفاده از روش تمثیل با احتیاط فراوان (انتقال احکام از یک پدیده به پدیده دیگر) • روش ابن هیثم در پژوهش علمی که مبتنی بر مشاهده، تجربه و سنجش فرضیات با نتایج آنهاست، همان روشی است که بعدا از سوی پژوهشگران «روش علمی» نامیده شد. (سارتن و آلدو مییلی) • تفاوت های ابن هیثم با فرانسیس بیکن: • استفاده از مشاهده به عنوان مقدمه ای برای برهان منطقی- ریاضی • نقش نیروی تخیل و تصور در طرح لمیّه ها (نظریات علمی)

15. کتاب المناظر • ماجرای جالب ترجمه المناظر به لاتین با نام Opticae thesaurus توسط ریسنر (1533-1580م) در سال 1572م • داستان کتاب «تنقیح المناظر لذوی الابصار و البصائر» از کمال الدین فارسی (درگذشته 719هـ.ق-1320م) • شواهد نشان می دهد که فیلسوفان و دانشمندان زیادی پس از سده 13م. این کتاب را به طور مستقیم مطالعه کرده بودند. ریاضی دانانی چون کپلر، اسنل، بیکمن، فرما، هریوت و دکارت از اثر ابن هیثم به عنوان مرجع کارهای خود استفاده کرده اند و همه به غیر از دکارت بطور مستقیم از «الهازن» نام برده و به او استناد کرده اند. • المناظر رساله فلسفی بلند و مفصلی درباره سرشت نور نیست. بلکه یک بررسی ریاضی و تجربی درباره ویژگی های نور است. خصوصا ویژگی هایی از نور که با فرآیند بینایی ارتباط دارند.

16. گفتارهای کتاب المناظر • کلیاتی درباره ی چگونگی ابصار • تشریح مفاهیمی که چشم ادراک می کند • انواع خطاهای بینایی و علل آنها • چگونگی ادراک چشم از پرتو های بازتابیده از سطح اجسام صیقلی • موضوعات خیالات (تصاویر مجازی در اجسام صیقلی) • خطاهای بینایی ناشی از بازتابش • چگونگی ادراک ناشی از خمیدگی (شکست نور)

17. نظریه عمومی نورشناسی ابن هیثم • اصول کلی ابن هیثم: • جهان خارجی دارای وجود مستقل و عینی است. • حواس ابزارهایی برای ادراک و شناخت جهان خارجی اند. • احساس بینایی به عامل یا موثری واقعی و خارجی به نام «نور» می باشد.

18. ویژگی های نظریه نورشناسی ابن هیثم • شفافیت (شفیف): «قابلیت گذردهی نور» (قوه مودیّه للضوء) • اجسام شفاف: محیط هایی برای انتشار نور که ماهیت نور را در حین عبور از خود دگرگون نمی سازند. • مات یا کدر بودن (کثافه): «قابلیت پذیرش نور» (قوه قبول للضوء) • اجسام کدر: اجسامی که وقتی در برابر منبع منیری قرار بگیرند، از آن نور گرفته، بخشی از آن را از خود تابش می کنند. (تابش عرضی یا نور عرضی) • نور چه ذاتی باشد چه عرضی، از همه نقاط سطح اجسام به خط راست گسیل می گردد. (نورهای ذاتی و عرضی ویژگی های یکسانی دارند) • آمیزش نورها و رنگ ها اتفاق نمی افتد. (آزمایش اتاق تاریک) • نورهای عرضی و نورهای بازتابیده از سطوح صیقلی تمایز دارند.

19. دستاوردهای مهم ابن هیثم در نورشناسی (انقلابی ناآگاهانه در نظام فیزیکی- فلسفی ارسطو) • نورهای ساطع شونده از سطح ماه «عرضی» است و نه انعکاسی (مقاله ضوء القمر)  سطح ماه صیقلی و شفاف نیست. • هوای پیرامون زمین با همه شفافیت خود، عاری از هرگونه تیرگی و عدم شفافیت نیست و اندکی تیره و غبارآلود است. پدیده های تابش صبحگاهی (فلق) و تابش شامگاهی (شفق) نیز چنین اند. • هنگام جابجایی نور از یک نقطه به نقطه ای دیگر زمانی سپری می گردد هر چند نامحسوس است. (با استدلال فلسفی) • تاریکخانه (نخستین تصویر یابی در اتاق تاریک) • انعکاس و شکست نور

20. انعکاس نور • توضیح پدیده بازتاب به کمک تطبیق آن بر مفهوم مکانیکی برخورد کشسان در آزمایش های مکانیکی برخورد گوی کوچک صلب آهنی یا مسی با آینه تخت افقی و مایل. • نور در برخورد به سطوح صیقلی و هموار، مانند گوی صلب کوچک در آزمایش برخورد به مانع صلب، منعکس می گردد. • علت انعکاس: پیوستگی یکنواخت و هموار اجزای سطح بازتابش. (خاصیت صقال: پیوستگی متراکم اجزای سطح به گونه ای که منافذ موجود در آن به دلیل کوچکی پنهان باشند.) • تفاوت: در نور قابلیتی نیست که آن را به سمتی مخصوص حرکت دهد.

21. شکست نور • سرعت نور در یک محیط شفاف غلیظ (با ضریب شکست بیشتر) از سرعت آن در یک محیط شفاف رقیق تر کمتر است. پدیده شکست نور از اختلاف سرعت پرتوهای نور در دو محیط شفاف با غلظت های متفاوت ناشی می گردد. • علت خم شدگی نور: • نفوذ نور در اجسام شفاف با حرکت تدریجی (نه آنی) رخ می دهد. • هر جسمی شفاف هنگامی که نور بدان راه می یابد، بر حسب غلظتی که در آن است، مقاومتی هر چند ناچیز در برابر حرکت نور از خود نشان می دهد. • هر چه جسم غلیظ تر باشد، این مقاومت بیشتر می گردد. • مانند حرکت سنگ در هوا و آب • در پدیده شکست، مقاومت تنها در راستای محور موازی سطح جدایی دو محیط رخ می دهد.

22. نظریات پیش از ابن هیثم درباره بینایی نظریه اصحاب الطبیعه (فیلسوفان مشایی) (intromission) : • نور در اجسام منیر «صورت جوهری» و در اجسام مستنیر « صورت عرضی» است که با زوال موثر زایل می گردد. • ابصار پیامد انطباع یا ورود صورت یا شبحی از مُبصَر (شیء مرئی) به چشم است. • اپیکوریان: شبح یا سایه ای که پیوسته از اجسام جدا می گردد و بر چشم تاثیر می نهد. • ارسطوییان: تنها با قرار گرفتن مبصَر در برابر چشم و انطباع صورتی از آن در چشم ابصار حاصل می گردد.

23. نظریات پیش از ابن هیثم درباره بینایی نظریه اصحاب تعالیم (اقلیدس و بطلمیوس) (emission): • نور حرارتی آتش گونه است که از اجسام منیری همچون خورشید و آتش انتشار می یابد. • ابصار با خروج ”شعاع های بصری” و برخورد آن به مُبصَر صورت می پذیرد. • شکل شعاع: • شعاع به شکل یک مخروط یکپارچه توپری است که راس آن در مرکز چشم است. • شعاع، خط راستی است که بر سطح شیء مرئی به سرعت حرکت می کند و در این حرکت حجم مخروط توپری را می پیماید. • این شعاع از خطوط مستقیم جدا از هم و باریکی تشکیل یافته که از یک سو در مرکز چشم به هم می رسند و از سوی دیگر بر سطح مرئی قرار دارند. • ماهیت شعاع: • قوه ای نورانی که از چشم به سوی اشیای مرئی گسیل می گردد • دگرگونی یا تغییری که در اثر مجاورت چشم با هوای پیرامونش در بخشی از هوا پدید می آید و سپس به هوای مجاور آن سرایت می کند تا آنکه به شیء مرئی برسد.

24. نظریه ابصار ابن هیثم (مقدمه) • دو سوال: • چرا نورهای شدید مانند نور خورشید چشم را می آزارند؟ • وقتی به آسمان ها می نگریم، چگونه امکان دارد که چشم منبع صدور چیزی یا شعاعی باشد که همه فضا را تا فلک ستارگان پرکند؟ • نتیجه اینکه: ابصار فقط در اثر نوری که از شیء مرئی به چشم می رسد، روی می دهد. (با استدلال تقدم زمانی علت بر معلول)

25. عملکرد چشم در فرآیند ابصار • دو عصب که از دو نیمکره مغز خارج شده، به هم می رسند، دوباره فاصله گرفته و هر یک به داخل یک چشم می روند. • بخش های اصلی چشم • ملتحمه (سفیده ی چشم ) • قرنیه • عنبیه (حدقه) • مردمک • جلیدیه (بلور یا عدسی بلورین چشم)

26. عملکرد چشم در فرآیند ابصار • دو عصب که از دو نیمکره مغز خارج شده، به هم می رسند، دوباره فاصله گرفته و هر یک به داخل یک چشم می روند. • بخش های اصلی چشم • ملتحمه (سفیده ی چشم ) • قرنیه • عنبیه (حدقه) • مردمک • جلیدیه (بلور یا عدسی بلورین چشم)

27. عملکرد چشم در فرآیند ابصار • دو عصب که از دو نیمکره مغز خارج شده، به هم می رسند، دوباره فاصله گرفته و هر یک به داخل یک چشم می روند. • بخش های اصلی چشم • ملتحمه (سفیده ی چشم ) • قرنیه • عنبیه (حدقه) • مردمک • جلیدیه (بلور یا عدسی بلورین چشم)

28. نظریه ابصار ابن هیثم (ادامه) • بخش نخست (فصول ابتدایی المناظر): • نفوذ پرتوهای نوری عمودی و بدون شکست تابیده از شیء مرئی در پرده های کروی چشم (شیء در «مخروط شعاع» قرار داشته باشد) • برخورد پرتوهای نوری به سطح پیشین جلیدیه. • انتقال این تصویر همراه با معلول آن یعنی همان احساس به بخش های انتهایی چشم و رسیدن به عصب مشترک • ادراک شیء مرئی

29. نظریه ابصار ابن هیثم (ادامه) • بخش دوم (در فصل هفتم المناظر): • از هر نقطه شیء مرئی پرتوهایی به صورت یک مخروط که راسش آن نقطه و قاعده اش آن بخش از قرنیه در برابر مردمک است به چشم می رسد. • همه پرتوها به غیر از پرتویی که در راستای عمود (یعنی راستای شعاع کره چشم) به سطح چشم برخورد کرده شکست یافته و راستای خط عمود را در نقطه ای از جلیدیه قطع می کنند. و این نقطه همان نقطه برخورد پرتوی قائم به سطح جلیدیه است. • چشم از همه پرتوهای گسیل شده از آن نقطه تصویر واحدی را احساس می کند.

30. سطوح متمایز فرآیند بینایی • احساس بینایی (sensation) • ادراک بینایی (perception) • ادراک بالحس المجرد (حس به تنهایی) • ادراک بالمعرفه (معرفت پیشین یا بازشناسایی) • ادراک به کمک معیار ها (قیاس و کاوش عقلی)

31. سایر تئوری های تبیینی • خطای دید در ادراک فاصله (ابرها، ماه و...) • رنگ و ترکیب رنگ ها (امتزاج الالوان) و تجزیه ی نور (تقازیح) رنگ نیز چون نور از هستی عینی برخوردار است. • ترکیب یا درآمیزی رنگ ها (استفاده از فرفره) (رنگ های تند تر بر رنگ های ضعیف تر فایق می آیند) • تفازیح (از کلمه قوس قزح گرفته شده است) به نظریه ی فلسفی ای از گذشته وجود داشته است استناد می کند. (رنگ ها در اثر درآمیزش نور با تاریکی به نسبت های مختلف پدید می آیند. با توجه به این هرچه نور بیشتر در داخل جسم پیش می رود، -شفافیت نسبی و کدورت نسبی- بیشتر با تاریکی درمی آمیزد و درنتیجه تیره تر می شود. • نظریه ی ابن هیثم درباره ی رنگین کمان (“مقاله فی الهاله و قوس قزح”) پیدایش شکل خواص رنگین کمان حاصل انعکاس نور از سطح کره ی مقعری است که از هوای مرطوب و غلیظ یا ابر تشکیل یافته است.