بیوگرافی ارنست ماخ فیلسوف و فیزیکدان اتریشی

چکیده بیوگرافی ارنست ماخ

• متولد ۱۸ فوریهٔ ۱۸۳۸
• برنو، امپراتوری اتریش
• مرگ ۱۹ فوریهٔ ۱۹۱۶ (۷۸ سال)
• مونیخ، امپراتوری آلمان
• ملیت اتریشی
• تبار فیزیک
• محل کار دانشگاه گراتس
• دانشگاه کارلف
• دانش آموختهٔ دانشگاه وین
• دلیل شهرت عدد ماخ
• دین بی خدا

تولد و تحصیل ارنست ماخ

ارنست ماخ ۱۸ فوریه ی ۱۸۳۸ در موراویا امپراتوری اتریش به دنیا آمد. این منطقه امروزه به عنوان بخشی از کشور جمهوری چک شناخته می شود. خانواده ی ماخ در سال ۱۸۴۰ به مزرعه ای در جنوب اتریش مهاجرت کردند. طبیعی است که اطلاعات زیادی از دوران کودکی او وجود نداشته باشد و تنها می توان به نقل قول های شخصی اش از آن دوران اکتفا کرد. یکی از نقل قول های مهم، علاقه مندی ماخ به علم فلسفه را به مطالعه ی کتابی از کانت در ۱۵ سالگی نسبت می دهد. ماخ دراین باره گفته بود: کتاب کانت تأثیری عمیقی بر درک من از فلسفه گذاشت و بعدها در هیچ یک از مطالعات فلسفی خود این تأثیر را احساس نکردم. بعدها به شهود و درک شخصی دربرابر مفاهیم فلسفه رسیدم؛ اما تأثیر کتاب کانت روی من، بیش از همه ماندگار بود. ماخ برای تحصیلات دبیرستان به مدرسه ای در موراویا رفت که در آن زمان با اصطلاح جیمنازیوم (Gymnasium) شناخته می شد. این سبک از مدارس تمرکز زیادی روی تحصیلات آکادمیک دانش آموزان در آینده می کردند. ماخ در ۱۷ سالگی از دبیرستان فارغ التحصیل شد و برای مطالعه در رشته ی ریاضی و فیزیک به دانشگاه وین در اتریش رفت. او در سال ۱۸۵۵ از دانشگاه فارغ التحصیل شد و سپس مطالعه را در رشته ی محاسبات ادامه داد. ماخ مدرک رشته ی جدید را در سال ۱۸۶۰ از همان دانشگاه وین دریافت کرد. ارنست ماخ پس از فارغ التحصیلی از دانشگاه در وین ماندگار شد و به نوعی آن شهر را برای زندگی انتخاب کرد. او به عنوان معلم خصوصی فعالیت می کرد و درآمد چندان زیادی نداشت. همان سال های زندگی در وین، موجب شکل گیری علاقه ی ماخ به علم فیزیولوژی شد. یوهانس مولر به همراه تعدادی از دانشجویان خود در سال ۱۸۴۰، مرکز آموزش اختصاصی در حوزه ی فیزیولوژی (در برلین) را راه اندازی کرده بودند که بهانه ای برای ورود ماخ به دنیای جدید شد. دانشجویان مولر در سال ۱۸۴۸ شعبه ای جدید از مدرسه ی فیزیولوژی را در وین راه اندازی کردند. مدرسه ی جدید مطالعات خود را با تکیه بر شک و تردید به مفهوم حیات گرایی انجام می داد و به نوعی تأثیر مفاهیم فیزیکی و شیمیایی را در مطالعه ی علوم زیستی مهم قلمداد می کرد. از دانشجویان مهم این مدرسه می توان به کارل لودویگ و هرمان فون هلمهولتز و ارنست هاکل اشاره کرد. ماخ که مطالعاتی درزمینه ی فیزیک را در کارنامه داشت، به عنوان دانشجوی زیست وارد مدرسه ی مولر شد و دوره ای ۲۲ ساعته در رشته های فیزیولوژی و شیمی و آناتومی گذراند. تحصل ماخ در مرکز فیزیولوژی مولر، او را به مفاهیم زیست شناسی علاقه مند کرد ارنست ماخ از سال ۱۸۶۱ تدریس را به صورت جدی تر دنبال کرد. او در مدرسه ی مولر به دانشجویان پزشکی فیزیک آموزش می داد و از دل همان تدریس ها، اولین کتاب آموزشی خود را نگاشت. اولین مقاله ی ماخ درباره ی علوم فیزیک و روان شناسی (Psychophysics) هم در همان سال ها نگاشته شد. او در مقاله ی خود، ارتباط کشش در ماهیچه های چشم را با درک فرد از فرم اجسام ارتباط می داد. مقاله ی مذکور اولین ابراز ارادت آکادمیک و مقاله ای ماخ به خفنر بود که در سال ۱۸۶۰، ارتباط فیزیک و روان شناسی را عمیق بررسی کرده بود. در سال های بعد، ماخ در وین کلاس های آموزشی مرتبط با همین موضوع ها را نیز برگزار می کرد و برخی اعتقاد دارند مطالعه روی تاریخ علم را هم در همان دوران شروع کرد.

تدریس و نظریه پردازی ارنست ماخ

ارنست ماخ پس از انتشار چند مقاله درباره ی ارتباط فیزیک و روان شناسی، حوزه ی جدیدی برای مطالعه و نظریه پردازی انتخاب کرد که دستاورد بزرگش را در علم فیزیک به همراه داشت. او مطالعه روی نظریه ی دوپلر را به عنوان حوزه ی اصلی خود انتخاب کرده بود. کریستین دوپلر در سال ۱۸۴۱ در نظریه ای گفته بود فرکانس صدا با تغییر فاصله میان منبع و ناظر تغییر می کند. او تا سال ۱۸۴۵ نظریه ی خود را به تمامی مفاهیم و مؤلفه های موجی آن زمان همچون نور هم بسط داده بود. البته فیزیک دانان بزرگی همچون پتزوال و انگستروم، نظریه های دوپلر را نقد می کردند. اثبات نظریه های دوپلر بخش عمده ای از تمرکز ماخ را به خود اختصاص داده بود. او دستگاهی برای آزمایش نظریه طراحی کرد تا ابتدا مفهوم مدنظر دوپلر را برای امواج صوتی بررسی کند. دستگاه آزمایشی ماخ تا حد زیادی نظریه ی دوپلر را برای امواج صوتی تأیید می کرد؛ اما اثبات آن ها درباره ی نور، آن چنان موفقیت آمیز نبود. به هرحال، امروز ماخ به عنوان اولین فردی شناخته می شود که احتمال مطالعه روی حرکت ستاره ها را با بررسی طیف آن مطرح کرد. ماخ در دوران مطالعه های فلسفی خود بسیار تحت تأثیر یوهان فریدریش هربارت بود. ماخ نه تنها تحت تأثیر نوشته های هربارت بود؛ بلکه از ایده های و سخنرانی های فرانتس لوت، از طرفداران هربارت و دوست صمیمی اش در وین هم بهره می برد. او در نظریه های هربارت رویکردی مکانیکی به روان شناسی و فیزیولوژی می دید که با تصورهای اولیه و پذیرش ذره گرایی ماخ همراه بود. با افزایش تمایل ماخ به حوزه های فیزیولوژی و روان شناسی، مدل های مکانیکی در تصور های او باقی ماند؛ اما نظرش به ذره گرایی کم کم از بین رفت. تصورات ماخ درباره ی مفاهیم مکانیکی در فیزیولوژی و روان شناسی، به مرور در سال های آتی از بین رفت و او در سال های پایانی، حتی ارجاع های کمتری به هربارت می داد. دانشگاه گراتس در سال ۱۸۶۴ از ارنست ماخ دعوت کرد تا برای تدریس به هیئت علمی بپیوندد. دانشمند اتریشی بالاخره شغلی پیدا کرده بود که با درآمد مناسب، آزادی عمل بیشتری برای بررسی موضوع های دیگر به او می داد. او در سال ۱۸۶۶ از کرسی تدریس در ریاضیات به فیزیک رفت تا تدریس را هم در حوزه های مرتبط با علاقه ی خود پیگیری کند. در همان سال ها، ارتباط ماخ از نزدیک با فخنر بیشتر شد که دستاورد اصلی آن مفهومی اپتیکی به نام نوارهای ماخ بود. ارنست ماخ اولین نظریه ی مهم و تکاملی خود را حین همین تحقیق های مشترک با فخنر مطرح کرد. تدریس و تحقیق در دانشگاه گراتس، برخی از رخدادهای مهم زندگی ارنست ماخ را رقم زد. او در آن سال ها به مفهومی به نام «تحلیل احساسات» علاقه مند شد؛ اما به خاطر نظر منفی فخنر، مطالعه روی آن را ادامه نداد؛ هرچند ۲۰ سال بعد و با پیشرفت نظریه پردازی هایش، مجددا این موضوع را بررسی کرد. از رخدادهای مهم دیگر دوران تدریس در گراتس می توان به آشنایی ماخ با نظریه های اوالد هرینگ، خصوصا در حوزه های فیزیولوژی و تکامل، اشاره کرد. دانشگاه پراگ مقصد بعدی تدریس ارنست ماخ بود که در سال ۱۸۶۷، میزبان دانشمند اتریشی شد. او در دانشگاه جدید به عنوان استاد فیزیک استخدام شد و ۲۸ سال در آنجا ماند. نظریه های بالغ و دستاوردهای علمی مهم ماخ در همان دوران تدریس در پراگ شکل گرفت. همان طورکه گفته شد، ماخ بیش از همه با مفاهیم مرتبط با سرعت صوت شناخته می شود. امروز، واحد ماخ برای اندازه گیری سرعت صوت در ماده کاربرد دارد. اعداد ماخ برای مواد گوناگون به صورت نسبی مطرح می شود. آشنایی ماخ با مفاهیم صوتی و اندازه گیری سرعت صوت در پایان دهه ی ۱۸۶۰ شکل گرفت و از قوانین نظامی شروع شد. در پایان دهه ی ۱۸۶۰، توسعه ی فناوری های نظامی باعث طراحی پرتابه های جنگی شده بود که سرعتی بیش از سرعت صوت داشتند. نوع زخم و جراحتی که پرتابه های جدید مافوق صوت ایجاد می کرد، موجب جلب نظر و مطالعه ی بیشتر ماخ شد. نیروهای نظامی بزرگ اروپا در سال ۱۸۶۸، پیمانی در سن پترزبورگ امضا کردند که استفاده از نوع خاصی از گلوله ها را ممنوع می کرد. گلوله های ممنوعه جراحت های جبران ناپذیری به شکل دهانه ی آتشفشان ایجاد می کرد و به نوعی پس از برخورد، منفجر می شد. مطالعه ی ماخ روی اثر گلوله های جنگی بر بدن سربازان، زمینه ساز مطالعه های او در حوزه ی امواج مافوق صوت شد پس از تصویب قانون جدید در میان کشورهای اروپایی، در سال های بعد جراحت های مشابهی با گلوله های مجاز مشاهده شد. نظریه های متعدد برای پیداکردن دلیل ایجاد این نوع از زخم ها شکل گرفت که ماخ را نیز به گروه بازرسی و تحقیق اضافه کرد. همین تحقیقات باعث شد ماخ تا سال ۱۸۸۵ درگیر مفاهیم صوت و مافوق صوت باشد. او نظریه های متعددی در میان تحقیقات خود توسعه داد و روش هایی برای تصویربرداری با سرعت بسیار سریع هم طراحی کرد. فعالیت هایی که ماخ در دهه های پایانی قرن نوزدهم انجام داده بود، اکنون پایه های مطالعات و تحقیقات در علوم آئرودینامیک را شکل می دهد. در فرهنگ عامه نیز ماخ بیشتر با مواردی همچون هواپیماهای جنگنده ی مافوق صوت شناخته می شود؛ درحالی که دستاوردهای او حوزه های گوناگون علوم فیزیک را پوشش می دهد.

• آشنایی با عدد ماخ

عدد ماخ از نام ارنست ماخ، فیلسوف و فیزیکدان چک – اتریشی تبار گرفته شده است.عدد ماخ بیشتر به عنوان یک کمیت بدون اندازه شناخته می شود تا یک واحد اندازه گیری، به این خاطر عدد در هنگام همراه بودن با کلمهٔ ماخ، بعد از آن قرار می گیرد. برای نوشتن دو ماخ به جای ۲ ماخ (2 mach)، شکل ماخ 2 (mach2) بکار برده می شود. این کلمه تا اندازه ای یادآور واحد قدیمی ژرفاسنجیمدرن اقیانوس مارک مترادف قولاج است که زودتر از ماخ بوجود آمده و احتمالاً بر استفاده از واژهٔ ماخ تاثیر گذارده است. یک دهه قبل از انکه انسان سریعتر از صوت پرواز کند، مهندسان هوانوردی برای اشاره به سرعت صوت از کلمهٔ عدد ماخ استفاده می کردند، نه ماخ.

• بررسی ابعادی

عدد ماخ هم برای اجسام پرسرعت در حال حرکت در یک سیال و هم برای جریانات سیال پرسرعت در کانال هایی مانند نازل ها(nozzles)، پخش کن ها(diffiusers) یا تونل های باد مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجایی که این عدد نسبتی از دو سرعت است، یک عدد بدون بعد محسوب می شود. در دمای ۱۵ درجهٔ سلسیوس، سرعت صوت در جو زمین برابر است (761.2mph, 340.3m/s). سرعتی که بوسیلهٔ عدد ماخ نشان داده می شود یک عدد ثابت نیست. برای مثال این سرعت به دما و ترکیب جوی بستگی دارد. صرف نظر از ارتفاع، این سرعت در استراتسفر هوا کره ثابت باقی می ماند، اگرچه فشار هوا با تغییر ارتفاع تغییر می کند.

• وابستگی به دما

از آنجایی که سرعت صوت همواره با افزایش دما، افزایش پیدا می کند، سرعت واقعی یک شی که با سرعت یک ماخ حرکت می کند به دمای مادهٔ سیال اطراف آن بستگی خواهد داشت. عدد ماخ به این دلیل مفید است که مادهٔ سیال در یک عدد ماخ مشابه، به شکل مشابهی رفتار می کند. بنابراین هواپیمایی که با سرعت یک ماخ بر سطح دریا پرواز می کند، موج شوک را به همان شکل دریافت می کند که اگر با سرعت یک ماخ در ارتفاع ۱۱۰۰۰ متری پرواز می کرد، دریافت می کرد، اگر چه که با سرعت (295m/s,654.6mph ) سرعت اش بر سطح دریا ) پرواز می کند.

اندیشه ی ارنست ماخ

به اعتقاد ارنست ماخ، در علم، تنها باید از واژگانی استفاده شود که به صورت تجربی قابل مشاهده اند و نمی توان در نظریه های علمی، از واژگانی مانند میدان الکتریکی استفاده کرد. گاهی از این دیدگاه، به عنوان تجربه گرایی خام، یاد می شود. نخستین فیلسوفان علم و بیشتر فیزیک دانان و ریاضی دانانِ متمایل به منطق و فلسفه، از ماخ، پیروی نکردند.

مرگ

او در روز ۲۹ اکتبر ۱۹۱۶ (میلادی) یک روز پس از تولد ۷۸ سالگی اش درگذشت.

بیوگرافی ویلیام جیمز سایدیس ریاضی دان، کیهان شناس و زبان شناس نابغه آمریکایی