ابن‌هیثم اندیشمند نیم‌سایه‌ها است

در ادامه سلسله سخنرانیهای گروه مطالعات علم مؤسسه پژوهشی حکمت و فلسفه ایران، دکتر حسین معصومی همدانی روز چهارشنبه، پنجم آبان‌ماه، درباره "ابن‌هیثم و کمی‌کردن کیفیات" و رساله‌ای کمتر شناخته شده از ابن‌هیثم درباره سایه‌ها سخنرانی کرد. آنچه در پی می‏آید، متن سخنان ایشان در این نشست است:

همواره یکی از دغدغه‌های فلسفه علم این بوده است که چگونه و چه زمان یک پدیده بدل به موضوع علم می‌شود. این مسئله، از نظر تاریخ علم بسیار مهم است چرا که معیارهای معرفت‌شناسانه که برای علم مطرح می‌شوند در بررسی عملی کار علمی کفایت ندارند. درباره نور، در پاسخ این پرسش که چه زمان نور بدل به موضوع علم شد، نام ابن‌هیثم مطرح می‌شود. هرچند قبل از ابن‌هیثم هم علم اپتیک وجود داشت اما موضوع آن پدیده رویت بوده و نور در اپتیک ماقبل ابن‌هیثم جایگاه حاشیه‌ای و فرعی داشته است.

اما هدف‌ من در اینجا این نیست که توضیح دهم چرا پدیده نور از حاشیه به متن علم اپتیک آمد بلکه علاقمندم که نشان دهم چگونه با این تغییر پدیده سایه که تا آن زمان موضوع علم نبود مورد توجه قرار می‌گیرد.

ابن هیثم رساله‌ای دارد به نام "فی‌الاضلال" که هنوز تصحیح و چاپ نشده است. او در مقدمه رساله‌اش به این موضوع می‌پردازد که بررسی سایه‌ها به چه کار می‌آیدو در ادامه نشان می‌دهد با اندازه‌گیری سایه‌ها می‌توان محاسباتی در علم نجوم انجام داد. وی به انتقاد از علمای ماقبل خود و تحقیقات آنان درباره سایه‌ها می‌پردازد و نشان می‌دهد که این تحقیقات نه صحیح بوده‌اند و نه جامع. بنابراین می‏توان گفت قبل از او هم سایه‌ها مورد بررسی قرار گرفته بوده‌اند. اما این دانشمندان چه کسانی بودند و ادعای علمی‌شان درباره سایه‌ها چه بود؟

دو گروه از زمان یونان باستان به مطالعه سایه‌ها علاقه‌مند بودند. یکی کسانی که به تحقیق در ساعت آفتابی می‌پرداختند. گروه دیگر منجمانی بودند که به مسئله خسوف یا ماه گرفتگی می‌پرداختند. در قرون چهارم و پنجم، رساله‌های فراوانی با محور این دو موضوع ـ ساعت آفتابی و خسوف‌ـ منتشر شده بودند که البته بیشتر به شاخص ساعت خورشیدی می‌پرداختند و بحث از مخروط سایه زمین در هنگام خسوف بیشتر در رسائل نجومی طرح می‌شد.

از رساله‌های مهم دراین‌باره می‏توان رساله "افراد المقال فی امر الظلال" ابوریحان بیرونی را مثال زد که رساله‌ای جامع راجع به سایه است. در آن رساله مهمترین مسئله شاخص ساعت و موارد استفاده نجومی از آن است. در آن رساله ابوریحان چنانچه روش مألوف او بوده از دانشمندان دوره اسلامی بسیاری نام می‌برد که قبل از او در این حوزه کار کرده‌اند.

موضوع و ساختار رساله بیرونی کاملاً متفاوت از رساله ابن‌هیثم است. در این رساله او از ثابت ابن قره نقل می‌کند که نوری که از روزنه وارد می‌شود استوانه‌ای شکل است. در حالی که نظر خود بیرونی آن است که این شعاع نوری حتی اگر قطر روزنه برابر با قطر ظاهری خورشید باشد، مخروطی‌شکل است.

استدلال او آن است که ثابت‌بن‌قره تنها شعاعی را که از بالای قطر خورشید ساطع می‌شود و از بالای قطر روزنه می‌گذرد و پرتوی که از قطر پائینی خورشید ساطع شده و از پائین قطر روزنه می‌گذرد در نظر گرفته در حالی که اگر گذر پرتوی که از بالای قطر خورشید ساطع شده و از پائین قطر روزنه می‌گذرد و برعکس را در نظر بگیریم، نیم سایه‌هایی شکل می‌گیرد و شکل نور مخروطی‌مانند می‌شود.

البته به نظر من ثابت‌ ابن قره احتمالاً این موضوع را می‌دانسته و به خاطر فاصله دور زمین از خورشید شکل پرتو نوری را تقریباً استوانه‌ای شکل در نظر گرفته است.

اما نکته اصلی در رساله همین شعاعهای نوری است که از قطر بالای خورشید و برعکس ساطع و از قطر پائینی روزنه و برعکس رد می‌شود. نکته دیگر که بیرونی در این رساله به آن اشاره کرده فاصله منبع نور و محل سایه است که هرچه کمتر باشد، سایه واضحتر است. دلیل او این است که هر چه فاصله کمتر باشد، تعداد پرتوهایی که در برخورد با ذرات هوا انعکاس می‌یابند، کمتر می‌شود. برعکس، هر چه فاصله بیشتر شود مرز میان سایه و نور مبهمتر می‌شود. به لحاظ عملی، به نظر بیرونی هر چه فاصله کمتر باشد بهتر است. بنابراین شاخص ساعت آفتابی باید کوتاهتر باشد که سایه‌اش واضح‌تر باشد. بیرونی از کندی ـ فیلسوف و عالم اسلامی قرن سوم ـ هم نقل می‌کند که او هم همین نظر را داشته است.

استدلالی شبیه آنچه بیرونی نقل کرده است در اثری از کندی که به زبان لاتینی باقی مانده نیز وجود دارد. اما به نظر من اهمیت کار کندی در رساله "درباره مناظر" این است که استفاده‌ای از سایه می‌کند که تا زمان خود وی بی‌سابقه بوده است. در واقع کندی برای اثبات اینکه نور به طور مستقیم منتشر می‌شود به جای بررسی خود نور از سایه استفاده می‌کند.

اما نکته این است که هم کندی و هم عالمانی که درباره ساعت خورشیدی تحقیق می‌کردند از آنجا که اهداف عملی دیگری داشتند به نیم‌سایه‌ها نمی‌پرداختند چرا که آن را عامل مزاحم می‌دانستند. اما برعکس، در رساله ابن‌هیثم مسئله اصلی بررسی نیم‌سایه است. ابن‌هیثم می‌گوید اگر جسم نورانی پاره‌خط مانندی به نام ab و جسمی به نام gd داشته باشیم که سایه‌ای به نام er تشکیل داده باشند، هم و غم عالمان قبلی بررسی موازی‌الاضلاع erdg بود.

در این منطقه ما سایه کامل یا به تعبیر ابن‌هیثم "ظلمت" داریم. اما از تداوم a به d و b به g دو نقطه بالا و پائین e و r به نام‌های t و h به وجود می‌آیند. بنابراین به جز متوازی‌الاضلاع gdre دو مثلث هم خواهیم داشت به نام‌های gte و drh. در این دو منطقه ما از ظلمت مطلق به نور مطلق حرکت می‌کنیم. بنابراین سایه از دو بخش ظلمت و نیم‌سایه تشکیل می‌شود. در نیم سایه‌ها میزان سایه با دور شدن از ظلمت کمتر می‌شود.

اما تغییرات نیم‌سایه چگونه هستند؟ ابن‌هیثم این پیش‌فرض را داشت که نور یک صورت از صورتهایی است که اجسام می‌توانند داشته باشند. پیش‌فرض دوم که ارسطویی است این بود که هر جسمی برای پذیرفتن هر صورتی باید حداقل اندازه‌ای داشته باشد. بنابراین در حالی که این فرض وجود داشت که اجسام تا بی‌نهایت تجزیه‌پذیر هستند اما اگر خواصی را بپذیرند دیگر تا بی‌نهایت تجزیه‌پذیر نیستند. و اگر از حدی بیشتر تجزیه شوند دیگر خاصیتهای خود را از دست خواهند داد.

ابن‌هیثم درباره نور هم این عقیده را داشت و معتقد بود بخشی بسیار کوچک‌ در جسم وجود دارد که می‌تواند نور را بپذیرد و از خود عبور دهد و اگر جسم از حدی کوچکتر باشد دیگر نمی‌تواند نورانی یا پذیرای نور باشد. بنابراین هر جزء از نیم‌سایه که در آن میزان سایه ثابت است همان کوچک‌ترین جزء است. در نتیجه نیم‌سایه بدل به یک تابع پلکانی می‌شود که تقریبی است از تابعی خطی. بنابراین معادله نیم‌سایه انتگرالی است که مشتق آن تابعی خطی خواهد بود. اما این گام را ابن‌هیثم برنمی‌دارد.

حالت دومی که ابن‌هیثم بررسی می‌کند حالتی است که منبع نور از جسم کوچکتر است و بنابراین نیم‌سایه‌ها تا بی‌نهایت ادامه دارند. اما از آنجایی که این حالت برای ابن‌هیثم فایده عملی نداشته است، وی از آن گذر می‌کند و به حالت سوم می‌پردازد. حالت سوم حالتی است که منجمان تا آن زمان در پدیده خسوف بررسی می‌کردند و در آن منبع نور از جسم بزرگتر است.

در فلسفه‌های سنتی علی‌رغم اینکه نور جایگاه مهمی دارد اما درباره اینکه در قالب چه مقوله‌ای قرار می‌گیرد جوابی داده نمی‌شود. نور جوهر نیست و در فهرست اعراض هم وجود ندارد. دلیل اصلی این است که طبقه‌بندی ارسطو از اعراض ـ به خصوص اعراض پیدا ـ بر مبنای اندامهای حسی صورت گرفته است. متناظر با هر اندام حسی یک عرض وجود دارد و مابه‌ازای چشم، رنگ است و نه نور. نور چیزی است که باعث می‌شود رنگها دیده شوند. بنابراین نور یک کمک‌کار در دیدن رنگها بود. بنابراین نور منزلت وجودی مشخصی نداشت.

به عنوان مثال ابن‏سینا در کتاب‌النفس شفا سعی کرده است که تمام منزلتهای وجودی را از نور بگیرد. در نتیجه بر سر اینکه نور موضوع علم قرار گیرد موانع اپیستمولوژیک قرار داشته است. چون در نظر ارسطوئیان فیزیک، بررسی فیزیک محسوسات بود. به همین دلیل بود که چنین چیزی موضوع علم قرار نگرفت.

وقتی ابن‌هیثم به طور آگاهانه خواست علم نورشناسی را تأسیس کند با زیرکی این مباحث فلسفی را دور زد. او مفهوم مبهمی به نام صورت را می‌گیرد و از آن به دلخواه استفاده می‌کند، بدون آنکه این واژه با معنا فلسفی‌اش متناظر باشد. وضع سایه اما بدتر از نور بود، چرا که سایه امری عدمی بود. ابن‌هیثم وارد مباحث فلسفی نشده است و به تزی در تاریخ علم رسیده که در آن عالمان به هیچ وجه در کار خود وفادار به مفاهیم فلسفی نیستند.

در نظر ارسطو مفهوم صورت، مفهومی کلی است اما در نظر ابن‌هیثم صورت تجزیه می‌شود. چرا که کندی و بعد از او، ابن‌هیثم فکر نمی‌کردند نور از کلیت جسم می‌آید بلکه از اجزای آن ساطع می‌شود. اگر نور به عنوان امری کلی در نظر گرفته شود آن‌گاه تغییرات آن مهم نخواهد بود اما وقتی نور مجموع نورها درنظر گرفته شود آن وقت کار محاسبه آن‌ها و تغییرات آنها کاری معنادار خواهد بود.