خلافات في الفيزياء: نظريات السقوط الحر

تمثل دراسة سلوك الاجسام الساقطة مثالاً بيناً للفرق بين العمل الجيد والعلم الهزيل، ولهذا الموضوع تاريخ طويل مثير نبدأه من عصر الفيلسوف الشهير أرسطو (322 – 384 قبل الميلاد).

كان المعتقد في عصر أرسطو أن الجسم الخفيف يسقط في الهواء بسرعة أقل من الجسم الثقيل. وبناء على ذلك وضع أرسطو نظرية للأجسام الساقطة على أساس أن جميع الأجسام تتكون من أربعة عناصر هي التراب والهواء والنار والماء. فالأجسام المكونة من التراب والماء أساساً تحاول أن تصل إلى مكان استقرارها الطبيعي وهو الأرض ، ولذا فإنها تسقط على الأرض إذا ما وجدت الفرصة لذلك. أما الاجسام المكونة من الهواء فتحاول الارتفاع إلى موضع استقرارها الطبيعي وهو السماء.

وفي رأي ارسطو ان الحجر يسقط بسرعة لأنه مكون من التراب أساساً ويهفو إلى مكان استقراره الطبيعي. ام الريش المكون أساساً من الهواء فإنه يبحث عن الأرض بشغف أقل. ولذلك فإنه يسقط بسرعة أقل من الحجر . وقد أستنتج أرسطو علاوة على ذلك أن سرعة سقوط ثابتة. وإذا ما أسقطت أنت الريشة ( أو قطعة من منديل الوجه الورقي) سترى كيف توصل أرسطو إلى هذه الاستنتاج. ومع ذلك فقط كان تزايد سرعة الحجر تزايداً مطرداً أثناء السقوط  حقيقة محيرة لأرسطو لأنه لم يكن بإمكانه قياس زمن هبوط مثل هذه الأجسام الساقطة بسرعة عالية. ونظراً لن أرسطو كان فيلسوفاً يتمتع باحترام معاصريه وتقديرهم العالي لمنزلته لم يجرؤ سوى القليل من الناس أن يشكو في نظريته واستنتاجه. ولهذا السبب لم يتحقق سوى القليل من التقدم في فهم سلوك الأجسام الساقطة حتى عصر جاليليو بعد حوالي 2000 عاماً.

وبحلول عام 1250 بدأ العلم كما نعرفه الآن في الظهور. وقد كان روجر بيكون (1294 – 1214) من أوائل من اعتنقوا فكرة أن الخبرة ( أي التجربة ) ضرورية في تطوير النظريات عن السلوك الطبيعي. ولكن يبدو أنه هو نفسه لم يكنك مدركاً لأهمية التحكم في تطوير النظريات عن السلوك الطبيعي. ولكن يبدأ انه هو نفسه لم يكن مدركاً لأهمية التحكم في المتغيرات المؤثرة على نتيجة التجربة. وبعد فترة طويلة حوالي عام 1605، اكد فرانسيس بيكون (1626 – 1561) في رسالته " تقدم التعليم " أن النظريات يجب أن تبنى على أساس حقائق مسجلة عملياً.

وقد كان جاليليو (1642 – 1564) أخيراً أول من مهد الطريق لتطوير العلم الحقيقي بأجراء العديد من التجارب العملية في الفلك والبصريات والميكانيكا،  وكان أهم ملامح عمله إدراكه أن التجارب التي لها معنى هي تلك التجارب المحكمة, بمعنى ضرورة تغيير متغير واحد فقط في التجربة. ومن ثم أدرك أن التجارب التي لها معنى هي تلك التجارب المحكة ، بمعنى ضرورة تغيير متغير واحد في التجربة. ومن ثم أدرك جاليليو ان مقارنة طريقتي سقوط الريشة والحجر هي طريقة غير قابلة للتفسير تقريباً لأن هناك فروقاً كثيراً جداً بين الجسمين. ولهذا قام جاليليو بتصميم بعض التجارب العبقرية لقياس زمن سقوط أجسام متماثلة ذات كتلة مختلفة بدقة كبيرة. وتوصل إلى أن وزن الجسم لا يؤثر على عجلة حركته بشرط إهمال تأثير احتكاكها مع الهواء. بالإضافة إلى ذلك وجد جاليليو أن الاجسام تسقط سقوطاً حراً بسرعة ثابتة ، كما كان يعتقد أرسطو، ولكنها تتحرك بعجلة منتظمة.