شاهکار هزار ساله ابن هیثم، نخستین مدافع حقیقی روش علمی مدرن

به نقل ازصدانیوز، یک دهه را در زندان گذراند و در مقطعی از زندگی برای رهایی از مخمصه احتمالا خودش را به دیوانگی زد. ابوعلی حسن ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ابن هیثم («الهازن» (Alhazen) به لاتین) سال ۳۵۴ هجری در بصره به دنیا آمد. بزرگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترین و مشهورترین اثر او کتاب ۷ جلدی «المناظر» (نورشناسی هندسی) است که بیش از ۶۰۰ سال چه در شرق و چه در غرب، بر اندیشه حاکم بر طیف وسیعی از رشته‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها از ادراک دیداری تا ماهیت «ژرف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌نمایی» (پرسپکتیو) در هنر قرون وسطا، اثری عظیم به جا گذاشت.

بسیاری از دانشوران و همه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌چیزدانان اروپایی از رابرت گروستست (R.Grosseteste)، فیلسوف، الهی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دان و دانشمند انگلیسی و لئوناردو داوینچی تا گالیله، رنه دکارت، یوهانس کپلر و آیزاک نیوتن، وامدار او بودند. درواقع کتاب نورشناسی ابن هیثم از حیث اثرگذاری در ردیف اثری از نیوتن قرار دارد که ۷۰۰ سال بعد با همین عنوان منتشر شد.

سابقه توجه به نور به عهد عتیق برمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گردد. بابلی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها، مصریان و آشوری‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها، همگی از عدسی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های صیقل‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌خورده از جنس کوارتز استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کردند. اصول پایه نور هندسی توسط افلاطون و اقلیدس پی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ریزی شد که در آنها ایده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی مثل انتشار نور به خط مستقیم و قوانین ساده بازتاب از آینه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های تخت نیز به چشم می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌خورند. در جهان اسلام قدیمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ترین کار جدی در زمینه نور توسط ابویوسف یعقوب ابن اسحاق کندی در قرن سوم هجری انجام شد.
ابن هیثم در جوانی تحصیلات ممتازی را پشت سر گذاشت و از او به عنوان نابغه ریاضیات و علوم یاد می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شد. او که از وظایف دیوانی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اش در منصبی حکومتی در امپراطوری اسلامی – که در آن از هند تا اسپانیا امتداد داشت – سرخورده شده بود، به دلیل جنون واقعی، یا آنطور که برخی حدس می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌زنند جنون ساختگی و خودخواسته، از کار اخراج شد.

ابن‌هیثم در خلال نخستین دهه هزاره میلادی جدید طرحی بلندپروازانه برای احداث سد روی نیل ارائه کرد و از سوی الحاکم بامرالله، ششمین خلیفه فاطمی، به مصر دعوت شد. اما وقتی ابعاد کار را از نزدیک مشاهده کرد به‌سرعت دریافت که انجامش از توان او خارج است. خلیفه نیز به خاطر تلف شدن وقتش او را در قاهره زندانی کرد. یک دهه حبس نه تنها او را از پا نینداخت بلکه انزوایی را برای ابن هیثم فراهم کرد تا به طور خاص درباره نور بیندیشد و بنویسد. پس از آزادی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اش در حوالی سال ۴۱۱ هجری، با توان و سرعتی مضاعف شروع به کار کرد و مجموعه آزمایش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های مشهوری را درباره ماهیت نور انجام داد. برای مثال، با استفاده از یک جعبه تاریک نشان داد که نور در خطوط راست حرکت می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند؛ او همچنین حوزه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های مبحث آینه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها (بررسی بازتاب نور توسط آینه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها) و مبحث انکسار نور (بررسی شکست نور در عدسی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها) را به ریاضی درآورد. این حجم عظیم از آزمایش و نظریه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پردازی منجر به المناظر شد.

زوال سوی چشم
المناظر را می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان یک کتاب مرجع علمی به حساب آورد. ابن‌هیثم در این کتاب توصیفات مفصلی از آزمایش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایش ارائه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند، آزمایش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی مثل بررسی چگونگی بازتاب پرتوهای نور از سطوح تخت و منحنی. دستگاه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی که در این آزمایش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها به کار برد، شیوه راه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اندازی آنها و همچنین اندازه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گیری‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها و نتایجش را نیز ثبت کرد. او سپس نظریه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی که با استفاده از مدل‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های هندسی ایجاد کرده بود با استفاده از این مشاهدات توجیه کرد. او حتا سایرین را نیز تشویق کرد برای تایید نتایجش آزمایش‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های او را تکرار کنند. در واقع بسیاری از مورخان علم ابن‌هیثم را نخستین مدافع حقیقی روش علمی مدرن می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دانند.

در آن زمان، فهم دانشوران از این پدیده به شدت آشفته بود. یونانی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها چندین نظریه داشتند. امپدوکلس در قرن پنجم پیش از میلاد این بحث را مطرح کرده بود که پرتو نور خاصی (شعاع بصری) از چشم خارج می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود تا به جسم برخورد کند و آن را مرئی سازد. این بحث به نظریه نشر بینایی مشهور شد. در ادامه، این نظریه توسط افلاطون اصلاح شد که توضیح داد وجود نور خارجی نیز برای دیدن ضروری است. ارسطو، شاگرد افلاطون، گفت به جای اینکه چشم نور ساطع کند، این اجسام هستند که هوای بین خودشان و چشم را متاثر می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند و باعث بینایی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند

دیگر فلاسفه آن دوران مثل اپیکور نیز تلاش کردند یک «نظریه دخول» (ورود نور به چشم از بیرون) برای بینایی ایجاد کنند، اما در نهایت این نظریه افلاطون بود که توسط اقلیدس مبنای ریاضی پیدا کرد. در واقع اقلیدس گفت که شعاع‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های بصری به شکل یک مخروط از چشم خارج می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند. چند قرن بعد بطلمیوس این ایده را بسط داد. دانشوران اسلامی اولیه مثل کندی و حنین ابن اسحاق نظریه ترکیبی نشر-دخول را مورد توجه قرار دادند. آنها اینطور فرض کردند که ابتدا چشم نور را به سوی جسم مشاهده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌فرستد و سپس نور بازتاب وارد چشم می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود.

نابغه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای مثل ابن‌هیثم لازم بود تا سرانجام این موضوع حل شود. او اینگونه استدلال کرد که اگر ما به این خاطر می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌بینیم که شعاع بصری از چشم به سوی جسم ساطع می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند پس یا جسم علامتی را به چشم برمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گرداند یا برنمی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گرداند. اگر برنگرداند، چشم چگونه می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌تواند درک کند که شعاع بصری به چه چیزی اصابت کرده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند؟ پس نور باید به چشم برگردد و اینگونه است که ما می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌بینیم. اما اگر چنین است پس شعاع بصری ساطع‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شده از چشم چه کاربردی دارد؟ اگر جسم درخشان باشد نور می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌تواند مستقیما از جسم بیاید و اگر نباشد، نور می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌تواند پس از ساطع‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شدن از منبعی دیگر توسط جسم بازتاب پیدا کند. بنابراین ابن هیثم به این نتیجه رسید که شعاع بصری درواقع یک پیچیدگی غیرضروری است. بینش ابن هیثم در حذف یک پیچدگی غیرضروری برای تبیین یک پدیده در واقع نمونه تمام‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌عیاری از پایبندی به همان اصلی است که به «تیغ اوکام» شهرت دارد و توسط ویلیام اوکام (W.Occam)، فیلسوف مدرسی انگلیسی قرن ۱۴ میلادی، مطرح شد.

ابن هیثم همچنین از تمام پیشینانش پا را فراتر گذاشت و تلاش کرد مبانی فیزیک انکسار نور را دریابد. او گفت که سرعت نور متناهی است و در محیط‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های گوناگون فرق می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند و با استفاده از همین ایده مسیر پرتو نور را به اجزای افقی و عمودی سرعتش تجزیه کرد. او تمام کارش را به صورت هندسی انجام داد و ایده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های جدید بسیاری مثل بررسی چگونگی انکسار نور اجرام سماوی توسط جو را مطرح کرد. دانشوران اسلامی بعدی از جمله قطب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌الدین شیرازی و کمال‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌الدین فارسی در قرن ۸ هجری المناظر را بسط دادند. فارسی، نویسنده رساله «بازنگری نورشناسی» (تنقیح المناظر)، با استفاده از هندسه به نخستین تبیین ریاضیاتی صحیح از رنگین‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کمان دست یافت (در همان زمان تئودوریک فرایبرگ (T.Freiberg)، دانشور آلمانی، نیز مستقلا به همین دستاورد رسید).

میراث هنری ابن هیثم
المناظر ابتدا در اواخر قرن ۷ یا ۸ هجری تحت عنوان «De Aspectibus» به لاتین ترجمه شد. سپس راجر بیکن (R.Bacon)، فیلسوف تجربه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گرای انگلیسی، چکیده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای از آن نوشت و در همان دوران ویتلو (Witelo)، الهی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دان و فیلسوف لهستانی، نیز دست به کار مشابهی زد. به زودی این اثر در سراسر اروپا مورد ارجاع قرار گرفت. در میان ایده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های بسیاری که توسط پیروان لاتین‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌زبان ابن هیثم مطرح شد می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان به مواردی مثل این اشاره کرد که نور خالص مرئی نیست و کارکردش برای ما صرفا این است که رنگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها را ببینیم. حتا کپلر که کار ابن هیثم را مطالعه کرد نیز همین‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌طور فکر می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کرد؛ سرانجام این نیوتن بود که توضیح داد خود نور درواقع از ترکیب رنگ‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های گوناگون درست شده است. از دیگر ایده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های نادرست در المناظر می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان به تکرار قانون اشتباه بطلمیوس درباره انکسار و همچنین درک نادرست از بازتابش به عنوان حالت شدیدتری از انکسار، اشاره کرد.

کار ابن هیثم اثری انکارناپذیر بر شکوفایی نظریه ژرف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌نمایی در علم و هنر اروپا در دوره رنسانس داشت. در قرن چهاردهم میلادی نسخه لاتین المناظر به ایتالیایی ترجمه شد و در اختیار پژوهشگرانی مثل لئون باتیستا آلبرتی (L.Alberti)، نظریه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پرداز هنر و معمار فلورانسی و نویسنده رساله «در باب نقاشی» (۱۴۳۵ میلادی)، لورنتسو گیبرتی (L.Ghiberti)، پیکرتراش و معمار و پیرو دلا فرانچسکا (P.Francesca)، هندسه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دان و هنرمند، قرار گرفت. آنها با بهره‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گیری از مباحثات ابن هیثم درباره ژرف‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌نمایی توانستند توهم عمق سه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌بعدی را روی بوم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های نقاشی و طاق‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها خلق کنند. این هنرمندان انقلابی تلاش کردند هم دنیای عینی را درک کنند و هم سیستم بصری‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای که نمود آن را معین می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند.

امروز ما از باریکه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های لیزر برای دستکاری اتم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها استفاده می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنیم، نورون‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها را با نور تحریک می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنیم یا اطلاعات را در فوتون‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های درهم‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌تنیده انتقال می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهیم اما به یاد داشته باشیم که شالوده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های این حوزه هزار سال پیش توسط ابن هیثم بنا شد.
Nature, Feb. ۱۲, ۲۰۱۵
* جیم الخلیلی استاد فیزیک دانشگاه ساری در انگلستان و نویسنده کتاب «پیشگامان: عصر طلایی علم عربی» است.

ساختمان چشم به روایت ابن هیثم
المناظر، اثر بزرگ ابن‌هیثم را می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان تقریبا به دو بخش اصلی تقسیم کرد: مقاله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های اول، دوم و سوم که به نظریه بینایی و فیزیولوژی چشم و روان‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شناسی ادراک مرتبط با آن اختصاص دارد و مقاله‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های چهارم و هفتم که به مبحث سنتی نور فیزیکی می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌پردازند. اما مشهورترین نقش او در علم، تبیینش از بینایی است. ابن هیثم در فصل پنجم از مقاله اول المناظر ساختمان چشم را شرح می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهد. شیوه او در تشریح ساختمان چشم همان شیوه به‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کاررفته در کتاب‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های طب و تشریح است که به سنت جالینوسی نوشته شده‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند. با این حال هندسه چشم را طوری تغییر می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهد که با تبیین او از بینایی سازگار باشد.

برای مثال فرض می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند که هر دو سطح قرنیه که مقابل مردمک چشم قرار دارند، با سطح جلویی «جلیدیه» موازی هستند و تمام این سطوح کروی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌اند و مرکز همه آنها همان مرکز چشم است. همچنین مرکز چشم، جلوی سطح پشتی جلیدیه قرار دارد و خطی که از مرکز مردمک چشم می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گذرد بر تمام این سطوح عمود است.

ابن هیثم پس از فرض ورود شعاع نور به چشم سعی کرد نشان دهد چه شرایط دیگری لازم است تا صورت جسم، دست‌نخورده، به چشم منتقل شود و در آنجا تأثیر بصری خود را ایجاد کند. برای حل این مسئله مطابق آنچه از زمان جالینوس رایج بود فرض کرد که اولین احساس رؤیت در «جلیدیه» رخ می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دهد. ابن هیثم جسم درخشان را مجموعه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای از نقاط می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌دانست که هر یک نور و رنگ خود (یا صورت نور و رنگ خود) را به طور مستقیم و در همه جهات منتشر می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند. بنا بر این اصل، هر نقطه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای از جسم مرئی را می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌توان مرکز مخروطی از پرتوها دانست که قاعده آن روی قسمتی از سطح چشم که مقابل مردمک است، قرار دارد.

با توجه به اینکه این نکته درباره همه نقاط جسم صادق است، پس صورت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌های نور و رنگ یکایک نقاط جسم روی این قسمت از سطح چشم پخش می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند. چون بیشتر این صورت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ها هنگام عبور از قرنیه شکسته می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شوند، تصویر جسم از این هم آشفته‌تر می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود. بنابراین ابن هیثم می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گوید برای اینکه جسم به طور واضح و مطابق اصل درک شود، باید فرض کرد که رویت هر نقطه از جسم فقط به کمک نقطه معینی از سطح چشم امکان دارد و آن نقطه در واقع پای عمودی است که از آن نقطه جسم بر قرنیه فرود می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آید

به دلیل ساختمان هندسی چشم، صورت‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌هایی که در امتداد خطوط عمود بر سطح چشم از همه نقاط جسم به چشم می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌رسند بی‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌آنکه شکسته شوند از مردمک می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌گذرند و به «بیضیه» می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌رسند و سپس به صورت عمودی به سطح پشتی جلیدیه برخورد می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کنند. به این طریق روی جلیدیه صورت کاملی تشکیل می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌شود که نقاط آن، یک به یک، با نقاط جسم تناظر دارند و جلیدیه این صورت «مشخص» و «مستقیم» را حس می‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌کند.