Physics

Topic: Robert Hooke

English version [Ακολουθεί και η ελληνική εκδοχή]

Robert Hooke (1635 - 1703) was an English physicist, who made a significant contribution to the discovery of the centripetal force in the circular motion of the planets, important link in the formulation of Newton's Law of Attraction. Hooke is also known by the homonymous Law of lengthening of the springs.

Hooke was the main organizer of the Royal Society's experiments (since 1662), a member of its board, Gresham Professor of Geometry, and Inspector of the City of London after the Great Fire of London (where he did more than half of all post-fire inspections). He was an important architect of the time - few of his buildings survive and are often mistaken. Allan Chapman described him as 'England's Leonardo'.

Hooke was educated at Wadham College, Oxford, during the Protectorate, where he joined one of the most passionate friendly to the King groups led by John Wilkins. He worked as an assistant to Thomas Willis and Robert Boyle, for whom he designed the vacuum tubes used in Boyle's gas law experiments, and also organized the experiments themselves. He even made some of the earliest Gregorian telescopes and observed the rotations of Mars and Jupiter. In 1665 he inspired many to use microscopes for scientific research with his book 'Micrographia'. Based on tiny observations of fossils, Hooke was one of the first proponents of biological evolution. He discovered the phenomenon of refraction, thereby inferring the wave nature of light, and was the first to suggest that matter expands with heating and that air is composed of small particles separated by relatively long distances. He also came very close to the experimental proof of the inverse squares law of gravity and the first (before Newton) who assumed that this relationship governed the movements of the planets, which led to a priority dispute between Hooke and Isaac Newton. He is also the first to dispute the Biblical interpretation of the geology and age of the Earth, assumed the idea of the extinction of some species, and wrote many times correctly about the possibility of finding fossils on the tops of hills as a result of seismic activity.



Ελληνική εκδοχή

Ο Robert Hooke (1635 - 1703) ήταν Άγγλος φυσικός, ο οποίος συνεισέφερε σημαντικά στην ανακάλυψη της κεντρομόλου δυνάμεως στην κυκλική κίνηση των πλανητών που αποτέλεσε σημαντικό κρίκο στη διατύπωση του Νόμου της Παγκοσμίου Έλξεως του Νεύτωνα. O Hooke είναι επίσης γνωστός από τον ομώνυμο Νόμο έλκυσης των ελατηρίων.

Μια περίοδο ο Hooke ήταν ταυτόχρονα ο οργανωτής των πειραμάτων της Royal Society (από το 1662), μέλος του συμβουλίου της, Gresham Καθηγητής Γεωμετρίας, και Επιθεωρητής την Πόλης του Λονδίνου μετά την Μεγάλη Πυρκαγιά του Λονδίνου (όπου και έκανε και περισσότερες από τις μισές όλων των επιθεωρήσεων μετά την πυρκαγιά). Ήταν σημαντικός αρχιτέκτων της εποχής - λίγα από τα κτήρια του επιβιώνουν και συχνά αποδίδονται λάθος. Ο Allan Chapman τον χαρακτήρισε ως ‘England's Leonardo’.

Ο Hooke εκπαιδεύτηκε στο Wadham College, στην Οξφόρδη κατά τη διάρκεια του Προτεκτοράτου όπου και εισήλθε σε μια από τις πιο ένθερμες φιλοβασιλικές ομάδες καθοδηγούμενη από τον John Wilkins. Εργάστηκε ως βοηθός των Thomas Willis και Robert Boyle, για τους οποίους κατασκεύασε τους σωλήνες κενού που χρησιμοποιούνταν στα πειράματα του νόμου των αερίων του Boyle, και επίσης οργάνωσε τα ίδια τα πειράματα. Κατασκεύασε ακόμη μερικά από τα πλέον πρώιμα Γρηγοριανά τηλεσκόπια και παρατήρησε τις περιστροφές του Άρη και του Δία. Το 1665 ενέπνευσε για τη χρήση μικροσκοπίων για επιστημονική έρευνα με το βιβλίο του ‘Micrographia’. Βασισμένος στις μικροσκοπικές παρατηρήσεις των απολιθωμάτων, ο Hooke ήταν από τους πρώτους υποστηρικτές της βιολογικής εξέλιξης. Ανακάλυψε το φαινόμενο της διάθλασης, συμπεραίνοντας έτσι την κυματική φύση του φωτός και ήταν ο πρώτος που πρότεινε ότι η ύλη διαστέλλεται με τη θέρμανση και ότι ο αέρας αποτελείται από μικρά σωματίδια που χωρίζονται από σχετικά μεγάλες αποστάσεις. Επίσης έφτασε πολύ κοντά στην πειραματική απόδειξη του νόμου αντιστρόφων τετραγώνων της βαρύτητας και ο πρώτος (πριν τον Νεύτωνα) που υπέθεσε ότι η σχέση αυτή διέπει τις κινήσεις των πλανητών, γεγονός που αποτέλεσε και μια διαμάχη προτεραιότητας μεταξύ Hooke και Isaac Newton. Επίσης είναι ο πρώτος που αμφισβήτησε τη Βιβλική ερμηνεία της γεωλογίας και της ηλικίας της Γης, υπέθεσε την ιδέα της εξαφάνισης κάποιων ειδών και έγραψε πολλές φορές σωστά για την πιθανότητα της εύρεσης των απολιθωμάτων στις κορυφές των λόφων ως αποτέλεσμα της σεισμικής δραστηριότητας.

Η Royal Society ιδρύθηκε το 1660. Την 5η Νοεμβρίου 1661, ο Sir Robert Moray πρότεινε να εκλεγεί κάποιος Έφορος για την οργάνωση διαφόρων πειραμάτων και ομόφωνα εξελέγη ο Hooke. Ο διορισμός του έγινε την 12η Νοεμβρίου με πολλές ευχαριστίες στον Dr. Boyle για τη μεσολάβησή του για την επιλογή του.

Του απονεμήθηκαν οι τίτλοι πολλών πατεντών για εφευρέσεις και εκλεπτύνσεις στα πεδία της ελαστικότητας, της οπτικής και της βαρομετρίας. Τα άρθρα του Hooke στην Royal Society (που ανακαλύφθηκαν πρόσφατα μετά την ‘εξαφάνιση’ όταν ανάλαβε τα ηνία ο Νεύτωνας) θα ανοίξουν μια σύγχρονη επανεκτίμηση των πραγμάτων.

Η δουλειά του Hooke πάνω στην ελαστικότητα κορυφώθηκε με την πρακτική εφαρμογή τους στην ανάπτυξη του ελατηρίου ισορροπίας, το οποίο για πρώτη φορά έδωσε τη δυνατότητα ενός κινητού ωρολογίου ικανοποιητικής ακρίβειας. Έτσι ξεκίνησε μια πικρή διαμάχη μεταξύ του Hooke και του Christiaan Huygens σχετικά με την προτεραιότητα της εφεύρεσης, η οποία συνέχισε για αιώνες μετά τον θάνατό τους. Μια σημείωση όμως της 32ης Ιουνίου του 1670 από το ημερολόγιο του Hooke, που περιέγραφε μια επίδειξη ενός ωρολογίου ελεγχόμενης ισορροπίας έγειρε τελικά την πλάστιγγα υπέρ του Hooke.

Και τώρα σχετικά με τον σημαντικότατο νόμο της έλξης: ‘Θα εξηγήσω,’ λέει ο Hooke, σε αλληλογραφία του με την Royal Society το 1666, "ένα σύστημα του κόσμου πολύ διαφορετικό από οποιοδήποτε άλλο ως τώρα. Θεμελιώνεται στις εξής προτάσεις: 1. Ότι όλα τα ουράνια σώματα παρουσιάζουν μια βαρυτική έλξη όχι μόνο των μερών που τα απαρτίζουν ως το κέντρο μάζας τους αλλά και μεταξύ τους έλκονται αμοιβαία μέσα στις ακτίνες δράσης τους. 2. Ότι όλα τα σώματα που έχουν μια απλή κίνηση θα συνεχίσουν να κινούνται σε ευθεία γραμμή, εκτός και αν παρεκτρέπονται συνεχώς από την ευθεία από κάποια εξωτερική δύναμη, η οποία τους προκαλεί κίνηση κυκλική, ελλειπτική ή κάποιου άλλου είδους καμπύλη. 3. Ότι η έλξη αυτή είναι τόσο μεγαλύτερη όσο τα σώματα είναι πλησιέστερα. Ως προς το ποσοστό μείωσης αυτών των δυνάμεων με την αύξηση της απόστασης, δεν το έχω ακόμη ανακαλύψει..."

Οι δηλώσεις του Hooke μέχρι το 1674 δεν κάνουν καμία νύξη στο νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου των δυνάμεων αμοιβαίας έλξης (δηλαδή ότι η ελκτική δύναμη είναι αντιστρόφως ανάλογη του τετραγώνου της απόστασης). Επίσης η βαρυτική έλξη του Hooke δεν ήταν ακόμη παγκόσμια (όπως στον ολοκληρωμένο του Νεύτωνα) αλλά πλησίαζε την παγκοσμιότητα περισσότερο από κάθε άλλη προηγούμενη υπόθεση. Ο Hooke επίσης δεν παρέθεσε γι’ αυτά καμία συνοδευτική μαθηματική απόδειξη.

Τον Νοέμβριο 1679, ο Hooke ξεκίνησε μια σημαντική ανταλλαγή επιστολών με τον Νεύτωνα, το πλήρες κείμενο των οποίων είναι πλέον δημόσια διαθέσιμο. Ο Hooke είχε την αρμοδιότητα να ξεκινήσει μια ανταλλαγή απόψεων με τα υπόλοιπα μέλη της Royal Society για τα τρέχοντα επιστημονικά ζητήματα. Στο πλαίσιο αυτό ζήτησε τη γνώμη του Νεύτωνα για διάφορα ζητήματα, καταγράφοντας μια ολόκληρη λίστα, μεταξύ των οποίων μνημονεύει και ‘τη σύνθεση των ουρανίων κινήσεων των πλανητών από μια ευθεία κίνηση κατά την εφαπτομένη και μια ελκυστική προς το κεντρικό σώμα’. Ο Νεύτωνας του απάντησε προτείνοντας ένα νοητικό πείραμα που αφορούσε τη Γη όχι τις ουράνιες κινήσεις,και συγκεκριμένα ένα πείραμα που θα αποδείκνυε την κίνηση της Γης, κρεμώντας ένα σώμα στον αέρα και στη συνέχεια αφήνοντάς το να πέσει ελεύθερα. Ένα τέτοιο πείραμα θα έδειχνε κατά πόσο το σώμα θα ακολουθούσε την κατακόρυφο ή θα απέκλινε λόγω της κίνησης της Γης, αλλά ο Νεύτωνας ενδιαφερόταν για κάτι άλλο, για την συνέχεια της κίνησης του σώματος αν δεν παρεμβαλλόταν η συμπαγής Γη, προτείνοντας ότι θα ήταν σπειροειδής προς το κέντρο. Ο Hooke διαφώνησε με την υποθετική αυτή κίνηση του σώματος. Ακολόυθησε μια σύντομη αλληλογραφία και προς το τέλος της ο Hooke, στην επιστολή του της 6ης Ιανουαρίου 1679|80 στον Νεύτωνα, έγραψε ‘την υπόθεσή του … ότι η Έλξη είναι πάντα σε τετραγωνική αναλογία (double proportion) προς την Απόσταση από το Κέντρο’. Αυτή είναι η πρώτη καταγραφή της ελκτικής δύναμης ως αντιστρόφως ανάλογης του τετραγώνου της απόστασης χωρίς όμως απόδειξη. Αποτελεί σαφή ανακάλυψη του Hooke και σε αυτήν βασίστηκε και απέδειξε στη συνέχει ο Νεύτωνας.

Το 1686, όταν το πρώτο βιβλίο του Νεύτωνα ‘Principia’ παρουσιάστηκε στην Royal Society, ο Hooke υποστήριξε ότι είχε δώσει στον Νεύτωνα την ‘έννοια’ του ‘νόμου της μείωσης της Βαρύτητας, που είναι ανάλογη των τετραγώνων των αποστάσεων από το Κέντρο’. Την ίδια στιγμή (σύμφωνα με την αναφορά της εποχής του Edmond Halley) ο Hooke συμφώνησε ότι ‘η Απόδειξη των παραγόμενων Καμπυλών’ ανήκει εξ ολοκλήρου στον Νεύτωνα. Ο Νεύτωνας αντιμέτωπος τον Μάιο του 1686 με τον ισχυρισμό του Hooke για τον νόμο του αντιστρόφου τετραγώνου, αρνήθηκε ότι έπρεπε ο Hooke να πιστωθεί ως ο δημιουργός της ιδέας, παρουσιάζοντας μάλιστα αναφορές σε προηγούμενο έργο άλλων πριν από τον Hooke. Ο Νεύτωνας μάλιστα ισχυρίστηκε ότι ακόμη και αυτό να είχε συμβεί δηλαδή ότι πρωτο-άκουσε για την αναλογία του αντιστρόφου τετραγώνου από τον Hooke, πράγμα που δεν έγινε (εμείς βέβαια ξέρουμε ότι όντως έτσι έγινε!) είχε ακόμη κάποια δικαιώματα στην ιδέα λόγω των μαθηματικών του διατυπώσεων και αποδείξεων, πάνω στις οποίες βασίζοντας για έλεγχο της ακριβείας τους οι παρατηρήσεις, ενώ ο Hooke, χωρίς τις μαθηματικές αποδείξεις και τις μαρτυρίες στήριξης της υπόθεσής του, μπορούσε μόνο να υποθέσει (κατά τον Νεύτωνα) ότι ήταν προσεγγιστικά ακριβής ‘σε μεγάλες αποστάσεις από το κέντρο’. (σχετικά με την συνεισφορά του Hooke στον Νόμο της Παγκόσμιας Έλξης βλ. επίσης το Κεφ. 12.2). Το 1759, δεκαετίες μετά τον θάνατο και του Νεύτωνα και του Hooke, ο Alexis Clairaut, μαθηματικός αστρονόμος εξέχων τον καιρό του στο πεδίο της βαρυτικής φυσικής έκανε τη δική του εκτίμηση, μετά την επιθεώρηση των όσων είχε δημοσιεύσει ο Hooke πάνω στη βαρύτητα: ‘Κανείς δεν πρέπει να σκεφτεί ότι η ιδέα αυτή του Hooke μειώνει σε κάτι τη δόξα του Νεύτωνα. Το παράδειγμα του Hooke δείχνει την τεράστια απόσταση μεταξύ μιας φευγαλέας αλήθειας και μιας αλήθειας που έχει αποδειχθεί’.