بیوگرافی ارنست ماخ، فیزیکدان و فیلسوف و روان‌شناس نامدار اتریشی

ارنست ماخ با نام کامل ارنست والدفرد جوزف ونزل ماخ دانشمند بزرگ و نام‌دار اتریشی بود که در حوزه‌های فیزیک و روان‌شناسی و فلسفه در قرن‌های نوزدهم و بیستم، دستاوردهای بزرگی از خود برجای گذاشت. البته محل تولد ماخ امروزه جزوی از کشور جمهوری چک است؛ به‌همین‌دلیل، برخی منابع ماخ را دانشمندی از کشور چک عنوان می‌کنند. ماخ نام خود را با سرعت صوت در تاریخ ماندگار کرد. او اولین فردی بود که مطالعه برای اندازه‌گیری حرکت‌های مافوق صوت را با جدیت انجام داد. از فعالیت‌های مهم دیگر ماخ می‌توان به مطالعه روی اثر دوپلر اشاره کرد.نظریه‌های انتقادی ارنست ماخ درباره‌ی فیزیک کلاسیک و ایده‌های ثبات زمان و فضا در نظریه‌های نیوتنی، الهام‌بخش فیزیک‌دانان جوان و مشهور قرن بیستم همچون آلبرت اینشتین بود. اینشتین همیشه ماخ را یکی از نظریه‌‌پردازهای اولیه‌ی فلسفه‌ی نسبیت می‌دانست. درنهایت، شک و تردیدی که ماخ به فیزیک سنتی مطرح کرد، راهگشای نظریه‌پردازان بزرگ آلمانی شد که در قرن بیستم، فیزیک مدرن را شکل دادند.

ارنست ماخ به‌عنوان یکی از پیش‌گامان فلسفه‌ی علم هم شناخته می‌شود. او نظریه‌پرداز مهمی در فلسفه بود و با مطالعه و بررسی تاریخ علم، مفاهیم مدرنی در فلسفه مطرح می‌کرد. ماخ در ابتدا با نظریه‌های ضد متافیزیک شناخته می‌شد و سپس نظریه‌هایی هم در مقابله با ذره‌گرایی مطرح کرد. به‌هرحال، نظریه‌هایی که ماخ در قرن نوزدهم و ابتدای قرن بیستم مطرح کرده بود، هنوز موضوع‌های مهم مطالعه‌ی فیلسوف‌ها هستند. او در مطالعه‌ی تاریخ علم هم با جدیت عمل می‌کرد. اگرچه پیش از ماخ فیلسوف‌های متعددی در نظریه‌پردازی درباره‌ی علوم هم فعالیت کرده بودند، بیش از همه، ماخ به‌عنوان بنیان‌گذار فلسفه‌ی علم شناخته می‌شود.

رابطه‌ی احساس انسان با محرک‌های بیرونی، از حوزه‌های مطالعه و نظریه‌پردازی ارنست ماخ در علم روان‌شناسی بود. با نظریه‌‌پردازی‌های ماخ، مؤلفه‌هایی همچون فضا، زمان، رنگ و صدا که قبلا تنها به علم فیزیک مربوط بودند، به‌عنوان عوامل مهم در روان‌شناسی نیز معنا پیدا کردند. ماخ در فلسفه تا حد زیادی تحت‌تأثیر گوستاو فخنر بود. روان‌شناسان امروزی ماخ را بنیان‌گذار مکتب گشتالت می‌دانند. اگرچه ماخ در قرن بیستم به‌خاطر نظریه‌های فلسفی در علم فیزیک بیشتر شناخته می‌شود، روان‌شناسی نیروی محرکه‌ی اصلی بود که نظریه‌پردازی‌های فلسفی او را شکل می‌داد.

امضای ارنست ماخ

تولد و تحصیل

ارنست ماخ ۱۸ فوریه‌ی ۱۸۳۸ در موراویا امپراتوری اتریش به‌دنیا آمد. این منطقه امروزه به‌عنوان بخشی از کشور جمهوری چک شناخته می‌شود. خانواده‌‌ی ماخ در سال ۱۸۴۰ به مزرعه‌ای در جنوب اتریش مهاجرت کردند. طبیعی است که اطلاعات زیادی از دوران کودکی او وجود نداشته باشد و تنها می‌توان به نقل‌قول‌های شخصی‌اش از آن دوران اکتفا کرد. یکی از نقل‌قول‌های مهم، علاقه‌مندی ماخ به علم فلسفه را به مطالعه‌ی کتابی از کانت در ۱۵ سالگی نسبت می‌دهد. ماخ دراین‌باره گفته بود:

کتاب کانت تأثیری عمیقی بر درک من از فلسفه گذاشت و بعدها در هیچ‌یک 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، بیش‌از همه ماندگار بود.

ماخ برای تحصیلات دبیرستان به مدرسه‌ای در موراویا رفت که در آن زمان با اصطلاح جیمنازیوم (Gymnasium) شناخته می‌شد. این سبک از مدارس تمرکز زیادی روی تحصیلات آکادمیک دانش‌آموزان در آینده می‌کردند. ماخ در ۱۷ سالگی از دبیرستان فارغ‌التحصیل شد و برای مطالعه در رشته‌ی ریاضی و فیزیک به دانشگاه وین در اتریش رفت. او در سال ۱۸۵۵ از دانشگاه فارغ‌التحصیل شد و سپس مطالعه را در رشته‌ی محاسبات ادامه داد. ماخ مدرک رشته‌ی جدید را در سال ۱۸۶۰ از همان دانشگاه وین دریافت کرد.

ارنست ماخ پس از فارغ‌التحصیلی از دانشگاه در وین ماندگار شد و به‌نوعی آن شهر را برای زندگی انتخاب کرد. او به‌عنوان معلم خصوصی فعالیت می‌کرد و درآمد چندان زیادی نداشت. همان سال‌های زندگی در وین، موجب شکل‌گیری علاقه‌ی ماخ به علم فیزیولوژی شد. یوهانس مولر به‌همراه تعدادی از دانشجویان خود در سال ۱۸۴۰، مرکز آموزش اختصاصی در حوزه‌ی فیزیولوژی (در برلین) را راه‌اندازی کرده بودند که بهانه‌ای برای ورود ماخ به دنیای جدید شد.

دانشگاه گراتس اتریش

دانشجویان مولر در سال ۱۸۴۸ شعبه‌ای جدید از مدرسه‌ی فیزیولوژی را در وین راه‌اندازی کردند. مدرسه‌ی جدید مطالعات خود را با تکیه بر شک و تردید به مفهوم حیات‌گرایی انجام می‌داد و به‌نوعی تأثیر مفاهیم فیزیکی و شیمیایی را در مطالعه‌ی علوم زیستی مهم قلمداد می‌کرد. از دانشجویان مهم این مدرسه می‌توان به کارل لودویگ و هرمان فون‌هلمهولتز و ارنست هاکل اشاره کرد. ماخ که مطالعاتی درزمینه‌ی فیزیک را در کارنامه داشت، به‌عنوان دانشجوی زیست وارد مدرسه‌ی مولر شد و دوره‌ای ۲۲ ساعته در رشته‌های فیزیولوژی و شیمی و آناتومی گذراند.

تدریس و نظریه‌پردازی

ارنست ماخ پس از انتشار چند مقاله درباره‌ی ارتباط فیزیک و روان‌شناسی، حوزه‌ی جدیدی برای مطالعه و نظریه‌پردازی انتخاب کرد که دستاورد بزرگش را در علم فیزیک به‌همراه داشت. او مطالعه روی نظریه‌ی دوپلر را به‌عنوان حوزه‌ی اصلی خود انتخاب کرده بود. کریستین دوپلر در سال ۱۸۴۱ در نظریه‌ای گفته بود فرکانس صدا با تغییر فاصله میان منبع و ناظر تغییر می‌کند. او تا سال ۱۸۴۵ نظریه‌ی خود را به تمامی مفاهیم و مؤلفه‌های موجی آن زمان همچون نور هم بسط داده بود. البته فیزیک‌دانان بزرگی همچون پتزوال و انگستروم، نظریه‌های دوپلر را نقد می‌کردند.

صندلی آزمایشی ماخ برای درک مفهوم حرکت

اثبات نظریه‌های دوپلر بخش عمده‌ای 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 نظریه‌ی دوپلر را برای امواج صوتی تأیید می‌کرد؛ اما اثبات آن‌ها درباره‌ی نور، آن‌چنان موفقیت‌آمیز نبود. به‌هرحال، امروز ماخ به‌عنوان اولین فردی شناخته می‌شود که احتمال مطالعه روی حرکت ستاره‌ها را با بررسی طیف آن مطرح کرد.

ماخ در دوران مطالعه‌های فلسفی خود بسیار تحت‌تأثیر یوهان فریدریش هربارت بود. ماخ نه‌تنها تحت‌تأثیر نوشته‌های هربارت بود؛ بلکه از ایده‌های و سخنرانی‌های فرانتس لوت، از طرفداران هربارت و دوست صمیمی‌اش در وین هم بهره می‌برد. او در نظریه‌های هربارت رویکردی مکانیکی به روان‌شناسی و فیزیولوژی می‌دید که با تصورهای اولیه و پذیرش ذره‌گرایی ماخ همراه بود. با افزایش تمایل ماخ به حوزه‌های فیزیولوژی و روان‌شناسی، مدل‌های مکانیکی در تصور‌های او باقی ماند؛ اما نظرش به ذره‌گرایی کم‌کم از بین رفت. تصورات ماخ درباره‌ی مفاهیم مکانیکی در فیزیولوژی و روان‌شناسی، به‌مرور در سال‌های آتی از بین رفت و او در سال‌های پایانی، حتی ارجاع‌های کمتری به هربارت می‌داد.

دانشگاه گراتس در سال ۱۸۶۴ از ارنست ماخ دعوت کرد تا برای تدریس به هیئت‌علمی بپیوندد. دانشمند اتریشی بالاخره شغلی پیدا کرده بود که با درآمد مناسب، آزادی‌عمل بیشتری برای بررسی موضوع‌های دیگر به او می‌داد. او در سال ۱۸۶۶ از کرسی تدریس در ریاضیات به فیزیک رفت تا تدریس را هم در حوزه‌های مرتبط با علاقه‌ی خود پیگیری کند. در همان سال‌ها، ارتباط ماخ از نزدیک با فخنر بیشتر شد که دستاورد اصلی آن مفهومی اپتیکی به‌نام نوارهای ماخ بود. ارنست ماخ اولین نظریه‌ی مهم و تکاملی خود را حین همین تحقیق‌های مشترک با فخنر مطرح کرد.

تدریس و تحقیق در دانشگاه گراتس، برخی از رخدادهای مهم زندگی ارنست ماخ را رقم زد. او در آن سال‌ها به مفهومی به‌نام «تحلیل احساسات» علاقه‌مند شد؛ اما به‌خاطر نظر منفی فخنر، مطالعه روی آن را ادامه نداد؛ هرچند ۲۰ سال بعد و با پیشرفت نظریه‌پردازی‌هایش، مجددا این موضوع را بررسی کرد. از رخدادهای مهم دیگر دوران تدریس در گراتس می‌توان به آشنایی ماخ با نظریه‌های اوالد هرینگ، خصوصا در حوزه‌‌های 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 به‌عنوان استاد فیزیک استخدام شد و ۲۸ سال در آنجا ماند. نظریه‌های بالغ و دستاوردهای علمی مهم ماخ در همان دوران تدریس در پراگ شکل گرفت. همان‌طورکه گفته شد، ماخ بیش از همه با مفاهیم مرتبط با سرعت صوت شناخته می‌شود. امروز، واحد ماخ برای اندازه‌گیری سرعت صوت در ماده کاربرد دارد. اعداد ماخ برای مواد گوناگون به‌صورت نسبی مطرح می‌شود. آشنایی ماخ با مفاهیم صوتی و اندازه‌گیری سرعت صوت در پایان دهه‌ی ۱۸۶۰ شکل گرفت و از قوانین نظامی شروع شد.

در پایان دهه‌ی ۱۸۶۰، توسعه‌ی فناوری‌های نظامی باعث طراحی پرتابه‌های جنگی شده بود که سرعتی بیش از سرعت صوت داشتند. نوع زخم و جراحتی که پرتابه‌های جدید مافوق صوت ایجاد می‌کرد، موجب جلب نظر و مطالعه‌ی بیشتر ماخ شد. نیروهای نظامی بزرگ اروپا در سال ۱۸۶۸، پیمانی در سن‌پترزبورگ امضا کردند که استفاده از نوع خاصی از گلوله‌ها را ممنوع می‌کرد. گلوله‌های ممنوعه جراحت‌های جبران‌ناپذیری به شکل دهانه‌ی آتشفشان ایجاد می‌کرد و به‌نوعی پس از برخورد، منفجر می‌شد.

فعالیت‌هایی که ماخ در دهه‌های پایانی قرن نوزدهم انجام داده بود، اکنون پایه‌های مطالعات و تحقیقات در علوم آئرودینامیک را شکل می‌دهد. در فرهنگ عامه نیز ماخ بیشتر با مواردی همچون هواپیماهای جنگنده‌ی مافوق صوت شناخته می‌شود؛ درحالی‌که دستاوردهای او حوزه‌های گوناگون علوم فیزیک را پوشش می‌دهد.

سال‌های پایانی و مرگ

تحلیل احساسات و نگاه‌های خارج از فرضیه‌ی ذره‌گرایی،‌ در دهه‌های پایانی عمر ماخ سهم عمده‌ی درگیری‌های ذهنی او را شکل می‌دادند. ماخ پدیدارشناسی را از ترکیب نظریه‌های فلسفی در ارتباط با مفاهیم علمی بررسی می‌کرد. او اعتقاد زیادی به احساسات به‌عنوان واقعی‌ترین پدیده‌ی جهان داشت. نظریه‌های ضدذره‌گرایی ماخ تا حدی پیش رفت که او حتی پس از سخنرانی سال ۱۸۹۷ لودویگ بولتزمن گفت به وجود اتم‌ها اعتقادی ندارد. همین نظریه‌ها باعث شدند در سال‌های ابتدایی قرن بیستم، مکس پلانک و ارنست ماخ درگیری‌های علمی متعددی با هم داشته باشند.

مجسمه‌ی یادبود ماخ در پارکی در وین

سخنرانی تاریخی اینشتین در سال ۱۹۰۵ و مطرح‌کردن روشی برای بررسی وجود اتم‌ها بدون نیاز به ابزارهای بصری و حسی، نقطه‌ی مهمی در تاریخ پذیرش نظریه‌ی اتمی بود. اگرچه اینشتین هم در ابتدا تحت‌تأثیر نظریه‌های ماخ بود و بسیاری از انتقادهای او از فیزیک نیوتنی را موردالهام خود می‌دانست، بعدها به این نتیجه رسید که برخی از نظریه‌های دانشمند اتریشی، باید با دقت بیشتری بررسی شوند.

ارنست ماخ در سال ۱۸۹۸ دچار حمله‌ی قلبی شد؛ اما بهبود یافت. او در سال ۱۹۰۱ از تدریس در دانشگاه وین استعفا داد و به پارلمان اتریش پیوست. دانشمند اتریشی تا سال ۱۹۱۳ در زادگاهش ماند و سپس به نزدیکی مونیخ نزد پسرش مهاجرت کرد. او درنهایت در سال ۱۹۱۶ و یک روز پس از تولد ۷۸ سالگی از دنیا رفت.

دستاوردهای علمی مهم ارنست ماخ

همان‌طورکه گفته شد، ارنست ماخ در علوم طبیعی، خصوصا روان‌شناسی، فعالیت‌هایی جدی داشت و بیش از همه تحت‌تأثیر فخنر بود. او نقش مهمی نیز در توسعه‌ی نظریه‌ها و مفاهیم مدنظر فخنر ایفا کرد. مفهومی که ماخ به‌کمک فخنر به‌نام نوارهای ماخ توسعه داد، درظاهر خطاهای بینایی را هدف قرار داده بود؛ درحالی‌که ماخ با مطرح‌کردن نظریه‌ی نوارها، مفاهیم احساسی و شناختی بشر را مدنظر داشت.

نظریه‌های روان‌شناسی و فلسفی ماخ

ماخ در نظریه‌ی نوارهای خود نشان داد پردازش احساسات (منظور حس‌هایی مانند بینایی و بویایی و...) تنها در مغز انجام نمی‌شود. پیش از نظریه‌پردازی او، باور عمومی بر این بود که حسگرهایی همچون چشم، تنها سیگنال‌ها را به مغز ارسال می‌کنند و پردازش تنها در مغز انجام می‌شود. ماخ با بررسی عمیق‌تر، به‌ویژه روی بحث خطاهای دید، نشان داد تغییر قضاوت روی اجسام و سوژه‌های گوناگون، علاوه‌بر پردازش مغز به خود حس‌ها نیز بستگی دارد.

نمونه‌ای از خطاری دید نوار ماخ

همان‌طورکه در تصویر نوار ماخ می‌بینید، رنگ نوارهای خاکستری در سمت مجاور رنگ تیره‌تر، روشن‌تر به‌نظر می‌رسد و در سمت مقابل که با رنگ روشن‌تر تماس دارد، تصویر رنگ تیره‌‌تری داریم. ماخ با همین تصویر ساده نشان داد حس بینایی بخش مهمی از پردازش را پیش از ارسال سیگنال به مغز انجام می‌دهد. تصویر نوارهای ماخ نه‌تنها بینایی انسان، بلکه بسیاری از موجودات زنده را به‌خطا می‌اندازد.

نظریه‌پردازی‌های ماخ در حوزه‌های زیست‌شناسی و روان‌شناسی، تا حد زیادی در چهارچوب نظریه‌ی تکامل شکل گرفت. اگرچه او نظریه‌های مستقیمی درباره‌ی تکامل مطرح نمی‌کرد، در نظریه‌های جانبی به‌وضوح می‌توان توجهش را به ایده‌های داروین کشف کرد. به‌هرحال، نظریه‌های ماخ تا حد زیادی وابسته به نظریه‌های داروین بودند. او همچنین در متافیزیک هم نظریه‌پردازی‌هایی انجام می‌داد که درکنار دوستان دانشمندش همچون هرینگ و هکل، آن‌ها را بررسی می‌کرد.

مونیسم (نگاره‌انگاری) از حوزه‌های اصلی دیگر فعالیت‌های فلسفی ماخ بود. البته او در جوامع و گروه‌های مونیستی فعالیتی جدی نداشت و با وجود باور به موضوع و حتی نگاشتن مقاله، هنوز به نتیجه‌ای نهایی درباره‌ی آن نرسیده بود. ماخ درنهایت به دوستان و فعالان همکار خود در نظریه‌پردازی مونیستم پیشنهاد می‌کرد دایره‌ی فعالان باید گسترش پیدا کند. از دیدگاه او، بزرگ‌شدن جامعه‌ی پیرامونی نظریه، به توسعه‌ی بهتر و ازبین‌بردن برداشت‌های غلط کمک می‌کرد.

مخروط بخاری که پشت هواپیمای جنگنده‌ی F18 و پیش از رسیدن به سرعت صوت شکل می‌گیرد، نمادی از نظریه‌ی سرعت مافوق صوت ماخ است.

فلسفه علوم از نظر ماخ

ماخ در دوره‌ای از فعالیت‌های علمی، مطالعه‌ی تاریخ علم را به‌عنوان موضوع اصلی فعالیت انتخاب کرد. او اعتقاد داشت باستان‌شناسی در مفاهیم علمی به روشنگری در مطالعات و فعالیت‌های کنونی می‌انجامد. پیش از ماخ، بزرگانی همچون هگل، مارکس، استراس و نیچه هم دستی بر تاریخ‌نگاری علمی داشتند. البته آن‌ها در نوشته‌هایشان بیشتر بر مفاهیم تاریخی تأکید می‌کردند. تحلیل و نقد تاریخ از نگاه ماخ رویکرد دیگری داشت و علم را در اولویت اول می‌دید. از کتاب‌های مشهور او در تحلیل تاریخ علم می‌توان Science of Mechanics را نام برد که از منابع عالی تاریخ فیزیک محسوب می‌شود.

دستاوردهای ماخ در علم فیزیک

اگرچه نظریه‌پردازی‌های ابتدایی ماخ بیشتر در حوزه‌های علوم طبیعی و روان‌شناسی و فلسفه دیده می‌شد، دوران بلوغ علمی او با مطالعه‌های گسترده‌ی فیزیکی همراه بود. ماخ منتقد هر دو دسته‌ی دانشمندان مدرن و سنتی فیزیک بود. او ایده‌های نیوتن را نقد می‌کرد؛ اما نظریه‌های مدرنی همچون نظریه‌ی اتمی پلانک را هم نمی‌پذیرفت. اینشتین و پلانک هردو ارزش زیادی برای ماخ قائل بودند و او را دانشمندی ارزشمند می‌دانستند؛ اما از مقاومت دانشمند اتریشی برای پذیرفتن نظریه‌ها و ایده‌های جدید ناراحت بودند.

ماخ در مطالعاتی که در حوزه‌ی فیزیک و فلسفه انجام می‌داد، فضا را به‌عنوان مفهومی با دو تعریف در هر دو علم، عنوان می‌کرد و او تفاوت‌های فضای فلسفی و علمی را در نظریه‌هایش شرح می‌داد. درنتیجه، می‌توان مطالعه‌های فیزیکی و دستاوردهای این علم از فعالیت‌های ماخ را هم به فلسفه مرتبط دانست.

تصویربرداری مشهور ماخ از موج شوکی

مطالعات اولیه‌ی ماخ در فیزیک تجربی، روی حوزه‌هایی همچون تداخل، پراش، قطبش و شکست نور انجام می‌شد. فراموش نکنید در دوران ماخ، نور هنوز به‌عنوان مفهومی موجی مطالعه می‌شد؛ درنتیجه مطالعه‌های ماخ در حوزه‌ی اپتیک، او را به‌مرور به حوزه‌ی امواج و خصوصا امواج مافوق‌صوت علاقه‌مند کرد.

همان‌طورکه گفته شد، امروزه ماخ بیش از همه با دستاوردهایش در حوزه‌ی امواج مافوق صوت شناخته می‌شود. مقاله‌ی اصلی و مهم ماخ در حوزه‌ی امواج مافوق صوت در سال ۱۸۸۷ نوشته شد. او در آن مقاله به‌همراه پیتر سالشر، تأثیرات صوتی مشاهده‌ی حرکت یک پرتابه با سرعت مافوق صوت را بررسی کرده بود. ماخ در مقاله‌ی خود، وجود موج شوکی درصورت حرکت پرتابه در سرعتی مافوق صوت را مطرح و اثبات کرده بود. در موجی که ماخ شرح داده بود، پرتابه در مرکز و اوج قرار داشت.

ماخ در مطالعات خود روی امواج مافوق صوت، آزمایش‌های تصویربرداری مهمی نیز انجام داد. پسر ماخ، یعنی لودویگ، دستیار اصلی او در تصویربرداری‌های مافوق صوت به روش شیلرن بود که درنهایت، به تصویربرداری از سایه‌ی امواج مافوق صوت انجامید. 

کیهان‌شناسی فیزیکی از حوزه‌های مطالعه و تحقیق دیگر ماخ در علم فیزیک بود. اصل ماخ دستاوردی است که در این حوزه به دانشمند اتریشی نسبت داده می‌شود. البته خود ماخ مفهوم مذکور را خلق نکرد؛ بلکه آلبرت اینشتین، چنین نامی را برای یکی از نظریه‌های نه‌چندان دقیق او انتخاب کرد. اصل ماخ مفهومی کاملا تخصصی در کیهان‌شناسی محسوب می‌شود و توضیح آن در حوصله‌ی مقاله‌ی حاضر نمی‌گنجد.