History of classical mechanics
આ લેખ શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સના ઇતિહાસ સાથે સંબંધિત છે. પ્રાચીન ગ્રીક ફિલસૂફો, ખાસ કરીને એરિસ્ટોટલ, સૌપ્રથમ એવા હતા જેમણે પ્રસ્તાવ મૂક્યો હતો કે અમૂર્ત સિદ્ધાંતો પ્રકૃતિને સંચાલિત કરે છે. એરિસ્ટોટલે ઓન ધ હેવન્સમાં દલીલ કરી હતી કે પાર્થિવ પદાર્થો તેમના "કુદરતી સ્થાન" પર ઊઠે છે અથવા પડે છે અને એક નિયમ તરીકે સાચો અંદાજ દર્શાવ્યો હતો કે પદાર્થની પતનની ઝડપ તેના વજનના પ્રમાણસર હોય છે અને તે જે પ્રવાહીમાંથી પસાર થાય છે તેની ઘનતાના વિપરીત પ્રમાણસર હોય છે. એરિસ્ટોટલ તર્ક અને નિરીક્ષણમાં માનતા હતા પરંતુ ફ્રાન્સિસ બેકોન સૌપ્રથમ પ્રયોગની વૈજ્ઞાનિક પદ્ધતિ વિકસાવશે તે પહેલાં અઢારસો વર્ષથી વધુ સમય લાગશે, જેને તેમણે પ્રકૃતિની વેદના ગણાવી હતી. એરિસ્ટોટલે "કુદરતી ગતિ" અને "બળજબરીથી ગતિ" વચ્ચેનો તફાવત જોયો, અને તેઓ માનતા હતા કે "શૂન્યાવકાશ" માં, સ્થિર શરીર સ્થિર રહેશે અને ગતિશીલ શરીરની સમાન ગતિ ચાલુ રહેશે. આ રીતે, એરિસ્ટોટલ જડતાના નિયમ જેવું કંઈક અભિગમ અપનાવનાર પ્રથમ વ્યક્તિ હતા. જો કે, તેઓ માનતા હતા કે શૂન્યાવકાશ અશક્ય હશે કારણ કે આસપાસની હવા તેને તરત જ ભરવા માટે દોડશે. તેઓ એવું પણ માનતા હતા કે એકવાર લાગુ કરાયેલા બળોને દૂર કરવામાં આવે તો પદાર્થ અકુદરતી દિશામાં આગળ વધવાનું બંધ કરી દેશે. પાછળથી એરિસ્ટોટલિયનોએ એક વિસ્તૃત સમજૂતી વિકસાવી કે તીર ધનુષ છોડ્યા પછી પણ હવામાં શા માટે ઉડવાનું ચાલુ રાખે છે, અને પ્રસ્તાવ મૂક્યો કે તીર તેના પગલે શૂન્યાવકાશ બનાવે છે, જેમાં હવા ધસી આવે છે અને તેને પાછળથી ધકેલી દે છે. એરિસ્ટોટલની માન્યતાઓ આકાશની ગોળાકાર એકસમાન ગતિની પૂર્ણતા પર પ્લેટોના ઉપદેશોથી પ્રભાવિત હતી. પરિણામે, તેમણે એક કુદરતી ક્રમની કલ્પના કરી જેમાં આકાશની ગતિઓ આવશ્યકપણે સંપૂર્ણ હતી, બદલાતા તત્વોની પાર્થિવ દુનિયાથી વિપરીત, જ્યાં વ્યક્તિઓ બને છે અને મૃત્યુ પામે છે. એક અન્ય પરંપરા છે જે પ્રાચીન ગ્રીકો સુધી જાય છે જ્યાં ગણિતનો ઉપયોગ આરામ અથવા ગતિમાં શરીરનું વિશ્લેષણ કરવા માટે થાય છે, જે કેટલાક પાયથાગોરિયનોના કાર્યની શરૂઆતમાં મળી શકે છે. આ પરંપરાના અન્ય ઉદાહરણોમાં યુક્લિડ (સંતુલન પર), આર્કિમિડીઝ (વિમાનોના સંતુલન પર, તરતા પદાર્થો પર) અને હીરો (મિકેનિકા) નો સમાવેશ થાય છે. પાછળથી, ઇસ્લામિક અને બીઝેન્ટાઇન વિદ્વાનોએ આ કૃતિઓ પર નિર્માણ કર્યું, અને આખરે 12મી સદીમાં અને ફરીથી પુનરુજ્જીવન દરમિયાન પશ્ચિમમાં આ કૃતિઓ ફરીથી રજૂ કરવામાં આવી હતી અથવા ઉપલબ્ધ થઈ હતી. મધ્યયુગીન વિચાર ફારસી ઇસ્લામિક બહુપત્નીત્વ ઇબ્ન સનાએ ધ બુક ઓફ હીલિંગ (1020) માં તેમની ગતિનો સિદ્ધાંત પ્રકાશિત કર્યો હતો. તેમણે કહ્યું કે ફેંકનાર દ્વારા પ્રક્ષેપ્યને પ્રોત્સાહન આપવામાં આવે છે, અને તેને સતત તરીકે જોવામાં આવે છે, જેમાં તેને વિખેરવા માટે વાયુ પ્રતિકાર જેવી બાહ્ય શક્તિઓની જરૂર પડે છે. ઇબ્ન સિનાએ 'બળ' અને 'ઝોક' (જેને 'મયિલ' કહેવાય છે) વચ્ચેનો તફાવત દર્શાવ્યો હતો અને દલીલ કરી હતી કે જ્યારે પદાર્થ તેની કુદરતી ગતિની વિરુદ્ધમાં હોય ત્યારે તે પદાર્થને શક્તિ મળે છે. તેથી તેમણે તારણ કાઢ્યું કે ગતિ ચાલુ રહેવાનું કારણ પદાર્થમાં સ્થાનાંતરિત થતા ઝોકને આભારી છે, અને જ્યાં સુધી મેઈલ ખર્ચવામાં ન આવે ત્યાં સુધી તે પદાર્થ ગતિમાં રહેશે. તેમણે એવો પણ દાવો કર્યો હતો કે જ્યાં સુધી તેના પર કાર્યવાહી કરવામાં નહીં આવે ત્યાં સુધી શૂન્યાવકાશમાં પ્રક્ષેપ્ય બંધ નહીં થાય. ગતિની આ વિભાવના ન્યૂટનના ગતિના પ્રથમ નિયમ, જડતા સાથે સુસંગત છે. જે જણાવે છે કે ગતિમાં રહેલી વસ્તુ ગતિમાં રહેશે સિવાય કે તે બાહ્ય બળ દ્વારા કાર્ય કરે. આ વિચાર જે એરિસ્ટોટેલિયન દ્રષ્ટિકોણથી અસંમત હતો તેને પાછળથી જ્હોન બુરિડેન દ્વારા "પ્રેરણા" તરીકે વર્ણવવામાં આવ્યો હતો, જે ઇબ્ન સિનાના બુક ઓફ હીલિંગથી પ્રભાવિત હતો. 12મી સદીમાં, હિબત અલ્લાહ અબુલ-બરકત અલ-બગદાદીએ પ્રક્ષેપ્ય ગતિ પર એવિસેન્નાના સિદ્ધાંતને અપનાવ્યો અને તેમાં ફેરફાર કર્યો. તેમના કિતાબ અલ-મુતબારમાં, અબુલ-બારાકતે જણાવ્યું હતું કે ચાલનાર ચાલ પર હિંસક ઝોક (મયિલ કસ્રી) આપે છે અને તે ઘટતું જાય છે કારણ કે ફરતી વસ્તુ પોતે ચાલનારથી દૂર રહે છે. શ્લોમો પાઇન્સના જણાવ્યા અનુસાર, અલ-બગદાદીનો ગતિનો સિદ્ધાંત "એરિસ્ટોટલના મૂળભૂત ગતિશીલ કાયદાનું સૌથી જૂનું નિષેધ હતું [એટલે કે, સતત બળ એક સમાન ગતિ ઉત્પન્ન કરે છે], [અને આમ તે] શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સના મૂળભૂત કાયદાની અસ્પષ્ટ ફેશનમાં અપેક્ષા છે [એટલે કે, સતત લાગુ પડતું બળ પ્રવેગ ઉત્પન્ન કરે છે]". 14મી સદીમાં, ફ્રેન્ચ પાદરી જીન બુરિડેને ઇબ્ન સિનાના સંભવિત પ્રભાવ સાથે પ્રેરણાનો સિદ્ધાંત વિકસાવ્યો હતો. હેલ્બરસ્ટેટના બિશપ આલ્બર્ટે આ સિદ્ધાંતને વધુ વિકસાવ્યો હતો. શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સની રચના ગેલિલિયો ગેલિલીના ટેલિસ્કોપના વિકાસ અને તેમના અવલોકનોએ આ વિચારને વધુ પડકાર્યો કે આકાશ એક સંપૂર્ણ, અપરિવર્તનશીલ પદાર્થમાંથી બનાવવામાં આવ્યું હતું. કોપરનિકસની સૂર્યકેન્દ્રી પૂર્વધારણાને સ્વીકારીને, ગેલિલિયો માનતા હતા કે પૃથ્વી અન્ય ગ્રહો જેવી જ છે. પ્રખ્યાત ટાવર ઓફ પીસા પ્રયોગની વાસ્તવિકતા વિવાદિત હોવા છતાં, તેમણે વળાંકવાળા સમતલ પર દડાઓને ફેરવીને માત્રાત્મક પ્રયોગો કર્યા હતા; પ્રવેગક ગતિનો તેમનો સાચો સિદ્ધાંત દેખીતી રીતે પ્રયોગોના પરિણામોમાંથી લેવામાં આવ્યો હતો. ગેલિલિયોએ એ પણ શોધી કાઢ્યું હતું કે એક પદાર્થ ઊભી રીતે જમીન પર પડે છે તે જ સમયે એક પદાર્થ આડા પ્રક્ષેપિત થાય છે, તેથી સમાન રીતે ફરતી પૃથ્વીમાં હજુ પણ ગુરુત્વાકર્ષણ હેઠળ જમીન પર પડતા પદાર્થો હશે. વધુ નોંધપાત્ર રીતે, તે ભારપૂર્વક જણાવે છે કે સમાન ગતિ આરામથી અલગ કરી શકાતી નથી, અને તેથી સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંતનો આધાર બનાવે છે. કોપરનિકનના ખગોળશાસ્ત્રની સ્વીકૃતિના સંદર્ભમાં, ઇટાલીની બહાર 17મી સદીમાં વિજ્ઞાન પર ગેલિલિયોનો સીધો પ્રભાવ કદાચ બહુ મોટો નહોતો. ઇટાલી અને વિદેશમાં શિક્ષિત સામાન્ય લોકો પર તેમનો પ્રભાવ નોંધપાત્ર હોવા છતાં, યુનિવર્સિટીના પ્રોફેસરો વચ્ચે, તેમના પોતાના કેટલાક વિદ્યાર્થીઓ સિવાય, તે નગણ્ય હતો. ગેલિલિયો અને ન્યૂટનના સમયની વચ્ચે, ક્રિસ્ટિયન હ્યુજેન્સ પશ્ચિમ યુરોપના અગ્રણી ગણિતશાસ્ત્રી અને ભૌતિકશાસ્ત્રી હતા. તેમણે સ્થિતિસ્થાપક અથડામણ માટે સંરક્ષણ કાયદો ઘડ્યો, કેન્દ્રગામી બળના પ્રથમ સિદ્ધાંતો તૈયાર કર્યા અને દોલન પ્રણાલીઓનો ગતિશીલ સિદ્ધાંત વિકસાવ્યો. તેમણે ટેલિસ્કોપમાં પણ સુધારા કર્યા, શનિના ચંદ્ર ટાઇટનની શોધ કરી અને લોલક ઘડિયાળની શોધ કરી. ટ્રેઇટ દ લા લુમિયરમાં પ્રકાશિત પ્રકાશનો તેમનો તરંગ સિદ્ધાંત, પાછળથી ફ્રેન્સેલ દ્વારા હ્યુજેન્સ-ફ્રેન્સેલ સિદ્ધાંતના રૂપમાં અપનાવવામાં આવ્યો હતો. સર આઇઝેક ન્યૂટને ગતિના ત્રણ નિયમો (જડતાનો નિયમ, ઉપર ઉલ્લેખિત તેમનો બીજો નિયમ અને ક્રિયા અને પ્રતિક્રિયાનો નિયમ) ને એકીકૃત કરનાર અને આ નિયમો પૃથ્વી અને આકાશી પદાર્થો બંનેને સંચાલિત કરે છે તે સાબિત કરનાર પ્રથમ વ્યક્તિ હતા. ન્યૂટન અને તેમના મોટાભાગના સમકાલિનને આશા હતી કે શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સ (ભૌમિતિક ઓપ્ટિક્સના સ્વરૂપમાં) પ્રકાશ સહિત તમામ ઘટકોને સમજાવવામાં સક્ષમ હશે. ન્યૂટનની વીંટીઓ વિશેની ન્યૂટનની પોતાની સમજૂતી તરંગ સિદ્ધાંતોને ટાળે છે અને એવું માનવામાં આવે છે કે પ્રકાશના કણો કાચ દ્વારા બદલાયા અથવા ઉત્તેજિત થયા હતા અને પડઘો પાડ્યા હતા. ન્યૂટને કલનશાસ્ત્ર પણ વિકસાવ્યું જે શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સમાં સામેલ ગાણિતિક ગણતરીઓ કરવા માટે જરૂરી છે. જો કે, તે ગોટફ્રાઇડ લીબનીઝ હતા, જેમણે ન્યુટનથી સ્વતંત્ર રીતે, આજ સુધી ઉપયોગમાં લેવાતા વ્યુત્પન્ન અને અભિન્ન સંકેતો સાથે કલન વિકસાવ્યું હતું. શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સ સમય વ્યુત્પન્ન માટે ન્યૂટનના ડોટ નોટેશનને જાળવી રાખે છે. લિયોનહાર્ડ યુલરએ ન્યૂટનના ગતિના નિયમોને બે વધારાના નિયમો સાથે કણોથી કઠોર પદાર્થો સુધી વિસ્તૃત કર્યા. દળો હેઠળ નક્કર પદાર્થો સાથે કામ કરવું વિકૃતિઓ તરફ દોરી જાય છે જેનું પ્રમાણ નક્કી કરી શકાય છે. આ વિચાર યુલર (1727) દ્વારા વ્યક્ત કરવામાં આવ્યો હતો અને 1782માં જિઓર્ડાનો રિકાટીએ કેટલીક સામગ્રીની સ્થિતિસ્થાપકતા નક્કી કરવાનું શરૂ કર્યું હતું, ત્યારબાદ થોમસ યંગ આવ્યા હતા. સિમોન પોઈસને પોઈસન ગુણોત્તર સાથે અભ્યાસને ત્રીજા પરિમાણ સુધી વિસ્તૃત કર્યો. ગેબ્રિએલ લેમે માળખાઓની સ્થિરતાની ખાતરી આપવા માટે અભ્યાસ પર ધ્યાન દોર્યું અને લેમે પરિમાણો રજૂ કર્યા. આ સહગુણોએ રેખીય સ્થિતિસ્થાપકતા સિદ્ધાંતની સ્થાપના કરી અને સાતત્ય મિકેનિક્સનું ક્ષેત્ર શરૂ કર્યું. ન્યૂટન પછી, પુનઃરચનાઓએ ક્રમશઃ ઘણી મોટી સંખ્યામાં સમસ્યાઓના ઉકેલોની મંજૂરી આપી. પ્રથમનું નિર્માણ 1788માં ઇટાલિયન-ફ્રેન્ચ ગણિતશાસ્ત્રી જોસેફ લુઇસ લાગરેંજ દ્વારા કરવામાં આવ્યું હતું. લગ્રેન્જિયન મિકેનિક્સમાં ઉકેલ ઓછામાં ઓછી ક્રિયાના માર્ગનો ઉપયોગ કરે છે અને વિવિધતાના કલનને અનુસરે છે. વિલિયમ રોવન હેમિલ્ટને 1833માં લગ્રેન્જિયન મિકેનિક્સની પુનઃરચના કરી હતી. હેમિલ્ટોનિયન મિકેનિક્સનો ફાયદો એ હતો કે તેના માળખાએ અંતર્ગત સિદ્ધાંતોને વધુ ઊંડાણપૂર્વક જોવાની મંજૂરી આપી હતી. હેમિલ્ટોનિયન મિકેનિક્સનું મોટાભાગનું માળખું ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સમાં જોઈ શકાય છે, જો કે ક્વોન્ટમ અસરોને કારણે શબ્દોના ચોક્કસ અર્થો અલગ પડે છે. ક્લાસિકલ મિકેનિક્સ ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સ અને થર્મોડાયનેમિક્સ જેવા અન્ય "ક્લાસિકલ ફિઝિક્સ" સિદ્ધાંતો સાથે મોટે ભાગે સુસંગત હોવા છતાં, 19મી સદીના અંતમાં કેટલીક મુશ્કેલીઓ શોધવામાં આવી હતી જેને ફક્ત વધુ આધુનિક ભૌતિકશાસ્ત્ર દ્વારા જ ઉકેલી શકાય છે. જ્યારે શાસ્ત્રીય થર્મોડાયનેમિક્સ સાથે જોડવામાં આવે છે, ત્યારે શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સ ગિબ્સ વિરોધાભાસ તરફ દોરી જાય છે જેમાં એન્ટ્રોપી સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત જથ્થો નથી. જેમ જેમ પ્રયોગો અણુ સ્તર સુધી પહોંચ્યા તેમ, શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સ ઊર્જાના સ્તરો અને અણુઓના કદ જેવી મૂળભૂત બાબતોને સમજાવવામાં પણ નિષ્ફળ ગયા. આ સમસ્યાઓને ઉકેલવાના પ્રયાસો ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના વિકાસ તરફ દોરી ગયા. તેવી જ રીતે, વેગ પરિવર્તન હેઠળ શાસ્ત્રીય વિદ્યુતચુંબકીયતા અને શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સની વિવિધ વર્તણૂક સાપેક્ષતાના સિદ્ધાંત તરફ દોરી ગઈ. સમકાલીન યુગમાં શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સ 20મી સદીના અંત સુધીમાં, ભૌતિકશાસ્ત્રમાં શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સ હવે સ્વતંત્ર સિદ્ધાંત ન હતો. શાસ્ત્રીય વિદ્યુતચુંબકીયતાની સાથે, તે સાપેક્ષવાદી ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સ અથવા ક્વોન્ટમ ક્ષેત્ર સિદ્ધાંતમાં સમાવિષ્ટ થઈ ગયું છે. તે વિશાળ કણો માટે બિન-સાપેક્ષ, બિન-માત્રાત્મક યાંત્રિક મર્યાદાને વ્યાખ્યાયિત કરે છે. શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સ પણ ગણિતશાસ્ત્રીઓ માટે પ્રેરણાનો સ્ત્રોત રહ્યો છે. શાસ્ત્રીય મિકેનિક્સમાં તબક્કાની જગ્યા કુદરતી વર્ણનને સિમ્લેક્ટીક મેનીફોલ્ડ (ખરેખર શારીરિક રસના મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં કોટેનજેન્ટ બંડલ) તરીકે સ્વીકારે છે અને સિમ્લેક્ટીક ટોપોલોજી, જેને હેમિલ્ટોનિયન મિકેનિક્સના વૈશ્વિક મુદ્દાઓના અભ્યાસ તરીકે વિચારી શકાય છે, તે અનુભૂતિ 1980ના દાયકાથી ગણિત સંશોધનનું ફળદ્રુપ ક્ષેત્ર રહ્યું છે. ક્લાસિકલ મિકેનિક્સની મિકેનિક્સ સમયરેખા નોંધો સંદર્ભ ક્લાસિકલ મિકેનિક્સ ક્લાસિકલ મિકેનિક્સ આઇઝેક ન્યૂટન પણ જુઓ.