عدسی سوزان چیست؟
عدسی سوزان یا عدسی آتشزن، عدسی محدب بزرگی است که پرتوهای خورشید را روی سطحی کوچک متمرکز میکند. با این تمرکز، دمای آن ناحیه بالا میرود و اگر مادهای در مسیر نور قرار بگیرد، ممکن است بسوزد یا آتش بگیرد. آینههای سوزان نیز اثری مشابه دارند، اما بهجای عبور دادن نور، با بازتاباندن آن از سطحهای صیقلی، پرتوها را در یک نقطه جمع میکنند.
در قرن هجدهم، عدسی سوزان ابزاری کاربردی در پژوهشهای شیمی بود. دانشمندان با آن مواد را درون ظروف شیشهای دربسته میسوزاندند تا فرآوردههای سوختن برای بررسی و تحلیل در ظرف باقی بماند. این ابزار پیش از آنکه جرقهزنی الکتریکی بهسادگی در دسترس باشد، اهمیت زیادی داشت.
سیر تاریخی: از افسانه تا علم
فناوری عدسی سوزان به دوران باستان بازمیگردد. نویسندگان یونانی و رومی از کاربرد عدسیها برای روشن کردن آتش در موقعیتهای گوناگون یاد کردهاند. پلینی بزرگ از ظروف شیشهای پر از آب نوشته که میتوانستند گرمای خورشید را آنقدر شدید متمرکز کنند که پارچه را آتش بزنند. او همچنین از عدسیهای محدبی یاد کرده که برای سوزاندن زخمها و بستن آنها به کار میرفتند.
پلوتارک از آینهای سوزان خبر میدهد که از چند آینه فلزی مثلثی ساخته شده و در معبد باکرههای وستال نصب بوده است. اریستوفان نیز در نمایشنامه ابرها، نوشتهشده در ۴۲۴ پیش از میلاد، به عدسی سوزان اشاره کرده است.
مشهورترین روایت تاریخی درباره عدسی سوزان به ارشمیدس مربوط میشود. گفته میشود او در سال ۲۱۲ پیش از میلاد، هنگام محاصره سیراکوز بهدست مارکوس کلودیوس مارسلوس از جمهوری روم، از عدسی یا آینهای سوزان بهعنوان سلاح استفاده کرد. بر پایه این روایت، ناوگان روم در آتش سوخت؛ هرچند در پایان، شهر فتح شد و ارشمیدس کشته شد.
افسانه ارشمیدس تا اواخر قرن هفدهم میلادی پژوهشگران زیادی را به مطالعه عدسیها و آینههای سوزان ترغیب کرد. دانشمندانی از جهان مسیحی قرون وسطی تا جهان اسلام در این زمینه کار کردند؛ از جمله آنتمیوس ترالسی در سده ششم، پروکلوس که گفته میشود با همین روش ناوگان ویتالیان را در محاصره قسطنطنیه نابود کرد، ابن سهل در کتاب درباره آینهها و عدسیهای سوزان در سده دهم، ابن هیثم در کتاب المناظر در سال ۱۰۲۱، راجر بیکن در سده سیزدهم، جیانباتیستا دلا پورتا و دوستانش در سده شانزدهم، آتاناتیوس کیرشر و گاسپار شوت در سده هفدهم، و کنت دو بوفون در سال ۱۷۴۰ در پاریس.
اگرچه آثار دوربین سوراخسوزنی یا اتاق تاریک را ارسطو، فیلسوف یونانی، در سده چهارم پیش از میلاد مطرح کرده بود، پیروان مکتب موئی در چینِ دوره دولتهای جنگطلب نیز در کتاب موزی از آزمایشهای خود با آینههای سوزان و دوربین سوراخسوزنی نوشته بودند. چند دهه پس از آنکه ابن هیثم در عراق دوربین تاریک را شرح داد، شن کوا، دولتمرد و دانشمند دودمان سونگ، در یادداشتهای برکه رویاها در سال ۱۰۸۸، رابطه میان کانون آینه مقعر، نقطه سوختن و دوربین سوراخسوزنی را بهعنوان پدیدههای تابشی جداگانه بهروشنی توصیف کرد. در اواخر سده پانزدهم، لئوناردو داوینچی نخستین دانشمند اروپایی بود که مشاهداتی مشابه درباره کانون و دوربین سوراخسوزنی ارائه کرد.
در سده هجدهم، جوزف پریستلی و آنتوان لاووازیه از عدسیهای سوزان در آزمایشهایی استفاده کردند که هدفشان بهدست آوردن اکسیدهای موجود در ظروف بسته و در دمای بالا بود. این آزمایشها شامل تولید دیاکسید کربن از سوختن الماس و تولید اکسید جیوه از گرم کردن جیوه بود. همین نوع آزمایشها به کشف «هوای بیفلوژیستون» توسط پریستلی کمک کرد؛ گازی که پس از پژوهشهای لاووازیه با نام اکسیژن شناخته شد.
در فصل هفدهم کتاب سال ۱۹۲۰ ویلیام بیتس با عنوان بینایی کامل بدون عینک، نویسنده ادعا میکند که نگاه کردن به خورشید برای افراد کمبینو مفید است. در این فصل، تصویری وجود دارد با عنوان تمرکز پرتوهای خورشید بر چشم بیمار بهوسیله عدسی سوزان؛ ادعایی که امروز از نظر علمی پذیرفتهشده نیست.
عدسی سوزان دوک بزرگ توسکانی نیز در ۲۷ مارس ۱۸۱۴ بهکار رفت تا سِر هامفری دیوی و مایکل فارادی بتوانند الماس را در محیط اکسیژن بسوزانند.
کاربردها
جنگ: از افسانه ارشمیدس
نخستین روایت شناختهشده درباره کاربرد عدسی یا آینه سوزان در جنگ، به ارشمیدس و سال ۲۱۲ پیش از میلاد بازمیگردد. هنگامی که سیراکوز بهدست نیروهای روم محاصره شد، گفته میشود ناوگان روم نه با شیشه، بلکه با آینهای مقعر از برنج سوزانده شد که پرتوهای خورشید را روی کشتیها متمرکز میکرد. اینکه این روایت واقعاً رخ داده باشد یا نه، همچنان محل بحث است؛ اما نتیجه نبرد روشن بود: شهر سقوط کرد و ارشمیدس کشته شد.
در سال ۱۷۹۶، در میانه انقلاب فرانسه و سه سال پس از اعلام جنگ میان فرانسه و بریتانیا، فیزیکدان اتین-گاسپار روبر نزد دولت فرانسه رفت و پیشنهاد کرد با آینههایی بزرگ، کشتیهای مهاجم نیروی دریایی سلطنتی بریتانیا را به آتش بکشند. دولت فرانسه این پیشنهاد را نپذیرفت.
کاربرد خانگی: آتشافروزی ساده
عدسیهای سوزان، که گاهی عدسی آتشزن هم نامیده میشوند، هنوز در محیطهای بیرون از شهر و موقعیتهای ابتدایی برای روشن کردن آتش کاربرد دارند. برخی عدسیهای بزرگ سوزان به شکل عدسی فرنل ساخته میشوند؛ عدسیهایی شبیه آنچه در فانوسهای دریایی به کار میرفت. از این عدسیها در کورههای خورشیدی نیز استفاده میشود.
کورههای خورشیدی در صنعت برای تولید دمای بسیار بالا بهکار میروند، بیآنکه نیازی به سوخت یا برق فراوان باشد. برخی از این تأسیسات از آرایهای سهموی از آینهها استفاده میکنند و حتی ارتفاع بعضی از آنها به چند طبقه میرسد تا نور خورشید را با شدتی بسیار زیاد در یک نقطه متمرکز کنند.
دین: آتش مقدس
در برخی آیینهای مذهبی، از عدسی سوزان برای برافروختن آتش مقدس استفاده میشده است. از سده هفتم تا سده شانزدهم، مسیحیان برای روشن کردن آتش عید پاک در مراسم شبزندهداری عید پاک از این ابزار بهره میبردند. سن بونیفاس به پاپ زکریا توضیح داده بود که آتش تازه شنبه مقدس را با عدسی بلورینی ایجاد کرده که پرتوهای خورشید را متمرکز میکرد. این شیوه تا پونتیفیکال رومی سال ۱۵۶۱ نیز در کتابهای آیینی ذکر شده است.
در کامبوج نیز از دیرباز عدسی سوزان برای مراسم سوگسوزانی پادشاهان به کار میرفته و در سالهای اخیر، در مراسم ترحیم پادشاه نوردوم سیهانوک نیز از آن استفاده شد. مراسمگاه سوگسوزانی پادشاه بهطور سنتی در آخرین روز از مراسم یکهفتهای، بهدست برهمنهای باکو از کاخ سلطنتی آماده میشود. تکههای کوچک چوب عود خوشبو زیر عدسی بزرگنما قرار میگیرد تا شعلهور شود. سپس چوب گداخته برای روشن کردن شمعها به کار میرود و آتش به حاضران منتقل میشود؛ کسانی که معمولاً شمعهای روشنشده را به خانههای خود میبرند.
ورزش: روشن کردن مشعل المپیک
مشعل المپیک که در کشور میزبان بازیهای المپیک دستبهدست میشود، در محوطه المپیا باستان در یونان با استفاده از عدسی سوزان روشن میشود. این کار نمادی از پیوند بازیهای امروزی با ریشههای باستانی المپیک است.
فرهنگ عامه: تلاشهایی برای راستیآزمایی
در طول قرنها، چندین آزمایش واقعی برای سنجش درستی افسانه ارشمیدس انجام شده است؛ از جمله آزمایش کنت دو بوفون در حدود سال ۱۷۴۷ که در مقالهای با عنوان «اختراع آینههای سوزان برای سوزاندن از فاصلهای دور» ثبت شد، و نیز آزمایش جان اسکات که در مقالهای در سال ۱۸۶۷ مستند شده است.
در سال ۱۹۷۳، دانشمند یونانی دکتر یوانیس ساکاس که کنجکاو بود بداند آیا ارشمیدس واقعاً میتوانسته در سال ۲۱۲ پیش از میلاد ناوگان روم را با عدسی یا آینه سوزان نابود کند، نزدیک به ۶۰ ملوان یونانی را در یک ردیف قرار داد. هرکدام آینهای کشیده و مایل در دست داشتند تا پرتوهای خورشید را بگیرند و به کشتی چوبیای در فاصله حدود ۴۹ متری بتابانند. کشتی فوراً آتش گرفت. ساکاس پس از آزمایش گفت که دیگر تردیدی ندارد؛ مخترع بزرگ میتوانسته با آینههای برنجی ناوگان رومیان را از کار بیندازد.
با این حال، وقتی شرایط واقعی نبرد در نظر گرفته شود، چنین سلاحی چندان عملی به نظر نمیرسد و آزمایشهای مدرن هم این ادعاها را تضعیف کردهاند. گروهی از پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست در سال ۲۰۰۵ آزمایشی انجام دادند و نتیجه گرفتند که اگرچه نظریه برای اجسام بیحرکت درست است، اما آینهها احتمالاً در شرایط نبرد نمیتوانستند انرژی خورشیدی کافی را برای آتش زدن کشتی متمرکز کنند. آزمایشهای مشابهی نیز در برنامه علمی-عامهپسند افسانهزدایان در سالهای ۲۰۰۴، ۲۰۰۶ و ۲۰۱۰ انجام شد و به نتایجی نزدیک به همین رسید.
با وجود این، در قسمتی از مجموعه اتصالات مهندسی ریچارد هاموند که به رصدخانه کک مربوط میشد، آینهای خمیده و بسیار کوچکتر با موفقیت برای سوزاندن ماکتی چوبی به کار رفت؛ هرچند ماکت کوچکشده از همان کیفیت مواد نمونههای بهکاررفته در افسانهزدایان ساخته نشده بود.
مطالب مرتبط
- دیوکلس، ریاضیدان
- عدسی نیمرود
- پیرلیوفوروس
- عدسیهای ویسبی
- کوره خورشیدی
برای مطالعه بیشتر
تمپل، رابرت. خورشید بلورین.