اختراع قطبنما و باروت

قطب نما دستگاهی ساده برای نمایش جهت است. این دستگاه که از اختراعات چینی ها محسوب می شود، عقربه مغناطیسی ای است که بر اثر میدان مغناطیسی کره زمین همواره همسو با خط نصف النهار مغناطیسی زمین قرار می گیرد. به دلیل آنکه قطب شمال عقربه، همواره به سمت قطب جنوب زمین است، با استفاده از این خاصیت می توان جهت جنوب را تشخیص داد.

چینی ها مخترع دستگاه قطب نما شناخته می شوند. آنها پس از کشف سنگ مغناطیسی،ٍ ابتدا با خاصیت مغناطیسی اش، یعنی خاصیت جذب آهن آشنا شده و سپس به تدریج، خاصیت جهت نمایی آن را کشف کرده و پس از انجام آزمایش ها و مطالعات فراوان، دستگاه قطب نمای اولیه را که به زبان چینی «عقربه نمایش سمت جنوب» نامیده می شود، اختراع کردند.

اما لازم به ذکر است، نخستین فردی که خاصیت جهت نمایی عقربه قطب نما را توضیح داد، گیلبرت، دانشمند بزرگ انگلیسی بود.

قطب نمای اولیه یا در زبان چینی «لوئو پان»، دستگاهی است که با استفاده از خاصیت جهت نمایی سنگ مغناطیس تولید می شد. از این رو، برای مرور تاریخچه اختراع و روند پیشرفت قطب نما باید ابتدا خاصیت سنگ مغناطیس را معرفی کنیم.

سنگ های مغناطیسی، دو قطب مثبت و منفی دارند. کره زمین نیز یک سنگ مغناطیسی بزرگ بوده و قطب جنوب آن قطب مثبت و قطب شمال آن قطب منفی آن است. با توجه به یک اصل علمی مبنی بر آنکه «قطب های همنام همدیگر را دفع می کنند و قطب های غیر همنام همدیگر را جذب می نمایند»، یک عقربه مغناطیسی که می تواند آزادانه بچرخد، همیشه در جهتی قرار می گیرد که قطب مثبت آن به سمت قطب شمال و قطب منفی آن به سمت قطب جنوب کره زمین است.

چینی ها در دوره تاریخی «جان گوئو» به معنی جنگ ایالت های مختلف چین (حدودا 400 ق. م الی 221 ق. م) دستگاه جهت نمایی به نام «سی نان»، به معنای نشان دهنده جهت جنوب اختراع کردند. هر چند، هیچ تصویر و یا بقایایی از هیچ کدام از دستگاه های «سی نان» در دوره «جان گوئو» باقی نمانده، اما می توان با تماشای مدل مشابه آن که بر اساس کتب تاریخی و از روی بقایای کشف شده آن از جهت نمای دوره سلسله «هان» (206 ق.م الی 24 م) ساخته شده است، به راز باستانی این دستگاه پی ببریم. دستگاه «سی نان» از دو قسمت صفحه و قاشق مغناطیسی شامل می شود.صفحه «سی نان»، از جنس برنز ساخته می شود و سطحی بسیار صیقلی دارد که بر روی آن اسامی 24 جهت، به چینی نوشته شده است. قاشق «سی نان» از یک قطعه آهن تراش یافته مغناطیسی طبیعی ساخته می شود و بسیار صیقلی می باشد. برای تعیین جهت با این دستگاه، بایستی قاشق را روی صفحه قرار داده و بچرخانیم و تا آنکه قاشق از حرکت بایستد؛ جهتی که دسته قاشق به آن اشاره می کند، جهت جنوب است. این دستگاه تا قرن هشتم میلادی مورد استفاده قرار می گرفت.

تا زمان سلسله «سون» (960 الی 1279 م)، مردم چین به فن آوری تولید مواد مغناطیسی مصنوعی دست یافته و نوعی جهت نمای ساده تر به نام «جی نان یو» به معنای ماهی نشانگرِ جهتِ جنوب را اختراع کردند. «جی نان یو» یک ورقه فولادی به شکل ماهی به ابعاد 6.6 سانتیمتر در 2 سانتیمتر است. برای شناور شدن این ورقه فولادی، آن را کمی گودتر می ساختند. برای تعیین جهت با این دستگاه، بایستی «جی نان یو» را بر روی سطح آب قرار داد و بر روی آن یک قطعه آهن مغناطیسی گذاشت؛ چرا که بر اثر خاصیت مغناطیسی این قطعه، «جی نان یو» نیز به یک قطعه فولادی با خاصیت مغناطیسی تبدیل می شود. این نوع دستگاه در مقایسه با «سی نان» ساده تر است.

علاوه بر این موارد، سوزن جهت نما نیز در چین اختراع شده است. این نوعی سوزن است که پس از تراش خوردن با سنگ مغناطیسی، خاصیت مغناطیسی به خود گرفته است. برای تعیین جهت با این نوع سوزن، می توان آن را روی صفحات مسطح مانند آب، لبه کاسه چینی و ناخن گذاشت و یا آن را با نخ بسته و از سقف آویزان کرد.

باروت یکی از چهار اختراع بزرگ باستانی چین و یکی از خدمات تمدن چین به بشر است.

باروت ماده‌ای است که به ‌سرعت می‌سوزد و از همین رو در سلاح‌های گرم به‌ عنوان ماده پیشرانه به کارمی‌رود.

باروت در مدت بیش از یک هزار سال پیش توسط چینی ها اختراع شد. تحقیقات درباره باروت در میان تلاش ها برای تولید قرص های خاصی برای زندگی جاوید امپراتورهای قدیمی چین که به چینی به آن قرص «دان» گفته می شود، آغاز شده است.

تولید قرص های زندگی جاوید یا قرص های «دان» به زمان های بسیار قدیم نسبت داده می شود. طبق کتاب «راهبردهای دوران ایالات جنگنده (770-256 ق م.) » یکی از کتاب های مستند مهم تاریخ چین، یکی از دائویست های آن زمان قرص هایی را که گفته می شد می تواند به انسان ها زندگی جاوید ببخشد، به فرماندار ایالت «جین» تقدیم کرد. امپراتور «وو دی» (156- 87 ق.م) یکی از امپراتورهای سلسله «هان» غربی (202 ق م.- 8 م.) نیز می خواست زندگی خود را جاودان کند، او از همه دانشمندان خواست قرص هایی را برای زندگی جاوید تولید کنند. او حتی خود نیز به تلاش برای ساخت چنین قرص هایی برخاسته بود. از آن پس، تلاش برای یافتن روش ساخت قرص های زندگی جاوید متداول شد و آنهایی را که به این کار می پرداختند «دان ساز» می نامیدند. هدف اصلی «دان سازان» تولید قرص هایی برای جاودان کردن زندگی بود و طبیعتا آنها هرگز به این هدف نرسیدند و دانش و فن تولید قرص های دان» بی فایده به نظر می رسید. اما این دانش ارزش دیگری یافت و به نخستین گام های ایجاد علم شیمی تبدیل شد.

یکی از روش های مهم تولید قرص های «دان» حرارت دادن مواد بدون ترکیب با آب است. طبق مجموعه کتاب های «بائو پو زی» که کتاب های قدیمی چین درباره روش های تولید قرص های زندگی جاوید است، فرایند تولید این قرص ها با آتش شامل این مراحل بوده است: «دوان» (گرم کردن با دمای بسیار بالا و به مدت زیاد)، «لیان» (گرم کردن مواد خشک)، «جیو» (گرم کردن ناکامل)، «رون» (ذوب)، «چوئو» (تقطیر)، «فی» (پالایش) و «یوئو» (گرم کردن برای تغییر خصوصیات مواد) و همه اینها جزو روش های اصلی آزمایش های شیمی هستند. به این ترتیب بود که شغل ظاهرا بی فایده تولید قرص های زندگی جاوید به خاطر همین جنبه علمی خود به اختراع باروت انجامید. اعتقاد قوی سازندگان قرص های «دان» به دائویسم باعث می شد که از شکست های متوالی در راه تولید این قرص ها خسته نشوند و همواره به دنبال راه های جدیدی برای تولید این قرص ها باشند. در واقع ، پیش از اختراع باروت، آنها موادی شیمیایی مصنوعی دیگری مانند سولفید جیوه را تولید کرده بودند.

هر چند «دان سازان» بر دانش شیمی مسلط شدند، اما به دلیل آنکه هدف اصلی آن ها تولید قرص های «دان» بود، باروت در میان فعالیت های آنها به طور ناخواسته اختراع شد.

«دان سازان» پیش از استفاده از موادی که برای درست کردن قرص های «دان» ضروری است اما برای بدن ضرر دارد، با روش خاصی آنها را حرارت می دادند تا خاصیت مضر آنها از بین رفته یا کم شود. «سون سی میائو» پزشک و «دان ساز» معروف سلسله «تانگ» (618-907 م.) در یکی از کتاب های خود نوشته است: « 100 گرم سولفید و 100 گرم نیترات پتاسیم را پس از پودر کردن در یک دیگ یا ظرف سفالی بریزید. سپس گودالی را در زمین حفر کنید و دیگ یا قوطی را طوری در آن بگذارید تا لبه آن با زمین همسطح باشد. بعد از این مرحله، سه تکه گیاه لالکی سالم را آتش زده و فورا در ظرف بیندازید تا سولفید و نیترات پتاسیم نیز شعله ور شود. بعد از آنکه شعله ها در داخل ظرف فروکش کرد، کربن را در اضافه کرده و به هم بزنید. وقتی دو سوم کربن سوخت، موادی را که می خواهید ضررش را از بین ببرید، در ظرف بریزید.»

هر چند «دان سازان» می دانستند سوزاندن ترکیب سولفید، نیترات پتاسیم و کربن واکنش شیمیایی شدیدی به دنبال خواهد داشت و برای کنترل این واکنش تدابیر لازم را می اندیشیدند، اما اغلب آتش سوزی هایی در محل آزمایش رخ می داد.

با توجه به اینکه باروت نه تنها نمی توانست به انسان ها زندگی جاوید ببخشد بلکه خطر رخداد آتش سوزی را نیز به همراه داشت، «دان سازان» به آن علاقه چندانی پیدا نکردند. تنها پس از آنکه نسخه ترکیبات باروت به دست نظامیان چینی افتاد، تولید آن آغاز شد و باروت به عنوان یکی از چهار اختراع بزرگ چین باستان شهرت پیدا کرد.

از آنجا که «دان سازان» به حفظ اسرار خود بسیار پایبند بودند، تاریخ دقیق اختراع باورت هنوز مشخص نیست.