قطب‌نما

اختراع قطب‌نما

-
-

صحبت از اختراع که می‌شود، اغلب مردم به یاد اختراعات نه‌چندان جدید اما معروفی همچون لامپ، تلفن، هواپیما و اینترنت می‌افتند. درست است که این فناوری‌های نسبتاً مدرن، زندگی جوامع امروزی را به کلی متحول ساخته و از این منظر، انقلابی در سبک زندگی بشر ایجاد کرده‌اند، اما با کمی دقت، درخواهیم یافت که اختراع و نوآوری به زمان یا دوره تاریخی خاصی محدود نبوده و خلاقیت انسان، از همان ابتدا به کمکش آمده است. به عبارت دیگر، تاریخ زندگی بشر، مملو از اختراعات بزرگ و کوچکی است که هر یک از آن‌ها، سهمی در تسهیل و بهبود شرایط داشته‌اند. آنچه اهمیت این اختراعات را تعیین می‌کند، نزدیکی یا دور بودن زمانی آن‌ها نیست، بلکه تأثیراتی است که توسعه و تجاری‌سازی اختراع بر زندگی انسان داشته است!

یک مثال ساده از اختراعات قدیمی که از نظر اهمیت، همسنگ اختراع لامپ، تلفن یا هواپیما است، قطب‌نما می‌باشد. این دستگاه منحصربه‌فرد و بسیار کارآمد، امکان جهت‌یابی دقیق در شرایط مختلف را برای انسان فراهم آورده و بسیاری از جنبه‌های زندگی و کسب‌وکار، از جمله حمل‌ونقل دریایی را تغییر داد. لازم به تأکید است که دریانوردان اولیه، به دلیل عدم برخورداری از هرگونه ابزار جهت‌یابی، تنها از روشنایی روز و یا نور ستارگان استفاده می‌کردند. بدیهی است که در شرایط نامساعد جوی که آسمان مملو از ابرهای سیاه می‌شد، وحشت از گم شدن در اقیانوس، اولین نگرانی بود که به سراغ خدمه کشتی‌های قدیمی می‌آمد. این در حالی است که با ظهور قطب‌نما، وضعیت به کلی دگرگون شده و دیگر نگرانی از گم کردن جهت صحیح حرکت کشتی وجود نداشت.

شاید با خود بگویید که با وجود تجهیزات ماهواره‌ای فعلی و در حالی‌که فعالان صنعت خودرو در حال توسعه فناوری‌های هدایت خودکار بوده و صنعت لجستیک در تلاش برای رهگیری کالا و خدمات از طریق تراشه‌های بسیار کوچک است، صحبت از قطب‌نما به‌عنوان یک اختراع مهم و کلیدی، کمی بدسلیقگی باشد. اما به نظر می‌رسد که این برداشت صحیحی نیست. برای درک بهتر، ظهور قطب‌نما را در ظرف زمانی در نظر بگیرید که نه تجهیزات الکترونیک فعلی وجود داشت و نه دانشی پیرامون جهت‌یابی صحیح (در حد شمال و جنوب به‌عنوان جهت‌های اصلی) در دسترس بشر بود. احتمالاً موافقید که در چنین شرایطی، اختراع قطب‌نما به معنای یک انقلاب بزرگ محسوب می‌شود.

بررسی‌ها نشان می‌دهد که قطب‌نما تقریباً ۲۰۰۰ سال قبل و توسط چینی‌ها اختراع شده است. البته روایات مختلفی پیرامون منشأ اصلی قطب‌نما وجود دارد و حتی ایرانیان هم به‌عنوان یکی از مخترعین اولیه قطب‌نما معرفی شده‌اند. همان‌طور که اشاره شد، تا پیش از معرفی قطب‌نما، موقعیت جغرافیایی و جهت حرکت به‌ویژه در دریاها، از طریق مشاهده مکان‌ها (مثلاً ساحل) و یا دنبال کردن موقعیت اجرام آسمانی انجام می‌گرفت. تکنیک‌های دیگر، شامل نمونه‌برداری از بستر دریا، تجزیه‌وتحلیل مسیر پرواز پرندگان و حتی مشاهده جهت وزش باد بود که تمامی آن‌ها با محدودیت‌هایی همراه هستند.

با اختراع قطب‌نما در سلسله پادشاهی هان (Han Dynasty) که بین دو قرن قبل از میلاد مسیح تا یک قرن پس از آن برآورد می‌شود، نقطه عطف جدیدی در این حوزه پدید آمد. جالب است بدانید که در ابتدای امر، چینی‌ها از قطب‌نما برای جهت‌یابی استفاده نمی‌کردند، بلکه اولین قطب‌نماهای مغناطیسی چینی، برای اطمینان از نظم و هماهنگی ساختمان‌ها توسط اصول هندسی فنگ شویی (Feng Shui) بکار گرفته می‌شد. این قطب‌نماهای اولیه، با نوعی ماده مغناطیسی معدنی به نام «Lodestone» ساخته می‌شد که یک آهن‌ربای طبیعی بوده و خود را با میدان مغناطیسی زمین همسو می‌کند. مخترعین چین باستان، کشف کردند که اگر سنگ یاد شده بتواند آزادانه بچرخد، همیشه به سمت قطب‌های مغناطیسی معطوف می‌شود. سال‌ها بعد، در قرن‌های نهم تا یازدهم میلادی، از قطب‌نما برای جهت‌یابی و ناوبری دریایی در چین استفاده شد.

بسیاری از متون تاریخی و شواهد به جای مانده از دوران قدیم، نخستین استفاده از قطب‌نما برای جهت‌یابی را به چینی‌ها و تقریباً ۱۵۰ سال پیش از ظهور اولین نمونه قطب‌نما در اروپا نسبت داده‌اند. در ابتدای قرون‌وسطی، قطب‌نما توسط اعراب مسلمان تکمیل شده و مورد استفاده قرار گرفت. این اختراع ارزشمند و کاربردی، در قرن دوازدهم میلادی، به کشورهای اروپایی راه یافت و سفرهای دریایی را در این منطقه به کلی تغییر داد. برخی مورخان معتقدند که اعراب، قطب‌نما را از چین به اروپا وارد کرده‌اند و در مقابل، برخی اظهار داشته‌اند که قطب‌نما از طریق اقیانوس هند، مستقیماً به اروپا و جهان اسلام منتقل شده است. برخی هم معتقدند که قطب‌نمای اروپایی به صورت کاملاً مستقل و جدا از نمونه مشابه چینی، در اروپا اختراع شده است. در پاسخ به این پرسش که مسلمانان یا اروپاییان توانسته‌اند زودتر به فناوری قطب‌نما دست یابند، روایتی وجود دارد ‌که اولین کاربرد قطب‌نما در اروپا، به سال ۱۱۹۰ میلادی و زودتر از کشورهای مسلمان (سال ۱۲۳۲ میلادی) باز می‌گردد. سند مکتوبی هم مربوط به سال ۱۱۹۰ میلادی یافت شده که در آن، یک سوزن مغناطیسی، مورد استفاده ملوانان اسکندریه بوده است.

نکته جالب دیگر، نقش ایرانیان در توسعه و تکامل قطب‌نما است. جدا از روایات مرتبط با اختراع قطب‌نما توسط ایرانیان، مقایسه قطب‌نماهای چینی و ایرانی، نشان می‌دهد که برخلاف ۲۴ جهت قطب‌نمای چینی، قطب‌نمای ساخته شده توسط ایرانیان، دارای 32 جهت بوده است. این امر، به معنای دقت بیشتر قطب‌نمای ایرانی و البته آشنایی ایرانیان با سیستم شمارش دو دویی (اعداد در مبنای ۲) و ریاضیات پیشرفته آن‌ها در آن زمان است. جالب است بدانید که در افسانه‌های قدیمی، آمده است اسفندیار رویین‌تن، در زمان شروع نبرد و حرکت به سوی میدان جنگ، از نوعی پیکان آهنین استفاده می‌کرده که همیشه جهت ثابتی را به او نشان می‌داده است.

قطب‌نما هم مشابه سایر اختراعات و نوآوری‌های بشر، با توسعه و تکامل همراه بوده و از سوزن‌های مغناطیسی اولیه شناور در آب و نمونه‌های خشک (تعبیه و تثبیت سوزن مغناطیسی در یک محفظه سنگی از طریق موم و ایجاد تعادل برای چرخش آزادانه آن)، به نمونه‌های پیشرفته و مدرن فعلی تغییر یافته است. در طول قرن‌ها، پیشرفت‌های فنی متعددی در قطب‌نمای مغناطیسی صورت گرفته که پیشگام بسیاری از آن‌ها، مخترعین و فناوران انگلیسی بوده‌اند. شاید یکی از دلایل این موضوع، استفاده فراگیر بریتانیا از نیروی دریایی برای حفظ سرزمین و نظارت بر مستعمرات خود بوده است. بدیهی است که این ناوگان بزرگ دریایی، نیازمند فناوری‌ها و ابزارآلات دقیق جهت‌یابی بوده و قطب‌نما نقشی کلیدی در این میان داشته است. یک مثال ساده از تغییرات قطب‌نماهای اولیه، تغییر شکل سوزن مغناطیسی در قرن هفدهم میلادی است که به شکل یک متوازی‌الاضلاع در آمد. نصب این سوزن، از سوزن‌های نازک قبلی، بسیار آسان‌تر بود!

نوآوری گوین نایت (Gowin Knight) در سال ۱۷۴۵ میلادی برای بهبود خاصیت مغناطیسی و حفظ این ویژگی در طولانی‌مدت، یکی از تلاش‌های مخترعین انگلیسی برای بهبود کارایی قطب‌نما محسوب می‌شود. علاوه بر این، در سال ۱۸۶۲ میلادی، نوعی قطب‌نمای مایع بدون نشت هم ساخته شد. تا پیش از این زمان، قطب‌نماهای مایع با مشکل نشتی و اختلال ناشی از ضربه و لرزش مواجه بودند که در سیستم ابداعی جدید، با بهره‌گیری از انبساط و انقباض مایع، از نشت بیشتر جلوگیری می‌شد. این پیشرفت بزرگ، موجب شد تا در اواخر قرن نوزدهم، استفاده از قطب‌نماهای خشک به کلی منسوخ گردد.

یکی از افراد اثرگذار در توسعه و تجاری‌سازی قطب‌نماهای مدرن، بورن کلستروم (Bjorn Kjellstrom) سوئدی است. وی بنیان‌گذار شرکتی است که مشهورترین و محبوب‌ترین قطب‌نماهای فعلی را تولید می‌کند. کلستروم، از قهرمانان ملی مسابقات اسکی سه‌گانه در سوئد بود؛ ورزشی که برای یافتن مسیر درست در مناطق جنگلی ناشناخته، نیاز به نقشه و قطب‌نما داشت. وی احساس کرد که قطب‌نماها می‌توانند بهتر شوند و در سال ۱۹۳۲ میلادی، با کمک برادرانش، «Silva System» (در زبان لاتین به معنای جنگل) را ابداع کرد. این قطب‌نما، نوعی صفحه زاویه‌دار داشت که استفاده از آن را برای کاربران ساده‌تر می‌کرد. کلستروم در سال ۱۹۴۶ به آمریکا رفت و شرکت «Silva Compass Company» را در ایندیانا و تورنتو تأسیس کرد. شعبه آمریکایی در سال ۱۹۷۳ و شعبه کانادایی هم در سال ۱۹۸۵ میلادی، توسط جانسون واکس (Johnson Wax) خریداری شد. امروزه بیش از نیم میلیون قطب‌نمای سیلوا (در ۵۰ مدل مختلف)، در آمریکا تولید و به متقاضیان مختلف، اعم از شکارچی‌ها، ارتش و ... عرضه می‌شود.

لازم به تأکید است که قطب‌نماهای مدرن، از همان اصول اولیه بیست قرن پیش تبعیت می‌کنند، با این تفاوت که از مواد مدرن‌تری ساخته شده و دقت آن‌ها بیشتر است. در قطب‌نماهای فعلی، سوزن مغناطیسی و صفحه مدرج در داخل یک کپسول پر از مایع قرار گرفته و پوشش شفاف اجازه می‌دهد تا از قطب‌نما بر روی نقشه‌ها استفاده شود. علاوه بر این، کاربرد قطب‌نماها هم تغییر یافته و به جز جهت‌یابی و ناوبری، از آن برای تنظیم جهت ساختمان‌ها، معدن و نجوم هم استفاده می‌شود. نکته کلیدی دیگر، نقش حقوق مالکیت فکری در اختراع قطب‌نما است. با توجه به قدمت این اختراع، انتظار استفاده از پتنت‌های متعدد برای نمونه‌های نخستین قطب‌نما منطقی نیست، اما بررسی‌ها نشان می‌دهد که ابداعات و توسعه‌های اخیر قطب‌نما زیر چتر حفاظتی سیستم پتنت قرار گرفته‌اند. یک مثال بارز از این موضوع، پتنت شماره «US 736925» است که در سال ۱۹۰۳ میلادی، توسط جوآن ون بزارد (Johann Von Bezard) به ثبت رسید. نوآوری اصلی این مخترع، استفاده از آینه بازتابنده در بالای قطب‌نما بود که کار با آن را ساده‌تر می‌کرد. جستجوی کلمه «Compass» در پایگاه داده گوگل پتنت، ۱۳۶۷۲۷ پتنت را مشخص می‌کند که نشان‌دهنده حجم ابداعات و نوآوری‌ها در این حوزه می‌باشد.