الجاذبية - علاقتها بالكون - freak science society

 

الجاذبية

الجاذبية - علاقتها بالكون - freak science society 

تعريف الجاذبية:

((الجاذبية هي إحدى القوى الأساسية الأربعة في الكون، جنبًا إلى جنب مع الكهرومغناطيسية والقوى النووية القوية والضعيفة. على الرغم من كونها شاملة ومهمة لمنع أقدامنا من الطيران بعيدًا عن الأرض، تظل الجاذبية، إلى حد كبير، لغزًا للعلماء)).

قديما:

توصل العلماء القدماء الذين حاولوا وصف العالم إلى تفسيراتهم الخاصة لسبب سقوط الأشياء على الأرض. أكد الفيلسوف اليوناني أرسطو أن للأجسام ميلًا طبيعيًا للتحرك نحو مركز الكون، الذي يعتقد أنه وسط الأرض، وفقًا لعالم الفيزياء ريتشارد فيتزباتريك من جامعة تكساس.

لكن النجوم اللاحقة أبعدت كوكبنا عن موقعه الأساسي في الكون. أدرك العالم البولندي الموسوعي نيكولا كوبرنيكوس أن مسارات الكواكب في السماء تكون منطقية أكثر إذا كانت الشمس هي مركز النظام الشمسي. قام عالم الرياضيات والفيزيائي البريطاني إسحاق نيوتن بتوسيع نطاق رؤى كوبرنيكوس واستنتج أنه عندما تسحب الشمس الكواكب، تمارس جميع الأجسام قوة جذب على بعضها البعض

في أطروحته الشهيرة عام 1687 بعنوان

"Philosophiae naturalis Principia mathematica"، وصف نيوتن ما يسمى الآن بقانون الجاذبية الكونية. عادة ما يتم كتابتها على النحو التالي:

 

Fg = G (m1 ∙ m2) / r2))

 

حيث F هي قوة الجاذبية، و m1 و m2 هي كتل جسمين و r هي المسافة بينهما. G ، ثابت الجاذبية ، ثابت أساسي يجب اكتشاف قيمته من خلال التجربة.

الجاذبية قوية، لكنها ليست بهذه القوة:

الجاذبية هي أضعف القوى الأساسية. سوف يسحب مغناطيس بار كهرومغناطيسي مشبك ورق لأعلى، متغلبًا على قوة الجاذبية للأرض بأكملها على قطعة من المعدات المكتبية. حسب علماء الفيزياء أن الجاذبية هي 10 ^ 40 (وهذا هو الرقم 1 متبوعًا بـ 40 صفرًا) أضعف من الكهرومغناطيسية، وفقًا لـ PBS's Nova.

 

في حين أن تأثيرات الجاذبية يمكن رؤيتها بوضوح على مقياس أشياء مثل الكواكب والنجوم والمجرات، فإن قوة الجاذبية بين الأشياء اليومية يصعب للغاية قياسها. في عام 1798، أجرى الفيزيائي البريطاني هنري كافنديش واحدة من أولى التجارب عالية الدقة في العالم لمحاولة التحديد الدقيق لقيمة G، ثابت الجاذبية، كما ورد في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

 

بنى كافنديش ما يُعرف بميزان الالتواء، حيث قام بربط كرتين صغيرتين من الرصاص بنهايات عارضة معلقة أفقيًا بسلك رفيع. بالقرب من كل من الكرات الصغيرة، وضع ثقلًا كرويًا كبيرًا من الرصاص. كانت كرات الرصاص الصغيرة تنجذب جاذبيتها إلى أوزان الرصاص الثقيلة، مما تسبب في التواء السلك قليلاً فقط والسماح له بحساب G.

من اللافت للنظر أن تقدير كافنديش لـ G كان خصمًا بنسبة 1٪ فقط من قيمته المقبولة في العصر الحديث والتي تبلغ 6.674 × 10 ^ −11 م ^ 3 / كجم ^ 1 * ث ^ 2. من المعروف أن معظم الثوابت الكونية الأخرى تتمتع بدقة أعلى بكثير، ولكن نظرًا لضعف الجاذبية، يجب على العلماء تصميم معدات حساسة للغاية لمحاولة قياس آثارها. حتى الآن، استعصت قيمة G الأكثر دقة على أدواتها.

أحدث الفيزيائي الألماني الأمريكي ألبرت أينشتاين الثورة التالية في فهمنا للجاذبية. أظهرت نظريته في النسبية العامة أن الجاذبية تنشأ من انحناء الزمكان، مما يعني أنه حتى أشعة الضوء، التي يجب أن تتبع هذا الانحناء، تنحني بواسطة أجسام ضخمة للغاية.

 

تم استخدام نظريات أينشتاين للتكهن بوجود الثقوب السوداء -وهي كيانات سماوية ذات كتلة كبيرة بحيث لا يمكن حتى للضوء الهروب من أسطحها. على مقربة من الثقب الأسود، لم يعد قانون الجذب العام لنيوتن يصف بدقة كيفية تحرك الأجسام، بل بالأحرى معادلات أينشتاين للمجال الموتر لها الأسبقية.

اكتشف علماء الفلك منذ ذلك الحين ثقوبًا سوداء حقيقية في الفضاء، حتى أنهم تمكنوا من التقاط صورة مفصلة للثقب الهائل الذي يعيش في مركز مجرتنا. شهدت تلسكوبات أخرى تأثيرات الثقوب السوداء في جميع أنحاء الكون.

يظل تطبيق قانون الجاذبية لنيوتن على الأجسام الخفيفة للغاية، مثل البشر والخلايا والذرات، نوعًا من الحدود غير المدروسة، وفقًا لفيزياء دقيقة. يفترض الباحثون أن مثل هذه الكيانات تجتذب بعضها البعض باستخدام نفس قواعد الجاذبية مثل الكواكب والنجوم، ولكن نظرًا لضعف الجاذبية، فمن الصعب معرفة ذلك على وجه اليقين.

قوة دائمة من الغموض:

تحير الجاذبية العلماء بطرق أخرى أيضًا. النموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، الذي يصف تصرفات جميع الجسيمات والقوى المعروفة تقريبًا، يتجاهل الجاذبية. بينما يحمل الضوء جسيم يسمى الفوتون، ليس لدى الفيزيائيين أي فكرة عما إذا كان هناك جسيم مكافئ للجاذبية، والذي يمكن أن يسمى الجرافيتون.

لا يزال الجمع بين الجاذبية في إطار نظري مع ميكانيكا الكم، وهو الاكتشاف الرئيسي الآخر لمجتمع الفيزياء في القرن العشرين، مهمة غير مكتملة. مثل هذه النظرية عن كل شيء كما هو معروف، قد لا تتحقق أبدًا.

 لكن الجاذبية ما زالت تُستخدم للكشف عن الاكتشافات الهائلة. في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي، أظهر عالما الفلك فيرا روبين وكينت فورد أن النجوم الموجودة على أطراف المجرات كانت تدور بسرعة أكبر مما ينبغي. كان الأمر كما لو أن كتلة غير مرئية كانت تسحبها بقوة الجاذبية، لتسلط الضوء على مادة نسميها الآن المادة المظلمة.

في السنوات الأخيرة، تمكن العلماء أيضًا من التقاط نتيجة أخرى لنسبية أينشتاين -موجات الجاذبية المنبعثة عندما تدور الأجسام الضخمة مثل النجوم النيوترونية والثقوب السوداء حول بعضها البعض. منذ عام 2017، فتح مرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) نافذة جديدة للكون من خلال اكتشاف الإشارة الخافتة للغاية لمثل هذه الأحداث.