جاذبية.ربما لا يفكر الشخص العادي في الأمر بشكل يومي ، لكن الجاذبية تؤثر في كل حركة نقوم بها. بسبب الجاذبية ، نسقط (وليس لأعلى) ، وتتحطم الأجسام على الأرض ، ولا نطير في الفضاء عندما نقفز في الهواء. القول المأثور القديم ، 'كل ما يصعد يجب أن ينزل' منطقي تمامًا للجميع لأنه منذ يوم ولادتنا ، يبدو أننا مرتبطون بسطح الأرض بسبب هذه القوة الخفية الشاملة.
لكن الفيزيائيين يفكرون في الجاذبية طوال الوقت. بالنسبة لهم ، الجاذبية هي أحد الألغاز التي يجب حلها من أجل الحصول على فهم كامل لكيفية عمل الكون.
إذن ، ما هي الجاذبية ومن أين أتت؟
بصراحة ، لسنا متأكدين تمامًا.
الجرافيك مجاملة من جامعة تينيسي نوكسفيل.
نعلم من إسحاق نيوتن وقانون الجاذبية الخاص به أن أي جسمين في الكون يمارسان قوة جذب على بعضهما البعض. تعتمد هذه العلاقة على كتلة الجسمين والمسافة بينهما. كلما زادت كتلة الجسمين وقصر المسافة بينهما ، زادت قوة الجذب لقوى الجاذبية التي يبذلانها على بعضهما البعض.
نعلم أيضًا أن الجاذبية يمكن أن تعمل في نظام معقد يحتوي على عدة أشياء. على سبيل المثال ، في نظامنا الشمسي ، لا تمارس الشمس الجاذبية على جميع الكواكب فقط ، وتبقيها في مداراتها ، ولكن كل كوكب يمارس قوة الجاذبية على الشمس ، وكذلك جميع الكواكب الأخرى أيضًا ، بدرجات متفاوتة بناءً على الكتلة والمسافة بين الأجسام. وهو يتجاوز نظامنا الشمسي فقط ، كما هو الحال في الواقع ، كل جسم له كتلة في الكون يجذب كل جسم آخر له كتلة - مرة أخرى ، كل ذلك بدرجات متفاوتة بناءً على الكتلة والمسافة.
عرض للجاذبية مع الكرات على لوح مطاطي. الائتمان: جامعة ستانفورد.
من خلال نظريته النسبية ، أوضح ألبرت أينشتاين كيف أن الجاذبية أكثر من مجرد قوة: إنها انحناء في استمرارية الزمكان. هذا يبدو وكأنه شيء مستوحى من الخيال العلمي ، ولكن ببساطة ، تتسبب كتلة الجسم في انحناء وانحناء الفضاء حوله. غالبًا ما يتم تصوير هذا على أنه كرة ثقيلة تجلس على لوح مطاطي ، بينما تسقط كرات أخرى أصغر نحو الجسم الثقيل لأن الصفيحة المطاطية ملتوية من وزن الكرة الثقيل.
في الواقع ، لا يمكننا رؤية انحناء الفضاء مباشرة ، لكن يمكننا اكتشافه في حركات الأجسام. يتأثر أي جسم 'عالق' في جاذبية جرم سماوي آخر لأن الفضاء الذي يتحرك خلاله منحني باتجاه ذلك الجسم. إنه مشابه للطريقة التي يمكن أن تتدحرج بها العملة لأسفل إحدى ماكينات الأعاصير ذات الفتحات الصغيرة التي تراها في المحلات السياحية ، أو الطريقة التي تدور بها الدراجات حول مضمار حلزوني.
رسم متحرك ثنائي الأبعاد يوضح كيفية عمل الجاذبية. عبر مكان الفضاء التابع لناسا ..
يمكننا أيضًا رؤية تأثيرات الجاذبية على الضوء في ظاهرة تسمى عدسة الجاذبية. إذا كان جسم ما في الفضاء ضخمًا بدرجة كافية - مثل مجرة كبيرة أو مجموعة من المجرات - فقد يتسبب ذلك في انحناء شعاع ضوء مستقيم حوله ، مما يؤدي إلى حدوث تأثير عدسي.
تظهر الصور من تلسكوب هابل الفضائي تأثير عدسة الجاذبية. الائتمان: ناسا / وكالة الفضاء الأوروبية.
لكن هذه التأثيرات - حيث توجد منحنيات وتلال ووديان في الفضاء - تحدث لأسباب لا يمكننا شرحها بشكل كامل. إلى جانب كونها خاصية للفضاء ، فإن الجاذبية هي أيضًا قوة (لكنها أضعف القوى الأربع) ، وقد تكون أيضًا جسيمًا. اقترح بعض العلماء أن جسيمات تسمى الجرافيتونات تسبب انجذاب الأجسام لبعضها البعض. لكن الجرافيتونات لم تُرصد أبدًا. فكرة أخرى هي أن موجات الجاذبية تتولد عندما يتم تسريع جسم ما بواسطة قوة خارجية ، لكن هذه الموجات لم يتم اكتشافها بشكل مباشر أيضًا.
يتفكك فهمنا للجاذبية على كل من الصغير جدًا والكبير جدًا: على مستوى الذرات والجزيئات ، تتوقف الجاذبية عن العمل. ولا يمكننا وصف دواخل الثقوب السوداء ولحظة الانفجار العظيم دون أن تنهار الرياضيات تمامًا.
تكمن المشكلة في أن فهمنا لكل من فيزياء الجسيمات وهندسة الجاذبية غير مكتمل.
'بعد الانتقال من الفهم الفلسفي الأساسي لسبب سقوط الأشياء إلى الأوصاف الرياضية لكيفية تسريع الأشياء إلى أسفل منحدرات من جاليليو ، إلى معادلات كبلر التي تصف حركة الكواكب إلى صياغة نيوتن لقوانين الفيزياء ، إلى صيغ النسبية لأينشتاين ، فقد قمنا ببناء و بناء رؤية أشمل للجاذبية. قالت الدكتورة باميلا جاي ، لكننا ما زلنا غير مكتملين. 'نحن نعلم أنه لا تزال هناك حاجة إلى طريقة ما لتوحيد ميكانيكا الكم والجاذبية وأن نكون في الواقع قادرين على كتابة المعادلات التي تصف مراكز الثقوب السوداء واللحظات الأولى للكون. لكننا لم نصل إلى هناك بعد '.
وهكذا ، يبقى اللغز ... حتى الآن.
يساعد فيديو 'Minute Physics' هذا في شرح ما نعرفه عن الجاذبية:
لقد كتبنا العديد من المقالات حول الجاذبية لـ Universe Today. هَذَا مَقَالُ عَنْ الجاذبية والمادة المضادة ، وها هي مقالة عن اكتشاف الجاذبية . هذه يناقش المقال الأخير كيف ينظر البحث الأخير في فيزياء الكم لتفسير الجاذبية.
إذا كنت ترغب في الحصول على مزيد من المعلومات حول Gravity ، فتحقق من ذلك سحب الجاذبية المستمر: كيف يعمل؟ ، وهنا رابط إلى الجاذبية على الأرض مقابل الجاذبية في الفضاء: ما الفرق؟ .
لقد سجلنا أيضًا حلقة كاملة من Astronomy Cast كل شيء عن Gravity. استمع هنا، الحلقة 102 .
لمزيد من القراءة:
كورنيل علم الفلك
يوتا نوكسفيل