گرانش

تاریخچه

400 سال پیش از میلاد دانشمند یونان باستان ارسطو که به معلم اول هم ملقب شده است با توجه به عقیده چهار عنصر بر این باور بود که هر چیزی در جهان هستی به منشا خودش باز می گردد ؛ برای مثال : دود چون از عنصر هوا است به هوا باز میگردد .

تمامی این باور ها کاملا اشتباه بود و بعد از گذشت چند هزار سال گالیله تعریف جدیدی از گرانش ارائه کرد . گالیله اولین نفری بود که در مورد نیروی گرانش تحقیقات و آزمایشاتی انجام داده بود . آزمایش معروف او را همه بار ها شنیده ایم .

گالیله در قرن شانردهم دو گوی با جرم های متفاوت را از بالای برج کج پیزا رها کرده و در مورد زمان برخورد آنها نتیجه ای جالب بدست آورد و نتیجه آزمایش این بود که هر دو گوی یک زمان به زمین رسیدند . با این حال گالیله هم علت این که یک زمان گوی ها به زمین افتادند را نمیدانست !

بعد از این ماجرا کپلر کشف عجیب و مخالف با باور های هزار ساله مردم در مورد مدار حرکت سیارات خورشید مرکزی و ستاره ها کرد .

تمامی این رویداد ها و قوانین جدید با باور ها ی ارسطو و عقیده های مردم و کلیسا مخالفت داشت و نیاز به شجاعت برای ابراز آن بود که گالیله و کپلر با شجاعت ایستادگی کردند و حقایق بدست آمده را گفتند و سکوت نکردند .

نظریات نیوتون در مورد گرانش

نیوتون با این سوال شروع کرد که چرا یک میوه همانند سیب باید به زمین بیوفتد و او فهمید که در جهان هستی هر دو جسمی که جرم دارند به یکدیگر نیرو وارد میکنند .

نتیجه ای که او بدست آورد توانست علت نتیجه های قبلی مانند آزمایش گالیله و جواب سوال هایی همچون سوال های کپلر در مورد سیارات ، خورشید مرکزی و ... به سرانجام برساند .

نیروی گرانش = ثابت جهانی گرانش * جرم جسم اول * جرم جسم دوم / فاصله ی دو جسم به توان دو

نیوتون توانست که خرافات قدیمی را کنار بزند و قونین جدیدی را ثابت کند که جهان ما بر پایه آنها استوار بود اما با اینکه نیوتون تحول عظیمی در فیزیک ایجاد کرد نتوانست علت اینکه چرا گرانش وجود دارد را بیابد .

پس تا اینجا متوجه شدیم که گرانش یک پدیده طبیعی است که در آن همه ی اجسامی که دارای جرم هستند یکدیگر را جذب می کنند و معروف ترین مثال برای این پدیده افتادن سیب از درخت است .

گرانش و فیزیک جدید

در قرن بیستم اینیشتن و دانشمندان هم عصر خود تحولات عظیمی را در دنیای فیزیک ایجاد کردند .

نسبیت خاص و نسبیت عام اینیشتن و بعد مکانیک کوانتوم ، نظریات بسیاری را بررسی و قوانین جدیدی را ارایه کردند .

فیزیک جدید اینیشتن در سرعت های بسیار بالا و ابعاد بسیار ریز پاسخگوی سوال ها بود اما فیزیک کلاسیک که آن را با نام فیزیک نیوتونی نیز می شناسیم در این ابعاد و سرعت پاسخگوی مسائل نبود .

حال باید این دو نظریه را در مورد یک پدیده بررسی کنیم . برای نسبیت خوب است که برای درک بهتر پست قبلی بنده را در مورد فضا و زمان مطلق را مطالعه کنید .

اینیشتن ابتدا نظریه نسبیت خاص را مطرح کرد و هنگامی که متوجه شد این نظریه برای اجسام شتابدار پاسخگو نیست نظریه جامع تری بنام نظریه نسبیت عام مطرح کرد .

بطور ساده و خلاصه بگوییم ؛ نسبیت به ما می گوید که فضا و زمان خم میشوند و هرچیز در این فضا جرمش بیشتر باشد خمیدگی بیشتری را ایجاد می کند . به عنوان مثال : یک صفحه پلاستیکی یا یک پارچه ای در نظر بگیرید و یک گوی روی آن بیاندازید ، این گوی همان خورشید است که فضا را خم کرده حال چند تیله را روی این پارچه رها کنید ؛ می بینید که با توجه به خمیدگی ایجاد شده توسط خورشید فرضی ما شروع به حرکت کرده و با توجه به سرعت اولیه سیارات فرضی ما میتوانند دور خورشید حرکت کنند .

پس نسبیت گرانش را به عنوان یک ویژگی هندسی فضا - زمان ( نه یک نیرو ) می داند .

مکانیک کوانتوم

با توجه به نظریه مکانیک کوانتوم گرانش یکی از چهار نیروی طبیعی در جهان است . این چهار نیروی اساسی جهان متشکل از گرانش ، نیروی الکترومغناطیس ، نیروی هسته ای ضعیف و نیروی هسته ای قوی است که گرانش در میان آنها از همه ضعیف تر است . با توجه به ضعیف بودن این نیرو پس میتوان گفت که گرانش تاثیر ناچیزی در ذرات ریز اتمی دارد بنابراین در محاسبات این ذرات زیر اتمی که نیروهای دیگری نیز هستند ، میتوان از نیروی گرانش چشم پوشی کرد .

اما نظریه مکانیک کوانتوم در مورد گرانش چیست ؟ آیا به نتیجه ای رسیده است ؟

کوانتوم در مورد موضوعی متفاوت از نسبیت صحبت می کند ؛ کوانتوم در مورد گراویتون می گوید .

گراویتون چیست ؟

در حقیقت گراویتون یک نظریه است و تا بحال آشکار نشده و به اثبات نرسیده است بنابراین گراویتون یک ذره بنیادی فرضی است که می گوید گرانش را ذراتی منتقل می کنند که جرم و بار الکتریکی ندارند .

در آخر باید بگوییم که ما هنوز درک درستی از ماهیت گرانش از نظر مکانیک کوانتومی نداریم و بهترین نظریه موجود برای توصیف گرانش همان نظریه نسبیت عام اینیشتن است .