گرانش و نور چه می‌دانیم؟
ساعت ٥:۳٦ ‎ب.ظ روز دوشنبه ٢٩ بهمن ،۱۳۸٦  

از گرانش و نور چه می‌دانیم؟  

گرانش (جاذبه) یکی از نیروهای چهارگانه و برای ما از همه آشناتر است.

در کودکی به ما یاد داده‌اند که هنگامی که بستنی می‌خوریم، اگر روی قالی بریزد یا وقتی از روی تاب به زمین می‌افتیم، گناه از نیروی گرانش است. اگر از شما بخواهند حدس بزنید که آیا نیروی جاذبه خیلی ضعیف یا خیلی قوی است، چه میگویید؟ احتمالا خواهید گفت: « فوق‌العاده قوی است!». در این صورت در اشتباه خواهید بود. این نیرو به‌مراتب، از سه نیروی دیگر ضعیف‌تر است. گرانشی که در زندگی روزمره ما، این قدر محسوس است، گرانش سیاره بسیار بزرگی است که روی آن زندگی می‌کنیم یا در حقیقت، برآیند گرانش همه ذرات موجود در زمین است. سهم هر ذره، ناچیز است. برای اندازه‌گیری جاذبه گرانشی ضعیف بین اشیاء کوچکی که هر روز با آن‌ها سروکار داریم، به‌دستگاه‌های خیلی‌ دقیق، نیازمندیم. ضمن این که گرانش همیشه حالت جذب دارد و هرگز دفع نمی‌کند، پس خصوصیت جمع‌پذیری دارد.

 جان ویلر فیزیکدان، مایل است گرانش را شبیه یک سیستم دموکراتیک فرض کند. هر ذره یک رأی دارد که می‌تواند بر هر ذره دیگر موجود در جهان اثر بگذارد. اگر ذرات جمع شوند و رأی جمعی بدهند(مثلاْ در یک ستاره یا زمین)، تأثیر بیشتری اعمال می‌کنند. جاذبه گرانش بسیار ضعیف تک‌تک ذرات، در اجسام بزرگی مثل زمین مانند همان رای دسته جمعی، با هم جمع می‌شوند و نیروی قابل توجهی پدید می‌آورند.

هر چقدر ذرات مادی که یک جسم را تشکیل می‌دهند، زیادتر باشد، جرم آن جسم بیشتر است. جرم با اندازه یک جسم تفاوت دارد. جرم تعیین می‌کند که چه قدر ماده در جسمی وجود دارد، یا تعداد آرا، در این رأی دسته جمعی چقدر است (بدون توجه به تراکم و تفرق این ذرات ماده)

سر ایزاک نیوتن، در سالهای 1600 پروفسور کرسی لوکاشین ریاضیات در کمبریج بود. وی همان مقامی را داشت که هاوکینگ امروزه دارد. نیوتن قوانینی را کشف کرد که چگونگی عمل گرانش را در شرایط کم و بیش عادی، توضیح می‌دهند. نخست این که اجسام درجهان درحال سکون نیستند. آن‌ها به‌حال سکون نمی‌مانند تا نیرویی آن‌ها را با کشیدن یا راندن به حرکت درآورد و سپس با « از کار افتادن » این نیرو، بار دیگر به حال سکون درآیند. بلکه بر عکس، اگر جسمی کاملاْ به حال خود گذارده شود، در امتداد یک خط راست بدون تغییر جهت و تغییر تندی به حرکت خود ادامه می‌دهد. بهترین دیدگاه آن است که فکر کنیم، در جهان، همه چیز در حال حرکت است. ما می‌توانیم سرعت یا جهت حرکت خود را نسبت به سایر اجسامی که در جهان وجود دارند، بسنجیم، اما نمی‌توانیم آن را نسبت به سکون مطلق یا چیزی مثل شمال و جنوب، بالا یا پایین مطلق اندازه‌گیری کنیم.

 

به عنوان مثال، اگر کره ماه در فضا تنها بود، در حال سکون نمی‌ماند بلکه در امتداد خط راست بدون تغییر سرعت، به حرکت خود ادامه می‌داد.

البته اگر ماه واقعاْ تنها بود، امکان نداشت که حرکت آن را به گونه‌ای که گفته شد، بیان کنیم زیرا چیزی نبود که حرکت ماه را به آن نسبت دهیم. اما ماه کاملاْ تنها نیست. نیرویی موسوم به گرانش، ماه را وادار می‌کند که تندی حرکت و جهت حرکت خود را تغییر دهد. این نیرو از کجا می‌آید؟ این نیرو از مجموعه آراء ذرات نزدیک به‌هم (جسمی با جرم زیاد) می‌آید که همان زمین باشد. ماه در برابر این تغییر، مقاومت می‌کند و سعی می‌کند که حرکت خود را روی یک خط راست نگه دارد. در همین حال، گرانش ماه نیز روی زمین تأثیر می‌گذارد. می‌دانیم که نمونه بارزش جذر و مد اقیانوس‌هاست.

نظریه گرانش نیوتن به ما می‌گوید که مقدار جرم یک جسم، چگونه بر شدت گرانش بین آن جسم و جسم دیگر، تأثیر می‌گذارد. اگر عوامل دیگر تغییر نکنند، هر قدر جرم زیادتر باشد، جاذبه شدیدتر خواهد بود. اگر زمین دو برابر جرم فعلی خود را داشت، جاذبه‌‌ای که بین زمین و ماه وجود دارد، نسبت به جاذبه کنونی آن، دو برابر می‌شد. اما اگر فاصله ماه تا زمین، دو برابر فاصله کنونی بود، شدت جاذبه بین آنها یک‌چهارم شدت فعلی می‌شد. (نظریه گرانش نیوتن را در کتب پایه فیزیک ببینید)

نظریه گرانش نیوتن، نظریه بسیار موفقی بود و تا 200 سال بعد، مورد تجدید نظر واقع نشد. هنوز هم ما از آن استفاده می‌کنیم در حالی که می‌دانیم، در بعضی شرایط، مثلاْ اگر نیروهای گرانشی فوق‌العاده شدید باشند(به عنوان مثال در نزدیکی یک سیاهچاله)، یا زمانی که اجسام با سرعتی معادل نور حرکت کنند، این نظریه دیگر صادق نیست.

آلبرت اینشتین، در اوایل این قرن، به مشکلی در نظریه نیوتن پی برد. دانستیم که نیوتن، شدت گرانی بین دو جسم را به فاصله آنها، مربوط می‌دانست. در صورتی که این فرضیه درست باشد، اگر خورشید در یک لحظه به هر دلیلی به فاصله خیلی دورتر از زمین برود، می‌بایستی جاذبه بین خورشید و زمین در همان لحظه تغییر کند. آیا چنین چیزی ممکن است؟

نظریه نسبیت خاص اینشتین می‌گوید که سرعت نور ثابت است. در هر مکان از جهان و با هر سرعتی که اجسام حرکت کنند، سرعت نور تغییر ناپذیر است و هیچ سرعتی، بالاتر از سرعت نور نیست. نور خورشید در زمانی معادل 8 دقیقه به ما می‌رسد. بنابراین، ما همیشه خورشید را آن طور می‌بینیم که هشت دقیقه پیش بوده است. اگر خورشید از زمین دور شود، 8 دقیقه بعد، ما به هر اثری که این تغییر فاصله داشته باشد، پی خواهیم برد. برای 8 دقیقه،‌ما خورشید را در همان مدار می‌بینیم که قبلاً دیده‌ایم. مثل اینکه خورشید حرکتی نکرده است. به عبارت دیگر، اثر گرانی یک جسم بر جسم دیگر، نمی‌تواند فوراْ تغییر کند! زیرا سرعت انتقال گرانش که زیادتر از سرعت نور نیست. اطلاع از اینکه خورشید چه اندازه دور شده است، نمی‌تواند فوراْ از طریق فضا به ما برسد. این اطلاع‌رسانی، به هر وسیله‌ای که باشد، سریعتر از سرعت نور، یعنی 300000 کیلومتر در ثانیه که نخواهد بود. بنابر این، روشن است که اگر بخواهیم در باره حرکت اجسام در جهان گفتگو کنیم، واقع بینانه نخواهد بود که تنها سه بعد فضا را در نظر بگیریم. اگر هیچ چیز نمی‌تواند سریعتر از نور منتقل شود، چیزهایی در فاصله‌های نجومی، صرفاْ بدون یک عامل زمان نه برای ما وجود دارند و نه برای خود آن چیزها بین یکدیگر! توصیف جهان در سه بعد همان قدر ناکافی است که بخواهیم یک مکعب را در دو بعد توصیف کنیم. بسیار پرمعنی‌تر خواهد بود که بعدی به‌نام زمان را به ابعاد دیگر اضافه کنیم. یعنی بپذیریم که در واقع، چهار بعد وجود دارد و به بحث فضا ـ زمان بپردازیم.

بر گرفته شده از سایت :http://fiziknesbiat.persianblog.com

 


کلمات کلیدی: