یکی از معماهای حل نشده در دنیای فیزیک ماهیت «جاذبه» است. اگرچه نیوتن و انیشتن تلاش فراوانی برای شناخت این پدیده کرده‌اند، همچنان این پدیده روی واقعی خود را به فیزیکدانان نشان نداده است.
جاذبه یکی از چهار نیروی شناخته شده در فیزیک است. اما شناخت فیزیکدانان از این نیرو درحال تغییر و تحول است.
به‌راستی چه چیزی می‌تواند از نیروی جاذبه برای ما ملموس‌تر باشد؟ یک شیء را رها کنید و بلافاصله جاذبه بر آن مسلط می‌شود. همچنین در مدرسه می‌آموزیم که جاذبه، ماه و زمین را در مدار خود نگه می‌دارد و سبب می‌شود تا زمین در مدار خود به دور خورشید و ماه نیز در مدار خود به دور زمین مستقر شده و به گردش خود ادامه دهد.
این جاذبه است که سبب می‌شود پاهایمان را با اطمینانِ خاطر روی زمین قرار دهیم و محکم بایستیم. جاذبه‌ای که مسیر توپ هر بسکتبالیست را تعیین می‌کند و گویی برای پرتاب هر موشکی به فضا مسیر آن را تحت کنترل خود دارد. به‌طور خلاصه باید گفت که جاذبه، اجزای جهان هستی را در کنار هم مستقر می‌کند.
جاذبه یکی از چهار نیروی شناخته شده‌ی فیزیک است. سه نیروی دیگر نیروهای الکترومغناطیسی هستند که در حوزه الکتریسیته، مغناطیس، نور و یک جفت نیروی هسته‌ای که در مسافت‌های کوتاهِ درونِ اتم حکم‌فرمایی می‌کنند. اما برخلاف آنچه تصور می‌کنید، جاذبه ضعیف‌ترین نیرو در میان سایر نیروهای شناخته شده است؛ کافی است یک آهنربای کوچک را روی سوزن آهنی بگیرید. این آهنربای کوچک می‌تواند سوزن را از روی زمین بلند کند، درحالیکه جاذبه‌ی زمین هم با وجود جرم عظیمی که دارد درحال جذب کردن این سوزن است، اما برنده‌ی این کشمکش آهنربای کوچک است.
نگرش دانشمندان به جاذبه از زمان نیوتن و داستان «افتادن سیب از درخت» تاکنون دچار تغییر و تحول فراوانی شده است و همچنان هم در حال تغییر است. هرگونه آگاهی جدیدی نسبت به نیروی گرانش می‌تواند نوری بر دنیای ناشناخته فیزیک بیفکند و درک دانشمندان را از دنیا دستخوش تغییر کن
جاذبه از منظر زیبای نیوتن
در سال ۱۶۶۶، نیوتن از دانشگاه کمبریج به خانه‌ی خود در یکی از مناطق ییلاقی واقع در انگلستان برگشته بود. وی در آن زمان ۲۳ سال داشت. آنگونه که نیوتن سال‌ها بعد به یک زندگینامه‌نویس شرح می‌داد، روزی هنگام ظهر که نیوتن تصمیم داشت فقط استراحت کند و در دنیای تامل و تعمق سیر کند، ناگهان سیبی از درخت افتاد و ایده‌ی جاذبه به ذهن او خطور کرد. نیوتن به جرات از اولین کسانی بود که متوجه شد سیب از درخت به سوی زمین حرکت کرده و پایین می‌افتد. اما آن چیزی که نگرش او را جذاب و متمایز می‌سازد این است که نیوتن موفق شد که به کمک ریاضی اثبات کند و نشان دهد که نیرویی که قادر است سیب را به سوی زمین بکشد، همان نیرویی است ماه را در مدار گردش خود به دور زمین نگه می‌دارد.
تمامی اجرام در جهان هستی یکدیگر را جذب می‌کنند؛ این قانونی است که در بطن نظریه‌ی جاذبه‌ی نیوتن نهفته است و امروزه به‌عنوان قانون جهانی گرانش از آن یاد می‌شود. عاملی که تعیین کننده‌ی مقدار این جاذبه است جرم اجسام است؛ میزان جرم رابطه‌ی مستقیمی با نیروی جاذبه آن جسم دارد. به عبارتی هرچه جرم یک جسم بیشتر باشد جاذبه‌ی ناشی از آن هم قوی‌تر خواهد بود.
نیروی جاذبه‌ای که دو جسم به یکدیگر وارد می‌کنند با فاصله‌ی میان آن دو رابطه‌ی عکس دارد. یعنی نیروی جاذبه با افزایش فاصله میان دو جسم کاهش میابد. همان‌طور که فیزیکدانان اظهار داشتند، جاذبه با مربع (مجذور) فاصله‌ی میان دو جسم رابطه‌ی عکس دارد. درواقع این فرمول بیان می‌کند که اگر فاصله دو جسم «دو برابر» شود، آنگاه میزان نیروی جاذبه‌ای که دو جسم به همدیگر وارد می‌کنند «یک چهارم» می‌شود.
نیوتن دیدگاه خود را درباره‌ی نیروی جاذبه اینگونه شرح می‌دهد:
تمام اجسام صرف‌نظر از فاصله و موقعیت مکانی، نسبت به یکدیگر جاذبه دارند.
اما مسئله‌ای در مورد جاذبه وجود داشت که همواره نیوتن را به فکر وامی‌داشت؛ چگونه این نیرو قادر است در فضای خالی همچنان برقرار باشد؟
ریچارد پانک نویسنده‌ی کتاب «جاذبه‌ی مرموزِ زیر پای ما» در نیویورک می‌گوید:
وجود نیروی جاذبه از مسافت‌های دور برای نیوتن قابل توجیه نبود. نیوتن تا روز آخر زندگی خود همیشه می‌گفت شاید روزی بتوانیم از راز و رمز این پدیده پرده برداریم و دریابیم که جاذبه چگونه چنین اثری از خود به‌جای می‌گذارد.
اینشتین انقلاب به‌پا می‌کند
راز و رمزی که نیوتن به‌دنبال آن بود پس از دویست سال توسط آلبرت اینشتین فاش شد. اینشتین نظریه‌ی معروف نسبیت عام را بنیان نهاد. نیوتن جاذبه را یک نیرو توصیف می‌کرد. درحالیکه انیشتن جاذبه را مربوط به تغییر شکل و خمیدگی بستر مکان می‌داند.
پانک توضیح می‌دهد:
در تصور نیوتن، جاذبه کنشی است که در سرتاسر فضا گسترده می‌شود. اما از دیدگاه اینشتین جاذبه تعاملی است میان فضا و اجسام.
در این تصویر اینشتین را پای تخته‌سیاه می‌بینید که متعلق به سال ۱۹۳۲ در رصدخانه‌ی «کوهستان ویلسون» واقع در اطراف لس آنجلس است. اخیرا، اخترشناسان از تلسکوپ این رصدخانه استفاده کردند تا نشان دهند جهان هستی در حال گسترش است.
باید اعتراف کنیم که درک خمیدگی فضا بسیار دشوار است. برای اینکه این پدیده را در ذهن خود تصور کنیم می‌توانیم یک توپ بولینگ را در نظر بگیریم؛ سپس این توپ را روی پارچه‌ای قرار دهید که با فاصله‌ی یک متر از زمین روی هوا معلق است و از اطراف به دیواره‌های محکمی وصل شده است. به محض قرارگیری توپ بولینگ روی این پارچه، وزن توپ سبب می‌شود خمیدگی در سطح پارچه ایجاد شود. حالا کافی است تیله‌های کوچکی را در اطراف این توپ روی پارچه قرار دهید. رفتار این تیله‌ها به‌گونه‌ای است که تصور می‌کنید توپ بولینگ در حال جذب کردن این تیله‌ها است. اما درواقع، انحنای سطح پارچه سبب می‌شود که تیله‌ها به حرکت درآیند. در این ویدئو سعی شده است تا این تمثیل به تصویر کشیده شود.
آیا مفهوم جدیدی که اینشتین در خصوص جاذبه ارائه می‌کند، نظریه‌ی نیوتن را رد می‌کند؟ پاسخ منفی است. نظریه‌ی اینشتین درباره‌ی گرانش فقط کامل‌تر و دقیق‌تر است. اگر می‌خواهید بدانید که یک توپ بیسبال چه زمانی و در چه نقطه‌ای روی زمین فرود می‌آید یا خورشیدگرفتگی و ماه‌گرفتگی بعدی چه زمانی اتفاق می‌افتد یا مشغول محاسباتی از این دست هستید، باید گفت که قانون جاذبه‌ی نیوتن برای حل اینگونه مسائل کفایت می‌کند. اما در برخی موارد خاص، مثلا هنگام انجام محاسباتی که با اجرام بسیار عظیم مانند سیاه‌چاله‌ها سروکار دارند باید از معادلات دقیق‌تر اینشتین استفاده کنید. جالب است بدانید که فقط از طریق نسبیت عام اینشتین می‌توانیم عملکرد اعجاب‌انگیز سیاه‌چاله‌ها و پدیده‌هایی مانند امواج گرانشی را درک کنیم.
در مجموع دانشمندان گرانش را همچون نیوتن بیشتر به شکل یک نیرو در نظر می‌گیرند. حتی فضانوردان هم بیشتر تمایل دارند تا جاذبه را یک نیرو تلقی کنند. در دسامبر سال ۱۹۶۸، یک فضانورد به‌نام بیل آندرس، هنگامی‌که موشک فضاپیمای آپولو ۸ از کره‌ی ماه بازگشت، جمله‌ای را بیان کرد که حاوی پیام زیرکانه‌ای بود:
من فکر می‌کنم نیوتن سهم بیشتری در راندن این فضاپیما داشته است.
آینده‌ی گرانش چگونه رقم می‌خورد؟
با آن‌که نظریه‌ی نسبیت عام اینشتین بسیار موفق بوده و به سوالات و ابهامات بسیار زیادی در دنیای فیزیک پاسخ داده است، احتمالا قطعه‌ی آخر برای تکمیل این پازل شگفت‌انگیز نیست؛ چراکه تاکنون هیچکس موفق نشده این تئوری را با نظریه‌ی بزرگتری در فیزیک یعنی مکانیک کوانتوم تلفیق کند. مکانیک کوانتوم، فعالیت‌های ذرات زیراتمی را توصیف می‌کند. پانک می‌گوید:
گرانش تنها نیرویی است که در دنیای کوانتوم توضیحی برای آن وجود ندارد.
مشکل ما این است که نظریه‌ی نسبیت عام با نظریه‌ی مکانیک کوانتوم سازگاری چندانی ندارد. گرانش تنها نیرویی است که در دنیای کوانتوم توضیحی برای آن وجود ندارد.
فیزیکدانان امیدوار هستند که در آینده، نظریه‌ی جدید و جامع‌تری در فیزیک قادر به تلفیق تئوری نسبیت عام و مکانیک کوانتوم باشد. زمانی‌که چنین نظریه‌ای جای خود را در دنیای فیزیک پیدا کند، جاذبه‌ی مرموز از منظر دیگری در دید فیزیکدان‌ها خودنمایی می‌کند.
ارسال مطلب به ایمیل دوستاتون:
