از نیروهای بنیادین طبیعت که در جرم های بالاتر بیشتر است From Wikipedia, the free encyclopedia
گِرانِش یا گرانی یا جاذبه[۱] (به انگلیسی: Gravity) یک پدیدهٔ طبیعی است که در آن همهٔ اجسامِ جِرم مند (دارای جرم) یکدیگر را جذب میکنند. تأثیر گرانش بر این اجسام، یعنی تأثیر جذب یک جسم جرممند، بر جسم جرممند دیگر، یا به درکِ سادهتر، هر جسم بر جسمِ دیگر؛ و ما آن را به صورت وزن بر خود میبینیم.
از آشناترین نمودهای گرانش فروافتادن سیب از درخت است یا جذبِ وزنِ اشیاء فیزیکی و بهکارگیری نیروی تمایل دهنده رو به پایین بر آنها. پدیدهٔ گرانش معمولاً در مقیاسهای بزرگ یا خیلی بزرگ هنگامی که جرمِ دستکم یکی از اجسام درگیر، خیلی زیاد است رخ مینماید؛ بنابراین نمودهای گرانش در حرکت اجسام آسمانی و مسیر سیارهها به گرد خورشید دیده میشود.
جاذبه که به عنوان جاذبه گرانشی نیز شناخته میشود، جاذبه متقابل بین همه تودههای جهان است. گرانش جاذبه گرانشی در سطح یک سیاره یا دیگر جرمهای آسمانی است؛[۵] «گرانش» ممکن است علاوه بر گرانش، نیروی گریز از مرکز ناشی از چرخش سیاره را نیز شامل شود.[۶]
مقاله اصلی: تاریخچه نظریه گرانشی
ماهیت و مکانیسم گرانش توسط طیف وسیعی از دانشمندان باستانی مورد بررسی قرار گرفت. در یونان، ارسطو معتقد بود که اجسام به سمت زمین میافتند زیرا زمین مرکز جهان است تمام جرم موجود در جهان را به سمت خود جذب میکند. او همچنین فکر میکرد که سرعت یک جسم در حال سقوط باید با وزن آن افزایش یابد، نتیجه ای که بعدها نادرست بودن آن نشان داده شد.[۷] در حالی که دیدگاه ارسطو در سراسر یونان باستان بهطور گسترده پذیرفته شده بود، متفکران دیگری مانند پلوتارک وجود داشتند که به درستی پیشبینی کردند که جاذبه گرانش منحصر به زمین نیست.[۸]
اگرچه او گرانش را به عنوان یک نیرو درک نمیکرد، ارشمیدس فیلسوف یونان باستان مرکز ثقل یک مثلث را کشف کرد.[۹] او فرض کرد که اگر دو وزن مساوی مرکز ثقل یکسانی نداشته باشند، مرکز ثقل دو وزن باهم در وسط خطی است که به مراکز ثقل آنها میپیوندد.[۱۰] دو قرن بعد، مهندس و معمار رومی Vitruvius در De architectura خود استدلال کرد که گرانش به وزن یک ماده بستگی ندارد، بلکه به «ماهیت» آن بستگی دارد.[۱۱] در قرن ششم پس از میلاد، محقق اسکندریه بیزانس، جان فیلوپونوس، نظریه انگیزه را پیشنهاد کرد، که نظریه ارسطو را مبنی بر اینکه «ادامه حرکت بستگی به ادامه عمل یک نیرو دارد» را با ترکیب یک نیروی علّی که با گذشت زمان کاهش مییابد، اصلاح میکند.[۱۲]
در قرن هفتم پس از میلاد، ریاضیدان و ستارهشناس هندی براهماگوپتا این ایده را مطرح کرد که گرانش نیروی جاذبی است که اجسام را به سمت زمین میکشد و برای توصیف آن از اصطلاح گوروتواکارشان استفاده کرد.[۱۳][۱۴][۱۵]
در خاورمیانه باستان، گرانش موضوع بحث شدیدی بود. روشنفکر ایرانی ابوریحان بیرونی معتقد بود که سایر اجرام آسمانی نیز باید جاذبه گرانشی داشته باشند.[۱۶] در مقابل، خازنی همان موضع ارسطو را داشت که تمام مواد موجود در جهان به مرکز زمین جذب میشوند.[۱۷]
مقاله اصلی: قانون جهانی گرانش نیوتن
فرمولاسیون اصل همارزی عبارت است از:
همچنین ببینید: آشنایی با نسبیت عام
انیشتین پیشنهاد کرد که فضازمان توسط ماده، منحنی میشود و اجرامِ آزادِ در حال سقوط، و در حال حرکت، در امتداد مسیرهای محلی مستقیم در فضازمان، خمیده هستند. این مسیرهای مستقیم به نام ژئودزیک خوانده میشوند. مانند قانون اول حرکت نیوتن، تئوری انیشتین میگوید که اگر یک نیرویی بر جسم اعمال میشود، ممکن است آن را از ژئودزیک منحرف کند. به عنوان مثال، ما تا وقتی که ایستادهایم، از ژئودزیکی پیروی نخواهیم کرد، زیرا که مقاومتِ مکانیکیِ زمین، یک نیروی رو به بالا بر ما اعمال میکند و در نتیجه، ما بر روی زمین غیرساکن هستیم. این توضیح میدهد که چرا حرکت در امتداد ژئودزیک در فضازمان، ساکن در نظر گرفته شده است.
آزمونهای نسبیت عام شامل موارد و نتایج زیر است:
در فیزیک مدرن، نسبیت عام چارچوبی برای درک گرانش باقی میماند.[۳۲] فیزیکدانان به کار برای یافتن راه حلهایی برای معادلات میدان انیشتین که اساس نسبیت عام را تشکیل میدهند، ادامه میدهند، در حالی که برخی از دانشمندان حدس میزنند که نسبیت عام ممکن است اصلاً در سناریوهای خاصی قابل اجرا نباشد.[۳۳]
معادلات میدان انیشتین سیستمی از ۱۰ معادله دیفرانسیل جزئی است که چگونگی تأثیر ماده بر انحنای فضازمان را توصیف میکند. سیستم اغلب به این شکل بیان میشود
https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/af02c490b2f4c2a53af6cb41e344ec514a7b1f5f
که در آن Gμν تانسور اینشتین است، gμν تانسور متریک، Tμν تانسور تنش-انرژی، Λ ثابت کیهانی، G ثابت نیروی گرانش است و c سرعت نور.[۳۴]
ثابتhttps://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c84041b96187448c82749df5c23e1414ce6bf7e2 به عنوان ثابت گرانشی انیشتین نامیده میشود.[۳۵]
حوزه اصلی تحقیق، کشف راه حلهای دقیق معادلات میدان انیشتین است. حل این معادلات معادل محاسبه یک مقدار دقیق برای تانسور متریک (که انحنا و هندسه فضازمان را مشخص میکند) در شرایط فیزیکی خاص است. هیچ تعریف رسمی برای اینکه چه چیزی چنین راه حلهایی را تشکیل میدهد وجود ندارد، اما اکثر دانشمندان موافق هستند که آنها باید با استفاده از توابع ابتدایی یا معادلات دیفرانسیل خطی قابل بیان باشند.[۳۶] برخی از قابل توجهترین راه حلهای معادلات عبارتند از:
راه حل کیهانی فریدمن-لومتر-رابرتسون-واکر که در سال ۱۹۲۲ توسط الکساندر فریدمن کشف شد و سپس در سال ۱۹۲۷ توسط ژرژ لماتر تأیید شد. این راه حل برای پیشبینی انبساط جهان انقلابی بود، که هفت سال بعد پس از یک سری اندازهگیری توسط ادوین هابل تأیید شد.[۴۳] حتی نشان داد که نسبیت عام با جهان ایستا ناسازگار است، و اینشتین بعداً پذیرفت که اشتباه کرده است که معادلات میدان خود را برای توضیح جهانی که در حال انبساط نیست طراحی کرده است.[۴۴]
امروزه، بسیاری از موقعیتهای مهم باقی مانده است که در آنها معادلات میدان انیشتین حل نشده است. مهمترین آنها مسئله دو جسم است که مربوط به هندسه فضا-زمان در اطراف دو جرم پرجرم متقابل، مانند خورشید و زمین، یا دو ستاره در یک سیستم ستاره ای دوتایی است. با در نظر گرفتن فعل و انفعالات سه جسم پرجرم یا بیشتر ("مسئله n-جسم") وضعیت حتی پیچیدهتر میشود و برخی از دانشمندان گمان میکنند که معادلات میدان انیشتین هرگز در این زمینه حل نخواهد شد.[۴۵] با این حال، هنوز هم میتوان با استفاده از تکنیک بسط پسانیوتنی، یک راه حل تقریبی برای معادلات میدان در مسئله n-جسم ساخت.[۴۶] بهطور کلی، غیرخطی بودن شدید معادلات میدان انیشتین، حل آنها را در همه موارد به جز خاصترین موارد دشوار میکند.[۴۷]
اجرام آسمانی و زمینی مِثل ماهوارهها و پرتابههای آنها، یا هر آنچه که در مِدار است، همگی از یک قانون پیروی میکنند.
مقاله اصلی: گراویتون و مکانیک کوانتومی
مقاله اصلی: آزمونهای نسبیت عام
آزمایش پیشبینیهای نسبیت عام از نظر تاریخی دشوار بوده است، زیرا آنها تقریباً مشابه پیشبینیهای گرانش نیوتنی برای انرژیها و جرمهای کوچک هستند. با این حال، از زمان توسعه آن، یک سری نتایج آزمایشی مداوم از این نظریه پشتیبانی کرده است:[۵۶]
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.