عندما نحدق في السماء المرصعة بالنجوم ، هل فكرنا يوما في الجر غير المرئي بين النجوم؟ كان العلماء يستكشفون هذا الجاذبية الغامضة لعدة قرون. من جاذبية نيوتن إلى فكرة أينشتاين عن انحناء الزمكان ، خضع فهمنا للجاذبية لتطور ثوري عميق.
في زمن نيوتن ، اقترح قانون الجاذبية الذي يصنع العصر. تنص هذه النظرية على أن هناك قوة جذب متبادل بين أي جسمين لهما كتلة. لا تتطلب هذه القوة أي مادة كوسيط لاختراق الفراغ وربط الأجرام السماوية ببعضها البعض بإحكام. ومع ذلك ، تظهر هذه النظرية قيودا معينة عندما يتعلق الأمر بشرح ظواهر معينة. تعطينا نظرية النسبية لأينشتاين منظورا جديدا ، بحجة أن الجاذبية ليست قوة حقيقية ، ولكنها ناتجة عن انحناء الزمكان الناجم عن الجودة. هذه النظرية المبتكرة تقلب تماما فهمنا التقليدي للجاذبية.
في هذه المقالة ، سوف نستعرض تطور فهم العلماء للجاذبية ، من نظرية نيوتن الكلاسيكية للميكانيكا إلى نظرية النسبية لأينشتاين ، وكل منها تقدم بشكل كبير في العلم.
في التاريخ الطويل لاستكشاف الجاذبية ، طرح أسلافنا فرضيات ونظريات مختلفة. أولا ، من المقبول عموما أن الأرض هي مركز الكون وأن جميع الأجرام السماوية تتحرك حولها. مع تطور العلم ، خاصة بعد أن اقترح كوبرنيكوس مركزية الشمس ، تم تحدي هذا الرأي. اعتقد كوبرنيكوس أنه لم تكن الأرض بل الشمس هي التي كانت في مركز الحركة السماوية ، بينما كانت الكواكب تتحرك حول الشمس في مدارات بيضاوية الشكل.
على الرغم من معارضة نظريات كوبرنيكوس بشدة من قبل السلطات الدينية في ذلك الوقت ، إلا أن اكتشافات كبلر اللاحقة قدمت دعما قويا لمركزية الشمس. من خلال ملاحظته المتعمقة لحركة الأجرام السماوية ، اقترح كبلر قوانين كبلر الثلاثة الشهيرة ، والتي كشفت عن حركة الكواكب على طول المدارات الإهليلجية وأشارت إلى أن الشمس تقع على نقطة محورية لهذه القطع الناقص. لم تؤكد هذه القوانين صحة مركزية الشمس فحسب ، بل أرست أيضا الأساس لنظريات الجاذبية اللاحقة.
لم يكن التحول من نظرية مركزية الأرض إلى نظرية مركزية الشمس قفزة إلى الأمام في فهم الحركة السماوية فحسب ، بل ألهم نيوتن أيضا للتفكير في قانون الجاذبية. على أساس هذه الاكتشافات ، تمكن نيوتن من بناء نظريته عن الجاذبية ، والتي عمقت فهم البشرية للكون.
بناء على أبحاث أسلافه ، أجرى نيوتن تفكيرا واستكشافا متعمقا. أعطى قانون جاليليو للقصور الذاتي كشف نيوتن عن أن الجسم سيبقى في حالة سكون أو يتحرك في خط مستقيم بسرعة موحدة إذا لم يتأثر بقوة خارجية. اقترح نيوتن كذلك قانون الجاذبية ، الذي ينص على أن أي جسمين ينجذبان إلى بعضهما البعض بسبب كتلتهما ، وأن حجم قوة الجاذبية هذه يتناسب طرديا مع ناتج كتلتي الجسمين ويتناسب عكسيا مع مربع المسافة بينهما.
نجحت نظرية نيوتن في تفسير سبب قدرة الأرض والكواكب الأخرى على التحرك حول الشمس دون الطيران بعيدا. كان يعتقد أن الأرض ، تحت جاذبية الشمس ، لا تتحرك في خط مستقيم ، ولكن على طول مسار منحني ، مدار بيضاوي الشكل. لا تشرح هذه النظرية ظاهرة الحركة السماوية فحسب ، بل تكشف أيضا عن سبب سقوط الأجسام الموجودة على الأرض على الأرض - أي سحب الجاذبية للأرض على الأشياء.
ومع ذلك ، فإن قانون نيوتن للجاذبية لا يحل مشكلة كيفية انتقال الجاذبية. لحل هذه المشكلة ، قدم نيوتن مفهوم الأثير ، بحجة أن الكون مليء بالأثير غير المرئي الذي لا يمكن المساس به ، والذي يعمل كوسيط لانتشار الجاذبية. على الرغم من أن هذا الافتراض ثبت خطأ لاحقا ، إلا أن قانون نيوتن للجاذبية الكونية وتفكيره في وسيط انتشار الجاذبية أشار بلا شك إلى الطريق للاستكشاف العلمي اللاحق.
توفر لنا نظرية النسبية لأينشتاين ، وخاصة النسبية العامة ، طريقة جديدة تماما لفهم الجاذبية. وفقا لأينشتاين ، فإن الجاذبية ليست قوة بالمعنى الحقيقي للكلمة ، ولكنها تأثير انحناء للكتلة على الزمان والمكان. قلبت هذه النظرية تماما فكرة نيوتن عن الجاذبية ، والتي كان ينظر إليها على أنها جزء من هندسة الزمكان ، بدلا من كونها قوة بين جسمين.
تشير نظرية أينشتاين إلى أن الكتلة الهائلة للشمس تخلق انحناءا قويا في الزمكان من حولها. تتحرك الأرض في مثل هذا الزمكان المنحني ، ويظهر مسارها بشكل طبيعي كمنحنى - وهذا ما نلاحظه على أنه الأرض تدور حول الشمس. تنبأت نظرية أينشتاين أيضا بأن الضوء سينحني في مجال جاذبية قوي ، وهو تنبؤ تم تأكيده لاحقا تجريبيا.
والأهم من ذلك ، أن نظرية النسبية لأينشتاين ألغت وسيط انتشار الجاذبية المطلوب في نظرية نيوتن ، الأثير. تظهر نظرية النسبية أن انتشار الجاذبية لا يتطلب أي وسيط ولكنه يعمل مباشرة على الجسم من خلال انحناء الزمكان. لم يحل هذا الرأي مشكلة صعبة في نظرية نيوتن فحسب ، بل وضع أيضا الأساس للتطور اللاحق للنظريات الفيزيائية الحديثة مثل ميكانيكا الكم.
وسعت نظرية النسبية لأينشتاين بشكل كبير فهمنا للكون ، خاصة في فهم البنية واسعة النطاق للكون والظواهر الفيزيائية في ظل الظروف القاسية. على الرغم من أن نظرية النسبية قد أظهرت قيودا في بعض الحالات المحددة ، إلا أنها ساهمت بلا شك بشكل كبير في تقدم الفيزياء الحديثة.
تطور النظريات العلمية هو ثورة تتحرك باستمرار إلى الأمام ، وتعد نظرية نيوتن للجاذبية ونظرية النسبية لأينشتاين من المعالم المهمة في هذه العملية. حققت نظريات نيوتن نجاحا كبيرا في مجال المجالات العيانية منخفضة السرعة ، حيث تفسر حركة الأجرام السماوية وظاهرة الجاذبية على الأرض. ومع ذلك ، عند تطبيقه على المجال المجهري عالي السرعة ، تصبح حدوده واضحة تدريجيا.
توسع نظرية النسبية لأينشتاين فهمنا للجاذبية ، خاصة في حالة مجالات الجاذبية القوية والحركة عالية السرعة ، وتوفر نظرية النسبية وصفا أكثر دقة. هذا لا يحل فقط بعض المشكلات الصعبة في نظرية نيوتن (مثل مشكلة الجاذبية المتوسطة) ، ولكنه يضع أيضا الأساس للتطوير اللاحق للنظريات الفيزيائية الحديثة مثل ميكانيكا الكم.
ومع ذلك ، فإن فهمنا للجاذبية لا يزال يتطور. مع تقدم العلم ، قد تكون هناك نظريات أعمق في المستقبل لشرح وتوحيد دور الجاذبية مع القوى الأساسية الأخرى. في الوقت الحاضر ، يستكشف العلماء مجالات حدودية مثل نظرية الجاذبية الكمومية ، على أمل توحيد الجاذبية مع القوى الكهرومغناطيسية والقوى النووية القوية والقوى النووية الضعيفة في إطار نظري فيزيائي أكثر اكتمالا.
تعد نظريات كل من نيوتن وأينشتاين فصولا مهمة في تاريخ الاستكشاف العلمي. على الرغم من أن لها قابليتها للتطبيق والقيود في عصورها الخاصة ، إلا أن التطوير المستمر والابتكار لهذه النظريات هو الذي أعطانا رؤية وفهما أعمق للعالم الطبيعي.