فيزياء

البحث عن الجاذبية يفتح سبعة أبعاد خفية

© ماري وينجلر

عندما عاد رائد الفضاء جاك لوما إلى الأرض بعد إقامة لمدة شهرين في محطة الفضاء الأمريكية سكايلاب ، وضع زجاجة ما بعد الحلاقة في منتصف الهواء يومًا ما.

ذكره الانفجار و سحابة من الزجاج المكسور أن هذه كانت فكرة سيئة. في المحطة الفضائية ، اعتاد على كل الأشياء التي تطفو من حوله بلا وزن ، ولكن في الحمام على الأرض ، هناك قواعد مختلفة للغاية.

نحن هنا نتعامل مع الجاذبية ، وعلى الرغم من أننا بالكاد نلاحظ ذلك ، فإن كل شيء يخضع له - وكذلك زجاجات ما بعد الحلاقة.

عندما تأخذ فنجان قهوة من الطاولة ، تلاحظ القوة الخفية غامضة. إذا أصاب هاتفك الذكي الإسفلت ، فإن الجاذبية هي السبب أيضًا. وإذا كنت على المقاييس ، فسيحدد أين سيكون المؤشر.

لن تكون الأرض والكون بأكمله موجودين إذا لم يكن هناك جاذبية.

© ماري وينجلر

منذ حوالي 14 مليار عام ، بعد الانفجار الكبير ، تسببت الجاذبية في تقلص المادة ، مما سمح للنجوم والكواكب بالتشكل.

وأن الأرض مستديرة تأتي أيضًا من هذه القوة. تقوم Gravity بسحب كل شيء يتكون من كواكب إلى مركزها ، ولأن المادة غير مضغوطة بالكامل ، يبقى شكل دائري.

لذلك تحكم الجاذبية كأقوى أمير في الكون. ومع ذلك فهي واحدة من أعظم الألغاز العلمية. في كل مرة يرفع الباحثون غيض من الحجاب ، تنشأ مشاكل جديدة.

السؤال الكبير الذي لا يزال دون إجابة هو كيف يتم نقل الجاذبية.

قد يكون هناك جسيم يتحمل القوة ، ولكن على الرغم من أن الباحثين قد أطلقوا بالفعل اسم هذا الجسيم - يسمى الجرافيتون - ، على الرغم من الجهود الكبيرة ، لم يتمكنوا من التقاطه في الفعل.

بفضل العباقرة مثل إسحاق نيوتن وألبرت أينشتاين ، نعرف الآن كيف تعمل الجاذبية ، على سبيل المثال بين الأرض والصاروخ ، وكيف يتسبب في كواكب تدور حول نجمها. لكن كيف يعمل على المستوى الذري هو لغز.

إذا نجح العلماء في حل هذا ، فقد يزودنا "بتعليمات التشغيل" للكون - من أصغر جسيم أولي إلى أكبر مجرة.

الحجر والماء يريدون العودة إلى الأرض

في حوالي عام 1600 ، صعد غاليليو غاليلي الإيطالي إلى برج وألقوا بمجالين من المعدن. ستكون هذه بداية الاستكشاف العلمي للجاذبية ، والذي يسمى أيضًا الجاذبية.

لم يؤمن غاليلي بالكثير من نظرة العالم في ذلك الوقت ، والتي يعود تاريخها إلى 350 قبل الميلاد.

لقد فهم الفيلسوف اليوناني أرسطو بالفعل أن سقوط كائن ما على الأرض يجب أن يكون له سبب. وفقًا لفكرة أرسطو ، كان هذا السبب واضحًا: تسقط الأشياء على الأرض لأنها تعود إلى المكان الذي أتت منه. الحجر يأتي من الأرض ، لذلك الحجر الذي يقع يسقط مرة أخرى إلى الأرض.

هذا ينطبق أيضا على المياه التي تنتمي بشكل طبيعي على كوكبنا. النار والهواء ، من ناحية أخرى ، ليست دنيوية وبالتالي ترتفع ، كما ادعى أرسطو.

فكلما كان الجسم أثقل ، كلما أراد أن يعود إلى نقطة بدايته ليصبح أكثر ارتباطًا بعنصره الصحيح - بحيث تسقط الأجسام الثقيلة بشكل أسرع من الأجسام الخفيفة ، وفقًا للفيلسوف اليوناني القديم.

بدت هذه النظرية واضحة مثل الكتلة ، وسوف يستغرق الأمر 2000 عامًا أخرى قبل أن يسألها أحدهم.

وهناك يأتي الجليلي إلى الصورة. من بين الأساتذة في جامعة بيزا ، كان يُعرف Galileo Galilei كطالب موهوب ، ولكن أيضًا كرئيس صلب لا مفر منه. تساءل كل شيء.

عندما كان يبلغ من العمر 17 عامًا ، بدأ دراسة الطب في عام 1581 ، لكنه كان أكثر في الرياضيات والميكانيكا - وشيئًا ما له.

في كل مرة بدأ أساتذته في تعاليم أرسطو ، تمرد غاليلي. رفض قبول أن وزن جسم ما يؤثر على السرعة التي يسقط بها.

إذا لم تلعب مقاومة الهواء دورًا ، كما هو الحال في الفراغ ، فإن كل جسم سوف يسقط بنفس السرعة تمامًا - والحجر لا يسقط حقًا أسرع من الربيع ، كما يعتقد غاليلي.

حوالي 1600 وضعه على المحك. قام بسحب كرة معدنية ثقيلة وخفيفة على أعلى الدرج إلى أعلى برج - وفقًا للأسطورة ، كان برج بيزا - لإجراء تجربة.

تقول القصة إن مئات النفوس الغريبة تجمعوا عند سفح البرج ليروا كيف سيحرج الجليلي العنيد نفسه.

الكرات الثقيلة والخفيفة تسقط بسرعة متساوية

لم يستطع المتفرجون أن يرفعوا انتباههم عن العالم ثلاث مرات ، الذين تركوا الكرات المعدنية وسمحوا لهم بالخروج من البرج.

مرت قشعريرة عبر الحشد عندما تحطمت المصباح الثقيل والمصباح الكهربائي - رغم كل الصعاب - على الأرض في نفس الوقت تمامًا وأثبتا حق جاليليو.

مع تجارب سقوط أكثر قابلية للمقارنة ، سحب غاليلي السجادة بعيدًا عن المعرفة الراسخة وأثبت مرارًا وتكرارًا أن خاصية الجاذبية هي أن جميع الأجسام ، بغض النظر عن كتلتها ، تقع بسرعة متساوية تحت تأثيرها على الأرض.

لو كان قد بلغ من العمر 400 عام ، لكان بالتأكيد قد هتف بالتجربة التي قام بها رائد الفضاء الأمريكي أبولو 15 ديفيد سكوت أثناء هبوطه على سطح القمر في أغسطس 1971.

قبل ساعات قليلة من رحلة العودة ، اكتشف سكوت ريشة الصقر من جيبه ، وأمام الكاميرا أسقط الريشة التي يبلغ سمكها 30 غراماً بالإضافة إلى مطرقة 1.3 كيلو جرام من نفس الارتفاع عبر فراغ الغرفة - كتحية لجاليلي .

وبالطبع سقط المطرقة والربيع في غبار القمر في نفس الوقت ، كما عرف الإيطاليون منذ زمن بعيد.

قال ديفيد سكوت بحماس من موقعه على بعد حوالي 400،000 ميل من الأرض: "لا يوجد شيء مثل العلم على سطح القمر".

بينما غمر غاليلي نفسه في تجاربه مع السقوط الحر ، قام عالم الفلك الألماني يوهانس كيبلر باكتشاف مفاجئ. بعد سنوات من الملاحظات حول موقع الكواكب في السماء ، كان عليه أن يستنتج أن الكواكب تصف المدارات الإهليلجية وليس الدوائر المثالية ، كما كان يعتقد العلماء حتى ذلك الحين.

قام كيبلر بصياغة عدد من القوانين للطريقة التي تتحرك بها الكواكب حول الشمس ، لكنه لم يستطع توضيح سبب تحركها بالطريقة التي تتحرك بها.

يذهب شجرة تفاحة نيوتن إلى الفضاء

لن يفكر أحد تقريبًا في سبب سقوط الفاكهة الناضجة على الأرض ، لكن إسحاق نيوتن البالغ من العمر 23 عامًا كان شابًا موهوبًا بشكل استثنائي.

بسبب الطاعون الذي ساد في المدن الأوروبية على وجه الخصوص ، فقد هرب من كامبريدج ، حيث درس ، إلى الريف. في أحد أيام الصيف في عام 1666 ، كان جالسًا في حديقة منزل والديه يشرب الشاي في ظل شجرة تفاحة ، ويترك ذهنه يتجول - حتى تسقط تفاحة عند قدميه.

بسبب هذا الحدث اليومي ، تساءل نيوتن لماذا تسقط التفاح دائمًا بشكل عمودي. لماذا لا يسقطون أو إلى الجانب؟

حدثت الفكرة له أنه يجب أن يكون هناك بعض جاذبية للعبة. امتدت الأرض على التفاح وجميع الأشياء الأخرى الموجودة في جوارها ، ومن يدري ، امتدت تلك الجاذبية إلى أبعد من ذلك - حتى إلى القمر وأعمق في الكون.

سيكون لهذه الفكرة عواقب بعيدة المدى ، وكان نيوتن مشغولا بها ليلا ونهارا لسنوات.

© ماري وينجلر

من سن مبكرة ، كان نيوتن قادرا على التأثير بأفكاره الرائعة.

كصبي كان قد اخترع مطحنة حبوب تعمل بالطاقة من الفئران ، فقد صمم ساعات بارعة حافظت على الوقت بمساعدة الماء ، ومن خلال النظر إلى ظله ، يمكنه أن يعرف على الفور ما هو الوقت.

علاوة على ذلك ، لو كان قادرًا على النظر إلى المستقبل ، لكان إسحاق نيوتن يعرف أن شجرة التفاح التي أسقطت ثمارها في حديقة وولستهورب مانور في عام 1666 ستُعرف في يوم من الأيام باسم شجرة الجاذبية ، شجرة الجاذبية.

كان يعلم أن حفنة من البذور من شجرة تفاحة متوجة للغاية سوف تقلع بصاروخ في يوم ديسمبر من عام 2015 للهروب من القوة التي

مرة واحدة أسقطت التفاحة عند أقدام نيوتن. كانت البذور مخصصة للتجارب في محطة الفضاء الدولية (ISS) ، حيث درس مواطن نيوتن ، رائد الفضاء تيم بيك ، كيف تؤثر الإقامة في الفضاء على النمو.

الأشياء ذات الكتلة تجذب بعضها البعض

مستوحاة من التفاحة الساقطة ، توصل نيوتن إلى فكرة ربط قوانين كبلر لحركة الكواكب لقوانين سقوط الجليل. يعتقد نيوتن أن القوى التي تحكم الأرض يجب أن تحكم أيضًا في الكون.

يجب أن تكون القوة التي تسقط التفاح من الشجرة هي نفس القوة التي تحمل القمر في مداره حول الأرض والكواكب الموجودة في مدارها حول الشمس. السبب في أن الكواكب لا تسقط تجاه الشمس هو أنها تتحرك بالتحديد بالسرعة التي تحملها في مدارها.

في عام 1687 ، نشر إسحاق نيوتن نظريته الرائدة في قانون الجاذبية في تحفة Principia ، والتي أصبحت فيما بعد معروفة باعتبارها واحدة من أهم الكتب العلمية على الإطلاق.

صاغ نيوتن هنا ليس فقط نظرية رياضية للجاذبية ، ولكن أيضًا ثلاثة قوانين تصف حركات الأجسام.

وفقا لنيوتن ، الجاذبية تعمل بين جثتين. كل الأشياء مع كتلة سحب معا.

يعتمد مدى قيامهم بذلك على الكتلة والمسافة المتبادلة للأجسام ، وفقًا للنظرية ، والتي طبقًا لنيوتن يجب أن تنطبق على جميع الأجسام في الكون والتي أطلق عليها قانون الجاذبية الكوني.

بفضل مقارنات نيوتن ، أصبح من الممكن حساب مدار الكواكب في النظام الشمسي ومدار القمر بدقة لا تصدق.

حتى بالنسبة للمد والجزر وشكل الأرض ، كان للرجل الإنجليزي شرح: المد والجزر سببه جاذبية القمر والشمس ، ونتيجة لدوران الأرض حول محورها ، سُطح الكوكب عند القطبين ، أثبت نيوتن نظريا.

تم تأكيد هذا الادعاء في وقت لاحق من خلال العديد من القياسات والصور من الفضاء والرادار والبيانات الساتلية.

أيضا مسار الكواكب والمذنبات وفقا لتعاليم نيوتن لا يزال سليما.

بمساعدة الصيغ الخاصة به ، يمكن للفلكيين حساب حركات الكواكب لآلاف السنين في الماضي وفي المستقبل ، بينما يتنبأون بالكسوف الشمسي حتى اللحظة.

يمكن لقانون الجاذبية لنيوتن أن يفسر أيضًا سبب سقوط كرات جاليلي المعدنية بنفس السرعة ، على الرغم من أن أحداها أثقل من الأخرى.

القوة التي تمارسها الأرض على الكرة الأثقل أكبر من القوة الموجودة على الكرة الضوئية ، وفقًا لمقارنات قانون الجاذبية. ولكن هناك حاجة أيضًا إلى مزيد من القوة لتحريك الكرة الثقيلة إلى أقصى الحدود ، وتلك الكميتان تلغيان بعضهما البعض.

كوكب غير معروف يسحب أورانوس عن المسار

وفقًا لنظرية نيوتن ، فإن الجاذبية تتدفق عبر الكون بأكمله ، والذي كان صعبًا على علماء عصره.

حقيقة أن قوى الجذب يمكن أن تعمل على مدى عدة ملايين من الكيلومترات ويمكن أن تقطع الطريق من الشمس إلى الأرض ، بدا لها أنها تتعارض تمامًا مع الطبيعة.

تم إلقاء اللوم على نيوتن بسبب السحر السحري ، لكن في عام 1846 ، صمت النقد: حتى ذلك الحين ، تم العثور على جميع الكواكب عن طريق الصدفة ، ولكن بحتة على نظريات نيوتن ، توقع الفلكيان جون كوتش آدمز وأوربا لي فيرير بصرف النظر عن بعضها البعض ، وجود كوكب لا يزال مجهولا ، نبتون.

وفقا لهم ، كانت المخالفات في مدار أورانوس بسبب خطورة كوكب غير معروف خارج مدار أورانوس.

وقد أثبت هذا التحليل أنه صحيح: في عام 1846 لاحظ الألماني يوهان جالي كوكب نبتون بتلسكوبه في الموضع الذي أشار إليه الاثنان بالقلم والورق.

© ماري وينجلر

لكن على الرغم من أن إسحاق نيوتن كان يمكن أن يطلق على نفسه مكتشف قانون الجاذبية ، إلا أنه لم يتخيل أنه يستطيع شرح طبيعة الجاذبية - لم يشرح كيف تعمل الجاذبية ، ولكنه يعلق عليها فقط صيغة.

"أن أي جسم يمكنه التأثير على جسم آخر في فراغ على مسافة دون تدخل من شيء آخر ، والذي من خلاله يمكن أن ينتقل عملهم وقوتهم من واحد إلى الآخر ، يعد هذا عبثًا بالنسبة لي بحيث لا يمكن لأي إنسان يمتلك القدرة على التفكير في القضايا الفلسفية ، ذات يوم ، "كتب نيوتن في رسالة إلى أحد معارفه عن اكتشافه في تسعينيات القرن التاسع عشر.

على سبيل المثال ، أعطى مهمة اكتشاف طبيعة الجاذبية لعلماء الفيزياء من بعده ، وبشكل أكثر دقة - كما اتضح - إلى الألماني ألبرت أينشتاين ، الذي عمل في مكتب براءات الاختراع السويسري في برن في أوائل القرن العشرين ، حيث قام بتقييم طلبات براءات الاختراع.

هل نحن على الأرض أم في سفينة فضاء؟

الفضاء ملتوي ، الرجل ذو الشعر الوحشي والعينان المتلألئة ، وقد أثبت كوكب عطارد أن آينشتاين كان محقا في نظرته المذهلة.

في حوالي عام 1850 كان من الواضح أن قانون الجاذبية في نيوتن لا يمكن أن يفسر مدار عطارد حول الشمس - مع كل لفة يتغير المدار البيضاوي قليلاً ، على عكس تعاليم نيوتن.

بدأ البحث على نطاق واسع عن كوكب غير معروف حتى الآن ، مما أثر على مدار عطارد. لكن هذا الكوكب لم يعثر عليه قط. وهذا غير موجود أيضا.

في عام 1905 ، قدم عامل المكتب الشاب ألبرت أينشتاين نظريته النسبية الخاصة ، والتي تنص على أن الوقت والمسافة عبارة عن كميات نسبية مرتبطة بسرعة حركة المراقب.

المكان والزمان ليسا منفصلين ، لكنهما يشكلان وقت مساحة واحد

ومع ذلك ، فإن نظرية النسبية الخاصة يمكن أن تفسر الكثير من الكون ، ولكن ليس الجاذبية. عندما جلس آينشتاين وهو ينظر من النافذة في مكتب في برن في أحد أيام الخريف عام 1907 ، حصل على ما أسماه فيما بعد "أسعد غارة".

إذا سقط رجل من السطح ، فهم فجأة ، فلن يلاحظ خطورة في سقوطه الحر ، وانعدام الوزن عندما يكون هناك. إنه لا يشعر بأنه يتسارع ، لأنه إذا أسقط مطرقة على سبيل المثال ، فسوف يتسارع إلى جانبه بنفس السرعة.

في موجة الوضوح هذه ، أدرك أينشتاين أنه يجب أن يكون هناك صلة بين الجاذبية والتسارع.

لا توجد تجربة لمعرفة ما إذا كنت على الأرض أم في مركبة فضائية تتسارع بسرعة 9.8 م / ث 2 - أي تسارع الأجسام في السقوط الحر للأرض ، أو ما يسمى تسارع السقوط. في الممارسة العملية ، التسارع والجاذبية هي نفسها.

جلب هذا آينشتاين إلى مسار نظرية جديدة ورائدة ، النظرية العامة للنسبية ، التي طرحها في عام 1915.

وفقًا لنظريته النسبية الخاصة لعام 1905 ، يتغير المكان والزمان بسبب الاختلافات في السرعة.

التسارع هو في الأساس تغيير في السرعة ، ولأن التسارع والجاذبية في نفس الورقة عبارة عن حزمة ، فإن ذلك يؤدي إلى أن وقت الفراغ حول كل الكائنات يتغير بشكل كبير.

في نظريته العامة للنسبية ، كتب أينشتاين أن الجاذبية هي ببساطة انحناء للزمان. أثقل كائن ، زاد انحناء من حوله.

يمكن مقارنة وقت الفضاء بساط مطاطي تكمن عليه الشمس ، على سبيل المثال ، مثل الرخام الثقيل.

بسبب ثقله ، يصنع الرخام ثقبًا في الحصيرة المطاطية ، بحيث يضطر الرخام الأخف الذي يتدحرج على حصيرة ، كما في هذا المثال على الأرض ، إلى التحرك في اتجاه آخر.

كسوف الشمس يضع آينشتاين تحت الاختبار

عندما تصور نيوتن الجاذبية كقوة غامضة بين جسمين ، ادعى أينشتاين الآن في نظريته العامة للنسبية أن الجاذبية هي سمة من سمات الفضاء نفسه - وبهذا كان قادرًا على حل اللغز القديم لمدار عطارد.

يتم الاحتفاظ بالزئبق في مداره حول الشمس لأن حقل الجاذبية القوي للشمس يشكل نوعًا من الانحناء على شكل وعاء في الفضاء ، حيث يدور الكوكب الصغير مثل كرة الروليت.

نتيجة لذلك ، يكون للحارة زاوية مختلفة قليلاً عن الشمس خلال كل جولة من الشمس. الزئبق هو الأقرب إلى الشمس من جميع الكواكب ، وبالتالي تجربة التأثير الأكثر الجاذبية.

فشل قانون ثقل نيوتن في مجالات الجاذبية القوية.

© ماري وينجلر

ومع ذلك ، فإن اختبار عبء النظرية النسبية لآينشتاين كان الكسوف الشمسي الكامل عام 1919.

لقد تنبأ الباحث بأن ضوء النجم البعيد الذي يمر الشمس سوف ينحرف لأن الفضاء ينحني حول الشمس.

أثناء الكسوف الشمسي في 29 مايو ، صور عالم الفلك البريطاني آرثر إدينجتون نجمًا قريبًا من الشمس ، وفي اجتماع جمعيتين علميتين ملكيتين في لندن في ذلك العام ، في 6 نوفمبر ، تم سماع الكلمة الفدية.

وأوضح عالم الفلك فرانك دايسون خلال الاجتماع "بعد فحص الصور الفوتوغرافية ، يمكنني القول إنه من الواضح أنها تؤكد تنبؤ أينشتاين".

كانت الشمس قد انحرفت حقًا عن ضوء النجم - فقد أخرج أينشتاين نيوتن من العرش بنظريته العامة للنسبية ، التي تصدرت عناوين الصحف في جميع أنحاء العالم في الأيام التالية.

"ثورة في العلم. نظرية جديدة عن الكون. وقالت صحيفة التايمز في صفحتها الأولى إن أفكار نيوتن تتراجع.

وكتبت صحيفة "نيويورك تايمز": "لقد ضاع النور في السماء" ، فالمحققون عاطلون عن النفس بسبب ملاحظات الكسوف الشمسي. انتصار نظرية أينشتاين ".

القمر الصناعي يقيس انحناء الفضاء

تصف نظرية أينشتاين العامة للنسبية اليوم الجاذبية. قانون نيوتن للجاذبية ، مع ذلك ، يعمل بشكل جيد لحساب ، من بين أشياء أخرى ، مسار الصاروخ أثناء الإطلاق ، حيث يكون انحناء الفضاء في حده الأدنى. شكك ألبرت أينشتاين نفسه فيما إذا كان من الممكن عملياً قياس تأثير جاذبية الأرض الضعيفة نسبيًا على الفضاء.

لكن في عام 2011 ، أعلن باحثو ناسا أن نظرية أينشتاين ظلت صحيحة أيضًا في هذه النقطة.

من خلال أربعة جيروسكوبات فائقة الدقة لقياس الاتجاه ، اختبر القمر الصناعي Gravity Probe B نظريات أينشتاين على ارتفاع 640 كيلومتراً فوق سطح الأرض.

تحقيقًا لهذه الغاية ، تم تتبع محور دوران الجيروسكوبات الأربعة في المسبار ، مع تلسكوب موجه إلى النجم IM Pegasi.

عندما تم تحديد اتجاه النجم ، تم قياس التغيرات الطفيفة في محور دوران الجيروسكوبات بواسطة أجهزة الكشف عن الكم المغناطيسي.

وفقا لأينشتاين ، فإن محور الدوران لجيروسكوب الجاذبية الأربعة مسبار الجاذبية سيتغير تدريجيًا بسبب الكتلة ودوران الأرض ، وعند التحقق من نتائج القياس ، وجد العلماء زاوية متغيرة في موضع الجيروسكوبات.

لذلك أثبتت القياسات بشكل قاطع أن حقل الجاذبية على الأرض ينحني الفضاء: "من خلال هذا الاختبار الرائد ، اختبرنا عالم أينشتاين ، وما زال آينشتاين واقفًا على قدميه" ، كما قال فرانسيس إيفريت ، عالم بجامعة ستانفورد ، في مؤتمر صحفي عقد يوم 4 مايو. 2011.

بعد خمس سنوات ، تم تأكيد فكرة أينشتاين حول انحناء وقت الفضاء مرة أخرى.

في فبراير 2016 ، أبلغ علماء الفيزياء في مرصد موجة التداخل بالليزر بالليزر في الولايات المتحدة أنهم قاموا بقياس موجات الزمكان ، ما يسمى بموجات الجاذبية ، التي تنتقل عبر الكون وانتشرت مثل حلقات في الماء.

هذه التموجات في الزمان والمكان تنبع من فتحتين أسودتين ظهرتا على بعضهما البعض ، والتي - كما تنبأ آينشتاين - جعلت تموج الزمان للمكان.

هل نقل الجسيمات الجاذبية؟

على الرغم من أن نظرية النسبية قد تأكدت منذ ذلك الحين من خلال العديد من الملاحظات الفلكية ، فإن الباحثين ينظرون إليك بزجاج عندما تسألهم كيف تعمل الجاذبية.

وهم يعلمون الآن أن هناك خطورة لأن الفضاء منحني.

لكن كيف تنتقل القوة - كيف تجذب الجماهير بعضها البعض - لا يمكن أن يقولوها بشكل أساسي. أفضل إجابة حتى الآن هو أن الجاذبية تدعمها جسيم معين ، الجاذبية.

لم يثبت وجودها أبدًا في الممارسة العملية ولكنه واضح لأنه يتلاءم مع المبدأ الكامن وراء قوى الطبيعة الأخرى.

الجاذبية هي واحدة من القوى الأساسية الأربعة للطبيعة التي تدفع عالمنا.

مع كون الذرات اللبنات الأساسية للكون ، فإن قوى الطبيعة هي الاسمنت الذي يجمع الذرات معًا ، علاوة على ذلك ، فإنها تحدد كيفية تصرف المادة.

الجاذبية والقوة الكهرومغناطيسية هي قوى الطبيعة مع مجموعة لانهائية.

تجتذب جميع الكتل في الكون بعضها البعض من خلال الجاذبية ، ويمكن رؤية القوة الكهرومغناطيسية للمجرات المجرة البعيدة كضوء.

تعمل قوتان الطبيعة الأخريان ، القوى النووية القوية والضعيفة ، فقط في الذرات ، حيث تحمل الأولى النواة الذرية والثانية مسؤولة عن التحلل الإشعاعي.

© ماري وينجلر

من بين قوى الطبيعة الأربع ، يعرف الباحثون الأقل عن الجاذبية ، وهو أمر متناقض عندما تفكر في أنه يعمل في كل مكان.

لكن المشكلة تكمن في أن الجاذبية أضعف كثيرًا من قوى الطبيعة الأخرى - حتى مغناطيس الثلاجة يتغلب على الجاذبية ويمكن أن يرفع دبوسًا عن الأرض. الجسيمات التي تنقلها من القوى الكهرومغناطيسية والقوية والضعيفة قد أثبتت من خلال التجارب.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم إرسال واستقبال حزم الطاقة ، والتي يسميها الفيزيائيون "الكم". وأفضل مثال معروف هو الكم الضوئي أو الفوتون ، الذي ينقل القوة الكهرومغناطيسية. وإذا كانت ثلاث قوى للطبيعة تعمل مع الكم ، فلماذا لا الرابع؟

المشكلة الوحيدة هي أن كل المحاولات حتى الآن للعثور على الجاذبية النظرية كانت بلا جدوى.

لكن في مركز أبحاث الجسيمات الأوروبي في سويسرا ، CERN ، لا يزال العلماء يبحثون بجد - يأمل الفيزيائيون في أن يكونوا قادرين على مراقبة الجرافيتونات هنا مع أكبر مسرع للجسيمات على الإطلاق ، وهو مصادم كبير Hadron Collider تحت الأرض يبلغ طوله 27 كم.

في هذا المسرع ، يتم إطلاق النار على البروتونات بسرعة الضوء تقريبًا ، وعندما تتصادم ، يتم إنشاء جزيئات غير موجودة في الظروف العادية.

القوة مخفية بأبعاد غير مرئية

إذا أثبت الفيزيائيون وجود الجرافيتون على الإطلاق ، فإنهم أقرب بكثير إلى واحد من أعظم أهداف العلم: نظرية كل شيء.

يجب أن يكون قادرًا على شرح كل شيء في الكون ، من الأصغر إلى الأكبر ، من الذرات والجزيئات إلى النجوم والمجرات ، وبالتالي يحل على الفور أكبر الألغاز:

ما سبب الانفجار الكبير ، الولادة المتفجرة للكون ، قبل 13.7 مليار سنة ، وماذا حدث في الوقت المناسب بعد ذلك مباشرة؟

© ماري وينجلر

لمثل هذه النظرية لكل شيء ، فقد بحث العلماء عبر العصور عن قوانين الطبيعة البسيطة لوصف عالم معقد.

ومع ذلك ، فإن مشكلة الطفل الأبدية ، الجاذبية ، هي الوحيدة من قوى الطبيعة الأربع التي لا يمكن تفسيرها بمساعدة ميكانيكا الكم - نظرية قوى الطبيعة على أصغر نطاق - ولكن فقط مع نظرية النسبية لآينشتاين.

"مشكلتنا الرئيسية في الفيزياء هي أن كل شيء يعتمد على هاتين النظريتين المختلفتين ، وإذا جمعناهما ، فستكون هراء".

هذه كلمات من الفيزيائي الأمريكي إدوارد ويتن.

صيغ الميكانيكا الكمومية ونظرية النسبية غير متوافقين رياضيا ، لكن ويتن كان قادرًا على صياغة النظرية الواعدة على الإطلاق.

ومع ذلك ، يمكنها الجمع بين النظرية النسبية العامة لآينشتاين والميكانيكا الكمومية. يعمل ويتن ، الذي يعتبر الفيزيائي الأكثر موهبة في عصره ، مع ما يسمى نظرية الأوتار منذ عام 1975.

تسعى هذه النظرية إلى فهم متماسك للمادة وقوى الطبيعة ، وجوهرها هو أن كل شيء في الكون - كل شيء وكل قوى الطبيعة الأربعة - يتكون من سلاسل تهتز دقيقة: أصغر لبنات بناء الكون.

يمكن أن ينظر إليها على أنها أسلاك طاقة تهتز بأبعاد لا تقل عن 11: ثلاثة من الفضاء ، من الوقت وسبعة أبعاد أخرى. لقد تم لفهم ، لذلك لا يمكننا رؤيتهم.

وفقًا لنظرية الأوتار الفائقة ، فإن الجاذبية ليست أضعف من قوى الطبيعة الأخرى ، على الرغم من أن هذا هو الحال - لا ندرك تأثيره الكامل لأنه ينتشر على الأبعاد الإضافية.

تفي نظرية الأوتار الفائقة بجميع المتطلبات التي تضعها الفيزياء لنظرية كل شيء - لكنها تفشل عندما يتعلق الأمر بالإثبات. النظرية هي حتى الآن مجرد بناء رياضي وعمل عقلي خالص.

الأوتار والأبعاد الإضافية صغيرة للغاية لدرجة أننا لا نستطيع رؤيتها. هذا يعني أنه لا يمكن إثبات النظرية مثل واحد أو اثنين أو ثلاثة - ما لم تحدث معجزة في مصادم هادرون الكبير.

إذا اكتشفت أجهزة الكشف عن مسرع الجسيمات فجأة ضيفًا غير متوقع في شكل جسيم غير معروف حتى الآن ، فقد يثبت ذلك أنه الجاذبية التي طال انتظارها ، والتي تتجلى قبل أن تختفي في الأبعاد غير المرئية.

إذا حدث ذلك ، فلن يكون من السهل على العلماء - على الرغم من الجاذبية - أن يبقوا أقدامهم ثابتة على الأرض.

اقرأ المقال التالي في سلسلة "في القلب"

نختبر أنفسنا كأني قادر على التصرف بحرية. لكن الأبحاث التي أجراها الأشخاص الذين يعانون من تلف في الدماغ تظهر أن أنفسنا ليست واضحة كما نعتقد.

فيديو: سر موجود " خلف أذن تمثال أبو الهول " بمصر (شهر فبراير 2020).

المشاركات الشعبية

فئة فيزياء, المقالة القادمة

الذكاء الاصطناعي يجلب رسوماتك إلى الحياة
الذكاء الاصطناعي

الذكاء الاصطناعي يجلب رسوماتك إلى الحياة

هل تريد دائمًا إعادة حياة الشخبطة الغريبة؟ الان ممكن! هناك ذكاء اصطناعي جديد على الإنترنت "يترجم" صراعك إلى جسد ودم ، جيد وسيئ كما يحدث. تم تطوير البرنامج من قبل برنامج العلم معرفة NTR اليوم. يحاول البرنامج تحويل الخدوش إلى صورة للأخبار ومشارك في العرض لارا رينس.
إقرأ المزيد
جوجل الذكاء الاصطناعي يتنبأ بالمستقبل
الذكاء الاصطناعي

جوجل الذكاء الاصطناعي يتنبأ بالمستقبل

لقد هزم بعض من أفضل اللاعبين في العالم ، وأظهر سلوكًا عدوانيًا في المواقف التنافسية وتعلم جعل نفسه أكثر ذكاءً. والآن سوف يتنبأ الذكاء الاصطناعي (AI) بالمستقبل بمساعدة خياله الخاص. على الأقل يعود الأمر لشركة Deepmind ، المسؤولة عن تطوير Google في هذا المجال.
إقرأ المزيد
جوجل الذكاء الاصطناعي تطور السلوك العدواني
الذكاء الاصطناعي

جوجل الذكاء الاصطناعي تطور السلوك العدواني

تُطلق أشعة الليزر في جميع الاتجاهات وتشل الخصم ، بحيث يمكن للذكاء الاصطناعي أن يدعي كل شيء لنفسه. هذا يبدو وكأنه مشهد مروع من أفلام Terminator ، لكنه يحدث بالفعل في اللعبة التي طورتها شركة DeepMind من أجل ذكائها الاصطناعي.
إقرأ المزيد