۵ حقیقت شگفت‌انگیز درباره گرانش

جاذبه یکی از پدیده های مورد مطالعه در علم است. همینطور یک نیروی اساسی در دنیا است، ولی این پدیده چیست؟ ما  در هرروز از زندگی خود این پدیده را تجربه می کنیم و در واقع بدون گرانش بدن دستخوش تغییرات جالبی می شود.

 پنج واقعیت جالب در مورد گرانش یا جاذبه (gravity) شامل موارد زیر است:

۱. جاذبه در واقع یک نیرو نیست

گرچه این امکان دارد اندکی عجیب بنظر برسد ولی گرانش امکان دارد ابداً نیرو نباشد. آلبرت اینشتین گرانش را بعنوان یک عامل هندسی و نه یک نیرو بررسی می کند. در این نظریه فضا–زمان توسط هندسه ریمانی بررسی می شود. انحنای فضازمان مستقیم با انرژی و تکانه کل ماده و تابش موجود متناسب است. این رابطه توسط سیستمی از معادلات دیفرانسیل با مشتقات پاره ای به اسم معادلات میدان اینشتین نمایش داده می شوند. نظریه های اینشتین به این معنی است که زمان و فضا در واقع توسط اجرام عظیم مثل سیارات و خورشید خم شده است.

۲. آهن ربایی که روی یخچال می گذارید از گرانش زمین قدرتمند تر است

یکی از موضوعات شگفت انگیز این است که آن آهن ربای ریز روی یخچال قادر به مقابله با گرانش کل سیاره است. گرانش جزء ضعیف ترین نیروهای اساسی در فیزیک است. همچنین همان طور که در این جا گفته شد قدرت این نیرو در در برابر نیروی مغناطیسی که آهنربای روی یخچال دارد، کم تر است. سایر نیروها مانند نیروی هسته ای قوی در هسته اتم های آهنربا نیز از نظر قدرت نسبت به گرانش زمین بسیار برتر است.

۳. بعضی از اجرام عظیم در واقع میتوانند امواج گرانشی ایجاد کنند

همان طور که پیشتر نیز اشاره شد، تئوری های اینشتین توضیح می‌دهند که چگونه اجرام عظیم، فضا- زمان را تحریف می کنند. بر اساس گفته اینشتین با حرکت این اجرام موج هایی در لایه ای از فضا ایجاد می شود. جایزه نوبل فیزیک در سال ۲۰۰۷ نیز به دو دانشمند به اسم های" آلبر فر" و" پتر گرونبرگ" به علت کشف" اثر مقاومت مغناطیسی بزرگ" اهدا شد.

مقاومت مغناطیسی بزرگ یا GMR، تغییر غیرمنتظره در مقاومت الکتریکی است که زمانی اتفاق می افتد که ماده ای شامل لایه های فلزی متناوب فرو مغناطیسی و پارامغناطیسی، در معرض یک میدان مغناطیسی بزرگ قرار بگیرد، به ویژه درصورتی که مغناطیدگی در لایه های مجاور موازی باشد، مقاومت بسیار کم تر خواهد شد و درصورتی که ناموازی باشد مقاومت بسیار بالاتر خواهد رفت.

این تغییر مقاومت بخاطر الکترون های اسپین بالا و پائین است که در لایه های منفرد پراکنده شده اند. دانشمندان توانستند برخورد دو سیاه چاله که حدود ۱.۸ میلیارد سال نوری از ما فاصله دارند را مشاهده کنند. این سیاهچاله ها واقعاً گسترده هستند و یکی از آن ها ۳۱ برابر جرم خورشید ما و دیگری ۲۵ برابر جرم خورشید را داراست.

۴. گرانش روی زمین متفاوت است

زمین یک کره کامل نیست و توده ها و برامدگی های زيادي به شکل کوه و دره های عمیق دارد. ترکیب زمین نیز در سرتاسر دنیا یکسان نیست. انواع گوناگون سنگ، غلظت مواد معدنی و جغرافیا همه با هم تبانی می کنند تا چگالی در بخش های مختلفی ایجاد کنند.

این بطور مستقیم در جاذبه های مختلف در سطح زمین تأثیر می گذارد. این میتواند با سهولت نسبی اندازه گیری شود و سازمان هایی مانند سازمان ناسا در واقع این اثر را از فضا ترسیم کرده اند. آن ها با استفاده از ماهواره" گریس" توانستند میزان کشش نسبی جاذبه زمین را اندازه بگیرند. بازیابی گرانش و آزمایش اقلیم که به اختصار گریس( GRACE) نامیده می شود، پروژه مشترک سازمان ناسا و مرکز هوافضای آلمان بود که دو ماهواره آن از زمان پرتاب در مارس ۲۰۰۲ تا پایان مأموریت در اکتبر ۲۰۱۷ به اندازه گیری دقیق ناهنجاری گرانشی در میدان گرانش زمین می پرداختند. گریس با اندازه‌گیری ناهنجاری های گرانش نشان داد که چه اجرامی پیرامون زمین پراکنده شده و تغییرات آن ها در طول زمان چه قدر است.

داده های ماهواره های گریس ابزاری مهم در مطالعه اقیانوس ها ، زمین شناسی و اقلیم شناسی به شمار می رود. دو ماهواره گریس (گریس- ۱ و گریس- ۲) از مقر فضایی پلستسک در روسیه در ۱۷ مارس ۲۰۰۲ به فضا پرتاب شدند. نقشه های ماهیانه نمایش ناهنجاری گرانشی تهیه شده توسط گریس تا ۱۰۰۰ برابر دقیقتر از نقشه های قبلی بود و بطور قابل ملاحظه ای دقت تکنیک های مورد استفاده در اقیانوس نگاری، آب شناسی، یخچال شناسی، زمین شناسی و دیگر علومی که به مطالعه پدیده های تأثیرگذار بر اقلیم می پردازند را بهبود بخشید. اندازه‌گیری های گریس از کاهش ضخامت یخسارها تا جریان آب در آبخوان ها و نمایش جریان ماگمای درون زمین به دانشمندان کمک کرد تا فهم بهتری از این فرایندهای طبیعی داشته باشند.

۵. مکانیک کوانتومی و گرانش مخالف یکدیگرند

مکانیک کوانتومی به ما کمک می کند تا دریابیم که چگونه اتم ها، مولکول ها و سایر ذرات بنیادی برهمکنش دارند. مکانیک کوانتومی( Quantum mechanics) شاخه ای بنیادی از فیزیک نظری است که با پدیده های فیزیکی در مقیاس میکروسکوپی ارتباط دارد. از سوی دیگر، نظریه نسبیت عام اینشتین به توضیح نحوه عملکرد همه چیز در مقیاس بزرگ کمک می کند. ولی مسأله این است که بنظر میرسد که این دو تعریف در فیزیک با یکدیگر رابطه خوبی ندارند. در حالیکه کارهای زيادي برای رفع این مشکل انجام شده است ، ولی هنوز هم یکی از بزرگترین چالش های فیزیک مدرن است. احتمالاً این امر بدین دلیل است که همان طور که پیشتر نیز اشاره کردیم، گرانش به خودی خود نیرو نیست.