أفكار حول صيغة نيوتن للجاذبية على المسافات الكونية

تم نشر المقال في مجلة "علم الفلك" التي تصدرها الجمعية الفلكية الإسرائيلية ويعرض بموافقة محرري المجلة

يهودا سابدارمش

أفكار حول صيغة نيوتن للجاذبية على المسافات الكونية

بواسطة سابدارمش يهودا

على عكس الآخرين الذين سيبدأون تاريخ الجاذبية بقصة جاليليو جاليلي، أو نيوتن، أفضل أن أبدأ بقصة تايكو براهي.

قام تايكو براهي (1546-1610) بإجراء قياسات دقيقة للغاية على الكواكب المعروفة في ذلك الوقت (عطارد إلى زحل). لقد أجرى القياسات بمساعدة الأدوات التي صنعها بنفسه، ودون مساعدة التلسكوب الذي لم يكن قد تم اختراعه بعد في ذلك الوقت. تم نقل هذه البيانات إلى مساعده يوهانس كيبلر (1630-1571) لمدة تزيد قليلاً عن عام، وبسبب الدقة الكبيرة في القياسات، أدرك كيبلر أن حركة الكواكب حول الشمس ليست دائرية بل بيضاوية الشكل، ومن هنا جاء وكان الطريق للوصول إلى القوانين الثلاثة المعروفة باسمه قصيراً:

1. القطع الناقص - تتحرك الكواكب في مدار بيضاوي الشكل حيث تكون الشمس في إحدى بؤرتها.
2. مساحات متساوية في أزمنة متساوية - نصف القطر والمتجه الذي يربط الكوكب بالشمس يمر عبر مناطق متساوية في أزمنة متساوية.
3. بعد الكوكب عن الشمس في الثلث مقسوما على مربع زمن دورته ثابت.

إسحاق نيوتن (1643-1727)، الذي اكتشف قوانين الحركة الثلاثة المعروفة باسمه، كان لديه أيضًا بيانات تايكو براهي وقوانين كيبلر. لقد فهم أن الجاذبية في الكواكب تتناسب مع القوة الطاردة المركزية ومن كل هذه المعلومات استنتج قانون الجذب العام:

و=م*م*ز(ص/2)

M الكتل، R المسافة بينهما، G ثابت الجاذبية.
كان استنتاج نيوتن الأولي هو أن الجاذبية تعمل من حافة الكون إلى حافة كل قطعتين من المادة على أي مسافة. هل هذا قرار ساحق للغاية؟ ومن الواضح أنه لم يختبر ذلك في كل نقطة في الكون، لكن ماذا، يجب ألا ننسى أن الكون المعروف في زمن نيوتن كان صغيرًا نسبيًا. وكان النظام الشمسي المعروف في ذلك الوقت يبعد عن كوكب زحل حوالي عشر وحدات فلكية، وبخلافه كان هناك على الأكثر عدد آخر من نجوم زحل. لذا في الواقع لم يبالغ نيوتن كثيرًا عندما قال إن صيغة الجاذبية التي توصل إليها قد أثبتت كفاءتها بالنسبة للكون بأكمله المعروف في ذلك الوقت. كما أن حركة كوكب زحل، في مكان ما، على مقربة من حافة الكون (المعروفة في أيامه) تصرفت وفق صيغة جاذبيته.
وفي هذه الأثناء، ساهم اكتشاف الكواكب البعيدة: أورانوس - (1781)، ونبتون - (1846) وخاصة بلوتو - (1930)، الذي يتحرك على مسافة تتراوح بين 30-50 سنة من الشمس، في إثبات صحة هذه النظرية. صيغة الجاذبية تصل إلى مسافة 50 يا، في حين
أثبت هنري كافنديش، في تجربة أجراها عام 1798 بمساعدة المقاييس التي اخترعها جون ميتشل، صيغة الجاذبية لمسافة حوالي سم واحد وحدد ثابت الجاذبية - G.

الخلاصة: ثبت الآن صحة معادلة الجاذبية من واحد سم إلى أحد عشر وخمسين.

ومع ذلك، لا يزال هذا هو الحجم المعروف للكون، لذلك ليس من المبالغة القول بأن صيغة نيوتن للجاذبية صحيحة بالنسبة للكون بأكمله.
ومع ذلك، من هذه اللحظة فصاعدا، تبين أن الكون جسم أكبر بكثير.
تكشف القياسات باستخدام طريقة المنظر أن المسافة إلى النجوم الأقرب إلى الشمس تقاس بالفعل بالسنوات الضوئية (السنة الضوئية هي وحدة طول تبلغ 63,240 وحدة فلكية!)
تظهر القياسات باستخدام النجوم المتغيرة كيوبيد أن المسافة إلى أقرب المجرات تقاس بملايين السنين الضوئية، وأخيرا القياسات باستخدام معدل توسع الكون وثابت هابل تظهر أن حجم الكون هو في الواقع مليارات السنين الضوئية. ! وللتذكير، تم إثبات صيغة نيوتن للجاذبية بشكل مؤكد حتى مسافة خمسين وحدة فلكية.

أمثلة على المسافات في الكون:

50 عامًا - حد إثبات معادلة الجاذبية في النظام الشمسي.
250,000 يا - المسافة إلى أقرب نجم (بروكسيما سنتوري).
10,000,000,000 سنة - قطر المجرة الحلزونية المتوسطة.
1,000,000,000,000 YA - المسافة إلى أقرب المجرات.
1,000,000,000,000,000 سنة - نصف قطر الكون المرئي.

ليس هناك شك الآن في أنه يجب إثبات الصيغة لمسافات أكبر أيضًا. ومحاولة تجاهل ذلك تتناقض مع مشكلة الاستقراء التي أثارها بالفعل الفيلسوف الإنجليزي ديفيد يوم، والتي تقول ببساطة إنه لا يمكن للمرء استخلاص استنتاجات من عبارة معينة إلا فيما يتعلق بالحدود التي تم اختبار تلك العبارة فيها.

جرت محاولات إثبات صيغة نيوتن للجاذبية باستخدام الحركة الدورانية للمجرات الحلزونية عندما تم قياس سرعة دوران مناطق مختلفة في المجرة باستخدام تأثير دوبلر.
وبافتراض أن دوران المجرة يرجع إلى قوة الجاذبية، فإن قوة الجاذبية الناتجة عن كتلة المجرة يجب أن تكون مساوية للقوة الطاردة المركزية للمناطق المختلفة في المجرة.
أولئك الذين لم تتطابق نتائجهم مع النظرية. وسرعة الدوران لا تتوافق مع تلك الناتجة عن حجم الكتلة المرئية في المجرة الحلزونية!

يمكن أن يكون هذا التناقض بسبب عدم الدقة في إحدى الصيغتين اللتين استخدمناهما في الحساب أو كليهما: صيغة الجاذبية و/أو صيغة تسارع نيوتن. ومن ناحية أخرى، ربما تكون قياساتنا معيبة؟
سنقوم بعد ذلك بالتحقق من جميع احتمالات التناقض:

و. احتمال أن تكون صيغة نيوتن للجاذبية صحيحة على مسافات كبيرة، وبالتالي:

1. كتلة المجرة أكبر بعشر مرات على الأقل من الكتلة الظاهرة.
2. تتركز معظم الكتلة في منطقة السحب الغازية للمجرة (مذكور بدون دليل).
3. يتضح من القياسات أن الكتلة في العناقيد المجرية يجب أن تكون أكبر 100 مرة من الكتلة الظاهرية من أجل الحفاظ على بنية العنقود.
4. على المسافات الكبيرة يجب أيضًا أن تكون هناك قوة تنافر للفراغ لتفسير الظواهر المضادة للجاذبية مثل التوسع المتسارع للكون.

إن الاحتمال الموضح في القسم أ هو في الواقع المعرفة المشتركة لمعظم العلماء اليوم، ومن ثم البحث المكثف عن الكتلة المفقودة من المجرات.

ب. احتمال أن تكون صيغة نيوتن للجاذبية غير صحيحة عند المسافات الكبيرة وبالتالي:
ويجب استبداله بآخر.
يحاول العديد من العلماء تغيير صيغة نيوتن للجاذبية.

ثالث. احتمال أن تكون صيغة تسارع نيوتن: F=m*a غير صحيحة بالنسبة للتسارعات الصغيرة وبالتالي:
ويجب استبداله بآخر. على سبيل المثال: قام البروفيسور ميلجروم من معهد وايزمان بتطوير نظرية تشرح حركة المجرات من خلال تغيير صيغة تسارع نيوتن بتسارعات صغيرة.

رابع. احتمال أن الجاذبية لا تفسر حركة المجرات بل شيء آخر.

ال. مزيج من بعض الخيارات المذكورة أعلاه يفسر عدم التوافق.

خاتمة نهائية

إن صيغة نيوتن للجاذبية وكل ما يشتق من توسعها بالنظرية النسبية العامة لا يتم إثباته بأعجوبة إلا لمنطقة صغيرة من المسافات الكونية واستخدامها لمسافات أكبر من تلك المثبتة يتم بلا مبالاة والاستنتاجات الناتجة عن "المبالغة" قد يكون استخدام صيغة نيوتن مضللاً.

ولكل المتشككين، حاولوا تقديم دليل على معادلة نيوتن للجاذبية لمسافة سنة ضوئية واحدة فقط.
كاتب المقال لم ينجح!

كاتب المقال يتطلع إلى التعليقات!، وسيكون سعيدًا بالرد على أي تعليقات هنا على الموقع أو على الخاص!

سيفديرميش يهودا هاتف: 052-570989 البريد الإلكتروني: sevdermish@surfree.net.il

فهرس:

فطن يجال: علم الفلك، دليل لمعرفة السماوات، منشورات كوزموس (1998):
ص 78-79 القياسات البارالتيكية، ص 117 النجوم المزدوجة
ص 126-129 المجرات، ص 130، ملاحق، الكواكب.

مئير ميديف، ن. السرو، H. نيتزر: الكون، أسس الفيزياء الفلكية، الجامعة المفتوحة، (2000)
ص 125-135 النجوم الثنائية، ص 224-237 الكتلة ولمعان المجرات.

تيموثي فيريس، من الطفولة إلى البلوغ بالنسبة للحليب، مكتبة معاريف (1991)، الفصل السابع.

ياكير شوشاني، خواطر حول الواقع جامعة الإذاعة (1999)،
الفصل الثاني دراسة الواقع المادي بشكل رئيسي ص 24-25 الاستقراء والاستنباط.

يوفال نعمان، سيدر مان آكراي، معهد فان لير في القدس/ دار نشر كيبوتس هأوخايد (1999)،
الجزء الثالث وخاصة ص 79-82.

الإنترنت، www.shmone.co.il
تسفي ياناي، الإبداع الأعمى، مقال للأستاذ أهارون كانترويتز.

سابدارمش يهودا، الحث والتطور الفيزيائي، "علم الفلك" - في جمعية المدينة،
المجلد 27، العدد 3.