نیروی گرانش


نیروی
گرانش
:این نیرو یکی از چهار نیروی اصلی طبیعت است که نیروی جاذبهمی باشد و در همه ذرات وجود

دارد.


 

برخلاف یک سری از نظریه ها،ذره ای بدون جرم در جهان وجود ندارد،در ضمن جرم هرذره به مقدار بسیارکمی

آلوده به نیروی کرانش است.

به طورخلاصه میتوان گفت که نیروی گرانش روح ذره است که جرم آن را به نسبت ثابت جهانی گرانش یعنی (G)

فرا گرفته است.




با این تفسیر می توان نتیجه گرفت که هر ذره در جهان نیروی گرانش خود را با جرمش حمل میکند .

این استدلال وجود ذره مستقلی بنام گراویتون که حامل نیروی گرانش معرفی شده است راکاملا منتفی میکند .

چنین ذره ای در جهان وجود ندارد جه برسد به این که بخواهد با سه نیروی دیگر اصلی طبیعت متحد شود.

نیروی گرانش با جرم جهان متولد شده،یعنی اینکه در لحظه بیگ بنگ حضور داشته است.

اماچون در این لحظه فشردگی و چگالی بسیار زیاد جرم جهان و از طرفی فشار منفی(نیروی دافعه)  بسیار شدید

از درون جرمش ، منجربه انفجار بزرگ(بیگ بنگ یا مهبانگ) گردید، نیروی کرانش نمی توانست حضور خودش

را در مقابل چنین فشار منفی عظیم اعلنی کند.

ب
رخلاف نظریه نسبیت عام انیشتین که نیروی گرانش را نتیجه انحنای فضا -زمان میداند،در وافع این نیروی

گرانش است که فضا-زمان اطراف جسمی را که ازجرم آن منتشر میشود،خمیده میکند.زیرا هرچه جرم وچگالی

یک جسم بیشتر باشد،موج های گرانشی بیشتر و شدیدتری تولیدخواهد کرد،که در نتیجه فضا -زمان محدوده

حاکمیت خود را بیش تر خمیده خواهد نمود.

از بین چهارنیروی اصلی طبیعت،دو نیروی هسته ای بنام های ضعیف وقوی با وجود این که خیلی قوی هستند اما

چون بردنهایی آنها فقط به داخل هسته اتم محدود می شود.به همین علت این دو نیرو نمی تواننددرساختارهای

اجرام بزرگ کیهانی مانند سیاره ها،ستاره هاو کهکشان ها،هیچ نقشی داشته باشند.

یکی دیگرازچهار نیروی اصلی طبیعت،نیروی الکترومغناطیس است.این نیرو با اینکه بسیار قوی تر ازنیروی گرانش

است و برد آن نیز،مانند برد نیروی گرانش بی نهایت است اما چون بارمثبت پروتون هسته اتم و بارمنفی الکترون

مدار اتم ، هم دیگر خنثی می کننداین عمل باعث می شود که بار اتم ها صفر شود. درنتیجه بار خالص اجرام که

از این اتم ها ساخته میشوند نیز صفر خواهد بود.بنابراین از الکترسیته نیرویی باقی نمی ماند تا در ساختار های

بزرگ کیهانی شرکت داشته باشند.اما از هر اتمی مقدار بسیار ناچیزی نیروی مغناطیس باقی می ماند تا اتم ها

را درکنار هم نگاه داردتا منجر به ساخت مولکولها شود.بنابراین بزرگترین ساختاری که الکترومغناطیس میتواند

در ساختن آنها شرکت داشته باشد در حد مولکولهاست نه در حد  ساختار بزرگ اجرام کیهانی.

بنابراین نیروی گرانش تنها نیروی است که در ساختارهای بزرگ کیهانی شرکت دارد و جهان را کنترل می کند.




امواج گرانشی چگونه تولید می شود؟ این سئوال دارای دو پاسخ زیراست.

اولا: نیروی گرانش بخشی تفکیک ناپذیری از ذرات و عامل جرمدار شدن آنهاست .این نیرو به صورت موج از

ذزات خارج می شود و یک میدان  نیرو به شکل فضای خمیده  در اطراف ذره بوجود می آورد.هرچه جرم ذره

بیشتر باشد نیروی گرانشش ،موج قوی تری تولید میکند و این موج باعث مشود که فضای اطراف ذره بیشتر

خمیده شود.

زیرا هر موج یک مقدار معینی انرژی به تناسب جرمی که از آن منتشر می شود با خود حمل می

کند.و همین این مقدار انرژی است که میزان خمیدگی فضای اطراف ذره را مشخص می کند.به طور خلاصه می

توان گفت خمیدگی فضا شکل دیگری  از امواج گرانشی است که این اصل دقیقا بر خلاف نظریه اینشتن است که

در زیر آمده است. (نظریه F.K)



img/daneshnameh_up/8/8f/Revolution.gif


چند نکته مهم
گرانش برای اجسام بزرگ (کلان) و فاصله‌های زیاد بسیار مهم است؛ دلایل این مطلب عبارتند از:

1- گرانش
تنها اندرکنشی است که بر تمام ذراتی که جرم دارند اثر می‌کند.محدوده اثرش مانند الکترومغناطیس

بی نهایت است .

2- گرانش
قابل جذب یا تبدیل شدن نیست و چیزی نمی‌تواند مقابل آن حائل شود.این نیرو بر تمام اجرام کیهانی

اثر می گذارد .

3- گرانش
همواره می‌رباید و هرگز نمی‌راند.در مقابل هیچ چیزی نمی‌تواند حضور گرانش را ازبین برد.




گرانش، نیروی جاذبه ای است که میان همه ذرات دارای جرم وجود دارد.


افتادن اجسام بر اثر نیروی گرانش میان تک تک ذرات کره زمین و همه ذرات جسم مورد نظر روی می دهد.



متراکم شدن مواد پس از انفجار بزرگ و تشکیل کهکشان ها و همین طور تجمع گازها درون کهکشان ها

برای تشکیل ستارگان، حاصل نیروی گرانش است.



چرخش ماه به دور زمین و زمین به دور خورشید و خورشید به دور مرکز کهکشان راه شیری هم بدون وجود


گرانش ممکن نیست. گرانش به حرکت اجرام آسمانی نظم و آهنگ می بخشد.



گرانش دو ویژگی منحصربه فرد دارد. نخست این که این نیرو همیشه جاذبه است. حتی دو ذره با بار

الکتریکی یکسان هم یکدیگر را بر اثر گرانش جذب می کنند، ولی این نیرو به قدری ضعیف است که تاب مقاومت

در برابر نیروی دافعه الکتریکی آن دو را ندارد.


با اینکه نیروی جاذبه ابتدا توسط قوانین نیوتن  و سپس توسط نسبیت عام انیشتن به خوبی توصیف شد، با این

وجود ما هنوز نمی‌دانیم چگونه خواص بنیادین جهان با هم ترکیب می‌شوند و این پدیده را ایجاد می‌کنند.

قوانین نیوتن و انیشتن فقط می توانند به ما بگویند که گرانش چگونه عمل می‌کند اما از منشأ پیدایش آن  چیزی

نمی دانند.



پژوهش های زیادی در جریان است. فرض بر این است که نیرویِ گرانشی، توسط گرانشِ یک ذرهٔ بدونِ‌ جرم،

با اسپین 2 به نام گراویتون اعمال می‌شود.اما این پژوهش ها همه نظری است و جنبه علمی ندارد.


در حالت کلی نیروی وزن هم با جرم و هم با شتاب ناشی از گرانش متناسب می‌باشد.

به عبارتی W = mg که در آن w وزن ، m جرم و g شتاب جاذبه گرانشی می‌باشد.

این شتاب جاذبه در میادین مختلف گرانشی (شتاب گرانشی کرات مختلف) مقادیر متفاوتی دارد.


نیروی جاذبه گرانش میان دو ذره با حاصل ضرب جرم آن دو ذره نسبت مستقیم و با مجذور فاصله بین آنها

نسبت معکوس دارد.









در رابطه فوقG = 6.6725×10-11 ثابت جهانی گرانش است که مقدار آن برای تمام زوج ذرات یکسان است.


شباهت و تفاوت قانون جهانی گرانش و قانون کولن:

شباهت ، هر دو دارای یک قانون عکس مجذور فاصله هستند و نیروی موجوددر هر دو ، نیروی مرکزی است.

تفاوت، نیروی گرانش همواره یک نیروی جاذبه است، اما نیروی کولن بستگی به علامت بار، ذرات باردارش

دارداگر بار آنها منفی باشد نیروی کولن دافعه و اگر بار آنها مثبت باشد نیروی کولن جاذبه خواهد بود. 

     


    






                                                                     
مگر جرم جسم متناسب با نیرو نیست؟ پس چرا یك جسم با جرم بیشتر دقیقا نیروی وارده ای برابر با یك

جسم با جرم كمتر دارد؟


روابط زیر طریقه ی احتساب این نیرو و فرمول محاسبه ی نیرو ی خلا و ماده را نشان می دهد:

                           
F = G x Mm x Me / Re^2       نیروی خلاء                                                                                                                            

F=am         نیروی ماده


دافعه ی ماده بر خلا برابر است با جرم ماده در تفاضل سرعت نور و شتاب گرانشی      Fe = M(C-g)                                          

Fe = 5.98 x 10^24 x (3 x 10^8 – 9.8) = 17.93 x 10^32


Fv = MC           دافعه خلا بر یك جسم برابر است با جرم جسم در سرعت نور

Fv = 5.98 x 10^24 x 3 x10 ^8 = 17.94 x 10^32

Fv – Fe = resultant = 0.01 x 10^32 = 10^30 (N)

این روابط نشان می دهند كه شتاب گرانشی زمین حاصل برآیند نیروی 17.94 x 10^32 نیوتنی خلا بر زمین

و نیروی   17.93 x 10^32 نیوتنی زمین بر خلا است.

این برآیند به صورت تقریبی برابر با   10^30 (N)نیوتن است.

توجه داشته از آنجا كه نور در سرعت بی نهایت (مادی) قرار دارد شتاب آن نیز برابر با سرعت آن خواهد بود.

بنابراین می توان تفاضل آنرا با شتاب گرانشی با در نظر گرفتن واحد شتاب انجام داد.


اینشتین به این دلیل شتاب را در نسبیت خاص تعریف نكرد زیرا اعتقاد داشت نور بالاترین سرعت است و حتی

با دادن نیروی بیشتر سرعت آن را بیشتر نمی كنیم .


می دانیم كه اگر نوری از اتمسفر وارد خلا شود به سرعت اولیه ی خود شتاب می گیرد.


حتی امروزه ذراتی با نام تاكیون ها به فیزیك معرفی شده اند كه این خود نشان می دهد نور دارای آخرین

سرعت نیست.


همچنین می دانیم كه طبق نسبیت خاص و هم ارزی جرم و انرژی اگر ماده ای به سرعت نور شتاب بگیرد

مقدار جرم بیشتری از آن به انرژی تبدیل می شود.

در پدیده ی انتقال به آبی نیز نوربر اثر نیروی زیاد یك میدان گرانشی قوی منحرف به سمت جرم مركزی می شود

و طیف آن متمایل به آبی می گردد كه این نشان دهنده ی افزایش انرژی در آن است.


 نتیجه گیری:

الف) نور صورتی كامل از انرژی نیست و در آن جرم نیز وجود دارد.


ب) سرعت نور سرعت نهایی نیست.


ج) در پدیده ی انتقال به آبی انرژی و در نتیجه سرعت نور بیشتر می گردد.


سرعت 300195025.68574004 متر بر ثانیه آخرین سرعت یك ذره – موج در قالب نوری می باشد اگر كه

سرعت خلا در نور 299792458 متر بر ثانیه باشد.


به همین دلیل است كه نمی توان خواص نور را در كل موجی دانست زیرا كلا از انرژی نیست و به دلیل حمل

مقداری جرم خواص ذره ای نیز دارد .

این نسبت باید تا حدی باشد كه سرعت مجذور نور تقریبا سرعت بی نهایت باشد.


بر اساس مدل‌هایی که تکامل عالم را بررسی می‌کند،می‌دانیم در ابتدای شکل‌گیری عالم ذرات جرم نداشتند.

اما در دوره‌ای نسبتا کوتاه، هر یک از ذرات جرم مشخصی را به‌دست آوردند و این جرم ذرات بود که روند بعدی

تکامل عالم را مشخص کرد. برخی از ذرات مانند فوتون‌ها که ذرات تشکیل‌دهنده نور هستند، بدون جرم ماندند،

اما برخی دیگر جرم پیدا کردند و رفتارشان تغییر کرد.

سوال مهمی که در دنیای فیزیک وجوددارد، این است که چه چیزی باعث شد تا ذرات عالم جرم‌دار شوند.


چگونه چنین انفجار بزرگی ازخودانبساطی راتولید نموده که این ابساط در زمان ثانیه پس از بیگ بنگ

جهان یکپارچه و با شکوه ما را بنیان نهاده است؟

دانشمندان می خواهند از طریق یافتن امواج گرانشی که مانند یافتن یک سوزن در کاهدان است این پرسش را

پاسخ دهند.




ثانیا: طبق نظریه اینشتین جرم ذره باعث خمیده شدن فضای اطراف ذره می شود.

اثرات این خمیدگی خود را به صورت نیروی گرانشی ظاهر می کند.

این نیروی گرانش اثرات خود را  به شکل انرژی نشان می دهد.

هرجه جرم بزرگتر باشد(مانند اجرام برگ کیهانی)اثرات نیروی گرانش با انرژی بیشتری مشاهده خواهد شد. (نظر اینشتین)


امواج گرانشی چیست؟ اینشتین پیش بینی می کردکه در نقاطی از فضا که اجرام بسیار بزرگی

تشکیل شده باید نشانه ها گرانش را به شکل انرژی نیز مشاهده کنیم.

اینشتین دریافت که نمی‌توان این دو مفهوم را از هم جدا کرد و در تئوری نسبیت، فضا – زمان بعد چهارم را

تشکیل می‌دهد.


گرانش یا جاذبه در این تئوری انحنایی در فضا-زمان است.

این انحنا را جرم ایجاد می‌کند. هر چه جرم جسمی بیشتر باشد انحنای بزرگتری در فضا-زمان ایجاد می‌کند. این


انحنا در واقع موقیت جسم را مشخص می‌کند.


وقتی جسمی حرکت می‌کند، انحنایی که در فضا-زمان ایجاد می‌کند هم حرکت می‌کند.


ردیابی امواج گرانشی در واقع دو نظریه مهم فیزیک و کیهان شناسی یعنی نظریه کوانتوم و نسبیت را به گونه‌ای


بی سابقه در کنار هم قرار داد و این حقیقت که پدیده کوانتومی تورم عالم توانسته امواج گرانشی تولید کند را


ثابت کرد.


نظریه ای که آلبرت اینشتین در سال ۱۹۱۶ آن را پیش بینی کرد و از آن‌جایی‌که خود او می‌دانست تا چه حد این


امواج ضعیف‌اند از یافتن آن‌ها به‌کل ناامید بود و گمان می‌کرد که هرگز کشف نخواهند شد و تا سال‌ها پس از


ارائه‌ی مقاله، دانشمندان دیگر هم چندان روی خوشی به امواج گرانشی نشان ندادند.


اما بالاخره ثابت شد که حق با اینشتین بود و او راست می گوید. این کشف یکی از مهمترین کشفیات اختر


شناسی و فیزیک ارزیابی می‌شود که به دانشمندان امکان می‌دهد برای اولین بارشواهد مستقیم از انبساط کیهان


در نخستین لحظات تولد جهان در هنگام بیگ بنگ در ۱۳٫۸۲ میلیارد سال قبل را مشاهده کنند.


این امواج نشان‌دهنده آن است که گرانش هم مانند دیگر نیروهای بنیادی شناخته‌شده عالم، ماهیتی کوانتومی


دارد.


جستجو برای این امواج مثل جستجوی یک سوزن در کاهدان بود .دانشمندان فکر می‌کنند که این کشف قفل راز


تولد جهان را باز خواهد کرد و توضیح خواهد داد که انفجاری با این عظمت چگونه چنین انبساطی ایجاد کرده و


جهانی یکپارچه را در ده به توان منفی ۳۴ ثانیه پس از بیگ‌بنگ شکل داده است و در نهایت چهره کیهان‌شناسی


و فیزیک ذرات بنیادی را دگرگون کند.نقل از bigbaangpage.com/?=8597