جستجو در محصولات

گالری پروژه های افتر افکت
گالری پروژه های PSD
جستجو در محصولات


تبلیغ بانک ها در صفحات
ربات ساز تلگرام در صفحات
ایمن نیوز در صفحات
.. سیستم ارسال پیامک ..
مقايسه نظريه گرانش نيوتون و نسبيت عام اينشتين درباره نحوه رفتار گرانش
-(1 Body) 
مقايسه نظريه گرانش نيوتون و نسبيت عام اينشتين درباره نحوه رفتار گرانش
Visitor 289
Category: دنياي فن آوري
طبق نظريه نسبيت عام اينشتين، گرانش عبارت است از پيچ و تابي در بافت فضا-زمان، و زمين به اين دليل در مدار خود به دور خورشيد مي گردد که انحنايي را که گرانش خورشيد در بافت فضايي ايجاد کرده است، دنبال مي کند؛ نه به خاطر اينکه طبق نظريه نيوتون، خورشيد در هر لحظه زمين را با گرانش خود در مدار نگه مي دارد(به خاطر اينکه نيوتون تصور مي کرد گرانش نيرويي است که در هر فاصله آني عمل مي کند).پس اگر ما فرض کنيم خورشيد در يک لحظه نابود شود(يک فرض ذهني)آشفتگي گرانشي حاصل از نابودي خورشيد دربافت فضا، موجي (يا موج گرانشي)ايجاد مي کند که با سرعت نور حرکت کرده(که اينشتين اين سرعت را محاسبه کرد)و زمين را پس از 8 دقيقه (فاصله نوري زمين با خورشيد)يعني زماني که اين موج از محل خورشيد به زمين برسد از مدار خارج مي کند، در صورتي که طبق نظريه نيوتون چون گرانش، آني عمل مي کند، زمين بلافاصله پس از نابودي خورشيد به فضا پرتاب مي شود.
اين آشفتگي گرانشي، به خاطر اين است که در نظريه نسبيت عام گفته مي شود چون بافت فضا به خاطر اثر گرانش دچار انحنا مي شود، با از بين رفتن اثر گرانش، بافت فضا تمايل دارد به حال اوليه(يعني حالت بدون انحنا)برگردد.پس بايد بافت فضا يک بافت کاملاً فعال باشد نه منفعل و غيرفعال، يعني نه مثل زماني که اگر اثر گرانش از بين رفت، بافت فضا همانند يک خميرکش آمده، به حال اول برنگردد.
مي توان گفت با يک فرض ساده هم مي توان فهميد که سرعت گرانش، آني نيست.به اين ترتيب که گرانش، نيرويي است که در ماده اثر مي کند.پس طبق يک فرض منطقي، فقط ماده مي تواند روي ماده اثر بگذارد و ماده هم از ذره تشکيل شده و هر ذره نيز مکاني براي خود در فضا اشغال مي کند به گونه اي که مي توان مختصات آن را در فضا مشخص کرد.يعني کل فضا(فضاي بي نهايت)را اشغال نکرده است.حال اگر اين ذره بخواهد از مکان خود به نقطه ديگر در فضا برود، بايد فاصله بين اين دو نقطه را طي کند و اين مستلزم صرف زمان است.پس نتيجه مي گيريم که سرعت گرانش (که هويت مادي دارد)آني نيست.حال با چه سرعتي حرکت مي کند بايد آزمايش کرد و محاسبات رياضياتي انجام داد که طبق نظريه نسبيت عام، اين سرعت با سرعت نور برابر است که از طريق محاسبه علمي بدست آمده است.
در اينجا فرض شده که امواج گرانشي(ناشي از آشفتگي گرانشي)با سرعت نور حرکت مي کنند.اما آيا پيچ و تاب و انحناي موجود در بافت فضا که گرانش خورشيد يا کلاً در هر ماده اي آن را ايجاد مي کند هم با سرعت نور ايجاد مي شود يا اينکه اين پيچ و تاب، ثابت و ايستا است؟ يعني گرانش خورشيد يک انحناي ثابت و بدون تغيير ايجاد مي کند؟ مثل زماني که سنگي را درون مقداري ماسه يا يک زمين خيس مي اندازيم و حفره و چاله اي ثابت ايجاد مي شود؛ بايد گفت تصور اول بايد درست باشد چون در نظريه نسبيت عام مي خوانيم گرانش باعث ايجاد انحنا و پيچ و تاب مي شود و گرانش نيز با سرعت نور حرکت مي کند.چون در نظريه نسبيت عام گفته مي شود که زمين، انحنايي را دنبال مي کند که گرانش خورشيد در بافت فضا ايجاد کرده، پس نتيجه مي گيريم که خورشيد بايد يک انحناي ثابت و بدون تغيير را در بافت فضا ايجاد کند، چون زمين يک مدار ثابت و با تغييرات اندک را دنبال مي کند.در اينجا نيز به همان مشکلي برمي خوريم که در نظريه نيوتون با آن مواجه بوديم:يعني نيروي گرانش در هر فاصله،آني عمل نمي کند تا گرانش خورشيد بتواند يک انحناي ثابت در بافت فضا ايجاد کند و اين انحنا بتواند در هر لحظه، زمين را در مدارش نگه دارد.اينجا با اين سؤال مواجه مي شويم چگونه نيروي گرانشي که آني عمل نمي کند، مي تواند يک انحناي ثابت در بافت فضا ايجاد کند؟
فرض مي کنيم که انحناي ايجاد شده در بافت فضا متغير و بدون ثبات است؛ يعني همواره امواج گرانشي ناشي از گرانش خورشيد در بافت فضا حرکت مي کنند و بافت فضا را دچار تغيير مي کنند؛ درست مثل پارچه يک پرچم هنگامي که باد مي آيد، پيوسته پيچ و تاب مي خورد.در اينجا مي توانيم خورشيد را به آن قسمت از پايه پرچم که پارچه پرچم به آن بسته شده و پارچه آن را به بافت فضا، و پيچ و تاب موجود در پارچه را به امواج گرانشي حاصل از گرانش خورشيد تشبيه کنيم، با اين تفاوت که پيچ و تاب پرچم ناشي از وزش باد است.
اگر اين طور باشد پس چگونه زمين و ساير کرات و اقمار در مدار ثابتي حرکت مي کنند.در اين صورت يک انحناي ثابت در فضا وجود نخواهد داشت که زمين و ساير کرات آن را دنبال کرده و يک مدار ثابت داشته باشند.چون امواج گرانشي ارسال شده از خورشيد، تغييرات حرکتي در مدار زمين و کرات ايجاد مي کنند و آنها به نحو کاملاً متفاوتي نسبت به وضع کنوني خود حرکت خواهند کرد و احتمالاً توسط اين امواج ارسالي، از مدار خارج خواهند شد.در اين صورت مي توان گفت که تصور جديد اينشتين درباره بافت فضا و پيچ و تاب موجود در آن، خود عاملي براي خارج شدن کرات از مدار خواهد بود تا اينکه باقي ماندن آنها را در مدار خود توضيح دهد!!!
بايد گفت نيرويي به صورت دائمي و عاملي به صورت پيوسته و ثابت در زمين اثر مي کند تا آن را در مدار نگه دارد.نيرويي که جهت آن به سمت خورشيد است.
توجيه نيوتون مبني بر آني عمل کردن گرانش در هر فاصله، هرچند از لحاظ نظريه نسبيت عام و به طور کلي اشتباه است اما ظاهراً نسبت به تصوري که اينشتين درباره بافت فضا داشت با توضيحاتي که داده شده قابل قبول تر است.
شايد اينشتين و ساير دانشمندان براي توضيح نظريه ارائه شده توسط اينشتين يعني نسبيت عام، فرض نابودي خورشيد را به طور ناگهاني و در يک لحظه در نظر مي گرفتند که اين فرض با ايجاد يک واپيچش و آشفتگي گرانشي حاصل از ناپديد شدن اثر گرانشي خورشيد و ايجاد يک موج گرانشي در بافت فضا که پس از 8 دقيقه(يعني فاصله نوري زمين با خورشيد)و نه آني(که مغاير سرعت حد نور است)زمين را از مدار خارج مي کند درست به نظر مي رسد، در صورتي که در نظريه نيوتون با فرض آني بودن اثر نيروي گرانش و حذف آني اين اثر در صورت نابودي ناگهاني خورشيد، زمين بلافاصله به درون فضا پرتاب مي شود.شايد دانشمندان و حتي اينشتين با سؤال مطرح شده ما يعني سرعت ايجاد خود اين انحنا در بافت فضا توسط خورشيد(چه قدر است؟)، همين حالا که خورشيد وجود دارد(يعني فرضي واقعي و ملموس تر نسبت به فرض ذهني نابودي ناگهاني خورشيد)مواجه نشدند.
ما در اينجا چند توجيه مي آوريم:
1-براي اينکه نظريه اينشتين درباره توضيح نحوه حرکت زمين به دور خورشيد درست باشد، گرانش خورشيد بايد يک انحناي ثابت و پايدار و بدون تغيير در بافت فضا ايجاد کند تا زمين بتواند در هر لحظه، اين انحنا را دنبال کرده و به درون فضا نيفتد(شکل1).
در شکل 1 مي توان مطلب را بهتر متوجه شد.شکل A خورشيد و زمين را جدا از بافت فضا(که در شکل B است)نشان مي دهد(به صورت فرضي).يعني دراين حالت در بافت فضا پيچ و تاب و انحنايي وجود ندارد، چون ماده اي وجود ندارد که در آن انحنا ايجاد کند.در شکل C فضا (يا فضا-زمان)را با خورشيد و زمين با هم در نظر مي گيريم که در اين صورت، وجود گرانش خورشيد باعث قوس و پيچ و تاب فضا مي شود.خطوط نقطه چين، گرانش خورشيد را نشان مي دهد که باعث انحناي بافت فضا مي شود.در اينجا،بافت فضا را به خاطر محدوديت وسايل ترسيمي به شکل دوبعدي نشان داده ايم.(خط منحني بافت فضا است که ابتدا به صورت خط صاف بوده است).
همانطور که قبلاً گفتيم طبق تصور اوليه نسبت به مفهوم نسبيت عام (طبق اين مفهوم، گرانش باعث انحنا در بافت فضا مي شود که سرعتش آني نيست)، گرانش خورشيد نمي تواند يک انحناي ثابت در بافت فضا ايجاد کند چون گرانش، آني عمل نمي کند بلکه با سرعت نور حرکت مي کند.
پس براي اينکه گرانش يک انحناي ثابت در بافت فضا ايجاد کند بايد به صورت زير رفتار کند:
به شکل C توجه کنيد.نقطه a در بافت فضا نزديکترين نقطه به خورشيد در شکل ماست، پس اگر ما گرانش را به صورت ذره اي در نظر بگيريم (تصور ذره اي گرانش فقط يک تصور ذهني است و آن را براي توضيح اثر گرانش ذکر مي کنيم.درست مثل نور که از ذره ها و بسته هاي انرژي به نام فوتون تشکيل شده است.چون سرعت گرانش با نور يکسان است پس مي توانيم فرض کنيم که گرانش نيز از ذراتي به نام ذرات گرانش تشکيل شده است)اين ذره از خورشيد ارسال مي شود و در مسير حرکت خود، بافت فضا را دچار انحنا مي کند اما چون گرانش، نيرويي است که با فاصله گرفتن از منبع گرانش يعني ماده کاهش مي يابد، پس ذره گرانشي هرچه از خورشيد دورتر شود با کاهش اثرش، بافت فضا را نيز کمتر دچار انحنا مي کند.همانطور که در شکل C مي بينيد انحناي بافت فضا در قسمت b از قسمت a کمتر و قسمت c نيز از قسمت b کمتر است و در قسمت d که محل استقرار زمين است، اين انحنا از نقاط قبلي کمتر است.البته در قسمت d انحناي ديگري نيز در بافت فضا وجود دارد که ناشي از گرانش زمين است.اگر فقط يک ذره گرانشي از خورشيد ارسال مي شد، اثر آن باعث ايجاد يک موج گرانشي در بافت فضا مي شد که همانند موج روي آب حرکت مي کرد.اما خورشيد فقط يک ذره گرانشي ساطع نمي کند، بلکه خورشيد در هر لحظه در حال ارسال ذرات گرانشي است.درست مثل اينکه ما يک لحظه برق پنکه دستي را قطع و وصل کنيم در اين صورت پروانه پنکه فقط چند دور مي زند و بعد از آن متوقف مي شود، اما اگر ما برق آن را پيوسته متصل نگه داريم، پروانه آن بي وقفه خواهد چرخيد.
ذرات گرانشي نيز همواره پشت سر هم از خورشيد ساطع مي شوند.پس يک قسمت از بافت فضا که توسط يک ذره گرانشي دچار انحنا شد، هنگامي که اين ذره از مکان آن بافت فضايي فاصله گرفت و از آن قسمت از بافت فضا عبور کرد، آن بخش از بافت فضا(چون عامل انحنا دهنده بافت فضا از آن دور شده است)تمايل دارد به حال اوليه(يعني حالت بدون انحنا)برگردد اما ذره پشت سر ذره اول، اثر آن را دنبال مي کند و اجازه نمي دهد که انحنا به حالت اول برگردد.
پس مي توان گفت چون ذرات گرانشي پشت سر هم و به صورت يکنواخت حرکت مي کنند، هنگامي که به قسمتي از بافت فضا مي رسند آن را به صورت ثابت و يکنواخت دچار انحنا مي کنند و ذرات عقب تر اجازه نمي دهند که انحناي ايجاد شده توسط اثر ذرات گرانشي پيشتاز، به حالت اوليه برگردد مگر اينکه ارسال اين ذرات قطع شود مثلاً خورشيد به طور ناگهاني(فرض ذهني)نابود شود.
با توضيحاتي که داده شد، مي توان گفت که گرانش خورشيد مي تواند يک انحناي ثابت در بافت فضا ايجاد کند تا زمين با دنبال کردن اين انحنا يک مدار ثابت به دور خورشيد داشته باشد و به درون فضا پرتاب نشود(شکل 2).
-با اين تفاسير، آيا نظريه نسبيت عام اينشتين کاملاً درست است و نظريه گرانش نيوتون مبني بر آني بودن اثر گرانش کاملاً غلط؟
طبق همان توضيحاتي که براي اثبات وجود انحناي ثابت در بافت فضا توسط گرانش خورشيد در نظريه نسبيت عام گفتيم مي توان نظريه نيوتون را نيز توجيه کرد.يعني نظريه نيوتون را مي توان با يک اصلاح ساده،دوباره قابل کاربرد کرد.در زير به انجام اين اصلاح مي پردازيم.
نيوتون تصور مي کرد که گرانش در هر فاصله، آني عمل مي کند و به همين دليل خورشيد مي تواند زمين را در هر لحظه به دور خود در حال چرخش نگه دارد.شايد نيوتون تصور مي کرد که گرانش همانند يک طناب عمل مي کند.مثل زماني که طنابي را به يک گلوله ببنديم و سر ديگر طناب را با دست بگيريم و گلوله را به دور دست بچرخانيم.پس هنگامي که اين طناب پاره شود گلوله بلافاصله به بيرون پرتاب خواهد شد.پس در مورد نظريه نيوتون هم مي توان انتظار داشت که به محض اينکه اين طناب گرانشي با از بين رفتن خورشيد پاره شد، زمين بلافاصله به درون فضا بيفتد.
اما اگر اينجا نيز گرانش را به صورت ذراتي که در هر لحظه و بدون وقفه از خورشيد ارسال مي شوند تصور کنيم، مي توانيم نظريه نيوتون را توجيه کنيم.(به شکل 3)توجه کنيد.
فرض کنيد زمين و خورشيد، ثابت و بدون حرکت در فضا قرار دارند و کره فضايي ديگري در فضا وجود ندارد.فرض مي کنيم خورشيد در مرحله a تازه شروع به ارسال ذرات گرانشي مي کند و قبل از آن، خورشيد هيچ ذره گرانشي به فضا ارسال نکرده است(فرض ذهني).براي اين بخش، زماني در نظر نمي گيريم.در مرحله b با گذشت 4 دقيقه، اين ذرات به نيمه راه خورشيد و زمين رسيده اند(که 8 دقيقه نوري است).در مرحله c، پس از گذشت 8 دقيقه، ذرات گرانشي خورشيد به زمين مي رسند و مي خواهند زمين را به سمت خورشيد جذب کنند.در همين لحظه يک عامل کيهاني ضربه اي به زمين در جهت عمود با خط و اصل زمين و خورشيد وارد مي کند و زمين شروع به حرکت مي کند.با حرکت زمين، ذرات گرانشي که از خورشيد ارسال شده اند مانع از دور شدن از خورشيد مي شوند.پس زمين همانند گلوله اي که به طنابي بسته شده و توسط نيروي دست به دور دست مي گردد، به دور خورشيد شروع به گرديدن مي کند.با حرکت دوراني زمين، نيروي گريز از مرکز ايجاد مي شود که مي خواهد زمين را از مدار خارج کند، اما چون اين نيروي گريز از مرکز، توسط نيروي گرانشي خورشيد(که توسط ذرات گرانشي اعمال اثر مي کند)، مقابله و با آن خنثي مي شود، پس زمين همچنان در مدار خود باقي مي ماند و يک مدار ثابت را دنبال خواهد کرد.حالا فرض مي کنيم که در بخش d خورشيد ناگهان نابود شود(براي اين بخش هم زماني در نظر نمي گيريم).در نظريه نيوتون چون نيروي گرانش همانند يک طناب عمل مي کند با پاره شدن اين طناب گرانشي بايد زمين بلافاصله از مدار خارج شود؛ همين مسئله اشکال نظريه نيوتون است اما ما همانطور که قبلاً گفتم گرانش را مانند طناب درنظر نمي گيريم بلکه به صورت ذرات مجسم مي کنيم.در اين مرحله، گرچه خورشيد نابود شده اما ذرات گرانشي که تا قبل از نابود شدن خورشيد از آن ارسال مي شدند، هنوز وجود دارند و در حال حرکت به سمت زمين هستند.مرحله e، چهار دقيقه پس از نابودي خورشيد را نشان مي دهد که ذرات گرانشي هنوز وجود دارند و به سمت زمين مي روند و به دليل وجود همين ذرات گرانشي است که زمين بلافاصله پس از نابودي خورشيد از مدار خارج نمي شود.
در مرحله f، که 8 دقيقه پس از نابودي خورشيد را نشان مي دهد، آخرين ذرات گرانشي به زمين ارسال شده اند و ذره گرانشي ديگري و در واقع عاملي باقي نمانده است که بتواند بر زمين نيرو وارد کرده، آن را در مدار نگه دارد؛ به همين خاطر پس از اين مرحله، زمين از مدار خارج شده و به درون فضا مي افتد.در واقع پس از نابودي خورشيد، 8 دقيقه زمان لازم است تا آخرين بقاياي ذرات گرانشي ارسال شده از خورشيد، به زمين رسيده و به پايان برسند.بنابراين تا قبل از آن، زمين را در مدار نگه مي دارند.پس قاعدتاً زمين نمي تواند بلافاصله پس از نابودي خورشيد از مدار خارج شود.
شايد گفته شود ذرات گرانشي به اين شکل نمي توانند زمين را در مدار نگه دارند.يعني اين ذرات براي در مدار نگه داشتن زمين قدرت کافي ندارند.
جواب:اگر اين ذرات نتوانند زمين را به اين شکل در مدار نگه دارند پس در بافت فضا هم نمي توانند به نحوي انحنا ايجاد کنند که اين انحنا بتواند زمين را در مدار نگه دارد.به هر حال اين انحنا در بافت فضا را هم همين ذرات گرانش ناچيز بوجود مي آورند.انحنايي که زمين را با آن عظمت و گرانش و جرم و سنگيني زياد در مدار نگه مي دارد و اجازه نمي دهد که در هر مسيري که مي خواهد حرکت کند.پس اين ذرات گرانشي همانطور که در نظريه نسبيت عام، اينقدر قدرت و نيرو دارند تا بتوانند در بافت فضا يک انحناي مؤثر ايجاد کنند تا زمين با دنبال کردن اين انحنا در مدار بماند و درون فضا نيفتد، در نظريه اصلاحي نيوتون(نظريه نيوتون با اصلاحي که ما در آن ايجاد کرديم)نيز همين ذرات، اين قدر نيرو دارند تا بتوانند در غياب خورشيد، زمين را به مدت 8 دقيقه در مدار نگه دارند.
در مورد نظريه نسبيت عام مي توان گفت که ذرات گرانشي با ايجاد انحنا در بافت فضا، درواقع يک ديواره ايجاد مي کنند که اين ديواره هماند لبه يک کاسه عمل مي کند که گلوله اي درون آن در حال چرخش است.همانطور که لبه کاسه مانع بيرون افتادن گلوله مي شود اين ديواره نيز مانع خارج شدن زمين از مدار مي گردد.
احتمالاً تفاوت تصور نيوتون و اينشتين درباره گرانش، در شکل هندسي و جهت اثر نيروي گرانش بود.نيوتون، اين نيرو را به صورت خطي (خط راست)فرض مي کرد؛ نيرويي که همانند يک طناب، زمين را از عقب (جهتي که رو به روي خورشيد است)به سمت خورشيد مي کشد و مانع دور شدن آن از خورشيد مي شود.اما اينشتين آن را به صورت منحني در نظر مي گرفت و نيرويي که زمين را از جلو يا مقابل(جهتي که رو به روي خورشيد نيست)همانند يک ديواره به سمت خورشيد متمايل مي کند.
درواقع اين نيروي منحني شکل، مانعي در مقابل حرکت آزاد زمين ايجاد مي کند که از مدار خود به دور خورشيد دور نشود و به درون فضا پرتاب نشود(شکل4).
درواقع مي توان گفت که نيوتون تصور مي کرد گرانش خورشيد به صورت مستقيم و بدون واسطه روي زمين اثر مي کند و آن را در هر لحظه در مدار نگه مي دارد، اما تصور اينشتين درباره گرانش متفاوت با اين تصور بود.او گرانش خورشيد را نيرويي مي دانست که به صورت غيرمستقيم باعث باقي ماندن زمين در مدار مي شود.يعني به واسطه ايجاد انحنا در بافت فضا، زمين را در مدار نگه مي دارد.به اين ترتيب که گرانش در بافت فضا اعمال اثر مي کند و در آن، ايجاد انحنا مي نمايد و زمين با دنبال کردن اين انحنا در مدار مي ماند.با توضيحاتي که مطرح شد آيا نظريه نيوتون(نظريه اصلاحي نيوتون)و نظريه نسبيت عام اينشتين هر دو درست هستند.
همانطور که مي دانيد نظريه نسبيت عام ابتدا براي توضيح دليل حرکت سيارات به دور خورشيد به اين خاطر ارائه شد که توضيح نيوتون در اين باره، با فرض آني بودن اثر گرانش، اشتباه بود.حال با اصلاحي که ما در نظريه نيوتون انجام داديم به نظر مي رسد که اين نظريه درست و قابل کاربرد باشد.نظريه نسبيت عام چه طور؟ آيا آن هم کاملاً درست است؟ يعني اينکه براي توضيح دليل حرکت سيارات به دور خورشيد و همچنين نحوه حرکت ساير اجرام و ستارگان مي توان هر دو نظريه را به کار برد؟ در ادامه به مثالها و توضيحات بيشتري در اين باره مي پردازيم.
2-اگر گرانش خورشيد بتواند در بافت فضا انحنا ايجاد کند احتمالاً به يکي از سه حالت زير رفتار مي کند:
A:اگر ذرات گرانشي بدون فاصله و پيوسته پشت سر هم حرکت کنند، يعني نحوه قرار گرفتن آنها ممتد باشد، باعث تقويت و بيشتر شدن اندازه انحنا مي شوند که در اين صورت، اندازه انحنا با گذشت زمان افزايش مي يابد و ما يک انحناي ثابت نخواهيم داشت بلکه يک انحناي قابل رشد داريم.يعني ذرات گرانشي باعث مي شوند که بافت فضا بيشتر کش بيايد و پيچ و تاب بردارد.چون سرعت ايجاد انحنا در بافت فضا برابر سرعت نور است اگر فاصله اي بين ذرات گرانشي که پشت سر هم حرکت مي کنند نباشد، اين ذرات نه تنها اجازه نمي دهند که انحناي ايجاد شده در بافت فضا به حالت اوليه برگردد بلکه همواره آن را بيشتر کش مي دهند.
B:اگر بين ذرات گرانشي فاصله وجود داشته باشد در اين صورت هنگامي که يک ذره گرانشي پس از ايجاد انحنا در يک نقطه از بافت فضا، از آن عبور کرد تا زماني که ذره گرانشي ديگر به آن بافت فضايي برسد، بافت فضا کمي به عقب برمي گردد(يعني به سمت حالت بدون انحنا)اما ذره ديگر که پشت ذره اول بود، اجازه نمي دهد که بافت فضا کاملاً به حالت اول برگردد و آن نيز بافت فضا را کش مي آورد.اما چون ذره دوم در مکاني جلوتر از حالت اوليه بافت(حالت بدون انحنا)به بافت فضا رسيده است بافت فضا را به مکاني جلوتر از مکان انحناي ايجاد شده توسط ذره اول مي برد.يعني بافت فضا بر اثر اعمال گرانش دو ذره بيشتر از يک ذره کش مي آيد و دچار انحنا مي شود و در مورد ذرات ديگر، اين انحنا همچنان افزايش مي يابد.پس با گذشت زمان با برخورد ذرات بيشتر به بافت فضا، اين بافت بيشتر دچار انحنا مي شود.
C:حتي اگر فاصله ذرات گرانشي به گونه اي باشد که بافت فضا بعد از خلاص شدن از يک ذره به حالت اوليه خود برگردد در اين صورت نيز گرچه بافت فضا مانند موارد قبل با گذشت زمان، رشد و افزايشي ندارد اما بافت فضا دچار نوسان مي شود و در هر لحظه نوسان مي کند يعني بافت فضا دچار تپش مي گردد.پس يک انحناي ثابت وجود نخواهد داشت.
بنابراين درهر سه حالت A و B و C يا هر حالت فرضي ديگر،انحناي بافت فضا يا همواره در حال رشد و افزايش يا در حال نوسان است.پس ما يک انحناي ثابت نخواهيم داشت که بتواند زمين را در يک مدار ثابت به دور خورشيد به حرکت درآورد.(شکل 5)
در شکل زير چون بافت فضا در حال رشد است، زمين در حال فاصله گرفتن از خورشيد است و با فاصله گرفتن زمين از خورشيد تعادل بين نيروي گرانش و گريز از مرکز زمين به هم مي خورد و زمين بر اثر نيروي گريز از مرکز به درون فضا پرت مي شود(شکل 6)
نکته ديگر اينکه، اگر ايجاد انحنا در بافت فضا همانند امواج ايجاد شده در مثال پرچم باشد چون گرانش، نيرويي است که با فاصله گرفتن از ماده کاهش مي يابد پس امواج گرانشي ناشي از گرانش خورشيد در بافت فضا، هنگام فاصله گرفتن از خورشيد کوچکتر خواهند شد و هنگامي که به نزديکي زمين مي رسند(چون از خورشيد بسيار دورند، شديداً ضعيف مي گردند و امواج گرانشي زمين که بسيار به منبع خود نزديکند کاملاً قوي هستند)ممکن است با امواج گرانشي ناشي از گرانش زمين نابود و بي اثر شوند.به گونه اي که قله امواج ناشي از گرانش خورشيد با دره امواج ناشي از گرانش زمين وبالعکس در مقابل هم قرار گيرند ونابود شوند.يا اينکه ممکن است قله ها و دره هاي ناشي از هر دو منبع، در مقابل هم قرار گرفته و تقويت شوند اما اين تقويت قله و دره موج در حرکت زمين تأثيري نخواهد گذاشت.چون تقويت امواج فقط در نقطه اي که دو قله يا دو دره يکديگر را ملاقات مي کنند، صورت مي گيرد و بعد از گذشتن از اين نقطه، امواج به حالت اوليه خود برمي گردند و در اين صورت ممکن است با حالت اوليه خود به زمين اصابت کنند و زمين را از مدار خارج کنند.يا اينکه يک آشفتگي موجي قوي يا ضعيف ايجاد گردد که ممکن است اثر برخوردش با زمين ناچيز يا چشم گير باشد و تغييراتي در مدار حرکت زمين ايجاد کند يا اينکه کلاً زمين را از مدار خارج کند.
همانطور که مي بينيد ارسال اين امواج از خورشيد و زمين که از مفهوم انحنا در بافت فضا در نظريه نسبيت عام گرفته شده، نمي تواند هيچ توضيح درستي درباره نحوه حرکت زمين در مدارش به دور خورشيد ارائه دهد.
3-مورد ديگر اينکه ما مي توانيم نيروي گرانش را به نيروي مغناطيسي(به نحوي)تشبيه کنيم.هرچند اندازه نيروي آنها به قدري چشم گيري متفاوت است(شکل 7).
در اينجا ما يک منظومه مغناطيسي داريم که از نيروي مغناطيسي(نيروي جذبي آن)به جاي نيروي گرانش استفاده شده است.اين منظومه از يک گلوله آهني و يک آهنرباي الکتريکي استوانه اي تشکيل شده است که درون يک محفظه خالي از هوا قرار دارند.گلوله آهني در حال حرکت است و آهنربا آن را با نيروي مغناطيسي به سمت خود مي کشد.چون گلوله دوراني حرکت مي کند، نيروي گريز از مرکز حاصل از آن، با نيروي مغناطيسي مقابله مي کند و مانع برخورد گلوله به آهنربا مي گردد چون اين دو نيرو برابرند.از نيروي گرانش زمين که گلوله را به پايين مي کشد، صرفنظر مي کنيم.
در اينجا نيروي مغناطيسي نيز همانند نيروي گرانش از منبع ايجاد کننده آن، يعني آهنربا جداست.يعني از زماني که ما براي ايجاد آهنرباي الکتريکي برق آن را وصل مي کنيم(در ابتداي کار که هنوز گلوله آهني را به حرکت در نياورديم)تا زماني که اين نيرو، فاصله بين آهنربا و گلوله را طي کند تا به گلوله برسد، کسري از زمان طول مي کشد.هرچند اين فاصله، بسيار کم و اين کسر زمان بسيار ناچيز است.يعني مي توان نيروي مغناطيسي را از آهنربا همانند نيروي گرانش از خورشيد مجزا در نظر گرفت.پس عاملي که باعث باقي ماندن گلوله در مدارش به دور آهنربا مي شود، ذرات مغناطيسي ارسالي از آهنربا هستند که در گلوله اثر مي کنند و آن را به سمت آهنربا جذب مي کنند و مانع دور شدن آن از آهنربا مي شوند.پس گلوله در مدار خود مي ماند و به بيرون پرتاب نمي شود.در اين حال، اگر نيروي مغناطيسي به هر دليلي(مثل قطع شدن جريان برق آهنرباي الکتريکي)از بين برود، کسري از زمان به اندازه فاصله نوري آهنربا تا گلوله(مثل فاصله نوري زمين تا خورشيد که 8 دقيقه بود)طول مي کشد تا آخرين ذرات مغناطيسي ارسالي از آهنربا به گلوله برسند و بعد از آن، چون نيرويي وجود ندارد تا گلوله را در مدار نگه دارد پس گلوله از مدار خارج مي شود(زماني بسيار ناچيز).چون نيروي مغناطيسي و الکترومغناطيس هم آني عمل نمي کنند با سرعت نور حرکت مي کنند.براي نگه داشتن گلوله در مدار به دور آهنربا از توجيه نظريه نيوتون (اصلاحي)استفاده کرديم در صورتي که توضيح آن توسط نظريه نسبيت عام امکان پذير نيست.چون اولاً نيروي مغناطيسي ايجاد انحنا در بافت فضا نمي کند و چون طبق اين نظريه فقط گرانش باعث انحنا در بافت فضا مي شود، اين انحناي ايجاد شده توسط ماده آهنربا، به خاطر جرم بسيار کم آن، بسيار ناچيز خواهد بود و نمي تواند گلوله را در مدار آهنربا نگه دارد.
4-حال، يک مثال قابل تأمل تر را در نظر مي گيريم:
فرض کنيد خورشيد يک آهنرباي غول پيکر است و زمين نيز يک گلوله آهني غول پيکر(اندازه آنها به اندازه خورشيد و زمين واقعي است).در اين مثال، برآيند نيروي مغناطيسي و گرانش(چون اين نيرو از نيروي گرانش خورشيد طبيعي بيشتر است)باعث مي شود زمين به سمت خورشيد جذب شود.به همين خاطر زمين اگر بخواهد در مدار خود بماند، بايد با سرعت بيشتري حرکت کند(فرضاً يک عامل کيهاني نيرويي به آن وارد کند)تا زمين با ايجاد نيروي گريز از مرکز بيشتر ناشي از سرعت بيشتر، نيروي کافي براي مقابله با اين نيروي اضافي که از افزودن نيروي مغناطيسي ايجاد شده است، داشته باشد و به درون خورشيد سقوط نکند.يا اينکه زمين به مدار دورتري از خورشيد برود تا با فاصله گرفتن از خورشيد، ميزان نيروهاي گرانش و مغناطيسي کاهش يافته و نيروي گريز از مرکز ناشي از سرعت قبلي زمين، بتواند بر اين نيروها غلبه کرده و زمين بتواند با همان سرعت قبلي به دور خورشيد بگردد.اين مسائل توسط نظريه نسبيت عام اينشتين قابل توجيه نيست.چون در اين مثال،جرم خورشيد و زمين تغيير نکرده اند فقط جنس ماده آنها دچار تغيير شده است و يک خصوصيت جديد(خاصيت مغناطيسي)به خورشيد اضافه شده است.
در اين صورت، اگر زمين با سرعت بيشتر حرکت کند انحناي موجود در بافت فضا که تنها از گرانش حاصل شده(نه نيروي مغناطيسي)نمي تواند بر نيروي گريز از مرکز ناشي از سرعت بيشتر زمين غلبه کند.چون در اين حالت نيروي گريز از مرکز، افزايش يافته و نيروي آن از مقاومت انحناي بافت فضا بيشتر است و اين انحنا نمي تواند زمين را در مدار نگه دارد.پس باقي ماندن زمين در مدار به عاملي غير از مفهوم انحنا در بافت فضا مربوط است.حال اگر به جاي سرعت حرکت زمين، مدار آن تغيير کند و به مداري دورتر از خورشيد برود در اين صورت نيز وجود انحنا در بافت فضا نمي تواند عاملي براي باقي ماندن زمين در مدار باشد؛ چون اين انحنا توسط گرانشي که با اضافه شدن نيروي مغناطيسي تغيير نکرده، ايجاد شده است و مکان اين انحنا در مکان مدار قبلي زمين قرار دارد.درواقع وضعيت انحناي بافت فضا تغيير نکرده و همچنان در جاي قبلي خود قرار دارد، در صورتي که زمين اکنون در مداري دورتر از آن مدار در حال گردش است؛ يعني زمين خارج اين انحنا قرار دارد.پس عملاً بود يا نبود اين انحنا در نحوه حرکت زمين بي تأثير است و نمي تواند عاملي براي باقي ماندن زمين در مدار جديد باشد که اين مسأله مي تواند يکي از نقاط ضعف نظريه نسبيت عام باشد.به (شکل 8)توجه کنيد.
همانطور که مي بينيد با اضافه شدن نيروي مغناطيسي، حفظ هر دو حالت قبلي زمين(سرعت و مدار حرکت)امکان پذير نيست و براي اينکه زمين در حال حرکت به دور خورشيد باقي بماند بايد حداقل يکي از آن دو تغيير کند.
با اين تفاسير، نظريه نسبيت عام قادر به توجيه کردن اين وضعيت جديد خورشيد و زمين(اضافه شدن نيروي مغناطيسي)نيست.اما نظريه نيوتون(اصلاحي)کاملاً مي تواند اين وضعيت جديد را توضيح دهد.اگر ما نيروي مغناطيسي را (درست عين مثال قبل)متشکل از ذرات مغناطيسي فرض کنيم-ذراتي که در واقع ميدان مغناطيسي را ايجاد مي کنند-مي توانيم دليل حرکت زمين به دور خورشيد را در اين وضعيت جديد توضيح دهيم.
ذرات مغناطيسي همانند ذرات گرانشي و به همراه ذرات گرانشي باعث مي شوند که زمين به سمت خورشيد مغناطيسي جذب شود، اما چون زمين در وضعيت جديد يا با سرعت بيشتر حرکت مي کند(نسبت به وضعيت واقعي)يا در مداري دورتر از مدار طبيعي در حال حرکت است، نيروي گريز از مرکز جديد زمين، همانطور که قبلاً توضيح داديم مي تواند بر برآيند نيروهاي گرانش و مغناطيسي غلبه کرده و زمين را در مدار خورشيد نگه دارد.حال اگر خورشيد ناگهان نابود شود تا زماني که آخرين ذرات گرانشي و مغناطيسي ارسالي از خورشيد به زمين برسند، زمين در مدار خواهد ماند.(يعني همان 8 دقيقه).
توجه کنيد که اين ذرات گرانشي و مغناطيسي ارسالي از خورشيد هستند که بر زمين، اعمال نيرو مي کنند و زمين را به سمت خورشيد متمايل مي سازند و باعث مي شوند که زمين در مدار بماند.اما بايد دانست که اين ذرات نيز هنگامي که از خورشيد ارسال مي شوند، هويتي جدا از خود خورشيد و حتي از يکديگر دارند و همين هويت مجزاي ذرات است که باعث مي شود که زمين در اثر اعمال نيروي آنها حتي زماني که خورشيد نابود شود به مدت کوتاهي در مدار باقي بماند.
قابل توجه است که نظريه اصلاحي نيوتون نيز همانند نظريه نيوتون و برخلاف نظريه اينشتين، نيروي گرانش را نيرويي مي داند که به صورت مستقيم و بدون واسطه باعث باقي ماندن زمين در مدار مي شود؛ هرچند که اين نيرو را آني فرض نمي کند.اينجا نيز ما بدون اينکه نيروي گرانش و مغناطيسي را آني فرض کنيم، توانستيم دليل حرکت زمين را در مدار، در اين حالت خاص توضيح دهيم در صورتي که نظريه نسبيت عام با اشکالاتي که براي آن ذکر کرديم، قادر به انجام اين کار نيست.(شکل 9)
بخش a حرکت زمين آهني را به دور خورشيد مغناطيسي نشان مي دهد حال با يکي دو تغيير(مدار يا سرعت)که در بالا بيان شد.بخش b فرض نابودي خورشيد را بيان مي کند که منبع هر دو نيروي گرانش و مغناطيسي بود.در بخش c، چهار دقيقه از نابودي خورشيد گذشته است و آخرين بقاياي نيروي گرانش و ميدان مغناطيسي از محل خورشيد به نيمه راه(خورشيد به زمين)رسيده اند و نيروي ذرات پيشتاز هنوز زمين را در مدار نگه داشته اند.بخش d، هشت دقيقه پس از نابودي خورشيد را نشان مي دهد که آخرين ذرات ارسالي از خورشيد به زمين رسيده اند و از اين به بعد، زمين به دليل عدم وجود عاملي براي نگه داشتن آن در مدار، به درون فضا سقوط خواهد کرد.
در آخر، اين سؤال را مطرح مي کنيم؛ اگر ما نيروي گرانش را به صورت منحني در نظر بگيريم، يعني رفتار گرانش را به گونه اي تصور کنيم که خميده حرکت مي کند يا اينکه شايد اين گرانش است که به صورت موج حرکت مي کند، آيا در اين صورت و همچنين با مطالبي که درباره تصور بافت فضا و ايجاد انحنا در اين بافت بيان کرديم، اين تصور جديد از فضا با اشکالات زيادي همراه نخواهد بود؟
منبع:اطلاعات علمي، شماره 9.
Add Comments
Name:
Email:  
User Comments:
SecurityCode: Captcha ImageChange Image