الجاذبية وتعهد أيضاً باسم الثنطقة هي ظاهرة طبيعية يتم بواسطتها تحريك وميل جميع الأمور من الكتلة أوالطاقة -بما في ذلك الكواكب والنجوم والمجرات وحتى الضوء- نحوبعضها البعض. على الأرض، تعطي الجاذبية ثقلاً للأجسام المادية (الوزن)، وجاذبية القمر تسبب المد والجزر في المحيط. تسبب الانجذاب الجاذبي للمادة الغازية الأصلية الموجودة في الكون في البدء في الاندماج النووي، وتكوين النجوم -وتجميع النجوم معًا في مجرات- لذا فإن الجاذبية مسؤولة عن الكثير من الهياكل الواسعة النطاق في الكون. على الرغم من ذلك فأن آثار الجاذبية تصبح أضعف بشكل متزايد على الأمور البعيدة.

فالوزن على سبيل المثال هوالقوة التي تحدثها الجاذبية محدثة الانجذاب بين الأرض والجسم المعني وهي تساوي جداء تسارع الجاذبية في كتلة الجسم. وكان أول من وضع نظرية للجاذبية هوالفيزيائي المعروف إسحاق نيوتن وبقيت هذه النظرية صامدة حتى تم استبدالها من قبل أينشتاين بنظرية النسبية العامة لكن معادلة نيوتن تظل سليمة وأكثر عملية عندما نتحدث عن حقول جاذبية ضعيفة كإرسال المركبات الفضائية والتطبيقات الهندسية الإنشائية مثل بناء الجسور المعلقة.

انتشر مصطلح الجاذبية الأرضية مبكرا كون فكرة التجاذب كانت راسخة حسب النظرة النيوتنية، لاحقاً انتشر مصطلحي الجاذبية كتعميم لظاهرة التجاذب بين أي جسمين، ومصطلح ثنطقة المشتق من الثقل وهوأكثر دلالة على مفهوم نظرية النسبية للثنطقة حيث تعتبر النسبية الثنطقة أوالجاذبية مجرد التواء في الزمكان وليس هناك من أي تجاذب بين الأجسام. بشكل عام قد يحدث من الأنسب استخدام مصطلح "جاذبية" في إطار الميكانيكا الكلاسيكية في حين يستخدم مصطلح "ثنطقة" في إطار نظرية النسبية.

الجاذبية في الميكانيكا الكلاسيكية

قانون الجذب العام لنيوتن هوقانون استنباطي كمحاولة لوصف قوى الجاذبية بين الأجسام غير المشحونة، وقد استنبطه نيوتن من خلال مشاهدات فلكية عديدة وبالاستعانة بقوانين كيبلر لحركة الكواكب. كان البيروني والخازني أيضاً قد أشارا لهذا المفهوم قبلهما بسبعة قرون تقريباً.

ينص قانون الجاذبية العام لنيوتن: قوتا التجاذب بين جسمين ماديين تتناسب طردياً مع حاصل ضرب كتلتيهما وعكسياً مع مربع المسافة بين مركزيهما.

• الصورة القياسية لقانون الجذب العام لنيوتن

${\displaystyle F=G{\frac {m_{1 m_{2 {r^{2$

حيث:

${\displaystyle F\$ هي القوة الناتجة عن الجاذبية

${\displaystyle G}$

${\displaystyle m_{1 \$ هي كتلة الجسم الأول

${\displaystyle m_{2 \$ هي كتلة الجسم الثاني

${\displaystyle r\$ هوالمسافة بين مركزي الجسمين

• الصورة الاتجاهية لقانون الجذب العام لنيوتن

${\displaystyle {\vec {F _{12 =-{\vec {F _{21 =-G{m_{1 m_{2 \over {\vert {\vec {r _{12 \vert ^{2 \,{\hat {r _{12$

حيث:

${\displaystyle {\vec {F _{12$ هومتجه القوة التي يؤثر بها الجسم 1 على الجسم 2

${\displaystyle {\vec {F _{21$ هومتجه القوة التي يؤثر بها الجسم 2 على الجسم 1

${\displaystyle G}$

${\displaystyle m_{1 \$ و${\displaystyle m_{2 \$ هما كتلتا الجسمين على الترتيب

${\displaystyle |{\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{r}}_{12}|=|{\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{r}}_2-<!--\; -\; -->{\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{r}}_1|}$

${\displaystyle {\stackrel{^<!--\; ^\; -->}{r}}_{12}\stackrel{\mathrm{d}\mathrm{e}\mathrm{f}}{=}\frac{{\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{r}}_2-<!--\; -\; -->{\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{r}}_1}{|{\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{r}}_2-<!--\; -\; -->{\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{r}}_1|}}$

هذا القانون مثل معظم قوانين الميكانيكا الكلاسيكية يطبق على الأجسام النقطية (الجسيمات) أما الأجسام الكبيرة ذات الأشكال المتنوعة فنعمد إلى تطبيق حسبان التكامل من أجل الحصول على شدة قوة الجاذبية المطبقة عليها.

ويمكن ملاحظة حتى الصورة الاتجاهية لقانون الجذب العام لنيوتن هي نفس الصورة القياسية، إلا حتى F الآن كمية متجهة، ويتم ضرب الجانب الأيمن بمتجه الوحدة المناسب.

مجال الجاذبية

مجال الجاذبية هومجال متجه الذي يصف قوة الجاذبية التي سيتم تطبيقها على أي جسم في نقطة معينة في الفضاء، لكل وحدة الكتلة. هوفي الواقع يساوي تسارع الجاذبية عند تلك النقطة. وهوتعميم لنموذج المتجه، الذي يصبح مفيداً بشكل خاص إذا تم إشراك أكثر من جسمين (مثل صاروخ بين الأرض والقمر)، بالنسبة لجسمين (الجسم الأول الأرض، والجسم الثاني صاروخ)، سنخط r بدلاً من r12 وm بدلا من m2 وبالتالي يمكن تحديد مجال الجاذبية (g(r على النحوالتالي:

${\displaystyle g(r)=-G{\frac {m_{1 {{\vert \ r\vert ^{2 {\hat {r$

وبالتالي يمكن كتابة:

${\displaystyle F(r)=mg(r)$

طبيعة قوى الجاذبية حسب النظريات الفيزيائية

تعتبر قوة الجاذبية في الميكانيكا الكلاسيكية قوة مباشرة بعيدة المدى بمعنى حتى هذه القوة تستطيع التأثير عن بعد بدون واسطة ويتم تأثيرها بشكل لحظي فأي تغير في مسقط أحد الجسمين يرافقه تحول لحظي في الجاذبية بينه وبين الجسم الآخر، ولكي يفسر اسحاق نيوتن هذه الخاصية عمد إلى تعريف حقل جاذبية كوني موجود في جميع نقطة من الفضاء. هذا الحقل هوحقل إتجاهي يعبر عنه بمتجه في جميع نقطة ويمثل قوة الجاذبية التي تتعرض لها وحدة الكتل عندما توضع في هذه النقطة.

تنص نظرية النسبية العامة لآينشتاين على حتى وجود أي شكل من أشكال المادة أوالطاقة أوالعزم يحدث انحناء في الزمكان، وبسبب هذا الانحناء فان المسارات التي تسلكها الأجسام في الأطر المرجعية القصورية يمكن حتى تنحرف أوتغير اتجاهها ضمن الزمن. وهذا الانحراف يظهر لنا على أنه تسارع نحوالأجسام الكبيرة وعهده نيوتن بأنه ثنطقة أوجاذبية. وبالتالي فان النسبية العامة ترى تسارع الجاذبية أوالسقوط الحر بأنه حركة قصورية عمليا (منتظمة) في حين حتى المراقب هومن يتحرك حركة متسارعة، وهذا ما يعهد ب مبدأ التكافؤ.

تاريخ نظرية الجاذبية

الثورة الفهمية

تشير الخط التاريخية إلى حتى العرب كانوا قد عهدوا عن الجاذبية وتأثيراتها إلا حتى العمل على نظرية "الجاذبية الحديثة" في أواخر القرن السادس عشر وبداية القرن السابع عشر حيث قام غاليليوبتجربته الشهيرة التي رمى فيها كرات ذات كُتَل مختلفة من أعلى برج بيزا وبيّن ان سرعة وصول الجسم للأرض لا تتعلق بكتلته. لاحقاً قام أيضاً بتجربة دحرجة الكرات على سطح مائل واستنتج منها حتى السبب الذي قد يؤدي إلى وصول الأجسام الأثقل للأرض قبل الأجسام الأخف في بعض الأحيان هواحتكاك الهواء في الغلاف الجوي بالجسم.

دور العرب

عهد فهماء العرب منذ القرن التاسع للميلاد قوة التثاقل الناشئة عن جذب الأرض للأجسام وأطلقوا عليها آنذاك اسم "القوة الطبيعية".

يعد الهمداني من أوائل الفهماء التجريبين الذين أشاروا إلى الجاذبية بوضوح كما اتى في كتاب "الجوهرتين العتيقتين" بقولهِ: "فمن كان تحتها (أي تحت الأرض عند الأسفل) فهوفي الثابت في قامته كمن فوقها، ومسقطه وقدمه إلى سطحها الأسفل كمسقطه إلى سطحها الأعلى، وكثبات قدمهِ عليها، فهي بمنزلة حجر المغناطيس الذي تجذب قواه الحديد إلى جميع جانب..". كذلك استوعب فهماء العرب وفلاسفتهم حتى هذه القوة تتعاظم حدثا كبر حجم الجسم، كما في قول ابن سينا في القرن الرابع الهجري / العاشر الميلادي في كتابه (الإشارات والتنبيهات)

وزيادة وقف فهماء العرب والمسلمين تماماً الجاذبية الأرضية ويتضح ذلك جلياً في كتاباتهم، منها ما اتى على لسان أبي الريحان البيروني في كتابه (القانون المسعودي) حيث نطق:

ومنها ما اتى في كتابات الخازني حيث نطق

ونطق أيضا:

كما شبّه الإدريسي جاذبية الأرض بجذب المغناطيس للحديد، لما نطق في كتابهِ نزهة المشتاق في اختراق الآفاق:

قانون نيوتن للثنطقة

في سنة 1687 نشر عالم الفيزياء والرياضيات الإنكليزي إسحاق نيوتن نظريته الشهيرة، وهي حتى الأجسام تجذب بعضها البعض تبعاً لكتلتها، وتعتمد قوة الجاذبية على مربع المسافة بين الجسمين المتجاذبين. وبحدثاته: "استنتجت من هذا حتى القوة التي تُبقي الكواكب في مساراتها متعلقة بتربيع البعد بين مركزيهما. من هنا قارنت القوة التي تمسك القمر في مساره بالقوى على سطح الأرض ووصلت إلى نتيجة قريبة جدا".

نظرية النسبية

في أوائل القرن العشرين وفي بحثين نُشر أولهما في عام 1905 وثانيهما في عام 1915، حيث عدل مفهوم الجاذبية من قبل الفيزيائي الشهير ألبرت آينشتاين. فحسب نظرية نيوتن كانت الجاذبية هي قوة، بينما أثبتت النظرية النسبية حتى الجاذبية هي مجال. فحسب النسبية، الجاذبية هي تعبير عن انحناءات في الفراغ تُسببها الكتلة. فحدثا كانت كتلة الجسم أكبر حدثا كبر انحناء الفضاء حولهُ. والأجسام الأقل كتلة يفترض أن تقع في هذا الانحناء الذي صنعهُ الجسم الأول، وبالتالي سيأسرها بجاذبيتهِ. بهذا التفسير الجديد المدهش للجاذبية، وبدمج البعد الزماني الرابع بالأبعاد المكانية الثلاث، أصبحت النسبية واحدة من النظريتين الأكثر شهرة وأهمية في القرن العشرين مع نظرية الكم.

أمواج ثنطقية

تنص النظرية النسبية العامة على حتى أمواج من الجاذبية تنبثق من تذبذب الزمكان، ما يمكن ان يحصل عندما يدور جسمان حول بعضهما. أمواج الجاذبية الصادرة من مجموعتنا الشمسية أصغر مما نستطيع قياسه، ولكن تم رصد أمواج جاذبية بطريقة غير مباشرة في فقدان الطاقة لنجمان نباضان يدوران حول بعضهما. في فبراير 2016 أعرب مركز LIGO عن رصدهِ لاكتشاف أمواج ثنطقية صادرة عن اصطدام ثقبان أسودان ببعضهما على بعد 1.3 بيلون سنة ضوئية من الأرض.

اقرأ أيضا

• إسحاق نيوتن
• ثابت الجاذبية
• يوهانز كبلر
• مغناطيسية الجاذبية
• قياس الثنطقة
• جاذبية فائقة
• كيناماتيكا النجوم

المراجع

جاذبية في المشاريع الشقيقة

---

• صور وملفات صوتية من كومنز