مقايسه جرم لختي و گرانش

3
2274

734672_336101403173499_821062713_n

مقايسه‌ي جرم لختي و گرانش

اينشتين با نظريه‌ي نسبيت عام خود در 1915 نيروي گرانش را توسط جفت‌شدن هندسه فضا-زمان و مواد محتوي جهان جايگزين نمود. او يادآور شد كه نيوتون جرم را از طريق دو عمليات متفاوت تعريف نمود:

1) قانون دوم نيوتون
2) قانون گرانش

تصور كنيد كه نيروي معيني را به يك جرم وارد كرده و شتاب آن را اندازه‌ مي‌گيريد. هنگامي كه نيرو و شتاب معلوم باشند، قانون دوم نيوتون جرم جسم را به‌دست مي‌دهد. يعني جرم لختي آن.
اكنون همان جرم را در نظر بگيريد و آن را وزن كنيد. وزن يك نيرو است و مقدار نيروي گرانشي وارد بر جرم مي‌باشد. جرم اندازه‌گيري شده به اين طريق، جرم گرانشي ناميده مي‌شود.

نيوتون بر اين باور بود كه جرم لختي جسم و جرم گرانشي آن يكسان هستند. او اين موضوع را از آزمايش‌هاي گاليله براي سقوط اجسام و هم‌چنين از آزمايش‌هاي دقيق خودش درك كرد. اين آزمايش‌ها در مجاور زمين نشان دادند كه تمام اجسام با شتاب يكساني سقوط مي‌كنند.
به‌طور تجربي، برابري اجرام گرانشي و لختي با دقت بسيار بالايي صحيح به‌نظر مي‌رسد. با توجه به حدود حساسيت روش‌هاي آزمايشي، هرگز اختلافي آشكار نشده است. بهترين آزمايش تا كنون توسط وي‌.بي‌.براگينسكي (V.B.Braginsky) و وي‌.آي‌.پانف (V.I.Panov) در دانشگاه مسكو انجام شده است. و آنها دريافتند كه اجرام گرانشي و لختي طلا و پلاتينيوم با دقت يك قسمت در 10 به توان 12 با يكديگر برابر مي‌باشند.
اينشتين احساس كرد كه برابري اجرام گرانشي و لختي اتفاقي نيست. او اين موضوع را به عنوان حقيقتي بنيادي در مورد جهان در نظر گرفت و به آن در نظريه‌ي نسبيت عام به عنوان اصل هم‌ارزي موقعيتي ويژه داد.
در اينجا مثال اينشتين در مورد اصل هم‌ارزي را ارائه مي‌دهيم.

« تصور كنيد كه روي زمين و در يك فضاپيماي بدون پنجره قرار داريد. اگر شما اشياء را در فضاپيما رها كرده و شتاب آنها را اندازه بگيريد، درمي‌يابيد كه تمام آنها با شتاب يكسان 9/8 متر بر مجذور ثانيه سقوط مي‌كنند. اكنون بدون توجه به معلوماتتان فرض كنيد كه شما و فضاپيما به‌طور آني به فضاي خارج منتقل شويد و به طور ثابت به شما شتاب 9/8 داده شود. همان‌طور كه آزمايشتان ادامه مي‌دهيد، اختلافي در شتاب سقوط اشياء مشاهده نمي‌كنيد. اين شتاب برابر با 9/8 باقي مي‌ماند. تنها هنگامي كه بتوانيد به خارج از پنجره نگاه كنيد، مي‌توانيد بگوييد كه زمين را ترك كرده‌ايد. با استفاده از آزمايش‌ها نمي‌توانيد بين اجرام گرانشي و لختي تفاوت بگذاريد.»

اصل هم‌ارزي روشي را براي حذف محلي گراني مهيا مي‌سازد.
خودتان را در يك آسانسور ساختمان بلندي قرار دهيد و اجازه دهيد كه آسانسور آزاد كند. در اين حالت، احساس بي‌وزني مي‌كنيد. گراني حذف شده است!
خود را به فضا و دور از هرگونه جرم بزرگي منتقل كنيد. شرايط شما مشابه قبل است. شما بدون وزن و گراني هستيد.
ممكن است با اين نظر مخالف باشيد و بگوييد وقتي آسانسور به زمين بخورد، مجدداً گرانش ظاهر مي‌شود.
از اين‌رو تصور كنيد كه تونل طويلي از ميان زمين كنده شده است، به‌ طوري‌كه آسانسور هرگز به زمين برخورد نكند. (فرض محال، محال نيست). سپس، آسانسور با سقوط آزاد از يك طرف زمين به طرف ديگر آن حركت مي‌كند تا يك چرخه حدود 84 دقيقه را كامل كند. در خلال تاب‌خوردن هيچگونه شتابي درون آسانسور حس نمي‌شود. حتي به هنگام عبور از ميان زمين!
توجه كنيد كه اگر دو ذره آزمايشي را از قطبين درون تونل رها كنيم، هر كدام را از يك قطب، حركت هارمونيكي ساده‌اي با دوره‌ي تناوب 84 دقيقه خواهند داشت و مسير آنها نسبت به يكديگر منحني است (به شكل توجه كنيد)
بنابراين اين آزمايش نشان مي‌دهد كه فضا-زمان در درون زمين انحناء دارد.
در نظريه‌ي نسبيت عام اينشيتن، توزيع جرم و انرژي، هندسه‌ي فضا-زمان را تعيين مي‌كند. نيوتون اعتقاد داشت اين انحناء از نيروهاي گرانشي نتيجه مي‌شود، به بيان ديگر، انحناي فضا-زمان متناسب با چگالي جرم-انرژي مي‌باشد.
بنابراين، الگوهاي كيهان‌شناختي ممكن است با تخمين‌هاي مناسبي از نوع و مقدار ماده محتوي جهان ساخته شوند. سپس، معادلات نسبيت عام رفتار تحولي الگو را به دست دهد.



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.

3 دیدگاه‌ها

  1. سلام
    از توضیح بدون تکلف شما متشکرم
    لطفاً در صورت امکان ارتباط و وابستگی نیروی لختی و نیروی گرانشی را توضیح دهید؟ آیا وابستگی ذاتی دارند؟