چگونگي پديدار شدن ميدان گرانش منفي ، وارونگي ميدان گرانشي

[All In]

چگونگي پديدار شدن ميدان گرانش منفي وارونگي ميدان گرانشي

قانون جهاني گرانش : اگر پرتابه‌اي با سرعت زياد ، از يك ارتفاع نسبتا زياد از سطح سياره‌ زمين در امتداد مماس بر دايره‌اي به مركزيت سياره زمين پرتاب شود ، تحت تاثير گرانش ، مسيري منحني شكل را طي مي‌كند و سرانجام بر روي سطح زمين سقوط خواهد كرد . اگر سرعت پرتابه به اندازه كافي زياد باشد ، مي‌تواند يك دايره كامل را حول زمين طي كند و دور زمين بچرخد يعني شكل زير :

اينك اگر پرتابه را ثابت فرض كرده و سياره زمين را با همان سرعت زاويه‌اي پرتابه دوران دهيم چه اتفاقي روي ميدهد ؟
مسلما به استناد نظريات نسبيت ، چون قوانين فيزيكي در تمامي دستگاه‌هاي لخت يكسان است ، پس فرقي نمي‌كند كه پرتابه به دور سياره زمين بچرخد يا سياره زمين با همان سرعت زاويه‌اي دوران داشته باشد و پرتابه ثابت بماند ، يعني مشاهدات انجام شده توسط ناظرين واقع در سطح زمين و يا مدار پرتابه يكسان خواهد بود ، در هر دو حالت پرتابه به شرايط بي وزني ميرسد و هيچگاه به سطح سياره زمين سقوط نخواهد كرد . اين مدار در شكل فوق به رنگ قرمز مشخص شده است و اگر فاصله پرتابه با سطح سياره زمين كمتر شود ، به مرور زمان پرتابه به سطح سياره زمين سقوط خواهد كرد ، اين منطقه به رنگ صورتي روشن نشان داده شده كه منطقه گرانش مثبت نامگذاري ميشود . و اگر فاصله پرتابه با سطح سياره زمين زيادتر شود ، به مرور زمان پرتابه از سطح سياره زمين دور ( دفع ) خواهد شد ، اين منطقه به رنگ زرد روشن نشان داده ميشود كه منطقه گرانش منفي نامگذاري ميشود . البته ناگفته نماند كه اگر سياره زمين را در حال دوران با سرعت زاويه‌اي پرتابه در نظر بگيريم اين دو منطقه ، شامل تمامي اجرام حاضر خواهد بود و اگر پرتابه را در حال چرخش به دور سياره زمين در نظر بگيريم ، اين دو منطقه فقط شامل پرتابه خواهد شد . حالت ديگري هم وجود دارد يعني سرعت زاويه‌اي پرتابه يا سياره زمين بيشتر از حد لزوم باشد كه در اين صورت پرتابه ابتدا به ساكن از طرف سياره زمين دفع و پرتاب ميشود يعني شكل زير :

توجيه حركت شتابدار كهكشانها در كيهان :

سرعت حركت خطي بعضي از اجرام سماوي در جوار هسته كهكشانها چيزي در حدود يك سوم سرعت نور اندازه‌گيري شده است . در اين وضعيت مي‌توان پيش بيني كرد كه تمامي اجرام خارج از هسته كهكشان در محدوده گرانش مثبت كهكشان بوده و در كناره‌هاي بيروني لبه كهكشان ، گرانش صفر و در خارج از اين محدوده گرانش منفي ميباشد . يعني تمام كهكشانها در خارج از محدوده گرانش مثبت و صفر خود ، نيروي ضد جاذبه يا گرانش منفي دارند كه به وسيله اين نيرو ميتوانند به حركت و سرعت شتابداري در كيهان دست يابند . اين همان چيزي است كه انرژي تاريك نام گرفته است و تا به امروز از ماهيت آن بي اطلاع بوده‌ايم . لازم به توضيح است كه از زمان نيوتن برخي از فيزيكدانان اعتقاد داشتند كه در مقابل گرانش كه يك نيروي جاذبه است و مي‌بايست موجب فرو ريزش جهان شود ، يك نيروي دافعه وجود دارد كه مانع درهم ريختن جهان مي‌شود و جهان پايدار باقي مي‌ماند . در هر صورت نه مخالفين جهان پايدار براي ادعاي خود دليل داشتند و نه طرفداران آن مي‌توانستند آنرا اثبات كنند . اين نيروي دافعه‌اي گرانشي ، برون كهكشاني ميباشد و مربوط به داخل كهكشان نمي‌شود .

البته تصور اين پديده تازه شناخته شده براي ما بسيار دشوار مي‌نمايد ، براي اينكه ما از گرانش توقع نيروي جاذبه داريم و نه دافعه ولي اين پديده نو شناخته را ميتوان هم با قوانين جهاني گرانش و هم با نظريات نسبيت و صد البته مكانيك كوانتومي توجيه نمود .
اينك سعي مي‌كنيم با فرموليزه كردن روابط فيزيكي ، ادعاي خود مبني بر وجود ميدان گرانش منفي ( يعني نيروي ضد جاذبه ) را به ثبوت برسانيم :

همانطور كه ميدانيم در معادلات فوق f نيروي جانب مركز ( گريز از مركز ) پرتابه ، m جرم پرتابه ، v سرعت خطي پرتابه روی مدار ، r شعاع مدار يا فاصله پرتابه از مركز میدان جاذبه ( سياره زمين ) ، F نيروي جاذبه مابين مركز جاذبه زمين و پرتابه ، G ثابت جهاني گرانش ، M جرم مركز گرانش ( سياره زمين ) ميباشد . اينك براي اينكه پرتابه به دور مركز جاذبه چرخش دايمي داشته باشد ، ميبايست F=f شود ، كه در اين رابطه فاصله r و سرعت v قابل محاسبه خواهد بود . اينك پرتابه را ثابت فرض كرده و مركز جاذبه را با همان سرعت زاويه‌اي پرتابه دوران مي‌دهيم . براي پيدا كردن روابط فيزيكي ميبايست به جاي سرعت خطي پرتابه ، سرعت زاويه‌اي مركز جاذبه را وارد معادله نماييم ، همانطور كه ميدانيم :

v=ωr

كه ω همان سرعت زاويه اي ( راديان بر ثانيه - 2pi/s ) ميباشد :

نكته شگفت انگيز در اين معادلات اين است كه ω يا سرعت زاويه‌اي ميتواند هم مثبت و هم منفي باشد ، يعني دوران مركز جاذبه در ديد ناظر يا ناظرين ساعت گرد و يا پاد ساعت گرد باشد . ولي شعاع يا فاصله پرتابه و مركز جاذبه همواره مثبت بوده و كسي نمي‌تواند به استناد اين فرمول‌ها مدعي طول يا بعد منفي در عالمي خيالي ديگر شود ( يعني ضد عالم يا ضد دنيا ، ابعاد منفي و ..... ) . در واقع اين فرمول‌ها وجود سفيد چاله‌ها و امكان ورود به دنياي ديگر را نفي و منتفي مي‌كند .



طرح يك مسئله فيزيكي بسيار مهم مربوط به اختر فيزيك :
جرم نوتروني داريم به جرم پنج برابر جرم خورشيد ، اگر سرعت زاويه‌اي اين جرم 500 راديان بر ثانيه باشد :
1- محدوده ميدان گرانش مثبت
2- مرز ميدان گرانش صفر
3- برد ميدان گرانش منفي پيرامون آن را مشخص كنيد ؟

جواب :
1- محدوده ميدان گرانش مثبت جرم نوتروني ، كمتر از شعاع 40.668 كيلومتري
2- مرز ميدان گرانش صفر ، مدار 40.668 كيلومتري
3- برد ميدان گرانش منفي ، از شعاع 40.668 كيلومتري تا بينهايت . در واقع برد ميدان گرانشي اين سياه چاله بينهايت است ولي شتاب گرانشي آن بعد از شعاع 40.668 كيلومتري منفي خواهد بود . اين شتاب گرانش منفي سياه چاله ميتواند به خود آن شتاب و سرعت ببخشد ، تا به امروز سياه چاله هايي با سرعت 4000 كيلومتر بر ثانيه شناسايي و رديابي شده‌اند .
اين مسائل براي اولين بار در علم فيزيك ما حل و فصل ميشوند و اينك ما ميتوانيم به راحتي متوجه سه مسئله مهم شويم .

1- چرا تمامي اجرام فعلا به كام سياه چاله ها فرو نمي‌روند ( كشيده نمي‌شوند ) ؟
2- علت اصلي توسعه شتابدار كيهان چيست ؟
3- جهت توجيه توسعه عالم هيچ نيازي جهت ارايه و پذيرش نظريه انفجار بزرگ نيست ، براي اينكه اين توسعه به راحتي قابل توجيه است !

g شتاب گرانشي ، +g شتاب گرانشي ميدان جاذبه و -g شتاب منفي ناشي از نيروي جانب مركز ( گريز از مركز ) است . gf تفاضل اين دو شتاب و در نتيجه شتاب نهايي است كه اگر مثبت بود ، ميدان گرانشي مثبت است ولي اگر منفي بود ، ميدان گرانشي منفي بوده و جاذبه به ضد جاذبه تبديل خواهد شد .

نمودار فوق مربوط به مثال قبلي ميشود . منحني سبز رنگ مربوط به كاهش شتاب گرانشي و خط قرمز مربوط به افزايش شتاب گرانشي به نسبت افزايش فاصله از مركز ميدان را نشان مي دهد . منحني و نيم خط آبي تفاضل آن دو را نشان مي دهد .




برسي موضوع از ديدگاه نسبيت :
اگر ما هر نقطه واقع در ميدان گرانشي پيرامون مركز گرانش را در نظر بگيريم ، ميتوانيم براي اين مكان و يا نقطه خاص ، مقداري انرژي تصور كنيم :

و همانطور كه ميدانيم انرژي و جرم هم ارز هستند ، پس ميتوانيم معادل جرمي اين انرژي را حساب كنيم :

E انرژي ، m جرم ، c سرعت نور ، Ef انرژي ميدان گرانشي در هر نقطه مفروض و mf جرم معادل انرژي ميدان گرانشي در هر نقطه مفروض است . مسلما اين جرم ناشي از ميدان گرانشي با دوران مركز گرانش به چرخش درآمده و صد البته نيروي گريز از مركز پيدا خواهد كرد كه براي فرموليزه كردن روابط ، از همان روش قبلي استفاده ميكنيم :

و در نهايت به همان نتايج قبلي مي‌رسيم . اينك ميتوانيم جرم معادل انرژي پتانسيل گرانشي را نيز حساب كنيم كه از قرار زير است :

برسي موضوع از ديدگاه مكانيك كوانتومي :




همانطور كه مي‌دانيم در مكانيك كوانتومي ، فوتون بوزون ميدان الكترومغناطيس فرض ميشود كه هم انرژي و هم جرم دارد كه مسلما با داشتن سرعت انتقال c ، تكانه هم خواهد داشت . اينك اگر فرض كنيم كه نظريه مكانيك كوانتومي در مورد ذره اي بودن ميدان گرانشي درست بوده باشد و ذرات حامل اين نيرو و يا انرژي ميدان گرانشي ، بوزون گراويتون باشد ، مسلما اين گراويتونها تحت شرايطي معادل انرژي خود جرم و تكانه خواهند داشت و با دوران مركز ميدان گرانشي ، شروع به چرخش مارپيچي و يا دايره اي كرده و با افزايش شعاع و محيط ميدان گرانشي ( مدار چرخش گراويتونها ) بر سرعت خطي آنها افزوده شده كه در نتيجه نيروي گريز از مركز هم افزايش پيدا خواهد كرد و در نهايت جهت بردار اعمال نيروي گرانشي گراويتونها ( بردار نيروي ميدان گرانش ) برعكس شده و گرانش به گرانش منفي و جاذبه به ضد جاذبه تبديل يا تغيير پيدا مي‌كند . به طور خلاصه نيروي جاذبه به طرف مركز جاذبه ( مركز ثقل جرم ثقيل ) ، تبديل به نيروي گريز يا خروج از مركز خواهد شد . كه مسلما در پيدا كردن روابط فيزيكي به همان معادلات قبلي خواهيم رسيد . براي اينكه در اين معادلات جرم پرتابه و يا گراويتون و .... از دو طرف معادله حذف ميشود .

این تصویر کوچکتر شده است. برای مشاهده با سایز اصلی روی این نوار کلیک کنید. سایز تصویر اصلی 646x599

مارپيچهاي آبي جهت اعمال نيروي گرانش مثبت مركز گرا و دايره قرمز جهت اعمال نيروي گرانش صفر خنثي و منحني هاي بنفش رنگ جهت اعمال نيروي گرانش منفي خارج مركز توسط گراويتونهاي فرضي را نشان مي‌دهد .



محمدرضا طباطبايي 10/4/87