گرانش منفی

چگونگی پدیدار شدن میدان گرانش منفی ( نیروی ضد جاذبه )

قانون جهانی گرانش

اگر پرتابه‌ای با سرعت زیاد ، از یک ارتفاع نسبتا زیاد از سطح سیاره‌ زمین در امتداد مماس بر دایره‌ای به مرکزیت سیاره زمین پرتاب شود ، تحت تاثیر گرانش ، مسیری منحنی شکل را طی می‌کند و سرانجام بر روی سطح زمین سقوط خواهد کرد . اگر سرعت پرتابه به اندازه کافی زیاد باشد ، می‌تواند یک دایره کامل را حول زمین طی کند و دور زمین بچرخد

یعنی شکل زیر :

اینک اگر پرتابه را ثابت فرض کرده و سیاره زمین را با همان سرعت زاویه‌ای پرتابه دوران دهیم چه اتفاقی روی میدهد . مسلما به استناد نظریات نسبیت ، چون قوانین فیزیکی در تمامی دستگاه‌های لخت یکسان است ، پس فرقی نمی‌کند که پرتابه به دور سیاره زمین بچرخد یا سیاره زمین با همان سرعت زاویه‌ای دوران داشته باشد و پرتابه ثابت بماند ، در هر دو حالت پرتابه به شرایط بی وزنی میرسد و هیچگاه به سطح سیاره زمین سقوط نخواهد کرد .

این مدار در شکل فوق به رنگ قرمز مشخص شده است و اگر فاصله پرتابه با سطح سیاره زمین کمتر شود ، به مرور زمان پرتابه به سطح سیاره زمین سقوط خواهد کرد ، این منطقه به رنگ صورتی روشن نشان داده شده که منطقه گرانش مثبت نامگذاری میشود .

و اگر فاصله پرتابه با سطح سیاره زمین زیادتر شود ، به مرور زمان پرتابه از سطح سیاره زمین دور ( دفع ) خواهد شد ، این منطقه به رنگ زرد روشن نشان داده میشود که منطقه گرانش منفی نامگذاری میشود .

البته ناگفته نماند که اگر سیاره زمین را در حال دوران با سرعت زاویه‌ای پرتابه در نظر بگیریم این دو منطقه ، شامل تمامی اجرام حاضر خواهد بود و اگر پرتابه را در حال چرخش به دور سیاره زمین در نظر بگیریم ، این دو منطقه فقط شامل پرتابه خواهد شد .

حالت دیگری هم وجود دارد یعنی سرعت زاویه‌ای پرتابه یا سیاره زمین بیشتر از حد لزوم باشد که در این صورت پرتابه ابتدا به ساکن از طرف سیاره زمین دفع و پرتاب میشود

یعنی شکل زیر :

توجیه حرکت شتابدار کهکشانها در کیهان :

سرعت حرکت خطی بعضی از اجرام سماوی در هسته کهکشانها چیزی در حدود یک سوم سرعت نور اندازه‌گیری شده است . در این وضعیت می‌توان پیش بینی کرد که تمامی اجرام خارج از هسته کهکشان در محدوده گرانش مثبت کهکشان بوده و در کناره‌های بیرونی لبه کهکشان گرانش صفر و در خارج از این محدوده گرانش منفی میباشد .

یعنی تمام کهکشانها در خارج از محدوده گرانش مثبت و صفر خود ، نیروی ضد گرانشی یا گرانش منفی دارند که به وسیله این نیرو میتوانند به حرکت و سرعت شتابداری در کیهان دست یابند .

این همان چیزی است که انرژی تاریک نام گرفته است و تا به امروز از ماهیت آن بی اطلاع بوده‌ایم . لازم به توضیح است که از زمان نیوتن برخی از فیزیکدانان اعتقاد داشتند که در مقابل گرانش که یک نیروی جاذبه است و می‌بایست موجب فرو ریزش جهان شود ، یک نیروی دافعه وجود دارد که مانع درهم ریختن جهان می‌شود و جهان پایدار باقی می‌ماند .

در هر صورت نه مخالفین جهان پایدار برای ادعای خود دلیل داشتند و نه طرفداران آن می‌توانستند آنرا اثبات کنند . این نیروی دافعه‌ای گرانشی ، برون کهکشانی میباشد و مربوط به داخل کهکشان نمی‌شود .

البته تصور این پدیده تازه شناخته شده برای ما بسیار دشوار می‌نماید ، برای اینکه ما از گرانش توقع نیروی جاذبه داریم و نه دافعه ولی این پدیده نو شناخته را میتوان هم با قوانین جهانی گرانش و هم با نظریات نسبیت توجیه نمود .

اینک سعی می‌کنیم با فرمولیزه کردن روابط فیزیکی ، ادعای خود مبنی بر وجود میدان گرانش منفی ( یعنی نیروی ضد جاذبه ) را به ثبوت برسانیم :

همانطور که میدانیم در معادلات فوق f نیروی جانب مرکز ( گریز از مرکز ) پرتابه ، m جرم پرتابه ، v سرعت خطی پرتابه ، r شعاع مدار یا فاصله پرتابه از مرکز جاذبه ( سیاره زمین ) ، F نیروی جاذبه مابین مرکز جاذبه و پرتابه ، G ثابت جهانی گرانش ، M جرم مرکز گرانش میباشد .

اینک برای اینکه پرتابه به دور مرکز جاذبه چرخش دایمی داشته باشد ، میبایست F=f شود ، که در این رابطه فاصله r قابل محاسبه خواهد بود . اینک پرتابه را ثابت فرض کرده و مرکز جاذبه را با همان سرعت زاویه‌ای پرتابه دوران می‌دهیم . برای پیدا کردن روابط فیزیکی میبایست به جای سرعت خطی پرتابه ، سرعت زاویه‌ای مرکز جاذبه را وارد معادله نماییم ، همانطور که میدانیم :v=w2πr

که w همان سرعت زاویه ( رادیان بر ثانیه ) میباشد :

نکته شگفت انگیز در این معادلات این است که w یا سرعت زاویه‌ای میتواند هم مثبت و هم منفی باشد ، یعنی دوران مرکز جاذبه در دید ناظر یا ناظرین ساعت گرد و یا پاد ساعت گرد باشد .

ولی شعاع یا فاصله پرتابه و مرکز جاذبه همواره مثبت بوده و کسی نمی‌تواند به استناد این فرمول‌ها مدعی طول یا بعد منفی در عالمی خیالی دیگر شود ( یعنی ضد عالم یا ضد دنیا ، ابعاد منفی و ..... ) . در واقع این فرمول‌ها وجود سفید چاله‌ها و امکان ورود به دنیای دیگر را نفی و منتفی می‌کند .

طرح یک مسئله فیزیکی بسیار مهم مربوط به اختر فیزیک :

سیاه چاله ای ( جرم نوترونی ) داریم به جرم پنج برابر جرم خورشید ، اگر سرعت زاویه‌ای این جرم 500 رادیان بر ثانیه باشد ، 1- محدوده میدان گرانش مثبت 2- مرز میدان گرانش صفر 3- برد میدان گرانش منفی پیرامون آن را مشخص کنید ؟

جواب :

1-محدوده میدان گرانش مثبت سیاه چاله ، کمتر از شعاع 40.682 کیلومتری
2-مرز میدان گرانش صفر ، مدار 40.682 کیلومتری

3-برد میدان گرانش منفی ، از شعاع 40.682 کیلومتری تا بینهایت . در واقع برد میدان گرانشی این سیاه چاله بینهایت است ولی شتاب گرانشی آن بعد از شعاع 40.682 کیلومتری منفی خواهد بود .

این مسایل برای اولین بار در علم فیزیک ما حل و فصل میشوند و اینک ما میتوانیم به راحتی متوجه سه مسئله مهم شویم .
1-چرا تمامی اجرام فعلا به کام سیاه چاله ها فرو نمی‌روند ( کشیده نمی‌شوند ) ؟
2-علت اصلی انبساط شتاب دار کیهان چیست ؟
3-جهت توجیه انبساط عالم هیچ نیازی جهت ارایه و پذیرش نظریه انفجار بزرگ نیست ، برای اینکه این انبساط به راحتی قابل توجیه است !