نظریه گرانش از نیوتن تا استیون هاوکینگ

 استاد دانشگاه شهید بهشتی و سرپرست شاخه فیزیک فرهنگستان علوم با اشاره به این که دانشمندان ایرانی در پیشرفت‌های نوین علم فیزیک سهم داشته‌اند، به ارائه سخنرانی با عنوان "نظریه گرانش از نیوتن تا هاوکینگ" پرداخت.

نعمت الله ریاضی در پنجمین دوره تجلیل از پژوهشگران جوان برجسته علوم پایه که  (پنجشنبه‌) در فرهنگستان علوم برگزار شد، به ارائه سخنرانی با عنوان "نظریه گرانش از نیوتون تا هاوکینگ" پرداخت و در این باره خاطر نشان کرد: سه اکتشاف بزرگ در دهه‌های اخیر کشف انبساط شتاب دار کیهان، کشف امواج گرانشی ناشی از ادغام سیاه چاله‌ها و نخستین تصویر برداری از نواحی اطراف و سایه سیاه چاله فوق سنگین کهکشان M87 بوده است.

وی در ادامه ضمن اشاره به مفهوم "گرانش" در این باره توضیح داد: گرانش عامل پیوند ما به سطح زمین، عامل تشکیل دهنده ستارگان و سیارات و نگه داشتن جو زمین و سیارات است.

سرپرست شاخه فیزیک فرهنگستان علوم در بخش دیگری از صحبت‌های خود، ادامه داد: سیارات یا قمرهای دارای جرم کم فاقد جو هستند و سیارات غول پیکری مانند مشتری و زحل حتی گازهای هیدروژن و هلیوم را در جو خود حفظ می‌کنند. این در حالی است که گرانش عامل ایجاد فشار در مرکز خورشید و تولید انرژی هسته‌ای از طریق هم جوشی و نیز منبع انرژی برای نیروگاه‌های آبی نیز به شمار می‌آید.

ریاضی در عین حال سپس به مفهوم گرانش قبل از ۱۸۰۰ میلادی پرداخت و در این زمینه خاطر نشان کرد: در آن زمان این سوال برای بشر مطرح بود که چه عاملی اجسام را به سمت پایین می‌کشد. در این خصوص ارسطو یک توجیه نیمه فلسفی و نیمه علمی را ارائه داد؛ آن هم این که همه اجسام به سمت محل طبیعی خود حرکت کرده و اجسام سنگین‌تر تمایل بیشتری برای حرکت به سمت مرکز عالم یا مرکز کره زمین دارند.

سرپرست شاخه فیزیک فرهنگستان علوم، اضافه کرد: دانشمندان قرون وسطی همچنین توماس آگوئیناس تقریباً با ارسطو و دیدگاه یونان باستان هم نظر بودند، در حالی که در همین زمان نظرات دانشمندان اسلامی جالب توجه بوده است؛ از جمله ابوریحان در "قانون مقصودی" اشاره می‌کند که "انسان‌ها در زمین بر روی سطح بیرونی قطرهای کره ایستاده‌اند و بر روی زمین اجسام سنگین به سمت پایین میل دارند." همچنین شریف ادریسی بیان می‌کند که "زمین همچون آهن ربایی که آهن را جذب می‌کند جاذب اجسام سنگین است."

به پایان رسیدن دوران تفکر زمین مرکزی با فرا رسیدن انقلاب کوپرنیکی
سرپرست شاخه فیزیک فرهنگستان علوم در بخش دیگری از صحبت‌های خود، گفت‌: کوپرنیک با ارائه نظریه "خورشید مرکزی" دوران طولانی تفکر زمین مرکزی را به پایان رساند و انقلاب "کوپرنیکی" بعدها باعث شد که تحولات در فیزیک و گرانش رخ دهد؛ از جمله این تحولات اثبات هم عرضی از سوی گالیله بود که نشان داد که همه اجسام صرف نظر از جنس و وزن با شتاب یکسانی سقوط می‌کنند.

وی در ادامه به کشف قوانین سه گانه حرکت مداری سیارات از سوی "کپلر" اشاره کرد و در این باره خاطر نشان کرد: نیوتن نقطه مرکزی تاریخ گرانش محسوب می‌شود. او در کتاب خود به معرفی قوانین "حرکت" و نظریه "گرانش جهانی" پرداخت.

سرپرست شاخه فیزیک فرهنگستان علوم در بخش دیگر از سخنان خود، اضافه کرد: بعد از نیوتن "لاپلاس" سعی کرد که گرانش "نیوتن" را با جزئیات هر چه بیشتری بیان کند. او نظرات خود را در کتاب پنج جلدی "مکانیک سماوی" عنوان کرد.

وی در عین حال اظهار کرد: همیلتون نیز به توسعه نظریه قابل توجهی در حوزه "مکانیک و گرانش" دست پیدا کرد که به تابع همیلتونی انجامید و الهام بخش نظریه "کوآنتوم" محسوب می‌شود. اصل حداقل کنش همیلتون یکی از بنیادی‌ترین اصول در فیزیک است و اصل فرما در اوپتیک نیز از قاعده مشابهی تبعیت می‌کند.

انیشتین و حل معمای گرانش در ۱۹۱۵
سرپرست شاخه فیزیک فرهنگستان علوم در ادامه اظهاراتش، خاطر نشان کرد: انیشتین که به انحنای فضا زمان و توزیع ماده و انرژی در فضا پرداخت و در سال ۱۹۱۵ توانست با بیان نظر خود "گرانش مساوی خمش فضا زمان" معمای گرانش را حل کند که این همان "گرانش نسبیت یا خمیده شدن فضا زمان در اطراف اجرام" است.

وی در بخش دیگری از صحبت‌های خود، در عین حال توضیح داد: نظریه "مه بانگ" اطلاعات خارق العاده ای از تغییر و تحولات در ثانیه‌های اول پیدایش "کیهان" به ما می‌دهد. معادلات انیشتین، معادلات پیچیده‌ای هستند که بر خلاف انتظار پاسخ‌های ساده ای دارند. از جمله "شوارتز شیلد"، "پنروز"، "ایزرائیل"، "ویلر"، "هاوکینگ" به این معادلات پاسخ دادند و هر کدام به نکاتی از نظریه گرانش پی بردند که مهم‌ترین آنها نظریات "هاوکینگ" است.

سرپرست شاخه فیزیک فرهنگستان علوم یکی از جالب‌ترین پیش‌بینی‌های نظریه گرانش را وجود "سیاه چاله‌ها" دانست و یادآور شد: سیاه چاله‌ها ویژگی‌های عجیبی از خود نشان می‌دهند و همواره مورد توجه بودند از جمله این که زمان در افق رویداد سیاه چاله متوقف می‌شود.

کشف امواج گرانشی ناشی از ادغام سیاه چاله‌ها
ریاضی گفت‌: کشف امواج گرانشی ناشی از ادغام سیاه چاله‌ها که تأییدی بر گرانش انیشتین بود، سر و صدای زیادی را به پا کرد و توانست نوبل دریافت کند. تاکنون یازده مورد ادغام مشاهده شده است و این انتظار می‌رود که این تعداد در سال‌های آینده افزایش داشته باشد.

ثبت اولین تصویر از "سیاه چاله"
سرپرست شاخه فیزیک فرهنگستان علوم با اشاره به ثبت اولین تصویر از سیاه چاله، اضافه کرد: در این رویداد هشت رصدخانه و رادیویی بزرگ از سراسر جهان مشارکت داشته‌اند و باید یادآور شد که اکتشافات بزرگ به صورت انفرادی اتفاق نمی‌افتد.

ریاضی ادامه داد: بزرگترین سهم "هاوکینگ" از گرانش تلفیق نظریه گرانش با کوآنتوم بود و منتظر هستیم که نظریه انقلابی "گرانش کوانتومی" ظهور کند.

وی در سخنان خود در مراسم تجلیل از پژوهشگران جوان علوم پایه، به مفهوم "پادگرانش" یا "دافعه گرانشی" اشاره کرد و در این باره خاطر نشان کرد: یکی از رویاهای قدیمی بشر این است که جسمی را پیدا کند که به جای جذب به کره زمین از آن دفع شود. این در حالی است که ثابت شده است که نوعی از پاد گرانش در سطح کیهان وجود دارد، اما هنوز جسمی در لابراتوار پیدا نشده است که پادگرانش نشان دهد و امیدوار هستیم که در آینده پیدا شود. پادگرانش را به نوعی انر ژی مرموز، تحت عنوان انرژی تاریک و خلأ کوانتومی نسبت می‌دهند.

سرپرست شاخه فیزیک فرهنگستان علوم در پایان، اضافه کرد: از چشم اندازهای علم فیزیک جستجو برای کشف نواقص نظریه "نسبیت عام" کشف ابعاد فضا زمان، گرانش کوانتومی و رویکردهای مدرن در گرانش است که می‌تواند باز تعریف فضا زمان به عنوان پدیده ظهوری "EMERGENT" بی انجامد که خوشبختانه برخی از ایرانیان یا ایرانی الاصل‌ها در پیشرفت‌های علمی این حوزه‌ها سهم داشتند.