Формулаи ҷозиба
Қувваи ҷозиба яке аз падидаҳои табиӣ ва муҳимтарин дар физика аст. Ин қувваест, ки ду объекти дорои массаи муайянро ба сӯи якдигар ҷалб мекунад. Мафҳуми ҷозиба бори аввал аз ҷониби сэр Исаак Нютон дар асри 17 амиқ омӯхта шудааст ва аз он вақт инҷониб, фаҳмиши мо дар бораи ҷозиба бо саҳми назарраси назарияи нисбии умумии Алберт Эйнштейн ба таври назаррас рушд кардааст. Дар ин мақола мафҳуми ҷозиба, формулаи асосии Нютон барои ҷозиба ва чӣ гуна таҳаввул ёфтани назарияи ҷозиба бо мурури замон баррасӣ мешавад.
Дарки қувваи ҷозиба
Қувваи ҷозиба қувваи ҷозибаест, ки байни ду ҷисми дорои масса ба вуҷуд меояд. Ин қувва барои падидаҳои гуногуни табиӣ, аз қабили афтидани ашё ба замин, ҳаракати сайёраҳо дар атрофи Офтоб ва ташаккули сохторҳои бузурги кайҳонӣ масъул аст. Гарчанде ки ҷозиба яке аз чор қувваи асосии коинот аст, он дар муқоиса бо қувваи қавии ҳастаӣ, қувваи заифи ҳастаӣ ва қувваи электромагнитӣ заифтарин аст. Аммо, ҷозиба доираи беохир дорад, ки онро дар миқёси кайҳонӣ хеле муҳим мегардонад.
Қонуни ҷозибаи Нютон
Формулаи маъруфтарини ҷозиба Қонуни Нютон дар бораи ҷозибаи умумиҷаҳонӣ мебошад, ки мегӯяд, қувваи ҷозиба байни ду ҷисм ба ҳосили массаҳои онҳо мустақиман мутаносиб ва ба квадрати масофа байни марказҳои массаи онҳо баръакс мутаносиб аст. Аз нигоҳи математикӣ, ин формула чунин ифода карда мешавад:
\[ F = G \frac{m_1 \cdot m_2}{r^2} \]
Ди мана:
– \( F \) қувваи ҷозиба байни ду объект (Нютон, N) аст,
– \( G \) доимии ҷозибаи универсалӣ аст (\( 6.67430 \times 10^{-11} \, \text{Nm}^2/\text{kg}^2 \)),
– \( m_1 \) ва \( m_2 \) массаҳои ду объект мебошанд (килограмм, кг),
– \( r \) масофа байни марказҳои массаи ду объект (метр, м) аст.
Доимии ҷозибаи универсалӣ (G)
Доимии ҷозибаи универсалӣ, \(G \), омили хеле хурд аст ва бо дақиқии баланд чен карданаш душвор аст. Аммо, аввалин ченкунии муваффақ аз ҷониби Генри Кавендиш дар соли 1798 анҷом дода шуд. Таҷрибаи ӯ, ки бо номи "Таҷрибаи Кавендиш" маъруф аст, аз шуои печутоб барои чен кардани қувваи хеле хурд байни массаҳои маълум истифода бурд.
Татбиқи формулаи ҷозибаи Нютон
Қонуни ҷозибаи умумиҷаҳонии Нютон татбиқҳои зиёди муҳим дорад. Яке аз онҳо ҳисоб кардани вазни ашё дар сатҳи Замин аст. Вазн қувваи ҷозибаест, ки ба массаи ашё таъсир мерасонад. Формула барои ҳисоб кардани вазн (W) чунин аст:
\[ W = m \cdot g \]
Ди мана:
– \( W \) вазни ашё аст (Нютон, N),
– \( m \) массаи ашё (килограмм, кг) аст,
– \( g \) шитобест, ки аз ҳисоби қувваи ҷозиба дар Замин ба амал меояд (тақрибан \( 9.8 \, \text{m/s}^2 \) дар сатҳи Замин).
Ин қонун инчунин барои ҳисоб кардани мадори сайёраҳо, моҳҳо ва моҳвораҳои сунъӣ истифода мешавад. Дар заминаи астрономия, ин формула ба мо имкон медиҳад, ки фаҳмем, ки чӣ гуна сайёраҳо бо ҳамдигар ва ситораҳои худ ҳамкорӣ мекунанд.
Маҳдудиятҳои Қонуни ҷозибаи Нютон
Гарчанде ки Қонуни ҷозибаи умумиҷаҳонии Нютон дар бисёр ҳолатҳо хеле муфид ва дақиқ аст, он маҳдудиятҳое дорад, ки дар шароити муайян ба миён меоянд. Яке аз чунин маҳдудиятҳо дар миқёси хеле калони кайҳонӣ ё дар майдонҳои ҷозибаи хеле қавӣ, ба монанди наздикии сӯрохиҳои сиёҳ, мебошад. Дар ин ҳолатҳо, назарияи нисбии умумии Алберт Эйнштейн тавсифи дақиқтари ҷозибаро пешниҳод мекунад.
Назарияи умумии нисбии Эйнштейн
Алберт Эйнштейн назарияи умумии нисбии худро соли 1915 пешниҳод кард, ки дарки моро дар бораи ҷозиба инқилоб кард. Дар ин назария, ҷозиба қувваи амалкунанда байни массаҳо нест, балки натиҷаи каҷравии фазо-вақт аст, ки аз ҷониби масса ва энергия ба вуҷуд омадааст. Формулаи асосии назарияи нисбии умумӣ муодилаи майдонии Эйнштейн аст:
\[ R_{\mu\nu} - \frac{1}{2} R g_{\mu\nu} + \Lambda g_{\mu\nu} = \frac{8\pi G}{c^4} T_{\mu\nu} \]
Ди мана:
– \( R_{\mu\nu} \) тензори Риччи аст, ки каҷравии фазо-вақтро тавсиф мекунад,
– \( R \) скаляри Риччи аст,
– \( g_{\mu\nu} \) тензори метрикӣ аст, ки геометрияи фазо-вақтро муайян мекунад,
– \( \Ламбда \) доимии космологӣ аст,
– \( G \) доимии ҷозиба аст,
– (c) суръати рӯшноӣ дар вакуум аст,
– \( T_{\mu\nu} \) тензори импулси энергия аст, ки тақсимоти энергия ва импулсро дар фазо-вақт тавсиф мекунад.
Назарияи умумии нисбият ба мо имкон медиҳад, ки падидаҳои гуногунеро, ки қонуни ҷозибаи Нютон онҳоро шарҳ дода наметавонад, ба монанди линзабандии ҷозибавӣ, прецессияи мадори Меркурий ва васеъшавии коинот, дарк кунем. Он инчунин мавҷудияти мавҷҳои ҷозибаро пешгӯӣ мекунад, ки бори аввал мустақиман аз ҷониби Расадхонаи мавҷи ҷозибаи интерферометрии лазерӣ (LIGO) дар соли 2015 ошкор карда шуда буданд.
Кашфиёт ва таҳаввулоти ахир
Кашфи мавҷҳои ҷозиба яке аз бузургтарин дастовардҳо дар физикаи муосир буда, далели мустақими яке аз пешгӯиҳои калидии назарияи умумии нисбият мебошад. Ин кашфиёт равзанаи наверо ба коинот ва омӯзиши рӯйдодҳои шадиди кайҳонӣ, ба монанди бархӯрдҳо байни сӯрохиҳои сиёҳ ва ситораҳои нейтронӣ, боз мекунад.
Ғайр аз ин, таҳқиқот дар бораи моддаи торик ва энергияи торик нишон медиҳанд, ки ҷозиба метавонад ҷанбаҳое дошта бошад, ки ҳанӯз пурра фаҳмида нашудаанд. Ба назар мерасад, ки моддаи торик ва энергияи торик дар коинот ҳукмронӣ мекунанд, аммо онҳо нур намебароранд ё фурӯ намебаранд, ки ин муайян кардани онҳоро мустақиман душвор мегардонад. Аммо, таъсири ҷозибаи моддаи торикро тавассути линзакунии ҷозиба ва ҳаракати галактикаҳо мушоҳида кардан мумкин аст.
Хулоса
Қонуни ҷозиба яке аз мафҳумҳои асосӣ ва муҳимтарин дар физика буда, тарзи фаҳмиши моро дар бораи коинот дигаргун месозад. Аз қонуни ҷозибаи универсалии Нютон то назарияи нисбии умумии Эйнштейн, фаҳмиши мо дар бораи ҷозиба ба таври назаррас таҳаввул ёфтааст. Тадқиқот ва кашфиётҳои ахир фаҳмиши моро зери суол мебаранд ва амиқтар мекунанд ва роҳро барои кашфиётҳои оянда ҳамвор мекунанд. Ҷозиба як соҳаи хеле фаъол ва ҷолиби тадқиқот боқӣ мемонад, ки асрори зиёде ҳанӯз ҳал нашудаанд.
