مقالات في الفيزياء

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

ان دراسة تاريخ تطور الاكتشافات العلمية الحديثة يجعلنا نثابر ونستمر مهما واجهتنا الحياة من عقبات لانه على سبيل المثال من هذا المقال الذي يتحدث عن تاريخ تطور مفهوم الجاذبية نجد ان العديد من التجارب والمحاولات التي اجريت للكشف عن امواج الجاذبية والتي باءت كلها بالفشل لم تقضي على عزيمة العلماء في الاستمرار في اجراء التحسينات والتطوير حتى في النهاية حصدوا ثمار مثابرتهم وعملهم الدؤوب.

ان فهمنا للجاذبية مر بالعديد من المحاولات بداية من معادلات نيوتن للجاذبية إلى النظرية النسبية العامة لاينشتين. مع الاكتشاف الجديد لامواج الجاذبية نعود إلى الماضي لنطلع على مراحل تطور فهمنا للجاذبية على مر السنين.

اعلانات جوجل

جاذبية نيوتن 1687

نشر العالم اسحق نيوتن في مجلة Philosophiae Naturalis Principia Mathematica بحثا مفصلا حول الجاذبية. منح بحثه هذا اداة هامة للفلكيين لتتبع مسار حركة الكواكب. لكن مع وجود بعض المشاكل مثل حساب دقيق لمدار كوكب عطارد.

Gyroscope_precessionتتحرك الكواكب في مدارات بيضاوية بحركة مدوارة precession motion وهي حركة دائرة متغيرة حول محور الدوران مثل حركة الجيروسكوب حيث يتحرك محور الدوران في مسار مخروطي كما في الشكل الموضح.

وجد الفلكيون ان حركة اقرب نقطة للمدار تنزاح بمقدار قليل في كل دورة بسبب تأثير الجاذبية عليها من الكواكب الاخرى كما هو موضح في الشكل ادناه.

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

اعلانات جوجل

 

الا ان ازاحة مدار كوكب عطارد لم يكن متوافقا مع ما توقعته نظرية نيوتن للجاذبية. لقد رصد الفلكيون اختلافا بسيط. وقد اطلق العلماء على هذا الاختلاف مصطلح الشذوذ المداري.

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

كوكب فولكان 1859

لشرح وتوضيح السلوك الشاذ لكوكب عطارد افترض الفلكي Urbain Le Verrier وجود كوكب وهمي اطلق عليه اسم فولكان يتحرك في مدار بين كوكب عطارد والشمس. لقد اقترح ان الجاذبية من كوكب فولكان هي التي تؤثر على مدار عطارد. لكن مع المحاولة والرصد لم يتم اكتشاف اي اشارة لوجود هذا الكوكب.

 

اعلانات جوجل

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

النظرية النسبية الخاصة 1905

غير العالم البرت اينشتين الفيزياء بنظريته عن النسبية الخاصة. من ثم قام بدمج الجاذبية في معادلاته والتي ادت بعد ذلك إلى احداث اختراق علمي مذهل.

تنبأ اينشتين بالانزياح الاحمر الجذبي 1907

اثناء تفكير اينشين العميق في تطوير نظرية النسبية العامة افترض وجود الانزياح الاحمر الجذبي.

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

اعلانات جوجل

تنبأ اينشتين ان الطول الموجي للضوء القادم من الذرات في وجود مجال جذبي قوي سوف يستطال بمجرد ان يغادر القوة الجاذبية. الطول الموجي المستطال يعمل على انزياح الفوتون ناحية الطيف الاحمر من الاشعاع الكهرومغناطيسي.

النظرية العامة للنسبية 1915

نشر البرت اينشتين النظرية العامة للنسبية في 1915. لقد كان اول نجاح عظيم لها هو الحساب الدقيق لمدار عطارد اخذة في الحسبان الحركة المدوارية الشاذة. كما ان النظرية تتنبأ بوجود الثقوب السوداء وامواج الجاذبية مع ان اينشتين نفسه عانى الكثير في محاولة فهمهم في ذلك الوقت.

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

نظريات اينشيتن حول الانبعاث الاستحثاثي Stimulated Emission في 1917

نشر اينشتين في العام 1917 بحثا علميا حول النظرية الكمية للاشعاع واشار إلى امكانية وجود الانبعاث المستحث stimulated emission.

لقد افترض اينشتين ان الذرة المثارة يمكن ان تعود إلى حالة الطاقة الارضية بتحرير طاقة في صورة فوتونات في عملية الانبعاث التلقائي spontaneous emission.

اما في عملية الانبعاث الاستحثاثي فان فوتون ساقط على المادة يتفاعل مع الذرة المثارة مما يسبب لها ان تتحرك إلى حالة الطاقة الارضية وتحرر فوتونات لها نفس الطور وفي نفس تردد واتجاه الفوتون الساقط. هذه العملية سمحت بتطوير الليزر.

فرضية سحب الاطار في 1918

نظريتي Josef Lense وHans Thirring بان دوران الاجسام الثقيلة في الفضاء سوف تسحب الزمكان (الزمان والمكان) حولها.

اول رصد لعدسة الجاذبية في 1919

عدسة الجاذبية هي عبارة عن انحناء الضوء حول الاجسام الهائلة مثل الثقوب السوداء مما يسمح لنا برؤية الاجسام التي تقع خلفها. خلال الكسوف الكلي للشمس والذي حدث في مايو من العام ١٩١٩ لاحظ الفلكيون النجوم القريبة من الشمس قد انحرفت قليلا عن موضعها. يشير هذا إلى ان الضوء القادم منها قد انحرف بسبب الكتلة الهائلة للشمس.

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

اول قياس للانزياح الاحمر الجذبي في 1925

اختبر العالم Walter Sydney Adams الضوء المنبعث من سطح النجوم الهائلة ورصد انزياح احمر كما توقعه العالم اينشتين.

تنبأ عدسة الجاذبية المجرية في 1937

افترض الفلكي السويسري Fritz Zwicky ان كامل المجرة يمكن ان تشكل عدسة جاذبية ايضا.

التحقق من الانزياح الاحمر الجذبي في 1959

قام كلا من Robert Pound وGlen Rebka بقياس الانزياح نحو الاحمر بالنسبة لمصدرين موضوعين عند قمة وقاع برج متخبر جيفرسون بجامعة هارفارد. تمكنت التجربة من قياس دقيق لتغير طفيف في طاقة الفوتونات المسافرة بين قمة وقاع البرج.

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

اختراع ليزر باستخدام الانبعاث الاستحثاثي في 1960

تمكن العالم الفيزيائي Theodore H. Maiman من بناء اول جهاز ليزر

 اول تحقق من الثقوب السوداء في الستينات من القرن العشرين

كانت الستينات من القرن العشرين بمثابة اول تأكيد على صحة النظرية النسبية العامة باكتشاف مجرات تتأثر بقوة جذب قوية من ثقوب سوداء في مركزها. هناك دليل الان على وجود ثقوب سوداء هائلة في مركز كل المجرات الكبيرة كذلك ثقوب سوداء اصغر تهيم بين النجوم.

اول اكتشاف للتأخير الزمني الجذبي في 1966

افترض الفلكي الامريكي Irwin Shapiro ان النسبية العامة صحيحة وان امواج الراديو تبطأ بتأثير جاذبية الشمس عندما تنتقل ذهابا وايابا في النظام الشمسي.

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

تم ملاحظة هذا التأثير بين العامين 1966 و1967 عند قياس الزمن اللازم لاشعة رادار منعكسة عن سطح كوكب الزهرة وعودتها إلى الكرة الارضية. توافق مقدار التأخير الزمني تماما مع نظرية اينشتين.

نحن نستخدم التأخير الزمني على المقياس الكوني بحثا عن الفروقات الزمنية في نبضات ضوئية وتوهجات بين صور عدسة الجاذبية لقياس مقدار تمدد الكون.

رصد خاطئ لامواج الجاذبية في 1969

ادعى الفيزيائي الامريكي Joseph Weber رصد بعض الاضطراب في تجربته للكشف عن امواج الجاذبية. الا ان نتائج تجربته لم يكن بالامكان اعادت نتائجها للتحقق منها.

دليل غير مباشر لامواج الجاذبية في 1974

اكتشف كلا من Joseph Taylor وRussell Hulse نوع جديد من النجوم النابضة pulsar وهي نابضات ثنائية. بينت نتائج قياسات الاضمحلال المداري لنجوم النابضة ان هناك فقط في الطاقة يعادل مقدار الطاقة المفقودة المتوقعة من النظرية العامة للنسبية. بهذا الاكتشاف حصلا على جائزة نوبل في الفيزياء في 1993.

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

اول رصد لعدسة جاذبية مجرية في 1979

اكتشفت اول عدسة جاذبية فوق مجرية عندما لاحظ كلا من Dennis Walsh وBob Carswell وRay Weymann جسمين شبيهين بالنجوم ومتماثلين يعرفا باسم الكوازار quasars. حيث تبين بعد ذلك انه كوازار واحد ولكنه بدا كما لو انهما صورتين لجسمين كوازار.

منذ الثمانينات من القرن العشرين اصبحت عدسة الجاذبية مجس قوي لرصد توزيع الكتل في الكون.

تمويل مرصد ليجو LIGO في 1979

مولت مؤسسة العلوم الدولية الامريكية بناء مرصد امواج الجاذبية باستخدام مقياس الليزر للتداخل Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory وهو اختصار لـ LIGO.

رصد اشارة خاطئة اخرى لامواج الجاذبية في 1987

ادعى مرة اخرى Joseph Weber اشارة من سوبرنوفا supernova SN 1987A باستخدام تجارب ساق الالتواء والتي تتكون من ساق طويلة من الالومنيوم مصممة لتتذبذب عندما تمر عليها موجة جاذبية. وتبين مرة اخرى انها غير صحيحة.

بدأ بناء مرصد الليجو LIGO في 1994

تطلب الامر وقتا طويلا الا ان في النهاية بدأ بناء مرصد الليجو LIGO في هارفارد بواشنطن وليفنجستون بلويزيانا.

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

في اغسطس من العام 2002 بدأ مرصد الليجو في البحث عن دليل على وجود امواج الجاذبية.

مجس رصد سحب الاطار في 2004

اطلقت وكالة الفضاء الامريكية ناسا مجس الجاذبية بي Gravity Probe B لقياس تحدب الزمكان بالقرب من الكرة الارضية. احتوى المجس على جيروسكوب يدور ببطأ بواسطة الزمكان الاساسي. اصبح تأثير دوران الجيروسكوب اقوى حول مع دوران الكرة الارضية التي تعمل على سحب الزمكان حولها.

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

تبين من القياسات ان الجيروسكوب في مجس الجاذبية بي يدور بنفس المقدار الذي توقعته النظرية العامة للنسبية.

نهاية رحلة الصيد لمرصد الليجو LIGO في 2005

بعد خمس محاولات انتهت المرحلة الاولى لعمل الليجو بدون رصد اي امواج للجاذبية. اجريت عمليات تحسين للمجسات المستخدمة في المرصد واطلق عليه مرصد ليجو المحسن.

مرصد الليجو المحسن في 2009

نسخة مطورة من مرصد الليجو عرفت بمرصد الليجو المحسن بدأت في مرحلة رصد جديدة لامواج الجاذبية.

انتهاء مرحلة الرصد لمرصد الليجو المحسن في 2010

فشل مرصد الليجو المحسن في رصد اي امواج جاذبية ومن ثم خضع المرصد لمرحلة تطوير اطلق على المرصد بعدها مرصد الليجو المتطور.

انتهاء مرحلة تطوير مرصد الليجو المتطور في 2014

مع انتهاء تركيب مرصد الليجو المتطور بدأت عملية فحصه واختباره لتبدأ مرحلة جديدة من البحث عن امواج الجاذبية.

اشارة خاطئة اخرى لامواج الجاذبية في 2015

زعم ان الدليل الغير مباشر عن امواج الجاذبية في بدأ نشأة الكون يمكن رصده من خلال تجربة BICEP2 experiment التي تبحث عن الخلفية الميكروويفية الكونية الا انه تبين انها عبارة عن غبار في مجرتنا قد طمس الاشارة.

تطوير جديد على مرصد الليجو في 2015

خضع مرصد الليجو لمرحلة جديدة من التطوير عملت على زيادة حساسيته بمقدار اربعة مرات لتبدأ رحلة بحث جديدة عن امواج الجاذبية. في سبتمبر من العام 2015 رصد اشارة مشابهة تماما لاصطدام بين ثقبين اسودين.

تأكيد رصد امواج الجاذبية في 2016

بعد محاولات مضنية للتحقق من صحة رصد اشارة امواج الجاذبية اعلن فريق عمل مرصد الليجو المتطور رصد امواج الجاذبية.

تاريخ الجاذبية منذ ١٦٨٧ إلى ٢٠١٦

 

المزيد حول امواج الجاذبية

كيف تم رصد امواج الجاذبية بواسطة مرصد الليجو

٥ اسباب تهمك حول اكتشاف امواج الجاذبية

كيف تؤثر امواج الجاذبية على الفضاء

ندوة علمية .. موجة الجاذبية لاينشتين .. الماضي والحاضر والمستقبل

ما هي مواجات الجاذبية؟ وكيف ستساعدنا في معرفة اصل الكون

الدكتور حازم فلاح سكيك

د. حازم فلاح سكيك استاذ الفيزياء المشارك في قسم الفيزياء في جامعة الازهر – غزة | مؤسس شبكة الفيزياء التعليمية | واكاديمية الفيزياء للتعليم الالكتروني | ومنتدى الفيزياء التعليمي

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

زر الذهاب إلى الأعلى