نظریه جدیدی که نظریات «نیوتن» و «اینشتین» را به چالش کشیده است!

به گزارش گروه دانش و فناوری، گرانش نیرویی است که اجرام را به سمت زمین می‌کشد و حرکت مداری سیارات را به دور خورشید حفظ می‌کند.

درک علمی ما در مورد گرانش توسط «آیزاک نیوتن»(Isaac Newton) در سال ۱۶۸۷ ایجاد شد. نظریه گرانش نیوتن به مدت دو قرن مد نظر بود تا این که «آلبرت اینشتین»(Albert Einstein) نظریه «نسبیت عام» خود را ارائه داد و شکاف‌های باقی‌مانده در نظریه گرانش نیوتن را پر کرد اما با وجود موفقیت‌های فراوان نظریه گرانش اینشتین، بسیاری از پدیده‌ها مانند گرانش درون سیاه‌چاله و امواج گرانشی قابل توضیح دادن نیستند.

یک پژوهش جدید، شواهد مستقیمی را برای نظریه اصلاح‌شده گرانش در شتاب کم پیدا کرده است. پروفسور «کیو هیون شی»(Kyu-Hyun Chae) استاد «دانشگاه سجونگ»(Sejong University) کره جنوبی، این پژوهش را انجام داد. شی، رفتارهای مداری ساختارهای کیهانی موسوم به «ستاره‌های دوتایی گسترده» را در داده‌های جمع‌آوری‌شده توسط «تلسکوپ فضایی گایا»(Gaia space telescope) متعلق به «آژانس فضایی اروپا» مشاهده کرد.

از آنجا که این یافته‌ها به نظریه جدیدی در مورد گرانش اشاره می‌کنند، بسیار مهم و متفاوت از نظریه نیوتن و اینشتین هستند.

نظریه‌های نیوتن و اینشتین در مورد گرانش

نظریه گرانش نیوتن در آن زمان یک نظریه انقلابی بود. این نظریه به طور موفقیت‌آمیزی جاذبه بین اجسام روی زمین و فراتر از آن را توضیح داد و درک عمیق‌تری را در مورد حرکت سیاره‌ها فراهم کرد.

با وجود این، چارچوب نیوتن با گسترش دامنه فناوری، شکاف‌هایی را در توانایی خود برای توضیح دادن پدیده‌های گرانشی پیچیده آشکار کرد. ناهنجاری‌های موجود در مدار عطارد، یکی از آنها بود که ستاره‌شناسان را متحیر ساخت و نشان داد که این نظریه در توضیح دادن شرایط گرانشی شدید شکست می‌خورد.

سپس اینشتین در سال ۱۹۱۵، نظریه خود را با عنوان نظریه نسبیت عام منتشر کرد. این نظریه دگرگون‌کننده، گرانش را دوباره به ‌عنوان انحنای خود فضا-زمان در نظر می‌گرفت که جرم و انرژی را در یک رقص کیهانی متحد می‌کرد.

تئوری اینشتین بر مدار عطارد پل زد و خمش نور ستارگان را به دور اجسام بزگ طی یک خورشیدگرفتگی توضیح داد. با وجود این، حتی بینش‌های رویایی اینشتین نیز در مواجهه با پرتگاه کیهانی یعنی سیاه‌چاله‌ها که گرانش در آنها بی‌نهایت شدید می‌شود، شکست خوردند.

دانشمندان برای پر کردن این شکاف‌ها، مفهوم ماده تاریک را پیشنهاد کردند. این یک شکل گریزان از ماده نامرئی است زیرا با نور تعامل ندارد اما اثرات آن را می‌توان از طریق کشش گرانشی آن مشاهده کرد. فرض بر این بود که مفهوم ماده تاریک می‌تواند تفاوت‌های بین اثرات گرانشی مشاهده‌شده و پیش‌بینی‌ها را توضیح دهد اما ما نمی‌دانیم ماده تاریک چه شکلی به خود می‌گیرد و آیا اصلا وجود دارد یا خیر.

دینامیک اصلاح‌شده نیوتونی

اگرچه ماده تاریک به طور بالقوه می‌تواند اختلافات را توضیح دهد اما بسیاری از دانشمندان به دلیل فقدان شواهد کافی هنوز تردید دارند. این منجر به شکل‌گیری نظریه‌های جایگزین شده است.

«دینامیک اصلاح‌شده نیوتنی»(Modified Newtonian dynamics) یا «MOND» اولین بار توسط «مُردهای میلگروم»(Mordehai Milgrom) در سال ۱۹۸۳ مطرح شد و توانست این ناهنجاری‌های کهکشانی، از جمله موارد مشاهده‌ شده توسط شی را توضیح دهد.

فرض اصلی MOND این است که گرانش نیوتنی ممکن است در شتاب‌های بسیار کم، رفتار متفاوتی داشته باشد. گفته می‌شود این انحراف از فیزیک نیوتنی زمانی رخ می‌دهد که میدان‌های گرانشی ضعیف باشند. نظریه MOND نشان می‌دهد که در این شتاب‌های کم، نیروی گرانش دیگر از قانون آشنای مربع معکوس پیروی نمی‌کند، بلکه شکل عملکردی متفاوتی را نشان می‌دهد.

ایده پشت MOND این است که گرانش نیوتنی را برای توضیح دادن ناهنجاری‌های گرانشی مانند سرعت‌های مداری کهکشان‌ها، بدون نیاز به ماده تاریک تغییر دهیم. این نظریه می‌گوید که شتاب به جرم‌ها و یک تابع وابسته به مقیاس بستگی دارد؛ به این معنی که نحوه عملکرد گرانش براساس اندازه یا مقیاس سیستم مورد مطالعه، متمایز از گرانش سنتی تغییر می‌کند.

منظومه‌های ستاره‌ای دوتایی گسترده

شی در داده‌های تلسکوپ گایا، ۲۶۵۰۰ منظومه ستاره‌ای دوتایی گسترده را در فاصله ۶۵۰ سال نوری تجزیه و تحلیل کرد. منظومه‌های ستاره‌ای دوتایی گسترده، از دو ستاره تشکیل شده‌اند که در مدارهای نسبتا دوری به دور یکدیگر می‌چرخند. بررسی شی روی این سیستم‌ها نشان داد که در سرعت‌های بسیار کم، شتاب‌های مشاهده‌شده بین ۳۰ تا ۴۰ درصد بیشتر از پیش‌بینی‌های سنتی هستند که حاکی از شکست بالقوه گرانش استاندارد است.

این افزایش غیرمنتظره شتاب، با نظریه «AQUAL» توضیح داده شده که تحت تأثیر نظریه MOND است و شواهد مستقیمی را از شکست گرانش استاندارد در شتاب ضعیف نشان می‌دهد.

شی در یک بیانیه مطبوعاتی توضیح داد که چرا این سیستم‌ها را برای مطالعه انتخاب کرده است. شی گفت: از همان ابتدا برای من واضح بود که گرانش را می‌توان به صورت مستقیم‌تر و مؤثرتر با محاسبه شتاب‌ها آزمایش کرد زیرا میدان گرانشی خود یک شتاب است.

او گفت: تجربه‌های پژوهشی اخیر من در مورد منحنی‌های چرخش کهکشانی، مرا به این ایده سوق دادند. قرص‌های کهکشانی و منظومه‌های دوتایی‌ گسترده، شباهت‌هایی در مدارهای خود دارند. البته دوتایی‌های گسترده، مدارهای بسیار کشیده‌ای دارند؛ در حالی که ذرات گاز هیدروژن در یک قرص کهکشانی، مدارهای تقریباً دایره‌ای را دنبال می‌کنند.

پژوهش شی، کاری بیش از به چالش کشیدن وضعیت موجود انجام می‌دهد. این پژوهش، کاوش گسترده‌تر اسرار گرانشی را پایه‌گذاری می‌کند. شی امیدوار است که نتایج او با استفاده از مجموعه داده‌های بزرگتر و بهتر تأیید و اصلاح شوند.

این پژوهش، در «The Astrophysics Journal» به چاپ رسید.

انتهای پیام