مطالب مشابه
قانون گرانش نیوتون میگوید که نیروی گرانش بین دو جسم، ارتباط مستقیم با جرم آن دو دارد؛ یعنی هر چه جرم آنها بیشتر باشد، نیروی گرانش بین آن دو بیشتر است. این قانون همچنین میگوید که نیروی گرانش میان دو جسم ارتباط وارون با فاصله میان دو جسم به توان دو دارد، در این مطالب به ایراد ها و اشکالات این موضوع می پردازیم.
سرعت ستارگان
همانطور که در مطالب قبل خواندید، ماهواره ها دارای دو نیروی متفاوت هستند، یکی گرانش و دیگری گریز از مرکز. این بدین معناست که هرچه ماهواره نزدیک تر به زمین درحال چرخش باشد، باید سریعتر حرکت کند تا بر گرانش غلبه کند. برای توصیف بهتر این ایده ما مفهوم تکانه زاویهای را به شما معرفی می کنیم که توسط دوران و حرکت ماهواره و همچنین فاصله آن از زمین ایجاد میشود.
I = m.v
در اینجا Iضربه، mجرم ماهواره و vسرعتش است. فاصله ماهواره از زمین نیز با R نشان داده میشود. به عنوان یک نتیجه میتوانیم بگوییم که M * v * Rتکانه زاویه ای ماهواره است. در هماهنگی با اصل پایستگی انرژی و به عنوان یک نتیجه از قوانین مکانیک نیوتن، تکانه زاویه ای یک جسم که در اطراف یک سیاره یا به دور یک مرکز جرم حرکت می کند ثابت می ماند. بنابراین، همانطور که تکانه زاویه ای L = M * v * Rو Rافزایش می یابد (ماهواره حرکت میکند و از زمین دور میشود) Vکاهش می یابد.
از سوی دیگر، هنگامی که ماهواره به زمین نزدیک می شود ( Rکاهش می یابد)، سرعت آن افزایش می یابد. همین ایده را میتوان به ستارگانی که در یک مجموعه به دور مرکز جرم کهکشان میچرخند اعمال کرد. این موضوع یک مطالعه جالب توسط روبین و فورد است، دو دانشمند که سرعت ستارگانی که در کهکشان حرکت می کنند را مشاهده کردند. وقتی که ستارگان را از دید ناظر زمینی در نظر میگیریم، آنها در موقعیت نسبی خودشان ثابت می شوند و بنظر میرسد در طی سال ها تغییری نمیکنند. بسیاری از صورت های فلکی، به عنوان مثال دب اکبر، هزاران سال پیش توصیف شده اند و هنوز هم در همان موقعیت قرار دارند.
جوامع علمی ادعا میکنند که ستارگان سرعت نسبی زیادی دارند حتی زمانی که هر شب در همان موقعیت های قبلی خود دیده میشوند. برای یک ناظر زمینی محاسبه سرعت ستارگانی که در فاصله بسیار دوری از ما قرار دارند غیر ممکن به نظر میرسد. ورا روبین و کنت فورد، برای غلبه بر این مشکل، از اثر دوپلر برای نشان دادن سرعت ستارگان استفاده کردند.
همانطور که در مطالب گذشته خواندیم، اثر داپلر به تغییر فرکانس یک موج که منبع آن نسبت به ناظر در حرکت است، گفته میشود. در تصویر زیر جت درحال دور شدن از ناظر Bو درحال نزدیک شدن به ناظر Aمی باشد. ناظر Aصوت را عمیق تر احساس و درک میکند در حالی که ناظر Bآن را زیر احساس میکند.
دلیل این است که موج، زمانی که شی نوری را با یک فرکانس مشخص منتشر می کند و درحال نزدیک شدن است، فرکانسی تولید خواهد کرد که در هنگام اندازه گیری بالاتر باشد (نور به سمت آبی حرکت می کند که به معنی پرتو فرکانس بالاتر است) درحالی که هنگام دور شدن یا فاصله گرفتن فرکانس پایین تر خواهد بود و رنگ نور به سمت قرمز تغییر می کند. به این ترتیب، با اندازه گیری تغییر فرکانس امواج نور ستارگان به سمت قرمز یا آبی، می توانید سرعتشان را نسبت به زمین محاسبه کنید.
روبین و فورد اثر داپلر را برای ارزیابی سرعت ستارگان اعمال کردند. با توجه به مدل خورشید مرکزی، کهکشان ها تقریبا به طور انحصاری از ستارگان ساخته شده اند و محاسبات باید نتیجه بدهد که ستارگان دور از مرکز کهکشان دارای سرعت پایین تر از ستارگان نزدیک به مرکز آن هستند. نتایج روبین و فورد با این حال با انتظارات مطابقت نداشت. ستارگان دورتر از مراکز نیز با همان سرعت (سرعت ستارگان نزدیک به مرکز کهکشان) در حال حرکت بودند. روبین و فورد 60کهکشان مارپیچ را بررسی کردند و با همان نتایج روبرو شدند. آن ها کشف کردند که نور ستارگان یکسان است و فاصله تاثیری در آن ندارد.
این نتیجه در تصویر زیر نشان داده شده است. خط نقطه ای با توجه به فرمول های گرانشی انتظارات نظری را نشان می دهد. خط پیوسته نشان دهنده سرعت واقعی است که با اثر دوپلر اندازه گیری می شود.
با توجه به این نوع نتایج ممکن است دانشمندان از اینکه بخواهند ثابت کنند که تئوری گرانش اشتباه است هراس داشته باشند. در 1974روبین و فورد برای خروج از این بن بست، در کنار ماده مرئی، یک مفهوم جدید، ماده مبهم معرفی کردند. یک نهاد که بسیار بیشتر از مرزهای ظاهری کهکشان ها گسترش یافته و جرمی بسیار بیشتر از ماده طبیعی را نشان می دهد.
روبین نتیجه گرفت” آنچه که در یک کهکشان مارپیچی می بینید چیزی نیست که به واقع درحال رخ دادن است”.
این ماده مبهم به دانشمندان اجازه داد که بگویند حتی هنگامی که فاصله از مرکز جرم بسیار افزایش می یابد ( rدر رابطه افزایش می یابد)، Mنیز با توجه به این ماده مبهم افزایش می یابد بنابراین سرعت ثابت می ماند.
سرعت ستارگان باید با توجه به نظریه گرانش این رابطه را دنبال کند:
این موضوع به اندازه کافی جالب است و واقعیت این است که تاکنون هیچ شواهدی برای وجود این ماده مبهم ، که همان ماده تاریک است، وجود ندارد، زیرا «دیده نمی شود.» دانشمندان فقط به “اثبات گرانشی” اشاره می کنند. در حقیقت، آنها متقاعد شده اند که این ماده مبهم وجود دارد، چون ستارگان با سرعتی متفاوت از آنچه که می توانند بر اساس محاسبات انتزاعی انتظار داشته باشند، حرکت می کنند. بنابراین فرض می کنند که تئوری گرانشی یک مبنای بی قاعده است که از آن شروع شود.
اما درباره این سوال چه میتوان گفت و چطور میتوان قضاوت کرد؟ اگر مشکل از همان بنیاد منشا گرفته باشد چه؟ اگر از ریشه اشتباه باشد؟ آیا می توان گفت که احتمال دارد که فرمول های اولیه گرانشی درست نباشند؟ ما باید مدارک و اثباتی برای ماده تاریک داشته باشیم اما چنین اثباتی وجود ندارد. زمانی که ما ستارگان را درحال چرخش در یک گنبد به دور یک زمین بی حرکت در نظر میگیریم، یک توضیح ساده تر از آنچه که با اثر داپلر اندازه گیری شده است پیدا خواهیم کرد.
از آنجا که فرمول گرانشی نیوتون اشتباه است، دانشمندان مجبور شدند ماده ای مبهم و غیرواقعی را فرض کنند تا برخی مشکلات محاسباتیشان حل شود. با این کار آن ها حرکت سریعتر ستارگان دور از مرکز جرم کهکشان نسبت به ستارگان نزدیک مرکز را توجیه کردند.
