في البداية كان هناك ظلام
وبعد ذلك
! إنفجـــار
نشأ منه كيان لا يتوقف عن التمدد
من الزمان والمكان والمادة
والآن .. أنظر لأبعد مما كنا نتخيل خارج حدود وجودنا
... في مكان نُسميه
الكــــــــون
إنها جبارة ، ووديعة في ذات الوقت
غاية البشرية هي تسخير قوتها والتحرر من قيودها
! يا إلهي
هذا هو ما يشعر به رواد الفضاء
إنها تنشئ وتدمر النجوم والكواكب والمجرات
وتتحكم في مداراتهم في الكون
الجاذبية صديقتنا وخصمنا
لولاها , ستزول الحياة كما نعرفها
سوف تنفجر الأرض بمعنى الكلمة
إنها القوة الرائعة والغامضة ...التي تحكُم الكون
الجــاذبيــة
ترجمة : د/ محمد فتحى hamadah_ali@yahoo.com www.facebook.com/ArabTranslators
الكــــــون "الجــاذبيــة"
الجاذبية هي القوة الأكثر تغلغُلاً في الكون
...إنها تعمل على النطاق الكبير
والنطاق الصغير
...على ما هو معتاد
وما هو جامح
يحتاجها راكبوا الأمواج لأداء بعض المناورات الخاصة
عندما نركب موجة , نقوم بخفض مقدمة لوح التزلج
ونستخدم قوة الجاذبية للمضي قُدُمًا
إن الجاذبية هي قوة التسارع لديك
إنها التي تزيد من سرعتك
يستخدمها المتزلجون في التزلج على المنحدرات
يحتاجها متزلجوا الجليد للقفز عاليًا
إنها تؤثر في كل ما لديه كتلة بما في ذلك نحن ، في كل لحظة
حتى عندما نكون نيامًا أو قيامًا
الجاذبية على الأرض تجعلنا نتسارع باستمرار نحو الأسفل
نحو مركز الأرض بمعدل 9.8 م/ث2
، في المتنزهات الترفيهية
الجاذبية هي القوة التي تجعل قطار الملاهي يزأر ، وتجعل الناس يصرخون
جاذبية الأرض تشدنا نحو الأسفل
وهذا ما يجعلنا نسرع جدًا جدًا
كل ما له كتلة أو طاقة
من جسيمات, وأناس ، وكواكب ، ونجوم , ومجرات
تنتِج قوة جاذبية
بقدرتها الجبارة ، وانتشارها في كل مكان
الجاذبية تجذب, وتتحكم وتُشوّه , وتُشكّل, وتصنع
وتستوعب كل المادة والكتلة في الكون
لذا فهي قوة متغلغِلة
إنها تؤثر على جميع الأشياء عبر مسافات بعيدة للغاية
ولا شيء ينجو من قوة جذبها
إن الجاذبية هي التي تحافظ على تماسُك مجموعتنا الشمسية
قوة الجاذبية هي ببساطة تلك القوة التي تبقينا على الأرض
وتحول دون أن نتطاير في الهواء
إنها اللاصق الكوني الذي يربط كل المادة في الكون سويةً
تخيل أنك أخذت زهرَي نَرد
ووضعتهما بهدوء هناك في الفضاء ، يفصلهما سنتيمتر واحد
فما ستراه هو أنه في خلال ساعة أو نحو ذلك
سيتجهان نحو بعضهما ببطء ويتلامسا
لقد شكلت الجاذبية عالمنا
شمسنا تكونت من سحابة هائلة من الغاز تقلصت بفعل الجاذبية
وبالمثل, تشكلت أرضنا بواسطة تجاذب الجسيمات الصغيرة و الأشياء الدقيقة المجزأة
التي نمَت تدريجيًا إلى كيان أكبر وأكبر
عندما يتعلق الأمر بقوة شدّ الجاذبية
فالكتلة والمسافة عاملان مهمان
إنها تعتمد على كتلة الجسم
أي : كمية المادة المُحتواة داخل كل جسم
لذا فهي تتناسب طرديًا مع حاصل ضرب الكتلتين
بعبارة أخرى: كلما ازدادت كتلة جسم ما ، كلما ازدادت قوة جذبه للأجسام الأخرى
لكن هذا ليس كل شيء
إنها تتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بينهما
هذا يعني أنك إذا ضاعفت المسافة بين جسمين
فإن قوة الجذب ستتناقص فقط بمقدار الرُبع
قوة شدّ الجاذبية تجعلها .. تُوجّه حركة وتنقلات
جميع أشكال المادة في الكون مهما كانت هائلة
لذا فهناك مثلاً مجرات بأكملها تدور حول بعضها البعض
هناك "عناقيد مجرِّية" بأكملها تدور حول مركز ثِقْلها المشترك
لكن الإمكانية العملية لتسخير هذه القوة الجبارة
هو ما شغل تفكير العلماء لعدة قرون
"يرجع الفضل إلى "جاليليو جاليلي الباحث عن الحقيقة في القرن الـ 17
الذي اكتشف لأول مرة أن الجاذبية موجودة أصلاً
وجد "جاليليو" أن الأجسام المختلفة في الوزن
تسقط بنفس السرعة
ها هنا كرة ثقيلة من الصُلب
وكرة تنس طاولة خفيفة بنفس الحجم
وإذا أسقطتهما في نفس الوقت
ستلامسان الأرض في نفس الوقت بالضبط
لأنهما تسقطان بنفس السرعة
"لتوضيح اكتشاف "جاليليو الأعظم بشأن الجاذبية
الذي ينص على أن كل الأجسام -بغض النظر عن كتلتها- تسقط بنفس السرعة
سنركب قطار ملاهي "سوبرمان" فائق السرعة
في حديقة ملاهي "الأعلام الستة" في جنوب كاليفورنيا
ركوب قطار الملاهي يعتبر تجربة "رائعة لتوضيح "السقوط الحُر
ستوضح ما يحدث عندما تسقط مركَبة مليئة بالناس
وكرة تنس من ارتفاع 126 متر في الهواء
حسنًا ها نحن ننطلق
يُدفع الركاب إلى أعلى البرج البالغ طوله 41 طابقًا
بسرعة 160 كيلومتر في الساعة
بعيونهم مفتوحة , ستجعلهم الجاذبية يرون السوبرمان
يا إلهي
سأترك هذه الكرة الآن
! يا إلهي , إنها تسبح في الهواء
إنها تحلِّق
لقد قذفت الرياح الكرة بعيدًا هذه المرة
في حين نتوقع أن جميع الأجسام ستسقط معًا, بغض النظر عن كتلتها
، إلا أنه في يوم شديد الريح لن تكون النتائج دومًا مثالية
، في أعلى نقطة من الرحلة عندما تتوقف حركة الصعود
، تتولى الجاذبية زمام الأمور ويبدأ السقوط الحر للأسفل
سأترك هذه الكرة
وسوف تسبح في الهواء
إنها تُحلِّق
سأُفلِت هذه الكرة الآن
ولثوان معدودة بهيجة
يشعر عشاق الإثارة في الملاهي بانعدام الوزن
كما لو أنهم تحرروا من الجاذبية
أو ما يسميه العلماء "انعدام الجاذبية:زيرو-جي"
لقد حلّقت هذه جيدًا ..لقد حلّقت جيدًا
سأحاول إسقاط الكرة
لكن "انعدام الجاذبية" هو مجرد وهم
فالجاذبية هي في الواقع ما يُسيّر هذه الرحلة
إنها القوة التي تجتذب المركَبة , والناس , وكرة التنس
من دون تمييز لكتلتهم , نحو الأرض ثانيةً بنفس السرعة
هذه رحلة رائعة
شعورك بأنك تسقط هو أمر رائع
لكن ما هو أروع حقًا هو إسقاط الكرة
ورؤيتها تحلق فوق وجهي
أقصد أنها تسقط ، أعلم أنها تسقط
لكنني أسقط بنفس السرعة بالضبط
لا يهم كم هي كتلة الجسم
إنها تسقط بفعل قوة الجاذبية بنفس السرعة بالضبط
بفضل تجارب كهذه
نعلم الآن أن جميع الأجسام تسقط بنفس السرعة
لكن ما هو المطلوب لإطلاق قذيفة مدفع إلى مدار حول الأرض ؟
عندما رأى الفيزيائي البريطاني "الشهير ، السير "إسحق نيوتن
رأى التفاحة تسقط ، وكما يقول البعض , تقع على رأسه
تغيَّر العالم
ها هي التفاحة تسقط من الشجرة
فينظر إلى الأعلى ، ويرى القمر في مداره حول الأرض
فيستنتج أنه ليست التفاحة فقط هي التي تسقط نحو الأرض
ولكن القمر أيضًا كذلك
ولكن هل يمكن أن يكون القمر حقًا "يسقُط" ؟
! لقِّم المدفع
بالتأمُل في مدفع وفي ، المسار الذي تتخذه قذيفته
استخدم نيوتن الرياضيات لحل أحد ألغاز الكون
نُشِر ذلك في كتابه التاريخي المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية" في 1687"
كان به رسمة "إسحق نيوتن" الشهيرة
حيث رسم كوكب الأرض وجبلاً صغيرًا
هناك قذيفة تُطلَق من فوق الجبل وتسقط أرضًا بعد مسافة قليلة
نزيد سرعة القذيفة ، فتنطلق إلى مسافة أبعد قليلاً
افترض الآن أن بإمكانك زيادة السرعة حسبما تشاء
ستنطلق القذيفة مسافة خمسين ميل , أو مائة ميل قبل أن تسقط
بإضافة المزيد من البارود وبضبط زاوية الإطلاق
يمكن للقذيفة أن تنطلق أسرع وأبعد
ومع ذلك , ستفوز الجاذبية لا محالة
وستجذب القذيفة نحو الأرض ثانية
الأرض كروية ، وليست "مسطحة ، لذا أدرك "نيوتن
أنه إذا أُطلِقت قذيفة مدفع بسرعة كافية
فستستقر القذيفة في مدار حول الأرض
"كي يحدث ذلك ، حدد "نيوتن
أن القذيفة يجب أن تُطلق من المدفع بسرعة 28 ألف كيلومتر في الساعة
تبدأ في الدوران حول الأرض
وأدرك أنه لا بد أن هناك سرعة محددة
تدور عندها القذيفة دورة كاملة ! حول الأرض ، وتصطدم بمؤخرة رأسك
ولا تسقط أبدًا على سطح الأرض
فإذا طأطأت رأسك ، ستستمر القذيفة في الانطلاق
وها أنت ذا تكون قد وضعتها في المدار
لكن لماذا لا يسقط القمر نحو الأرض ؟
"القمر يتحرك أيضًا بسرعة "خَطِّية:مماسّية
لذا كلما اتجه سقوطًا نحو الأرض
فإنه يتحرك أيضًا في هذا الاتجاه الخَطِّي المماسي
ومحصّلة الحركة في هذين الاتجاهين هي حركة دائرية حول الأرض
أدرك نيوتن أيضًا أن الأرض في حالة "سقوط حر" عملاق حول الشمس
، حيث الجاذبية تمهد له الطريق يدور كوكبنا حول الشمس
كأنه في جولة قطار ملاهٍ كونية لا نهائية
حل نيوتن لغز الجاذبية
ولا زال الفيزيائيون يستخدمون قوانينه لحل كافة أنواع المشاكل
بعض هذه المشاكل أغرب من بعض
مثل, ماذا سيحدث إذا حاول شخص السفر عبر نفق
يمتد من أحد جانبي الكوكب إلى الجانب الآخر
في هذه الخطة الجامحة
سيتوجب عليك أن تسافر في خط مستقيم عبر نفق يخترق الأرض
وتستخدم الجاذبية وحدها
لتجذب المسافرين عبر هذا المدعو : قطار الجاذبية السريع
لنفترض أنك لديك أحد هذه الأنفاق
وقفزت بداخله
في البداية ، تجذبك الأرض لأسفل
، أنت تسير في اتجاه مركز الأرض ولذا فأنت تتسارع في اتجاهه
، ولكن حالما تجتاز مركز الأرض وتشرع في الذهاب نحو الجانب المعاكس
تحاول جاذبية الأرض شدّك للخلف
لذا تقوم بإبطاء حركتك
لذا فالجاذبية تعمل كالكابحات
ليس هناك خوف من أن تنطلق خارج الحفرة
على الجانب الآخر من الأرض بسرعة هائلة وتنطلق في الفضاء
ولكنك ستصل إلى سطح الأرض بالضبط وتهبط بفعل الجاذبية براحة تامة
في غضون 42 دقيقة ستصل هناك
أيًا كانتا المدينتان اللتان سترتبطان عبر نفق مستقيم
فستستغرق الجاذبية 42 دقيقة بالضبط كي توصلك إلى هناك
ستستغرق الرحلة من لوس أنجلوس إلى باريس 42 دقيقة
افترض أنك تريد أن تذهب من لوس أنجلوس إلى طوكيو
إثنان وأربعون دقيقة
بغض النظر عن أي المسارات ستسلك عبر الأرض
تبقى مدة الرحلة دائمًا 42 دقيقة
سنحتاج إلى معادلات "نيوتن" لمعرفة سبب ذلك
إذا ربطنا بين لوس أنجلوس ونيويورك
بواسطة نفق , فلن نحفر النفق عموديًا نحو الأسفل
لكننا سنحفر بزاوية مائلة
زاوية الميل ستبطئ من سرعة النزول
لكن المسافة صغيرة هي الأخرى
وإذا استخدمنا المعادلات فسيزول كلا التأثيرين
ويظل زمن الوصول إلى هناك 42 دقيقة
تستغرق الرحلة 42 دقيقة بغض النظر عن المسار الذي تسلكه
هذا رائع حقًا
إكتشف "نيوتن" ما هو تأثير الجاذبية
لكن الأمر احتاج إلى "عبقرية "ألبرت أينشتاين
لمعرفة كيف تُحدث الجاذبية هذا التأثير
أدرك "آينشتاين" أن الجاذبية تنشأ بسبب أن الأجسام الضخمة
"مثل النجوم والكواكب, "تَحني الفضاء نفسه بمعنى الكلمة
مثل ورقة مطاط ضخمة
ينحني الفضاء إذا وجِدت بداخله أجسام عظيمة الكتلة
في الواقع, إقترح أينشتاين .. أن المسار الذي تتخذه الكواكب حول نجومها
هو نتيجة مباشرة لهذا الانحناء في الفضاء
وقال أن المدار هو في أصله خط مستقيم
عندما يسقط جسم ما سقوطًا حرًا نحو جسم آخر
فهو حقًا يتحرك في "خط مستقيم عبر "الزمكان
إلا أن انحناء "الزمكان" يلوي مساره ويحوله إلى مدار مغلق
فالمسار ينحني لأن الفضاء نفسه منحنٍ
جاء هذا الاكتشاف الثوري عندما أدرك آينشتاين" في بدايات القرن الماضي"
أن مدارات النجوم والكواكب في الكون المنظور
"تسير وفق ما توقعته رياضيات "نيوتن
باستثناء واحد : كوكب عطارد
إن مداره يتذبذب
وصف "أينشتاين" الجاذبية بأنها انحناء في المكان والزمان
ومدار كوكب عطارد سيكون مثاليًا إذا أخذنا هذا التصور بعين الاعتبار
، كوكب عطارد لا يتحرك في فضاء مسطح ولكن في فضاء منحنٍ حول الشمس
لذا فالمدار مضبوط
هذا الانحناء في الفضاء يلعب دوره في مجموعتنا الشمسية
الأرض ببساطة تتبع ما تظنه مسارًا مستقيمًا
حيث المسافة الأقصر بين نقطتين في هذا الفضاء المنحني في حد ذاته
لم يقل "آينشتاين" أن الكتلة تشوه المكان فقط
بل تشوه الزمن أيضًا
"لذا, منذ ذلك الحين , نادى "آينشتاين
بأنه لا ينبغي أن يتحدث الفيزيائيون عن المكان والزمان كلاً على حدة
لكن عن "الزمكان" ككيان موحد
على الرغم من كونه مصطلحًا غير مريح لكثيرٍ ممن يسمعونه لأول مرة
إلا أنك لو تأملت فيه ستجده في الواقع واضحًا تمامًا
لو أردت أن أحدد موعدًا مع شخص ما
"فلن أقول له "نلتقي في الثالثة
هذه معلومة غير كافية
...لا بد أن يتبع ذلك سؤال
ما هو هذا السؤال؟
أين؟
"وإذا قلت "نلتقي في الحجرة 203
متى؟
أي وقت تشاطره مع شخص ما
تقوم بذلك في "زمن" معين و"مكان" معين
إدراك "آينشتاين" أن المكان منحنٍ
وأن الزمان والمكان متشابكَين في الواقع
يعتبر الآن التعريف الدقيق للجاذبية
كشف أسرار الجاذبية
قد مكن البشرية من التحرر من قيود جاذبيتنا الأرضية
وفتح المجال لاستكشاف الكون
ولكن كيف يمكن لرواد الفضاء في المستقبل في رحلتهم الطويلة إلى كوكب المريخ
أن ينجوا من الآثار المدمرة "الناجمة عن "انعدام الجاذبية
الجاذبية صديقتنا
وخصمنا
إنها القوة المخيفة التي تشد متزلجوا الجليد إلى أسفل الجبل
وتقذفهم عاليًا في الهواء
، مع ما يكفي من زخَم الحركة يمكن للمتزلجبن القافزين في الهواء
أن يشعروا للحظات خاطفة كما لو أنهم تحرروا من الجاذبية الأرضية
إنك تكون في الواقع منعدم الوزن عندما تقفز
تتحدد فترة انعدام الوزن
بواسطة العلاقة بين مدة مسارك في الهواء وسرعتك
لذا فالمتزلج الذي يحصل على قفزة عالية جيدة
قد يحقق ثانية, أو ثانيتين أو ثلاث ثوان من انعدام الوزن
ولكن في النهاية , تنتصر الجاذبية
، والمتزلج القافز عاليًا الساقط سقوطًا حرًا
تمامًا مثل قذيفة مدفع
سيُجذَب نحو الأرض ثانية في نهاية المطاف
هذا السقوط الحر للمتزلج عندما يقوم بالقفز
ويصنع هذا المسار في الهواء
هذا يشبه حالة السقوط الحر لقذيفة المدفع في الهواء
وهذا المسار يتحدد فقط من خلال السرعة وقوة الجاذبية
وما يحدث بالطبع عند الهبوط هو قصة أخرى
ولكن ماذا لو أن المتزلِج طمح في الوصول إلى عُلُوٍ أكبر ؟
ماذا لو أراد أن يتغلب على الجاذبية
وينطلق إلى خارج الكوكب؟
هل تريد أن تترك الأرض تمامًا وإلى الأبد؟
"الأرض لديها ما نسميه "سرعة الهروب
إنها هذه السرعة السحرية التي إن تجاوزتها
فسوف تهرب من الأرض إلى الأبد , وإلى غير رجعة
سرعة الهروب" هي الحد الأدنى" من السرعة الذي يحتاجه أي جسم
من أجل الهروب من الأرض
إنها تبلغ حوالي 11 كيلومتر في الثانية
أي حوالي 40 ألف كيلومتر في الساعة
نظريًا, حتى المتزلجون -مع ما يكفي من -زخم الحركة , وزاوية الانطلاق الصحيحة
يمكنهم أن يُقلِعوا تمامًا كما يفعل الصاروخ
الهروب من جاذبية الأرض قد لا يكون واقعيًا بالنسبة للمتزلجين
ولكن ثبُت أنه بالإمكان إطلاق الناس والمركَبات إلى مدارات حول الأرض
يمكنك ترك المنظومة
تحتاج فقط إلى طاقة كافية للقيام بذلك
ولقد حصّلنا ما يكفي من الطاقة والمعرفة التكنولوجية
التي مكنتنا من فعل ذلك في رحلاتنا إلى القمر
ونأمل أن يستمر ذلك وصولاً إلى المريخ وما بعده
للوصول إلى المريخ وما هو أبعد منه
سيتوجب على البشرية أن تسخر طاقة الجاذبية
مثلما نفعل دائمًا عندما نريد أن نبلغ أقصى مدىً للإثارة
الجاذبية تعطينا نوعين من الطاقة
طاقة وضع
وطاقة حركة
: طاقة الوضع ليست إلا هذه
إنها الطاقة التي يتم تخزينها
في حين أن طاقة الحركة هي ناتج طاقة الوضع المحبوسة تلك
هذه الظاهرة الرائعة تنطبق على قطار الملاهي
عندما تندفع إلى الأعلى تزداد طاقة الوضع
يكون لديك بالفعل طاقة أكبر في قمة لعبة القطار عما في أسفلها
ليس هذا مجرد شيء نظري غريب
أنت حقًا تمتلك طاقة أكبر على القمة
وهي تتحول إلى سرعة ؛ إلى طاقة حركية
عندما تنزل نحو أسفل لعبة القطار
عاجلاً , سوف تتحول طاقة الوضع لدي إلى طاقة حركية
عندما يدرك راكبوا الأمواج تلك البقعة المتميزة من الموجة
فإنهم يستخدمون هذا التأثير المزدوج للطاقة
وكالة "ناسا" تستخدم أيضًا مبدأ تبادل الطاقة ذاك
لزيادة سرعة مَركَباتها
حين تقترب مركبة فضائية من مدار كوكب
فإنها أيضًا تكتسب طاقة حركية على حساب طاقة الوضع
وعندما تدور حول الكوكب في رحلتها الكونية
فإنها تُقذَف كقذيفة المِقلاع
وتنطلق للأمام بمزيد من الطاقة الحركية
عندما زارت المركبة الفضائية فوياجر" كوكب المشتري عام 1979"
مرّت بكوكب المشتري , وقام المشتري بشدّها
ومنحها سرعة إضافية , كتأثير المقلاع
، ولم يغير فقط من اتجاه حركتها حيث وجّهَها نحو كوكب زحل
ولكنه أيضًا زاد من سرعتها
معرفة كيفية استخدام قوة الجاذبية
ستمكن الإنسانية من السفر أبعد وأسرع عبر الكون
صياغة قوانين الفيزياء وتوفير التكنولوجيا
ليس إلا جزءًا واحدًا في عملية الإعداد للسفر خارج الأرض
إعداد الناس لقسوة الفضاء هو الجزء الآخر
بعيدًا عن شدّ الجاذبية الأرضية
في سفينة فضاء في الرحلة الطويلة إلى المريخ على سبيل المثال
سيتعيّن على رواد الفضاء في المستقبل أن يتعلموا المعيشة والعمل واللعب
في بيئة خالية من الجاذبية الأرضية الكبيرة
بيئة يشعرون فيها فعليًا بانعدام الوزن
وجميع الأجسام تتحرك بحرية وبصورة متساوية
أحد الوسائل المسلية لاختبار
الشعور بالإثارة والمتعة في الرحلات الفضائية
هو محاكاتها باستخدام طائرة "انعدام الجاذبية"
أنا أتشوق لهذا حقًا
ستكون تجربة مدهشة
عبر ركوبه أعظم سفينة دوَّاره
وهي طائرة بوينج 727 معدلة خصيصًا لتجربة انعدام الجاذبية
"عالم الفيزياء الفلكية "أليكس فليبينكو على وشك ارتياد أعظم رحلة في حياته
هذا سيكون مشابهًا لكرة ألقيت في الهواء
ستكون عديمة الوزن لأنها في حالة سقوط حر
لذا سأسبح في الهواء كأنه ليس هناك أرضية أقف عليها
تحلق طائرة "زيرو-جي" على ارتفاع ما بين سبعة وعشرة كيلومترات
تقريبًا كنفس ارتفاع الطائرات التجارية العادية
ولكن ها هنا ينتهي التشابه
المسار الذي تتخذه الطائرة يشبه سلسلة من المرتفعات والمنحدرات في قطار الملاهي
"عبر طبقة "الستراتوسفير
، تمامًا مثل قطار ملاهي سوبرمان
طائرة "زيرو-جي" الفائقة تكتسب طاقة وضع عندما ترتفع بزاوية 45 درجة
يشعر الركاب بذلك كزيادة في الوزن
"الجاذبية تقدر بوحدات "ج
حيث "1ج" تساوي مقدار الجاذبية التي نشعر بها ونحن على سطح الأرض
سأستلقي على ظهري هكذا وأستعد
بينما ترتفع الطائرة بشكل حاد وتتسارع إلى أعلى
يزداد مقدار عجلة الجاذبية ج" ويشعر الركاب أنهم أثقل"
حسنًا
الطائرة تتسارع بنا صعودًا
بعجلة جاذبية "ج=1.8" في حدها الأقصى
بينما تقترب الطائرة من قمة المنحنى وتتجه نزولاً
تكون الطائرة , وكذلك الناس بداخلها
في الواقع, في حالة سقوط حر
يا إلهي ، يا له من شعور لا يوصف
أنا أسبح في الفضاء
هذا هو ما يشعر به رائد فضاء
مسار الطائرة يؤدي إلى حالة انعدام الوزن مرارًا وتكرارًا
عبر الطيران في سلسلة من هذه المسارات المنحنية
على الرغم من وجودهم داخل مقصورة الطائرة
"يسقط ركاب طائرة "زيرو-جي سقوطًا حرًا نحو الأرض
تمامًا مثل هواة القفز بالمظلات
ولكن ما هو سبب الإحساس بانعدام الوزن ؟
"يعود التفسير إلى "جاليليو
الذي أوضح أن جميع الأجسام تسقط بنفس السرعة
لذا حينما تسقط الطائرة والركاب بداخلها سقوطًا حرًا نحو الأرض
يحافظ كلاهما على نفس المواضع بالنسبة لبعضهما البعض
وهذا هو سبب شعورهم بانعدام الوزن
استمر الشعور 25 ثانية بالكامل
لأنه على مدى 25 ثانية , كنا في حالة سقوط حر في الأساس
تشعر وكأنك "سوبرمان" يطير في الهواء
لا يمكن أن أصف هذا الشعور
عندما تعود محركات الطائرة للعمل ، وتُنهي حالة السقوط الحر
يشعر الركاب بوزنهم مرة ثانية
: "كما يقول "آينشتاين انعدام الوزن مجرد شعور وهمي
! هذا رائع للغاية
طائرة "زيرو-جي" تستفيد
من استنتاج توصل إليه آينشتاين" في عام 1916"
في نظريته النسبية العامة
أن التسارع يماثل الجاذبية جوهريًا
عندما تندفع نحو الأعلى "في صاروخ أو طائرة "زيرو-جي
فإنك ستشعر بنفس قوى الجاذبية التي تشعر بها عندما تُشدّ نحو الأسفل
بواسطة جاذبية جسم عملاق ، ككوكب مثلاً
لذا فالجاذبية والتسارع يولدان نفس الإحساس
تلك هي الطريقة التي يشعر "بها ركاب طائرة "زيرو-جي
وكأنهم رواد فضاء
ويشعرون بمتعة انعدام الوزن
أنا والكرة نسقط سقوطًا حرًا
وفقًا لمسارنا الطبيعي خلال "الزمكان" المنحني
"هذا ما تنص عليه نظرية "أينشتاين
، بغض النظر عن كتلتنا فكلنا نتبع نفس المسار
هذا مدهش
في الرحلة التي تقطع 15 منحنىً في عشرين دقيقة
هناك وقت كافٍ بين مشاعر الرهبة والبهجة
للمزيد من التهكم بقوانين الجاذبية
أنظر ..أنظر لتلك المياه
أنظر لتلك المياه ، سألتقطها
ها نحن ذا
، إلى جانب عملها كطائرة ترفيهية فإن طائرة انعدام الجاذبية
والتي تسمى أيضًا الاسم "المشئوم "مذنّب القيء
لها تطبيقات عملية
إنها تدرب رواد فضاء ناسا" على العمل والعيش"
في بيئة انعدام الجاذبية في الفضاء
بفضل هذه الرحلات المثيرة
تعلم البشر كيفية محاكاة انعدام الجاذبية
ولكن هل من الممكن أيضًا خلق جاذبية اصطناعية في المختبرات ؟
سوف تؤدي هذه التجارب إلى استكشاف ناجح للمريخ
إنها مستقبلنا
، في مطلع القرن الحادي والعشرين التغلب على قيود الجاذبية
والهروب من جذب الأرض الشديد سيكون تحقق
الخطوة التالية هي تصميم وبناء التكنولوجيا
التي ستمكّن الإنسان من السفر والعمل والعيش
على الكواكب الغريبة خارج المجموعة الشمسية
لقد امتلكنا ما يكفي من المعرفة الهندسية لتحقيق ذلك في رحلاتنا إلى القمر
بفضل التكنولوجيا المتطورة
أصبحت الإنسانية على مشارف حقبة جديدة في استكشاف الفضاء
الرحلة إلى المريخ تبدأ هنا "في مختبرنا في "إم-آي-تي *معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا*
الجاذبية الاصطناعية قد تكون أحد وسائلنا للتغلب
على الآثار المدمرة لانعدام الوزن
منذ بزوغ عصر الفضاء والعلماء مشغولون
بتقليل الأخطار التي قد تهدد الحياة والآثار المدمرة لانعدام الوزن
في حالة انعدام الجاذبية
كانت القضية تتعلق في الأصل بالحفاظ على حياة البشر
"لم نكن حتى نعرف في حقبة "أبوللو
كيف سيتفاعل البشر مع الإقامة في الفضاء لفترة تزيد عن بضع ساعات
كان هناك اهتمام كبير بشأن قدرة الإنسان على قيادة مركبة
بعد التعرض لانعدام الوزن لمدة طويلة
الرحلة إلى المريخ ستتطلب من رواد الفضاء
أن يكونوا بعيدين عن جاذبية الأرض لسنتين أو ثلاث على الأقل
الجسم البشري ببساطة ليس مصممًا من أجل بيئة تنعدم فيها الجاذبية
أجسامنا مصممة لتتحمل أوزاننا في وجود قوى الجاذبية
الجاذبية تحدد طريقة عمل الدورة الدموية
لذا عندما تنهض من الفراش ، وتنتقل من وضعية الاستلقاء إلى الوقوف
فهناك آلية تنظيمية تحافظ على ضغط الدم وهي تعمل ضد قوى الجاذبية
لقد أظهرت الخبرة أن انعدام الوزن لفترات طويلة
يؤدي إلى هشاشة العظام, وضمور العضلات
وجلطات دموية تهدد الحياة
"مهندسوا الطيران في وكالة "ناسا ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
يختبرون نظام طرد مركزي شخصي
قد يخفف من هذه المخاطر الحقيقية
إنها تحمي القلب, والعظام, والعضلات
، وحتى في هذه التجارب الأولية لدينا الأسباب لنؤمن
أن الجاذبية الاصطناعية من أجهزة الطرد المركزي ذات نصف قطر صغير
قد تكون الترياق الشامل الذي نبحث عنه
لحماية البشر خلال رحلة طويلة إلى المريخ
، تمامًا مثل ألعاب حديقة الملاهي
فإن تدوير جسمٍ ما يخلق جاذبية اصطناعية
لمنع دوار الحركة في تجربة معهد ماساتشوسيتس
يُشترَط على رواد الفضاء أن يُبقوا رؤوسهم ثابتة
بتدوير شخص ثلاثين دورة في "الدقيقة ، يصنع الجهاز قوة = "1ج
نفس القوة التي يشعر بها شخص يقف على سطح الأرض
يأمل العلماء أن الرحلة إلى المريخ ستصبح واقعًا يومًا ما
على متن الرحلة , يعتقدون في ضرورة وجود جهاز طرد مركزي شخصي
لكي يحصلوا على شحنتهم ، من الجاذبية الأرضية
يمكن لرواد فضاء القرن الحادي والعشرين
أن يقضوا ساعة واحدة فقط في اليوم على الجهاز
نقضي بداخله فترة وجيزة كل يوم ، وندور بسرعة كافية
ندور في الجهاز الذي أدعوه جهاز الدوران الرياضي
تذهب للتمرين وتحصل على جرعتك من الجاذبية
رغم أن الرحلة إلى المريخ قد لا تتحقق إلا بعد عقود
عالم الفيزياء الفلكية "والمتزلج المحنك "لاري يونج
يمكنه أن يحلم بقفزة عالية في ظل جاذبية المريخ المتحررة
على سطح المريخ , تبلغ الجاذبية ثلاثة أثمان جاذبية الأرض
الجميع يحب الحصول على قفزة
الجميع يحب ذلك
تخيل لو كنا على المريخ
الشخص الذي يزن 100 رطل على الأرض
سيشعر كما لو أنه يزن 38 رطل على سطح المريخ
على الرغم من أن متزلجوا المريخ "سيتزلجون إلى أسفل جبل "أوليمبوس مونس
بثلث سرعتهم على كوكب الأرض
إلا أن انخفاض الجاذبية يعني أيضًا أنهم سيحصلون على قفزات
أعلى على الأقل بثلاث مرات
ما يهم بالنسبة للجاذبية هي الكتلة
كلما ازدادت كتلتك , كلما زاد شدّ الجاذبية
لذا عندما تتساءل كم سيكون وزنك على الأرض
مقارنةً بجِرم أعظم كتلة من الأرض , فالعلاقة طردية
إذا كانت كتلة الجرم ضعف كتلة الأرض ، فسيزيد وزنك إلى الضعف
عملاق مجموعتنا الشمسية هو كوكب المشتري
على هذا الكوكب, الشخص الذي يزن مائة رطل ، سيزن 254 رطلاً
حتى لو كان لدى المشتري سطح صلب
فسيكون على المتزلجين أن يكافحوا بصعوبة من أجل القفز عاليًا
ما نعرفه بالفعل عن الجاذبية , وطريقة عملها
وكيف يمكن استخدامها لأغراض عملية
يمكن-حتى نظريًا-أن ينقذ كوكبنا من مصيره الكارثي النهائي
لنرَ كيف يمكن للجاذبية أن تنقذنا
تدريجيًا, في غضون حوالي خمسة مليار عام
ستتوهج شمسنا بشدة "وتتحول إلى "عملاق أحمر
وتحترق وتموت
وعندما يقع ذلك ، ستُبتلَع كواكب المجموعة الشمسية الداخلية
وستتغير جاذبية الأرض والغلاف الجوي تغيرًا جذريًا
في تلك المرحلة , ستنتهي الحياة على الكوكب الأزرق
"لكن عالم الفيزياء الفلكية "جريج لوفلن لديه خطة لاستخدام الجاذبية لإنقاذ الأرض
هذه البيئة التي تراها الآن
تبدو مشابهة للغاية للبيئة السائدة على كوكب الزهرة حاليًا
غلاف جوي شديد الكثافة من ثاني أكسيد الكربون
ودرجة حرارة تكفي لإذابة الرصاص
، لكن اطمئنوا..إذا وقعت أسوأ الفرَضيات فعلوم الجاذبية يمكنها إنقاذ أرضنا الأم
الشيء الوحيد الذي يمكننا القيام به على المدى الطويل
هو أن نزحزح مدار الأرض بطريقة ما إلى مسافة أبعد عن الشمس
حيث درجة الحرارة ليست مرتفعة للغاية
والطريقة التي سنفعل بها ذلك , لو كان لدينا وقت كاف
إذا توافرت لدينا مليارات السنين
هو أن نستخدم مذنبًا أو كويكبًا
هذه الخطوة العملاقة ستتطلب رواد فضاء ومهندسين
على متن سفينة فضاء للمناورة بالمذنب أو الكويكب
لوضعِه قبالة الأرض تمامًا
، كي يكون أكثر فاعلية
يجب أن يدور المذنب على مسافة قريبة جدًا من الأرض
ضمن نطاق مدار الأقمار الاصطناعية أو نحو ذلك
، وفي تلك الأرجوحة الكونية
تنبعث طاقة الوضع وطاقة الحركة ، وتقوم الجاذبية بالباقي
إذا حدث ذلك , فسيشد المذنب الأرض إلى الأمام
وستشده الأرض إلى الخلف
والمحصّلة هي أن تأخذ الأرض دَفعة
إنها تأخذ دَفعة إلى مدار أبعد شيئًا ما
إلى مسافة أبعد من الشمس شيئًا ما
وإذا قمنا بأحد هذه التعديلات ، أو التنقلات مرة كل 10 آلاف سنة مثلاً
فإن الأرض على مدى مليارات السنين
يمكن أن تتحرك بوتيرة مناسبة نحو الخارج
لتواكب الشمس التي يزداد سطوعها بوتيرة مطّردة
ومع ذلك , لو أخطأ الخبراء في حساباتهم
وفشل الرهان الأكبر , فلن تبقى أي رهانات
إذا فشلنا في ذلك ، فربما يحدث تصادم بين المذنب والأرض
اصطدام جسم طوله مائة كيلومتر بالأرض سيكون قطعًا كارثة غير عادية
إنه أحد الكوارث التي تتسبب في انقراضات ضخمة
لأعداد هائلة من الكائنات
بالطبع , ليس هذا سوى محض تصور افتراضي
ولكن ما نعرفه يقينًا
أن بقاءنا أحياء على الأرض حتى اليوم مرهون بوجود الجاذبية
إنها توفر الظروف المثالية للحياة
وللبحث عن السعادة
الجاذبية الأرضية "1ج" تحقق حلم راكبي الأمواج في موجة مثالية
لكن الأمواج التي نستمتع بها على الأرض
ليست هي الأمواج الوحيدة التي تنشأ عن الجاذبية
هناك موجات كونية ضخمة تدور عبر الكون بأكمله
سيول عارمة من الجسيمات المدفوعة بواسطة الجاذبية تجوب أرجاء الكون
وفقا لآينشتاين ، موجات الجاذبية تلك تنهمر عبر الكون
لكن ما عساها تكون ؟
أي تغير في الجاذبية ، يرسل "تموجات خلال نسيج "الزمكان
تنتقل بسرعة الضوء
تلك هي موجة الجاذبية
ولماذا تحدث ؟
، إذا كان هناك جسمان نجمان على سبيل المثال
كل منهما يجعل الفضاء من حوله منحنيًا
ويدوران حول بعضهما البعض
فستكون النتيجة أن هاتين المنطقتين المنحنيتين
تصنعان موجة ؛ تموجًا في تركيبة وشكل الفضاء ، تنتشر نحو الخارج
حاملةً معها الطاقة
هذه تُدعى : موجة جاذبية
أعني حرفيًا أنه يمكنك أن تتخيل الزمان والمكان
بهما موجة مثل أمواج المحيط تنتقل عبر الكون
موجات الجاذبية مماثلة لذلك تمامًا
، أي حركة لجسم ذي كتلة كبيرة كانت أم صغيرة
تولد موجات جاذبية
، ومثل المد والجزر في محيطات الأرض
موجات الجاذبية تتحرك بلا توقف عبر الكون
نظريًا ، يمكن لراكب أمواج في الفضاء أن يشعر بتشوهات وتموجات عجيبة
إذا حدثت موجة جاذبية في الفضاء أو في مكان ما
وعبرت من خلالك , ما سيحدث
هو أنك ستصبح سمينًا ، ثم تصبح نحيفًا
مما يعني أن الفضاء قد تشوه
الفضاء في أحد الاتجاهين يجعلك سمينًا ، وفي الاتجاه الآخر يجعلك تنضغِط
ويمضي ذهابًا وإيابًا
لكن كي يكتشف العلماء على الأرض أية إشارة خافتة لموجات الجاذبية
يجب أن ينتشر الاضطراب بواسطة جرم سماوي هائل
الثقوب السوداء والنجوم النيوترونية الدوّارة يمكن أن تفعل ذلك
ما يمكن أيضًا أن يولّد موجة جاذبية هو انفجار ؛ انفجار "سوبرنوفا" مثلاً
نجم ينفجر بعنف
وهذا يدفع بموجة جاذبية عبر الفضاء
الجهاز الذي نلتقط به الإشارة "الشبه ضوئية لموجة ما يسمى "لايجو
مرصد موجات الجاذبية" "بواسطة قياس التداخل الليزري
هناك مختبرا "لايجو" متطابقان على الأرض
واحد في هانفورد-واشنطن
والآخر على بعد ألفَي ميل
قرب "باتون روج" بولاية لويزيانا
إذا مرت موجة جاذبية , ستكون نتائج كل مختبر حاسمة لتأكيد الحدث
ها هي طريقة عملها
مرايا زجاجية مصقولة بعناية فائقة في نقطة ارتكاز مقياس التداخل
الذي هو أداة تقارن بين قياسين لموجة ضوئية وتحدد الاختلافات بينهما
يُطلَق ضوء الليزر الدقيق جيئة وذهابًا
ويوزع على اثنتين من المرايا المُعايَرة
، في الأحوال العادية عندما ينطلق الضوء ويعود
عبر الأنبوبين المفرغين المتعامدين البالغ طول كل منهما أربعة كيلومترات
"يكون شعاعا الليزر "متزامنان
هذا يعني أن الشعاعين سيلغي كل منهما الآخر تمامًا
ولن يخرج أي ضوء من النفق
ولكن عندما تمر موجة جاذبية
فإن الفضاء سيتمدد وينكمش ولو بقدر ضئيل
ونتيجة لذلك, يحدث اختلاف في التزامن بين شعاعي الليزر
وحينئذٍ فقط ، تخرج كمية صغيرة من الضوء
أية إشارة دقيقة ,أصغر من قُطر شعرة الإنسان
بحجم جزء من 10 آلاف جزء من البروتون سيلتقطها الجهاز
وستتحول إلى إشارة صوتية وضوئية نراها ونسمعها
منتهى آمال العلماء هو التقاط أعظم أحداث الكون على الإطلاق
الإنفجار الكبير
موجات الجاذبية قد تكون أفضل فرصة لنا
للنظر إلى زمن قريب جدًا من بداية الكون
بعد حوالي 300 ألف سنة بعد الانفجار الكبير
، كان الكون كثيفًا جدًا كان في الواقع غير شفاف للضوء
لم يكن الضوء يستطيع المرور من خلاله
إذا كان الضوء لا يستطيع السفر عبر الكون , فما الذي باستطاعته ذلك ؟
موجة جاذبية
المشكلة هي أننا لم نلتقط ولو إشارة ضئيلة من أي موجة جاذبية
إنه أمر صعب جدًا
في الواقع,عندما تنبأ بها آينشتاين" ، اعتقد أنها فكرة لطيفة"
ولكن لن يستطيع أحد أبدًا التحقق منها
ليس أمامنا من أمل سوى تطور التكنولوجيا
علماء "لايجو" مثل راكبي أمواج الفضاء
ينتظرون اليوم الذي تأتي فيه الموجة المثالية
ليركبوا موجة الجاذبية المثالية الخاصة بهم
لقد رأينا ما نعتقد أنها الآثار المترتبة على موجات الجاذبية
كفقدان الطاقة من منظومة ما بسبب موجات الجاذبية
لكننا لم نكتشف موجة واحدة مطلقًا بشكل مباشر
إنها أحد الحدود النهائية للعلم
"إذا نجحت مساعي علماء "لايجو
والتقطوا موجة , فيمكن لذلك أن يغير مسار العلم
، لذا أعتقد أنه على المدى الطويل لابد أولاً من فهم الجاذبية
وبعد ذلك, باهتمام أكبر , أن نفهم الكون
قوة الجاذبية تهيمن على كوننا
لقد صنعت -وبإمكانها أن تدمر- الكون , والنجوم
والكواكب , والبشر
إنها تسيطر على حياتنا , ولهونا , وجدّنا
وعلى تلك المسارات الرشيقة لأجرام الكون
مستقبلنا الجماعي يعتمد على فضل وعظمة ...القوة الجبارة المهيمنة على الكون
الجــاذبيــة
دايفيد ساندويل معهد سكريبس لعلوم البحار
لورنس يونج معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
أليكس فليبينكو جامعة كاليفورنيا-بيركلي
جريجوري لوفلن جامعة كاليفورنيا-سانتاكروز
نيل دي جراس تايسون المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي
ميشيل ثالر معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
أنطوني زي جامعة سانتا باربرا
لورنس يونج معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
نيل دي جراس تايسون المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي
ميشيل ثالر معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
أليكس فليبينكو جامعة كاليفورنيا-بيركلي
نيل دي جراس تايسون المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي
لورنس يونج معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
ميشيل ثالر معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
جريجوري لوفلن جامعة كاليفورنيا-سانتاكروز
نيل دي جراس تايسون المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي
أليكس فليبينكو جامعة كاليفورنيا-بيركلي
ميشيل ثالر معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
باري باريش معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا
: السلسله من ترجمة DrMansoob Dr.M.Fathi
Our Best Wishes -(-( Arab Translators )-)- www.facebook.com/ArabTranslators