نیوزتل: یکی از اساتید «دانشگاه سجونگ» کره جنوبی، نظریه جدیدی را در مورد گرانش مطرح کرده است که نظریات «نیوتن» و «اینشتین» را به چالش می کشد.
به گزارش نیوزتل به نقل از ایسنا و به نقل از آی ای، گرانش نیرویی است که اجرام را به سمت زمین می کشد و حرکت مداری سیارات را به دور خورشید حفظ می نماید.
درک علمی ما در مورد گرانش توسط «آیزاک نیوتن»(Isaac Newton) در سال ۱۶۸۷ بوجود آمد. نظریه گرانش نیوتن به مدت دو قرن مد نظر بود تا اینکه «آلبرت اینشتین»(Albert Einstein) نظریه «نسبیت عام» خودرا ارائه داد و شکاف های باقی مانده در نظریه گرانش نیوتن را پر کرد اما با وجود موفقیت های فراوان نظریه گرانش اینشتین، خیلی از پدیده ها مانند گرانش درون سیاه چاله و امواج گرانشی قابل توضیح دادن نیستند.
یک پژوهش جدید، شواهد مستقیمی را برای نظریه اصلاح شده 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 «ستاره های دوتایی گسترده» را در داده های جمع آوری شده توسط «تلسکوپ فضایی گایا»(Gaia space telescope) متعلق به «آژانس فضایی اروپا» مشاهده کرد.
از آنجائیکه این یافته ها به نظریه جدیدی در مورد گرانش اشاره می کنند، بسیار مهم و متفاوت از نظریه نیوتن و اینشتین هستند.

نظریه های نیوتن و اینشتین در مورد گرانش
نظریه گرانش نیوتن در آن زمان یک نظریه انقلابی بود. این نظریه بطور موفقیت آمیزی جاذبه بین اجسام روی زمین و فراتر از آنرا توضیح داد و درک عمیق تری را در مورد حرکت سیاره ها فراهم نمود.
با این وجود، چارچوب نیوتن با گسترش دامنه فناوری، شکاف هایی را در توانایی خود برای توضیح دادن پدیده های گرانشی پیچیده آشکار کرد. ناهنجاری های موجود در مدار عطارد، یکی از آنها بود که ستاره شناسان را متحیر ساخت و نشان داد که این نظریه در توضیح دادن شرایط گرانشی شدید شکست می خورد.
سپس اینشتین در سال ۱۹۱۵، نظریه خودرا با عنوان نظریه نسبیت عام منتشر نمود. این نظریه دگرگون کننده، گرانش را باردیگر به عنوان انحنای خود فضا-زمان در نظر می گرفت که جرم و انرژی را در یک رقص کیهانی متحد می کرد.
نظریه اینشتین بر مدار عطارد پل زد و خمش نور ستارگان را به دور اجسام بزگ طی یک خورشیدگرفتگی توضیح داد. با این وجود، حتی بینش های رویایی اینشتین نیز در برخورد با پرتگاه کیهانی یعنی سیاه چاله ها که گرانش در آنها بی نهایت شدید می شود، شکست خوردند.
دانشمندان برای پر کردن این شکاف ها، مفهوم ماده تاریک را پیشنهاد کردند. این یک شکل گریزان از ماده نامرئی است برای اینکه با نور تعامل ندارد اما اثرات آنرا می توان بوسیله کشش گرانشی آن مشاهده کرد. فرض بر این بود که مفهوم ماده تاریک می تواند تفاوت های بین اثرات گرانشی مشاهده شده و پیش بینی ها را توضیح دهد اما ما نمی دانیم ماده تاریک چه شکلی به خود می گیرد و آیا اصلا وجود دارد یا خیر.

دینامیک اصلاح شده نیوتونی
بااینکه ماده تاریک بطور بالقوه می تواند اختلافات را توضیح دهد اما خیلی از دانشمندان به سبب فقدان شواهد کافی هنوز تردید دارند. این منجر به ایجاد نظریه های جایگزین شده است.
«دینامیک اصلاح شده نیوتنی»(Modified Newtonian dynamics) یا «MOND» نخستین بار توسط «مُردهای میلگروم»(Mordehai Milgrom) در سال ۱۹۸۳ عنوان شد و توانست این ناهنجاری های کهکشانی، همچون موارد مشاهده شده توسط شی را توضیح دهد.
فرض اصلی MOND این است که گرانش نیوتنی ممکنست در شتاب های خیلی کم، رفتار متفاوتی داشته باشد. گفته می شود این انحراف از فیزیک نیوتنی زمانی رخ می دهد که میدان های گرانشی ضعیف باشند. نظریه MOND نشان میدهد که در این شتاب های کم، نیروی گرانش دیگر از قانون آشنای مربع معکوس پیروی نمی کند، بلکه شکل عملکردی متفاوتی را نشان میدهد.
ایده پشت MOND این است که گرانش نیوتنی را برای توضیح دادن ناهنجاری های گرانشی مانند سرعت های مداری کهکشان ها، بدون نیاز به ماده تاریک تغییر دهیم. این نظریه می گوید که شتاب به جرم ها و یک تابع وابسته به مقیاس بستگی دارد؛ به این معنا که نحوه عملکرد گرانش بر طبق اندازه یا مقیاس سیستم مورد مطالعه، متمایز از گرانش سنتی تغییر می کند.

منظومه های ستاره ای دوتایی گسترده
شی در داده های تلسکوپ گایا، ۲۶۵۰۰ منظومه ستاره ای دوتایی گسترده را در فاصله ۶۵۰ سال نوری تحلیل و بررسی کرد. منظومه های ستاره ای دوتایی گسترده، از دو ستاره تشکیل شده اند که در مدارهای نسبتا دوری به دور یکدیگر می چرخند. بررسی شی روی این سیستم ها نشان داد که در سرعت های خیلی کم، شتاب های مشاهده شده بین ۳۰ تا ۴۰ درصد بیش از پیش بینی های 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 سیستم ها را برای مطالعه انتخاب نموده است. شی اظهار داشت: از همان ابتدا برای من واضح بود که گرانش را می توان بصورت مستقیم تر و مؤثرتر با محاسبه شتاب ها آزمایش کرد برای اینکه میدان گرانشی خود یک شتاب است.
او اظهار داشت: تجربه های پژوهشی اخیر من در مورد منحنی های چرخش کهکشانی، مرا به این ایده سوق دادند. قرص های کهکشانی و منظومه های دوتایی گسترده، شباهت هایی در مدارهای خود دارند. البته دوتایی های گسترده، مدارهای بسیار کشیده ای دارند؛ در صورتیکه ذرات گاز هیدروژن در یک قرص کهکشانی، مدارهای حدودا دایره ای را دنبال می کنند.
پژوهش شی، کاری بیش از به چالش کشیدن وضع موجود انجام می دهد. این پژوهش، کاوش گسترده تر اسرار گرانشی را پایه گذاری می کند. شی امیدوار است که نتایج او با بهره گیری از مجموعه داده های بزرگتر و بهتر تأیید و اصلاح شوند.
این پژوهش، در «The Astrophysics Journal» به چاپ رسید.