إذا قمت بإسقاط الريشة ونجم نيوتروني في فراغ ، أيهما سيصل الأرض أولاً؟

الجاذبية هي الجاذبية. هنا داخل الغلاف الجوي للأرض، ستهبط كرة البولينغ بفترة طويلة قبل ريشة إذا كنت إذا أسقطتها في وقتٍ واحد – ولكن هذا في الواقع استثناء من قاعدة فلكية واسعة. في الواقع، إذا كنت ستتوجه إلى فراغ الفضاء، سترى أن الريشة تسقط بنفس معدل كرة البولينج. وكما أكد علماء الفلك مؤخراً، بنفس معدل نجم نيوتروني كثيف جداً وثقيل الجاذبية.

خفيف كالريشة، قاسي مثل الكرة

يرجع تاريخ هذا السؤال إلى القرن السادس عشر، عندما قيل إن غاليليو قد تسلق برج بيزا المائل وأسقط كرات من أوزان مختلفة من الأعلى. عندما هبط كلاهما في نفس اللحظة، أثبت أن تأثير الجاذبية على تسارع الجسم هو نفسه بغض النظر عن الكتلة. (سواء فعل ذلك فعلاً بدلاً من مجرد طرحه كتجربة فكرية هي مسألة نقاش). في وقت لاحق، أثبت إسحاق نيوتن هذا رياضياً مع مبدأ التكافؤ: في مجال الجاذبية الموحد، تسقط جميع الأجسام بنفس التسارع. هنا على الأرض، هذا 9.8 متر (32.2 قدم) في الثانية مربعة.

ثم لماذا تسقط الريشة أبطأ من كرة البولينج؟ هذا بسبب مقاومة الهواء. إنه نفس السبب الذي جعل لعبة البيسبول تلعب مع كرة مستديرة بدلاً من مكعب روبيك، وهي: تنتج بعض الأشكال والمواد المزيد من مقاومة الهواء، أكثر من غيرها، مما يؤدي إلى إبطائها.

ولكن يجب إزالة كل الهواء، وسواء كانت ريشة أو كرة بولينج أو كرة بيسبول أو مكعب روبيك، فسوف تسقط بنفس المعدل. وضع الفيزيائي براين كوكس هذا المفهوم على المحك عندما زار أكبر غرفة تفريغ في العالم في عام 2014.

وقال كوكس في فيديو لهيئة الاذاعة البريطانية عن الاختبار “سيقول نيوتن ان الكرة والريشة تسقط لأن هناك قوة تسحبهما إلى أسفل: الجاذبية”. “لكن أينشتاين كان يتخيل المشهد بشكلٍ مختلف جداً. كان أسعد فكر في حياته هو: السبب في سقوط كرة البولينج والريش معاً لأنهم لا يسقطون – إنهم يقفون ساكناً.

لا توجد قوة تعمل عليهم في الكل.” هذا في إشارة إلى نسخة آينشتاين من مبدأ التكافؤ ، والذي يقول أن الجاذبية هي السرعة والسرعة هي الجاذبية. تسارع الريشة، تسارع كرة البولينج، ووزنك على قدميك كلها منتج من نفس القوة.

ازدحام الثالثة

حسنًا، ولكن ماذا لو كان الجسم ضخمًا جدًا ومكثفًا بشكلٍ لا يصدق؟ أليس من الممكن أن يكون هناك جسم أكثر جاذبية، بعيدا عن الجاذبية كلها تساوي السرعة؟ في الواقع، هناك نظريات بديلة تقول ذلك بالضبط.

النجم النيوتروني هو واحد من أكثر الكائنات كثافة في الكون – فهو يتشكل عندما ينهار نجم أكبر من الشمس إلى حجم مدينة. وتتنبأ تلك النظريات البديلة بأن كمية طاقة الجاذبية التي تحوي نجمًا نيوترونيًا معًا قد تجعلها تسقط بشكلٍ مختلف عن كرة البولينج مثلاً.

في عام 2011، اكتشف العلماء في تلسكوب Green Bank التابع لمؤسسة National Science المكان المثالي لاختبار هذه الفكرة: نظام ثلاثي النجوم يتكون من نجم نيوتروني في مدار ضيق يبلغ 1.6 يوم مع نجم قزمٍ أبيض، وكلاهما في مدار واسع يبلغ 327 يومًا مع نجم قزم أبيض آخر. ولما كان القزم الأبيض أقل كثافة من نجمٍ نيوتروني، فإن تلك النظريات البديلة تقول إن النجمين سيدوران بشكلٍ مختلف حول القزم الأبيض البعيد.

لحسن الحظ، لم يكن هذا مجرد نجم نيوتروني عادي – بل كان نجم نابض، ينبض بالموجات الكهرومغناطيسية ذات التناسق الذي ينافس الساعات الذرية الأكثر دقة.

وقالت الكاتبة آن ارشيبالد من جامعة أمستردام والمعهد الهولندي للفلك الراديوي في بيان “يمكننا حساب كل نبضة للنجم النيوتروني منذ بدأنا ملاحظاتنا.” “يمكننا تحديد موقعه على بعد بضع مئات من الأمتار. إنه مسار دقيق للغاية حيث كان النجم النيوتروني وأين يجري”.

مع حساب انتهى به الأمر أكثر بعشر مرات من اختبار الجاذبية السابق، أثبت الفريق أنه لا يوجد فرق في التسارع بين النجمين. وقالت نينا جوسينسكايا من جامعة أمستردام “إذا كان هناك فرق، فإنه لا يتعدى ثلاثة أجزاء في المليون”. وهذا يثبت صحه آينشتاين مرًة أخرى.

ترجمة: زهراء نزار

المصادر: 1