الجاذبية (من فعل جَذَبَ) وتعرف أيضاً باسم الثَقالة (من فعل ثَقُلَ) هي ظاهرة طبيعية يتم بواسطتها تحريك وميل كل الأشياء من الكتلة أو الطاقة -بما في ذلك الكواكب والنجوم والمجرات وحتى الضوء-^[1] نحو بعضها البعض. على الأرض، تعطي الجاذبية ثقلاً للأجسام المادية (الوزن)، وجاذبية القمر تسبب المد والجزر في المحيط. تسبب الانجذاب الجاذبي للمادة الغازية الأصلية الموجودة في الكون في البدء في الاندماج النووي، وتكوين النجوم -وتجميع النجوم معًا في مجرات- لذا فإن الجاذبية مسؤولة عن العديد من الهياكل الواسعة النطاق في الكون. على الرغم من ذلك فإن آثار الجاذبية تصبح أضعف بشكل متزايد على الأشياء البعيدة.

فالوزن على سبيل المثال هو القوة التي تحدثها الجاذبية محدثة الانجذاب بين الأرض والجسم المعني وهي تساوي جداء تسارع الجاذبية في كتلة الجسم. وكان أول من وضع نظرية للجاذبية هو الفيزيائي المعروف إسحاق نيوتن وبقيت هذه النظرية صامدة حتى تم استبدالها من قبل أينشتاين بنظرية النسبية العامة لكن معادلة نيوتن تبقى صحيحة وأكثر عملية عندما نتحدث عن حقول جاذبية ضعيفة كإرسال المركبات الفضائية والتطبيقات الهندسية الإنشائية مثل بناء الجسور المعلقة.

انتشر مصطلح الجاذبية الأرضية مبكراً كون فكرة التجاذب كانت راسخة حسب النظرة النيوتنية، لاحقاً انتشر مصطلحي الجاذبية كتعميم لظاهرة التجاذب بين أي جسمين، ومصطلح ثقالة المشتق من الثقل وهو أكثر دلالة على مفهوم نظرية النسبية للثقالة حيث تعتبر النسبية الثقالة أو الجاذبية مجرد التواء في الزمكان وليس هناك من أي تجاذب بين الأجسام.^[2] بشكل عام قد يكون من الأنسب استخدام مصطلح «جاذبية» في إطار الميكانيكا الكلاسيكية في حين يستخدم مصطلح «ثقالة» في إطار النسبية العامة.

الجاذبية في الميكانيكا الكلاسيكية[عدل]

قانون الجذب العام لنيوتن هو قانون استنباطي كمحاولة لوصف قوى الجاذبية بين الأجسام غير المشحونة، وقد استنبطه نيوتن من خلال مشاهدات فلكية عديدة وبالاستعانة بقوانين كيبلر لحركة الكواكب. كان البيروني والخازني أيضاً قد أشارا لهذا المفهوم قبلهما بسبعة قرون تقريباً.

ينص قانون الجاذبية العام لنيوتن: قوتا التجاذب بين جسمين ماديين تتناسب طردياً مع حاصل ضرب كتلتيهما وعكسياً مع مربع المسافة بين مركزيهما.

• الصورة القياسية لقانون الجذب العام لنيوتن

$\displaystyle F=G\frac m_1m_2r^2$

حيث:

$\displaystyle F\$

هي القوة الناتجة عن الجاذبية

$\displaystyle G\$

هو ثابت الجذب العام بين الكتل

$\displaystyle m_1\$

هي كتلة الجسم الأول

$\displaystyle m_2\$

هي كتلة الجسم الثاني

$\displaystyle r\$

هو المسافة بين مركزي الجسمين

• الصورة الاتجاهية لقانون الجذب العام لنيوتن

${\displaystyle \vec F_12=-\vec F_21=-Gm_1m_2 \over \vert \vec r_12\vert ^2\,\hat r_12}$

حيث:

$\displaystyle \vec F_12$

هو متجه القوة التي يؤثر بها الجسم 1 على الجسم 2

$\displaystyle \vec F_21$

هو متجه القوة التي يؤثر بها الجسم 2 على الجسم 1

$\displaystyle G\$

هو ثابت الجذب العام بين الكتل

$\displaystyle m_1\$

و

$\displaystyle m_2\$

هما كتلتا الجسمين على الترتيب

$\displaystyle \vert \vec r_12\vert \ =\vert \vec r_2-\vec r_1\vert$

هو البعد بين الجسيمين (أي مقدار المتجه الذي هو مقدار الفرق بين متجهي موضع الجسيمين)

${\displaystyle \hat r_12\ \stackrel \mathrm def =\ \frac \vec r_2-\vec r_1\vert \vec r_2-\vec r_1\vert }$

هو وحدة متجه للمتجه من 1 إلى 2

هذا القانون مثل معظم قوانين الميكانيكا الكلاسيكية يطبق على الأجسام النقطية (الجسيمات) أما الأجسام الكبيرة ذات الأشكال المختلفة فنعمد إلى تطبيق حسبان التكامل من أجل الحصول على شدة قوة الجاذبية المطبقة عليها.

ويمكن ملاحظة أن الصورة الاتجاهية لقانون الجذب العام لنيوتن هي نفس الصورة القياسية، إلا أن F الآن كمية متجهة، ويتم ضرب الجانب الأيمن بمتجه الوحدة المناسب.

مجال الجاذبية[عدل]

مجال الجاذبية هو مجال متجه الذي يصف قوة الجاذبية التي سيتم تطبيقها على أي جسم في نقطة معينة في الفضاء، لكل وحدة الكتلة. هو في الواقع يساوي تسارع الجاذبية عند تلك النقطة.
وهو تعميم لنموذج المتجه، الذي يصبح مفيداً بشكل خاص إذا تم إشراك أكثر من جسمين (مثل صاروخ بين الأرض والقمر)، بالنسبة لجسمين (الجسم الأول الأرض، والجسم الثاني صاروخ)، سنكتب r بدلاً من r12 وm بدلا من m2 وبالتالي يمكن تحديد مجال الجاذبية (g(r على النحو التالي:

$\displaystyle g(r)=-G\frac m_1\vert \ r\vert ^2\hat r$

وبالتالي يمكن كتابة:

$\displaystyle F(r)=mg(r)$

طبيعة قوى الجاذبية حسب النظريات الفيزيائية[عدل]

تعتبر قوة الجاذبية في الميكانيكا الكلاسيكية قوة مباشرة بعيدة المدى بمعنى أن هذه القوة تستطيع التأثير عن بعد بدون واسطة ويتم تأثيرها بشكل لحظي فأي تغير في موقع أحد الجسمين يرافقه تحول لحظي في الجاذبية بينه وبين الجسم الآخر، ولكي يفسر اسحاق نيوتن هذه الخاصية عمد إلى تعريف حقل جاذبية كوني موجود في كل نقطة من الفضاء. هذا الحقل هو حقل إتجاهي يعبر عنه بمتجه في كل نقطة ويمثل قوة الجاذبية التي تتعرض لها وحدة الكتل عندما توضع في هذه النقطة.

تنص نظرية النسبية العامة لآينشتاين على أن وجود أي شكل من أشكال المادة أو الطاقة أو العزم يحدث انحناء في الزمكان، وبسبب هذا الانحناء فان المسارات التي تسلكها الأجسام في الأطر المرجعية القصورية يمكن أن تنحرف أو تغير اتجاهها ضمن الزمن. وهذا الانحراف يظهر لنا على أنه تسارع نحو الأجسام الكبيرة وعرفه نيوتن بأنه ثقالة أو جاذبية. وبالتالي فان النسبية العامة ترى تسارع الجاذبية أو السقوط الحر بأنه حركة قصورية فعليا (منتظمة) في حين أن المراقب هو من يتحرك حركة متسارعة، وهذا ما يعرف ب مبدأ التكافؤ.

تاريخ نظرية الجاذبية[عدل]

الثورة العلمية[عدل]

تشير الكتب التاريخية إلى أن العرب كانوا قد عرفوا عن الجاذبية وتأثيراتها إلا أن العمل على نظرية «الجاذبية الحديثة» في أواخر القرن السادس عشر وبداية القرن السابع عشر حيث قام غاليليو بتجربته الشهيرة التي رمى فيها كرات ذات كُتَل مختلفة من أعلى برج بيزا وبيّن ان سرعة وصول الجسم للأرض لا تتعلق بكتلته. لاحقاً قام أيضاً بتجربة دحرجة الكرات على سطح مائل واستنتج منها أن السبب الذي قد يؤدي إلى وصول الأجسام الأثقل للأرض قبل الأجسام الأخف في بعض الأحيان هو احتكاك الهواء في الغلاف الجوي بالجسم.^{[بحاجة لمصدر]}

دور العرب[عدل]

عرف علماء العرب منذ القرن التاسع للميلاد قوة التثاقل الناشئة عن جذب الأرض للأجسام وأطلقوا عليها آنذاك اسم «القوة الطبيعية».

يعد الهمداني من أوائل العلماء التجريبين الذين أشاروا إلى الجاذبية بوضوح كما جاء في كتاب «الجوهرتين العتيقتين» بقولهِ: «فمن كان تحتها (أي تحت الأرض عند الأسفل) فهو في الثابت في قامته كمن فوقها، ومسقطه وقدمه إلى سطحها الأسفل كمسقطه إلى سطحها الأعلى، وكثبات قدمهِ عليها، فهي بمنزلة حجر المغناطيس الذي تجذب قواه الحديد إلى كل جانب..».^[3]
كذلك أدرك علماء العرب وفلاسفتهم أن هذه القوة تتعاظم كلما كبر حجم الجسم، كما في قول ابن سينا في القرن الرابع الهجري / العاشر الميلادي في كتابه (الإشارات والتنبيهات)

وزيادة وقف علماء العرب والمسلمين تماماً الجاذبية الأرضية ويتضح ذلك جلياً في كتاباتهم، منها ما جاء على لسان أبي الريحان البيروني في كتابه (القانون المسعودي) حيث قال:

ومنها ما جاء في كتابات الخازني حيث قال

وقال أيضا:

كما شبّه الإدريسي جاذبية الأرض بجذب المغناطيس للحديد، لما قال في كتابهِ نزهة المشتاق في اختراق الآفاق:

قانون نيوتن للثقالة[عدل]

في سنة 1687 نشر عالم الفيزياء والرياضيات الإنكليزي إسحاق نيوتن نظريته الشهيرة، وهي أن الأجسام تجذب بعضها البعض تبعاً لكتلتها، وتعتمد قوة الجاذبية على مربع المسافة بين الجسمين المتجاذبين. وبكلماته:
«استنتجت من هذا أن القوة التي تُبقي الكواكب في مساراتها متعلقة بتربيع البعد بين مركزيهما. من هنا قارنت القوة التي تمسك القمر في مساره بالقوى على سطح الأرض ووصلت إلى نتيجة قريبة جدا».^[4]

نظرية النسبية[عدل]

في أوائل القرن العشرين وفي بحثين نُشر أولهما في عام 1905 وثانيهما في عام 1915، حيث عدل مفهوم الجاذبية من قبل الفيزيائي الشهير ألبرت آينشتاين. فحسب نظرية نيوتن كانت الجاذبية هي قوة، بينما أثبتت النظرية النسبية أن الجاذبية هي مجال. فحسب النسبية، الجاذبية هي عبارة عن انحناءات في الفراغ تُسببها الكتلة. فكلما كانت كتلة الجسم أكبر كلما كبر انحناء الفضاء حولهُ. والأجسام الأقل كتلة سوف تقع في هذا الانحناء الذي صنعهُ الجسم الأول، وبالتالي سيأسرها بجاذبيتهِ. بهذا التفسير الجديد المدهش للجاذبية، وبدمج البعد الزماني الرابع بالأبعاد المكانية الثلاث، أصبحت النسبية واحدة من النظريتين الأكثر شهرة وأهمية في القرن العشرين مع نظرية الكم.

أمواج ثقالية[عدل]

تنص النظرية النسبية العامة على أن أمواج من الجاذبية تنبثق من تذبذب الزمكان، ما يمكن ان يحصل عندما يدور جسمان حول بعضهما. أمواج الجاذبية الصادرة من مجموعتنا الشمسية أصغر مما نستطيع قياسه، ولكن تم رصد أمواج جاذبية بطريقة غير مباشرة في فقدان الطاقة لنجمان نباضان يدوران حول بعضهما. في فبراير 2016 أعلن مركز LIGO عن رصدهِ لاكتشاف أمواج ثقالية صادرة عن اصطدام ثقبان أسودان ببعضهما على بعد 1.3 بيلون سنة ضوئية من الأرض.^[5][6]

اقرأ أيضا[عدل]

• تمدد الزمن الثقالي
• إسحاق نيوتن
• ثابت الجاذبية
• يوهانز كبلر
• مغناطيسية الجاذبية
• قياس الثقالة
• جاذبية فائقة
• كيناماتيكا النجوم

المراجع[عدل]

ع ن ت فروع الفيزياء
أقسام	فيزياء نظرية فيزياء محوسبة فيزياء تجريبية فيزياء تطبيقية
الفيزياء الكلاسيكية	الميكانيكا الكلاسيكية نيوتنية تحليلية المتصل الموائع السماوية الديناميكا الحرارية الميكانيكا الإحصائية ترموديناميك اللاتوازن الكهرومغناطيسية الكلاسيكية البصريات الأشعة الموجات علم الصوت
الفيزياء الحديثة	ميكانيكا الكم الميكانيكا النسبية الخاصة  العامة فيزياء الجسيمات الفيزياء النووية ديناميكا لونية كمية نظرية الحقل الكمومي فيزياء ذرية وجزيئية وبصرية الفيزياء الذرية الفيزياء الجزيئية البصريات الحديثة فيزياء المواد المكثفة
الفيزياء مع العلوم الأخرى	الفيزياء الفلكية علم الكون الفيزيائي فيزياء الغلاف الجوي الفيزياء الحيوية الفيزياء الكيميائية الفيزياء الهندسية فيزياء الأرض علم المواد الفيزياء الرياضية الفيزياء الطبية علم المحيطات الفيزيائي علم المعلومات الكمية
انظر أيضا	تاريخ الفيزياء جائزة نوبل في الفيزياء  قائمة الفائزين الجدول الزمني لاكتشافات الفيزياء الأساسية تعليم الفيزياء الاتحاد الدولي للفيزياء البحتة والتطبيقية نظرية كل شيء
بوابة الفيزياء

ع ن ت النجوم
التطور	تكون النجوم نجم قبل النسق الأساسي النسق الأساسي رأس فرع العملاق الأحمر فرع العملاقة الحمراء الفرع الأفقي عملاق مقارب تجريف شريحة متقلبة متثاقل أحمر شبة هالك نجوم الأعجوبة سديم كوكبي سديم كوكبي أولي متألق أحمر متعاظم متغير أزرق شديد الضياء نجم وولف-رايت جمهرة النجوم مستعر أعظم مخادع مستعر أعظم مستعر فوق عظيم رسم هرتزبرونغ-راسل رسم هرتزبرونغ-راسل خط بياني لون–لون
نجم أولي	سحابة جزيئية منطقة هيدروجين II كرة بوك أجسام نجمية فتية جرم هيربج هارو مسار هياشي مسار هينيي جبار نجم T الثور إف يو الجبار نجم هيربيغ Ae/Be
درجة اللمعان	نجم شبه قزم قزم قزم أزرق قزم أحمر قزم أبيض قزم أسود قزم بني شبه عملاق نجم عملاق عملاق أزرق عملاق أحمر عملاق ساطع عملاق ضخم عملاق أزرق ضخم عملاق أحمر ضخم أصفر عملاق فائق أصفر نجم أزرق شارد
تصنيف نجمي	نجوم النسق الأساسي نوع-O B A F نجوم النسق الأساسي نوع-G K قزم أحمر Be OB نجم B شبه قزم نوع-متأخر متميز نجم إيه إم نجوم Ap وBp متذبذبة نجوم الباريوم كاربون نجم CH نجم هيليوم متطرف لامدا العواء نجم رصاصي زئبق-منغنيز S نجم قذيفي نجم تكنيشيوم
بقايا	قزم أبيض قزم أسود كوكب هيليوم نجم نيوتروني نباض نجم مغناطيسي ثقب أسود نجمي بقايا نجمية متراصة نجم كواركي نجم غريب Stellar core: EF النهر
نجوم افتراضية	نجم مظلم نجم مجمد شبيه النجم جسم ثورن-زيتكوف نجم حديدي
تفاعلات الانصهار النجمي	عملية ألفا تخليق العناصر تفاعل بروتون-بروتون المتسلسل وميض هيليوم دورة كربون-نيتروجين-أكسجين احتراق الليثيوم عملية احتراق الكربون عملية احتراق النيون عملية احتراق الأكسجين عملية احتراق السيليكون عملية التقاط النيوترون البطيئة عملية التقاط النيوترون السريعة الفيوزر مستعر بقايا مستعر
البنية	نواة الشمس منطقة الحمل الحراري اضطراب جزئي تذبذبات منطقة الإشعاع غلاف النجم الجوي غلاف ضوئي كلف نجمي غلاف لوني هالة (فضاء) ريح نجمي فقاعة أستيروسيسمولوجي حد إدنجتون آلية كلفن هلمهولتز
خصائص	تسمية النجوم ديناميكا درجة الحرارة الفعالة علم حركة النجوم المجال المغناطيسي قدر قدر مطلق كتلة نجمية معدنية دوران نظام القياس الضوئي UBV نجم متغير
نظام نجمي	نجم ثنائي ثنائي متصل مغلف مشترك نظام نجمي قرص مزود نظام كوكبي المجموعة الشمسية
ملاحظات بأعتبار الأرض -نقطة مركزية للرصد	كوكبات قطبية نجوم أبدية الظهور نجم القطب قدر القدر الظاهري الإخماد الفلكي فوتوغرافي خط بياني لون–لون سرعة شعاعية حركة خاصة تزيح المنظور النجمي قياس ضوء النجوم المعيارية
قائمة النجوم	قائمة أسماء النجوم التقليدية قائمة أسماء النجوم العربية الصينية قائمة أكثر النجوم ضخامة النجوم الخفيفة قائمة أكبر النجوم قائمة أشد النجوم لمعانا تاريخيا قائمة النجوم المحددة للملاحة الأكثر ضياء قائمة أقرب النجوم إلينا نجوم لامعة قريبة نجوم مستضيفة الأقزام البنية الثقوب السوداء قائمة السدم الكوكبية قائمة المستعرات في مجرة درب التبانة قائمة المستعرات الأعظمية قائمة بقايا المستعرات العظيمة قائمة مرشحي المستعر الأعظم قائمة جزيئات الأقراص حول النجمية والوسط بين النجمي Timeline of stellar astronomy
مقالات ذات صلة	جرم دون نجمي قزم بني قزم بني كوكب عنقود نجمي علم حركة النجوم عنقود مفتوح عنقود مغلق عنقود نجمي فائق سنة مجرية مجرة عنقود مجري هائل علم الرجفات الشمسية نجم زائر كوكبة مجمة جاذبية نجم بين المجرات سحابة داكنة تحت حمراء قزم بني قزم شبه بني تصادم النجوم غلاف حول نجمي
بوابة نجوم

ع ن ت نظريات الجاذبية
المعيار	جاذبية نيوتونية قانون الجذب العام لنيوتن تاريخ نظرية الجاذبية  النسبية العامة مدخل إلى النسبية العامة تاريخ النسبية العامة رياضيات النسبية العامة اختبارات النسبية العامة Post-Newtonian formalism Linearized gravity ADM formalism
بدائل النسبية العامة	نماذج Classical theories of gravitation جاذبية كمية نظرية كل شيء كلاسيكية Einstein–Cartan Bimetric theories Gauge theory gravity Teleparallelism Composite gravity f(R) gravity Massive gravity ديناميكا نيوتن المعدلة Nonsymmetric gravitation Scalar–tensor theories برانز-ديك Scalar–tensor–vector Conformal gravity Scalar theories Nordström Whitehead Geometrodynamics Induced gravity Tensor–vector–scalar Chameleon Pressuron تكميم Euclidean quantum gravity Canonical quantum gravity Wheeler–DeWitt equation جاذبية كمية حلقية Spin foam التثليث الديناميكي السببي Causal sets نموذج DGP توحيد نظرية كلوزا-كلاين ديلاتون جاذبية فائقة توحيد وتكميم نظرية الحقل الكمومي اللاتبديلي Self-creation cosmology Semiclassical gravity Superfluid vacuum theory Logarithmic BEC vacuum نظرية الأوتار نظرية-إم F-theory Heterotic string theory Type I string theory Type 0 string theory نظرية الأوتار البوزونية نظرية أوتار النوع الثاني نظرية الأوتار الصغيرة Twistor theory Twistor string theory تعميمات / وامتدادات للنسبية العامة النسبية القياسية Liouville gravity Lovelock theory (2+1)-dimensional topological gravity Gauss–Bonnet gravity Jackiw–Teitelboim gravity
نظريات ما قبل نيوتونية ونماذج لعبة	فيزياء أرسطية CGHS model RST model التفسيرات الميكانيكية Fatio–Le Sage Entropic gravity التآثر الجذبوي للمادة المضادة

• بوابة رحلات فضائية
• بوابة المجموعة الشمسية
• بوابة الفضاء
• بوابة الفيزياء
• بوابة علم الفلك
• بوابة علم الكون
• بوابة علم طبيعة الأرض
• بوابة نجوم