الفلك

ما هي الجاذبية حقا؟

ما هي الجاذبية حقا؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

ما هي الجاذبية؟ أريد أن أعرف أكثر من مجرد "القوة الغامضة" التي تجذب الأشياء إلى الأرض. هل هو جسيم أم موجة أم شيء آخر تمامًا؟


هذا هو واحد من أعظم ألغاز الكون المتبقية. لدي فكرة عن هذا أنه يمكن للمرء أن يشتق معادلات معروفة للجاذبية ، كما هو موضح أدناه (لم يتم إثبات ذلك ، لكنني أعتقد أنه من المحتمل جدًا أن يكون الأمر كذلك). لقد فكر أشخاص آخرون في هذا أيضًا ، لكنها لم تعد وجهة النظر السائدة. في الواقع ، كتب أحدهم ورقة بحثية عنها ، تمت مناقشتها هنا: http://www.angelfire.com/pq/spaceflow/part2.html

فكرة الجاذبية (مبسطة):

يوضح مقطع الفيديو الأخير هذا على YouTube بواسطة ScienceClic English فكرتي جيدًا:

أعتقد أن الجاذبية هي تدفق الفضاء نفسه إلى كتلة. عن طريق الفضاء ، أشير إلى الأبعاد الثلاثة للفضاء التي نلاحظها في الكون. أعتقد أن كل الكتلة "تمتص" باستمرار المساحة المحيطة بها ، مما يجعل كل شيء أقرب إلى نفسه. لتصور هذا ، تخيل أن الكتلة هي مكنسة كهربائية تمتص الهواء والغبار الموجود في الهواء من حولها. هذا له أكبر تأثير على الهواء الأقرب للفراغ ، وأعتقد أن الكتلة تتصرف بالمثل مع الفضاء. نظرًا لأن الفيديو المرتبط يشرح النسبية ، فربما تكون فكرتي في الواقع تفسيرًا للنسبية.

يفسر هذا عدة أشياء:

  1. وهذا ما يفسر سبب امتلاك الأجسام ذات الكتلة الأكبر جاذبية أكبر (على سبيل المثال ، تمتص كل قطعة كتلة مقدارًا صغيرًا من الفضاء ، وبالتالي تمتلك الجاذبية). كلما زادت الكتلة لديك ، زادت الجاذبية لديك.

  2. وهذا يفسر سبب قوة الجاذبية عند الاقتراب من جسم ما (على سبيل المثال ، عندما تكون قريبة من الأرض) ، وتنخفض عكسيًا مع المسافة المربعة من الجسم. إذا تخيلت "موجة كروية" متوسعة للفضاء تتحرك إلى الداخل ، فإن مساحة سطح الكرة تزداد بالنسبة إلى مربع المسافة. ومع ذلك ، فإن التأثير مشتت على مساحة السطح المتزايدة ، وبالتالي يتناقص مع مربع المسافة من الجسم. تشبيه بسيط إلى حد ما (لكن ثنائي الأبعاد مقابل ثلاثي الأبعاد) هو كيف أنه عندما ترمي حجرًا في الماء ، سيكون التموج قويًا في البداية ، بالقرب من نقطة الدخول ، ثم يتشتت التموج أثناء تمدده في البركة المحيطة. إن القياس الجيد ثلاثي الأبعاد هو كيفية توسع الصوت (أو الضوء) بشكل كروي ، ويصبح أكثر خافتًا كلما ابتعدت عن المصدر.

  3. مدار الأنظمة "الثنائية" ، بما في ذلك الديناميكيات بين الأرض والقمر. الأرض أضخم من القمر ، وتمتص مساحة أكبر من القمر. لذلك ، يتحرك القمر نحوه بسرعة كبيرة (لكن القمر لديه زخم كافٍ ليبقى في مداره مقابل السقوط نحو الأرض). ومع ذلك ، فإن القمر يسحب الأرض أيضًا ، وبالتالي فإن الأرض أيضًا "تسقط باتجاه القمر" قليلاً. مرة أخرى ، تمتلك الأرض زخمًا كافيًا كي لا "تسقط في القمر". ينتج عن هذا في الغالب أن القمر يدور حول الأرض ، لكن الأرض أيضًا تدور "بشكل طفيف" حول القمر ، والتي يمكن ملاحظتها على أنها تذبذب طفيف.

  4. وهذا يفسر سبب تأثر الأجسام ذات الكتلة الكبيرة والأجسام ذات الكتلة الصغيرة بنفس الجاذبية. نظرًا لأن الفضاء نفسه يتحرك ، فسيتم نقل كل ما هو موجود في هذا الفضاء وفقًا لذلك. إذا كان سندانًا ، فسيتم تحريكه تمامًا مثل الريشة. لذلك (لولا تأثيرات أخرى مثل مقاومة الهواء) ، فإن الريشة ستسقط على الأرض بنفس سرعة السندان. عمليًا ، مقاومة الهواء تجعل الريشة صغيرة أبطأ كثيرًا (لكن كرر التجربة على القمر ، ويجب أن تضرب في نفس الوقت لأنها لا تحتوي على هواء).

  5. وهذا يفسر سبب تأثر الأشياء بدون كتلة (مثل الضوء) أيضًا بالجاذبية. نظرًا لأن الفضاء نفسه يتحرك ، يتحرك الضوء معه. هذا من شأنه أن يفسر عدسة الجاذبية ، ولماذا لا يستطيع الضوء الهروب من الثقب الأسود.

الجزء الثاني من فكرتي (تخميني أكثر):

أعتقد أيضًا أن المادة المضادة تقوم بطريقة ما بإخراج الفضاء باستمرار إلى الكون. في الفيديو ، تخيل حدوث العكس (على سبيل المثال ، إذا كان بإمكانك تشغيله في الاتجاه المعاكس). أعتقد أنه عندما تتشكل المادة والمادة المضادة ، فإنهما "مرتبطان" بطريقة ما بحيث يتم طرد الفضاء الذي تمتصه المادة بواسطة جسيم المادة المضادة المقابل. هذا من شأنه أن يعطي المادة المضادة تأثير جاذبية "سلبي". أعتقد أن هناك كميات متساوية من المادة والمادة المضادة في الكون ، والمادة المضادة موجودة في سحابة منتشرة في جميع أنحاء الكون ، حيث لا توجد المادة. أعتقد أن هذا يفسر الطاقة المظلمة - التوسع المتسارع للكون.


يمكنني محاولة معالجة الجزء الثاني من سؤالك الأولي (* "هل هو جسيم ، موجة ، ...؟") تنص نظرية أينشتاين عن النسبية العامة على أن الكتلة والطاقة ينحيان الزمكان. الزمكان ، بدوره ، يخبرنا عن كيفية التحرك (وضع جون ويلر هذا بشكل أكثر أناقة).

يختلف هذا المفهوم تمامًا عن نظريات القوى الأساسية الثلاث الأخرى (الكهرومغناطيسية والقوى النووية القوية والضعيفة). في هذه النظريات الكمومية ، تتوسط القوى جسيمات تسمى بوزونات القياس. يتم نقل الكهرومغناطيسية بواسطة الفوتونات والقوة النووية القوية بواسطة الغلوونات والقوة النووية الضعيفة بواسطة بوزونات W + و W- و Z. كانت هناك محاولات عديدة لإيجاد نظرية كمومية للجاذبية - أي لاستخدام مبادئ الكم لبناء نظرية مجال الجاذبية. في هذه النظريات ، يمكن أن تتوسط الجاذبية بالفعل جسيم يُطلق عليه اسم جرافيتون. تعتبر نظرية الأوتار أحد الأمثلة على هذه النظريات. المجتمع الفيزيائي منقسم حول هذا الموضوع.

ربما تكون قد سمعت مصطلحات أخرى حولها تجسد مفاهيم مثيرة للاهتمام. أ موجة الجاذبية هو في الأساس تموج في الزمكان المنبعث من جسم أو نظام من الأشياء. هناك قيود صارمة على نوع الأشياء التي يمكن أن تنبعث منها هذه الموجات ؛ النجوم النيوترونية الثنائية هي أحد الأمثلة التي يتم الاستشهاد بها باستمرار. يجب أن تكون هذه الموجات ليس أن يتم الخلط بينه وبين فرضية الجرافيتونات المذكورة أعلاه ؛ بينما تحمل موجات الجاذبية الطاقة ، فإنها لا "تتوسط" الجاذبية. كما يجب عدم الخلط بينها وبين موجات الجاذبية غير المرتبطة بها.

لذلك ، من حيث الأساس ، فإن الرأي السائد في مجتمع الفيزياء هو أن النسبية العامة هي أفضل وصف للجاذبية. في الوقت الحالي ، تعتبر الجاذبية بمثابة انحناء للزمكان ، لذا فهي في الواقع "شيء آخر تمامًا". ومع ذلك ، تحاول العديد من نظريات الجاذبية الكمومية ، بما في ذلك نظرية الأوتار ، إنشاء جسيمات تسمى الجرافيتونات كبوزونات تحمل القوة. إذا تم العثور على دليل يتعلق بهذه النظريات ، فقد نتعلم جيدًا ما إذا كانت الجرافيتونات موجودة أم لا. شيء آخر عن الموجات: بسبب المفهوم الكمومي لازدواجية الموجة والجسيم ، يمكن وصف أي جسيم بأنه موجة ، لها دالة موجية. لذلك إذا كان الجسيم يحمل الجاذبية ، فمن الواجب أيضًا أن تحمله موجة!


أفكار من كوكب: إذن ، ما هي الجاذبية؟

ربما تكون قد سمعت أشياء متضاربة حول الجاذبية. في الثقافة الشعبية ، يتم التعامل معها على أنها بسيطة للغاية ومعقدة بشكل لا يصدق في نفس الوقت. نتعلم في سن مبكرة عن إسحاق نيوتن وتفاحته وكل ذلك. لكن الرياضيات الفعلية لا نلمسها عادة حتى حصص الفيزياء.

نتحدث عن "قوة الجاذبية" طوال الوقت ، لكن ربما سمعت أيضًا أن "الجاذبية مجرد وهم" أو ربما رأيت شيئًا في الأخبار حول موجات الجاذبية.

ما هي الجاذبية؟ هل هي قوة أم شيء آخر؟

جزء من لماذا أنا أتحدث عن هذا لأن الناس غالبًا ما يسألونني هذه الأسئلة حول الجاذبية ، ولكنها أيضًا نقطة انطلاق جيدة للحديث عن كيفية عمل الرياضيات والعلوم معًا لعمل تنبؤات حول الكون ككل.

الجاذبية هي ظاهرة ملحوظة. الجاذبية هي المصطلح الذي نطلقه على الشيء الذي تقترب فيه الأشياء ذات الطاقة (غالبًا في شكل كتلة) من بعضها البعض بمرور الوقت. إنها ليست قوة ، وهو شيء حقيقي للغاية نراه ، وقد ظل الناس يرونه إلى الأبد.

إذن ما الذي "اكتشفه" نيوتن؟

لقد اكتشف بالفعل كيفية التنبؤ بحركة الأشياء اليومية من خلال تحديد القوى الواقعة عليها على أنها نتاج كتلتها والتسارع الملحوظ - من الناحية الفيزيائية ، كان قد وصف العلاقة بالفعل F = أماه.

اكتشف نيوتن بعد ذلك أن الجاذبية يمكن تشكيلها كقوة تؤثر على كل جسم بالنسبة إلى كتلة الأجسام الأخرى: إذا تظاهرت أن الجاذبية هي في الواقع قوة تجمع الأشياء معًا ، فهذا يفسر مسار سقوط التفاحة من شجرة أو سهم من قوس أو لماذا يدور القمر حول الأرض.

في الأساس ، ما اكتشفه هو أنه يمكنك استخدام الرياضيات للتنبؤ بتأثيرات الجاذبية إذا تعاملت معها كقوة.

إذن هل الجاذبية قوة بعد كل شيء؟ لا. انها ال ظاهرة ملحوظة أن الكائنات النشطة تتحرك نحو بعضها البعض. يمكن توقع معظم آثاره معاملتها كقوة، لكن هذا لا يعني ذلك هو قوة.

إذن لماذا يتحدث الفيزيائيون عن "قوة الجاذبية"؟

الإجابة المختصرة هي أنهم كسالى.

الإجابة الطويلة هي أن الفيزياء هي علم استخدام الرياضيات لشرح المادة وحركتها عبر المكان والزمان. في هذا السياق ، غالبًا ما توصف الجاذبية بأنها القوة التي تسحب الأشياء معًا. نظرًا لأن هذه هي الطريقة التي نستخدمها بها في الرياضيات ، هكذا يتحدث الفيزيائيون عنها.

على سبيل المثال ، إذا كنت ترغب في تصميم جسر ، فعليك موازنة مجموعة من الأشياء مثل الضغط والضغط الداخلي وقص الرياح والجاذبية. أنت لا تهتم حقًا بـ مفهوم من الجاذبية ، فأنت تهتم بما إذا كان جسرك سوف يسقط أم لا ، ومعالجة الجاذبية كقوة ستجيب على ذلك نيابةً عنك.

ثم جاء أينشتاين. اخترع أينشتاين طريقة أكثر دقة للتنبؤ بتأثيرات الجاذبية. نموذج نيوتن (التعامل مع الجاذبية كقوة) جيد حقًا عظم الأشياء ، ولكنها لا تقدم تنبؤات صحيحة على المقاييس الكبيرة حقًا أو بالقرب من الأجسام الضخمة جدًا. أدوات أينشتاين ، التي أطلق عليها مجتمعة النسبية العامة ، أفضل في التنبؤ بهذه الأشياء.

طريقة بسيطة لوصف النسبية العامة هي أن الطاقة تشوه المكان (والزمان) بطريقة تجعل المسارات المستقيمة عبر الزمكان تبدو منحنية. إن حركة الأجسام التي تسير على طول تلك المسارات المنحنية هي ما نراه كجاذبية.

هل الأمر أكثر تعقيدًا؟ أتراهن. بصراحة ، إنها مادة الكوابيس. ولكن عندما يتعلق الأمر بالتنبؤات ، فإن فعاليتها لا يتم تجاوزها إلا من خلال نظرية علمية أخرى - نظرية المجال الكمومي ، والتي جوهريا يختلف مع. وجه الفتاة!

هل هذا يعني أن نيوتن كان مخطئا؟ لا ليس بالفعل كذلك. نموذجه الأبسط أسوأ في التنبؤ بالحركات النسبية للمجرات والكواكب ، لكن هذا لا يعني أنه خطأ. إذا كان أينشتاين أفضل في التنبؤ بالأشياء ، فهل هذا يعني أن الجاذبية هي في الحقيقة تشوه الفضاء بسبب الطاقة؟

لا ، الجاذبية هي ظاهرة ملحوظة أن الأشياء ذات الطاقة تتحرك تجاه بعضها البعض. تذكر؟

نحن لا "نكتشف" فيزياء الكون ، بل نبني أدوات لمساعدتنا على التنبؤ به ، وفي هذه الحالة ، نبتكر رياضيات دقيقة تمامًا في التنبؤ بها. وهذا نوعا ما كيف كله يعمل.

عندما نتنبأ بسلوك الغازات ، فإننا غالبًا ما نتعامل معها على أنها مجموعة مثالية ، جسيمات شبيهة بالنقاط بدون انجذاب بين الجزيئات. إنها ليست كذلك في الواقع ، لكن النتائج تعمل بشكل جيد إذا كنت تريد وصف بالون منتفخ أو محرك بخاري. في نظرية المجال الكمومي ، نتعامل مع الكون على أنه حقول كمومية متراكبة ، حيث يتم تمثيل كل جسيم كحالة مثارة في مجاله الأساسي. هل هذا يعني الكون هو الحقول الكمية المتداخلة؟ حسننا، لا. الكون هو الكون ، ولكن من الفعّال تصميمه على هذا النحو.

من المفيد جدًا تخيل الجاذبية كقوة لأن إنها تعمل. ويمكن أن يساعدك ذلك في حل جميع أنواع مشاكل العالم الحقيقي. يمكنك بناء جسر متجاهلًا قوة الجاذبية ، لكن لا تتفاجأ عندما يسقط.


ما هي الجاذبية؟

نعلم جميعًا ما هو Gravity & # 8211 وهو ما يبقينا على الأرض. إنها القوة التي تجعل التفاح يسقط بجانب الشجرة. لكن ما هو تعريف الجاذبية في الفيزياء؟ إنه أحد التفاعلات الأساسية في الكون. التفاعلات الأساسية في الفيزياء هي أربعة تفاعلات مختلفة تمامًا في الطبيعة بين الجسيمات الأولية والأجسام التي تبنيها. تركز العديد من الجهود في الفيزياء الحديثة على إيجاد نظرية موحدة موحدة من شأنها أن توحد جميع التفاعلات. حتى الآن ، لم يتم العثور على مثل هذه النظرية. ها هم:

  • تفاعل الجاذبية
  • التفاعل الكهرومغناطيسي
  • تفاعل نووي قوي
  • تفاعل نووي ضعيف

يتم التعبير عن تفاعل الجاذبية ، أو الجاذبية ، في وجود قوة جذب متبادل بين جميع الأجسام المادية التي لها كتلة.

أول نموذج رياضي يصف الجاذبية ، تم إنشاؤه بواسطة السير إسحاق نيوتن وتم وضعه في نشره عام 1687 عمل المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية (Philosophia Naturalis Principia Mathematica) الآثار الرئيسية لهذا العمل هي قوانين نيوتن للحركة وقانون نيوتن & # 8217s الجاذبية العالمية (الجاذبية).

افترض نيوتن وجود قوة & # 8220 جاذبية عالمية. & # 8221 ينص قانون الجاذبية الخاص به على ما يلي: & # 8220 القوة التي تجذب بها نقطتا المادتين بعضهما البعض تتناسب طرديًا مع ناتج كتلتيهما وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما. & # 8220 ومع ذلك ، لم تكن هذه المعادلة دقيقة عند تنفيذها لمدار عطارد في محاولة لحساب بالضبط متى سيكون عبور الكوكب إلى الشمس. حتى أن العلماء اعترفوا بوجود كوكب آخر يؤثر على عطارد لتعديل حساباتهم.

ما هي الجاذبية في الفيزياء هذه الأيام؟

لحسن الحظ ، يقدم أينشتاين وجهة نظر مختلفة تمامًا عن الجاذبية والنظرية النسبية العامة قد قلبت كل أفكارنا عنها. بتطبيق نظريته حول عطارد ، تم حل اللغز. وفقًا للنظرية النسبية العامة بدلاً من بعض القوة ، يُنظر إلى تأثير الجاذبية على أنه تشويه للزمكان. يكمن أساس النسبية العامة في مبدأ التكافؤ الذي يوحد السقوط الحر بحركة القصور الذاتي.

يُترجم كل جسد إلى لغة بسيطة ، ويخلق شيئًا مثل انحناء في الزمكان الذي يتعين على جميع الأجسام المتحركة الأخرى اتباعه لتقع فيه. وهكذا لكل جسم في الكون & # 8211 من الثقب الأسود الهائل إلى أصغر ذرة من الغبار. لذلك يسقط القمر على الأرض ، وتسقط الأرض أمام الشمس ويسقط النظام الشمسي باتجاه مركز المجرة. وإذا تمكنا من النظر إلى الصورة الكاملة ، مجال الكون بأكمله ، فسيبدو مثل سلسلة جبال لا نهاية لها ، منحوتة من قبل أعظم نحات & # 8211 صاحبة الجلالة الجاذبية.

أنا حقًا أحب الجاذبية - نوعًا ما تسقط عليها. وذلك لأنني أينما ذهبت أرى عالماً رائعاً منحوتاً منه. تم رسم جميع المناظر الطبيعية الجميلة ببراعة بواسطة Gravity. في الليل عندما أنظر إلى السماء المرصعة بالنجوم أرى صورة جميلة بشكل مذهل ، والقوة الدافعة للفرشاة التي رسمتها هي الجاذبية مرة أخرى. إنه فنان عظيم & # 8211 خالق العالمين. هذا هو السبب في أنه القوة الوحيدة في الكون القادرة على المرور عبر المسافة الهائلة في الفضاء وتربط النسيج لإنشاء الكواكب والأقمار والنجوم والمجرات.


هل مكافحة الجاذبية حقيقة؟ العلم على وشك معرفة ذلك

ما هو التواء الزمكان ، في الصورة النسبية العامة ، بواسطة كتل الجاذبية. [+] يسبب قوة الجاذبية. من المفترض ، ولكن لم يتم التحقق منه تجريبياً ، أن كتل المادة المضادة سوف تتصرف بنفس سلوك كتل المادة في مجال الجاذبية.

من أكثر الحقائق المذهلة عن العلم مدى قابلية قوانين الطبيعة للتطبيق عالميًا. يخضع كل جسيم لنفس القواعد ، ويختبر نفس القوى ، ويرى نفس الثوابت الأساسية ، بغض النظر عن مكان وجودها أو وقت وجودها. الجاذبية ، كل كيان في الكون يختبر ، اعتمادًا على الطريقة التي تنظر إليها ، إما نفس تسارع الجاذبية أو نفس انحناء الزمكان ، بغض النظر عن الخصائص التي يمتلكها.

على الأقل ، هذا ما تبدو عليه الأشياء من الناحية النظرية. في الممارسة العملية ، من المعروف أن بعض الأشياء يصعب قياسها. تسقط الفوتونات والجسيمات العادية المستقرة كما هو متوقع في مجال الجاذبية ، حيث تتسبب الأرض في تسارع أي جسيم ضخم نحو مركزها بسرعة 9.8 م / ث 2. على الرغم من بذلنا قصارى جهدنا ، إلا أننا لم نقيس مطلقًا تسارع الجاذبية للمادة المضادة. يجب أن تتسارع بنفس الطريقة بالضبط ، لكن حتى نقيسها ، لا يمكننا معرفة ذلك. تحاول إحدى التجارب تحديد الأمر مرة واحدة وإلى الأبد. اعتمادًا على ما يكتشفه ، قد يكون مفتاح الثورة العلمية والتكنولوجية.

مسارات ذرات الهيدروجين المضاد من تجربة ألفا. يمكننا الاحتفاظ بها مستقرة لما يصل إلى 20. [+] دقائق في كل مرة الآن ، وقياس كيفية تصرفهم في مجال الجاذبية هو الخطوة المنطقية التالية.

تشوكمان سو / جامعة كاليفورنيا ، بيركلي

قد لا تدرك ذلك ، ولكن هناك طريقتان مختلفتان تمامًا للتفكير في الكتلة. من ناحية أخرى ، هناك الكتلة التي تتسارع عندما تستخدم القوة: م في معادلة نيوتن الشهيرة ، F = أماه. هذا هو نفس ملف م في أينشتاين E = mc 2 ، والذي يخبرك مقدار الطاقة التي تحتاجها لإنشاء جسيم (أو جسيم مضاد) ومقدار الطاقة التي تحصل عليها عندما تقضي عليها بعيدًا.

لكن هناك كتلة أخرى: كتلة الجاذبية. هذه هي الكتلة م، الذي يظهر في معادلة الوزن على سطح الأرض (W = ملغ) ، أو في قانون الجاذبية لنيوتن ، F = جم / ص 2 . بالنسبة للمادة العادية ، نعلم أن هاتين الكتلتين - الكتلة بالقصور الذاتي وكتلة الجاذبية - يجب أن تساوي شيئًا مثل جزء واحد في 100 مليار ، وذلك بفضل القيود التجريبية من الإعداد الذي صممه لوراند إيتفوس منذ أكثر من 100 عام.

قانون نيوتن للجاذبية الكونية (L) وقانون كولوم للكهرباء الساكنة (R) لهما تقريبًا. [+] أشكال متطابقة. إذا حصل 'm' في قوة الجاذبية على إشارة سلبية للمادة المضادة ، فيجب أن تكشف التجارب القادمة ذلك.

دينيس نيلسون / RJB1 / إي سيجل

على الرغم من ذلك ، بالنسبة للمادة المضادة ، لم نتمكن أبدًا من قياس هذا على الإطلاق. لقد طبقنا قوى غير جاذبية على المادة المضادة ورأيناها تتسارع ، وقمنا بتكوين المادة المضادة والقضاء عليها وكذلك نحن على يقين من سلوك كتلتها بالقصور الذاتي ، وهي بالضبط نفس كتلة المادة الطبيعية بالقصور الذاتي. كلاهما F = أماه و E = mc 2 تعمل بنفس الطريقة مع المادة المضادة كما تفعل مع المادة العادية.

ولكن إذا أردنا أن نعرف كيف تتصرف المادة المضادة من حيث الجاذبية ، فلا يمكننا التخلص مما نتوقع نظريًا أنه يتعين علينا قياسه. لحسن الحظ ، هناك تجربة قيد التشغيل الآن والتي تم تصميمها للقيام بذلك بالضبط: تجربة ALPHA في CERN.

أصبح تعاون ALPHA أقرب ما يكون إلى أي تجربة لقياس سلوك المحايد. [+] المادة المضادة في مجال الجاذبية. مع كاشف ALPHA-g القادم ، قد نعرف الإجابة أخيرًا.

إحدى الخطوات العظيمة التي تم اتخاذها مؤخرًا هي إنشاء ليس فقط جسيمات من المادة المضادة ، ولكن حالات مرتبطة بها محايدة ومستقرة. يمكن إنشاء مضادات البروتونات والبوزيترونات (الإلكترونات المضادة) وإبطاء سرعتها وإجبارها على التفاعل مع بعضها البعض ، حيث تشكل هيدروجينًا مضادًا محايدًا. باستخدام مجموعة من المجالات الكهربائية والمغناطيسية ، يمكننا حصر هذه الذرات المضادة والحفاظ عليها مستقرة ، بعيدًا عن المادة التي قد تتسبب في فنائها.

لقد نجحنا في الحفاظ على ثباتها لمدة 20 دقيقة في كل مرة ، وهو ما يتجاوز بكثير النطاقات الزمنية للميكروثانية التي تبقى الجسيمات الأساسية غير المستقرة على قيد الحياة. لقد صدمناهم بالفوتونات ، واكتشفنا أن لديهم نفس أطياف الانبعاث والامتصاص مثل الذرات. بكل الطرق التي تهمنا ، قررنا أن خصائص المادة المضادة هي تمامًا كما تتوقع الفيزياء القياسية.

يعد كاشف ALPHA-g ، الذي تم بناؤه في منشأة مسرع الجسيمات الكندية ، TRIUMF ، الأول من نوعه. [+] نوع مصمم لقياس تأثير الجاذبية على المادة المضادة. عند توجيهها عموديًا ، يجب أن تكون قادرة على قياس اتجاه سقوط المادة المضادة ، وبأي حجم.

ما عدا الجاذبية بالطبع. يجب أن يعمل كاشف ALPHA-g الجديد ، الذي تم بناؤه في منشأة TRIUMF الكندية وشحنه إلى CERN في وقت سابق من هذا العام ، على تحسين الحدود على تسارع جاذبية المادة المضادة وصولاً إلى العتبة الحرجة. هل تتسارع المادة المضادة ، في وجود مجال الجاذبية على سطح الأرض ، عند +9.8 م / ث 2 (أسفل) ، عند -9.8 م / ث 2 (أعلى) ، عند 0 م / ث 2 (لا يوجد تسارع جاذبية عند الكل) ، أو قيمة أخرى؟

من وجهة النظر النظرية والتطبيقية ، فإن أي نتيجة بخلاف المتوقع +9.8 م / ث 2 ستكون ثورية تمامًا.

إذا كان هناك نوع من المادة التي لها شحنة جاذبية سالبة ، فسيتم صدها. [+] المادة والطاقة التي ندركها.

Muu-karhu من ويكيميديا ​​كومنز

يجب أن يحتوي نظير المادة المضادة لكل جسيم مادة على:

  • نفس الكتلة ،
  • نفس العجلة في مجال الجاذبية ،
  • الشحنة الكهربائية المعاكسة ،
  • الدوران المعاكس ،
  • نفس الخصائص المغناطيسية ،
  • يجب أن ترتبط معًا بنفس الطريقة في الذرات والجزيئات والهياكل الأكبر ،
  • ويجب أن يكون له نفس طيف انتقالات البوزيترون في تلك التكوينات المتنوعة.

تم قياس بعض هذه العناصر لفترة طويلة: من المعروف جيدًا كتلة المادة المضادة بالقصور الذاتي ، والشحنة الكهربائية ، واللف المغزلي ، والخصائص المغناطيسية. تم قياس خصائص الارتباط والانتقال الخاصة به بواسطة أجهزة الكشف الأخرى في تجربة ALPHA ، وتتماشى مع ما تنبأت به فيزياء الجسيمات.

ولكن إذا عاد تسارع الجاذبية بالسالب بدلاً من الإيجابي ، فإنه حرفياً سيقلب العالم رأسًا على عقب.

إن احتمال وجود جاذبية اصطناعية أمر محير ، لكنه يعتمد على الوجود. [+] كتلة الجاذبية السالبة. قد تكون المادة المضادة هي تلك الكتلة ، لكننا لا نعرف بعد ، من الناحية التجريبية.

حاليًا ، لا يوجد شيء يسمى موصل الجاذبية. على الموصل الكهربائي ، تعيش الشحنات المجانية على السطح ويمكن أن تتحرك حولها ، وتعيد توزيع نفسها استجابةً لأي شحنات أخرى موجودة. إذا كانت لديك شحنة كهربائية خارج الموصل الكهربائي ، فسيتم حماية الجزء الداخلي للموصل من هذا المصدر الكهربائي.

لكن لا توجد طريقة لحماية نفسك من قوة الجاذبية. لا توجد طريقة لإنشاء مجال جاذبية منتظم في منطقة من الفضاء ، كما هو الحال بين الألواح المتوازية لمكثف كهربائي. السبب؟ لأنه على عكس القوة الكهربائية ، التي تتولد من الشحنات الموجبة والسالبة ، هناك نوع واحد فقط من "شحنة الجاذبية" ، وهي الكتلة والطاقة. دائمًا ما تكون قوة الجاذبية جذابة ، وببساطة لا توجد طريقة للتغلب على ذلك.

رسم تخطيطي لمكثف ، حيث يوجد لوحان موصلين متوازيان متساويان ومتعاكسان. [+] الشحنات ، مما يخلق مجالًا كهربائيًا موحدًا بينهما. هذا التكوين مستحيل للجاذبية ، ما لم يكن هناك شكل من أشكال كتلة الجاذبية السالبة.

مستخدم ويكيميديا ​​كومنز بابا نوفمبر

لكن إذا كانت لديك كتلة جاذبية سالبة ، فإن كل ذلك يتغير. إذا كانت المادة المضادة في الواقع مضادة للجاذبية ، تسقط بدلاً من الأسفل ، فإن الجاذبية تراها كما لو كانت مصنوعة من كتلة مضادة أو طاقة مضادة. بموجب قوانين الفيزياء التي نفهمها حاليًا ، لا توجد كميات مثل الكتلة المضادة أو الطاقة المضادة. يمكننا تخيلهم والتحدث عن كيفية تصرفهم ، لكننا نتوقع أن يكون للمادة المضادة كتلة طبيعية وطاقة طبيعية عندما يتعلق الأمر بالجاذبية.

إذا كانت معاداة الكتلة موجودة بالفعل ، فإن عددًا كبيرًا من التطورات التكنولوجية العظيمة ، التي تخيلها كتاب الخيال العلمي لأجيال ، ستصبح فجأة ممكنة جسديًا.

أداة Virtual IronBird لـ CAM (وحدة الإقامة بالطرد المركزي) هي إحدى طرق الإنشاء. [+] جاذبية اصطناعية ، ولكنها تتطلب الكثير من الطاقة وتسمح فقط بنوع محدد جدًا من القوة التي تبحث عن المركز. تتطلب الجاذبية الاصطناعية الحقيقية شيئًا ما يتصرف بكتلة سالبة.

يمكننا بناء موصل الجاذبية ، وحماية أنفسنا من قوة الجاذبية.

يمكننا إنشاء مكثف جاذبية في الفضاء ، وإنشاء مجال جاذبية اصطناعي موحد.

يمكننا حتى إنشاء محرك الاعوجاج ، لأننا اكتسبنا القدرة على تشويه الزمكان بالطريقة التي يتطلبها الحل الرياضي للنسبية العامة ، الذي اكتشفه ميغيل ألكوبيير في عام 1994.

حل Alcubierre للنسبية العامة ، مما يتيح الحركة المشابهة لمحرك الالتواء. هذا الحل . [+] يتطلب كتلة جاذبية سالبة ، والتي يمكن أن تكون بالضبط ما قد توفره المادة المضادة.

مستخدم ويكيميديا ​​كومنز AllenMcC

إنه احتمال مذهل ، وهو احتمال يعتبره جميع علماء الفيزياء النظرية أمرًا مستبعدًا. ولكن بغض النظر عن مدى وحشية أو ترويض نظرياتك ، يجب عليك مواجهتها تمامًا بالبيانات التجريبية فقط من خلال قياس الكون واختباره ، يمكنك تحديد كيفية عمل قوانين الطبيعة بدقة.

حتى نقيس تسارع الجاذبية للمادة المضادة للدقة اللازمة لتحديد ما إذا كانت ستسقط لأعلى أو لأسفل ، يجب أن نبقي أنفسنا منفتحين على احتمال أن الطبيعة قد لا تتصرف كما نتوقع. قد لا يكون مبدأ التكافؤ صحيحًا بالنسبة للمادة المضادة ، فقد يكون في الواقع مضادًا للحقيقة بنسبة 100٪. ولكن إذا كان الأمر كذلك ، فسيتم فتح عالم جديد تمامًا من الاحتمالات. يمكننا تغيير الحدود المعروفة حاليًا لما يمكن أن يخلقه البشر في الكون. وسوف نتعلم الإجابة في غضون سنوات قليلة من خلال أبسط التجارب: وضع ذرة مضادة في مجال الجاذبية ، ومراقبة اتجاه سقوطها.


  • النشاط / المختبر
  • تقييم
  • دراسة الحالة
  • مجموعة البيانات
  • رسم تخطيطي / توضيح
  • دورة كاملة
  • لعبة
  • الواجب المنزلي / التنازل
  • تفاعلي
  • محاضرة
  • ملاحظات المحاضرة
  • درس
  • خطة الدرس
  • وحدة
  • مصدر اساسي
  • قراءة
  • محاكاة
  • دليل الطالب
  • المنهج
  • استراتيجية التدريس / التعلم
  • كتاب مدرسي
  • وحدة الدراسة
  • الإنجليزية
  • أبخازيا
  • عفار
  • الأفريكانية
  • الألبانية
  • الأمهرية
  • عربى
  • أرميني
  • الأسامية
  • الباسك
  • البنغالية
  • بوتاني
  • البيهارية
  • البلغارية
  • الكاتالونية
  • صينى
  • كورسيكا
  • الكرواتية
  • التشيكية
  • دانماركي
  • اللغة الهولندية
  • اسبرانتو
  • الإستونية
  • الفنلندية
  • الفرنسية
  • الجاليكية
  • الجورجية
  • ألمانية
  • اليونانية
  • الهايتية
  • الهوسا
  • اللغة العبرية
  • هندي
  • المجرية
  • الأندونيسية
  • إنترلينجوا
  • الأيرلندية (الأيرلندية الغيلية)
  • إيطالي
  • اليابانية
  • الكازاخستانية
  • كيروندي
  • كيارواندا
  • الكورية
  • لاتيني
  • اللاتفية Lettish
  • اللينغالا
  • الليتوانية
  • لغة الملايو
  • الماوري
  • الماراثى
  • النرويجية
  • الأوكيتان
  • أوريا
  • الباشتو
  • اللغة الفارسية
  • تلميع
  • البرتغالية
  • البنجابية
  • الكيتشوا
  • روماني
  • الروسية
  • السنسكريتية
  • الصربية
  • سيسوتو
  • سيتسوانا
  • لغة الإشارة
  • السنهالية
  • سيسواتي
  • السلوفاكية
  • صومالي
  • الأسبانية
  • السواحيلية
  • السويدية
  • تاغالوغ
  • طاجيك
  • التاميل
  • التيلجو
  • التايلاندية
  • اللغة التركية
  • أويغور
  • الأوكرانية
  • الأردية
  • أوزبكي
  • فيتنامي
  • خوسا
  • اليديشية
  • يوروبا
  • الزولو

ما هي الجاذبية حقا؟ - الفلك

عند التعامل مع الفيزياء ومحاولة تشابك أعمال الجاذبية ، نحتاج إلى توسيع فكرتنا عن الجاذبية لتشمل ليس فقط ظاهرة السقوط ، ولكن أيضًا فهم سببها ومصدرها ومعدل سرعتها (الحركة) وعلاقتها. مع الأشياء الخارجية والبيئة.

السير إسحاق نيوتن هو العالم البريطاني الشهير وعالم الرياضيات الذي صاغ قوانين تتعلق بكل من الحركة والجاذبية.

قرر نيوتن أن الجاذبية هي إحدى القوى العالمية للطبيعة. اكتشف أنها قوة جاذبية المرتبطة بكل الأمور. هذه القوة تعتمد على كتلة الأشياء المعنية.

بالعين المجردة وحدها ، لا يمكننا رؤية الجاذبية في العمل. فقط عندما يكون أحد الأجسام كبيرًا جدًا (مثل الأرض) يمكننا أن نشهد على جاذبيته.

باستخدام المعادلات الرياضية ، صاغ نيوتن قانونه للجاذبية العالمية ، والذي ينص على:

"تكون الجاذبية أقوى بين جسمين كبيرين للغاية ، وتضعف كثيرًا كلما تباعدت هذه الأجسام."

B. سرعة الهروب

بصيغته الأصلية ، حدد نيوتن الأعمال الداخلية للقانون ، مثل ما أشار إليه سرعة الهروب، السرعة التي يحتاج الجسم إلى تحقيقها من أجل الهروب من قوة الجاذبية لجسم آخر. يمكن إيجاد سرعة هروب الجسم باستخدام قانون نيوتن للجاذبية.

فكر في الثقوب السوداء للحظة. عند تطبيق مفهوم سرعة الهروب على هذه الهياكل الرائعة ، نجد أنه نظرًا لكونها صغيرة جدًا وكثيفة ، فإن سرعة الهروب تساوي سرعة الضوء. ومن ثم ، فإن الضوء فقط هو الذي يفلت من الهاوية المظلمة للثقب الأسود.

جيم قوة الجاذبية

على المدى قوة الجاذبية يشير إلى الجذب الموجود بين الأشياء والأرض. نحن كبشر نختبر هذه القوة ، فهي ما تحافظ على أقدامنا ثابتة على الأرض بدلاً من أن تطفو في الفضاء. عندما نقفز لأعلى ، تنطبق نفس القوة. عند الارتفاع ، تبطئنا قوة الجاذبية ، لكنها تسرعنا مرة أخرى عندما تعود أقدامنا نحو الأرض. هذه القوة تسمى التسارع. نسمي هذه الظاهرة "تسارع الجاذبية (g)". هذا هو التسارع الذي يختبره جسم ما عندما لا توجد قوى خارجية أخرى تعمل عليه.

ومن المثير للاهتمام أن قيمة التسارع لجميع الكائنات هي نفسها تمامًا ، بغض النظر عن كتلتها الفردية.

تُعرف دراسة الاحتكاك باسم ترايبولوجي.

الاحتكاك هو نتيجة ثانوية لتفاعل القوى الذرية والجزيئية عندما تتلامس الأسطح مع بعضها البعض. على سبيل المثال ، يحدث الاحتكاك عندما تمشي على السجادة حافي القدمين أو من خلال وسط سائل (ماء ، هواء ، وما إلى ذلك).

يعتبر الاحتكاك نوعًا من المقاومة للقوة التي تؤثر على الأجسام التي تميل إلى معارضة و (أو) تثبيط الحركة.

يوجد نوعان من الاحتكاك:

1. إن قوة ثابتة من الاحتكاك (Fس). قوة الاحتكاك بين جسمين عند وجودها لا اقتراح.

2. ال القوة الحركية من الاحتكاك (Fك). قوة الاحتكاك بين جسمين عندما يكون هناك هو اقتراح.

عادة ما يتم تمييز الاحتكاك على أنه إما احتكاك ثابت (قوة الاحتكاك المتعارضة عندما ينتقل الجسم من السكون إلى الحركة) أو الاحتكاك الحركي (القوة الاحتكاكية التي تميل إلى إبطاء حركة الجسم). بالمقارنة ، الاحتكاك الساكن أكبر من الاحتكاك الحركي.

تميل القوة المنسوبة إلى الاحتكاك الحركي إلى أن تكون متناسبة مع القوة المطبقة. لذلك ، يتم تعريف "معامل الخيال الحركي" على أنه نسبة قوة الاحتكاك إلى القوة الطبيعية على الجسم.

في الاحتكاك الحركي ، توجد أقسام فرعية للاحتكاك: الانزلاق ، والتدحرج ، واحتكاك السوائل. مرة أخرى ، إذا ظل الجسم ثابتًا ، فسيكون ثابتًا.

انزلاق الاحتكاك. يحدث هذا عندما يتلامس جسمان صلبان مع بعضهما البعض ويتم تطبيق قوة خارجية تدفع أحدهما إلى الآخر. يتم التعبير عن المعادلات التي تشير إلى الاحتكاك المنزلق بـ F باعتبارها القوة التي تمارس مقاومة ضد الجسم و Fr كقوة احتكاك.

انزلاق الاحتكاك. الأسباب

يمكن أن تشمل أسباب الاحتكاك المنزلق سطحًا خشنًا أو تجاذبًا جزيئيًا أو التصاقًا بين المواد أو مقاومة التشوه (كما هو الحال مع المواد اللينة).

إذا تم تطبيق قوة ، وإن لم تكن كبيرة بما يكفي لتجاوز القوة الساكنة للاحتكاك ، فستبدأ العجلة في التدحرج. إذا ثبت أن القوة أكبر من المقاومة الساكنة ، فإن العجلة ستنزلق أو تدور في النهاية. وعلى الرغم من أنه سيستمر في التدحرج ، إلا أنه سيفعل ذلك بمعدل سرعة منخفض.

يمكن رؤية عرض لهذا المفهوم من خلال محاولة جعل السيارة تتسارع على رقعة خرسانية ملساء ومبللة. لا يؤدي الضغط على دواسة الوقود بقوة كبيرة إلا إلى تدوير العجلات بحيث لا تتحرك السيارة للأمام ، فإن العجلات تنحرف في مكانها فقط.

Once the wheel (think automobile) is set in motion (rolling), friction occurs at the point of contact with the other surface (in our example this would be the pavement), slowing the motion of the wheel. Typically, rolling friction is much less powerful than sliding friction. This is why a wheel can roll for some distance before slowing down and coming to a complete halt.

Rolling Friction. Causes

Similar to those of sliding friction, the causes of rolling friction include roughness of the surface, molecular attraction or adhesion between the materials, and deformation resistance as is the case with soft materials.

E. Fluid Friction.

When a solid object is in contact with a fluid (regardless of whether it is a liquid or a gas) and a force exerts pressure on either the object or the fluid, the result is a friction force that defies the motion. Examples of fluid friction include water flowing through a pipe, an airplane flying through the clouds or atmosphere, and oil lubricating an automobile engine parts.

F. Static and Kinetic Friction

If the viscosity (thickness) of the fluid is substantial, there may be zero movement on account of the presence of static friction. An example is trying to push oil up through a drill pump. At first, a great deal of pressure may be needed to cut through the static friction so that the oil can gush forth.

Going from static to kinetic friction, once the oil begins to move through the pump, the resistance shifts gears. Even though the oil may now be flowing, it will still be traveling at a slower speed than a fluid that has a low viscosity, like water.

ملحوظة: It is also possible for fluid friction to occur in cases where one fluid comes into contact with another fluid. This type of scenario is usually categorized as part of the field of Fluid Dynamics.

Causes of fluid friction include the effects of turbulence caused from surface roughness and deformities, molecular attraction, or adhesion between the materials, and deformation that exerts resistance against the fluid.


Sir Isaac Newton

Isaac Newton was born in England in 1643. As a young man he went to Trinity College in Cambridge, enrolling first as a student and eventually staying on as a fellow. During this period he developed the first versions of his three laws of motion, including the law of gravity. During his career, he also made significant advances in the field of optics and the understanding of centrifugal force. He eventually became the first English scientist to be knighted for his work.


Is gravity not actually a force? Forcing theory to meet experiments

Reader comments

Share this story

How are controversial ideas handled by modern science? A common charge leveled against science (generally by those who are unhappy with its conclusions) is that the only way to get funding or continue your research is by going along with the current theories and not rocking the boat. For those who spend their careers in science, this is laughable—it is those who successfully rock the boat who are the most successful. In this article, we are going to look at a manuscript that purports to overturn hundreds of years of accepted ideas about gravity, and use it as an illustration of how controversial ideas are dealt with in modern physics.

It was Isaac Newton who first proposed a universal law of gravitation, where every massive body in the universe was attracted to every other one. This simple law proved extremely powerful, able to explain the orbits of planets and the reason the apocryphal apple fell on his head. However, Newton was never able to explain why gravity worked or what exactly it was. Two hundred plus years later, Albert Einstein was able to offer a more complete description of gravity—one where Newton's laws are a limited case. According to Einstein, gravity was due to the warpage of spacetime by mass and energy all objects followed straight paths, just on curved spaces.

With the advent of quantum theory over the past 100 years, scientists have been able to develop an elegant mathematical framework capable of uniting three of the four fundamental forces that are thought to exist in the universe. The fourth, gravity, still remains the fly in the ointment, and has resisted unification to this point. Early last year, Dutch theoretical physicist Erik Verlinde published a manuscript to the arXiv that purports to explain why science cannot reconcile all four fundamental forces. According to him, it is simple: "gravity doesn’t exist."

Some background reading

Before we dive into this seemingly unphysical statement, we need to take a detour to discuss some of the ideas from modern physics that form the basis of Dr. Verlinde's argument: black hole thermodynamics and the holographic principle. Black hole thermodynamics was worked on extensively in the 1970s. It's needed in order to reconcile the second law of thermodynamics with the idea of a black hole event horizon. To do this, one has to admit that a black hole must have finite, non-zero entropy. If a black hole has zero entropy, then throwing mass into a black hole would violate the second law of thermodynamics, as the sum total entropy of the universe would decrease by the amount of entropy contained within the mass.

This also demands that, oddly, black holes cannot be purely black. If something has a non-zero entropy, then it must also have a non-zero temperature. This temperature is the temperature of the Hawking radiation that is given off due to the quantum nature of the black hole itself. A simple way to imagine Hawking radiation involves considering the particle-antiparticle pairs that spontaneously form the vacuum fluctuations. If one forms near the event horizon, it can fall in, never to be seen again, while its mate flies off into the Universe. To a faraway observer, the black hole just emitted a particle (even trippier is the fact that the particle that fell in must have had negative energy, and decreased the total energy of the black hole—something that could cause the black hole to evaporate over time).

Leading us further down the (black) rabbit hole are other results of Stephen Hawking's calculations, which fixed the maximum entropy that a black hole can have. Since that's a (quasi) measurement of how much information can be stored by an object, a black hole represents the most informationally dense object possible in the Universe. Surprisingly, the maximum entropy a black hole can obtain is exactly Planck's constant times one quarter of its area in Planck lengths—not its volume, an important distinction. This result implies that every bit of information the black hole can contain (as an Infosphere) is described entirely by its surface, the event horizon.

An extension to this line of surface-focused thinking came in the 1990s, when Gerardus 't Hooft, and later Leonard Susskind, postulated that the universe is a form of a hologram, a lower dimensional object that looks like a higher dimensional one (think of the two dimensional hologram images that look three dimensional). The holographic principle says that all space and time contained within an ن dimensional body is emergent and can be described by a completely separate set of physics on the ن-1 dimensional surface of the body.

This is one of those mind-bending ideas that float around and form the basis of a not-insignificant portion of modern physics, so I'll try and give a simple example. Imagine the entire Universe is a beach ball, and all physics within it—space, time, matter, energy—is described by the ideal gas law. The holographic principle then states that the entirety of the Universe (the inside of the beach ball) can also be described by a different set of equations that describe only the surface of the ball, the vinyl part itself as an example, maybe a set of equations linking the surface tension to the area of the ball.

There's a corollary to this (one that will be heavily relied on in a minute): all the information about the Universe (in this case the beach ball) is encoded on the two dimensional surface of the ball. Another analogy I have seen used to describe this is that of a soup can: everything you could know about what is in the can of soup is printed on its label.

Tying this back to the black holes we started with: the holographic principle suggests that everything we could want to know about the interior of a black hole is encoded in some manner on the surface of its event horizon. Since we can never recover information from beyond the veil of the event horizon, everything that can be known about a black hole, and everything that has ever fallen into it, must be represented on the event horizon itself. In fact, in some variants of string theory, this concept resolves the black hole information paradox.

This idea may sound completely abstract (and it is), but it has turned out to be remarkably useful, because it has produced what is called the AdS/CFT correspondence. This uses the holographic principle to show a direct correspondence between problems in what is known as Anti-deSitter space, where gravity is present (a cosmological way of describing the Universe) and problems in conformal field theory in a lower dimensional space where gravity does not exist (used heavily in quantum mechanics). Problems not solvable in one regime (cosmology, the AdS portion) have an equivalent problem that may be trivially solvable in the other (quantum field theory, the CFT portion).

A mind-bending proposal

Dr. Verlinde's proposition is not entirely unique. Others have argued that gravity, instead of being a fundamental force of the Universe, is instead an emergent phenomenon. A good deal of this thinking comes from the fact that the equations that describe gravity (in the Newtonian limit, at least) are mathematically similar to those that describe other emergent phenomena, such as fluid mechanics or thermodynamics. Where Dr. Verlinde goes the next step forward is by arguing for a definite mechanism behind gravity: differences in entropy.

In his freely available manuscript, entitled "On the Origin of Gravity and the Laws of Newton,"—the title seemingly paying homage to Einstein's famous paper whereby special relativity was laid out—Verlinde sets out his case for why gravity is, as he terms it, an "entropic force." The manuscript uses a combination of the holographic principle and black hole thermodynamics to (re)derive the basic equations of motion that Newton presented over 300 years prior.

Verlinde makes extensive use of the holographic principle in his derivations. He works with a thought experiment that assumes one has a holographic screen—one where all the information about what is contained inside of it is encoded as bits on its surface—and asks how it would interact with matter or energy that is being held just outside of it.

To show how Newton's equations of universal gravitation are derived, Verlinde begins with the difference in entropy between a mass م and a spherical holographic screen with entropy س—the information encoded on the screen would describe the emergent space inside, which would be "viewed" as equivalent to a mass م at its center. The attractive force between the the mass and the screen—what we would commonly call gravity—becomes, as Verlinde describes it, an entropic force due to the different informational densities between the two regions.

Not being content to leave it there, Verlinde goes further and rederives Newton's famous second law, F=ma (fun historical note: F=ma appears exactly zero times in Newton's famous مبادئ). Through that derivation, Verlinde is able to associate acceleration with an entropy gradient. According to his work, a particle at rest will stay at rest because there is no entropy gradient around it. This allows him to identify Newton's potential—the negative of the gradient, which is the acceleration a particle feels—as a potential that "keeps track of the depletion of the entropy per bit."

With such a description, extending the idea further becomes feasible. The entropic potential previously identified is shown to follow the common Poisson equation that describes the distribution of matter about a system. So he concludes that, if temperature and informational density on the holographic screen are chosen properly, then the laws of gravity fall out of this theory in a straightforward fashion.

Up to this point in the manuscript, everything Verlinde has derived applies to non-relativistic cases. How well does such a radical departure hold up when viewed through the lens of relativity theory? Here, Verlinde starts with the general relativistic description of Newton's potential. He then goes on to derive the force required to hold a particle a fixed distance away from a holographic screen, and again is able to derive the commonly accepted equation with force now described by a difference in entropy between the point and the screen. Furthermore, the manuscript lays out a path—but does not explicitly follow it—for one to rederive the full set of Einstein's field equations that form the cornerstone of general relativity using the fact that gravity, in Verlinde's work, is an "entropic force."

The paper is clearly unconventional, but it provides a compelling argument, and backs it up with actual work. Despite the highly controversial ideas it puts forth and the fact that it has not gone through peer review, it has caused some people in the scientific community to sit up and take notice.

Clearly, one paper making extraordinary claims will not be taken as fact until others can replicate the work, or in the case of a theoretical paper such as this, verify it with experimental evidence. A paper published in a recent edition of Physical Review D has attempted to do just that.

Not so fast

Dr. Archil Kobakhidze, a research fellow in theoretical particle physics at the University of Melbourne, points to recent results that may undermine Verlinde's ideas. Kobakhidze acknowledges that Verlinde's work successfully reproduces gravity on the Newtonian scale, and possibly in the more general relativistic sense, but it must also work at the quantum level as well, or it's not going to change modern physics.

Kobakhidze attempts to apply Verlinde's ideas to see if they are in agreement with the results from experiments on ultra-cold neutrons falling in the Earth's gravitational field. Solving the conventional quantum mechanical equations that describe this system give results that are in good agreement with the experiment. Verlinde's paper does not fully explain how to work with microscopic systems in his modified view of gravity, but according to Kobakhidze, enough ideas are present to work it out as homework.

Kobakhidze uses Verlinde's approach to re-derive the wave equation that will describe the energy levels of neutrons falling in Earth's gravitational well. What he finds is that, in contrast to the more conventional equation, there are two extra terms now present. One would appear to account for the relativistic rest energy of the neutron the other is a form of an extreme suppression of certain parts of the neutron's wavefunction. Both of these additions result in problems for Verlinde's theory.

The first extra term, the relativistic rest energy, would manifest itself as a constant shift in the neutron's energy states (height above the bottom of the well)—this is not seen at all in the experiments. According to Kobakhidze, though, it is the second extra term that really throws a wrench into entropic gravity. The second term, if correct, would significantly change the dynamics of the experiment, essentially causing neutrons to fall through the small hole in the bottom of the potential well. There's no sign of this happening in any meaningful way in the experiment. Thus, Kobakhidze concludes, "we are driven to the conclusion that gravity is not an entropic force."

This is how science works. Ideas are proposed, they are backed up, they are shot down. Over time, it would not surprise me to see Verlinde defend his work. Perhaps Kobakhidze's derivation and its extension to the microscopic case is incorrect. Perhaps Verlinde will revisit his original work to revise how microscopic cases should be handled. Whatever happens, science will move on time, further arguments, and experiments will be the ultimate arbiter of which drastically different view of reality is correct.


What is the quantum theory of gravity?

To answer this question, one must first understand how it came to be. When it was discovered in the early twentieth century that Newtonian physics, although it had stood unchallenged for hundreds of years, failed to answer basic questions about time and space, such as 'Is the universe infinite?' or 'Is time eternal?', a new basis for physics was needed. This lead to the development of Quantum Theory by Bohr, Schr'dinger and Heisenberg and Relativity Theory by Einstein. This was the first step in the development of a new basis for physics. Both theories, however are incomplete, and are limited in their abilities to answer many questions. Quantum Physics deals with the behaviour of very small objects, such as atoms, why they do not disintegrate as Newtonian Physics wanted. The theory of Relativity, on the other hand deals with much large scales, celestial bodies and others. Both theories fail when confronted to the other's 'domain', and are therefore limited in their ability to describe the universe. One must unify these theories, make them compatible with one another. The resulting theory would be able to describe the behavior of the universe, from quarks and atoms to entire galaxies. This is the quantum theory of gravity.
Answered by: Christian Kaas, M.A., Phyics Grad Student, IRNP, Paris

There are two fundamental areas of modern physics, each describes the universe on different scales. First we have quantum mechanics which talks about atoms, molecules and fundamental particles. Then we have general relativity which tells us that gravity is the bending and warping of space-time. There has been much work on finding a theory that combines these two pillars of physics. There are three main aproches to quantum gravity all have there problems. 1) Loop quantum gravity.
2) String Theory.
3) Others Penrose spin networks, Connes non-commutative geometry etc.
1) Loop quantum gravity is a way to quantise space time while keeping what General Relativity taught us. It is independent of a background gravitational field or metric. So it should be if we are dealing with gravity. Also, it is formulated in 4 dimensions. The main problem is that the other forces in nature, electromagnetic, strong and weak cannot be included in the formulation. Nor it is clear how loop quantum gravity is related to general relativity. 2) Then we have string theory. String theory is a quantum theory where the fundamental objects are one dimensional strings and not point like particles. String theory is "large enough" to include the standard model and includes gravity as a must. The problems are three fold, first the theory is background dependant. The theory is formulated with a background metric. Secondly no-one knows what the physical vacuum in string theory is, so it has no predictive powers. String theory must be formulated in 11 dimensions, what happened to the other 7 we cannot see? ( Also string theory is supersymmetric and predicts a load of new particles). 3) Then we have other approches, such as non-commutative geometry. This assumes that our space-time coordinates no longer commute. i.e. x y - y x is not zero. This formulation relies heavily on operator algebras. All the theories have several things in common which are accepted as being part of quantum gravity at about Planck scale. i)Space-time is discrete and non-commutative ii)Holography and the Bekenstin bound. i) This is "simply" applying quantum mechanics to space-time. In quantum mechanics all the physical observables are discrete. ii) The holographic principle was first realised by Hawking. He realised that the entropy of a black hole was proportional to the surface area of the horizon and not the volume. That is all the information about a black hole is on the surface of the horizon. It is like a holograph, you only need to look at the 2-d surface to know everything you can about the black hole. Bekenstin showed that there is a maximum amount of information that can pass through a surface. It is quantised in Planck units.
Answered by: Andrew James Bruce, Physics Graduate, UK

'I have deep faith that the principle of the universe will be beautiful and simple.'


What is gravity really? - الفلك

Huh? Magnetism is a force that is invisible to the eye, but can certainly be understood. Same goes for oxygen, radiation, the wind, etc. These don't need to be visible to our eyes to be explained.

Forces are mysterious only if when you do not take the time to fully research them. Don't ask us to reinvent the wheel go and read what the scientists and experts have solved. Of course man understands gravity and magnetism. I studied those decades ago, and they were clearly defined.

Huh? Magnetism is a force that is invisible to the eye, but can certainly be understood. Same goes for oxygen, radiation, the wind, etc. These don't need to be visible to our eyes to be explained.

Forces are mysterious only if when you do not take the time to fully research them. Don't ask us to reinvent the wheel go and read what the scientists and experts have solved. Of course man understands gravity and magnetism. I studied those decades ago, and they were clearly defined.

How does the earth move an apple toward it without touching it?

I understand an automobile can move a trailer because there is something tangible between the two vehicles serving as a link: it's called a hitch.

What is the TANGIBLE LINK between a planet and a falling object being pulled toward it? What is physically connecting the two masses together?


A non-contact force is a force which acts on an object without coming physically in contact with it. The most familiar non-contact force is gravity, which confers weight. In contrast a contact force is a force applied to a body by another body that is in contact with it.

It is as if the root causes of magnetism and gravity are some invisible forms of energy. Certainly, non-contact forces are to some degree paranormal phenomenon but still 100% natural phenomenon.

Paranormal means we can see and feel its effects but can't explain what causes it. We don't know how it ticks.

I can touch wind with my hands and face. The wind (a mass of air) is material. Is there something MATERIAL (something of substance) the earth uses to draw a falling object toward it?

Huh? Magnetism is a force that is invisible to the eye, but can certainly be understood. Same goes for oxygen, radiation, the wind, etc. These don't need to be visible to our eyes to be explained.

Forces are mysterious only if when you do not take the time to fully research them. Don't ask us to reinvent the wheel go and read what the scientists and experts have solved. Of course man understands gravity and magnetism. I studied those decades ago, and they were clearly defined.

Well, actually, no, we don't really understand the mechanism underlying force at a distance (gravity and magnetism). We have very accurately quantified the effects. But the best explanation to date of HOW gravity acts at a distance with no intervening medium (sorry, no luminiferous aethyr) is Einstein's concept that mass creates a warpage in space-time, which means that objects with mass move toward positions of lower gravitational potential. His quantification of this effect was proven when astronomical observations demonstrated the bending of light rays around the sun, but the underlying explanation still remains unsatisfying.

Of course everyone learns the inverse square law of gravitational attraction in high school, and many learn the related laws of magnetic fields in college (Maxwell), but no, the actual fundamental mechanism by which these forces act, at a distance, in a vacuum, is NOT truly understood in the way we understand how water boils or a beam bends under load.

Well, actually, no, we don't really understand the mechanism underlying force at a distance (gravity and magnetism). We have very accurately quantified the effects. But the best explanation to date of HOW gravity acts at a distance with no intervening medium (sorry, no luminiferous aethyr) is Einstein's concept that mass creates a warpage in space-time, which means that objects with mass move toward positions of lower gravitational potential. His quantification of this effect was proven when astronomical observations demonstrated the bending of light rays around the sun, but the underlying explanation still remains unsatisfying.

Of course everyone learns the inverse square law of gravitational attraction in high school, and many learn the related laws of magnetic fields in college (Maxwell), but no, the actual fundamental mechanism by which these forces act, at a distance, in a vacuum, is NOT truly understood in the way we understand how water boils or a beam bends under load.

Man doesn't know what causes it or how it works. We can only observe and measure its effects. Gravity, like another natural non-contact force, magnetism, seems to have no perceivable direct mechanical (material) connection between the two bodies being attracted to one another or repelled from one another.

I can tie a rope to a box and pull the box toward me over the ground. The rope in question is the material means which binds the force exerted by my body with the box. It's a force communication component. A car's transmission communicates force or driving energy through a mass, or a drive shaft, to the rear axle.

Gravity and magnetism both have no apparent ropes, wires, strings or shafts attached between two masses to cause movement between them.

How does the earth move the apple from a tree branch toward the ground without actually touching the fruit?

How does a magnet move a steel ball without touching it?

While they remain hypothetical because they are as yet undetectable, Gravitons, if they exist, are thought to be a massless, stable, spin-2 particle that travels at the speed of light which produce gravity.

In the video below, Neil deGrasse Tyson explains gravitational waves and gravitons. He was speaking before gravitational waves were actually discovered and detected multiple times, so his comment about gravitional waves never having been directly detected is no longer true.

Neil deGrasse Tyson Explains Gravitational Waves and Gravitons


Gravity varies a bit on different parts of the earth because areas of the earth with more mass have stronger gravity than areas with less mass.

Of interest is that some physicists think that dark energy could be a repulsive gravity rather than an attractive gravity and therefore drives the expansion of the universe.


Why is the Gravitational Constant so hard to pinpoint?

At first it may seem strange that the gravitational constant is so hard to determine. There are four fundamental forces in the universe:
• Strong Force
• Weak Force
• Electromagnetism
• Gravity

Gravity is by far the weakest of the four forces, which, may also sound a little strange considering what we see in the universe. When looking out into the cosmos, gravity appears to be the reigning king of all. Gravity is so strong that it causes stars to fuse hydrogen into helium, collapses stellar cores into neutron stars and black holes, creates quasars and dictates the flow of matter within the entire universe.

On a large scale, gravity wins. But, as was previously mentioned, gravity is the weakest of the four forces. The reason for this discrepancy is, as a force, gravity travels further and has a slower fall off. The strongest of the four forces, the Strong Force, becomes almost non-existent at distances outside of a nucleus. What makes gravity stronger in macro circumstances is that it is accumulative. The more matter there is, the more gravity.

Advertisement

Advertisement

But still, gravity is weaker. Therefore, when trying to measure it, the other forces can cause systematic errors. It is akin to trying to measure the weight of a feather, outdoors, in a slight breeze, with an old pair of scales. The first thought would be to try to remove the other sources of error. We do this by doing several different experiments and then averaging the results. We are not yet aware of a single perfect test to measure the gravitational constant.

Over the last century, nearly every time the gravitational constant has been measured, we’ve observed a different value. At first glance, you may think that means we’re getting closer to its true value however, it is hard to tell. It is currently uncertain as to whether the constant has actually been changing marginally over time or just compounding systematic errors. Another theory is that there many be a correlation between dark energy and gravity. Yet another theory states that the constant is always fluctuating around an average value and that if we keep testing it over an even longer period of time, we will find the true average value.

It is nice to still have mysteries in the universe, things that we done quite understand. Incredibly small changes in the gravitational constant can affect the rate at which stars form, their size and how long they remain on their main sequence. Maybe we will never know for sure, remaining one of the universes true mysteries.

As a Futurism reader, we invite you join the Singularity Global Community, our parent company’s forum to discuss futuristic science & technology with like-minded people from all over the world. It’s free to join, sign up now!