نظرية الجاذبية

 #نظرية_الجاذبية

الجزء الأول: (من كتاب قصة الحضارة للمؤلف ويليام جيمس ديورَانت(المتوفى: 1981م))

كانت سنة 1666 بداية جهود نيوتن في البصريات، ولكنه كذلك يقول عن ذكرياته أن شهر مايو "كان مدخلي إلى الطريقة العكسية للفروق المستمرة، وفي نفس السنة بدأت أفكر في امتداد الجاذبية إلى مدار القمر .. .. بعد أن قارنت بين القوة اللازمة لحفظ القمر في مداره، وقوة الجاذبية على سطح الأرض، ووجدتهما متفقتين تماماً تقريباً ... في تلك السنين كنت في ربيع عمري".
وفي عام 1666 وصل الطاعون إلى كمبردج، فعاد نيوتن إلى موطنه وولزثورب طلباً للسلامة. وهنا جاءت قصة التفاحة .. كتب فولتير في كتابه "فلسفة نيوتن" (1738):
"ذات يوم من أيام 1666، حين كان نيوتن معتكفاً في الريف رأى ثمرة تسقط من شجرة كما أخبرتني بنت أخته السيدة كوندويت، فاستغرق في تفكير عميق في السبب الذي يجذب جميع الأجسام في خط إذا مُد مرّ قريباً جداً من مركز الأرض ".
وهذا أقدم ما نعرفه من ذكر لقصة التفاحة.. وهي لا ترد في كتب مترجمي نيوتن القدامى، ولا في روايته لكيفية اهتدائه لفكرة الجاذبية الكونية، والفكرة السائدة اليوم عن القصة أنها أسطورة.. وأرجح منها قصة أخرى رواها فولتير، وهي أن غريباً سأل نيوتن كيف اكتشف قوانين الجاذبية، فأجاب "بإدمان التفكير فيها " ومما لا ريب فيه أنه بحلول عام 1666 كان نيوتن قد حسب قوة الجذب التي تحفظ الكواكب في أفلاكها وانتهى إلى أنها تتناسب تناسباً عكسياً مع مربع بعدها عن الشمس. ولكنه لم يستطع إلى ذلك الوقت التوفيق بين النظرية وحساباته الرياضية، فنحاها جانباً، ولم ينشر عنها شيئاً طوال الأعوام الثمانية عشر التالية.

ولم تكن فكرة الجاذبية بين النجوم جديدة قط على نيوتن فقد ذهب بعض فلكيي القرن الخامس عشر إلى أن السماوات تؤثر في الأرض بقوة تشبه قوة تأثير المغنطيس في الحديد، وما دامت الأرض تنجذب بالتساوي من جميع الاتجاهات فإنها تبقى معلقة في مجموع هذه القوة. وقد نبه كتاب جلبرت "المغنطيس" (1600) أذهاناً كثيرة إلى التفكير في التأثيرات المغنطيسية المحيطة بكل إنسان، وقد كتب هو نفسه في كتاب لم ينشر إلا بعد موته بثمانية وأربعين عاماً (1651) يقول:

"إن القوة المنبعثة من القمر تصل إلى الأرض، وبالمثل فإن القوة المغنطيسية للأرض تعم منطقة القمر، وكلتاهما تتجاوب وتتآلف بتأثيرهما المشترك، حسب تناسب الحركات وتطابقها، ولكن تأثير الأرض أكبر نتيجة لكبر كتلتها".

وكان اسماعيلس بوريار قد قر في كتابه "  Astronomia Philolacia" (1645)  أن جذب الكواكب بعضها لبعض يتناسب تناسباً عكسياً مع مربع المسافة بينهما، وذهب ألفونسو بوريللي في كتابه "نظريات الكواكب المديشية" (1666) إلى أن "كل كوكب وتابع يدور حول كرة كبرى في الكون بوصفها مصدراً للقوة، تجذب الكوكب وتابعه وتمسكهما بحيث لا يمكن إطلاقاً أن ينفصلا عنها، بل يضطران لإتباعهما أينما ذهبت، في دورات ثابتة مستمرة"، وقد فسر مدارات هذه الكواكب والتوابع بأنها نتيجة القوة المركزية الطاردة لدورانها ("كما نجد في العجلة أو الحجر يدوم في مقلاع") تقابلها قوة شمسها الجاذبة.

 وذهب كبلر إلى أن الجاذبية ملازمة لجميع الأجرام السماوية، وقدر في فترة من حياته أن قوتها تتناسب عكسياً مع مربع المسافة بينها، وكان هذا خليقاً بأن يكون سبقاً واضحاً لنيوتن، ولكنه عاد فرفض هذه الصيغة، وافترض أن الجذب يتناقص تناقصاً طردياً مع زيادة المسافة. على أن هذه المداخل إلى نظرية في الجاذبية حرفتها عن طريقها نظرية ديكارت في الدوامات التي تكونت في كتلة بدائية، ثم عينت عمل كل جزء ومداره.

وفي 1674 سبق هوك بكتابه "محاولة لإثبات حركة الأرض السنوية" "إعلان" نيوتن لنظرية الجاذبية بأحد عشر عاماً. قال هوك:

"سأشرح نظاماً للكون مختلفاً في تفاصيل كثيرة عن أي نظام عرف إلى الآن، متفقاً في جميع الأشياء مع القواعد الشائعة للحركات الميكانيكية. وهو يعتمد على فروض ثلاثة:

 (أولها) أن كل الأجرام السماوية أياً كانت ذوات قوة جاذبة إلى مراكزها، لا تجذب بها أجزاءها فحسب وتحفظها من أن تتطاير منها ... بل تجذب كذلك سائر الأجرام السماوية الواقعة في مجال نشاطها ... 

(وثانيها) أن جميع الأجسام أياً كانت، التي تحرك حركة طردية وبسيطة، تستمر في الحركة قدماً في خط مستقيم إلى أن تحرفها عن طريقها قوة فعالة أخرى ... 

(وثالثها) أن قوى الجذب هذه يشتد فعلها بقدر قرب الجسم الواقع تحت جاذبيتها من مراكزها".

ولم يحسب هوك في بحثه هذا أن الجذب يتناسب تناسباً عكسياً مع مربع المسافة، ولكنه أنهى هذا المبدأ إلى نيوتن-إذا صدقنا رواية أوبري-بعد أن توصل إليه مستقلاً.

 وفي يناير 1684 شرح هوك صيغة المربعات العكسية لرن وهالي، اللذين كانا قبلاها من قبل. فذكر لهوك أن الحاجة ليست إلى مجرد فرض، بل إلى إيضاح رياضي يثبت أن مبدأ الجاذبية يفسر مسارات الكواكب. وعرض رن على هوك وهالي جائزة قدرها أربعون شلناً (100 دولار) أن أتاه أحدهما ببرهان رياضي على الجاذبية. ولم يأته البرهان على قدر علمنا.

وفي أحد أيام أغسطس 1684 ذهب هالي إلى كمبردج وسأل نيوتن ماذا يكون مدار كوكب ما إذا تناسب جذب الشمس له تناسباً عكسياً مع مربع المسافة بينهما. وأجاب نيوتن أنه يكون قطعاً ناقصاً (اهليلجاً) ز ولما كان كبلر قد استخلص من دراسته الرياضية لمشاهدات تيكو براهي أن مدارات الكوكب اهليلجية، فقد بدا أن الفلك الآن تأيد بالرياضة، والعكس بالعكس. وأضاف نيوتن أنه أجرى الحسابات تفصيلاً في 1679، ولكنه نحاها جانباً، من جهة لأنها لم تتفق تماماً مع التقديرات السائدة يومها لقطر الأرض والبعد بين الأرض والقمر، وأرجح من هذا السبب أنه لم يكن واثقاً من أنه يستطيع تناول الشمس، والكواكب، والقمر على أنها نقط مفردة في قياس قوتها الجاذبة. ولكن في عام 1671 أذاع بيكار قياسه الجديد لنصف قطر الأرض ولدرجة من درجات خطوط الطول، التي حسب أخيراً أنها تبلغ 69. 1 ميلاً قانونياً إنجليزياً، وفي عام 1672 تمكن بيكار بفضل بعثته إلى سايين من حساب بعد الشمس عن الأرض فقرر أنه 00087000 ميل (والرقم الحالي92000000) واتفقت هذه التقديرات الجديدة اتفاقاً طيباً مع رياضة نيوتن في الجاذبية، وأقنعه المزيد من الحسابات في 1685 بأن الكرة تجذب الأجسام وكأن كتلة هذه الكرة كلها تجمعت في مركزها. وشعر الآن بمزيد من الثقة في فرضه.

ثم قارن سرعة حجر على الأرض بسرعة سقوط القمر على الأرض إذا نقصت قوة جذب الأرض له بمربع المسافة بينهما. فوجد أن نتائجه تتفق وآخر البيانات الفلكية. فخلص من هذا إلى أن القوة التي تسقط الحجر، والقوة الجاذبة للقمر نحو الأرض رغم قوة طرد القمر المركزية، هما قوة واحدة. وسر الإنجاز الذي حققه هنا كامن في تطبيقه هذه النتيجة التي انتهى إليها على جميع الأجسام التي في الفضاء، وفي تصوره أن جميع الأجرام السماوية مترابطة في شبكة من التأثيرات الجذبية، وفي بيانه كيف أن حساباته الرياضية والميكانيكية تتفق وملاحظات الفلكيين، لا سيما قوانين كبلر الكوكبية.

وبدأ نيوتن إجراء حساباته من جديد، وأنهاها إلى هالي في نوفمبر 1684. وأدرك هالي أهميتها فحثه على تقديمها للجمعية الملكية فوافق، وأرسل إلى الجمعية رسالة في "قضايا الحركة" (فبراير 1685)، لخص فيها آراء في الحركة والجاذبية. وفي مارس 1686 قدم للجمعية مخطوط الكتاب الأول من كتب الحركة، عن المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية. وللتو لفت هوك النظر إلى أنه سبق نيوتن في 1674. ورد نيوتن في رسالة إلى هالي أن هوك أخذ فكرة المربعات العكسية عن بوريللي وبويار. وتفاقم الخلاف حتى أصبح سخطاً من الطرفين، وحاول هالي أن يصلح ذات البين، وهدأ نيوتن ثائرة هوك بتضمين مخطوطته حاشية، تحت القضية الرابعة، أقر فيها بفضل "أصدقائنا رن، وهوك، وهالي"، في أنهم "استنتجوا من قبل" قانون المربعات العكسية. ولكنه ضاق بالنزاع أشد الضيق حتى أنه حين أعلن لهالي (20 يونيو 1678) أن الكتاب الثاني جاهز، أضاف قائلاً "في نيتي الآن أن أوقف الكتاب الثالث. فالفلسفة أشبه بامرأة مشاكسة وقحة تزج بمن يتعامل معها في قضايا أمام المحاكم". وأقنعه هالي بأن يواصل الكتاب. وفي سبتمبر 1687 نشر المؤلف كله برعاية الجمعية الملكية ورئيسها آنئذ، صموئيل بيبيس. ولما كانت الجمعية في ضائقة مالية، فقد أنفق هالي على النشر بأكمله من جيبه الخاص، مع أنه لم يكن بالرجل الميسور. وهكذا، وبعد عشرين عاماً من الإعداد، ظهر أهم كتاب في علم القرن السابع عشر.