قانون نيوتن الثاني و كافنديش

- ينص قانون نيوتن العام للجاذبيّة على أنّ قوّة الجاذبيّة بين جسمين تكون متناسبة طرداً مع كتلتيهما، ومتناسبة عكساً مع مربع المسافة الفاصلة بينهما. ولحساب قوّة الجاذبيّة (F) نأخذ جداء كتلتيها (m2 و m1) بثابت الجاذبيّة (G) مقسومة على مربع المسافة (r) بينهما. F=G.m1.m2/r² وقد أصبحت نظريّة نيوتن مقبولة من قبل معظم العلماء اليوم دون مناقشة.
- ولكن من الجدير بالذكر أنّ هناك بعض التساؤلات حول هذه النظريّة ، فمن جهة فإنّ هذه النظريّة تنصّ على أنّ قوّة الجاذبيّة بين جسمين أو أكثر تكون متوقفة على كتلتيهما ، ومن جهة أخرى فهي تنصّ على أن تسارع الجاذبية للجسم المجذوب لا يتوقف على كتلته، وذلك إذا سقط في نفس الوقت من برج وإذا أهملت مقاومة الهواء، فكرة التنس وقذيفة مدفع سوف تصلان إلى الأرض بنفس الوقت، علاوة على هذا، فبالرغم من أنّ قوّة الجاذبية وتسارع الجاذبية هما ظاهرة واحدة، والقوّة متناسبة مع التسارع، فلا يوجد أي رمز لجاذبيّة سطح الأرض (g) أو عبارة للتسارع تظهر في معادلة الجاذبية.
- ولكنهم في المذهب التقليدي قاموا بالتغلّب على التناقضات التي سبق ومررنا بها، وذلك بالاستعانة بقانون نيوتن الثاني للحركة، والذي ينصّ على أنّ القوّة المطبّقة على جسم تعادل كتلة الجسم مضروباً بتسارعه (ma = F) وهذا يتضمّن أنّ الجاذبية تزداد أكثر في الكتل الكبيرة، ولكن وكما أشار العديد من الفيزيائيين ودارسي علم الرياضيات والفلاسفة، فإنّ هذا القانون لا يرتكز على التجربة فهو عبارة عن اصطلاح أو عرف، إنّ التجارب التي تدعم هذا القانون تستلزم المطابقة بين الوزن والقوّة، فهم يثبتون فقط بأنّ وزن الجسم يساوي كتلته مضروبة بالتسارع (ma = W) ولا يقيسون أو يعرّفون القوّة في الثانية [1].
- يعتقد نيوتن بأنّ قوّة الجاذبية تابعة ومتناسبة مع كميّة أو كثافة المادة. ولكن، هناك حقيقة تاريخيّة تنصّ على الاستنتاج من النظام القمري-الأرضي أن الجاذبية تتبع لقانون التربيع العكسي (فقوته تتناسب عكساً مع مربع المسافة التي تفصله عن الجسم المجذوب) فهو لا يحتاج لقياس كتلة الأرض أو القمر. هو يحتاج فقط ليعرف التسارع الناتج عن الجاذبية على سطح الأرض، نصف قطر الأرض، سرعة الحركة المدارية للقمر والمسافة بين الأرض والقمر، وكما تشير باري سبولتر Pari Spolter لا يوجد أساس لتضمين العبارة "جداء الكتلتين (m2 m1)" أو لتلك المادة، أو لوضع أي عبارة للكتلة في ما يخصّ معادلة قوّة الجاذبية [2].
- إنّ اتحاد معادلتي نيوتن للقوّة؛ وهما معادلة قوّة الجاذبية، والقانون الثاني للحركة، يعطي: Gm1 m2 / r² = m.a = F. وبهذا نستطيع أن نستنتج بأنّه لمعادلة التوازن، فإنّ وحدة ثابت الجاذبية (G) هي (kg.s2/ m3) (الحجم مقسّم على الكتلة مضروبة بمربّع الزمن). بحيث (G) = ثابت.
- إنّ قيمة عزم الجاذبية قد قيست في البداية مباشرة باستخدام نظريّة توازن الانحناء torsion balance ، لكافنديش Cavendish وذلك في عام 1798. ولكن تجربة كافنديش لا تعتبر إثباتاً لمعادلة نيوتن ، بل على العكس ، فمثل هذه التجارب تفترض أنّ المعادلة غير صحيحة.
ومن وجهة نظر سبولتر Spolter: فإنّه لم يتم حتى الآن إثبات زاوية الانحراف الصغيرة لتوازن الإنحناء torsion balance المستخدمة في هذه التجارب (أو التغير الصغير في تذبذبه) تكون ناشئة عن الجذب الكهربائي الساكن لجسم كروي معدني مستخدم في واحدة من التجارب، والتي قمنا خلالها بطلاء كتلة صغيرة من البلاتنيوم بطبقة رقيقة من الورنيش laquer. وقد حصلنا دائماً على القيمة الأدنى من (G) [3]. هذا وقد كتبت سبولتر للعديد من الصحف المهمّة مقترحة عليهم القيام بتجارب أكثر لاختبار هذه الاحتمالية ، ولكن رسائلها قوبلت بالرفض .
وبافتراض أنّ الجاذبية متناسبة مع الكتلة، فإنّ قيمة (G) قد تستخدم لتقدير كتلة الأرض والتي تعني أيضاً الكثافة ، والتي قد تصبح 5.5 غ/سم3. وبالطبع فإنّ هذه القيمة هي قيمة نظريّة. إنّ كل ما نعرفه من المقاييس الفعليّة هو أنّ الكثافة الأساسية لغلاف الأرض الخارجي تقدّر بـ 2.75غ/سم3. وقد توصّل العلماء إلى أنّه للحصول على القيمة الإجمالية لـ 5.5غ/سم3 فإنّ كثافة الطبقات الداخلية للأرض يجب أن تزداد بشكل فعلي مع العمق. وقد أشارت سبولتر إلى أنّ شكل الأرض الحالي غير منسجم مع قانون الترسيب في القوّة النابذة المركزية. فالأرض تدور منذ مليارات السنين، وإذا ما انصهرت ودارت أكثر من وقتنا الحالي فإنّ المادة الأكثر كثافة ستنتقل للطبقات الخارجيّة. كما أنّ العناصر الثقيلة تعدّ نادرة في الكون وبهذا فإنّه من الصعب معرفة كيف أنّ هذه الكميّات الكبيرة من العناصر الثقيلة يتركز داخل الأرض.
- ويعتقد كل من باري سبولتر Pari Spolter وستيفن موني Stephen Mooney بأنّ تجربة " Cavendish " لتوازن عزم الفتل تقوم فعلياً بقياس الجذب الكهربائي الساكن أكثر من قياس قوة الجاذبيّة (10).
وقد صرّح ستيفن موني أنّ تقنيّة هذا الجذب مشابهة لقوة الجاذبية بين الأجسام الضخمة، وهو ما يدعى بالامتصاص الإشعاعي . إنّ التنافر يجعل الأجسام تتدافع مبتعدة عن بعضها تبعاً لمكافئاتها الموجية ( الإشعاعية ). كما أشار إلى أنّه عندما قام كافنديش Cavendish بتجربة التوازن ، اكتشف - لكنه لم يفهم السبب - أنّ الجذب قد ازداد عندما سخّن أحد الجسمين. وقد اقترح موني Mooney أنّ هذا ناشئ عن التبادل الإشعاعي الكبير الحاصل بين الجسمين ، وقد أعتقد بأنّ التجارب لقياس ثابت الجاذبية (G) تقوم فعلياً بقياس كثافة الأشعة على سطح الأرض، والتي لا تعدّ قيمة ثابتة مطلقة. وبنفس الوقت، فقد عزا تزايد قوة الجاذبية في داخل المناجم العميقة ، لحقيقة أنّ النقص في الصخور المحيطة يزيد من كثافة الأشعة المؤثرة على الأجسام.