نيوتن والجاذبية

نعلم جميعًا أن نيوتن هو الذي أعطى، من خلال أحد أعظم الأعمال العلمية على الإطلاق: “المبادئ”، أول تعبير عن قوة الجاذبية، وفي الوقت نفسه أسس فيزياء الميكانيك، وعلم حركات الأجسام. لنتعرف سويا عن نيوتن والجاذبية.

حياة نيوتن

إسحاق نيوتن (1642-1727) كان فيزيائيًا وفيلسوفًا وعالم فلك وعالم رياضيات إنجليزيًا، ويُعتبر أحد أعظم العلماء في كل العصور. صاغ نيوتن قوانين الجاذبية الكونية وحركة الأجسام. تشرح هذه القوانين الأساسية كيفية تحرك الأجسام على الأرض وفي الهواء. أسس البصريات الحديثة، ودرس سلوك الضوء، وبنى أول تلسكوب مرآة.

أدى عمله في الرياضيات إلى اختراع فرع من الرياضيات يسمى حساب التفاضل والتكامل. شرح نيوتن أفكاره في العديد من المنشورات، واثنتان منها، Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية، في عام 1687) والبصريات (دراسة في البصريات، في عام 1704) تعتبر من بين أعظم الأعمال العلمية التي تم تنفيذها على الإطلاق. ساعدت مساهمات إسحاق نيوتن الرائدة في تفسير الكثير من العالم من حولنا من الناحية الرياضية، وأدت إلى إدراك أن العلم يمكنه أيضًا تفسير العديد من الظواهر الأخرى.

واستطاع نيوتن أن يصوغ نظريات رياضية لتفسير الحقائق المعروفة. استخدم نظرياته الرياضية للتنبؤ بسلوك الأشياء في المواقف المختلفة، ثم قارن تنبؤاته بما لاحظه في التجارب التي أجراها. ثم استخدم نيوتن هذه النتائج للتحقق من نظرياته وتعديلها إذا لزم الأمر. لقد نجح في جعل تفسير الخواص الفيزيائية وسيلة للتنبؤ.

بدأ نيوتن بقوانين الحركة واستمر بالجاذبية التي لاحظها في الطبيعة. واستخدم فيما بعد هذه القوانين لتحويل الفيزياء إلى نظام رياضي عام يتكون من قواعد وقوانين. قدمت تجاربه فهمًا لظاهرة الضوء والألوان، وهي أساس التطورات الحديثة في نظرية الضوء. بالإضافة إلى ذلك، فإن اختراعه لحساب التفاضل والتكامل أعطى العلم إحدى أقوى أدواته.

ماذا اكتشف نيوتن

قدم نيوتن للبشرية العديد من الاكتشافات التي ساهمت في تطور العلم الحديث في شتى المجالات .

نيوتن والجاذبية

قام هذا العالم العبقري باكتشافاته الأولى حول الجاذبية، مستوحاة وفقًا للأسطورة من خلال ملاحظة سقوط تفاحة في بستان. ووفقا لمحادثة سجلها نيوتن في شيخوخته، قال إنه كان يحاول بعد ذلك تحديد القوة التي تسببت في بقاء القمر في مداره حول الأرض.

دفعه سقوط التفاحة إلى الاعتقاد بأن قوة الجاذبية المؤثرة على التفاحة لا بد أن تكون هي نفسها التي تؤثر على القمر. واعتقد نيوتن أن هذه القوة، رغم ضعفها بسبب المسافة، تحافظ على القمر في مداره.

ابتكر نيوتن معادلة للتحقق من أفكاره حول الجاذبية. تسمى هذه المعادلة بقانون التربيع العكسي، وتنص على أن قوة الجاذبية تعتمد على المربع العكسي للمسافة بين جسمين. اعتقد نيوتن أن هذا القانون يمكن أن ينطبق أيضًا على الشمس والكواكب. ولم يذهب إلى أبعد من ذلك في دراسة مشكلة التفاحة المتساقطة، لأنه بدا له أنه من الصعب للغاية حساب الجاذبية التي تولدها الأرض بأكملها على مثل هذا الجسم الصغير القريب من سطحها. وقد أعاد تقديم هذه الأفكار المبكرة بعد سنوات في عمله الرئيسي “المبادئ”.

العمل على الضوء

كما بدأ نيوتن يتساءل عن طبيعة الضوء. وكان الضوء الأبيض، حسب رؤية عصره، موحدا متجانسا. تجارب نيوتن الأولى مع المنشور جعلت فكرة الضوء الأبيض موضع تساؤل.

وبتمرير شعاع من ضوء الشمس عبر منشور، لاحظ أن شعاع ضوء الشمس يتحول إلى شريط من الضوء الملون، يسمى الطيف. وفي حين أجرى آخرون بلا شك تجارب مماثلة، فقد أثبت نيوتن أن اختلافات الألوان كانت ناجمة عن درجات متفاوتة من خاصية أطلق عليها اسم قابلية الانكسار. تحدد القابلية للانكسار إمكانية انكسار أشعة الضوء أو التواءها تحت تأثير مادة معينة.

على سبيل المثال، عندما يمر شعاع الضوء البنفسجي عبر عنصر منكسر مثل الزجاج، فإنه ينحني بشكل أكثر وضوحًا من شعاع الضوء الأحمر.

وخلص نيوتن من خلال تجاربه إلى أن ضوء الشمس يشكل مزيجا من جميع ألوان الطيف، وأن هذا الضوء يتبدد عندما يمر عبر المنشور، لأن الألوان التي يتكون منها كل منها لها قابلية انكسار مختلفة. هذه الخاصية التي اكتشفها نيوتن تعتمد بشكل مباشر على الأطوال الموجية المنبعثة من مكونات ضوء الشمس. يقوم المنكسر مثل المنشور بتحريف كل طول موجي للضوء إلى نسب مختلفة.

التلسكوب العاكس

في أكتوبر 1667، بعد وقت قصير من عودته إلى كامبريدج، تم انتخاب إسحاق نيوتن زميلًا في كلية ترينيتي ثم تم تعيينه على درجة الماجستير في الآداب. خلال هذه الفترة، كرس معظم وقته للعمل في مجال البصريات. سمحت له تجاربه مع المنشور بفهم أن دقة التلسكوب محدودة بسبب صعوبة تصميم عدسات مثالية بقدر ما تكون بسبب الاختلافات في الانكسار بين الأشعة الملونة المختلفة.

نيوتن والبصريات

لاحظ نيوتن أن العدسات تكسر أو تثني أشعة الضوء بشكل مختلف قليلاً اعتمادًا على لونها. ثم شرع في بناء تلسكوب عاكس، أي تلسكوب يستخدم المرايا بدلاً من العدسات. تعكس المرايا جميع الألوان بنفس القوة.

خطرت لعالم الرياضيات الاسكتلندي جيمس غريغوري فكرة التلسكوب العاكس في عام 1663، لكن إسحاق نيوتن كان أول من قام ببناء التلسكوب العاكس. صنع عاكسًا بمرآة مقاس 3.3 سم عام 1668.

كان لهذا التلسكوب عامل تكبير يبلغ حوالي 40، ويختلف قليلاً عن العامل الذي تخيله ج. غريغوري. وبعد ثلاث سنوات، قامت الجمعية الملكية، وهي الجمعية الرسمية للعلماء وعلماء الرياضيات، بدعوة نيوتن لإعارتها تلسكوبه للدراسة. أرسل تلسكوبًا مطابقًا للأصل، واعترفت الشركة بتفوق نيوتن من خلال نشر ورقة فنية للأداة.

مبادئ الرياضيات

وفي حوالي عام 1679، بدأ نيوتن بدراسة ظاهرة مدارات الكواكب مرة أخرى. كانت فكرة الجذب الكوكبي على أساس المربع العكسي للمسافة بين الشمس والكواكب أصل جدل كبير داخل مجتمع العلماء.

ويتبع قانون الجذب هذا، في الحالة البسيطة للمدار الدائري، القانون الثالث لعالم الفلك الألماني يوهانس كيبلر، الذي يرى أن زمن دوران الكوكب حول الشمس يعتمد على حجم مدار الكوكب. كما يأخذ قانون الجذب في الاعتبار تسارع الجاذبية لجسم يتحرك حول دائرة، وهو القانون الذي وضعه عالم الفلك الدنماركي كريستيان هويجنز في عام 1673. وكانت مشكلة تحديد المدار من خلال قانون القوة قد حيرت الجميع قبل نيوتن، الذي وجد الحل. حوالي عام 1680.

تأثير نيوتن على العلم

ترتكز مكانة إسحاق نيوتن في تاريخ العلم على تطبيقه للرياضيات في دراسة الطبيعة وتفسيره لعدد كبير من الظواهر الطبيعية بمبدأ عام: قانون الجاذبية.

واستخدم أسس الديناميكية، أو قوانين الطبيعة التي تحكم الحركة وتأثيراتها على الأجسام، كأساس لصورة ميكانيكية للكون. وقد ذهب عمله في استخدام حساب التفاضل والتكامل إلى حد بعيد مقارنة بالاكتشافات السابقة التي يرى العلماء والعلماء أن نيوتن رائد هذا الفرع من الرياضيات.

أثر عمل نيوتن بشكل كبير على تطور العلوم الفيزيائية. خلال القرنين التاليين لنشر المبادئ، وجد العلماء والفلاسفة العديد من مجالات التطبيق لأساليب نيوتن وتحليلاته. لدرجة أن العلماء لم يعبروا عن ضرورة مراجعة استنتاجات نيوتن حتى بداية القرن العشرين.

وفي الأنظمة التي تتضمن سرعات أقل من سرعة الضوء، فإن المبادئ التي صاغها نيوتن منذ ما يقرب من 300 عام لا تزال صحيحة.

بالإضافة إلى عمله العلمي، ترك لنا نيوتن عددًا كبيرًا من الكتابات في علم اللاهوت والتسلسل الزمني والكيمياء والكيمياء. في عام 1725، غادر نيوتن لندن متوجهًا إلى كنسينغتون (التي كانت آنذاك قرية خارج لندن) لأسباب صحية.

وتوفي هناك في 20 مارس 1727. ودُفن في كنيسة وستمنستر، وهو أول عالم ينال هذا التكريم.