ግስበት

ፈለኮች በምህዋራቸው ከፀሐይ አምልጠው እንዳይሄዱ የሚያስገድዳቸው የግስበት ጉልበት ነው

ግስበት ማናቸውም ግዝፈት ያላቸው ቁስ ነገሮች እርስ በርሳቸው እንዲሳሳቡ ግድ የሚላቸው የተፈጥሮ ጉልበት ነው። በዕለት ተለት ኑሯችን ግዝፈት ያላቸው ነገሮች በአየር ከመንሳፈፍ ይልቅ ከመሬት ጋር እንዲላተሙ የሚያደረጋቸው፣ በሌላ አነጋገር ለነገሮች ክብደት የሚሰጣቸው ግስበት ነው። የመሬት ግስበት ወይም በተለምዶ የመሬት ስበት መሬት ባላት ግዝፈት ምክንያት ሌላ ግዝፈት ያለውን ነገር የምትስብበት የተፈጥሮ ጉልበቷ ነው። ጨረቃ ከመሬት በራ የማትጠፋው የመሬት ግስበት አንቆ ስለያዛት ነው። ሜርኩሪን፣ ቬነስን፣ ሌሎች የተቀሩትን ፈለኮችን በፀሐይ ዙሪያ ጠፍሮ ከምህዋራቸው በረው እንዳይጠፉ የሚያደርጋቸው የፀሐይ ግስበት ነው። ከዋክብትንና ሌሎች ግዙፍ ቁሶችን በየረጨታቸው መድቦ አስተቃቅፎ የሚይዛቸው ይኽው መሰረታዊ ጉልበት ነው። ግስበት፣ ባጠቃላይ መልኩ ፣ በጥልቁ ጠፈር ውስጥ ተበትኖ የሚገኘውን ቁስ እንዲጓጉል ያደርጋል። ከዚህ አንጻር ለመሬት፣ ለተስፈንጣሪ ከዋክብት፣ ለ ፈለኮች (ፕላኔቶች) ፣ ለከዋክብት፣ ለረጨቶችና መሰል ግዙፍ አካላት ጓጉሎ መፈጠርና ቀጣይ ህልውና ይህ ጉልበት አስፈላጊና በርግጥም መሰረታዊ ነው ፤ አለበለዚያ የመጓጎልና አንድ ሁነው የመቀጠል እድል አይገጥማቸውም ነበርና። በውቅያኖሶች ለሚፈጠሩ ማዕበሎች፣ ለወንዞች መፍሰስ፣ ለአዳዲስ ከዋክብትና ፈለኮች ውስጣው ከፍተኛ ሙቀት እና ሌሎች ህልቁ መሳፍርት ክስተቶች ተጠያቂ ጉልበት ነው።

የግስበት ጥናት ታሪክ

ዘመናዊው የግስበት ጥናት የተጀመረው በ16ኛው ክፍለ ዘመን መገባደጃና 17ኛው ክፍለ ዘመን መባቻ በጋሊልዮ ጋሊሊ ነበር። ከዚህ ዘመን በፊት ይሰራበት የነገበረው አስተሳሰብ በጥንቱ የግሪክ ፈላስፋ አሪስጣጣሊስ እንደተጻፈ «ከባድ ነገሮች ከቀላል ነገሮች በፈጠነ ሁኔታ ወደ መሬት ይወድቃሉ» ነበር። ሆኖም ግን ጋሊልዮ በጥንቃቄ ልኬት በታገዘ ተሞክሮ እንዳሳየ ከባድና ቀላል ነገሮች በእኩል ፍጥነት ወደመሬት እንዲወድቁ ነበር። በከባቢ አየር በተሞላው አለማችን ብዙ ጊዜ ከባድ ነገሮች ከቀላል ነገሮች ፈጥነው ሲወድቁ እምናስተውልበት ምክንያት በአየር ግጭት እንጂ በመሬት ስበት እንዳልሆነ ጋሊልዮ መዘገበ። ለኢሳቅ ኒውተን ቀጣይ የተብራራ ርዕዮት ፈር የቀደደ ትክክለኛ አስተያየት ነበር።

የኒውተን የግስበት ርዕዮት

ለ ሒሳባዊው የኒውተን የግስበት ቀመር የኒውተን የግስበት ቀመር ላይ ይመልከቱ

በ1645፣ እስማኤል ቡላይል የተሰኘው ፈረንሳዊ ፕላኔቶችን በፀሐይ ዙሪያ አንቆ የያዛቸው የግስበት መጠን ከፀሐይ ርቅት ጋር የተገልባጭ ስኩየር ዝምድና እንዳለው ቢገምትም በውኑ አለም ውስጥ ጉልበቱ ህልው መሆኑን ክዷል። በርግጥ ኢሳቅ ኒውተን የዚህን ተመራማሪ መጻህፍት እንዳነበበ መረጃ አለ። በተለምዶው ኢሳቅ ኒውተን ይህን ህግ አገኘ ይባላል እንጂ በርግጥም ብዙ ተማሪወች (እንደ ሮበርት ሁክ፣ ክሪስቶፎር ሬን፣ ቦሌር እና መሰሎቹ )የዚህን ህግ መኖር ከኒውተን በፊት ተረድተዋል። ኒውተን ስሙ የገነነው የህጉን እርግጠኛነት በሂስብ ስላረጋገጠ ነበር። በ1687 ኢሳቅ ኒውተን ባሳተመው መጽሐፉ Principia ልክ እንደ ቡላይል የፀሐይን ግስበት ተገልባጭ ስኩየር ህግ ገምቷል። ሆኖም ግን ከቡላይል በተለየ መልኩ የጉልበቱን ተጨባጭ ህልውና በማመኑና በሂሳብ ቀመር በማረጋገጡ እስካሁን ዘመን ድረስ ስሙ ከግስበት ጥናት ጋር አብሮ ይነሳል።

ኒውተን በራሱ አንደበት ሲናገር «ለማረጋገጥ እንደቻልኩት ፕላኔቶችን በምህዋራቸው አንቆ የሚይዛቸው ጉልበት ከፀሐይ መካከለኛ ቦታ እስከ ፈለኮቹ (ፕላኔቶቹ) መካከለኛ ቦታ ድረስ ባለው ርቀት ተገልባጭ ስኩየር መጠን እየደበዘዘ ይሄዳል። እንዲሁ ጨረቃን ከመሬት ጋር አዋዶ የያዛት ጉልበት የጨረቃ መሃል ከመሬት መሃል ካለው ርቀት አንጻር እንደ ፈለኮቹና ጸሃይ ህግ ተመሳሳይ ነው »

ቁስ 1 ግዝፈቷ መጠን m₁ በሆን አጠገቧ ያለው ቁስ 2 ግዝፈቱ m₂ የሆነውን በ F₂ ጉልበት ትስባለች። ይህ ጉልበት ከሁለቱ ግዝፈቶች ብዜት ጋር ቀጥታ የሚመጣጠን ሲሆን በሁለቱ ነጥቦች መካከል ባለው ርቀት (r) ስኩየር መጠን እየደበዘዘ ይሄዳል። በሌላ አነጋገር የቁሶቹ ግዝፈት እየበዛ ሲሄድ የሚስቡበት ጉልበት እያደገ ይሄዳል፣ በቁሶቹ መካከል ያለው ርቀት ሲጨምር ስበታቸው እየደበዘዘ ይሄዳል። በነገራችን ላይ |F₁| እና |F₂| ምንጊዜም እኩል ናቸው። G ደግሞ የ ግስበት ቋሚ ቁጥር ነው ዋጋውም $G=6.67428\times 10^{-11}\ {\mbox{m}}^{3}\ {\mbox{kg}}^{-1}\ {\mbox{s}}^{-2}$ ነው።

የነፕትዩን መገኘት

ተመራምሪወች በአጉሊ መነጽራቸው የተለያዩ ፈለኮችን ከኒውተን በኋላ አጥንተዋል። ለምሳሌ የኡራኑስን አካሄድ በመንጽራቸው ቢያጠኑም ይህ ፕላኔት ከሌሎች ፕላኔቶች የተለየ እንግዳ ምህዋር ይዞ ይሾር ነበር። ምክንያቱን ለማወቅ በተደረገ ጥረት ኸርባን ለ ቬይ የተሰኘው ፈረንሳዊ የኒውተንን ህግ ተጠቅሞ ባደረገው ትንተና ለጊዜው በመነጽር ያልተስተዋለ ሌላ ፕላኔት በኡራኑስ ላይ የግስበት ተጽዕኖ እንዲያደርስበትና በኒውተን ህግ መሰረት ፕላኔቱ የት ሊኖር እንደሚችል ተነበየ። ዮሐን ጋሌ ለ ቬይ በተነበየው ስፍራ ላይ መነጽሩን በማለም ነፕቲዩን የተሰኘችውን ፈለክ ለማግኘት ቻለ። ግኝቱ እስካሁን ደረስ የኒውተን የግስበት ህግ ታላቁ ድል በመባል ይታወሳል።

የኒውተን ህግ ወሰኖች

ከኒውተን መነሳት 200 አመት በኋላ፣ በ19ኛው ክፍለ ዘመን መጨረሻ በተደረጉ ጥንቃቄ የተሞላባቸው ክትትሎች የሜርኩሪ ምህዋር በጣም ጥቃቅን መርበትበት እንደሚያሳይ ታወቀ። ይህን መርበትበት በኒውተን ህግጋት ለመግለጽ ተሞክሮ ሳይሳካ ቀረ። ይህ ችግር በንዲህ ሁኔታ ሳይፈታ ቆይቶ አልበርት አይንስታይን በ1915 አዳዲስ ሃሳቦችን በማፍለቅ ለመጀመሪያ ጊዜ የዚህን ፕላኔት የምህዋር መርበትበት በአዲሱ አጠቃላይ አንጻራዊነት ብሎ በሰየመው መጽሃፉ በአጥጋቢ ሁኔታ ጉዳዩን ሊፈታው ቻለ። በአሁኑ ዘመን በርግጥ የኒውተን ህግ በአይንስታይን የአጠቃላይ አንጻራዊነት ህግጋት ቢሻሻልም፣ አብዛኛው ዘመናዊ የግስበት ስሌት እስካሁን ድረስ የሚሰራው የኒውተንን ርዕዮት በመጠቀም ነው። ምክንይቱም የኒውተን ህግ

• ቀላል ስለሆነ
• ከሞላ ጎደል ትክክል መልስ ስለሚያስገኝ
• በተለይ አንስተኛ ግዝፈት ላላቸው፣ አንስተኛ ፍጥነት ላላቸውና አንስተኛ አቅም ላላቸው ነገሮች ከአንስታይን ርዕዮት ጋር ብዙ የማይለያይ መልስ ስለሚያስገኝ።

ለምሳሌ ከመሬት ወደ ጨረቃ ተስፈንጥረው የተላኩት መንኮራኩሮች ምህዋር የተሰላው በኒውተን ህጎች ነበር።

የአንስታይን የግስበት ጥናት

በ19ኛው ክፍለዘመን በተደረገ ጥናት የኒውተን የግስበት ርዕዮት በቂ እንዳይደለ ሳይንቲስቶች ተገነዘቡ። በተለይ በሜርኩሪ ምህዋር ላይ የሚደርሰው ጥቃቅን መርበትበት በኒውተን ህግ በጭራሽ ሊተነተን እንደማይችል ታወቅ። በዚህ ሁኔታ ላይ እያለ አልበርት አንስታይን በ1916 የአጠቃላይ አንጻራዊነት ርዕዮተ አለሙን በመጽሃፍ አቀረበ። ለዚህ ጥናታዊ መጽሃፍ መንደርደሪያ ግን ቀደምት የተነሱ ጠቃሚ ጽንሰ ሃሳቦች ነበሩ፡ ከነዚህም ውስጥ የዕኩልነት መሪ ሃሳብ ተብሎ የሚታወቀው ይገኛል።

የዕኩልነት መሪ ሃሳብ

የዕኩለነት መሪ ሃሳብ እንደሚያስቀምጠው አየር በሌለበት በጠፈር ውስጥ ሁሉም ነገር እኩል ይወድቃል። ይህን መሪ ሃሳብ ለመፈተን ሁለት የተለያየ ክብደት ያላቸው ኳሶችን አየር በሌለበት ቱቦ ውስጥ ወደ መሬት በመጣል መፈተን ይቻላል። በዚህ ሁኔታ በተደረጉ ሙከራወች በርግጥም ማናቸውንም አይነት ክብደት ያላቸው ኳሶች እኩል መሬትን እንደሚነኩና ፍጥነታቸውም እኩል እንደሆነ ተደርሶበታል። ከዚህ በተሻለ መልኩ ይህን መሪ ሃሳብ በቶሪሶን ፔንዱለም ተመራማሪወች ተጠቅመው እንደሚሰራ አረጋግጠዋል። በላይ በጥልቁ ጠፈር በሚመላለሱት ሳተላይቶችም የበለጠ ለመፈተን እቅድ አለ። .

የዕኩለነት መሪ ሃሳብ ቀመር

• የዕኩለነት መሪ ሃሳብ በጥንቃቄ በተሞላበት ትርጉሙ ሲጻፍ፡ «በግስበት ሜዳ ውስጥ ያለ አንድ ነጥብ ግዝፈት ጉዞ የሚወሰነው መጀመሪያ በነበረው አቀማመጥና ፍጥነት እንጂ በተሰራበት ግዝፈት አይደለም»'
• የአንስታይን ዕኩልነት መሪ ሃሳብ እንዲህ ይላል፡ « በአንድ እንደልቡ በሚወድቅ ላብራቶር ውስጥ የሚካሄድ ግስበታዊ ያልሆነ ማናቸውም ተሞክሮ ከላብራቶሩ በመውደቂያው ፍጥነትና መቼታዊ አቀማመጥ አይቀየረም'
• ጠንካራው የዕኩለነት መሪ ሃሳብ ከላይ የተጠቀሱትን ሁለቱንም መሪ ሃሳቦች ይጠቀልላል።

ይህ መሪ ሃሳብ ለግስበት ቋሚ ቁጥር፣ ለየግስበት ጂዎሜትሪያዊ ተፈጥሮ፣ ምናልባትም ለ5ኛ የጉልበት አይነት መገኘት (በአሁኑ ዘመን 4 መሰረታዊ ጉልበቶች ብቻ እንዳሉ ይታመናል) እና ለአጠቃላይ አንጻራዊነት ጥናት ይጠቅማል።

አጠቃላይ አንጻራዊነት

በአጠቃላይ አንጻራዊነት፣ ግስበት ጉልበት ሳይሆን ግዝፈት ባለበት ቦታ ሁሉ የጊዜና ኅዋ ጥምር ውጤት የሆነው ይችን አለም የሚያቅፋት መቼት መንጋደድ ነው።