جهان چقدر وزن دارد؟

.در سال۱۷۶۳،دو نفر نقشه بردار به نام های میسون و دیکسون برای حل اختلاف مرزی بین دو منطقه ی مریلند و پنسیلوانیا که در ان زمان از مستعمرات انگلیس بودند استخدام شدند .خط جغرافیایی انها ،خط میسون -دیکسون،به خط تقسیم بین شمال و جنوب ایالات متحده تبدیل شد اما تلاشهای میسون و دیکسون نتیجه جذاب دیگری داشت ،و الهام بخش پاسخ این سوال بود که جهان چقدر وزن دارد ؟

سیب نیوتن

مدتها قبل از شروع کار میسون -دیکسون ،نیوتن نشان داده بود که نیروی جاذبه یک نیروی همه جایی و فراگیر است ، یعنی هم بر روی اجسام روزمره وهم بر اجرام اسمانی به یک شیوه عمل می کند .جاذبه نه تنها باعث می شود سیب از  روی درخت سقوط کند بلکه باعث می شود ماه به جای پرواز در فضا به دور زمین بچرخد.

تا قبل از نیوتن ،دانشمندان اولیه از به پاسخ این سوال که جهان چقدر وزن دارد ؟مطمئن نبودند . اصلا  این سوال پاسخی داشت؟ نیوتن نشان داد که حداقل می توان برای این سوال  به دنبال پاسخ  بود. اما در واقع چگونه؟

کانری کاوندیش ،فیزیکدان و شیمی دان بریتانیایی بود که در این زمینه کار کرد کاوندیش بسیار مشهور وخجالتی بود ،او در اوایل سی سالگی بود که میسون و دیکسون کارهای بررسی خود را انجام می دادند و او در این بین به نکته ظریفی پی برد.منطقه ای که انها در حال بررسی بودند نزدیک کوههای الگنی بود و مطابق نظریه نیوتن درباره نیروی فراگیر جاذبه ،وزن  کوهها باید بر ابزار بررسی انها تاثیر بگذارد و حتی نتایج انها را بی اثر کند اما چنین نبود و هیچ تاثیری بر کار انها نداشت . اما در این بین کاوندیش به مسئله ای پی برد او فهمید  علاوه بر کوهها زمین نیز دارای وزن است.

>>>بیشتر بدانید: عبور بی‌خطر یک سیارک از نزدیکی زمین در اولین روز سال ۱۴۰۰

وزن یا جرم؟

در اینجا لازم است کمی فکر کنیم. ما در زندگی روزمره وزن وجرم را یک چیز می دانیم . در  حالی که در فیزیک انها دو چیز کاملا جدا هستند .جرم خاصیت ذاتی همه مواد است ، و ،وزن تاثیر یک میدان گرانشی بر جسم است. اگر به ایستگاه فضایی بین المللی بروید  در مدار ،بی وزن خواهید شد و قادر به شناور شدن در اطراف می شوید ،اما جرم شما همان جرم روی زمین است .

وزن کره زمین

چالش وزن کره زمین تا مدتها ذهن کاوندیش را درگیر خود کرد . و قوانین نیوتن راه حلش را ارائه می کرد اگر او می توانست نیروی جاذبه صد تن را تعیین کند ، قادر بود ان را با نیروی جاذبه زمین مقایسه کند وبا انجام برخی از اعمال زیاضی پیچیده  به جرم زمین پی می برد.

اما مسئله این بود که نیروی جاذبه نیروی بسیار ضعیفی است . یک اهن ربا ی اسباب بازی می تواند با غلبه بز نیروی جاذبه زمین ، میخ اهنی را بلند کند  نیروی جاذبه در اجسام بسیار نا چیز است و اندازه گیری ان با دستگاه هم کار بسیار دشواری است . و مطمئنا در قرن هیجدهم ،هم هیچ دستگاهی که بتواند این کار را انجام دهد وجود نداشته است .

بنابراین، در سال ۱۷۹۷، کاوندیش تصمیم گرفت دستگاه اندازه گیری دقیق خود را به نام توازن پیچشی بسازد . که شامل دو وزنه کوچک بود که در هر انتهای یک میله افقی معلق از یک  طناب  قرار گرفته  بود و دو وزنه بزرگتر در نزدیکی ان قرار داشت  و در صورت چرخش ازادانه ،میله تحت تاثیر گرانش وزنه های بزرگتر می چرخید .

>>>بیشتر بدانید: آوار زباله های فضایی بر سر کره زمین

جهان چقدر وزن دارد ؟

پس از ماه ها اندازه گیری ،کاوندیش توانست نیرو های جاذبه ای که در تعادل پیچش او  در برابر گرانش زمین عمل می کنند را تعیین کند ،سپس توانست ه محاسبکند که زمین باید چقدر وزن داشته باشد و از نظر اندازه گیری زمین ،میانگین چگالی که بایدبا ان  وزن مطابقت داشته باشد را تعیین کند . به گفته وی زمین ۵٫۴۸برابر چگال تر و سنگین تر از حجم مساوی اب است .

دانشمندان مدرن این رقم را به میزان ۵٫۵۲ برابر چگال تر. از اب اندازه گیری کرده اند یعنی  با مقدار اندازه گیری کاوندیش کمتر از یک درصد تفاوت دارد .

اما اندازه گیری  وزن کره زمین یک قدم بسیار بزرگ بود. که کاوندیش اولین قدم و سنگین ترین قدم را برداشت . وقتی که وزن کره زمین مشخص شد، اندازه گیری  فاصله هاو محاسبه جرم. سایر اجرام اسمانی  نیز فراهم شد ، یا حتی جرم ترکیبی تمام اجرام اسمانی را توانستند تخمین بزنند .

اما در ،ده های اخیر این امر منجر به نتیجه ای شد ه که حتی ممکن است کاوندیش.  را هم متحیر کند ، وقتی کیهان شناسان از روش جاذبه برای تعیین وزن جهان استفاده  می کنند . قادرند  جرم تخمینی  هر انچه در .جهان هست را هم حساب کنند . همه کهکشان ها ستاره ها ، گاز غبار و … بنابراین ما جرم هیچ جسمی را نمی توانیم مشخص کنیم مگر با توجه به نیروی جاذبه ان  جسم .

اما مسئله ای که اکنون ذهن دانشمندان را درگیر کرده ماده تاریک است ؟ماده تاریک مرموزی که احتمالا درباره ان شنیده اید اما هنوز هیچ کس اطلاعات دقیقی از ان ندارد و. دانشمندان منتظر ساخت دستگاهی ،تا راز این ماده مرموز آشکار شود.