מה ההבדל בין הכבידה שתיאר ניוטון לכבידה ביחסות הכללית של איינשטיין?

האגדה מספרת שניוטון הגה את תיאורית הכבידה שלו כשתפוח נפל מעץ ופגע בראשו. הסיפור הזה הומצא כנראה כדי להסביר את השינוי הגדול באופן המחשבה של ניוטון על העולם. הוא היה זקוק למכה בראש כדי להבין את מה שמובן מאליו לפיזיקאים בימינו  - שגופים יכולים להפעיל כוחות אלה על אלה.

בכבידה הניוטונית, הכוח הפועל הוא כוח הכבידה, המופעל על ידי גופים בעלי מסה ופועל על גופים בעלי מסה. גופים בעלי מסה גדולה, כמו כדור הארץ, מושכים אליהם גופים בעלי מסה קטנה יותר, כמו הירח. תורת הכבידה של ניוטון הסבירה מדוע הירח ממשיך להסתובב סביב כדור הארץ, ומדוע עצמים שלא פועלים עליהם כוחות אחרים נופלים אל הקרקע. כוח המשיכה הניוטוני תלוי במסה של הגופים שביניהם פועל הכוח, והוא מסביר היטב את נפילתם של עצמים, את מסלולם של טילים ותופעות אחרות.

מה יקרה אם לפתע תיעלם המסה הגדולה? אם פתאום תעלם השמש שלנו, יעלם הכוח המושך, ומיד נרגיש בשינוי התנועה של כדור הארץ, המיידיות הזו לא הגיונית, בהתחשב בעובדה שאם השמש תיעלם נחוש בכך רק כעבור כשמונה דקות, כשהאור שלה יפסיק להגיע אלינו.

בתורת הכבידה של איינשטיין, גופים בעלי מסה אינם מפעילים כוח, אלא מעקמים את המרחב. האנלוגיה המקובלת היא טרמפולינה שעליה מונחים כדורי באולינג: ככל שכדור כבד יותר, הוא יוצר שקע גדול יותר בטרמפולינה, ולכן מושך אליו כדורים קלים יותר. גם הכדור הקל משפיע על הטרמפולינה, אבל במידה פחותה מזו של כדור כבד.

תורת הכבידה של איינשטיין מספקת פתרון הגיוני יותר להיעלמות פתאומית של מסה: אם כדור הבאולינג יעלם פתאום, לטרמפולינה יקח זמן לחזור לצורתה המקורית. למעשה, יתרחשו תנודות שייצרו אדוות לאורכה ולרוחבה של הטרמפולינה. אלה הם גלי הכבידה שמעבירים את המידע על היעלמות והיווצרות של מסה או שינוי בפיזור המסה ביקום.

תורת הכבידה של איינשטיין מסבירה תופעה נוספת שלא מוסברת בתורת הכבידה הניוטונית, והיא התופעה של עידוש כבידתי (gravitational lensing): העובדה שגם פוטונים – חלקיקי אור חסרי מסה – מושפעים  מכבידה. התופעה נקראת עידוש מכיוון שגופים בעלי מסה גדולה מעקמים את האור, כאילו הוא עובר דרך  עדשות המשנות את מסלולו. לכאורה, לפי ניוטון, מכיוון שלפוטונים אין מסה עצמים כבדים לא אמורים להשפיע עליהם. לעומת זאת, אם חושבים על כבידה כעל עיוות של המרחב כפי שעשה איינשטיין, אפשר להבין שגם פוטונים ישנו את מסלולם בהשפעת גופים כבדים.

לסיכום, בתורת הכבידה הניוטונית עצמים בעלי מסה מפעילים כוח זה על זה. בתורת הכבידה של איינשטיין, עצמים בעלי מסה מעקמים את המרחב (ליתר דיוק, את המרחב-זמן, שכן בתורת הכבידה של איינשטיין זמן ומרחב מעורבבים זה בזה), ועיקום זה נראה לנו ככוח משיכה שיש לעצמים בעלי מסה.

4 תגובות

  • ISY

    שינוי בכח הכבידה

    למדנו שכח הכבידה הוא לא משתנה [constant]
    האם יש אפשרות שבעבר הייה לו מימד אחר?
    זה הייה מסביר את המימדים של החי בפרהיסטוריה
    ו\או איך הניעו אבנים שמשקלם היום 600 טון שלדיברי מהנדסים חברת חשמל אין מיכון היום שמאפשר להוביל דבר כזה וק"ו להרים אןתו בכ 15 מטר
    וגם יסביר את המידות של המשכן
    האם יש מודל כלשהו שיאפשר שינוי דרסתי בכח הכבידה
    תודה

  • מנטה

    וואוו - באמת בפעם הראשונה הצלחתי להבין את זה.

    תמיד כל כך מסבכים את העניין הזה,
    והצלחת כל כך לפשט אותוף והסביר אותו באופן ברור ופשוט. תודה רבה! :)

  • שנהב

    לא כל כך הבנתי איך גלים

    לא כל כך הבנתי איך גלים אלקטרומגנטים מושפעים מהכבידה. תוכלי להרחיב קצת בנושא?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאלה לכמן

    הגלים נעים על המרחב העקום, ולכן מסלולם הוא לא כפי שהיינו מצפים

    גלים אלקטרומגנטיים מושפעים מכבידה מכיוון שכבידה (לפי תורת איינשטיין) מעקמת את המרחב. עיקום המרחב גורם לשינוי המסלול אותו עוברים הגלים, באותו האופן שבו אם נגלגל כדור בקו ישר לתוך משפך (כמו בדוגמת הטרמפולינה), מסלולו של הכדור יתעקל.
    עיקום המרחב גורם לכך ש"מסלולים ישרים" במרחב העקום נראים לנו "עקומים" במרחב שאותו אנו תופסים כישר. השפעה זו של עצם כבד על המרחב גורמת לכך שגלים אלקטרומגנטיים אינם נעים כפי שהיינו מצפים אילולא היה שם העצם. אנו מפרשים השפעה זו ככבידה.