כל גוף ביקום הוא למעשה מסה. על פי חוק המשיכה (כבידה) של ניוטון, בין כל שתי מסות פועל כח. הכח הזה הוא למעשה כח הכבידה. מסה היא גודל סקלרי (מספר) המתאר שתי תכונות של גוף: המדד להתמדתו של הגוף, ומידת המשיכה שלו. נדון בשתיהן בנפרד ולאחר מכן נסביר כי שני גדלים אלו למעשה זהים.
מסה כמדד להתמדה: החוק השני של ניוטון, קובע שיש יחס ישר בין הכוח המופעל על גוף לבין תאוצתו. ליחס זה קוראים מסה אינרציאלית (התמדית), זהו גודל סגולי של הגוף. המסה האינרציאלית היא תכונה המתארת עד כמה הגוף מתנגד לשינוי התאוצה שלו.
מסה כמדד למשיכה: על פי חוק המשיכה (כבידה) האוניברסלי, משיכתם של גופים תלויה בגדלים האופיינים להם, הנקראים מסה כבידתית. כוח משיכה פועל בין גופים בהתאם למסה שלהם. המסה הכבידתית הינה כמו מטען חשמלי רק עבור כוח הכבידה (בניגוד למטען חשמלי לו ייתכנו שני סימנים שונים, המסה באה רק בסימן חיובי והכוח הוא תמיד משיכה).
חוק המשיכה האוניברסלי: ישנה משיכה בין כל שני גופים בעלי מסה. שני גופים ימשכו ביחס ישר למסתם, וביחס הפוך לריבוע המרחק שביניהם.
המסה הכבידתית זהה למסה האינרציאלית. לכן, בהשפעת שדה כבידה, יואצו גופים שונים בעלי מסות שונות באותה המידה. הגודל המתאר התנגדות לתאוצה על-פי החוק השני של ניוטון (מסת התמד) זהה לגודל המתאר את עוצמת כוח המשיכה הפועל על הגוף על-פי חוק הכבידה של ניוטון (מסת כבידה). זהו "עקרון השקילות החלש": שוויון בין מסת כבידה ומסת התמד (מסה גרוויטציונית ומסה אינרציאלית). כלומר, אותו גודל פיסיקלי, מסה, מתאר הן את כוח הכבידה הפועל על גוף מסוים, והן את מידת התנגדותו לשינוי מהירות.
ישנם למעשה שני עקרונות שקילות, "עקרון השקילות החלש" של גליליאו, ו"עקרון השקילות החזק" של איינשטיין, שלא נדון בו כאן, המכיל את העקרון החלש. בעזרת עקרון השקילות, איינשטיין סלל לו את הדרך לניסוח תורת היחסות הכללית לפיה מסה מעקמת את המרחב וכח הכבידה אינו אלא "כח גיאומטרי". מבלי להכנס לפרטים, על פי תורת היחסות הפרטית המסה גם תלויה במהירות: כאשר גוף נע במהירויות גבוהות, מסתו גדלה. בנוסף המסה שקולה לאנרגיה. איינשטיין אף תיקן (הרחיב) בתורת היחסות הכללית את חוק המשיכה האוניברסלי ,לפיו ניתן גם לחלקיקים חסרי מסת מנוחה (כמו, למשל, פוטונים) להימשך לגופים אחרים.
מאת: חיים ברק
המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה
מכון ויצמן למדע
הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.
