גלגולו של המושג כבידה (גרביטציה)

החוויות שאנו חווים בעת נפילה של חפצים, ויותר גרוע, בעת שאנו נופלים מקורן במושג אשר נקרא כבידה או בלועזית גרביטציה.

ביוון הקלאסית ההסבר לנטייה של גופים ליפול היה (כך בין היתר אריסטו טען) בנטייה של גופים ליפול על האדמה כי זה טבעם. אריסטו גם טען כי מהירות הנפילה של גוף תלוי במשקל גופו (היום היינו משתמשים במונח מסה). אליבא דאריסטו אם אנו נטיל נוצה, אבן ומשקולת הרי שהמשקולת תגיע לאדמה ראשונה ואילו הנוצה תגיע אחרונה. מה שעשה גלילאו גליליי אבי המדע המודרני שהוא העמיד את הטענה הזו במסגרת ניסוי. בתקופת יוון הקלאסית לא העמידו תאוריות בניסוי, ואילו גלילאו היה חלוץ ההעמדה בניסוי של תאוריות. מה שגלילאו רצה להוכיח היה בעת הפלת החפצים (ממגדל פיזה, עיר מולדתו כך מספרים שנקרא מגדל הפעמונים העקום) מסקנת ניסויו הייתה כי שלושת הגופים יגיעו יחד לאדמה, וזאת בלי לקחת בחשבון את החיכוך שלהם עם האוויר.

כשלוש מאות שנה לאחר מכן, אסטרונאוט שהיה על הירח אישש עובדה זו כאשר הטיל פטיש ונוצה בו זמנית על קרקע הירח. ואכן הפטיש והנוצה בהיעדר אוויר על הירח הגיעו יחדיו וזאת לעיניי מליוני צופי טלוויזיה שחזו בניסוי בשידור חי.

מי שירש את מקומו של גלילאו במובן של המורשת המדעית היה ניוטון. ניוטון היה מספר על תפוח אשר נפל עליו כאשר ישב תחת עץ תפוחים, מקרה אשר הביא אותו להמציא את המושג גרביטציה. כנראה שמיליוני תפוחים נפלו על מיליוני אנשים לפני ניוטון, אך אף אחד לא שאל את עצמו מדוע התפוח נופל על ראשי ולא עף בקו ישר כלפי השמיים? מסקנתו המיידית של ניוטון הייתה שקיים כוח אוניברסלי אשר גורם לגופים להימשך אלו לאלו. ולא רק זאת, אותה כבידה גם גורמת לגרמי השמיים להימשך אלו לאלו וכך להחזיק אותם במסילותיהם.

ניוטון גם נדרש לסוגיה מדוע אין הגופים נצמדים אם כך אלו לאלו אלא נעים במסילה. הנחתו הייתה כי לכל גוף יש את הנטייה להמשיך בכיוון ובמהירות אותה הוא קיבל בשלב מסוים, עד שיהיה כוח שימנע ממנו את התנועה כמו כוח החיכוך או יגרום לו לשנות את כיוון תנועתו. תנועת גוף כמו כדור הארץ כלפי השמש, או הירח ביחס לכדור הארץ היא "פשרה" בין שתי הנטיות: הכבידה להיצמד לגוף והנטייה להמשיך בתנועה שהיא האנרציה (התמדה).

מה שקורה בפועל הוא שאין זה נכון ומדויק לומר כי גוף מסוים בחלל מקיף גוף אחר. המדויק הוא שהגופים מסובבים נקודה משותפת, אלא שהנקודה נמצאת במרחק שהוא פרופורציונלי למסות של הגופים. לכן הנקודה המשותפת של כשור הארץ והירח נמצאת הרבה יותר קרובה לכדור הארץ בגלל מסתו שהיא בערך פי שבעה ממסת הירח.

ניוטון קבע גם כי עוצמת הכבידה של גוף במשיכת גוף אחר הינה פרופורציונלית למסה שלו, כלומר לכמות החומר שלו. יש להבדיל בין המושגים מסה ומשקל, כשמסה זה נתון קבוע, כמות החומר של גוף ואילו משקל זה נתון משתנה, יחס בין מסות.

כשאנו שוקלים את עצמנו על כוכב לכת מסוים אנו למעשה מודדים את מסתו, שכן משקלנו משתנה מכוכב לכת אחד לאחר. ככל שהגופים קרובים יותר אלו לאלו כך כוח המשיכה יגבר, וככל שהם רחוקים יותר אלו מאלו כוח המשיכה יקטן. במילים אחרות, כבידה היא שילוב של קרבה בין גופים שהוא פרופורציונלי למסתם וקטנה ככל שהם מרוחקים זה מזה.

עד כאן הסברו של ניוטון לגבי אותו כוח גרביטציוני שבגינו גופים נמשכים אלו לאלו, וכוח שהוא סמוי הפועל ממרחקים עצומים בין גופים בחלל.

כשלוש מאות שנה לאחר ניוטון הגיע אלברט איינשטיין וטען כי מה שגלום בכוח הכבידה של ניוטון הוא תוצאה של התעקמות מרחב סביב גוף על מסה.

איינשטיין טען כי הכבידה הינה תוצאה של עיקום מרחב – זמן, והגופים המסיבים מעקמים את המרחב סביבם ומסלול תנועה של גופים הוא מעין קו ישר שנטווה על פני המרחב העקום שיוצרים הגופים. גם חלקיקים כמו פוטונים של אור מושפעים מאותו מרחב – זמן עקום.

מפורסם הוא הניסוי משנת 1919 אשר בו העמיד הפיזיקאי אדינגטון תזה זו של איינשטיין. אדינגטון תיווך כי בניסוי שנערך בעת ליקוי חמה מלא בשנה זו אכן קרן אור שחלפה ליד השמש התעקמה, באותה זווית שאיינשטיין צפה מראש.

הסברו של איינשטיין לגבי הכבידה רווח עד ימינו אך סביר להניח כפי שקורה במדע שיום יבוא ויגיע מדען שייתן הסבר שונה לתופעת הגרביטציה וטיעונו יתקבל.

בחיי היומיום נוהגים למדוד תופעות גרביטציוניות לפי ניוטון, כי זה הרבה יותר נוח מבחינת חישובים מתמטיים. בתנאים חריגים כמו בעת מהירויות עצומות הולכים לפי איינשטיין, אשר אגב לא טען כי תיקן את התאוריה של ניוטון אלא פשוט יותר דייק בטיעוניו. ניתן בכלל לומר כי תורת ניוטון הינה מקרה פרטי של תורתו של איינשטיין.