הסברים מכניים לכבידה

הסברים מכניים לכבידה (או תאוריות קינטיות של הכבידה) הם ניסיונות להסביר את פעולת הכבידה כתוצאה של תהליכים מכניים בסיסיים, כמו כוחות לחץ הנגרמים על ידי פולסים קצרים של דחיפה, מבלי לעשות שימוש כלל בפעולה מרחוק. תאוריות אלו פותחו מהמאה ה-16 עד המאה ה-19 בצמידות להתפתחות רעיון האתר. אף על פי כן, תאוריות כאלו כבר לא נחשבות יותר לאלטרנטיבות ברות קיימא לתורת הכבידה בקהילה המדעית, ותורת היחסות הכללית היא כעת המודל הסטנדרטי לתאר את הכבידה מבלי לעשות שימוש בפעולה מרחוק. תאוריות פיזיקליות מתקדמות (כבידה קוונטית) גם מנסות לתאר את הכבידה בעזרת תהליכים בסיסיים יותר כמו שדות חלקיקיים, אך תאוריות אלו אינן מבוססות כלל על תהליכים מכניים.

 תאוריית המיסוך 

תאוריית המיסוך היא קרוב לוודאי ההסבר המכני המפורסם והמוצלח ביותר לכבידה, ופותחה לראשונה על ידי ניקולאס פאטיו דה דווילר ב-1690, והומצאה מחדש על ידי שורה של מדענים, ביניהם Georges-Louis Le Sage (1748), לורד קלווין (1872), והנדריק לורנץ (1900). ביקורות על התאוריה נמתחו על ידי ג'יימס קלארק מקסוול (1875) ואנרי פואנקרה (1908).

תאוריית המיסוך מדמה את היקום למלא ברוח קוסמית חובקת כל, המורכבת מחלקיקים הנעים במהירויות גבוהות ולכל הכיוונים. לפי התאוריה, כוח הכבידה הוא תוצאה ישירה של ההפגזה התמידית של חלקיקים אלו את העצמים השונים הנמצאים בדרכם. הנחת היסוד של התאוריה היא שעוצמת השטף של החלקיקים שמגיעים מכל כיוון היא זהה, כלומר שהסיכוי שחלקיק שנבחר אקראית ינוע בכיוון מסוים זהה לכל הכיוונים. נדמיין כעת כי ביקום כולו מצוי עצם כדורי יחיד A. כיוון ש-A מופגז מכל הכיוונים בצורה אחידה, לא פועל עליו כוח כיווני נטו, אלא רק לחץ רדיאלי פנימה. כעת נניח שבמרחב המקיף את A, מצוי עצם נוסף B. כעת, בגלל נוכחותו של B, חלק מהחלקיקים שאמורים להגיע מכיוונו של B אל A כבר לא יפגעו ב-A, כיוון ש-"ייורטו" על ידי B, כך שהשפעתו של B היא על A היא כשל מסך - כלומר, מכיוונו של B, עצם A יופגז על ידי פחות חלקיקים מאשר מהכיוון ההפוך. באופן דומה, B יופגז על ידי פחות חלקיקים מכיוונו של A מאשר מהכיוון ההפוך. ניתן לומר ש-A ו-B מטילים "צל" אחד על השני, ושני הגופים יידחפו אחד לעבר השני כתוצאה של חוסר האיזון של הכוחות.


במודל זה אפוא, האפקט הכבידתי שגורם גוף אחד לאחר מוסבר כתוצאה של הצל החלקי שמטיל גוף אחד על האחר, בדומה לאפקט ההצללה של ליקוי ירח. ההגיון מראה שככל שהגופים קרובים זה לזה, אפקט המיסוך יהיה חזק יותר, שכן הם מסתירים זה לזה "טווח זוויות ראייה" רחב יותר. ניתן להראות שהכוח שמפעילים הגופים זה על זה מציית במדויק לחוק היפוך הריבוע. לשם כך נסתכל על הבעיה בהיפוך זמן, כלומר שמתוך הגופים יבקעו חלקיקים במקום ההפך. כל גוף כעת קורן קרניים רדיאליות של חלקיקים לכל הכיוונים, כמוראה באיור השני. כיוון ששטף התנע המקומי של החלקיקים החוצים משטח כדורי מסוים מסביב לעצם אינו תלוי בגודל הכדור שנבחר, ושטח פני הכדור יחסי לרדיוסו בריבוע, מקבלים אפוא שכמות המתקף ליחידת שטח שעצם (נניח כדורי) מסוים חוסם מלהגיע לנקודה אחרת הוא פרופורציונלי הפוך למרחק ממרכזו בריבוע.

פרופורציונליות למסה

כדי לענות על הצורך בפרופורציונליות למסה, מניחים אפוא שקצב הספיגה של מטר החלקיקים יחסי למסה של האובייקט, או לכמות החלקיקים הקטנים ביותר שלו. התאוריה מסבירה הנחה זו בעזרת ההיפותזה שרוב המרחב בתוך עצם חומרי הוא ריק, כך שחומר נטו ממלא רק שבריר מנפח העצם והסיכוי ששני חתכי רוחב של חלקיקים אלמנטריים יכסו "אחד את השני" הוא קלוש. בצורה זאת מקבלים שהקצב בו אובייקט כלשהו מיירט חלקיקים יחסי למסה שלו. מהתאוריה נובעת פרופורציונליות מדויקת של הכבידה למסה האינרציאלית רק בעבור שדות כבידה חלשים, והיא מנבאת שבירה של עקרון השקילות בעבור שדות כבידה חזקים. בפועל, אם מניחים קיומם של שלושה גופים A,B ו-C על קו ישר, מתרחש אפקט של "מיסוך כבידתי" (Gravitational shielding), בו הצלליות שמטילים גופים B ו-C על A חופפות במקצת, כך שהאפקט הכבידתי שמנבא המודל לא זהה לאפקט אשר היה נגרם על ידי סכימת האפקטים של B ו-C על A.

ביקורת: תאוריה זו נדחתה בעיקר מסיבות תרמודינמיות, ומשום שצל מופיע במודל הזה אם החלקיקים נבלעים לפחות באופן חלקי, מה שיוביל לחימום עצום של הגופים. גם הגרר - אפקט ההתנגדות הפועל על עצם הנע בתוך הזרמים הללו, הוא בעיה. בנוסף, גם אפקט המיסוך הכבידתי שתואר מקודם מהווה הסתייגות מהתאוריה - את האפקט הזה של מיסוך כבידתי ניסו לחפש רבות בשלהי המאה ה-19, אך כל הניסיונות כשלו. על חוסר היכולת להסביר את היכולת המסתורית של הכבידה להשפיע על גופים דרך גופים אחרים כאילו גופים מפריעים אלו לא היו קיימים (כלומר שהכבידה כאילו "מתעלמת" מקיומו של גוף נוסף באמצע), ומאידך להשפיע גם על הגוף המפריע באופן יחסי למסתו האינרציאלית, הלין Charles Boys (ב-1894), שביטא זאת באומרו "הכבידה לא מטילה צל".

אפקטים חזויים: על אף שהמודל נכשל להסביר את הכבידה, יש לאנלוגיות שלו שימושים בהקשרים שונים. למשל, אם מצויים שני עצמים כדוריים בחלל ששוררת בו קרינת רקע אחידה, ושני העצמים בולעים (לפחות באופן חלקי) את הקרינה, אז הרעיון שבבסיס המודל מנבא שיפעל ביניהם כוח זעיר המתכונתי להיפוך ריבוע המרחק ביניהם.

 הערות שוליים 

קטגוריה:כבידה
קטגוריה:פיזיקה תאורטית