مغناطيسية الجاذبية

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث
تاثير انحناء الزمكان على جيروسكوب في مدار حول الأرض. تجربة مسبار الجاذبية.

مغناطيسية الجاذبية في الفيزياء (بالإنجليزية : Gravitomagnetism) هي معادلات تماثل معادلات ماكسويل ومستنبطة منن النظرية النسبية العامة لأينشتاين تحت شروط معينة. وهي تنطبق على مشاهدة من بعيد لمصادر معزولة ، وتنطبق فقط على جسيمات بطيئة. نشرت تلك المعادلات أول مرة 1893 قبل صياغة النظرية النسبية العامة قام بصياغتها الفيزيائي أولفر هيفيسايد كنظرية مستقلة مكملة لقوانين نيوتن.

[1]

مقدمــة[عدل]

يتصور هذا التقريب الجاذبية كما تصفها النظرية النسبية العامة كقوة تخيلية تظهر في إطار مرجعي مختلف عن الاطار المرجعي لجسم يتحرك ذو جاذبية. وبالتماثل مع الكهرومغناطيسية تسمى تلك القوة التخيلية قوة مغناطيسية الجاذبية حيث أنها تنشأ مثلما في حالة شحنة كهربائية متحركة فهي تنشئ مجالا مغناطيسيا. ويترتب على تلك القوة المغناطيسية الجاذبية أن جسما ساقطا حرا عل جرم كبير الكتلة يدور حول محوره أن يدور الجسم الساقط أيضا بالتأثير.

وقد استنبطت اثباتات غير مباشرة لهذا التأثير عن تحليل للنفاثات ذات سرعة الضوء المشاهدة في بعض الظواهر الفلكية مثل مجرة نشطة ووثقوب سوداء. وقد اقترح العالم الفيزيائي البريطاني روجر بنروز وسيلة تسمى تباطؤ الإطار المرجعي لاستخراج طاقة وزخم حركة من ثقب أسود يدور حول محوره. [2] ثم طورت الفيزيائية ريفا وليامز - الباحثة في جامعة فلوريدا - إثباتا لطريقة بنروز. [3] وفسرت كيف يؤدي تأثير لينز-ثيرينج إلى إنتاج تلك الطاقة والضياء الفائقين المشاهدة في النجوم الزائفة وفي حوصلة مجرةمجرة نشطة ، وتلك النفاثات الضيقة التي تنطلق من قطبيها. [4] وقد أمكن تفسير جميع تلك الظواهر بواسطة تأثيرات مغناطيسية الجاذبية. [5] ويمكن تطبيق طريقة وليامز على عمليات بنروز بالنسبة لجميع أنواع الثقوب السوداء على احتلاف كتلتها. [6]

وتقوم مجموعة من الباحثين من جامعة ستانفورد بتحليل البيانات التي قام بقياسها مسبار الجاذبية Gravity Probe B للتأكد من صحة تنبؤات المغناطيسية الجاذبية. كما يزمع مرصد أباشي لقياس بُعد القمر بالليزر دراسة تأثيرات المغناطيسية الجاذبية.

المعادلات[عدل]

طبقا للنظرية النسبية العامة يمكن وصف مجال الجاذبية الناتج عن دوران جسم بواسطة معادلات مشابهة لتلك المستخدمة في معادلات ماكسويل للمجال المغناطيسي في الكهرومغناطيسية. بالابتداء من المعادلة الأساسية للنسبية العامة - معادلة المجال لأينشتاين - وبافتراض مجال جاذبية ضعيف أو زمكان مستوى يمكن استنتاج معادلات الجاذبية المماثلة لمعادلات ماكسويل للكهرومغناطيسية. تسمى تلك المعادلات "معادلات مغناطيسية الجاذبية" GEM equations ونقارنها هنا بمعادلات ماكسويل بوحدات SI : [7][8] [9][10][11]

معادلات مغناطيسية الجاذبية معادلات ماكسويل
 \nabla \cdot \mathbf{E}_\text{g} = -4 \pi G \rho_\text{g} \  \nabla \cdot \mathbf{E} =  \frac{\rho}{\epsilon_0}
 \nabla \cdot \mathbf{B}_\text{g} = 0 \  \nabla \cdot \mathbf{B} = 0 \
 \nabla \times \mathbf{E}_\text{g} = -\frac{\partial \mathbf{B}_\text{g} } {\partial t} \  \nabla \times \mathbf{E} = -\frac{\partial \mathbf{B} } {\partial t} \
 \nabla \times \mathbf{B}_\text{g} = -\frac{4 \pi G}{c^2} \mathbf{J}_\text{g} + \frac{1}{c^2} \frac{\partial \mathbf{E}_\text{g}} {\partial t}  \nabla \times \mathbf{B} = \frac{1}{\epsilon_0 c^2} \mathbf{J} + \frac{1}{c^2} \frac{\partial \mathbf{E}} {\partial t}

حيث:

  • Eg مجال جاذبية ثابت ، يمكن أن يسمى كهربائية الجاذبية gravitoelectric لتسهيل المقارنة

حيث vρ سرعة سريان الكتلة المنتجة لمجال مغناطيسية الجاذبية

مجال مغناطيسية الجاذبية لجرم فلكي[عدل]

يمكن استنباط معادلة مجال مغناطيسية الجاذبية Bg باقرب من جرم سماوي يجور ومحوره بتطبيق معادلات مغناطيسية الجاذبية ، وهي : [8]

\mathbf{B}_\text{g} = \frac{G }{2 c^2} \frac{\mathbf{L} - 3(\mathbf{L} \cdot \mathbf{r}/r) \mathbf{r}/r}{r^3},

حيث :

وعلى مستوي الخط الاستوائي للدوران تكون r وL متعامدتين , وبذلك يختفي حاصل ضربهما ببعض dot product.

وتختصر المعادلة بالشكل:

\mathbf{B}_\text{g} = \frac{G }{2 c^2} \frac{\mathbf{L}}{r^3},

وهذه القيمة لعزم الدوران هي لجسم كروي متساوي الكثافة.

 L=I_\text{ball} \omega= \frac{2 m r^2}{5} \frac{2 \pi}{T}

حيث:

معداة مجال مغناطيسية الجاذبية للأرض[عدل]

بناءا على ما ذكرناه أعلاه يمكننا حساب مجال مغناطيسية الجاذبية للأرض عند خط الإستواء:

B_\text{g, Earth} = \frac{G }{5 c^2} \frac{m}{r} \frac{2 \pi}{T} = \frac{2 \pi r g}{5c^2 T},

حيث  g = G \frac{m}{r^2} جاذبية الأرض.

ينطبق اتجاه قوة امغناطيسية الجاذبية للأرض على اتجاه عزم دورانها أي نحو الشمال.

ينتج عن ذلك أن مجال مغناطيسية الجاذبية لكوكب الأرض عند خط الاستواء يبلغ Bg, Earth = 1.012×10−14 هرتز,[12]

أو

3.1×10−7 بوحدات عجلة الجاذبية (9.81 m/s2) مقسومة على سرعة الضوء.

هذه قيمة صغيرة جدا ويتطلت قياسها أجهزة حساسة جدا. وقد جهزت تجربة دقيقة جدا على متن قمر صناعي يدور حول الأرض (مسبار الجاذبية) أطلقته ناسا عام 2004 لقياسة.

المراجع[عدل]

  1. ^ O. Heaviside (1893). "A gravitational and electromagnetic analogy". The Electrician 31: 81–82. 
  2. ^ R. Penrose (1969). "Gravitational collapse: The role of general relativity". Rivista de Nuovo Cimento, Numero Speciale 1: 252–276. 
  3. ^ R.K. Williams (1995). "Extracting x rays, Ύ rays, and relativistic ee+ pairs from supermassive Kerr black holes using the Penrose mechanism". Physical Review 51 (10): 5387–5427. 
  4. ^ R.K. Williams (2004). "Collimated escaping vortical polar ee+ jets intrinsically produced by rotating black holes and Penrose processes". The Astrophysical Journal 611: 952–963. arXiv:astro-ph/0404135. Bibcode:2004ApJ...611..952W. doi:10.1086/422304. 
  5. ^ R.K. Williams(2005). "Gravitomagnetic field and Penrose scattering processes".Annals of the New York Academy of Sciences1045: 232–245. 
  6. ^ R.K. Williams(2001). "Collimated energy-momentum extraction from rotating black holes in quasars and microquasars using the Penrose mechanism".AIP Conference Proceedings586: 448–453. أرشيف خي:astro-ph/0111161}}. 
  7. ^ R.P. Lano (1996). "Gravitational Meissner Effect". arXiv:hep-th/9603077 [hep-th].
  8. ^ أ ب Fedosin S.G. (1999). Fizika i filosofiia podobiia ot preonov do metagalaktik. Perm. صفحة 544. ISBN 5813100121. 
  9. ^ M. Agop, C. Gh. Buzea, B. Ciobanu (1999). "On Gravitational Shielding in Electromagnetic Fields". arXiv:physics/9911011 [physics.gen-ph].
  10. ^ B. Mashhoon, F. Gronwald, H.I.M. Lichtenegger (1999). "Gravitomagnetism and the Clock Effect". arXiv:gr-qc/9912027 [gr-qc].
  11. ^ S.J. Clark, R.W. Tucker (2000). "Gauge symmetry and gravito-electromagnetism". Classical and Quantum Gravity 17: 4125–4157. arXiv:gr-qc/0003115. Bibcode:2000CQGra..17.4125C. doi:10.1088/0264-9381/17/19/311. 
  12. ^ http://www.google.com/search?q=2*pi*radius+of+Earth*earth+gravity%2F(5*c^2*day)

انظر أيضا[عدل]