كيف يشرح نيوتن حركة الكواكب؟

اعتقد القدماء أن الكواكب والأجرام السماوية الأخرى تخضع لمجموعة مختلفة من القوانين عن الأشياء المادية العادية على الأرض. بحلول القرن السابع عشر ، أدرك علماء الفلك أن الأرض نفسها كانت كوكبًا وأن - بدلاً من أن يكون المركز الثابت للكون - فهو يدور حول الشمس مثل أي مكان آخر كوكب. مسلحًا بهذا الفهم الجديد ، طور نيوتن تفسيرًا لحركة الكواكب باستخدام نفس القوانين الفيزيائية التي تنطبق على الأرض.

ولد نيوتن في لينكولنشاير بإنجلترا عام 1642. في سن ال 27 تم تعيينه أستاذا للرياضيات في جامعة كامبريدج. كان اهتمامه الخاص هو تطبيق الأساليب الرياضية على العلوم الفيزيائية. كانت حركة الكواكب من أكثر الموضوعات إثارة للجدل في ذلك الوقت ، وكرس نيوتن الكثير من جهوده لتطوير نظرية رياضية لهذا. وكانت النتيجة قانونه للجاذبية الكونية ، الذي نُشر لأول مرة عام 1687.

في زمن نيوتن ، كل ما كان معروفًا عن حركة الكواكب يمكن تلخيصه بإيجاز في ثلاثة قوانين منسوبة إلى يوهانس كيبلر. ينص القانون الأول على أن الكواكب تتحرك حول الشمس في مدارات بيضاوية. ينص القانون الثاني على أن الكوكب يكتسح مناطق متساوية في أوقات متساوية. وفقًا للقانون الثالث ، يتناسب مربع الفترة المدارية مع مكعب المسافة إلى الشمس. هذه قوانين تجريبية بحتة. يصفون ما يحدث دون شرح سبب حدوثه.

كان نيوتن مقتنعًا بأن الكواكب يجب أن تخضع لنفس القوانين الفيزيائية التي تمت ملاحظتها على الأرض. هذا يعني أنه يجب أن تكون هناك قوة غير مرئية تعمل عليهم. كان يعلم من التجربة أنه في حالة عدم وجود قوة مطبقة ، فإن الجسم المتحرك سيستمر في خط مستقيم إلى الأبد. من ناحية أخرى ، كانت الكواكب تتحرك في مدارات إهليلجية. سأل نيوتن نفسه عن نوع القوة التي تجعلهم يفعلون ذلك. بضربة عبقرية ، أدرك أن الإجابة كانت الجاذبية - القوة نفسها التي تسبب سقوط التفاحة على الأرض على الأرض.

طور نيوتن صيغة رياضية للجاذبية أوضحت حركة سقوط التفاحة وحركة الكواكب. أظهر أن قوة الجاذبية بين أي جسمين تتناسب طرديًا مع ناتج كتلتيهما وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما. عند تطبيقها على حركة كوكب حول الشمس ، أوضحت هذه النظرية جميع قوانين كبلر الثلاثة المشتقة تجريبياً.