اگر نیروی جاذبه ناگهان دو برابر شود چه اتفاقی می‌افتد؟

پاسخ اختصاصی به کانوت:

کارشناس ارشد هوافضا؛ دانشجوی دکتری علوم فضایی در سیاره‌شناسی، دانشگاه کلرادو- بولدر

پاسخ این پرسش بستگی به معادله‌ی نیروی جاذبه دارد و اینکه بخواهیم کدام بخش از این معادله را تغییر دهیم.

1

جرم زمین یا ثابت جهانی گرانش؟

معادله‌ی نیروی جاذبه به جرم و ثابت گرانش وابسته است. اگر فرض را بر این بگذاریم که پرسش درباره‌ی سیاره‌ی زمین است پس می‌توانیم فرض کنیم جرم زمین را دو برابر کرده‌ایم که به واسطه‌ی آن جاذبه‌ی زمین هم دو برابر می‌شود. ولی اگر پرسش درمورد کل عالم باشد آن وقت است که می‌بایست ثابت جهانی گرانش را دو برابر فرض ‌کنیم که این مساله‌ای دیگر است. فرض را بر این می‌گذاریم که پرسش درباره‌ی سیاره‌ی زمین است. اگر این اتفاق بیافتد چه رخ می‌دهد؟

تأثیر بر انسان‌ها2

بهتر است از بدن خودمان شروع کنیم. بدن ما برای شتاب گرانش ۱۰ متر بر مجذور ثانیه تکامل یافته است. پس ساختار و خصوصیات استخوان‌ها و اعضای دیگر بدن‌مان هم متناسب با این شتاب و نیرویی است که به دلیل وزن بدن ما بر آن‌ها وارد می‌شود. حال اگر این نیروی دو برابر شود این احتمال وجود دارد که استخوان‌هایمان خُرد شود. همین‌طور این تقییر می‌تواند بر قلب انسان نیز تاثیر بگذارد. نیرویی که برای گردش خون از پا و انتقال آن به تمام بدن صرف می‌شود متناسب با این شتاب است. اگر این نیرو دو برابر شود قلب به احتمال زیاد نمی‌تواند جوابگوی این فشار باشد و احتمالاً مرگ افراد را در پی خواهد داشت.

3سایر جانداران

این مسایل را می‌توانیم به بقیه جانداران هم تعمیم دهیم. شاید درباره‌ی گیاهان تحمل این مقدار گرانش اندکی راحت‌تر باشد ولی قطعاً برای پرندگان و ماهی‌ها مشکل‌ساز می‌شود. شاید ماهی‌ها غرق شوند و پرندگان اصلاً نتواند پرواز کنند. چون پرنده‌ها موجودات بسیار کارمد و متناسبی هستند و دقیقاً همان اندازه که نیرو برای پرواز کردن نیاز دارند به همان نسبت هم تکامل یافته‌اند و نه به اندازه‌ی دو برابر وزن خودشان. اگر بخواهیم این تناسب رخ دهد وسعت سطح بالشان، اندازه‌ی ماهیچه‌هایشان و به طور کلی ساختار کاراندام‌شناختی آن‌ها تغییر می‌کند و در مجموع برای پرواز باید به موجود دیگری تبدیل شوند.

تأثیر بر سیاره‌ی زمین

در مورد سیاره‌ی زمین هم همین گونه است و قطعاً تغییرات زمین‌شناختی متفاوتی را شاهد خواهیم بود مثلاً آتشفشان‌ها دیگر نمی‎‌توانند مثل گذشته فعالیت کنند. به‌طور مثال گرانش روی مریخ یک سوم گرانش روی زمین است و مرتفع‌ترین کوه در مریخ ارتفاعی معادل ۲۲ کیلومتر دارد. در مورد سیاره‌ی زهره که گرانش آن هشت دهم گرانش زمین است کوهی با ارتفاع ۱۱ کیلومتر رکورددار آن سیاره است. در مورد زمین که گرانش آن یک g است بلندترین کوه حدود نه کیلومتر ارتفاع دارد. این بدان معناست که هر اندازه گرانش بیشتر شود مواد مذابی که از این داخل سیارات خاکی بیرون می‌آیند ساختارهایی با ارتفاعی نسبتاً کمتر را شکل می‌دهند. بنابراین از همان لحظه که گرانش دو برابر شود ارتفاع کوه‌های جدیدتر احتمالاً هیچگاه نمی‌تواند به بلندی کوه اورست باشد.4
این مساله تنها در مورد مواد مذاب و سطح زمین صادق نبوده و در مورد هر ماده‌ی سیال دیگر نیز این فشردگی حاصله از گرانش بیشتر اتفاق می‌افتد: مثلاً در مورد جّو زمین. زمانی که گرانش دوبرابر شود جّو زمین دو برابر به سمت سطح زمین فشرده‌تر می‌شود یعنی ما فشار بیشتری را در سطح زمین حس می‌کنیم و تنفس موجوداتی که نیاز به هوا دارند سخت‌تر ‌می‌شود. البته از طرفی شاید این مساله برای پرندگان خوب باشد چرا که آن‌ها با چگالی بیشتر راحت‌تر می‌توانند پرواز کنند. بخشی به دلیل نیروی ارشمیدس بیشتری که برایشان ایجاد می‌شود و بخشی دیگر به دلیل نیروی برآی بیشتری که به وجود می‌آیند بیشتر کمک‌شان کند تا راحت‌تر پرواز کنند.

فناوری‌ها ناکارآمد می‌شوند؟5

از نظر فناوری ماشین‌ها نیاز بیشتری به انرژی دارند تا بتوانند حرکت کنند چون درواقع نیروی گرانشِ بیشتر، نیروی اصطکاک بیشتر هم ایجاد می‌کند و در واقع مصرف انرژی بیشتری نیاز است. خصوصاً اگر جاده‌ها شیب‌دار باشند و برای بالارفتن بخواهیم از آن‌ها استفاده کنیم. در مورد هواپیما هم همین‌طور است و احتمالاً نیاز به بال‌های بزرگ‌تر و موتورهای قوی‌تری داریم تا هواپیماها بتوانند نیروی برآی بیشتری برای برخواستن و پرواز ایجاد کنند. قطعاً دو برابر کردن گرانش بر پارامترهای بی‌شمار دیگری نیز که در استفاده از فناوری‌ها وجود دارند تاثیر می‌گذارد.

همسایگان زمین6

بیایید تاثیر افزایش گرانش را در بیرون زمین و بر همسایگانش بسنجیدم. مثال بارز آن ماه است. ماه با سرعتی که در مدارش به دور زمین می‌گردد درواقع نیروی گرانش را با نیروی غیرواقعی گریز از مرکز که دارد خنثی می‌کند که در مدارش قرار دارد. حال اگر نیروی گرانش دوبرابر شود ماه می‌بایست یا سرعتش و یا فاصله‌اش را نسبت به زمین تغییر دهد ولی اگر در جای کنونی‌اش باشد و گرانش دو برابر شود ماه به زمین برخورد خواهد کرد. همین‌طور اگر این اتفاق رخ دهد، نرخ برخورد دنباله‌دارها و سیارک‌ها هم بیشتر می‌شود. بر فرض اگر در لحظه‌ی نخستِ دو برابر شدنِ گرانش، استخوان‌هایمان خُرد نشود، تنفس‌مان قطع نشود و یا قلب‌مان نایستاد، آنگاه افزایش نرخ احتمال برخورد دنباله‌دارها و سیارک‌ها به سطح زمین در دراز مدت منجر به انقراض ما خواهد شد! اتفاقی که میلیون‌ها سال پیش برای دایناسورها اتفاق افتاد. همچنین افزایش گرانش زمین می‌تواند مدار سیارات اطراف زمین را تغییر دهد و شاید باعث شود زمین و یا همسایگانش به مرور از مدارشان خارج شوند.

7اثرات مشابه: بازگشت فضانوردان و کاهش بوجه‌ی ناسا!

شاید بتوانیم این تغییر گرانش زمین را از برخی لحاظ به لحظه‌ی ورود فضانواردان از فضا به زمین تعبیر کنیم. شاید حس نخستی که به فضانواردانی که از ایستگاه فضایی بین‌المللی به زمین برمی‌گردند دست می‌دهد مشابه با لحظه‌ی نخستِ دو برابر کردن گرانش باشد.
در مثالی دیگر حتی معلوم نیست بتوانیم با شرایط جدید به فضا سفر کنیم، چون تکنولوژی کنونی بشر در حدی است که به ما این امکان را می‌دهد که بتوانیم بر نیروی گریز از مرکز زمین غلبه کنیم و اگر گرانش بیشتر شود باید نیروی بیشتری برای فرار از گرانش زمین تامین کنیم و این یعنی صرف هزینه‌های بیشتر و در برخی موارد احتمالاً تولید فناوری‌های جدید برای خارج شدن از گرانش جدید زمین. این مساله سازمان‌های فضایی را دچار مشکل می‌کند. به تازگی ناسا بودجه‌های اکتشافات سیاره‌شناسی را تا دوبرابر کاهش داده است. شاید بتوان تاثیر این کاهش بودجه را نیز شبیه به مساله خودمان بدانیم که باعث می‌شود توان کمتری برای کنکاش محیط پیرامون سیاره‌‎ی زمین داشته باشیم!
اگر موارد دیگری به ذهنتان آمده آن‌ها را در بخش نظرات با ما درمیان بگذارید.
اثرات احتمالی توقف چرخش وضعی زمین را می‌توانید در اینجا و اثرات احتمالی معکوس کردن چرخش وضعی و مداری زمین را می‌توانید در اینجا بخوانید.

  • پاسخ مثل همیشه عالی بود. اما نمی‌دانم چرا این سایت اینقدر خلوت شده. خود من هم مدتی بود سر نزده بودم به سایت. ظاهراً بازدید‌کننده‌گان دیگر و کامنت‌گذارهای دیگر هم به وضعیت من دچار شده‌اند و چه بسا بدتر!
    پاسخ‌های به این خوبی حیفه که استقبال کمی داشته باشه.

  • محمد

    برای دو برابر شدن نیروی گرانش زمین لازم نیست تا جرم زمین ۲ برابر شود . مثال بارز آن مریخ است که گرانش آن یک سوم زمین است اما، جرم آن تنها۱۱% جرم زمین است.

    • مریخ

      دلیلش تفاوت شعاع زمین و مریخه. سوال اینه: اگر نیروی جاذبه ناگهان دو برابر شود چه اتفاقی می‌افتد؟

      چون این اتفاق ناگهانیه پس شعاع زمین هنوز همونیه که بود. تنها چیزی که می تونه تغییر کنه جرم زمینه.

      اینم برای مریخ:

      شعاع مریخ = ۰٫۵۳۲ شعاع زمین
      جرم مریخ = ۰٫۱۰۷ جرم زمین

      نسبت شتاب گرانش مریخ به شتاب گرانش زمین = ۰٫۱۰۷ * ۲^(۱/۰٫۵۳۲) = ۰٫۳۷۸

    • داود

      رابطه معروف نیروی گرانش را به خاطر بیارید
      F= G Me.m/r2
      با توجه به اینکه m و r ثابت هستند پس یا باید G تغییر کند یا Me(جرم زمین)

  • کارمند

    سلام آقای مولاوردی خانی جوابی کاملی بود من که لذت بردم جالبتر اینکه از همه جوانب موضوع را بررسی کردید. ارادتمند

  • اورانوس

    اگر جاذبه ی ماه دو برابر شود چه اتفاقی خواهد افتاد؟ آیا در این صورت هم ماه با زمین برخورد خواهد کرد؟

    • ماه

      سئوال خیلی خوبیه:

      معادله‎ی جاذبه رو بخاطر بیار.
      اگه جاذبه‌ی زمین و ماه (هر دو) دو برایر بشه وضعیت بدتر هم میشه و سرعت برخورد ماه به زمین بیشتر میشه. اما اثر دوبرابر شدن جاذبه‌ی ماه به مراتب کمتر از اثر دوبرابر شدن جاذبه‌ی زمینه روی سزعت برخورد ماه به زمینه.

تمام حقوق این سایت برای © 2018 پرسش و پاسخ محفوظ است. خدمتی از کانون نگارش و ترجمه کانوت
قدرت گرفته از وردپرس فارسی