آیا مفهومی به نام «جاذبه صفر» وجود دارد؟

هنگامی که فضانوردان را به‌صورت شناور در فضا مشاهده می‌کنیم، برداشت ما این است که آن‌ها جاذبه‌ی صفر و به عبارتی بی‌وزنی واقعی را تجربه می‌کنند. در حالی که هنوز هم نیروی گرانش زمین، ماه، خورشید و دیگر اجرام جهان به آن‌ها وارد می‌شود. پس سؤال این است که جاذبه‌ی صفر چه معنایی دارد و آیا یک مفهوم واقعی است؟

برای مثال تفاوت این دو حالت را در نظر بگیرید: زمانی که روی یک صندلی نشسته‌اید و زمانی که در حال سقوط و افتادن هستید. تفاوت این دو حالت ارتباطی به صندلی یا نیروی جاذبه‌ی وارد بر شما ندارد. با وجود تمام این‌ها باز هم ممکن است سقوط کنید. مشابه وقتی که سوار چرخ و فلک هستید. تفاوت در این حالت است؛ نشیمنگاهی (کف زمین، تختخواب، صندلی یا هر چیز دیگری) که روی آن قرار گرفته‌اید، در برابر نیروی جاذبه مقاومت می‌کند. این که شما هنگام نشستن روی یک سطح احساس سقوط نمی‌کنید ارتباط زیادی به گرانش ندارد؛ بلکه مربوط به نیروی در خلاف جهت نیروی گرانش است که به آن نیروی نرمال یا تکیه‌گاهی می‌گوییم. نیروی نرمال بر سطحی که نشسته‌اید/ایستاده‌اید/تکیه داده‌اید عمود است.

حالا  تک‌تک این نیروها را در تصور خود حذف کنید. سه حالت می‌توانید در نظر بگیرید:

•  حذف سطحی که روی آن قرار گرفته‌اید. (حذف نیروی تکیه‌گاهی یا نرمال)
• می‌توانید گرانش را حذف کنید تا به حالت بی‌وزنی درآیید.
• می‌توانید برهم‌کنش الکترومغناطیس بین خود و اتم‌های سطح را حذف کنید.

در حالت اول شما به‌سادگی به هر سطح زیرینی سقوط می‌کنید. در حالت دوم نیروی گرانشی را حذف کرده‌اید که پیش از این شما را بر خلاف جهت نیروی نرمال به سوی زمین می‌کشاند تا شما را روی سطح زمین، صندلی یا هر سطح دیگری نگه دارد. با حذف این نیرو، گرانش صفر می‌شود و شما معلق می‌شوید. در حالت سوم گرانش وجود دارد و شما را به سمت مرکز زمین می‌کشد؛ اما حذف نیروهای الکترومغناطیس بین اتم‌های سطح و بدن شما باعث سقوط مستقیمتان خواهد شد.

هر سه مورد ذکرشده به‌وضوح با یکدیگر متفاوت هستند. در حالت اول، گرانش شما را پایین می‌کشد و به سمت مرکز زمین شتاب می‌گیرید تا این‌که به علت نیروی مقاومت هوا یا جسم جامد دیگری متوقف شوید. در مورد دوم، شما بی‌وزنی را تجربه می‌کنید و به هیچ جهتی شتاب نمی‌گیرید. این حالت «جاذبه‌ی صفر» است. در حالت سوم، شما به سمت مرکز زمین شتاب می‌گیرید و در یک چرخه‌ی بیضی‌وار حول مرکز زمین، پس از 90 دقیقه به نقطه‌ی شروع خود برمی‌گردید.

 نکته‌ی جالب آنجا است که در شروع هر یک از سه حالت بالا دقیقا احساس یکسانی دارید.

در حالت بی‌وزنی احساس نفخ شکم و بدحال شدن می‌کنید؛ حسی که در حالت جاذبه‌ی صفر وجود دارد. در حالت دوم و سوم، چه شتاب صفر باشد یا در حال سقوط آزادِ بدون وجود نیروهای تعاملی باشید؛ تفاوت حال شما قابل تشخیص با حالت قبل نیست. شما نمی‌توانید تفاوت بین جاذبه‌ی صفر، شتاب یکنواخت و سقوط آزاد را بازگو کنید. هر چند این سه حالت متضاد هستند؛ اما این واقعیت، هسته‌ی یک تعریف اصولی است که منجر به تدوین و شکل‌گیری قانون نسبیت عام انیشتین شد که امروزه از آن به‌عنوان «اصل هم‌ارزی انیشتین» یاد می‌شود.

این اصل بیان می‌کند که هیچ راهی برای تشخیص و تمیز بین شتاب گرانش و دیگر اشکال شتاب مانند شتاب رانش یک موشک وجود ندارد. ضمن این‌که می‌گوید اگر شما و چارچوب مرجعی که در آن قرار دارید، هر دو به یک مقدار شتاب بگیرید و این شتاب یکنواخت باشد؛ معادل حالتی است که هیچ شتابی نگرفته‌اید. از این‌رو نیرویی که شما در اثر چرخش زمین حول محور خود و گردش به دور خورشید احساس می‌کنید، معادل وقتی است که خورشید ناپدید شود و زمین به‌تنهایی در یک فضای بی‌پایان دور خود بچرخد.

منظور ما از جاذبه‌ی صفر، نبود نیروی جاذبه نیست. هیچ نقطه‌ای در جهان وجود ندارد که بتوانیم خود را از نیروی جاذبه پنهان کنیم. (ضمن این‌که نیازی هم به این موضوع نداریم!) تمام نیاز ما رفع اثر نیروی طبیعی به‌منظور یکنواخت شدن سقوط ما با چارچوب مرجع است. در واقع ما باید بتوانیم نرخ شتاب خود را با محیط اطراف دقیقا برابر کنیم و هیچ اختلافی بین این دو نباشد. این همان اصلی است که در مرحله «استفراغ دنباله‌دار vomit comet» وجود دارد. در این حالت هواپیما چرخش مسیر ناگهانی می‌دهد و به مدت 40 ثانیه حالت سقوط آزاد را تجربه می‌کنید.

جاذبه‌ی صفر ممکن است مشابه همان حالت سقوط باشد، با این تفاوت که دیگر هوایی وجود ندارد. در یک تصور ساده، هیچ جاذبه‌ی نسبی بین شما و مسیر «سمت پایین» برقرار نیست. چنانچه در معرض جاذبه‌ی صفر قرار بگیرید تمام مصائب فیزیکی را تجربه خواهید کرد: استخوان‌هایتان به تحلیل می‌رود، عضلاتتان دچار ضعف می‌شود، اختلال بینایی یا حتی نابینایی پیدا می‌کنید و پوستتان حالت سختی پیدا می‌کند. ضمن این‌که با افزایش نفخ مواجه می‌شوید! این‌ها، تمام خطراتی هستند که فضانوردان آپولو را تهدید می‌کردند. جان یانگ، فضانورد آپولو 16 بود که شهرت بدی بابت «نفخ‌های فضایی»اش در ماه گرفت! هر چند که او آب پرتقالی را که نوشیده بود، مقصر این دردسر خود معرفی کرد!

 جاذبه‌ی صفر، به معنای واقعی کلمه می‌تواند در حد یک اسطوره باشد و در هیچ جای جهان نتوان آن را نادیده گرفت. اما از دیدگاه فیزیکِ بدن شما، تا زمانی که محیط اطراف نرخ شتابی یکنواخت با شرایط شما دارند، هرگز نمی‌توانید تفاوت را متوجه شوید. تا آنجا که تجربه نشان داده است، در دو حالت جاذبه‌ی صفر و سقوط آزاد حالت‌های یکسانی احساس می‌شوند.