Η ιστορική εξέλιξη των θεωριών της βαρύτητας

Η πρώτη θεωρία βαρύτητας μπορούμε να πούμε ότι προτάθηκε από τον Αριστοτέλη μέσα από τις θέσεις του για το δομή του σύμπαντος και την πρότασή του για τα τέσσερα “στοιχεία” από τα οποία αποτελούνται όλα τα γήινα σώματα. Σύμφωνα με τον Αριστοτέλη το κέντρο του σύμπαντος ήταν η γη και όλα τα σώματα τα οποία αποτελούνται κατά κύριο λόγο από το “βαρύ στοιχείο” τη “γη”, όπως το είχε ονομάσει, έχουν εκ φύσεως την τάση να κινούνται προς το κέντρο του σύμπαντος, να πέφτουν δηλαδή στην επιφάνεια της γης ή στις τρύπες που υπάρχουν σε αυτή. Η θεωρία αυτή για τη την κίνηση των σωμάτων προς το κέντρο της γης δεν άλλαξε σημαντικά παρόλο που αυξήθηκε η γνώση των ανθρώπων για την κίνηση των ουρανίων σωμάτων και ειδικότερα των πλανητών του ηλιακού συστήματος. Έτσι αν και η άποψη ότι η γη είναι το κέντρο του σύμπαντος κλονίστηκε από το έργο του N. Copernicus (Ν. Κοπέρνικος) του T. Brahe (T. Μπράχε) και του J. Kepler (Ι. Κέπλερ), δεν άλλαξαν ουσιαστικά οι απόψεις για τη βαρύτητα έως την περίοδο που δημοσίευσε ο Νεύτωνας τις απόψεις του για την παγκόσμια έλξη. Σύμφωνα με τη θεωρία της παγκόσμιας έλξης η δύναμη μεταξύ δύο οποιονδήποτε σωμάτων είναι ανάλογη προς το γινόμενο των μαζών τους και αντιστρόφως ανάλογη προς το τετράγωνο της μεταξύ τους απόστασης. Ο Νεύτωνας θεωρούσε αξιωματικά ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι φυσικές οντότητες ανεξάρτητες η μια από την άλλη και ότι η κίνηση ενός σώματος καθορίζεται από τη μάζα του και τη συνισταμένη των δυνάμεων που ασκούνται σε αυτό. Το θεωρητικό αυτό οικοδόμημα ερμήνευσε ικανοποιητικά την κίνηση των ουράνιων και επίγειων σωμάτων ενοποιώντας φαινομενικά διαφορετικές κινήσεις ανεξάρτητα από το μέγεθος των κινούμενων σωμάτων. Σύμφωνα με αυτό η εμφάνιση της δύναμης γίνεται ακαριαία και δεν είναι απαραίτητη η ύπαρξη κάποιου μέσου μεταξύ των μαζών. Η βαρυτική δύναμη μπορεί να διαδοθεί στο κενό που παρεμβάλλεται μεταξύ των πλανητών και του ήλιου. Σχηματικά η θεωρία του Νεύτωνα για την άσκηση της βαρυτικής δύναμης φαίνεται στο σχήμα 1. Όμως ο τρόπος διάδοσης της βαρυτικής έλξης όπως τον περιγράψαμε δεν είναι και τόσο οικείος στον άνθρωπο. Γι’ αυτό δεν είναι παράξενο το ότι οι επιστήμονες αναζήτησαν μια άλλη περιγραφή του τρόπου άσκησης της δύναμης μεταξύ δύο σωμάτων. Η αναζήτηση αυτή οδήγησε στην εισαγωγή της έννοιας του πεδίου, ενός μεγέθους που διαμεσολαβεί στην άσκηση της δύναμης ή πιο σωστά στην εμφάνιση της αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο σωμάτων. Το βαρυτικό πεδίο διαμεσολαβεί μεταξύ των δύο μαζών και η εμφάνιση της δύναμης σε ένα από αυτά είναι αποτέλεσμα της ύπαρξης του ενός σώματος στο χώρο του βαρυτικού πεδίου του άλλου. Ο τρόπος άσκησης της δύναμης σύμφωνα με αυτή τη θεωρία που ονομάζεται Κλασική θεωρία πεδίου, φαίνεται στο σχήμα 2.

Σχήμα 1. Η άσκηση βαρυτικής δύναμης σύμφωνα με το Νεύτωνα.

Σχήμα 2. Η άσκηση της βαρυτικής δύναμης σύμφωνα με την Κλασική θεωρία πεδίου.

Αν και άλλαξε η θεωρία για τον τρόπο άσκησης της βαρυτικής δύναμης δεν άλλαξε όμως το μέτρο της το οποίο είναι ίσο με αυτό που είχε προσδιορίσει ο Νεύτωνας. Η θεωρία αυτή για το βαρυτικό πεδίο τροποποιήθηκε μετά από την εμφάνιση της Ειδικής Θεωρίας της Σχετικότητας και μέσα από το έργο του Αϊνστάιν για τη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας. Ο περιορισμός που τίθεται από την Ειδική Θεωρία της Σχετικότητας για τη μέγιστη ταχύτητα που μπορεί να υπάρξει στη φύση (ταχύτητα του φωτός στο κενό c= 3.108m/s) έθεσε περιορισμούς στην ταχύτητα διάδοσης του βαρυτικού πεδίου κατά τη βαρυτική αλληλεπίδραση.