آیا در فضا هم بالا و پایین وجود دارد؟

حتما تصاویر ایستگاه فضایی بین‌المللی را دیده‌اید که در آنها فضانوردان در حالت بی‌وزنی دیده می‌شوند. آنها گاهی در حال تعقیب‌کردن شام خود هستند و گاهی نیز با این موضوع شوخی می‌کنند. هرچند که همین افراد مواقع زیادی برای تعمیر بخشی از ایستگاه یا پیاده‌روی فضایی از محل اقامت خود خارج می‌شوند. آنها تاکید می‌کنند که برخی از مفاهیم انسانی دیگر در فضا معنی خود را از دست می‌دهند.

مفاهیم بالا و پایین در فضا به‌صورت متفاوتی تعریف می‌شوند

در واقع وقتی زمین را ترک می‌کنید، دیگر نمی‌توان با قطعیت گفت که جهت خاصی بالا تلقی می‌شود و جهت دیگری پایین است. این باور تا حدودی درست است؛ اما همچنان می‌توان از برخی مفاهیم انسانی برای درک موقعیت خود در فضا استفاده کرد. در واقع فیزیکدانان رویکرد ساده‌تری دارند. گرانش یکی از چهار نیروی اصلی جهان هستی است و فضانوردان حاضر در ایستگاه فضایی بین‌المللی نیز همچون ساکنین زمین تحت تاثیر آن هستند.

به‌گفته Sanjana Curtis، استاد اخترفیزیک دانشگاه شیکاگو، باور رایج در میان دانشمندان، پایین را جهتی تعریف می‌کند که به‌واسطه گرانش به آن کشیده می‌شوید. بالا نیز در جهت مخالف است. در این صورت دلیل بی‌وزنی فضانوردان در ISS چیست؟ ایستگاه بین‌المللی و هر چیزی که در آن است به خاطر نیروی گرانش زمین به سمت پایین کشیده می‌شود. هرچند که سرعت حرکت ایستگاه و نیروی مرکزگریز ایجاد شده، به‌سمت بالا وارد می‌شود. در این حالت ایستگاه در مدار پایدار قرار می‌گیرد.

بدین‌ترتیب بالا و پایین بودن ایستگاه در فضا صرفا با محوریت گرانش زمین تعریف می‌شود. در واقع یکی از جذابیت‌های فیزیک نیز در این است که می‌تواند چهارچوبی برای تعریف مفاهیم گنگ برای انسان بیابد.

آلبریت اینشتین گرانش را در خم شدن بافت فضا زمان تعریف می‌کرد. همین نیز باعث شده بود که دانشمندان برای ساده‌سازی این مفهوم از یک تور استفاده کنند. اگر یک توپ را روی این بستر توری قرار دهید، بستر کمی به‌سمت پایین شکم می‌کند. در این حالت اگر یک تیله را اضافه کنید، تیله به‌سمت مرکز خم‌شدگی حرکت می‌کند.

هر جرمی که وزن قابل توجهی دارد، می‌تواند بافت فضا زمان را خم کند. بدین‌ترتیب بعید به‌نظر می‌رسد نقطه‌ای در فضا وجود داشته باشد که نتوان در آنجا گرانش را احساس کرد. آیا در این حالت می‌توان بالا و پایین را صرفا بر اساس گرانش برخی اجرام در فضا تعریف کرد؟ پاسخ خیر است. اگر در یک نقطه از فضا باشید، فقط از یک جهت به شما گرانش وارد نمی‌شود.

طبیعتا هرچه یک جرم بزرگتر باشد، می‌تواند نیروی گرانش بیشتری به محیط اطراف خود وارد کند؛ اما فاصله نیز تاثیرگذار است. به‌همین خاطر سیاره محل زندگی بیشترین نیرو را وارد می‌کند و می‌تواند در ذهن شما تعریف‌کننده مفاهیمی همچون بالا و پایین باشد. هرچند که همین سیاره در کنار سایر سیارات به‌سمت خورشید کشیده می‌شوند.

منظومه شمسی نیز نیروی گرانش سیاه‌چاله کلان‌جرم مرکزی کهکشان راه شیری را احساس می‌کند. بیرون از کهکشان نیز گرانش به‌سمت نزدیک‌ترین خوشه کهکشانی است. در نهایت در فضا نمی‌توان چندان از بالا یا پایین صحبت کرد. اگرچه این مفاهیم می‌توانند به‌زندگی در کره زمین کمک کنند؛ اما گاهی برای درک اصول پایه‌ای فیزیک مشکل‌ساز خواهند شد. هرچند تصور جهانی بدون جهت نیز کار ساده‌ای نیست!

۵۸۵۸