لماذا تسقط على الأرض كل الأشياء التي تقذف في الجو؟ وما الذي يجذب التفاحة إلى أسفل عندما تنفصل عن الشجرة؟ هل هناك تفسير لظاهرة التجاذب هذه بين الأشياء؟.
بات متعارفاً بين الناس أن العالم الانكليزي إسحاق نيوتن اكتشف قانون التجاذب بين الأشياء على الأرض كما في الفضاء، وذلك عندما كان يتأمل سقوط تفاحة على الأرض. في الواقع، قد جمع نيوتن عمل كبار الفلكيين أمثال كوبرنيك البولوني وتيشو براهي الدانماركي وكيبلر الألماني وغاليليه الإيطالي الذين حاولوا كشف أسرار تلك الظاهرة.

* أجسام متجاذبة
كل الأجسام خاضعة لحقل من القوى المتجاذبة، وبتعبير آخر، هي تتجاذب فيما بينها. فكيف تحصل هذه الظاهرة؟ تفسير ذلك نجده في قانون نيوتن: "يتجاذب الجسمان بقوة متناسبة طرداً مع حاصل ضرب كتلتيهما ومتناسبة عكساً مع مربع المسافة التي تفصلهما". قبل الدخول في تحليل هذا القانون، نوضح أن الكتلة تعني كمية المادة التي في الجسم والتي تتميز عن وزنه.
"التناسب الطردي مع حصيلة ضرب الكتلتين" يعني أننا إذا وضعنا جسمين على مسافة معينة، ثم بدلنا أحدهما بجسم ذي كتلة تساوي ضعفين أو ثلاثة أضعاف منه، يتضاعف التجاذب بالنسبة عينها: هذا ما يبينه الرسم المواجه (الرسم البياني 1 و2).
"والتناسب العكسي مع مربع المسافة بينهما" يعني أن قوة الجاذبية تتناقص بنسبة ما نطيل المسافة بينهما، فإذا ضاعفنا المسافة مثلاً تضعف الجاذبية بالنسبة التالية: 2 = 2 ف 2 = 4 مرات.
هذا ما يبينه الرسم البياني رقم (4) بالمقارنة مع الرسم رقم (1).
في قانون الجاذبية الكونية هذا، عنصر ربما صعب علينا فهمه؛ ألا وهو التجاذب المتبادل.
إذا اعتبرنا جسمين ذات كتلة كبيرة جداً مثل الأرض والقمر، نكتشف أن فارق الكتلة يفسر كون القمر يخضع لجاذبية الأرض ويظل يدور في فلكها وأن كتلته أخف من كتلتها. وبعكس ذلك، يتضح لنا تأثير جاذبية القمر على الأرض من ظاهرة المد والجزر. ثم لننظر بأمر كتلتين مختلفتين كثيراً في التباين مثل جسمنا والأرض: فنحن نشعر كأن جسمنا وحده خاضع لجاذبية الأرض، ونحن نعرف أن وزننا هو بالضبط مقياس القوة التي تجذبنا.
في الواقع، إن جسمنا أيضاً يجذب الأرض بقوة تساوي كتلته. ولكن نظراً لتباعد النسبة بينهما، لا نشعر بشيء، فلكي نقيس قوى التجاذب بين أشياء متناهية الصغر، نعتمد على أدوات خاصة مثل الميزان الفتال.

* تغيّرات الثقل
لا تبرز جاذبية الأرض في الثقل الذي تعطيه للأجسام فقط، وإنما في تنوع هذه الجاذبية: فكل جسم يسقط دون عائق (أي) دون أن يلقى من الهواء مقاومة تذكر) تتزايد سرعته بنسبة 8،9 م - ث. بتعبير آخر يستطيع هذا الجسم أن يضيف إلى السرعة التي ينجزها في الثانية الأولى مسافة 8،0م - ث التي تلي، فعند السقوط كانت سرعة الجسم تساوي صفراً ثم أصبحت بعد مرور ثانية 8،9م، وبعد مرور ثانيتين تصبح 6،19 م - ث. وبعد ثلاث ثوان تصبح 4،29 م - ث. وبعد ثلاث ثوان تصبح 4، 29 م - ث أو 106 كلم في الساعة.

* اكتشاف نبتون
نبتون الكوكب الثامن في النظام الشمسي لا تراه العين المجردة، لكن وجوده تأكد للفلكيين قبل اكتشافه. فقد تساءلوا لماذا الكوكب السابع لجهة الشمس وهو أورانوس الذي اكتشف سنة 1781 يتبع مساراً مختلفاً لما كانوا يتوقعون له.
في عام 1846، قام عالم الفلك الفرنسي اوربان لو فرييه بدراسة حول هذه الظاهرة، فاستنتج أن الانحرافات في مسار اورانوس مردّها إلى وجود أحد الأجرام ذات القوة المغيرة لدورة هذا الكوكب.
وفي ذاتها، انطلق الفلكي الألماني غال من حسابات لوفرييه، فاهتدى إلى جرم سماوي شبيه بالكواكب فسمّي نبتون، فكان هذا الاكتشاف من أهم تطبيقات قانون الجاذبية الذي اكتشفه نيوتن.

* الأوزان المتغيرة والكتل الثابتة
نستعمل وزن الأجسام لقياس قوة الكتلة الأرضية الجاذبة لها. ونعلم عن تلك القوة أنها تتضاءل بقدر ما تطول المسافة.
لقياس المسافة بين أحد الأجسام والأرض، نعتبر أن كل الكتلة الأرضية تتمحور حول مركز هذا الكوكب. فالمسافة هي ذاك الفاصل بين الجسم ومركز الأرض.
لكن الكوكب ليس له شكل كروي تام، بل هو مسطّح قليلاً عند القطبين ومنتفخ قليلاً عند خط الاستواء.
وعليه، من المؤكّد أن وزن إنسان واقف على القطب الشمالي يفوق وزنه فيما لو كان تحت خط الاستواء. لكن هذا الفارق محدود جداً، فيبلغ 5،0% وبطريقة مماثلة، نستطيع حساب تغيير الوزن عندما نرتفع في الجو، فنجد أن الفرق يبلغ 5،0% للصعود إلى ارتفاع 15 كلم، فنستنتج من ذلك الوزن إنسان موجود على ارتفاع نحو من 15 كلم فوق القطب يساوي وزنه عند خط الاستواء وعلى مستوى البحر. إذا كان وزن الأجسام يتغيّر فإن كتلتها، أي كمية المادة التي تحتويها تبقى ثابتة.
لماذا يبدو السير على سطح القمر أشبه بالقفز أو الطيران؟ إن تغييرات الوزن التي يمكننا أن نختبرها على الأرض لهي زهيدة جداً بالنظر إلى ما قد نلمسه لو استطعنا الوصول إلى مختلف كواكب النظام الشمسي (أو إلى الشمس عينها)، وذلك لسبب بديهي وهو تباين كتل تلك الكواكب. فمن بين الأجرام السماوية العشرة التي أجريت الدراسة عليها، يبدو القمر أضعف الكواكب جاذبية، فتعادل جاذبيته 16،0 من قوة جاذبية الأرض.

* هل يمكننا التحرر من الجاذبية؟
في الكون نماذج عديدة من القوى الجاذبة: علاوة على الجاذبية الكونية، هناك قوى كهربائية ومغنطيسية. لكن الجاذبية هي القوة الوحيدة التي تفعل من مسافات بعيدة. ثم أنها قوة جذب فقط، بينما القوى الكهربائية والمغنطيسية يمكن أن تجذب وأن تدفع: ذلك أن الجاذبية من خصائص الأجسام الكتلوية، والكتلة لا تكون إلا ايجابية.
وقوى الجاذبية لا يمكن أن تتعارض بشكل مصطنع (بحيث تعطل الواحدة مفعول الأخرى) فتنعدم قوة الجذب. بل السبيل الوحيد للحد من تجاذب جسمين هو إبعادهما عن بعضهما. نضرب مثلاً على ذلك رائد الفضاء الذي يحلق في الجو. بفعل ابتعاده عن الأرض والقمر، تضعف جاذبيتهما عليه. كما يستطيع أن يسبح بحرية في الفضاء بحال انعدام الوزن، إذ يصبح وزن جسمه متلاشياً عملياً.

* سرعة التحرر
المهندسون الذين يطلقون الصواريخ الفضائية يعرفون أن عليهم إطلاق جهازهم بسرعة معينة تسمى سرعة التحرر لكي يتمكن من الخروج من جاذبية الأرض. هذه السرعة تتناسب مع الأجسام كافة ولا تتأثر بكتلتها، ويجب أن تبلغ 000،40 كلم في الساعة، أي ما يوازي 2،11 كلم في الثانية. عند بلوغ السرعة إلى هذا الحد، لا يعود بإمكان جاذبية الأرض إرجاع ذلك الجسم إلى الوراء؛ فيتخذ مساراً ليبعده عن الأرض ويستمر حتى يدخل في مدار جرم سماوي آخر. لكل كوكب سرعة خاصة للتحرر من الجاذبية. على المريخ مثلاً، كل السرعات تكون أدنى بقليل من نصف سرعات الأرض (1،5 كلم - ث)؛ بينما المشتري، تبلغ 62 كلم - ث.