گِرانِش یاگرانی یا جاذبه[۱] (بهانگلیسی:Gravity) یک پدیدهٔ طبیعی است که در آن همهٔ اجسامِ جِرم مند (دارایجرم) یکدیگر را جذب می‌کنند. تأثیر گرانش بر این اجسام، یعنی تأثیر جذب یک جسم جرم‌مند، بر جسم جرم‌مند دیگر، یا به درکِ ساده‌تر، هر جسم بر جسمِ دیگر؛ و ما آن را به صورتوزن بر خود می‌بینیم.
از آشناترین نمودهای گرانش فروافتادن سیب از درخت است یا جذبِ وزنِ اشیاء فیزیکی و به‌کارگیری نیروی تمایل دهنده رو به پایین بر آنها. پدیدهٔ گرانش معمولاً در مقیاس‌های بزرگ یا خیلی بزرگ هنگامی که جرمِ دست‌کم یکی از اجسام درگیر، خیلی زیاد است رخ می‌نماید؛ بنابراین نمودهای گرانش در حرکت اجسام آسمانی و مسیرسیاره‌ها به گردخورشید دیده می‌شود.
به‌طور کلاسیک، گرانش یکی ازچهارنیروی اصلی طبیعت (سه نیروی دیگر:الکترومغناطیس،نیروی هسته‌ای ضعیف ونیروی هسته‌ای قوی) شمرده می‌شود. از میان این نیروها، گرانش از همه ضعیف‌تر است از این رو در فرایندهای ریز-مقیاس که نیروهای دیگر حضور فعال دارند، اثر گرانش کاملاً قابل چشم‌پوشی‌است. درفیزیک معاصرنظریه نسبیت عام برای توضیح این پدیده بکار می‌رود، اما توضیح کمتر دقیق ولی ساده‌تر آن درقانون جهانی گرانش نیوتن یافت می‌شود. در اکثر فعالیت‌های روزمره، از جمله فرستادن موشک به فضا قانون گرانش عمومی نیوتن کاملاً کارآمد است. جرم ذره‌ای، جرم ذره‌ای دیگر را در راستای تقاطع آنها با نیرویی جذب می‌کند این نیرو با حاصل ضرب جرم‌ها متناسب است و با مربع فاصلهٔ آنها رابطه عکس دارد. این قانون از قوانین بنیادیفیزیک است.
نیروی گرانشی حدود۳۸ـ۱۰ برابرِ قدرت «نیروی هسته‌ای قوی» است (یعنی با تفاوت ۳۸ صفر، گرانش ۳۸مرتبهٔ بزرگی ضعیف‌تراست)،۳۶ـ۱۰ برابرِ قدرت نیروی الکترومغناطیسی و۲۹ـ۱۰ برابرِ قدرت «نیرویِ هسته‌ای ضعیف» است. به عنوان یک نتیجه، گرانش تأثیر ناچیزی بر رفتارذرات زیر اتمی، و هیچ نقشی در تعیین خواص داخلیِ روزمرهٔ ماده ایفا نمی‌کند. از سوی دیگر، گرانش نیرویِ غالب در مقیاس ماکروسکوپی است، که علتِ ساختار، شکل، و خط سیرِ (مدار) اجرام آسمانی، از جمله برخی ازسیارکها، دنباله‌دارها، سیارات، ستارگان و کهکشان‌ها است. گرانش عامل گردش زمین و دیگر سیارات در مدار به دور خورشید، دلیلِ دور زدن ماه به گِرد زمین، برای تشکیل جزر و مد، برای انتقال طبیعی گرما، که از طریق آنجریان سیال تحت تأثیر شیبچگالی و وزن رخ می‌دهد، برای گرم کردن فضایِ داخلی تشکیلِ ستاره‌ها و سیارات بادرجه حرارت بسیار بالا، برای سامانه خورشیدی، کهکشان‌ها، شکل‌گیریِ ستاره‌ای و تکامل آن؛ و برای پدیده‌های مشاهده شده مختلف دیگر بر روی زمین و در سراسر جهان است. به چند دلیل: گرانش تنها نیرویِ وارد بر تمام ذرات است؛ با یک دامنه نامحدود؛ همیشه جذاب است و هرگز قهر نمی‌کند! نمی‌شود آن را جذب کرد، تبدیل نمی‌شود، یا نمی‌شود در برابرش محافظت داشت. حتیالکترومغناطیس به مراتب بسیار قوی تر از گرانش است. الکترومغناطیس ارتباطی بااجرام آسمانی از جمله اجسامی که دارای تعداد مساوی از پروتون والکترون هستند ندارد. (به عنوان مثال، یکبار الکتریکی خالص صفر).
اگرچه نیروی گرانش ابتدا توسطقوانین نیوتن و سپسنسبیت عام انیشتین به خوبی توصیف شد، با این وجود ما هنوز نمی‌دانیم چگونه خواص بنیادین جهان با هم ترکیب می‌شوند و این پدیده را ایجاد می‌کنند. قوانین نیوتن و انیشتین به ما می‌گویند که گرانش چگونه عمل می‌کند اما از منشأ پیدایش آن چیزی بیان نمی‌کنند.
در تلاش برای دست یابی بهنظریه همه‌چیز، که در پیِ ترکیب دو نظریهٔ ناسازگارِ نسبیت عام اینشتین و مکانیک کوانتومی یانظریه میدان‌های کوانتومی با یک نظریه کلی ترِ مکانیک کوانتومی، پژوهشهای زیادی در جریان است. فرض بر این است که نیرویِ گرانشی، توسط گرانشِ یک ذرهٔ بدون جرم، بااسپین ۲ به نامگراویتون اعمال می‌شود و آن گرانش احتمالاً ازنیروی الکتروهسته‌ای (بهانگلیسی:Electronuclear Force) و در طولنظریه وحدت بزرگ از آن جدا شده است.
کارِ مدرن بر روی نظریه گرانشی، با کارِگالیلئو گالیله در اواخر قرن ۱۶ و اوایل ۱۷ آغاز شد. به گفته وِی (هر چند احتمالاًجعلی[۲]) با آزمایشِ رها کردن توپ ازبرج کج پیزا، و بعد از آن با اندازه‌گیری دقیق تمایلِ رو به پایینِ توپ، گالیله نشان داد که گرانشِ شتابِ تمام اشیاء در یک نسبت یکسان است. این یک حرکت رو به جلوی بزرگی پس ازارسطو بود، زیرا که وی اعتقاد داشت، اجرام سنگین‌تر، شتاب سریع‌تری دارند.[۳] گالیله فرض را بر این گذاشت که مقاومت هوا دلیل آن است که اجرامِ سبک‌تر ممکن است، آهسته‌تر در فضا سقوط کنند. کار گالیله، صحنه را برای تدوین نظریه گرانشی نیوتن آماده می‌کند.
در سال ۱۶۸۷، ریاضیدان انگلیسیآیزاک نیوتن، اصول فرضیه قانون عکسِ مجذورِ گرانش جهانی را مطرح و آن را منتشر کرد. به گفته خود او، "استنباط من این است که نیروهایی که سیارات را در مدار خود نگه می‌دارد باید [می‌بایست] متقابلاً، به عنوان مربع فاصله آنها از مرکزی که هر کدام می‌پیمایند باشد. در نتیجه در مقایسه، وجود نیرویی برای حفظ ماه در مدار خود با نیروی گرانش در سطح زمین، لازم است. نیوتن به پاسخ بسیار نزدیک شده بود،[۴] معادله این‌گونه است:
در این معادله Gثابت جهانی گرانش است که مقدار آن دردستگاه SI برابر با: G = ۶/۶۷ ´ ۱۰ -۱۱ N.M۲/Kg۲ است، در این رابطه F نیروی گرانش بین دو جرم، m۱ و m۲ مقدار مواد دو جرم و r فاصله بین دو جرم است. نیروی گرانشی میان جسم‌های با جرم کوچک، قابل چشم‌پوشی است. قانون گرانش نیوتون می‌گوید که نیروی گرانش بین دو جسم، ارتباط مستقیم با جرم آن دو دارد؛ یعنی هر چه جرم آنها بیشتر باشد، نیروی گرانش بین آن دو بیشتر است. این قانون همچنین می‌گوید که نیروی گرانش میان دوجسم ارتباط وارون با فاصله میان دو جسم بهتوان دو دارد.
این نظریه زمانی برای نیوتن موفقیتی لذت بخش می‌شود که، آن را برای پیش‌بینی وجودنپتون بر اساس حرکات اورانوس به کار برد و دریافت که نمی‌تواند در محاسبات خود آن را برای رفتار برخی سیارات مورد استفاده قرار دهد. موقعیت کلی از سیاره، توسط محاسباتجان کاوچ آدامز واوربن لو وریه پیش‌بینی شده بود و محاسبات لو وریه باعث هدایتیوهان گوتفرید گاله برای کشف نپتون گردید.
اختلاف در مدار عطارد باعث اشاره به نقص در نظریه نیوتن شد. در پایان قرن ۱۹ او می‌دانست که مدار عطارد دارای آشفتگی‌های کمی است که نمی‌تواند در محاسبات، آن را به‌طور کامل تحت نظریه نیوتن درآورد، اما همه جستجوها برای اختلال‌های جِرمی دیگری (مانند یک سیاره در حال چرخش به دورِ خورشید، حتی نزدیک تر از عطارد) بی‌نتیجه می‌بود. موضوع در سال ۱۹۱۵ توسط نظریه جدیدآلبرت انیشتین ازنسبیت عام، که برای اختلاف کوچک در مدارعطارد به آن اختصاص داد، حل و فصل شد.
اصل هم‌ارزی، با کاوش‌های موفقی از محققانی از جمله گالیله،لوراند اتووش، و اینشتین، این ایده را بیان می‌کند که همه اجرام در یک مسیر یکسان سقوط می‌کنند.اصل هم‌ارزی یکی از مفاهیم بنیادی در نظریه نسبیت عام است. این اصل دربارهٔ مفاهیمی است که با هم‌ارزیجرم گرانشی وجرم لختی سر و کار دارند و همچنین دربارهٔ ادعای اینشتین مبنی بر اینکه قوانین فیزیک در یک دستگاه مرجع با شتاب یکنواخت، با یک میدان گرانشی یکنواخت، یکسان هستند. ساده‌ترین راه برای انجام آزمایشِ اصل هم‌ارزی ضعیف، آن است که دو جسم از توده یا ترکیبات مختلف را هم‌زمان در خلاء رها کنید، می‌بینید که هر دو هم‌زمان به زمین برخورد می‌کنند.
چنین آزمایشی نشان می‌دهد که تمام اجرام، زمانی کهاصطکاک (از جمله مقاومت در برابر هوا) ناچیز است، در یک نسبت یکسان سقوط می‌کنند. در آزمایش‌های پیچیدهٔ بیشتر، از نوعی تعادلِ چرخش، اختراع شده توسط Eötvös استفاده می‌شود. از آزمایش‌های ماهواره‌ای نیز، برای آزمایش‌های دقیق ترِ این اصل در فضا استفاده می‌شود، اِستپ (بهانگلیسی:STEP) یکی از این برنامه‌هاست.[۵]
فرمولاسیون اصل هم‌ارزی عبارت است از:
اصل هم‌ارزی ضعیف: مسیرِ نقطهٔ توده در یکمیدان گرانشی، تنها به مکان و سرعت اولیه آن بستگی دارد، و مستقل از ترکیب آن است.[۶]
اصل هم‌ارزی انیشتین: نتیجه هر آزمایش غیر گرانشی محلی، در یک آزمایشگاه نشان می‌دهد که جرم، آزادانه و مستقل ازسرعت آزمایشگاهی و محل آن، در فضازمان سقوط می‌کند.[۷]
اصل هم‌ارزی قوی نیاز به هر دو مورد بالا دارد.
اجرام آسمانی و زمینی مِثل ماهواره‌ها و پرتابه‌های آنها، یا هر آنچه که در مِدار است، همگی از یک قانون پیروی می‌کنند.
درنسبیت عام، اثرات گرانش، به‌جای نسبت به یک نیرو، بهانحنایفضازمان نسبت داده شده است. نقطه شروع برای نسبیت عام اصل هم‌ارزی است، که معادلِ سقوط آزاد با حرکت اینرسی و توصیف آزاد اجسامِ در حالِ سقوطِ اینرسیایی، به عنوان شتاب، نسبت به ناظرانِ غیرِ ساکن بر روی زمین است.[۸][۹] با این حال در فیزیک نیوتنی، چنین شتابی می‌تواند رخ دهد، مگر اینکه حداقل یکی از اجرام با یک نیرویی اداره شود.
انیشتین پیشنهاد کرد که فضازمان توسط ماده، منحنی می‌شود و اجرامِ آزادِ در حال سقوط، و در حال حرکت، در امتداد مسیرهای محلی مستقیم در فضازمان، خمیده هستند. این مسیرهای مستقیم به نامژئودزیک خوانده می‌شوند. مانند قانون اول حرکتنیوتن، تئوریانیشتین می‌گوید که اگر یک نیرویی بر جسم اعمال می‌شود، ممکن است آن را از ژئودزیک منحرف کند. به عنوان مثال، ما تا وقتی که ایستاده‌ایم، از ژئودزیکی پیروی نخواهیم کرد، زیرا که مقاومتِ مکانیکیِ زمین، یک نیروی رو به بالا بر ما اعمال می‌کند و در نتیجه، ما بر روی زمین غیرساکن هستیم. این توضیح می‌دهد که چرا حرکت در امتداد ژئودزیک در فضازمان، ساکن در نظر گرفته شده است.
انیشتینمعادلات میدان نسبیت عام، که مربوط به حضور ماده و انحنای فضازمان است را به نام خود کشف کرد.معادلات میدانی اینشتین، مجموعه‌ای از ۱۰ معادلهٔ همزمانغیر خطیِدیفرانسیل است. راه حل معادلات میدانی، اجزایتنسور متریکِ فضازمان است. تنسور متریک،هندسه فضازمان را توصیف می‌کند. مسیرهای ژئودزیک برای یک فضازمان، از تنسور متریک محاسبه می‌شود.
•راه حل هایِ قابل توجه، از معادلات میدانی اینشتین عبارتند از:
در راه حلشوارتزشیلد، فضازمان، احاطه شده توسط یک جسم متقارن کروی غیردوارِ پر نشدهٔ عظیم توصیف شده است. برای اجرامی که به اندازه کافی جمع و جور هستند، این راه حل باعث تولید یکسیاه چاله با یک تکینگی مرکزی خواهد شد. برای مسافت‌های شعاعی از مرکز، که بسیار بزرگتر ازشعاع شوارتزشیلد هستند، شتابِ پیش‌بینی شده توسط راه حل شوارتزشیلد، عملاً مشابه کسانی است که توسط نظریه گرانش نیوتن پیش‌بینی کرده‌اند.
رایسنر-نوردشتروم، در این راه حل، مرکز هر جسم دارای بار الکتریکی است. برای مواردی که با طول هندسی کمتر از طول هندسی جرم جسم هستند، این راه حل تولید سیاه چاله‌ای با دوافق رویداد می‌کند.
راه حل کر برای چرخشِ اجرام عظیم. این راه حل نیز تولید سیاه چاله‌هایی با افق رویدادهایی متعدد خواهد کرد.
راه حلکر-نیومن برای اجرام عظیم در چرخش. این راه حل نیز تولید سیاه چاله با افق رویداد متعدد می‌کند.
پیش‌بینی انحراف یاخمیده شدن نور. برای اولین بار توسطآرتور استنلی ادینگتون در مشاهدات خود در طولخورشیدگرفتگی ۲۹ مه ۱۹۱۹ تأیید شد. ادینگتون، دو بار تغییرِ شکلِ نورِستاره را بر اساس پیش‌بینی‌های نظریه ذره‌ای نیوتن و مطابق با پیش‌بینی‌های نسبیت عام اندازه‌گیری کرد، هرچند نتایج تفاسیر او بعدها بحث‌برانگیز شد. آزمون‌های بیشتر اخیر با استفاده از اندازه‌گیری تداخلِ رادیویی کوازارهایی که از پشت خورشید عبور می‌کنند، با دقت بیشتر و به‌طور مداوم، انحراف نور به درجه را بر پایه پیش‌بینی‌های نسبیت عام تأیید می‌کند.
تاخیر زمانیِ عبور نورِ نزدیک به یک جسم با جرمِ زیاد، برای اولین بار توسط آروین آی. شاپیرو، در سال ۱۹۶۴ و در پی بررسی سیگنال‌های فضاپیمایِ بین سیاره‌ای شناخته شد.
تابش گرانشی، به‌طور غیر مستقیم از طریق مطالعاتِ باینری‌هایتپ‌اخترها تأیید شده است.
الکساندر فریدمن در سال ۱۹۲۲ نشان داد که معادلات اینشتین، دارای راه حلِ غیر ثابتی است. (حتی با حضورثابت کیهان‌شناسی). در سال ۱۹۲۷ژرژ لومتر نشان داد که راه‌حل‌های استاتیکِ معادلات اینشتین، حتی با حضورثابت کیهان‌شناسی ممکن است ناپایدار باشد، و در نتیجه، مدل جهانِ ایستایی که انیشتین پیش‌بینی می‌کند نمی‌تواند وجود داشته باشد. بعدها، در سال ۱۹۳۱، اینشتین با نتایج بدست آمدهٔ فریدمن و لومتر موافقت کرد؛ بنابراین نسبیت عام پیش‌بینی کرد که جهان باید غیر ایستا بوده، و باید در حال گسترش یا انقباض یا هردو باشد.گسترش گیتی، توسطادوین هابل در سال ۱۹۲۹ کشف و با آزمایش‌های وی مورد تأیید قرار گرفته بود.
نسبیت عام پیش‌بینی کرد که نور، باید انرژی خود را در هنگام سفر به گِرد اجرام عظیم از دست بدهند.
گروهِ رادِک وژتاک[۱۰] از انستیتو نیلز بور[۱۱] دردانشگاه کپنهاگ و بر اساس اطلاعات جمع‌آوری شده از داده‌های بیش از ۸۰۰۰ خوشه کهکشانی، متوجه شد که نوری که از مراکزِ خوشه‌ها می‌تابد، تمایل به قرمزی دارد و در مقایسه با لبه خوشه‌ها متغیر است و تأیید می‌کند که نور، انرژی خود را بواسطه گرانش از دست می‌دهد.
دهه‌ها پس از کشف نسبیت عام، ناسازگاریِ این نظریه بامکانیک کوانتومی پدیدار گردید. توصیفِ گرانش در چارچوب نظریهٔ میدان کوانتومی، مانند دیگر نیروهای بنیادی ممکن است. به‌طوری‌که نیروی گرانشِ ناشی از تبادل گراویتون‌های مجازی، ناشی از همان مسیری است که نیروی الکترومغناطیسی از تبادل فوتون‌های مجازی.[۱۲][۱۳]
