Honnan származik a gravitációs erő? Mi a gravitáció egyszerű szavakkal. Harmonikus referenciakeretek

Obi-Wan Kenobi azt mondta, hogy az erő tartja össze a galaxist. Ugyanez mondható el a gravitációról. Tény: A gravitáció lehetővé teszi, hogy a Földön járjunk, a Föld a Nap körül keringjen, a Nap pedig a galaxisunk közepén lévő szupermasszív fekete lyuk körül mozogjon. Hogyan lehet megérteni a gravitációt? Ezt cikkünkben tárgyaljuk.

Mondjuk rögtön, hogy itt nem talál egyedileg helyes választ a „Mi a gravitáció” kérdésre. Mert egyszerűen nem létezik! A gravitáció az egyik legtitokzatosabb jelenség, amely felett a tudósok értetlenül állnak, és még mindig nem tudják teljesen megmagyarázni a természetét.

Számos hipotézis és vélemény létezik. A gravitációnak több mint egy tucat elmélete létezik, alternatív és klasszikus. Megnézzük a legérdekesebb, legrelevánsabb és modernebbeket.

Többet akar hasznos információés minden nap friss hírek? Csatlakozzon hozzánk táviratban.

A gravitáció egy alapvető fizikai kölcsönhatás

A fizikában 4 alapvető kölcsönhatás létezik. Nekik köszönhetően a világ pontosan olyan, amilyen. A gravitáció az egyik ilyen kölcsönhatás.

Alapvető interakciók:

• gravitáció;
• elektromágnesesség;
• erős interakció;
• gyenge interakció.

A gravitáció a négy alapvető erő közül a leggyengébb.

Jelenleg a gravitációt leíró jelenlegi elmélet a GTR (általános relativitáselmélet). Albert Einstein javasolta 1915-1916-ban.

Tudjuk azonban, hogy az igazság benne van végső megoldás Még korai megmondani. Végül is több évszázaddal az általános relativitáselmélet fizikában való megjelenése előtt Newton elmélete dominált a gravitáció leírásában, amelyet jelentősen kibővítettek.

Az általános relativitáselmélet keretein belül jelenleg lehetetlen minden, a gravitációval kapcsolatos kérdést megmagyarázni és leírni.

Newton előtt széles körben úgy tartották, hogy a gravitáció a földön és a gravitáció a mennyben különböző dolgok. Azt hitték, hogy a bolygók saját ideális törvényeik szerint mozognak, amelyek különböznek a földiektől.

Newton felfedezte a törvényt egyetemes gravitáció 1667-ben. Természetesen ez a törvény még a dinoszauruszok idejében és sokkal korábban is létezett.

Az ókori filozófusok a gravitáció létezéséről gondolkodtak. Galilei kísérleti úton kiszámította a gravitáció gyorsulását a Földön, és felfedezte, hogy ez bármilyen tömegű testre azonos. Kepler az égitestek mozgásának törvényeit tanulmányozta.

Newtonnak sikerült megfogalmaznia és általánosítania megfigyelései eredményeit. Íme, amit kapott:

Két test vonzza egymást egy gravitációs erővel vagy gravitációval.

A testek közötti vonzási erő képlete:

G a gravitációs állandó, m a testek tömege, r a testek tömegközéppontjai közötti távolság.

Mi a gravitációs állandó fizikai jelentése? Ez egyenlő azzal az erővel, amellyel egyenként 1 kilogramm tömegű testek hatnak egymásra, egymástól 1 méter távolságra.

Newton elmélete szerint minden tárgy gravitációs teret hoz létre. A Newton-törvény pontosságát egy centiméternél kisebb távolságban tesztelték. Természetesen kis tömegeknél ezek az erők jelentéktelenek és elhanyagolhatók.

A Newton-képlet mind a bolygók Naphoz való vonzódásának kiszámítására, mind a kis tárgyakra alkalmazható. Egyszerűen nem vesszük észre, milyen erővel vonzzák, mondjuk, a golyókat egy biliárdasztalon. Ennek ellenére ez az erő létezik és kiszámítható.

A vonzási erő az Univerzum bármely teste között hat. Hatása bármilyen távolságra kiterjed.

Newton egyetemes gravitációs törvénye nem magyarázza meg a gravitációs erő természetét, hanem mennyiségi törvényeket állapít meg. Newton elmélete nem mond ellent a GTR-nek. Földi léptékű gyakorlati problémák megoldására, égitestek mozgásának kiszámítására teljesen elegendő.

Gravitáció az általános relativitáselméletben

Annak ellenére, hogy Newton elmélete meglehetősen alkalmazható a gyakorlatban, számos hátránya van. Az egyetemes gravitáció törvénye matematikai leírás, de nem ad betekintést a dolgok alapvető fizikai természetébe.

Newton szerint a gravitációs erő bármilyen távolságra hat. És azonnal működik. Figyelembe véve, hogy a világ leggyorsabb sebessége a fénysebesség, eltérés van. Hogyan tud a gravitáció azonnal hatni bármilyen távolságra, amikor a fénynek nem egy pillanatra, hanem több másodpercre vagy akár évre van szüksége ahhoz, hogy legyőzze őket?

Az általános relativitáselmélet keretein belül a gravitációt nem a testekre ható erőnek, hanem a tér és az idő tömeg hatására bekövetkező görbületének tekintik. Így a gravitáció nem erőkölcsönhatás.

Mi a gravitáció hatása? Próbáljuk meg egy analógia segítségével leírni.

Képzeljük el a teret egy rugalmas lap formájában. Ha ráhelyezünk egy könnyű teniszlabdát, a felület vízszintes marad. De ha nehéz súlyt helyez a labda mellé, az egy lyukat nyom a felületen, és a labda elkezd gurulni a nagy, nehéz súly felé. Ez a „gravitáció”.

Apropó! Olvasóink most 10% kedvezményt kapnak

A gravitációs hullámok felfedezése

A gravitációs hullámokat Albert Einstein még 1916-ban jósolta meg, de csak száz évvel később, 2015-ben fedezték fel.

Mik azok a gravitációs hullámok? Vonjunk ismét egy hasonlatot. Ha nyugodt vízbe dob egy követ, a víz felszínén körök jelennek meg, ahonnan leesik. A gravitációs hullámok ugyanazok a hullámzások, zavarok. Csak nem a vízen, hanem a világ téridőben.

Víz helyett téridő van, kő helyett pedig mondjuk fekete lyuk. Bármilyen gyorsított tömegmozgás gravitációs hullámot generál. Ha a testek szabadesés állapotában vannak, a gravitációs hullám áthaladásakor a köztük lévő távolság megváltozik.

Mivel a gravitáció nagyon gyenge erő, a gravitációs hullámok észlelése nagy technikai nehézségekkel jár. Modern technológiák csak szupermasszív forrásokból tette lehetővé a gravitációs hullámok kitörésének észlelését.

A gravitációs hullám észlelésére alkalmas esemény a fekete lyukak egyesülése. Sajnos vagy szerencsére ez elég ritkán fordul elő. Ennek ellenére a tudósoknak sikerült regisztrálniuk egy hullámot, amely szó szerint végiggurult az Univerzum terén.

A gravitációs hullámok rögzítésére egy 4 kilométer átmérőjű detektort építettek. A hullám áthaladása során rögzítették a tükrök rezgéseit a felfüggesztéseken vákuumban és a róluk visszaverődő fény interferenciáját.

A gravitációs hullámok megerősítették az általános relativitáselmélet érvényességét.

Gravitáció és elemi részecskék

A standard modellben bizonyos elemi részecskék felelősek minden egyes kölcsönhatásért. Azt mondhatjuk, hogy a részecskék kölcsönhatások hordozói.

A graviton, egy hipotetikus, energiával rendelkező tömeg nélküli részecske felelős a gravitációért. Külön anyagunkban egyébként a sok zajt okozó Higgs-bozonról és egyéb elemi részecskékről olvashat bővebben.

Végül álljon itt néhány érdekes tény a gravitációról.

10 tény a gravitációról

1. A Föld gravitációs erejének leküzdéséhez egy testnek 7,91 km/s sebességgel kell rendelkeznie. Ez az első menekülési sebesség. Elég, ha egy test (például egy űrszonda) a bolygó körüli pályán mozog.
2. Elmenekülni a Föld gravitációs mezőjéből, űrhajó sebességének legalább 11,2 km/s-nak kell lennie. Ez a második szökési sebesség.
3. A legerősebb gravitációjú objektumok a fekete lyukak. Gravitációjuk olyan erős, hogy még a fényt is vonzzák (fotonok).
4. A gravitációs erőt a kvantummechanika egyetlen egyenletében sem találja meg. A helyzet az, hogy amikor megpróbálja belefoglalni a gravitációt az egyenletekbe, elveszítik relevanciájukat. Ez az egyik legtöbb fontos kérdéseket modern fizika.
5. A gravitáció szó a latin „gravis” szóból származik, ami „nehéz”-et jelent.
6. Minél masszívabb az objektum, annál erősebb a gravitáció. Ha egy 60 kilogrammos ember a Földön megméri magát a Jupiteren, akkor a mérleg 142 kilogrammot mutat.
7. A NASA tudósai olyan gravitációs sugarat próbálnak kifejleszteni, amely lehetővé teszi a tárgyak érintés nélküli mozgatását, legyőzve a gravitációs erőt.
8. A pályán lévő űrhajósok a gravitációt is megtapasztalják. Pontosabban a mikrogravitáció. Úgy tűnik, vég nélkül zuhannak a hajóval együtt, amelyben vannak.
9. A gravitáció mindig vonz és soha nem taszít.
10. A teniszlabda méretű fekete lyuk ugyanolyan erővel vonzza a tárgyakat, mint bolygónk.

Most már ismeri a gravitáció definícióját, és meg tudja mondani, hogy milyen képletet használ a vonzáserő kiszámításához. Ha a tudomány gránitja a gravitációnál erősebben nyomja a földhöz, forduljon diákszolgálatunkhoz. Segítünk, hogy könnyebben tanulhasson a legnagyobb terhelés mellett is!

A gravitáció a tér „görbülete”. Minél nagyobb a tömeg, annál nagyobb a tér „görbülete”, és ennek következtében a könnyebb tárgyak „gurulnak” ebbe a „görbületbe”. A Nap körül keringő összes tárgyat a gravitáció tartja pályáján. De nemcsak egyfajta kötélként funkcionál, hanem az az erő is lett, amely létrehozta ezeket a tárgyakat. A gravitációs erő nem teszi lehetővé a bolygóknak, hogy saját maguk választják meg a saját maguk által választott utat, hurkolva pályájukat. De az ettől az erőtől való függés exponenciálisan csökken - kétszeres eltávolításkor az ütközés négyszeresére, az eltávolítás megháromszorozása pedig kilencszeresére gyengíti az erőt.

Newton közvetlenül összekapcsolta a gravitációt a gravitációval. A testre gravitációs erő hat, amelynek forrása egy másik test (vagy testek), és a gravitációs mező, mint olyan, egyszerűen nem létezik. Mivel a gravitáció a testek közvetlen kölcsönhatására utal, ezt az egyetemes gravitáció törvénye határozza meg. A gravitációs mező feltételes karaktert kap, amely csak a számításokhoz szükséges. Földi körülmények között ez teljesen elfogadható.

Gravitáció Einsteintől

Arisztotelész leírta a gravitációs hatást. Úgy vélte, hogy egy tárgy esési sebessége a tömegétől függ. De csak Galilei tudta megérteni, hogy minden testnek azonos gyorsulási értéke van. És Einstein ezt az állítást relativitáselméletében dolgozta ki, a gravitációt a téridő geometriájának fogalmával írja le.

A klasszikus ábrázolásban a két pont közötti gravitációs kölcsönhatás ereje e pontok tömegének a köztük lévő távolság négyzetétől való függésének formája. Minél nagyobb a test, annál nagyobb gravitációs teret tud létrehozni.

Bár a gravitáció nagyon gyenge kölcsönhatás, hatása bármilyen távolságra kiterjed.

A gravitációs vonzás univerzális az anyagra gyakorolt ​​hatását tekintve, nincs olyan tárgy, amely ne rendelkezne vele. Einstein feltételezte, hogy a gravitációs hatásokat nem a téridőben elhelyezkedő test vagy mező erőhatásai okozzák, hanem magának a téridőnek a változásai. Mindez a tömegenergia jelenléte miatt történik. Einstein elmélete szerint a tömeg és az energia a testek egyetlen paramétere. Egy jól ismert képlet köti össze őket: E = m c² Két masszív test egymással kölcsönhatásba lépve meghajlítja a teret. De miért fordul elő ez a görbület, arra Einstein nem tudott választ adni. A gravitáció globális természeténél fogva felelős a nagy léptékű jelenségekért. Ezek struktúrák, a táguló Univerzum. De szintén egyszerű tények a csillagászat – a bolygópályák, a gravitáció, a zuhanó testek – szintén a gravitációtól függ.

Égi mechanika

A mechanikának ez a része az üres térben elhelyezkedő testek mozgását vizsgálja, amelyekre csak a gravitáció hat. A szakasz legegyszerűbb feladata két, pont vagy gömb alakú test gravitációs hatásának alátámasztása üres térben. Ha több test van egymással kölcsönhatásban, a feladat bonyolultabbá válik. A numerikus megoldás a megoldások instabilitásához vezet kezdeti feltételek. Vagyis ha a bolygórendszerünkre alkalmazzuk, akkor nem leszünk képesek megjósolni a bolygók mozgását százmillió évnél hosszabb időszakokra. Egyelőre nem lehet leírni egy sok, hasonló tömegű vonzó testből álló rendszer hosszú távú viselkedését. Ezt akadályozza a koncepció: dinamikus káosz.

Gravitációs hullámok

A gravitációs hullámok a gravitációs tér változásai, amelyek hullámszerűen terjednek. Mozgó tömegek bocsátják ki őket, de sugárzás után elválik tőlük, és ezektől a tömegektől függetlenül léteznek. Matematikailag összefügg a téridő metrikák perturbációjával, és "téridő hullámzásnak" nevezhető. A gravitációs hullámokat az általános relativitáselmélet előrejelzi. Először 2015 szeptemberében észlelték őket közvetlenül a LIGO ikerdetektorai, amelyek valószínűleg két fekete lyuk által keltett gravitációs hullámokat észlelték, amelyek egyetlen, masszívabb, forgó fekete lyukat alkotva egyesülnek.

Graviton

Mivel gravitációs kölcsönhatás van jelen, valahogy át kell vinni. Az 1930-as években a graviton hordozójelöltté vált. Ez a részecske még mindig hipotetikus, de 2-es spinnel és két lehetséges polarizációs iránysal kell rendelkeznie. Egyes fizikusok makacsul tagadják e részecske létezését. Javasolják: ha vannak gravitonok, akkor azokat fekete lyukak bocsátják ki, és ez ütközik az általános relativitáselmélettel. De a standard modell ilyen részecskékkel való kiterjesztésére tett kísérletek valódi kihívásokat jelentenek nagy energiák mellett. A kvantumgravitáció néhány kidolgozás alatt álló elmélete ennek a problémának a megoldásán alapul. Helyzetük szerint a gravitonok a húrok állapotát jelentik, és semmiképpen sem pontrészecskék. De az alacsony energiák még mindig pontrészecskéknek minősítik őket. A gravitonokat eddig nem fedezték fel, mert gravitációs hatásuk szokatlanul gyenge.

Kvantumgravitáció

Még nem dolgoztak ki olyan univerzális kvantumelméletet, amely megmagyarázná magát a gravitáció fogalmát. A gravitációs kölcsönhatás ábrázolására elfogadható lenne egy gravitoncserét javasolni, amelyben a gravitonok spin-2-es bozonként működnek, de egy ilyen elmélet nem tekinthető kielégítőnek. Tovább létező idő Számos megközelítés létezik, amelyek lehetővé teszik a gravitáció kvantálását. Ezeket a megközelítéseket meglehetősen ígéretesnek tartják.

• Húrelmélet. A tér-idő háttérrészecskéket bránokra (például húrokra) helyettesíti. A többdimenziós problémák megoldásához a bránokat már többdimenziós részecskéknek tekintik, ugyanakkor a téridő struktúráinak. A gravitonok itt nem egyedi részecskék, hanem húrok állapotaivá válnak. Bár az alacsony energiákat ezek közé sorolják.
• Hurok kvantumgravitáció. Itt az idő és a tér különálló részek. Nem kötődnek a téridő hátteréhez, lévén kvantum térsejtek. Olyan módon kapcsolódnak egymáshoz, hogy kis időskálán diszkrét térszerkezetként jelennek meg. A lépték növelésekor a részek simán folyamatos téridővé válnak. A hurokgravitáció leírhatja az Ősrobbanás lényegét, és rávilágít a küszöbére. Ez még azt is lehetővé teszi, hogy ne vonzzon.

Erős gravitációs mezők

Nagyon erős gravitációs mezőkben az általános relativitáselmélet bizonyos hatásai megnyilvánulhatnak:

• a gravitáció törvénye eltér Newton törvényétől
• gravitációs hullámok jelennek meg
• vannak nemlinearitási hatások
• a látható téridő megváltoztatja a geometriáját
• szingularitások megjelenése és fekete lyukak születése lehetséges.

De ilyen megnyilvánulásokra csak akkor kerülhet sor, ha a gravitációnak végtelenül nagyobb ereje van. Eddig az Univerzum legsűrűbb objektumai, amelyeket felfedeztek. A sok elmélet közül az egyikben a gravitációs mezőt tekintik bármely mező – mágneses, elektromos, gluon – alapjának. Ebben az esetben a gravitonok az anyag alapelemeivé válnak. Nos, a fekete lyuk a graviton, ahol a gravitációs erő elpusztítja az összes elemi részecskét, kivéve a gravitonokat. És csak egy tulajdonság marad - a gravitáció.

Gravitációs összeomlás

Amikor egy gravitációs erőket sújtó hatalmas test katasztrofálisan gyorsan összenyomódik, összeomlik. Így érhet véget a Nap háromszorosát meghaladó tömegű csillag élete. Amikor a csillagokból kifogy a tüzelőanyag a termonukleáris folyamat folytatásához, mechanikai stabilitásuk megszakad, és gyors, felgyorsult összenyomódás következik be a központi rész felé. Ha a csillag belsejében lévő nyomás, amely folyamatosan növekszik, meg tudja állítani a kompressziót, akkor a csillag központi része neutroncsillaggá változik. Ebben az esetben a héj lehullhat, és egy szupernóva kitörhet. Ám ha a csillag túllépi az Oppenheimer-Volkov határérték által meghatározott tömeget, az összeomlás a fekete lyukká való átalakulással ér véget. Ennek a határértéknek az értéke még nincs pontosan meghatározva.

Néhány paradoxon

1. A Föld körül keringő műhold súlytalan a bolygóhoz képest. És minden, ami benne van, szintén súlytalan. , relatíve ismét súlytalan, de a felületén lévő testeknek már van súlya. Ugyanez a helyzet a Földdel. Viszonylag súlytalan, de érezzük a súlyát rajta. A Nap is súlytalan a galaktikus maghoz képest. És így tovább a végtelenségig.
2. A csillagokban a termonukleáris reakciók során óriási nyomás keletkezik. De a gravitációs erők visszatartják. Vagyis a csillag létezése azért lehetséges, mert létezik egy dinamikus egyensúly: hőmérséklet-nyomás - gravitációs erők.
3. A fekete lyukban minden folyamat leáll, kivéve egyet - a gravitációt. Semmi sem képes elnyelni vagy eltorzítani.

Annak ellenére, hogy a gravitáció a leggyengébb kölcsönhatás az Univerzum objektumai között, jelentősége a fizikában és a csillagászatban óriási, hiszen bármilyen távolságra képes befolyásolni a fizikai tárgyakat a térben.

Ha érdeklődik a csillagászat iránt, valószínűleg elgondolkozott már azon, hogy mi az a fogalom, mint a gravitáció vagy az egyetemes gravitáció törvénye. A gravitáció az univerzális alapvető kölcsönhatás az Univerzum összes objektuma között.

A gravitáció törvényének felfedezése a híres angol fizikusnak, Isaac Newtonnak tulajdonítható. Valószínűleg sokan ismeritek az alma történetét, amely a híres tudós fejére esett. Ha azonban mélyen belenéz a történelembe, láthatja, hogy a gravitáció jelenlétéről már jóval az ő korszaka előtt gondoltak az ókor filozófusai és tudósai, például Epikurosz. Azonban Newton volt az, aki először írta le a fizikai testek közötti gravitációs kölcsönhatást a klasszikus mechanika keretein belül. Elméletét egy másik híres tudós - Albert Einstein - dolgozta ki, aki a sajátjában általános elmélet A relativitáselmélet pontosabban írta le a gravitáció térbeli hatását, valamint a tér-idő kontinuumban betöltött szerepét.

Newton univerzális gravitációs törvénye kimondja, hogy két, egymástól távolságra elválasztott tömegpont közötti gravitációs vonzás ereje fordítottan arányos a távolság négyzetével és egyenesen arányos mindkét tömeggel. A gravitációs erő nagy hatótávolságú. Vagyis függetlenül attól, hogy egy tömegű test hogyan mozog, a klasszikus mechanikában gravitációs potenciálja pusztán ennek az objektumnak az adott pillanatban való helyzetétől függ. Minél nagyobb egy tárgy tömege, annál nagyobb a gravitációs tere - annál erősebb a gravitációs ereje. Az űrobjektumok, például galaxisok, csillagok és bolygók rendelkeznek legnagyobb erőssége vonzás és ennek megfelelően kellően erős gravitációs mezők.

Gravitációs mezők

A Föld gravitációs tere

A gravitációs tér az a távolság, amelyen belül gravitációs kölcsönhatás lép fel az Univerzum objektumai között. Minél nagyobb egy objektum tömege, annál erősebb a gravitációs tere - annál észrevehetőbb a hatása egy bizonyos térben lévő többi fizikai testre. Egy objektum gravitációs tere potenciális. Az előző állítás lényege, hogy ha két test közé bevezetjük a vonzás potenciális energiáját, akkor az nem fog megváltozni, miután az utóbbit egy zárt hurok mentén mozgatjuk. Innen származik egy másik híres törvény a potenciális és a mozgási energia összegének megmaradásáról egy zárt hurokban.

Az anyagi világban a gravitációs mezőnek nagy jelentősége van. A Világegyetem összes anyagi tárgya birtokolja, amelynek tömege van. A gravitációs tér nemcsak az anyagot, hanem az energiát is befolyásolhatja. Az olyan nagy kozmikus objektumok gravitációs mezőinek hatására, mint a fekete lyukak, kvazárok és szupermasszív csillagok, naprendszerek, galaxisok és más csillagászati ​​halmazok jönnek létre, amelyeket logikus szerkezet jellemez.

A legújabb tudományos adatok azt mutatják, hogy az Univerzum tágulásának híres hatása is a gravitációs kölcsönhatás törvényein alapul. Különösen az Univerzum tágulását segítik elő az erős gravitációs mezők, mind a kicsi, mind a legnagyobb objektumok.

Gravitációs sugárzás kettős rendszerben

A gravitációs sugárzás vagy gravitációs hullám egy olyan kifejezés, amelyet először a híres tudós, Albert Einstein vezetett be a fizikába és a kozmológiába. A gravitációs sugárzást a gravitációelméletben az anyagi tárgyak változó gyorsulású mozgása hozza létre. Egy tárgy gyorsulása során úgy tűnik, hogy egy gravitációs hullám „elszakad” tőle, ami a gravitációs mező oszcillációihoz vezet a környező térben. Ezt nevezik gravitációs hullámhatásnak.

Bár a gravitációs hullámokat Einstein általános relativitáselmélete, valamint más gravitációs elméletek is megjósolják, soha nem észlelték közvetlenül. Ez elsősorban rendkívüli kicsiségüknek köszönhető. A csillagászatban azonban vannak közvetett bizonyítékok, amelyek megerősíthetik ezt a hatást. Így a gravitációs hullám hatása megfigyelhető a megközelítés példáján kettős csillagok. A megfigyelések megerősítik, hogy a kettőscsillagok konvergenciája bizonyos mértékig függ e kozmikus objektumok energiaveszteségétől, amelyet feltehetően gravitációs sugárzásra fordítanak. A tudósok a közeljövőben megbízhatóan megerősíthetik ezt a hipotézist az Advanced LIGO és VIRGO teleszkópok új generációjával.

A modern fizikában a mechanikának két fogalma van: a klasszikus és a kvantum. A kvantummechanikát viszonylag nemrég fejlesztették ki, és alapvetően különbözik a klasszikus mechanikától. A kvantummechanikában az objektumoknak (kvantumoknak) nincs meghatározott helyzetük és sebességük, itt minden a valószínűségen alapul. Vagyis egy tárgy egy adott időpontban elfoglalhat egy bizonyos helyet a térben. Hogy hova költözik legközelebb, azt nem lehet megbízhatóan meghatározni, de csak nagy valószínűséggel.

A gravitáció érdekes hatása, hogy meg tudja hajlítani a tér-idő kontinuumot. Einstein elmélete azt állítja, hogy egy energiacsomó vagy bármilyen anyag körüli térben a téridő görbült. Ennek megfelelően az anyag gravitációs mezejének hatása alá eső részecskék pályája megváltozik, ami nagy valószínűséggel lehetővé teszi mozgásuk pályájának előrejelzését.

A gravitáció elméletei

Ma a tudósok több mint egy tucat különböző gravitációs elméletet ismernek. Klasszikus és alternatív elméletekre oszlanak. Az előbbi leghíresebb képviselője Isaac Newton klasszikus gravitációs elmélete, amelyet a híres brit fizikus talált fel még 1666-ban. Lényege abban rejlik, hogy egy hatalmas test a mechanikában gravitációs teret hoz létre maga körül, amely vonzza a kisebb tárgyakat. Utóbbiak viszont gravitációs mezővel is rendelkeznek, mint minden más anyagi objektum az Univerzumban.

A következő népszerű gravitációs elméletet a világhírű német tudós, Albert Einstein találta ki a 20. század elején. Einstein pontosabban tudta leírni a gravitációt mint jelenséget, és nemcsak a klasszikus mechanikában, hanem a kvantumvilágban is megmagyarázta hatását. Általános relativitáselmélete leírja, hogy egy erő, például a gravitáció képes befolyásolni a tér-idő kontinuumot, valamint az elemi részecskék térbeli pályáját.

Az alternatív gravitációs elméletek közül talán a relativisztikus elmélet érdemelné a legnagyobb figyelmet, amelyet honfitársunk, a híres fizikus, A.A. talált ki. Logunov. Einsteinnel ellentétben Logunov azt állította, hogy a gravitáció nem geometriai, hanem valódi, meglehetősen erős fizikai erőtér. Az alternatív gravitációs elméletek közül ismertek a skaláris, bimetrikus, kvázilineáris és mások is.

1. Azok az emberek, akik az űrben jártak és visszatértek a Földre, eleinte meglehetősen nehéz megszokni bolygónk gravitációs hatásának erejét. Néha ez több hétig is eltart.
2. Az bebizonyosodott emberi test súlytalanságban havonta akár 1%-ot is elveszíthet a csontvelő tömegéből.
3. A Naprendszer bolygói közül a Marsnak van a legkisebb gravitációs ereje, a Jupiternek pedig a legnagyobb.
4. Az ismert bélbetegségeket okozó szalmonella baktériumok súlytalanságban aktívabban viselkednek, és képesek az emberi testre sokkal több kárt.
5. Az Univerzum összes ismert csillagászati ​​objektuma közül a fekete lyukak rendelkeznek a legnagyobb gravitációs erővel. Egy golflabda méretű fekete lyuknak ugyanolyan gravitációs ereje lehet, mint az egész bolygónknak.
6. A Föld gravitációs ereje nem egyforma bolygónk minden szegletében. Például Kanadában, a Hudson-öbölben alacsonyabb, mint a földkerekség más régióiban.

Don DeYoung

A gravitáció (vagy a gravitáció) szilárdan a földön tart minket, és lehetővé teszi, hogy a Föld a Nap körül keringjen. Ennek a láthatatlan erőnek köszönhetően eső esik a földre, és az óceán vízszintje minden nap emelkedik és csökken. A gravitáció gömb alakban tartja a Földet, és megakadályozza, hogy légkörünk a világűrbe kerüljön. Úgy tűnik, hogy ezt a minden nap megfigyelhető vonzási erőt a tudósoknak alaposan tanulmányozniuk kell. De nem! A gravitáció sok szempontból továbbra is a tudomány legmélyebb rejtélye. Ez a titokzatos erő figyelemre méltó példája annak, hogy a modern tudományos ismeretek mennyire korlátozottak.

Mi a gravitáció?

Isaac Newtont már 1686-ban érdekelte ez a kérdés, és arra a következtetésre jutott, hogy a gravitáció az a vonzáserő, amely minden objektum között létezik. Rájött, hogy ugyanaz az erő kering a pályáján, amely miatt az alma a földre esik. Valójában a Föld gravitációs ereje arra készteti a Holdat, hogy másodpercenként körülbelül egy milliméterrel letér egyenes útjáról, miközben a Föld körül kering (1. ábra). Newton egyetemes gravitációs törvénye minden idők egyik legnagyobb tudományos felfedezése.

A gravitáció az a „kötél”, amely az objektumokat pályán tartja

1. kép Illusztráció a Hold pályájáról, nem méretarányosan rajzolva. A Hold másodpercenként körülbelül 1 km-t tesz meg. Ezen a távolságon körülbelül 1 mm-rel eltér az egyenes úttól - ez a Föld gravitációs vonzása miatt következik be (szaggatott vonal). Úgy tűnik, hogy a Hold folyamatosan a Föld mögött (vagy körülötte) esik, ahogy a bolygók a Nap körül.

A gravitáció a természet négy alapvető erőjének egyike (1. táblázat). Vegyük észre, hogy a négy erő közül ez az erő a leggyengébb, mégis domináns a nagy űrobjektumokhoz képest. Ahogy Newton megmutatta, a két tömeg közötti vonzó gravitációs erő egyre kisebb és kisebb lesz, ahogy a köztük lévő távolság egyre nagyobb és nagyobb, de soha nem éri el teljesen a nullát (lásd "A gravitáció tervezése").

Ezért az egész univerzumban minden részecske ténylegesen vonz minden más részecskét. A gyenge és erős nukleáris kölcsönhatások erőitől eltérően a vonzási erő nagy hatótávolságú (1. táblázat). A mágneses erő és az elektromos erő is nagy hatótávolságú erők, de a gravitáció egyedülálló abban, hogy egyszerre nagy hatótávolságú és mindig vonzó, ami azt jelenti, hogy soha nem fogy ki (ellentétben az elektromágnesességgel, amelyben az erők vonzhatnak vagy taszíthatnak) .

A nagy teremtéstudóstól, Michael Faraday-től 1849-től kezdve a fizikusok folyamatosan keresték a rejtett kapcsolatot a gravitációs erő és az elektromágneses kölcsönhatás ereje között. Jelenleg a tudósok megpróbálják mind a négy alapvető erőt egyetlen egyenletbe vagy az úgynevezett „Minden elméletébe” egyesíteni, de hiába! A gravitáció továbbra is a legtitokzatosabb és legkevésbé tanulmányozott erő.

A gravitációt semmilyen módon nem lehet megvédeni. Bármi legyen is a blokkoló partíció összetétele, nincs hatása a két különálló objektum közötti vonzásra. Ez azt jelenti, hogy laboratóriumi körülmények között lehetetlen antigravitációs kamrát létrehozni. A gravitáció nem attól függ kémiai összetétel tárgyak, hanem tömegüktől függ, amit mi tömegként ismerünk (a tárgyra ható gravitációs erő megegyezik az adott tárgy súlyával – minél nagyobb a tömeg, annál nagyobb az erő vagy súly.) Üvegből, ólomból álló tömbök, jég vagy akár hungarocell, és azonos tömegű, ugyanazt a gravitációs erőt fog tapasztalni (és kifejteni). Ezeket az adatokat kísérletek során szerezték be, és a tudósok még mindig nem tudják, hogyan magyarázhatók el elméletileg.

Tervezés a gravitációban

Két, r távolságra lévő m 1 és m 2 tömeg közötti F erő az F = (G m 1 m 2)/r 2 képlettel írható fel

Ahol G a gravitációs állandó, amelyet először Henry Cavendish mért meg 1798-ban.1

Ez az egyenlet azt mutatja, hogy a gravitáció csökken, ha két objektum közötti r távolság nő, de soha nem éri el teljesen a nullát.

Ennek az egyenletnek a fordított négyzettörvény természete egyszerűen lenyűgöző. Végül is nincs szükségszerű ok arra, hogy a gravitáció úgy működjön, ahogyan működik. Egy rendezetlen, véletlenszerű és fejlődő univerzumban az önkényes hatványok, például az r 1,97 vagy az r 2,3 valószínűbbnek tűnnek. A pontos mérések azonban 2,00000 pontos hatványt mutattak, legalább öt tizedesjegyig. Ahogy egy kutató mondta, ez az eredmény úgy tűnik "túl precíz".2 Megállapíthatjuk, hogy a gravitációs erő pontos, megalkotott tervezést jelez. Valójában, ha a fokszám egy kicsit is eltérne a 2-től, a bolygók és az egész univerzum pályája instabillá válna.

Linkek és jegyzetek

1. Technikailag G = 6,672 x 10 –11 Nm 2 kg –2
2. Thompsen, D., "Nagyon pontos a gravitációról", Tudományos hírek 118(1):13, 1980.

Tehát mi is pontosan a gravitáció? Hogyan képes ez az erő egy ilyen hatalmas, üres térben működni? És egyáltalán miért létezik? A tudomány soha nem tudott válaszolni ezekre a természeti törvényekkel kapcsolatos alapvető kérdésekre. A vonzás ereje nem keletkezhet lassan mutáció vagy természetes szelekció révén. Az univerzum kezdete óta érvényben van. Mint minden más fizikai törvény, a gravitáció kétségtelenül a tervezett teremtés figyelemre méltó bizonyítéka.

Egyes tudósok megpróbálták megmagyarázni a gravitációt az objektumok között mozgó láthatatlan részecskékkel, gravitonokkal. Mások kozmikus húrokról és gravitációs hullámokról beszéltek. A közelmúltban a tudósok egy speciálisan létrehozott LIGO laboratórium (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) segítségével csak a gravitációs hullámok hatását tudták látni. De ezeknek a hullámoknak a természete, hogy a tárgyak fizikailag milyen kölcsönhatásba lépnek egymással hatalmas távolságokon, megváltoztatva az előnyüket, továbbra is nagy kérdés marad mindenki számára. Egyszerűen nem ismerjük a gravitációs erő eredetét és azt, hogy hogyan tartja fenn az egész univerzum stabilitását.

Gravitáció és a Szentírás

A Bibliából két részlet segíthet megértenünk a gravitáció és általában a fizikai tudomány természetét. Az első szakasz, Kolossé 1:17, megmagyarázza, hogy Krisztus "Először is van, és minden tőle függ". A görög ige áll (συνισταω sunistao) jelentése: összetartani, összetartani vagy összetartani. Ennek a szónak a görög használata a Biblián kívül azt jelenti vizet tartalmazó edény. A Kolosséhoz írt levélben használt szó tökéletes idejű, ami általában egy jelenlegi, folyamatban lévő állapotot jelez, amely egy befejezett múltbeli cselekvésből ered. A szóban forgó fizikai mechanizmusok egyike egyértelműen a gravitációs erő, amelyet a Teremtő hozott létre, és amelyet ma is folyamatosan fenntartanak. Képzeljük csak el: ha a gravitációs erő egy pillanatra megszűnne, kétségtelenül káosz következne be. Az összes égitest, beleértve a Földet, a Holdat és a csillagokat, többé nem tartana össze. Minden azonnal külön, apró részekre oszlik.

A második Írás, a Zsidók 1:3 kijelenti, hogy Krisztus "Hatalma szavával mindent fenntart." Szó tart (φερω pherō) ismét leírja mindennek a támogatását vagy megőrzését, beleértve a gravitációt is. Szó tart, ahogy ebben a versben használják, sokkal többet jelent, mint a súlytartást. Ez magában foglalja az univerzumban előforduló összes mozgás és változás ellenőrzését. Ezt a végtelen feladatot az Úr mindenható Igéjén keresztül hajtják végre, amely által maga a világegyetem is létezni kezdett. A gravitáció, egy „titokzatos erő”, amely négyszáz évnyi kutatás után továbbra is kevéssé ismert, az univerzummal való csodálatos isteni gondoskodás egyik megnyilvánulása.

Idő és tér torzulásai és fekete lyukak

Einstein általános relativitáselmélete a gravitációt nem erőnek tekinti, hanem magát a tér görbületét egy hatalmas objektum közelében. A hagyományosan egyenes vonalakat követő fény az előrejelzések szerint meghajlik, amikor áthalad a görbe téren. Ezt először akkor mutatták be, amikor Sir Arthur Eddington csillagász felfedezett egy változást egy csillag látszólagos helyzetében teljes NAPFOGYATKOZÁS 1919-ben, abban a hitben, hogy a fénysugarakat a nap gravitációja hajlítja meg.

Az általános relativitáselmélet azt is megjósolja, hogy ha egy test elég sűrű, akkor gravitációja annyira eltorzítja a teret, hogy a fény egyáltalán nem tud áthaladni rajta. Egy ilyen test elnyeli a fényt és minden mást, amit erős gravitációja elfog, és fekete lyuknak nevezik. Egy ilyen testet csak a más tárgyakra gyakorolt ​​gravitációs hatásai, a körülötte lévő fény erős hajlítása és a ráeső anyag által kibocsátott erős sugárzás alapján lehet észlelni.

A fekete lyukban lévő összes anyag a végtelen sűrűségű központban összenyomódik. A lyuk „méretét” az eseményhorizont határozza meg, azaz. egy határ, amely körülveszi a fekete lyuk közepét, és azon túl semmi (még a fény sem) tud kiszabadulni. A lyuk sugarát Karl Schwarzschild (1873–1916) német csillagász után Schwarzschild-sugárnak nevezik, és az RS = 2GM/c 2 képlettel számítják ki, ahol c a fény sebessége vákuumban. Ha a nap egy fekete lyukba esne, annak Schwarzschild sugara mindössze 3 km lenne.

Jó bizonyíték van arra, hogy miután egy hatalmas csillag kifogy a nukleáris fűtőanyagból, többé nem tud ellenállni annak, hogy saját hatalmas súlya alatt összedőljön, és egy fekete lyukba zuhanjon. Úgy gondolják, hogy a több milliárdnyi tömegű fekete lyukak a galaxisok középpontjában találhatók, beleértve a mi galaxisunkat, a Tejútrendszert is. Sok tudós úgy véli, hogy a szuperfényes és nagyon távoli objektumok, az úgynevezett kvazárok hasznosítják azt az energiát, amely akkor szabadul fel, amikor az anyag beleesik egy fekete lyukba.

Az általános relativitáselmélet előrejelzései szerint a gravitáció is torzítja az időt. Ezt a nagyon pontos atomórák is megerősítették, amelyek tengerszinten néhány mikromásodperccel lassabban futnak, mint a tengerszint feletti területeken, ahol a Föld gravitációja valamivel gyengébb. Az eseményhorizont közelében ez a jelenség jobban észrevehető. Ha egy űrhajós óráját nézzük, amint közeledik az eseményhorizonthoz, látni fogjuk, hogy az óra lassabban jár. Az eseményhorizontba kerülve az óra megáll, de soha nem fogjuk látni. Ezzel szemben az űrhajós nem fogja észrevenni, hogy az órája lassabban jár, de látni fogja, hogy a mi óránk egyre gyorsabban jár.

A fekete lyuk közelében tartózkodó űrhajósok számára a fő veszélyt az olyan árapály-erők jelentenék, amelyeket az okoz, hogy a gravitáció erősebb a test azon részein, amelyek közelebb vannak a fekete lyukhoz, mint a tőle távolabbi részeken. Az árapály-erők ereje egy csillag tömegű fekete lyuk közelében erősebb minden hurrikánnál, és könnyen apró darabokra tép mindent, ami az útjába kerül. Míg azonban a gravitációs vonzás a távolság négyzetével (1/r 2) csökken, addig az árapály hatása csökken a távolság kockájával (1/r 3). Ezért a hagyományos bölcsességgel ellentétben a gravitációs erő (beleértve az árapály-erőt is) a nagy fekete lyukak eseményhorizontjánál gyengébb, mint a kis fekete lyukaknál. Tehát a megfigyelhető térben lévő fekete lyuk eseményhorizontjában fellépő árapály-erők kevésbé lennének észrevehetők, mint a legenyhébb szellő.

Az idő gravitáció általi megnyúlása az eseményhorizont közelében Dr. Russell Humphreys teremtésfizikus új kozmológiai modelljének alapja, amelyet Csillagfény és idő című könyvében ír le. Ez a modell segíthet megoldani azt a problémát, hogy miként láthatjuk a távoli csillagok fényét a fiatal univerzumban. Ráadásul ma ez a nem bibliai alternatíva tudományos alternatívája, amely olyan filozófiai feltevéseken alapul, amelyek túlmutatnak a tudomány keretein.

jegyzet

A gravitáció, egy „titokzatos erő”, amely még négyszáz évnyi kutatás után is kevéssé érthető...

Isaac Newton (1642-1727)

Fotó: Wikipedia.org

Isaac Newton (1642-1727)

Isaac Newton 1687-ben tette közzé híres munkájában a gravitációról és az égitestek mozgásáról szóló felfedezéseit. Matematikai alapelvek" Egyes olvasók gyorsan arra a következtetésre jutottak, hogy a Newton-i világegyetem nem hagy teret Istennek, mivel most már mindent meg lehet magyarázni egyenletekkel. Newton azonban egyáltalán nem így gondolta, ahogy e híres mű második kiadásában mondta:

"A legszebbünk Naprendszer, a bolygók és az üstökösök csak egy intelligens és hatalmas lény tervének és uralmának eredményei lehetnek."

Isaac Newton nemcsak tudós volt. A tudomány mellett szinte egész életét a Biblia tanulmányozásának szentelte. Kedvenc bibliai könyvei Dániel könyve és a Jelenések könyve voltak, amelyek leírják Isten jövőre vonatkozó terveit. Valójában Newton több teológiai művet írt, mint tudományosat.

Newton tisztelte más tudósokat, például Galileo Galileit. Newton egyébként ugyanabban az évben született, amikor Galilei meghalt, 1642-ben. Newton ezt írta levelében: „Ha másoknál messzebbre láttam, az azért volt, mert tovább álltam vállakóriások." Nem sokkal halála előtt, valószínűleg a gravitáció rejtélyére gondolva, Newton szerényen ezt írta: „Nem tudom, hogyan lát engem a világ, de magamnak csak egy tengerparton játszó fiúnak tűnik, aki azzal szórakoztatja magát, hogy időnként talál egy-egy kavicsot a többinél színesebb, vagy egy gyönyörű kagylót, miközben egy hatalmas óceánt. a feltáratlan igazságról."

Newtont a Westminster Abbeyben temették el. Sírjának latin felirata a következő szavakkal végződik: „Örüljenek a halandók, hogy az emberi faj ilyen ékessége élt közöttük.”.

Biztosan hallottad már, hogy a gravitáció nem erő. És ez igaz. Ez az igazság azonban sok kérdést vet fel. Például általában azt mondjuk, hogy a gravitáció "húzza" a tárgyakat. A fizika órán azt mondták nekünk, hogy a gravitáció a tárgyakat a Föld közepe felé húzza. De hogyan lehetséges ez? Hogyan lehet, hogy a gravitáció nem erő, de mégis vonzza a tárgyakat?

Az első dolog, amit meg kell érteni, hogy a helyes kifejezés a "gyorsulás" és nem a "vonzás". Valójában a gravitáció egyáltalán nem vonzza a tárgyakat, deformálja a tér-idő rendszert (azt a rendszert, amelyben élünk), a tárgyak követik a deformáció következtében kialakuló hullámokat, és időnként fel is gyorsulhatnak.

Albert Einsteinnek és relativitáselméletének köszönhetően tudjuk, hogy a téridő az energia hatására változik. És ennek az egyenletnek a legfontosabb része a tömeg. Egy tárgy tömegének energiája megváltoztatja a téridőt. A tömeg meghajlítja a téridőt, és az így létrejövő hajlítás energiát csatornáz. Így pontosabb, ha a gravitációt nem erőnek, hanem a téridő görbületének tekintjük. Ahogy a gumibevonatot egy bowlinglabda alatt hajlítják meg, a téridőt a hatalmas tárgyak hajlítják meg.

Ahogy az autó különböző íveket és kanyarokat tartalmazó úton halad, a tárgyak térben és időben hasonló íveken és íveken mozognak. És ahogy egy autó felgyorsul a dombról, a masszív tárgyak extrém görbületeket hoznak létre térben és időben. A gravitáció képes felgyorsítani a tárgyakat, amikor azok mély gravitációs kutakba kerülnek. Ezt az utat, amelyet az objektumok a téridőn keresztül követnek, "geodéziai pályának" nevezik.

A gravitáció működésének és az objektumok felgyorsításának jobb megértéséhez vegye figyelembe a Föld és a Hold egymáshoz viszonyított elhelyezkedését. A Föld egy meglehetősen masszív objektum, legalábbis a Holdhoz képest, és bolygónk a téridőt meghajlítja. A Hold a bolygó tömege által okozott tér- és időtorzulások miatt kering a Föld körül. Így a Hold egyszerűen az így létrejövő téridő-kanyar mentén halad, amit pályának nevezünk. A Hold nem érez semmilyen erőt, amely rá ható, egyszerűen csak követ egy bizonyos utat, ami kialakult.