Ньютон, ол екеуінің арасындағы тартылыс күші екенін айтады материалдық нүктелермассалар және арақашықтықпен бөлінген екі массаға пропорционалды және қашықтықтың квадратына кері пропорционал - яғни:

Бұл шамамен 6.6725 × 10 −11 м³ / (кг · с²) тең гравитациялық тұрақты.

Бүкіләлемдік тартылыс заңы - радиацияны зерттеуде де кездесетін кері квадрат заңының қолданылуының бірі (мысалы, Жарық қысымын қараңыз) және а ауданының квадраттық өсуінің тікелей салдары болып табылады. кез келген бірлік ауданның бүкіл шардың ауданына қосатын үлесінің квадраттық төмендеуіне әкелетін радиусы ұлғайған сфера.

Гравитациялық өріс, ауырлық өрісі сияқты, потенциал болып табылады. Бұл жұп денелердің гравитациялық тартылуының потенциалдық энергиясын енгізуге болатынын білдіреді және денелер тұйық контур бойымен қозғалғаннан кейін бұл энергия өзгермейді. Гравитациялық өрістің потенциалы кинетикалық және потенциалдық энергияның қосындысының сақталу заңына әкеледі, ал денелердің гравитациялық өрістегі қозғалысын зерттегенде ол шешімді айтарлықтай жеңілдетеді. Ньютон механикасы шеңберінде гравитациялық әсерлесу ұзақ мерзімді болады. Бұл дегеніміз, массивті дене қалай қозғалмасын, кеңістіктің кез келген нүктесінде гравитациялық потенциал тек дененің орналасуына байланысты болады. осы сәтуақыт.

Үлкен ғарыштық объектілер - планеталар, жұлдыздар мен галактикалар үлкен массаға ие, сондықтан гравитациялық өрістер жасайды.

Гравитация - бұл ең әлсіз өзара әрекет. Алайда, ол кез келген қашықтықта әрекет ететіндіктен және барлық массалар оң болғандықтан, бұл өте жақсы маңызды күшӘлемде. Атап айтқанда, ғарыштық таразылардағы денелер арасындағы электромагниттік өзара әсерлесу шамалы, себебі жалпы электр зарядыбұл денелердің нөлге тең (зат тұтастай алғанда электрлік бейтарап).

Сонымен қатар, ауырлық күші, басқа өзара әрекеттесуден айырмашылығы, барлық заттар мен энергияға әсер етеді. Гравитациялық әсерлесу болмайтын объектілер табылған жоқ.

Гравитация өзінің ғаламдық сипатына байланысты галактикалардың құрылымы, қара тесіктер мен ғаламның кеңеюі сияқты ауқымды әсерлерге де, қарапайымға да жауап береді. астрономиялық құбылыстар- планеталардың орбиталары, және Жер бетіне қарапайым тартылу мен денелердің құлауы үшін.

Гравитация математикалық теориямен сипатталған алғашқы өзара әрекеттесу болды. Аристотель массасы әр түрлі заттар түседі деп есептеді әр түрлі жылдамдық... Біраз уақыттан кейін ғана Галилео Галилей бұлай емес екенін эксперименталды түрде анықтады - егер ауа кедергісі жойылса, барлық денелер бірдей жылдамдықпен қозғалады. Исаак Ньютонның бүкіләлемдік тартылыс заңы (1687 ж.) Тартылыс күшінің жалпы мінез -құлқын жақсы сипаттады. 1915 жылы Альберт Эйнштейн кеңістіктік геометрия тұрғысынан гравитацияны дәл сипаттайтын Жалпы салыстырмалылықты құрды.

Аспан механикасы және оның кейбір міндеттері

Аспан механикасының қарапайым мәселесі - екі нүктелі немесе сфералық денелердің гравитациялық өзара әрекеттесуі бос орын... Классикалық механика шеңберінде бұл мәселе аналитикалық түрде жабық түрде шешіледі; оның шешімінің нәтижесі көбінесе Кеплердің үш заңы түрінде тұжырымдалады.

Өзара әрекеттесетін органдар санының өсуімен тапсырма әлдеқайда күрделене түседі. Сонымен, бұрыннан белгілі үш денелі мәселені (яғни массасы нөлге тең емес үш дененің қозғалысын) аналитикалық жолмен шешу мүмкін емес. жалпы көрініс... Сандық шешім жағдайында, бастапқы шарттарға қатысты шешімдердің тұрақсыздығы тез басталады. Күн жүйесіне қолданған кезде бұл тұрақсыздық планеталардың жүз миллион жылдан асатын таразылардағы қозғалысын дәл болжауға мүмкіндік бермейді.

Кейбір ерекше жағдайларда болжалды шешімді табуға болады. Ең маңыздысы - бір дененің массасы басқа денелердің массасынан едәуір үлкен болған жағдай (мысалы: Күн жүйесі мен Сатурн сақиналарының динамикасы). Бұл жағдайда, бірінші жуықтау ретінде, жарық денелері бір -бірімен әрекеттеспейді және массивті дененің айналасында Кеплерлік траекториялар бойымен қозғалады деп болжауға болады. Олардың арасындағы өзара әрекеттесуді бұзылу теориясы шеңберінде ескеруге болады және уақыт бойынша орташа есепке алуға болады. Бұл жағдайда тривиальды емес құбылыстар туындауы мүмкін, мысалы, резонанстар, тартқыштар, хаос және т.б. Көрнекі мысалмұндай құбылыстар - күрделі құрылымСатурнның сақиналары.

Жүйенің әрекетін дәл сипаттауға тырысқанына қарамастан үлкен саншамамен бірдей массадағы денелерді тартады, мұны динамикалық хаос құбылысына байланысты жасау мүмкін емес.

Күшті гравитациялық өрістер

Күшті гравитациялық өрістерде, сондай -ақ релятивистік жылдамдықпен гравитациялық өрісте қозғалу кезінде жалпы салыстырмалылық теориясының (ГР) әсері байқала бастайды:

• кеңістік-уақыт геометриясын өзгерту;
  • нәтижесінде, гравитация заңының Ньютоннан ауытқуы;
  • ал төтенше жағдайларда - қара тесіктердің пайда болуы;
• гравитациялық бұзылулардың таралуының шекті жылдамдығымен байланысты потенциалдардың кешігуі;
  • нәтижесінде гравитациялық толқындардың пайда болуы;
• Сызықтық емес әсерлер: гравитация өзімен әрекеттесуге бейім, сондықтан күшті өрістердегі суперпозиция принципі енді орындалмайды.

Гравитациялық сәулелену

Жалпы салыстырмалылықтың маңызды болжамдарының бірі гравитациялық сәулелену болып табылады, оның қатысуы әлі тікелей бақылаулармен расталмаған. Алайда, оның пайда болуына күшті жанама дәлелдер бар, атап айтқанда: ықшам гравитациялық объектілері бар (мысалы, нейтронды жұлдыздар немесе қара тесіктер) жақын екілік жүйелердегі энергия шығыны, атап айтқанда, әйгілі PSR B1913 + 16 жүйесінде (Huls - Taylor пульсар) - бұл салыстырмалы модельмен жақсы келіседі, онда бұл энергия гравитациялық сәулеленумен тасымалданады.

Гравитациялық сәулеленуді тек ауыспалы квадруполды немесе көп полюсті моменттері бар жүйелер жасай алады, бұл факт табиғи көздердің көпшілігінің гравитациялық сәулеленуі бағытты екенін көрсетеді, бұл оның табылуын едәуір қиындатады. Гравитациялық күш n- өріс көзі пропорционалды болса, егер мультиполь электрлік болса, ал егер мультиполь магнитті болса, онда vшығарушы жүйеде көздердің қозғалысының тән жылдамдығы болып табылады, және c)бұл жарық жылдамдығы. Осылайша, электрлік түрдегі квадрупольдік момент басым болады және сәйкес сәулеленудің қуаты тең:

шығаратын жүйенің жаппай таралуының квадрупольдік моментінің тензоры қайда. Тұрақты (1 / Вт) сәулелену қуаты шамасының ретін бағалауға мүмкіндік береді.

1969 жылдан бастап (Вебер тәжірибелері) Ағылшын)), гравитациялық сәулеленуді тікелей анықтауға тырысуда. АҚШ-та, Еуропада және Жапонияда қазіргі уақытта жердегі бірнеше жедел детекторлар бар (LIGO, VIRGO, TAMA ( Ағылшын), GEO 600), сондай -ақ LISA (Laser Interferometer Space Antenna) ғарыштық ауырлық детекторының жобасы. Ресейде жер детекторы әзірленуде Ғылым орталығыТатарстан Республикасының «Дулкын» гравитациялық толқындық зерттеулері.

Ауырлық күшінің нәзік әсері

Жер орбитасындағы кеңістіктің қисықтығын өлшеу (суретшінің суреті)

Гравитациялық тартымдылық пен уақыттың кеңеюінің классикалық әсерінен басқа, жалпы салыстырмалылық ауырлықтың басқа көріністерінің болуын болжайды, олар жер жағдайында өте әлсіз, сондықтан оларды анықтау мен эксперименттік тексеру өте қиын. Соңғы уақытқа дейін бұл қиындықтарды жеңу экспериментаторлардың мүмкіндіктерінен тыс болып көрінді.

Олардың ішінде, атап айтқанда, инерциялық санақ жүйелерін (немесе Линзалық-Тирингтік эффект) және гравитомагниттік өрісті тартуды атауға болады. 2005 жылы NASA роботты Gravity Probe B Жерге жақын жерде осы әсерлерді өлшеу үшін бұрын -соңды болмаған дәл эксперимент жүргізді. Алынған деректерді өңдеу 2011 жылдың мамыр айына дейін жүргізілді және дәлдігі бастапқыда болжанғаннан біршама төмен болса да, геодезиялық прецессияның әсерін және инерциялық санақ жүйелерінің созылуын растады.

Өлшеу интерференциясын талдау мен шығару бойынша қарқынды жұмыстан кейін миссияның соңғы нәтижелері 2011 жылдың 4 мамырында NASA-TV телеарнасында өткен баспасөз конференциясында жарияланды және «Физикалық шолу хаттарында» жарияланды. Геодезиялық прецессияның өлшенген мәні болды −6601,8 ± 18,3 миллисекунджылына доғалар, және әсер ету әсері - −37,2 ± 7,2 миллисекунддоғалар жылына (теориялық мәндермен салыстыру - −6606,1 мас / жыл және −39,2 мас / жыл).

Классикалық ауырлық теориялары

Сондай -ақ қараңыз: Ауырлық теориялары

Осыған байланысты кванттық әсерлергравитациялар тіпті ең төтенше эксперименттік және бақылау жағдайында өте аз, олардың сенімді бақылаулары әлі жоқ. Теориялық бағалаулар көрсеткендей, көп жағдайда гравитациялық өзара әрекеттесудің классикалық сипаттамасымен шектелуге болады.

Қазіргі заманғы каноникалық классикалық гравитация теориясы бар - салыстырмалылықтың жалпы теориясы, және оны жетілдіретін көптеген гипотезалар мен әр түрлі дәрежедегі теориялар бір -бірімен бәсекелес. Барлық осы теориялар эксперименттік сынақтар жүргізіліп жатқан аппроксимация шеңберінде өте ұқсас болжамдар береді. Бірнеше негізгі, ең жақсы дамыған немесе белгілі тартылыс теориялары төменде сипатталған.

Жалпы салыстырмалылық теориясы

Жалпы салыстырмалылық теориясының (ГР) стандартты тәсілінде ауырлық күші бастапқыда күштік әсерлесу ретінде емес, кеңістік-уақыт қисығының көрінісі ретінде қарастырылады. Осылайша, жалпы салыстырмалықта гравитация геометриялық әсер ретінде түсіндіріледі, ал кеңістік-уақыт эвклидтік емес римандық (дәлірек айтқанда жалған римандық) геометрия шеңберінде қарастырылады. Гравитациялық өріс (Ньютондық гравитациялық потенциалды жалпылау), кейде оны гравитациялық өріс деп те атайды, жалпы салыстырмалылық тензорлы метрикалық өріспен - төрт өлшемді кеңістік уақытының метрикасымен және гравитациялық өрістің күшімен анықталады. метрикамен анықталатын кеңістік-уақыттың аффиндік байланысы.

Жалпы салыстырмалылықтың стандартты міндеті-қарастырылатын төрт өлшемді координаттар жүйесінде энергия-импульс көздерінің белгілі таралуына сәйкес кеңістік-уақыттың геометриялық қасиеттерін анықтайтын метрикалық тензордың компоненттерін анықтау. Өз кезегінде, метриканы білу сыналатын бөлшектердің қозғалысын есептеуге мүмкіндік береді, бұл берілген жүйеде гравитациялық өрістің қасиеттерін білуге ​​тең. Жалпы салыстырмалылық теңдеулерінің тензорлық сипатына байланысты, сондай -ақ оны тұжырымдаудың стандартты фундаменталды негіздемесімен ауырлық күші де тензорлық сипатта болады деп есептеледі. Нәтижелердің бірі - гравитациялық сәулелену квадрупольдік тәртіптен төмен болмауы керек.

Гравитациялық өрістің энергиясының өзгермейтіндігіне байланысты жалпы салыстырмалылықта қиындықтар болатыны белгілі, өйткені бұл энергия тензормен сипатталмаған және оны теориялық түрде анықтауға болады. әр түрлі жолдар... Классикалық жалпы салыстырмалылықта спин-орбитаның өзара әрекеттесуін сипаттау мәселесі де туындайды (өйткені кеңейтілген объектінің айналуы да бір мәнді анықтамаға ие емес). Нәтижелердің біркелкілігімен және консистенциясын негіздеуде белгілі бір проблемалар бар деп есептеледі (гравитациялық сингулярлықтар мәселесі).

Алайда, GRT эксперименталды түрде соңғы уақытқа дейін расталды (2012 ж.). Сонымен қатар, Эйнштейннің көптеген заманауи әдістері, бірақ қазіргі физика үшін стандарт, гравитация теориясын тұжырымдау тәсілдері төмен эксперименттік тексеру үшін ғана қол жетімді төмен энергиялы жуықтауда жалпы салыстырмалылықпен сәйкес келетін нәтижеге әкеледі.

Эйнштейн - Картан теориясы

Теңдеулердің екі сыныпқа ұқсас бөлінуі RTG-де орын алады, мұнда екінші тензорлық теңдеу евклидтік емес кеңістік пен Минковский кеңістігі арасындағы байланысты ескере отырып енгізіледі. Иорданияда өлшемсіз параметрдің болуына байланысты - Бранс - Дик теориясының нәтижелері гравитациялық эксперименттердің нәтижелерімен сәйкес келуі үшін оны таңдауға болады. Сонымен қатар, параметр шексіздікке ұмтылатындықтан, теорияның болжамдары жалпы салыстырмалылыққа жақындай түседі, сондықтан жалпы салыстырмалылық теориясын растайтын кез келген эксперимент арқылы Иордания - Бранс - Дик теориясын жоққа шығару мүмкін емес.

Кванттық ауырлық теориясы

Жарты ғасырдан астам тырысуларға қарамастан, гравитация - бұл жалпы танылған дәйекті кванттық теория әлі жасалмаған жалғыз негізгі өзара әрекеттесу. Кванттық өріс теориясының рухында төмен энергияларда гравитациялық өзара әрекеттесуді 2 -ші спині бар габаритондар - өлшегіш бозондар алмасуы түрінде ұсынуға болады. Алайда, алынған теорияны қайта қалыпқа келтіру мүмкін емес, сондықтан қанағаттанарлықсыз болып саналады.

Соңғы онжылдықтарда гравитация кванттау мәселесін шешудің үш перспективалы тәсілі жасалды: жіп теориясы, циклдік кванттық тартылыс және себептік динамикалық триангуляция.

Стринг теориясы

Онда бөлшектер мен кеңістік -уақыттың орнына жолдар мен олардың көпөлшемді аналогтары - желілер бар. Көпөлшемді есептер үшін желілер - көпөлшемді бөлшектер, бірақ бөлшектердің қозғалуы тұрғысынан ішіндебұл тарамдардың, олар кеңістік-уақыттық құрылымдар. Жол теориясының нұсқасы-М теориясы.

Циклдық кванттық тартылыс

Ол тұжырымдауға тырысады кванттық теориякеңістік-уақыт фонына, кеңістік пен уақытқа сілтеме жасамайтын өрістер, бұл теория бойынша дискретті бөліктерден тұрады. Бұл кеңістіктің кішкене кванттық жасушалары бір-бірімен белгілі бір жолмен байланысқан, сондықтан уақыт пен ұзындықтың кіші шкалаларында олар кеңістіктің алуан түрлі, дискретті құрылымын жасайды, ал үлкен масштабтарда олар үздіксіз тегіс кеңістік-уақытқа біртіндеп ауысады. Көптеген космологиялық модельдер Үлкен жарылыстан кейінгі Планк уақытынан бастап ғаламның мінез -құлқын сипаттай алатынына қарамастан, циклдік кванттық тартылыс жарылыс процесін сипаттай алады, тіпті болашаққа қарайды. Циклдық кванттық тартылыс стандартты модельдің барлық бөлшектерін сипаттауға мүмкіндік береді, олардың массасын түсіндіру үшін Хиггс бозонын енгізуді қажет етпейді.

Негізгі мақала: Себептік динамикалық триангуляция

Онда кеңістік-уақыт коллекторы себептілік принципін ескере отырып, Планк өлшемі ретіндегі қарапайым евклидтік қарапайымдардан (үшбұрыш, тетраэдр, пентахор) салынған. Макроскопиялық масштабтағы кеңістік-уақыттың төрт өлшемділігі мен жалған евклидтік сипаты онда бекітілмеген, бірақ теорияның салдары болып табылады.

сонымен қатар қараңыз

Ескертулер (өңдеу)

Әдебиет

• В.П.ВизгинГравитацияның релятивистік теориясы (шығу тегі мен қалыптасуы, 1900-1915 жж.). - М.: Наука, 1981.- 352с.
• В.П.ВизгинХХ ғасырдың 1 үштен біртұтас теориялары. - М.: Наука, 1985.- 304с.
• Иваненко Д.Д., Сарданашвили Г.А.Ауырлық 3 -ші басылым. - М.: URSS, 2008.- 200-ші жылдар.
• Мизнер C., Торн К., Уилер Дж.Ауырлық - М.: Мир, 1977 ж.
• Торн К.Қара тесіктер мен уақыт қатпарлары. Эйнштейннің батыл мұрасы. - М .: Мемлекеттік физика -математикалық әдебиет баспасы, 2009 ж.

Сілтемелер

• Бүкіләлемдік тартылыс заңы немесе «Ай неге жерге түспейді?» - Шамамен қиын
• Гравитация мәселелері (BBC деректі фильмі, бейне)
• Жер және ауырлық күші; Ауырлықтың релятивистік теориясы (Гордон «Диалогтар» телешоуы, бейне)

Гравитация теориялары
Ауырлық күшінің стандартты теориялары

«Күш деген не?» Деген сұраққа. физика былай жауап береді: «Күш - бұл материалдық денелердің бір -бірімен немесе денелер мен басқа материалдық объектілер - физикалық өрістер арасындағы өзара әсерінің өлшемі». Табиғаттағы барлық күштерді өзара әрекеттесудің төрт негізгі түріне жатқызуға болады: күшті, әлсіз, электромагниттік және гравитациялық. Біздің мақалада гравитациялық күштер туралы айтылады - екіншісінің өлшемі және, мүмкін, табиғатта осы өзара әрекеттесудің ең кең тараған түрі.

Жердің тартылуынан бастайық

Барлық тірі адамдар объектілерді жерге тартатын күш бар екенін біледі. Оны әдетте гравитация, гравитация немесе гравитация деп атайды. Оның болуына байланысты адамда қозғалыс бағытын немесе салыстырмалы нәрсенің орнын анықтайтын «жоғары» және «төмен» ұғымдары бар. жер беті... Белгілі бір жағдайда, жер бетінде немесе оның жанында гравитациялық күштер пайда болады, олар объектілерді бір -біріне тартады, олардың әрекетін ең кішіде де, өте үлкенде де көрсетеді, тіпті ғарыштық стандарттарда да, қашықтықта.

Гравитация және Ньютонның үшінші заңы

Өздеріңіз білетіндей, кез келген күш, егер ол физикалық денелердің өзара әрекеттесуінің өлшемі ретінде қарастырылса, олардың кейбіреулеріне әрқашан қолданылады. Сонымен, денелердің бір -бірімен гравитациялық өзара әрекеттесуінде олардың әрқайсысы олардың әрқайсысының әсерінен пайда болатын гравитациялық күштердің түрлерін бастан кешіреді. Егер тек екі дене болса (басқалардың әрекетін елемеуге болады деп есептеледі), онда олардың әрқайсысы Ньютонның үшінші заңы бойынша сол күшпен басқа денені тартады. Сонымен, Ай мен Жер бір -бірін тартады, нәтижесінде жердегі теңіздер ағып кетеді.

Күн жүйесіндегі әрбір планета бірден Күн мен басқа планеталардан тартылатын бірнеше күштерді бастан кешіреді. Әрине, бұл Күннің тартылу күші, оның орбитасының пішіні мен көлемін анықтайды, бірақ астрономдар өз қозғалысының траекториясын есептегенде басқа аспан денелерінің әсерін де ескереді.

Биіктіктен жерге не тез түседі?

Бұл күштің басты ерекшелігі - барлық заттар массасына қарамастан жерге бір жылдамдықпен түседі. Бір кездері, 16 ғасырға дейін, керісінше - ауыр денелер жеңіл денелерге қарағанда тезірек түсуі керек деп есептелді. Бұл қате түсінікті жою үшін Галилео Галилей өзінің әйгілі экспериментін орындауға мәжбүр болды, ол бір мезгілде Пизаның еңкіш мұнарасынан әр түрлі салмақтағы екі зеңбірек добын тастады. Эксперимент куәгерлерінің күткенінен айырмашылығы, екі ядро ​​да бір уақытта жер бетіне жетті. Бүгінде әрбір мектеп оқушысы бұл жағдайдың ауырлық күші кез келген денеге ауырлықтың g = 9,81 м / с 2 үдеуін осы дененің массасы m -ге және оның мәніне қарамастан Ньютонның екінші заңы бойынша беретіндіктен болғанын біледі. , бұл F = мг.

Айдағы және басқа планеталардағы тартылыс күштері бар әр түрлі мағынабұл үдеу. Алайда, оларға тартылыс күшінің сипаты бірдей.

Гравитация және дене салмағы

Егер бірінші күш дененің өзіне тікелей қолданылса, екіншісі оның тірегіне немесе суспензиясына қолданылады. Бұл жағдайда серпімді күштер денелерге әрқашан тіректер мен суспензиялар жағынан әсер етеді. Сол денелерге қолданылатын тартылыс күштері оларға қарай әрекет етеді.

Жер үстінде серіппенің ілулі тұрған салмағын елестетіп көріңіз. Оған екі күш қолданылады: созылған серіппенің серпімді күші мен ауырлық күші. Ньютонның үшінші заңы бойынша жүктеме серпімділік күшіне тең және оған қарама -қарсы күшпен серіппеге әсер етеді. Бұл күш оның салмағы болады. Салмағы 1 кг болатын жүктеме үшін P = 1 кг ∙ 9,81 м / с 2 = 9,81 Н (Ньютон).

Гравитациялық күштер: анықтамасы

Планетарлық қозғалысты бақылауға негізделген гравитацияның алғашқы сандық теориясын Исаак Ньютон 1687 жылы өзінің атақты табиғи философия принциптерінде тұжырымдады. Ол Күн мен планеталарға әсер ететін тартылыс күштері олардың құрамындағы заттардың мөлшеріне байланысты екенін жазды. Олар ұзақ қашықтыққа таралады және қашықтығының квадратына кері ретінде әрқашан азаяды. Бұл гравитациялық күштерді қалай есептеуге болады? R қашықтықта орналасқан m 1 және m 2 массалары бар екі объект арасындағы F күшінің формуласы келесідей:

• F = Гм 1 м 2 / r 2,
  мұндағы G - пропорционалдылық тұрақтысы, гравитациялық тұрақты.

Ауырлық күшінің физикалық механизмі

Ньютон өзінің теориясымен толық қанағаттанбады, өйткені ол қашықтықта тартылатын денелердің өзара әрекеттесуін қамтыды. Ұлы ағылшынның өзі бір хатты бір органның әрекетін екінші органға беруге жауапты белгілі бір физикалық агент болуы керек екеніне сенімді болды. Бірақ барлық кеңістікке енетін гравитациялық өріс ұғымы тек төрт ғасырдан кейін ғана енгізілген уақыт. Бүгінде ауырлық күші туралы айта отырып, біз кез келген (ғарыштық) дененің басқа денелердің тартылыс өрісімен әрекеттесуі туралы айтуға болады, олардың өлшемі денелердің әр жұбы арасында пайда болатын тартылыс күштері. Ньютон жоғарыда келтірілген формада әмбебап тартылыс заңы шындық болып қала береді және көптеген фактілермен расталады.

Гравитация теориясы мен астрономия

Ол XVIII ғасырда аспан механикасының мәселелерін шешуде өте сәтті қолданылды XIX ғасырдың басығасыр Мысалы, математиктер Д.Адамс пен В.Ле Верриер Уранның орбитасының бұзылуын талдай отырып, оған басқалармен өзара әрекеттесудің гравитациялық күштері әсер етеді деп болжайды. белгісіз планета... Олар оның болжамды орнын көрсетті, көп ұзамай астроном И.Галле Нептунды ашты.

Дегенмен, бір мәселе болды. 1845 жылы Ле Верриер Ньютон теориясы бойынша алынған бұл прецессияның нөлдік мәнінен айырмашылығы Меркурийдің орбитасы бір ғасырда 35 дюймге дейін болатынын есептеді. Кейінгі өлшемдер 43 «» дәл мәнін берді. (Бақыланған прецессия шын мәнінде 570 «» / ғасыр, бірақ барлық басқа планеталардан әсерді алып тастау үшін күрделі есеп 43 «» мәнін береді.)

Тек 1915 жылы Альберт Эйнштейн бұл сәйкессіздікті өзінің гравитация теориясы аясында түсіндіре алды. Белгілі болғандай, массивті Күн, кез келген басқа массивті дене сияқты, өзінің маңайында кеңістік-уақытты бүгеді. Бұл әсерлер планеталардың орбиталарында ауытқуларды тудырады, бірақ Меркурийде біздің жұлдызға ең кіші және ең жақын планета ретінде олар ең айқын көрінеді.

Инерциялық және гравитациялық массалар

Жоғарыда айтылғандай, Галилео заттардың массасына қарамастан жерге бірдей жылдамдықпен түсетінін бірінші болып байқаған. Ньютон формулаларында масса ұғымы екі түрлі теңдеуден шыққан. Оның екінші заңы массасы m денеге түсірілген F күші F = ma теңдеуіне сәйкес үдеу береді дейді.

Алайда, денеге қолданылатын F ауырлық күші F = мг формуласын қанағаттандырады, мұнда g қарастырылатын денемен әрекеттесетін басқа денеге тәуелді болады (жер әдетте ауырлық күші туралы айтқан кезде). Екі теңдеуде де m - пропорционалдылық коэффициенті, бірақ бірінші жағдайда ол инерциялық масса, ал екіншісінде гравитациялық болып табылады және олардың кез келген физикалық объекті үшін бірдей болуының айқын себебі жоқ.

Алайда, барлық эксперименттер бұл шынымен де солай екенін көрсетеді.

Эйнштейннің тартылыс теориясы

Ол өзінің теориясының бастапқы нүктесі ретінде инерциялық және гравитациялық массалардың теңдігі фактісін алды. Ол гравитациялық өрістің теңдеулерін, әйгілі Эйнштейн теңдеулерін құрып, олардың көмегімен Меркурий орбитасының прецессиясының дұрыс мәнін есептеді. Олар сондай -ақ Күнге жақын өтетін жарық сәулелерінің ауытқуы үшін өлшенген мән береді және олар макроскопиялық ауырлық үшін дұрыс нәтиже беретініне күмән жоқ. Эйнштейннің гравитация теориясы немесе жалпы салыстырмалық (ГР) теориясы - қазіргі ғылымның ең үлкен жеңістерінің бірі.

Гравитациялық күштер үдеу бола ма?

Егер сіз инерциялық массаны гравитациялық массадан ажырата алмасаңыз, онда ауырлықты үдеуден де ажырата алмайсыз. Гравитациялық өрістегі эксперимент оның орнына ауырлық күші болмаған кезде жеделдеткіш лифтте жүргізілуі мүмкін. Ғарышкер зымыранда жылдамдық алып, жерден алыстағанда, ол жердің күшінен бірнеше есе үлкен тартылыс күшін бастан кешіреді, ал оның басым бөлігі үдеуден келеді.

Егер ешкім ауырлықты үдеуден ажырата алмаса, онда біріншісін әрқашан үдеу арқылы жаңғыртуға болады. Гравитацияның орнына үдеу болатын жүйе инерциялық деп аталады. Сондықтан Жерге жақын орбитадағы Айды инерциялық жүйе ретінде де қарастыруға болады. Алайда, бұл жүйе гравитациялық өріс өзгерген сайын әр түрлі болады. (Айдың мысалында гравитациялық өріс бір нүктеден екінші нүктеге қарай бағытын өзгертеді.) Бұл принцип бойынша сіз әрқашан инерция жүйесін кеңістік пен уақыттың кез келген нүктесінде таба аласыз, онда физика болмаған кезде заңдарға бағынады. ауырлық күші эквиваленттілік принципі деп аталады.

Гравитация кеңістік-уақыттың геометриялық қасиеттерінің көрінісі ретінде

Гравитациялық күштерді нүктеден нүктеге қарай ерекшеленетін инерциялық координат жүйелеріндегі үдеулер ретінде қарастыруға болатындығы гравитацияның геометриялық ұғым екенін білдіреді.

Біз ғарыштық уақыт бұзылған деп айтамыз. Допты тегіс жерде қарастырыңыз. Ол демалады немесе егер үйкеліс болмаса, оған әсер ететін күш болмаған кезде біркелкі қозғалады. Егер беті қисық болса, онда доп тез жүреді және ең қысқа жолмен ең төменгі нүктеге қарай жылжиды. Сол сияқты Эйнштейн теориясында төрт өлшемді кеңістік уақыт қисық, ал дене осы қисық кеңістікте геодезиялық сызық бойымен қозғалады, бұл ең қысқа жолға сәйкес келеді. Демек, тартылыс өрісі мен физикалық денелерге әсер ететін гравитациялық күштер массивті денелердің жанында ең қатты өзгеретін кеңістік-уақыт қасиеттеріне тәуелді геометриялық шамалар болып табылады.

Гравитация Әлемдегі объектілер арасындағы ең әлсіз өзара әрекеттесуіне қарамастан, оның физика мен астрономиядағы маңызы орасан зор, өйткені ол ғарыштағы кез келген қашықтықтағы физикалық объектілерге әсер етуге қабілетті.

Егер сіз астрономияны ұнататын болсаңыз, сіз ауырлық күші немесе жалпы тартылыс заңы деген не деген сұрақ туралы ойланған шығарсыз. Гравитация - бұл ғаламдағы барлық объектілердің әмбебап фундаменталды өзара әрекеті.

Ауырлық заңының ашылуы атақты ағылшын физигі Исаак Ньютонға жатады. Белгілі ғалымның басына түскен алма оқиғасы көпшілігіңізге таныс шығар. Соған қарамастан, егер сіз тарихқа терең үңілсеңіз, ежелгі философтар мен ғалымдар, мысалы, Эпикур, гравитацияның болуы туралы оның дәуірінен бұрын ойлағанын көруге болады. Соған қарамастан, классикалық механика шеңберінде физикалық денелердің гравитациялық өзара әрекеттесуін алғаш рет Ньютон сипаттады. Оның теориясын басқа атақты ғалым - Альберт Эйнштейн жасады, ол өзінің жалпы салыстырмалық теориясында кеңістіктегі тартылыс күшінің әсерін, сонымен қатар оның кеңістік -уақыт континуумындағы рөлін дәлірек сипаттады.

Ньютонның тартылыс заңы массаның екі нүктесі арасындағы қашықтықпен бөлінген тартылыс күші қашықтықтың квадратына кері пропорционал және екі массаға тура пропорционал екенін айтады. Ауырлық күші алыс қашықтықта болады. Яғни, массасы бар дененің қалай қозғалатынына қарамастан, классикалық механикада оның гравитациялық потенциалы тек осы объектінің берілген уақыттағы орнына байланысты болады. Қалай көбірек массасыобъекті, оның гравитациялық өрісі неғұрлым үлкен болса - соғұрлым күшті гравитациялық күшке ие. Галактикалар, жұлдыздар мен планеталар сияқты ғарыштық объектілер бар ең үлкен күштарту және тиісінше жеткілікті күшті гравитациялық өрістер.

Гравитациялық өрістер

Жердің гравитациялық өрісі

Гравитациялық өріс - бұл ғаламдағы объектілер арасындағы гравитациялық әсерлесу жүретін қашықтық. Заттың массасы неғұрлым көп болса, оның гравитациялық өрісі соғұрлым күшті болады - оның белгілі бір кеңістіктегі басқа физикалық денелерге әсері соғұрлым айқын болады. Объектінің гравитациялық өрісі - потенциал. Алдыңғы мәлімдеменің мәні мынада, егер біз екі дене арасындағы потенциалды тарту энергиясын енгізетін болсақ, онда ол соңғысы тұйық контур бойымен қозғалғаннан кейін өзгермейді. Осыдан потенциалдар қосындысының сақталуының тағы бір әйгілі заңы шығады кинетикалық энергияжабық циклде.

Материалдық әлемде гравитациялық өрістің маңызы зор. Ол массасы бар Әлемдегі барлық материалдық объектілерге ие. Гравитациялық өріс затқа ғана емес, энергияға да әсер етуге қабілетті. Бұл логикалық құрылыммен сипатталатын күн жүйелері, галактикалар мен басқа да астрономиялық кластерлер пайда болатын қара тесіктер, квазарлар мен супермассивті жұлдыздар сияқты үлкен ғарыш объектілерінің гравитациялық өрістерінің әсерінен.

Соңғы ғылыми мәліметтер Ғаламның кеңеюінің әйгілі әсері гравитациялық өзара әсерлесу заңдарына негізделгенін көрсетеді. Атап айтқанда, Әлемнің кеңеюіне кіші де, үлкен де объектілердің күшті гравитациялық өрістері ықпал етеді.

Екілік жүйеде гравитациялық сәулелену

Гравитациялық сәулелену немесе гравитациялық толқын - бұл белгілі ғалым Альберт Эйнштейн физика мен космологияға алғаш енгізген термин. Гравитациялық сәулелену ауырлық теориясында айнымалы үдеуі бар материалдық объектілердің қозғалысынан туындайды. Нысанның үдеуі кезінде гравитациялық толқын, мысалы, одан «үзіледі», бұл қоршаған кеңістіктегі гравитациялық өрістің ауытқуына әкеледі. Бұл гравитациялық толқын эффектісі деп аталады.

Гравитациялық толқындар Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясымен, сондай -ақ басқа да ауырлық теорияларымен болжанғанымен, олар ешқашан тікелей ашылған жоқ. Бұл, ең алдымен, олардың кішігірім болуына байланысты. Алайда астрономияда бұл әсерді растайтын жанама дәлелдер бар. Сонымен, гравитациялық толқынның әсерін қос жұлдыздардың жақындауының мысалында байқауға болады. Бақылаулар қос жұлдыздардың конвергенция жылдамдығы белгілі бір дәрежеде гравитациялық сәулеленуге жұмсалатын осы ғарыш объектілерінің энергия жоғалтуына байланысты екенін растайды. Ғалымдар бұл болжамды жақын арада Advanced LIGO мен VIRGO телескоптарының жаңа буыны көмегімен сенімді түрде растай алады.

Қазіргі физикада механиканың екі түсінігі бар: классикалық және кванттық. Кванттық механика жақында пайда болды және классикалық механикадан түбегейлі ерекшеленеді. IN кванттық механикаобъектілердің (кванттардың) нақты позициялары мен жылдамдықтары жоқ, мұнда бәрі ықтималдыққа негізделген. Яғни, объект белгілі бір уақытта кеңістікте белгілі бір орынды иелене алады. Әрі қарай қайда жылжу керектігін сенімді түрде анықтау мүмкін емес, тек жоғары ықтималдылықпен.

Гравитацияның қызықты әсері-ол кеңістік-уақыт континуумын бүктей алады. Эйнштейн теориясы кеңістікте энергияның немесе кез келген материалдық заттың айналасында кеңістік-уақыт қисық болады дейді. Тиісінше, осы заттың гравитациялық өрісінің әсерінен түсетін бөлшектердің траекториясы өзгереді, бұл олардың қозғалыс траекториясын жоғары ықтималдықпен болжауға мүмкіндік береді.

Гравитация теориялары

Бүгінде ғалымдар ауырлық күшінің оннан астам теориясын біледі. Олар классикалық және альтернативті теорияларға бөлінеді. Біріншісінің ең әйгілі өкілі - Исаак Ньютонның гравитацияның классикалық теориясы, оны әйгілі британдық физик сонау 1666 жылы ойлап тапқан. Оның мәні мынада: механикадағы жаппай дененің айналасында гравитациялық өріс пайда болады, ол өзіне кішірек заттарды тартады. Өз кезегінде, соңғыларда Әлемдегі кез келген басқа материалдық объектілер сияқты гравитациялық өріс бар.

Келесі танымал гравитация теориясын 20 ғасырдың басында әлемге әйгілі неміс ғалымы Альберт Эйнштейн ойлап тапты. Эйнштейн гравитацияны құбылыс ретінде дәлірек сипаттай алды, сонымен қатар оның әрекетін классикалық механикада ғана емес, сонымен қатар кванттық әлемде де түсіндірді. Оның жалпы салыстырмалылық теориясы ауырлық күшінің кеңістік-уақыт континуумына, сондай-ақ қозғалыс траекториясына әсер ету қабілетін сипаттайды. элементар бөлшектеркеңістікте.

Арасында балама теорияларгравитация, біздің отандасымыз атақты физик А.А. Логунов. Эйнштейннен айырмашылығы, Логунов гравитация геометриялық емес, нақты, жеткілікті күшті физикалық күш өрісі екенін айтты. Баламалы гравитация теорияларының арасында скалярлық, биметриялық, квазилинарлық және басқалары да белгілі.

1. Ғарышта болған және Жерге оралған адамдар үшін біздің планетаның гравитациялық әсерінің күшіне үйрену өте қиын. Кейде бұл бірнеше аптаға созылады.
2. Бұл дәлелденді адам денесісалмақсыздық жағдайында ол айына 1% сүйек кемігінің массасын жоғалтуы мүмкін.
3. Күн жүйесіндегі планеталар арасында Марс ең аз тартымдылыққа ие, ал Юпитер ең үлкен.
4. Ішек ауруларының себебі болып табылатын белгілі сальмонелла бактериялары салмақсыздық жағдайында белсенділікті жоғарылатады және тудыруы мүмкін. адам денесіәлдеқайда көп зиян.
5. Ғаламдағы барлық белгілі астрономиялық объектілердің ішінде қара тесіктер ауырлық күшінің ең үлкен күшіне ие. Гольф допының өлшеміндегі қара тесік бүкіл планетамыз сияқты тартылыс күшіне ие болуы мүмкін.
6. Жердегі тартылыс күші біздің планетаның барлық бұрыштарында бірдей емес. Мысалы, Канададағы Хадсон шығанағы аймағында бұл әлемнің басқа аймақтарына қарағанда төмен.

Біз Жерде өмір сүреміз, біз оның бетімен қозғаладық, түпсіз тұңғиықтан жоғары көтерілген жартасты жартастың шетінде тұрғандай. Біз тұңғиықтың осы шетінде өзімізге әсер еткендіктен ғана тұрамыз жердің тартылыс күші; біз, олар айтқандай, белгілі бір салмаққа ие болғандықтан ғана жер бетінен түспейміз. Егер біз планетамыздың ауырлық күші кенеттен әрекет етуді тоқтатса, біз бірден осы «жардан» ұшып, тез арада ғарыштың тұңғиығына ұшып кетер едік. Біз әлемдік кеңістіктің тұңғиығына шексіз ұзақ уақыт жүгіретінбіз, оның үстіңгісін де, астын да білмейміз.

Жерде қозғалу

Оның Жердегі қозғалысбіз де ауырлық күшінің болуына қарызбыз. Біз Жерде жүреміз және бұл күштің қарсылығын үнемі жеңеміз, оның әрекетін сезінеміз, біздің аяғымыздағы ауыр салмақ сияқты. Бұл «жүктеме» әсіресе тауға көтерілгенде, аяғыңызда ілінген ауыр салмақ сияқты, оны сүйреп апару керек болғанда сезіледі. Таудан түсу бізді қадамдарымызды тездетуге мәжбүрлегенде, одан кем емес. Жерде қозғалу кезінде тартылыс күшін жеңу. Бұл бағыттар - «жоғары» және «төмен» - бізге тек ауырлық күшін көрсетеді. Жер бетіндегі барлық нүктелерде ол дерлік жердің ортасына бағытталған. Демек, «төменгі» және «жоғары» ұғымдары антиподтар деп аталатындар үшін, яғни Жер бетінің диаметрлі қарама-қарсы бөліктерінде тұратын адамдар үшін диаметрлі қарама-қарсы болады. Мысалы, Мәскеуде тұратындар үшін «төмен» көрсететін бағыт Тьерра -дель -Фуэго тұрғындары үшін «жоғары» көрсетеді. Полюстегі және экватордағы адамдар үшін төмен бағытталған бағыттар - тік бұрыштар; олар бір -біріне перпендикуляр. Жерден тыс жерде, одан алыстаған сайын тартылыс күші азаяды, өйткені тарту күші төмендейді (Жердің тартылу күші, кез келген басқа әлемдік дене сияқты, кеңістікте шексіз таралады) және центрифугалық күш артады, бұл азаяды ауырлық күші. Сондықтан біз қандай да бір жүктемені жоғары көтереміз, мысалы, әуе шарында, бұл жүктің салмағы аз болады.

Жердің центрифугалық күші

Тәуліктік айналуға байланысты, Жердің центрифугалық күші... Бұл күш жер бетіндегі барлық жерде жер осіне перпендикуляр бағытта және одан алыста әрекет етеді. Ортадан тепкіш күшсалыстырғанда шағын ауырлық... Экваторда ол ең үлкен мәнге жетеді. Бірақ мұнда да Ньютонның есептеуі бойынша центрден тепкіш күш ауырлық күшінің 1/289 ғана құрайды. Экватордан солтүстікке қарай неғұрлым алыс болсаңыз, центрден тепкіш күш соғұрлым аз болады. Полюсте ол нөлге тең.
Жердің орталықтан тепкіш күшінің әрекеті. Біршама биіктікте орталықтан тепкіш күшол соншалықты күшейеді, ол тартылыс күшіне тең болады, ал ауырлық күші алдымен нөлге тең болады, содан кейін Жерден қашықтықты ұлғайта отырып, жағымсызбағытталған және үнемі өсіп отырады қарама -қарсы жақЖерге қатысты.

Ауырлық

Жердің ауырлық күші мен центрден тепкіш күш деп аталады ауырлық күші бойынша... Жер бетінің барлық нүктелеріндегі ауырлық күші, егер біздікі өте дәл және дұрыс сфера болса, егер оның массасы барлық жерде бірдей тығыздықта болса және, ақырында, ось айналасында күнделікті айналу болмаса, бірдей болар еді. Бірақ, біздің Жер тұрақты шар емес болғандықтан, оның барлық бөліктерінде бірдей тығыздықтағы тау жыныстары болмайды және үнемі айналады, демек, жер бетінің әр нүктесіндегі ауырлық күші біршама ерекшеленеді... Сондықтан жер бетінің әр нүктесінде ауырлық күшінің шамасы ауырлық күшін төмендететін центрден тепкіш күштің шамасына, жер жыныстарының тығыздығына және Жердің центрінен қашықтығына байланысты... Бұл қашықтық неғұрлым үлкен болса, соғұрлым ауырлық күші азаяды. Жердің экваторға бір ұшымен тірелген радиусы - ең үлкені. Солтүстік немесе Оңтүстік полюсте аяқталатын радиустар ең кіші. Сондықтан экватордағы барлық денелердің полюске қарағанда салмағы аз (салмағы аз) болады. Бұл белгілі полюсте ауырлық күші экваторға қарағанда 1/289 бөлшекке артық... Экватордағы және полюстегі бірдей денелердің ауырлық күшінің айырмашылығын серіппелі таразының көмегімен өлшеу арқылы табуға болады. Егер біз денелерді салмақпен теңестіретін болсақ, онда біз бұл айырмашылықты байқамаймыз. Таразы полюсте де, экваторда да бірдей салмақты көрсетеді; шәйнектер, өлшенген денелер сияқты, әрине, салмағының да өзгеруіне әкеледі.
Экватор мен полюсте тартылыс күшін өлшеу әдісі ретінде көктемгі таразылар. Полюс аймақтарында, полюстің жанында жүктері бар кеменің салмағы шамамен 289 мың тонна деп есептейік. Экваторға жақын порттарға келгеннен кейін жүктері бар кеменің салмағы шамамен 288 мың тоннаны құрайды. Осылайша, экваторда кеме мың тоннаға жуық салмағын жоғалтты. Барлық денелер ауырлық күші оларға әсер ететіндіктен ғана жер бетінде сақталады. Таңертең төсектен тұрғанда, сіз аяғыңызды еденге түсіре аласыз, себебі бұл күш оларды төмен түсіреді.

Жердегі тартылыс күші

Оның қалай өзгеретінін көрейік жердегі тартылыс күші... Жерге тереңдеген сайын тартылыс күші белгілі бір тереңдікке дейін үздіксіз артады. Шамамен мың километр тереңдікте ауырлық күші максималды (ең үлкен) мәнге ие болады және оның жер бетіндегі орташа мәнімен (9,81 м / с) салыстырғанда шамамен бес пайызға артады. Әрі қарай тереңдеген сайын ауырлық күші үнемі төмендейді және Жердің ортасында нөлге тең болады.

Жердің айналуы туралы жорамалдар

Біздің Жер айналады 24 сағат ішінде өз осінің айналасында толық айналым жасайды. Ортадан тепкіш күш бұрыштық жылдамдықтың квадратына пропорционалды түрде өсетіні белгілі. Демек, егер Жер ось айналасында айналуды 17 есе тездетсе, онда орталықтан тепкіш күш 17 есе шаршыға, яғни 289 есе артады. Қалыпты жағдайда, жоғарыда айтылғандай, экватордағы центрден тепкіш күш ауырлық күшінің 1/289 құрайды. Көбею кезінде 17 есе ауырлық пен центрден тепкіш күш тең. Ауырлық күші - осы екі күштің нәтижесі - жылдамдықтың ұқсас өсуімен осьтік айналуЖер нөлге тең болады.
Жердің айналуы кезіндегі центрден тепкіш күштің мәні. Жердің ось айналасында айналу жылдамдығы сыни деп аталады, өйткені біздің планетаның айналу жылдамдығында экватордағы барлық денелер салмағын жоғалтады. Бұл маңызды жағдайда күннің ұзақтығы шамамен 1 сағат 25 минутты құрайды. Жердің айналуын одан әрі жеделдете отырып, барлық денелер (ең алдымен экваторда) алдымен салмағын жоғалтады, содан кейін олар орталықтан тепкіш күшпен ғарышқа лақтырылады, ал Жердің өзі сол күшпен бөлшектенеді. Біздің тұжырым дұрыс болар еді, егер Жер абсолютті қатты дене болса және оны жылдамдату кезінде айналмалы қозғалыс формасын өзгертпес еді, басқаша айтқанда, егер жер экваторының радиусы өз мәнін сақтап қалса. Бірақ Жердің айналуы үдетілгенде оның беті деформацияға ұшырауға мәжбүр болатыны белгілі: ол полюстер бағытында жиырылып экватор бағытында кеңейеді; ол барған сайын тегіс түрге ие болады. Бұл жағдайда жер экваторы радиусының ұзындығы ұлғая бастайды және осылайша центрден тепкіш күш күшейеді. Осылайша, экватордағы денелер Жердің айналу жылдамдығы 17 есе артқанша салмағын жоғалтады, ал күннің ұзақтығы 1 сағат 25 минутқа дейін қысқармай тұрып, Жермен бірге апат болады. Басқаша айтқанда, Жердің критикалық айналу жылдамдығы сәл аз болады, ал тәуліктің шектік ұзақтығы сәл ұзағырақ болады. Елестетіп көріңізші, Жердің айналу жылдамдығы қандай да бір белгісіз себептен сыни жылдамдыққа жақындайды. Сонда жер бетіндегі тұрғындар не болады? Біріншіден, Жердің барлық жерінде бір күн, мысалы, шамамен екі -үш сағат болады. Күн мен түн калейдоскопиялық түрде тез өзгереді. Күн, планетарийдегідей, аспанда өте жылдам қозғалады, ал сен оянып, жууға уақытың жеткенде, ол көкжиектің артында жоғалып кетеді, оның орнына түн келеді. Адамдар енді уақытында дәл болмайды. Айдың және аптаның қай күні екенін ешкім білмейді. Адамның қалыпты өмірі ретсіз болады. Маятник сағаты баяулайды, содан кейін барлық жерде тоқтайды. Олар жүреді, өйткені оларға гравитация әсер етеді. Шынында да, біздің күнделікті өмірімізде, «серуендеушілер» артта қалуды немесе асығуды бастағанда, олардың маятникін қысқартуға немесе ұзартуға немесе тіпті маятниктен қосымша салмақ ілуге ​​тура келеді. Экватордағы денелер салмағын жоғалтады. Бұл қиял жағдайында өте ауыр денелерді оңай көтеруге болады. Атқа, пілге, тіпті бүкіл үйді көтеру қиын болмайды. Құстар қонуға қабілетін жоғалтады. Су құятын торғай үйірі айналып жүр. Олар қатты айқайлайды, бірақ түсе алмайды. Ол лақтырған бір уыс астық бөлек дәндерде Жерге ілініп кететін. Жердің айналу жылдамдығы сыни жақындауға жақындай берсін. Біздің планета қатты деформацияланған және барған сайын тегіс болып келеді. Ол тез айналатын карусельге ұқсайды және оның тұрғындарын кез келген сәтте тастап кетемін деп қорқытады. Содан кейін өзендер ағуын тоқтатады. Олар ұзақ тұрған батпақтар болады. Үлкен мұхит кемелері су бетіне түбімен әрең тиеді, сүңгуір қайықтар теңіз түбіне бата алмайды, балықтар мен теңіз жануарлары теңіздер мен мұхиттардың бетінде жүзе алмайды, олар енді жасыра алмайды. теңіз тереңдігінде. Теңізшілер енді якорь тастай алмайды, олар өз кемелерінің рульдеріне ие болуды тоқтатады, үлкен және кіші кемелер қозғалыссыз қалады. Міне тағы бір ойдан шығарылған сурет. Жолаушылар пойызы станцияда. Ысқырық әлдеқашан берілген; пойыз кетуі керек. Жүргізуші қолынан келген барлық шараларды қабылдады. Өрт сөндіруші көмірді пешке лақтырады. Локомотивтің құбырынан үлкен ұшқындар ұшады. Дөңгелектер шарасыз айналады. Бірақ тепловоз қозғалыссыз тұр. Оның дөңгелектері рельске тимейді және олардың арасында үйкеліс болмайды. Адамдар еденге түсе алмайтын уақыт келеді; олар төбеге шыбын сияқты жабысып қалады. Жердің айналу жылдамдығы арта берсін. Орталықтан тепкіш күш ауырлық күшінен күннен -күнге асып түседі ... Сонда адамдар, жануарлар, тұрмыстық заттар, үйлер, Жердегі барлық заттар, оның барлық жануарлар әлемі әлемдік кеңістікке лақтырылады. Австралия материгі Жерден бөлініп, үлкен қара бұлт тәрізді ғарышта ілінеді. Африка Жерден алыс үнсіз тұңғиыққа ұшып кетеді. Үнді мұхитының суы сфералық тамшылардың үлкен санына айналады, сонымен қатар шексіз қашықтықтарға ұшады. Жерорта теңізі тамшылардың үлкен жинақтарына айналуға әлі үлгермегендіктен, судың бүкіл қалыңдығымен түбінен бөлініп, Неапольден Алжирге еркін өтуге болады. Ақырында, айналу жылдамдығы соншалықты артады, орталықтан тепкіш күш соншалықты күшейеді, сондықтан бүкіл жер бөлінеді. Алайда, бұл да болуы мүмкін емес. Жердің айналу жылдамдығы, біз жоғарыда айтқанымыздай, жоғарыламайды, керісінше, тіпті азаяды, бірақ ол соншалықты аз, біз білетіндей, 50 мың жылдан кейін тәуліктің ұзақтығы тек қана артады бір секунд. Басқаша айтқанда, Жер қазір біздің планетамыздың флорасы мен фаунасы Күннің калориялы, өмір беретін сәулелерінің астында мыңжылдықтар бойы гүлденуі үшін қажет жылдамдықпен айналады.

Үйкеліс мәні

Енді не екенін көрейік үйкеліс маңыздыжәне ол болмағанда не болар еді? Өзіңіз білетіндей, үйкеліс біздің киімге зиянды әсер етеді: бірінші кезекте пальто жеңі, ал етік табаны тозады, өйткені жеңдер мен табандар үйкеліске өте сезімтал. Бірақ бір сәтке елестетіп көріңізші, біздің планетамыздың беті жақсы жылтыратылған, тегіс болды және үйкеліс ықтималдығы алынып тасталатын еді. Біз осындай беткейде жүре аламыз ба? Әрине жоқ. Барлығы мұзда да, үгітілген еденде де жүрудің өте қиын екенін біледі және құлап қалудан сақ болу керек. Бірақ мұздың беті мен үйкелген еденде әлі де біраз үйкеліс бар.
Мұзға үйкеліс күші. Егер үйкеліс күші Жер бетінде жоғалып кетсе, онда біздің планетада сөзбен сипатталмаған хаос мәңгілікке билік құрар еді. Егер үйкеліс болмаса, теңіз мәңгілік ашуланады және дауыл ешқашан басылмайды. Құмды торнадо Жерге ілінуін тоқтатпайды, жел үнемі соғып тұрады. Фортепиано, скрипка мен жыртқыш аңдардың қорқынышты дауысы естіледі. Үйкеліс болмаса, қозғалыстағы дене ешқашан тоқтамайды. Жердің тегіс бетінде әр түрлі денелер мен заттар әр түрлі бағытта мәңгілікке араласатын еді. Егер Жердің үйкелісі мен тартылуы болмаса, Жер әлемі күлкілі және қайғылы болар еді.

Дон Дэйян

Гравитация (немесе тартылыс күші) бізді жерде мықтап ұстайды және жердің Күнді айналуына мүмкіндік береді. Бұл көрінбейтін күштің арқасында жаңбыр жерге түседі, ал мұхиттағы су деңгейі күн сайын көтеріліп, төмендейді. Гравитация Жерді шар тәрізді күйде ұстайды, сонымен қатар біздің атмосфераның ғарышқа ұшуына жол бермейді. Күн сайын байқалатын бұл тартымдылықты ғалымдар жақсы зерттеуі керек сияқты. Бірақ жоқ! Гравитация көп жағдайда ғылым үшін ең терең жұмбақ болып қала береді. Бұл жұмбақ күш - қазіргі ғылыми білімнің қаншалықты шектеулі екендігінің керемет мысалы.

Гравитация дегеніміз не?

Исаак Ньютон бұл мәселеге 1686 жылдың өзінде қызығушылық танытып, ауырлық күші барлық объектілер арасында болатын тарту күші деген қорытындыға келді. Ол алманы жерге айналдыратын сол күш оның орбитада жерге түсетінін түсінді. Шындығында, Жердің тартылыс күші Жерді айналу кезінде Айдың әр секунд сайын өзінің тура жолынан шамамен бір миллиметрге ауытқуына жауап береді (1 -сурет). Ньютонның бүкіләлемдік тартылыс заңы - барлық уақыттағы ең үлкен ғылыми жаңалықтардың бірі.

Гравитация - бұл заттарды орбитада ұстайтын «арқан»

Сурет 1.Масштабқа түсірілмеген Айдың орбитасының суреті. Ай секундына шамамен 1 км жүреді. Бұл қашықтық үшін ол тура жолдан шамамен 1 мм ауытқиды - бұл Жердің тартылыс күшіне байланысты (үзік сызық). Ай күннің айналасындағы планеталар құлап жатқандай, үнемі жердің артында (немесе айналасында) төмендейді.

Гравитация - табиғаттың төрт негізгі күшінің бірі (1 -кесте). Назар аударыңыз, төрт күштің ішінде бұл күш ең әлсіз, бірақ ол үлкен ғарыш объектілеріне қатысты басым. Ньютон көрсеткендей, кез келген екі масса арасындағы тартымды тартылыс күші олардың арақашықтығы барған сайын азаяды, бірақ ол ешқашан нөлге дейін жетпейді («Гравитация дизайны» бөлімін қараңыз).

Сондықтан бүкіл ғаламдағы әрбір бөлшек басқа бөлшектерді тартады. Әлсіз және күшті ядролық өзара әрекеттесу күштерінен айырмашылығы, тарту күші алыс қашықтықта болады (1-кесте). Магниттік күш пен электрлік әсерлесу күші де алыс қашықтықтағы күштер болып табылады, бірақ гравитация бірегей, өйткені ол ұзақ қашықтықта және әрқашан тартымды, яғни ол ешқашан құрға алмайды (күштер тартатын немесе тартатын электромагнетизмнен айырмашылығы). қайтару).

1849 жылы ұлы креационист ғалым Майкл Фарадейден бастап, физиктер гравитация мен электромагниттік әсерлесу күші арасындағы жасырын байланысты іздеді. Қазіргі уақытта ғалымдар төртеуін де байланыстыруға тырысуда негізгі күштербір теңдеуге немесе «Бәрінің теориясы» деп аталады, бірақ нәтиже жоқ! Гравитация ең жұмбақ және аз зерттелген күш болып қала береді.

Гравитацияны ешқандай жолмен қорғауға болмайды. Бөлу қабырғасының құрамы қандай болса да, ол екі бөлінген объектінің арасындағы тартылысқа әсер етпейді. Бұл зертханалық жағдайда ауырлыққа қарсы камераны құру мүмкін еместігін білдіреді. Гравитация тәуелді емес химиялық құрамыобъектілер, бірақ олардың массасына байланысты, бізге белгілі салмақ (заттың ауырлық күші осы заттың салмағына тең - массасы неғұрлым көп болса, соғұрлым күш немесе салмақ.) Шыныдан, қорғасыннан, мұз, тіпті стирофол және массасы бірдей болса, сол гравитациялық күшті бастан кешіреді (және әсер етеді). Бұл деректер эксперименттер барысында алынды, ал ғалымдар оларды теориялық түрде қалай түсіндіруге болатынын әлі білмейді.

Гравитациядағы дизайн

R қашықтықта орналасқан m 1 және m 2 массаларының арасындағы F күшін F = (G m 1 m 2) / r 2 формуласы бойынша жазуға болады.

Мұндағы G - гравитациялық тұрақтылық, оны алғаш Генри Кавендиш 1798 жылы өлшеген.1

Бұл теңдеу ауырлық күші екі объекті арасындағы қашықтық үлкен болған сайын азаятынын көрсетеді, бірақ ешқашан нөлге толық жетпейді.

Бұл теңдеудің кері квадрат табиғаты адамды таң қалдырады. Өйткені, ауырлық күшінің осылай әрекет етуінің қажет себебі жоқ. Хаотикалық, кездейсоқ және дамушы ғаламда r 1.97 немесе r 2.3 сияқты ерікті күштер ықтимал болып көрінетін еді. Дегенмен, дәл өлшеу кемінде бес ондық бөлшекке дәл көрсеткішті көрсетті, 2.00000. Бір зерттеуші айтқандай, бұл нәтиже сияқты Тым дәл.2 Ауырлық күші дәл жасалған дизайнды көрсетеді деп қорытынды жасауға болады. Шын мәнінде, егер дәреже 2 -ден сәл ауытқып кетсе, планеталар мен бүкіл ғаламның орбиталары тұрақсыз болады.

Сілтемелер мен жазбалар

1. Техникалық тұрғыдан алғанда, G = 6.672 x 10 –11 Нм 2 кг –2
2. Томпсен, Д., «Гравитация туралы өте дәл», Ғылым жаңалықтары 118(1):13, 1980.

Сонымен, гравитация дегеніміз не? Бұл күш соншалықты кең, бос кеңістікте әрекет етуге қалай қабілетті? Және неге ол мүлдем бар? Ғылым ешқашан табиғат заңдары туралы осы негізгі сұрақтарға жауап бере алмады. Гравитация мутация немесе табиғи сұрыпталу арқылы баяу келе алмайды. Ол ғалам пайда болғаннан бастап жұмыс істейді. Физиканың кез келген басқа заңы сияқты, ауырлық күші - жоспарлы жаратылыстың керемет дәлелі.

Кейбір ғалымдар гравитацияны объектілер арасында қозғалатын көзге көрінбейтін бөлшектермен, гравитондармен түсіндіруге тырысты. Басқалары ғарыштық тізбектер мен гравитациялық толқындар туралы айтты. Жақында ғалымдар арнайы құрылған LIGO зертханасының көмегімен (лазерлік интерферометр гравитациялық-толқындық обсерватория) гравитациялық толқындардың әсерін ғана көре алды. Бірақ бұл толқындардың табиғаты, объектілер үлкен қашықтықта бір -бірімен физикалық әсерлесіп, олардың қарама -қайшылықтарын өзгерте алатыны бәрі үшін әлі де үлкен сұрақ болып қала береді. Біз тартылыс күшінің пайда болу сипатын және оның бүкіл ғаламның тұрақтылығын қалай сақтайтынын білмейміз.

Гравитация және Жазба

Киелі кітаптан екі үзінді бізге ауырлық күшінің табиғатын түсінуге көмектеседі физика ғылымыжалпы. Бірінші үзіндіде, Колостықтарға 1:17, Мәсіх екенін түсіндіреді «Бұл бірінші кезекте және бәрі оған тұрарлық»... Грек етістігі - (συνισταω) sunistao) білдіреді: ұстаңыз, сақтаңыз немесе бірге ұстаңыз. Бұл сөзді гректердің Киелі кітаптан тыс қолдануы білдіреді құрамында су бар ыдыс... Колосалықтар кітабында қолданылған сөз өте жақсы күйде тұр, бұл әдетте аяқталған өткен әрекеттен туындаған қазіргі күйді көрсетеді. Қарастырылып отырған физикалық тетіктердің бірі - бұл Жаратушы белгілеген және бүгінде қатесіз сақталатын тарту күші. Елестетіп көріңізші: егер тартымдылық күші бір сәтке тоқтап қалса, онда хаос сөзсіз басталатын еді. Жер, ай мен жұлдыздарды қосқанда барлық аспан денелері енді бір -бірімен ұсталмайды. Сол сағаттың бәрі бөлек, кішкене бөліктерге бөлінеді.

Екінші Жазба, Еврейлерге 1: 3, Мәсіх деп жариялайды «Ол бәрін өз күшінің сөзімен сақтайды».Сөз сақтайды (φερω ферō) барлық нәрсені, оның ішінде ауырлық күшін сақтауды немесе сақтауды қайтадан сипаттайды. Сөз сақтайдыБұл аятта салмақты ұстау ғана емес, көп нәрсе де бар. Ол ғаламда болып жатқан барлық қозғалыстар мен өзгерістерді бақылауды қамтиды. Бұл шексіз міндет Иеміздің Құдіретті Сөзі арқылы жүзеге асады, ол арқылы ғаламның өзі өмір сүре бастады. Төрт жүз жылдық зерттеулерден кейін әлі де түсініксіз болып келген «жұмбақ күш» тартылыс күші - бұл ғаламға деген ғаламат қамқорлықтың бір көрінісі.

Уақыт пен кеңістіктің бұрмалануы және қара тесіктер

Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясы ауырлық күшін күш ретінде емес, массивті объектінің жанында кеңістіктің қисаюы ретінде қарастырады. Дәстүр бойынша түзу сызықтармен жүретін жарық қисық кеңістікте жүргенде бүгіледі деп болжануда. Бұл астроном сэр Артур Эддингтон жұлдыздың көрінетін жерінің өзгеруін анықтаған кезде алғаш рет көрсетілді. толық тұтылу 1919 ж., жарық сәулелері күннің тартылу күшінен бүгілген деп есептеді.

Жалпы салыстырмалылық сонымен қатар егер дене жеткілікті тығыз болса, оның ауырлық күші кеңістікті соншалықты бұрмалайды, сондықтан жарық ол арқылы өте алмайды. Мұндай дене жарықты және оның ауырлық күшімен түскен барлық нәрсені сіңіреді және Қара тесік деп аталады. Мұндай денені басқа объектілерге гравитациялық әсер етуімен, айналасындағы жарықтың қатты иілуімен және оған түсетін зат шығаратын күшті сәулелену арқылы ғана анықтауға болады.

Қара тесік ішіндегі барлық заттар тығыздығы шексіз орталықта қысылады. Тесіктің «өлшемі» оқиға көкжиегімен анықталады, яғни. Қара тесіктің ортасын қоршап тұрған шекара және одан ештеңе (тіпті жарық) өте алмайды. Шұңқырдың радиусы неміс астрономы Карл Шваршшильдтің (1873-1916) құрметіне Шварцшильд радиусы деп аталады және R S = 2GM / c 2 формуласы бойынша есептеледі, мұндағы с-вакуумдағы жарық жылдамдығы. Егер күн қара шұңқырға түссе, оның Шварцшильд радиусы небары 3 км болатын еді.

Жұлдыздың үлкен ядролық отыны құрғағаннан кейін, ол өзінің үлкен салмағының құлауына қарсы тұра алмайтынын және қара шұңқырға түсетінін дәлелдейтін дәлелдер бар. Миллиардтаған күн массасы бар қара тесіктер галактикалардың орталықтарында, оның ішінде біздің галактикамыз - Сүт жолында бар деп есептеледі. Көптеген ғалымдардың пікірінше, өте жарқын және өте алыс объектілер квазарлар деп аталады, ол заттар қара тесікке түскен кезде бөлінетін энергияны пайдаланады.

Жалпы салыстырмалылық гравитация уақытты бұрмалайды деп болжайды. Мұны Жердің тартылыс күші сәл әлсіз теңіз деңгейінен жоғары аудандарға қарағанда теңіз деңгейінде бірнеше микросекундқа баяу жүретін өте дәл атомдық сағат растады. Бұл құбылыс оқиға көкжиегіне жақынырақ байқалады. Егер біз ғарышкердің сағаттарын оқиға көкжиегіне жақындағанда бақылайтын болсақ, онда сағат баяу жұмыс істеп жатқанын көреміз. Оқиға көкжиегінде сағат тоқтайды, бірақ біз оны ешқашан көре алмаймыз. Керісінше, ғарышкер өз сағатының баяу жүргенін байқамайды, бірақ ол біздің сағаттың жылдам әрі жылдам жұмыс істейтінін көреді.

Қара шұңқырдың жанында ғарышкер үшін басты қауіп болар еді толқындық күштерауырлық күші дененің қара тесікке жақын орналасқан бөліктеріне қарағанда одан да күшті бөліктерге қарағанда күшті болуымен байланысты. Жұлдыздың массасы бар қара тесік маңындағы толқын күштері күші бойынша кез келген дауылдан күшті және олармен кездескеннің бәрін ұсақ бөлшектерге оңай ыдыратады. Алайда, алайда гравитациялық тартымдылыққашықтықтың квадратымен азаяды (1 / r 2), толқындық құбылыс қашықтықтың текшесімен азаяды (1 / r 3). Кәдімгі даналықтан айырмашылығы, тартылыс күші (толқын күшін қоса алғанда) үлкен қара тесіктердің оқиға көкжиектерінде ұсақ қара тесіктерге қарағанда әлсіз. Байқалатын кеңістіктегі қара тесіктің оқиға көкжиегіндегі толқын күштері жұмсақ желге қарағанда аз байқалады.

Оқиға көкжиегіне жақын гравитация бойынша уақыттың кеңеюі - ол өзінің жұлдызды жарық пен уақыт кітабында айтқан креационист -физик доктор Рассел Хамфристың жаңа космологиялық моделінің негізі. Бұл модель жас ғаламдағы алыстағы жұлдыздардың нұрын қалай көре аламыз деген мәселені шешуге көмектеседі. Сонымен қатар, бүгінде бұл ғылымнан асатын философиялық жорамалдарға негізделген библиялық емеске ғылыми балама.

Ескерту

Ауырлық күші, «жұмбақ күш», тіпті төрт жүз жылдық зерттеулерден кейін де әлі де болса түсініксіз болып қала береді ...

Исаак Ньютон (1642-1727)

Фото: Wikipedia.org

Исаак Ньютон (1642-1727)

Исаак Ньютон 1687 жылы гравитация мен аспан денелерінің қозғалысы туралы жаңалықтарын өзінің әйгілі еңбегінде жариялады. Математикалық бастамалар«. Кейбір оқырмандар тез арада Ньютонның ғаламы Құдайға орын қалдырмады деген қорытындыға келді, өйткені қазір бәрін теңдеулермен түсіндіруге болады. Бірақ Ньютон мүлдем олай ойламады, ол бұл әйгілі шығарманың екінші басылымында:

«Біздің ең жақсымыз күн жүйесі, планеталар мен кометалар тек ақылды және күшті болмыстың жоспары мен үстемдігінің нәтижесі болуы мүмкін ».

Исаак Ньютон тек ғалым ғана болған жоқ. Ғылымнан басқа, ол бүкіл өмірін Інжілді зерттеуге арнады. Оның сүйікті Киелі кітаптары Құдайдың болашаққа жоспарларын сипаттайтын Даниел мен Аян кітабы болды. Шын мәнінде, Ньютон ғылыми еңбектерден гөрі теологиялық еңбектер көбірек жазды.

Ньютон Галилео Галилей сияқты басқа ғалымдарға құрметпен қарады. Айтпақшы, Ньютон Галилео қайтыс болған жылы, 1642 жылы дүниеге келген. Ньютон өз хатында былай деп жазды: «Егер мен басқалардан артық көретін болсам, бұл менің тұрғаным үшін болды иықалыптар ». Ньютон өлімінен көп ұзамай, ауырлықтың жұмбағын ойлап, қарапайым түрде былай деп жазды: «Мені әлем қалай қабылдайтынын білмеймін, бірақ мен өзімді тек теңіз жағасында ойнап жүрген бала сияқтымын, ол кейде басқаларға қарағанда түрлі -түсті қиыршық тас іздейтініне таң қалады. Әдемі қабық, ал зерттелмеген үлкен мұхит ».

Ньютон Вестминстер аббатында жерленген. Оның қабіріндегі латын жазуы келесі сөздермен аяқталады: «Адамзаттың осындай әшекейі олардың арасында өмір сүргеніне, адам баласы қуансын»..