A gravitáció az univerzum egyik legerősebb ereje, az univerzum négy alapvető alapja, amely meghatározza annak szerkezetét. Egyszer, hála neki, bolygók, csillagok és egész galaxisok merültek fel. Ma megtartja a Földet pályán a Soha véget nem érő útján.
A vonzerő nagy jelentőségű az ember mindennapi életében. Ennek a láthatatlan erőnek köszönhetően világunk óceánjai pulzálnak, a folyók folyik, az eső esik a földre. Gyermekkorunk óta testünk és a környező tárgyak súlyát érezzük. A gravitáció gazdasági tevékenységünkre gyakorolt hatása hatalmas.
Az első gravitációs elméletet Isaac Newton hozta létre a XVII. Század végén. A világméretű törvénye ezt a kölcsönhatást a klasszikus mechanika keretein belül írja le. Szélesebb körben ezt a jelenséget Einstein írta le az általános relativitáselméletében, amelyet a múlt század elején adtak ki. Az elemi részecskék erejével előforduló folyamatoknak meg kell magyarázniuk a gravitáció kvantumelméletét, de még nem kell létrehozni.
Ma a gravitáció természetéről sokkal többet tudunk, mint Newton idején, de évszázados tanulmányok ellenére még mindig a modern fizika igazi botránya marad. A meglévő gravitációs elméletben sok fehér folt van, és még mindig nem értjük pontosan, hogy mi okozza azt, és hogyan viszonyul ez a kölcsönhatás. Természetesen nagyon messze vagyunk attól, hogy képesek vagyunk a gravitációs erő irányítására, hogy az anti-gravitáció vagy levitáció hosszú ideig csak a tudomány-regények oldalain létezjön.
Mi esett Newton fejére?
Az emberek az erő természetéről gondoltak, ami mindig vonzza a tárgyakat a földre, de Isaac Newtonnak csak a tizenhetedik században sikerült felemelnie a titoktartás fátyolát. Az áttörés alapja a Kepler és a Galileo - ragyogó tudósok, akik az égi testek mozgását tanulmányozták, munkái.
Másfél és fél évszázaddal a világ Newtoni törvénye előtt, a lengyel csillagász Copernicus úgy vélte, hogy a vonzereje "... nem más, mint az a természetes tendencia, amellyel az Univerzum atyja minden részecskét tehetséges, nevezetesen egy egészre egyesíteni gömb alakú testeket". Descartes a világ éterében fellépő zavarok következménye volt. A görög filozófus és tudós Arisztotelész meg volt győződve arról, hogy a tömeg befolyásolja a hulló testek sebességét. És csak a Galilei Galilei a XVI. Század végén bizonyította, hogy ez nem igaz: ha nincs levegőellenállás, az összes tárgyat ugyanúgy gyorsítják.
A fej és az alma közös legendájával ellentétben Newton több mint húsz éve ment a gravitáció természetének megértéséhez. A gravitációs törvénye minden idők és népek egyik legjelentősebb tudományos felfedezése. Univerzális, és lehetővé teszi, hogy kiszámítsa az égitestek pályáit és pontosan leírja a körülöttünk lévő objektumok viselkedését. A mennyek klasszikus elmélete megalapozta az égi mechanikát. Newton három törvénye lehetőséget adott arra, hogy a tudósok felfedezzék az új bolygókat, szó szerint "a toll csúcsán", sőt nekik köszönhetően az ember képes volt leküzdeni a föld gravitációját és repülni az űrbe. Szigorú tudományos alapot hoztak a világegyetem anyagi egységének filozófiai fogalma alatt, amelyben minden természeti jelenséget általános fizikai szabályokkal összekapcsolnak és vezérelnek.
Newton nem csak egy olyan képletet tett közzé, amely kiszámítja a testet vonzó erőt, hanem egy teljes modellt is létrehozott, amely matematikai elemzést is tartalmazott. Ezeket az elméleti következtetéseket a gyakorlatban ismételten megerősítették, beleértve a legmodernebb módszereket is.
Newtoni elméletben bármely anyagi objektum vonzási mezőt hoz létre, amelyet gravitációsnak neveznek. Ezenkívül az erő arányos a két test tömegével, és fordítottan arányos a közöttük lévő távolsággal:
F = (G m1 m2) / r2
G a gravitációs állandó, amely 6,67 × 10−11 m³ / (kg · s²). Először 1798-ban képes volt kiszámítani Henry Cavendishet.
A mindennapi életben és az alkalmazott tudományágakban az erő, amellyel a föld vonzza a testet, a súlya. Az univerzum két anyagi tárgya közötti vonzódás az, amit a gravitáció egyszerű szavakkal jellemez.
A vonzódás ereje a fizika négy alapvető kölcsönhatása közül a leggyengébb, de sajátosságainak köszönhetően képes szabályozni a csillagrendszerek és galaxisok mozgását:
- A vonzás bármilyen távolságban működik, ez a fő különbség a gravitáció és az erős és gyenge nukleáris kölcsönhatások között. A növekvő távolsággal a cselekvés csökken, de soha nem lesz nulla, így azt mondhatjuk, hogy még a galaxis különböző végein lévő két atom kölcsönös hatással van. Ez csak nagyon kicsi;
- A gravitáció univerzális. A látványterület minden anyagi testhez tartozik. A tudósok még nem fedezték fel a bolygónkon vagy az űrben olyan tárgyat, amely nem vesz részt az ilyen típusú interakcióban, így a gravitáció szerepe az Univerzum életében hatalmas. Ez különbözik az elektromágneses kölcsönhatástól, amelynek hatása az űrfolyamatokra minimális, mivel a természetben a legtöbb test elektromosan semleges. A gravitációs erőket nem lehet korlátozni vagy szűrni;
- Ez nemcsak anyagon, hanem energián is működik. Számára az objektumok kémiai összetétele nem számít, csak a tömegük játszik szerepet.
Newton-képlet segítségével a vonzereje könnyen kiszámítható. Például a hold gravitációja többször kisebb, mint a Földön, mert a műholdunk viszonylag kis tömegű. De elegendő, ha az óceánokban rendszeres ebbs és áramlások alakulnak ki. A Földön a szabad esés gyorsulása körülbelül 9,81 m / s2. És a pólusoknál ez valamivel nagyobb, mint az egyenlítőnél.
A tudomány további fejlődésének óriási jelentősége ellenére Newton törvényei számos gyenge ponttal rendelkeztek, amelyek nem adtak pihenést a kutatóknak. Nem volt világos, hogy a gravitáció egy teljesen üres térben hatalmas távolságokra, és elképzelhetetlen sebességgel jár. Ezenkívül az adatok fokozatosan felhalmozódtak, ami ellentmond a Newton törvényeinek: például a gravitációs paradoxon vagy a Mercury perihelionjának elmozdulása. Nyilvánvalóvá vált, hogy az univerzális agresszió elmélete finomítást igényel. Ez a megtiszteltetés a zseniális német fizikus Albert Einstein sokaságára esett.
A relativitás vonzereje és elmélete
Newton megtagadása, hogy megvitassa a gravitáció természetét („Én nem találom fel a hipotéziseket”), fogalma nyilvánvaló gyengesége volt. Nem meglepő, hogy a következő években sok gravitációs elmélet jelent meg.
Legtöbbjük az úgynevezett hidrodinamikai modellek közé tartozott, amelyek megpróbálták igazolni az anyagjellemzők bizonyos közbenső anyagokkal, amelyek bizonyos tulajdonságokkal rendelkeznek, mechanikai kölcsönhatását. A kutatók másképp nevezték: "vákuum", "éter", "graviton fluxus", stb. Ebben az esetben a testek közötti vonzódás ereje az anyag megváltozása következtében keletkezett, amikor az objektumok elnyelték, vagy szkrínelték. Valójában minden ilyen elméletnek komoly hátránya volt: inkább pontosan megjósolta a gravitációs erő távolságtól való függését, ezért az „éter” vagy „graviton fluxus” -hoz képest mozgó testek lassulásához kellett vezetniük.
Einstein megközelítette ezt a kérdést más szögből. A relativitás általános elméletében (GTR) a gravitáció nem az erők kölcsönhatása, hanem maga a téridő tulajdonsága. Bármely, tömeggel rendelkező tárgy görbülethez vezet, ami vonzerejét okozza. Ebben az esetben a gravitáció egy geometriai hatás, amelyet a nem-euklideszi geometria keretei között tekintünk.
Egyszerűen fogalmazva, a tér-idő kontinuum befolyásolja az anyagot, ami a mozgását okozza. És ez viszont hatással van a térre, "mutatva", hogy hogyan hajlítsa.
A mikrokozmoszban a vonzerő erők hatnak, de az elemi részecskék szintjén az elektrosztatikus kölcsönhatáshoz viszonyított hatásuk elhanyagolható. A fizikusok úgy vélik, hogy a gravitációs kölcsönhatás az első pillanatokban (10 -43 másodperc) nem volt rosszabb a többiekhez képest.
Jelenleg a relativitás általános elméletében javasolt gravitációs fogalom a tudományos közösség többsége által elfogadott és számos kísérlet eredménye által megerősített fő hipotézis.
Einstein munkájában előre látta a gravitációs erők csodálatos hatásait, amelyek többségét már megerősítették. Például az a lehetőség, hogy a masszív testek fénysugarakat hajoljanak, és még lassítsák az idő múlását. Az utóbbi jelenséget szükségszerűen figyelembe kell venni a globális műholdas navigációs rendszerek, mint például a GLONASS és a GPS működtetésében, különben néhány nap múlva tíz kilométeres hibájuk lenne.
Emellett Einstein elméletének következménye az úgynevezett finom gravitációs hatások, mint például a gravitációs mágneses tér és az inerciális referenciarendszerek tehetetlensége (más néven Lense-Thirring hatás). Ezek az erőszak megnyilvánulása olyan gyenge, hogy hosszú ideig nem voltak kimutathatóak. Csak 2005-ben, a NASA egyedülálló Gravity Probe B missziójának köszönhetően a Lense-Thirring hatás megerősítést nyert.
Gravitációs sugárzás vagy az elmúlt évek legalapvetőbb felfedezése
A gravitációs hullámok egy geometrikus tér-idő struktúra oszcillációja, amely a fény sebességén terjed. Einstein létezését az Einstein is előre jelezte az általános relativitás szempontjából, de az erő gyengesége miatt nagysága nagyon kicsi, ezért hosszú ideig nem volt kimutatható. Csak a közvetett bizonyítékok szóltak a sugárzás létezéséért.
Az ilyen hullámok bármilyen aszimmetrikus gyorsulással mozgó anyagot hoznak létre. A tudósok „tér-idő hullámokat” írnak le. Az ilyen sugárzás legerősebb forrásai a galaxisok és a két tárgyból álló összeomló rendszerek ütközése. Az utóbbi eset tipikus példája a fekete lyukak vagy a neutroncsillagok fúziója. Ilyen folyamatokban a gravitációs sugárzás a rendszer teljes tömegének több mint 50% -át képes áthaladni.
A gravitációs hullámokat először 2015-ben két LIGO megfigyelőközpont segítségével fedezték fel. Majdnem azonnal, ez az esemény az elmúlt évtizedekben a legnagyobb fizikai felfedezés állapotát kapta. 2017-ben megkapta a Nobel-díjat. Ezután a tudósok többször is képesek voltak a gravitációs sugárzást rögzíteni.
A múlt század 70-es években - a kísérleti megerősítést megelőzően - a tudósok a gravitációs sugárzást hosszú távú kommunikációra tették szükségessé. Kétségtelen előnye, hogy nagy mennyiségű anyagot képes átadni anélkül, hogy felszívódnának. Jelenleg azonban aligha lehetséges, mert hatalmas nehézségek merülnek fel e hullámok generálásával és fogadásával. Igen, és a valódi tudás a gravitáció természetéről nem elég.
Ma a világ különböző országaiban több telephely található, hasonlóan a LIGO-hoz, és újak épülnek. Valószínű, hogy a közeljövőben többet fogunk tanulni a gravitációs sugárzásról.
A világ szélesebbségének alternatív elmélete és megteremtésének oka
Jelenleg a gravitáció domináns fogalma GR. Egyetért a kísérleti adatok és megfigyelések teljes létezésével. Ugyanakkor nagy számú nyíltan gyenge pontja és ellentmondásos pontja van, ezért a gravitáció természetét magyarázó új modellek létrehozására tett kísérletek nem szűnnek meg.
A világszerte észlelt összes elmélet, amelyet eddig fejlesztettek ki, több fő csoportra oszthatók:
- szabvány;
- alternatív;
- kvantum;
- egyetlen mezőelmélet.
A XIX. Különböző szerzők közé tartozik az éter vagy a korpuszuláris fényelmélet. A GR megjelenése azonban véget vetett ezeknek a feltárásoknak. Közzététele után a tudósok célja megváltozott - most törekedtek az Einstein-modell javítására, ideértve az új természeti jelenségeket is: a részecskék hátát, az Univerzum bővülését, stb.
Az 1980-as évek elejére a fizikusok kísérletileg elutasították az összes fogalmat, kivéve azokat, amelyek szerves részét képezik a GTR-nek. Ebben az időben divatos "string-elméletek" jöttek létre, amelyek nagyon ígéretesnek tűntek. A hipotézisek tapasztalt megerősítését azonban nem találták meg. Az elmúlt évtizedekben a tudomány jelentős magasságokat ért el, és számos empirikus adatot gyűjtött össze. Manapság az alternatív gravitációs elméletek létrehozására irányuló kísérleteket elsősorban a kozmológiai kutatások inspirálják, mint például a "sötét anyag", az "infláció", a "sötét energia" fogalmak.
A modern fizika egyik fő feladata két alapvető irány egységesítése: a kvantumelmélet és az általános relativitás. A tudósok arra törekszenek, hogy a vonzerőt más típusú kölcsönhatásokhoz hozzákapcsolják, így létrehozva egy „mindent elméletet”. Pontosan ez a kvantum gravitáció - a fizika ága, amely a gravitációs kölcsönhatás kvantum-leírását próbálja megadni. Ennek az iránynak egy ága a hurok gravitáció elmélete.
Az aktív és hosszú távú erőfeszítések ellenére ez a cél még nem valósult meg. És ez a kérdés nem is a feladat összetettségében van: egyszerűen csak a kvantumelmélet és a GR alapja teljesen különböző paradigmák. A kvantummechanika olyan fizikai rendszerekkel működik, amelyek a rendes téridő hátterében hatnak. A relativitáselméletben maga a téridő is dinamikus komponens, attól függően, hogy milyen klasszikus rendszerek paraméterei vannak.
A világ tudományos hipotézisei mellett vannak olyan elméletek, amelyek messze vannak a modern fizikától. Sajnos az elmúlt években az ilyen "opus" csak elárasztotta az internetet és a könyvesboltok polcait. Az ilyen művek egyes szerzői általában tájékoztatják az olvasót arról, hogy a gravitáció nem létezik, és Newton és Einstein törvényei a találmányok és rejtélyek.
Példa erre a „tudós” Nikolai Levashov munkája, aki azt állítja, hogy Newton nem fedezte fel a világ törvényét, és csak a bolygók és a holdunk, a hold a gravitációs erővel rendelkeznek a Naprendszerben. Ennek az "orosz tudósnak" bizonyítéka elég furcsa. Egyikük az amerikai NEAR Shoemaker szonda repülése az aszteroid Eroshoz, amely 2000-ben történt. A tapintó és az égi test közötti vonzás hiánya Levashov úgy véli, hogy Newton műveinek hamisságát és a fizikusok összeesküvését bizonyítja, akik elrejtik az igazságot az emberekből.
Valójában az űrhajó sikeresen befejezte küldetését: először az aszteroida pályára ment, majd a felületére puha leszállást hajtott végre.
Mesterséges gravitáció és miért van szükség rá
Két fogalom kapcsolódik a gravitációhoz, amelyek jelenlegi elméleti státuszuk ellenére a nagyközönség számára jól ismertek. Ez az antigravitáció és a mesterséges gravitáció.
Az antigravitáció a gravitációs erő ellensúlyozásának folyamata, amely jelentősen csökkentheti vagy akár visszahelyezéssel is helyettesítheti azt. A technológia elsajátítása valódi forradalmat eredményezne a közlekedésben, a repülésben, a világűr felfedezésében és radikálisan megváltoztatta az egész életünket. Jelenleg azonban az anti-gravitáció lehetősége még nem rendelkezik elméleti megerősítéssel. Továbbá, a GTR alapján ez a jelenség egyáltalán nem megvalósítható, mivel az Univerzumban nem lehet negatív tömeg. Lehetséges, hogy a jövőben többet fogunk megtudni a gravitációról és megtanulni, hogyan építsünk repülőgépeket ezen elv alapján.
A mesterséges gravitáció az ember által előidézett változás a meglévő gravitációs erőre. Ma nincs szükségünk ilyen technológiára, de a helyzet minden bizonnyal megváltozik a hosszú távú űrutazás megkezdése után. És a dolog a mi fiziológiánk. Az emberi test, amely „a megszokott” több millió éves evolúcióval a Föld állandó gravitációjához vezet, rendkívül negatív a csökkent gravitáció hatásaira. Hosszú tartózkodás még a Hold gravitációs körülményei között is (hatszor gyengébb, mint a Földön) szomorú következményekhez vezethet. A vonzás illúzióját más fizikai erők, például tehetetlenség segítségével lehet létrehozni. Ezek a lehetőségek azonban összetettek és költségesek. В настоящий момент искусственная гравитация не имеет даже теоретических обоснований, очевидно, что ее возможная практическая реализация - это дело весьма отдаленного будущего.
Сила тяжести - это понятие, известное каждому еще со школьной скамьи. Казалось бы, ученые должны были досконально исследовать этот феномен! Но гравитация так и остается глубочайшей тайной для современной науки. И это можно назвать прекрасным примером того, насколько ограничены знания человека о нашем огромном и замечательном мире.
