Az egyetemes gravitációs tapasztalat vagy elmélet törvénye. Az egyetemes gravitáció ereje

A gravitációs tér szerkezete semmiképpen nem a bolygó tömegének nagyságából származik. Éppen ellenkezőleg, ennek a gravitációs mezőnek az intenzitása (mint a gravitáció egyik fajtája), amelyet a tértöltés nagysága (gyorsulás) fejez ki. szabadesés), alkotja a bolygó tömegét.

És ez még egyszer hangsúlyozza a gravitáció hagyományosnak nevezett formulával való kifejezésének abszurditását fizikai elmélet az egyetemes gravitáció képlete, az egyenlőségen keresztül: Ft. = m*g= G*(m*Mз)/R 2, ahol „R” a Föld sugara plusz a test magassága a Föld felszíne felett, Mz pedig a Föld tömege, de valójában a Föld sugara súly (ami megint abszurd).

Felhívjuk figyelmét, hogy amellett, hogy a fenti egyenlőségből meghatározzuk a Föld „tömegét”, a gravitációs tér töltése (gravitációs gyorsulás) is kifejeződik belőle „g = G*Mз/Rз” formában. 2", bizonyosnak nevezve egy ilyen képletet független kifejezés a szabadesés felgyorsítására. Ugyanakkor elfelejtik, hogy a szabadesés gyorsulását természetesen a tömegek figyelembevétele nélkül fejezik ki a test esési útjának képlete alapján. GT²/2" (És gOt²/4 a diszkrimináció fizikájában) és - a megfordítható inga képletéből ( go=4piR/T 2).

A g=G*Mз/Rз abszurd képlet alapján. Ennek megfelelően az abszurd Schwarzschild-képlet is származtatott, amely azt állítja, hogy a csillagok hajlamosak összenyomódni, és ezt követően valamilyen gravitációs összeomlásra. Ez abszurd kijelentés bizonyos „fekete lyukak” abszurd elméletéhez vezetett. Mindezek az abszurditások pedig a Föld középpontjához közeledő testek tömegének csökkenése és a testek tömegétől való esésének természetétől való függetlenség hátterében nyilvánulnak meg.

Annak ellenére, hogy Newton korából adódóan nem ismerte a fizikai terek tényét, valójában az univerzális gravitációs szerkezetet a teljes téridő erőjének vagy külső megnyilvánulásának nevezte. térszerkezet. Végül is feltárta a forgás térbeli töltéseinek (az úgynevezett centripetális) értékeinek függőségét forgási gyorsulás a Holdra és a Föld gravitációs gyorsulására) a köztük lévő sugár négyzetéből a tömegek figyelembevétele nélkül.

Ez a szerkezeti térfüggőség mezők kölcsönösen centrikus kifelé irányuló erőkölcsönhatását fejezi ki, és az egyetemes gravitáció törvénye. De a testek kölcsönhatásait tekintve, nem pedig a testeket és az egyedi töltéseket jelölő mezőket, I. Newton az univerzális gravitáció törvényét nem forgásilag és szerkezetileg, hanem lineárisan és matematikailag fejezte ki: a testek gravitációs töltéseinek szorzatával (majd tömegekkel helyettesítve). ).

Ezek a töltések a Coulomb-törvényben már elektromos töltések, Cavendish kísérletében pedig testek külső molekuláris töltései. Így az I. Newton-féle, a külső teret vagy térbeli jellemzőt (beleértve egy adott testét is) jelző gravitációs töltések további tömegekkel való helyettesítése, amelyek kizárólag a testekre jellemző belső teret jellemzik, az „Ft. = m*g= G*(m*Mз)/R2".

Hiszen a tömeg (a hagyományos fizikában valójában nem különböztethető meg a gravitációs erőtől) a test anyagának belső molekuláris töltésének származéka. Így az univerzális gravitáció törvényének kezdeti torzulására, amelyet az erő lineáris, nem pedig forgási szerkezeti megfontolásában fejeztek ki, egy torzítást helyeztek át a gravitációs töltés külső fogalmának a belső fizikai tömegfogalommal való felváltása formájában.

Ez az egyetemes gravitáció törvényének kétszeres torzulását eredményezte. Ebből a szempontból ennek semmi köze a gravitáció kialakulásához, hiszen egyrészt az univerzális gravitáció vagy a gravitáció az erő forgásilag szerkezeti, nem pedig lineáris figyelembevételét jelenti. Másodszor pedig az erő lineáris figyelembevétele nem fejezi ki belső jellemzők testek és belső tér kölcsönhatása, valamint - gravitációs töltések külső tér-tér kölcsönhatása (forgási térjellemzőiket figyelembe véve, a forgási gyorsulás dimenziójában).

És valóban, a gravitációs erő, amely csak nagyra hat kozmikus testek ah, nem az űrben, semmi köze az egyetemes vagy egyetemes gravitációhoz. A gravitáció kialakulása természetesen a gravitációhoz kapcsolódik, de közvetve a tömegen keresztül.

Ugyanakkor a gravitáció kialakulása, valamint bármilyen erőt, a forgási tértöltések Newton általi összehasonlítása alapján nem lineáris vagy lineáris vektorokat, hanem rotációs szerkezeti vagy spirális vektorokat kell figyelembe venni. Newton harmadik törvénye is beszél az erő teréről vagy gömbi eredetéről, mint cselekvés és reakció spirálvektorai.

És a test esésének útja, amely a gravitációs vektorba fordul, a kibontott kör hossza, amelynek sugara megegyezik a Föld átlagos sugara által leírt félkör ívével. Így az univerzális gravitáció törvényének figyelembevételekor, amely a körkörös, kölcsönösen centrikus tértérre és az erő forgási-strukturális kifejezésére vonatkozik, megengedték, hogy összekapcsolják a lineáris kifejezés erők (például a Coulomb-törvényben és az ólomgolyók külső molekuláris kölcsönhatási erejének hasonló kifejezésében G. Cavendish által).

És ez az erőkifejezés már a tömegátmenet előtti térre vonatkozik (amely a teljes megfigyelhető kozmikus térfogat körülbelül 20%-át foglalja el), és ezért vonatkozik az egyetemes gravitációs vagy külső erőszerkezet megnyilvánulása, de nem az egyetemes gravitáció törvényéhez. Aztán ezt a lineáris erőkijelölést kombinálták a gravitáció kifejezésével (és nem „F=m*g0”, hanem „F=m*g” formában anélkül, hogy megkülönböztettük volna a gravitációs gyorsulás jelentését és a tömeg fogalmának jelentése). A gravitációs erő annál inkább nem kapcsolódik az univerzális gravitáció törvényéhez, csak a közvetlen tömegteret jelöli, vagy a tömegek csak elfoglalt terét. körülbelül 5% a teljes megfigyelhető kozmikus térfogatból.

És csak a tömegtérben kapnak az univerzális gömbvonalak kerületi, majd egyenes vonalú görbületet. Ezért furcsa módon az egyenes vonal jelenti a legnagyobb, de pontosan térbeli görbületet.

Illetve I. Newton korszakából adódóan univerzális kategóriát vagy univerzalitást látott, amely csak a földi környezetre épül, a jelzett öt százalékból. A jelen időben űrkutatás a gravitáció ilyen felfogása és világtörvény a gravitáció már nem elfogadható.

Nem csak a legtitokzatosabb a természet ereje, hanem a legerősebb is.

Ember a haladás útján

Történelmileg ez derült ki Emberi ahogy halad előre a haladás módjai egyre jobban elsajátította hatalmas erőkkel természet. Akkor kezdte, amikor nem volt más, csak egy bot az öklében és a saját testi ereje.

De bölcs volt, és az állatok testi erejét szolgálatába állította, így háziasította őket. A ló felgyorsította a futást, a teve járhatóvá tette a sivatagot, az elefánt a mocsaras dzsungelt. De fizikai erő a legerősebb állatok is mérhetetlenül gyengék a természet erői előtt.

Az ember volt az első, aki leigázta a tűz elemet, de csak a leggyengültebb változataiban. Eleinte - sok évszázadon át - csak fát használt tüzelőanyagként - egy nagyon alacsony energiaigényű tüzelőanyagot. Valamivel később megtanulta ezt az energiaforrást felhasználni a szél energiájának felhasználására, a férfi a vitorla fehér szárnyát a levegőbe emelte - és a könnyű hajó madárként repült át a hullámokon.

Vitorlás a hullámokon

Kitette a szélmalom lapátjait a széllökéseknek – és a malomkövek nehéz kövei forogni kezdtek, a darálók mozsártörői pedig zörögni kezdtek. De mindenki megérti ezt az energiát légsugarak messze nem koncentrált. Ráadásul a vitorla és a szélmalom is félt a szél fújásától: a vihar felszakította a vitorlákat és elsüllyesztette a hajókat, a vihar eltörte a szárnyakat és felborította a malmokat.

Még később az ember elkezdte meghódítani az áramló vizet. A kerék nemcsak a legprimitívebb eszköz, amely képes a vízenergiát átalakítani forgó mozgás, de a legkevésbé erős is a különféleekhez képest.

Az ember folyamatosan haladt előre a haladás létráján, és egyre több energiára volt szüksége.
Új típusú üzemanyagot kezdett használni - már átváltott az égésre szén egy kilogramm üzemanyag energiaintenzitását 2500 kcal-ról 7000 kcal-ra emelte – közel háromszorosára. Aztán eljött az olaj és a gáz ideje. Minden egyes kilogramm fosszilis tüzelőanyag energiatartalma ismét másfél-kétszeresére nőtt.

A gőzgépek a gőzturbinákat váltották fel; a malom kerekeit hidraulikus turbinák váltották fel. Ezután a férfi a hasadó uránatom felé nyújtotta a kezét. Az új típusú energia első alkalmazása azonban tragikus következményekkel járt – az 1945-ös hirosimai atomtűz 70 ezer emberi szívet égetett el néhány percen belül.

1954-ben üzembe helyezték a világ első szovjet atomerőművét, amely az urán erejét elektromos áram sugárzó erejévé változtatta. És meg kell jegyezni, hogy egy kilogramm urán kétmilliószor több energiát tartalmaz, mint egy kilogramm legjobb olaj.

Alapvető volt új tűz, amit fizikainak is nevezhetnénk, mert fizikusok tanulmányozták azokat a folyamatokat, amelyek ilyen mesés mennyiségű energia megszületéséhez vezettek.
Az urán nem az egyetlen nukleáris üzemanyag. Egy erősebb üzemanyagtípust már használnak - a hidrogénizotópokat.

Sajnos az ember még nem tudta leigázni a hidrogén-hélium atomlángot. Tudja, hogyan gyújtsa meg egy pillanatra a mindent égő tüzét, amivel fellobbantja a reakciót hidrogénbomba urán robbanás villanása. De a tudósok egy hidrogénreaktort is látnak, amely egyre közelebb és közelebb fog szülni. elektromosság a hidrogénizotóp-magok héliummagokká való fúziójának eredményeként.

Ismét csaknem tízszeresére nő az az energiamennyiség, amelyet az ember minden egyes kilogramm üzemanyagból fel tud venni. De vajon ez lesz az utolsó lépés az emberiség természeti erők feletti hatalmának elkövetkező történetében?

Nem! Előtte az energia gravitációs formájának elsajátítása. Még a hidrogén-hélium fúzió energiájánál is körültekintőbben csomagolja a természet. Ma ez az energia legkoncentráltabb formája, amit az ember el tud képzelni.

A tudomány élvonalán túl még semmi sem látható. És bár bátran kijelenthetjük, hogy az erőművek ezt a folyamatot gravitációs energia elektromos árammá (vagy esetleg egy sugárhajtómű fúvókájából kilépő gázáramba, vagy a mindenütt jelenlévő szilícium- és oxigénatomok tervezett átalakulásába ultraritka fémek atomjaivá), ennek részleteiről még nem tudunk semmit. egy erőmű ( rakétamotor, fizikai reaktor).

Az egyetemes gravitáció ereje a galaxisok születésének eredeténél

Az egyetemes gravitáció ereje a galaxisok születésének eredete a csillag előtti anyagból, ahogyan arról V.A. Ambartsumyan akadémikus is meg van győződve. Kioltja azokat a csillagokat, amelyek kiégették az idejüket, miután elhasználták a csillagok tüzelőanyagát, amelyet születésükkor kaptak.

Nézz körül: itt a Földön mindent nagyrészt ez az erő irányít.

Ez határozza meg bolygónk réteges szerkezetét - a litoszféra, a hidroszféra és a légkör váltakozását. Ő az, aki egy vastag léggázréteget tart, amelynek alján és aminek köszönhetően mindannyian létezünk.

A gravitáció nélkül a Föld azonnal kiesne a Nap körüli pályájáról, és maga a földgömb is szétesne, centrifugális erők tépték szét. Nehéz olyat találni, ami ilyen vagy olyan mértékben ne függne az egyetemes gravitációs erőtől.

Természetesen az ókori filozófusok, nagyon figyelmes emberek nem tudtak nem észrevenni, hogy a felfelé dobott kő mindig visszajön. Platón a Kr.e. 4. században ezt azzal magyarázta, hogy az Univerzum összes anyaga oda hajlik, ahol a legtöbb hasonló anyag koncentrálódik: egy eldobott kő a földre esik, vagy a fenékre kerül, a kiömlött víz beszivárog a legközelebbi tóba vagy egy folyó a tenger felé tör, a tűz füstje rokon felhői felé zúdul.

Platón tanítványa, Arisztotelész tisztázta, hogy minden testnek van speciális tulajdonságok nehézkedés és könnyedség. A nehéz testek - kövek, fémek - az Univerzum középpontjába rohannak, a könnyű testek - tűz, füst, gőzök - a perifériára. Ez a hipotézis, amely megmagyaráz néhány, az egyetemes gravitációs erőhöz kapcsolódó jelenséget, több mint 2 ezer éve létezik.

Tudósok az egyetemes gravitációs erőről

Valószínűleg az első, aki felvetette a kérdést egyetemes gravitációs erő valóban tudományosan a reneszánsz zsenije volt – Leonardo da Vinci. Leonardo kijelentette, hogy a gravitáció nem csak a Földön jellemző, hanem sok súlypont van. És azt is kifejezte, hogy a gravitációs erő a súlypont távolságától függ.

Kopernikusz, Galilei, Kepler, Robert Hooke művei egyre közelebb hoztak az egyetemes gravitáció törvényének gondolatához, de végső megfogalmazásában ez a törvény örökre Isaac Newton nevéhez fűződik.

Isaac Newton az egyetemes gravitáció erejéről

1643. január 4-én született. A Cambridge-i Egyetemen végzett, bachelor, majd mesterképzésben szerzett diplomát.

Isaac Newton

Minden további végtelen gazdagság tudományos munkák. De fő műve a „Természetfilozófia matematikai alapelvei”, amelyet 1687-ben adtak ki, és általában egyszerűen „Elvek”-nek hívják. Bennük fogalmazódik meg a nagy. Valószínűleg mindenki emlékszik rá a középiskolából.

Minden test olyan erővel vonzza egymást, amely egyenesen arányos a testek tömegének szorzatával, és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével...

Ennek a megfogalmazásnak egyes rendelkezései képesek voltak megelőlegezni Newton elődjeit, de soha senkinek nem sikerült ezt teljes egészében megvalósítani. Newton zsenije kellett ahhoz, hogy ezeket a töredékeket egyetlen egésszé gyűjtse össze, hogy a Föld gravitációját a Holdra, a Napot pedig az egész bolygórendszerre kiterjessze.

Az egyetemes gravitáció törvényéből Newton levezette a Kepler által korábban felfedezett bolygómozgás összes törvényét. Kiderült, hogy ezek egyszerűen a következményei. Ráadásul Newton megmutatta, hogy nemcsak Kepler törvényei, hanem ezektől a törvényektől való eltérések is (három vagy több test világában) az egyetemes gravitáció következményei... Ez a tudomány nagy diadala volt.

Úgy tűnt, végre felfedezték és matematikailag leírták fő erőssége a világokat mozgató természet, a levegőmolekulákat, az almákat és a Napot irányító erő. Newton lépése gigantikus volt, mérhetetlenül hatalmas.

Egy zseniális tudós munkáinak első népszerűsítője francia író A Voltaire álnéven világhírű François Marie Arouet elmondta, hogy Newton hirtelen rájött a róla elnevezett törvény létezésére, amikor egy hulló almára nézett.

Maga Newton soha nem említette ezt az almát. És aligha érdemes ma időt vesztegetni ennek a gyönyörű legendának a megcáfolására. És láthatóan a megértéshez hatalmas erő Newton logikus érveléssel jutott el a természethez. Valószínűleg ez szerepelt a „Kezdetek” megfelelő fejezetében.

Az egyetemes gravitáció ereje befolyásolja az atommag repülését

Tegyük fel, hogy nagyon Magas hegy, olyan magasra, hogy a teteje már a légkörön kívül van, gigantikus tüzérségi darab. Csőjét szigorúan párhuzamosan helyezték el a földgömb felszínével, és kilőtték. Miután leírta az ívet, a mag a Földre esik.

Növeljük a töltetet, javítjuk a lőpor minőségét, és így vagy úgy, a következő lövés után nagyobb sebességre kényszerítjük az ágyúgolyót. A mag által leírt ív laposabbá válik. A mag jóval távolabb esik hegyünk lábától.

Növeljük a töltést és lőjük is. A mag olyan lapos pályán repül, hogy párhuzamosan ereszkedik le a földgömb felszínével. A mag már nem tud leesni a Földre: ugyanolyan sebességgel, ahogyan csökken, a Föld kiszabadul alóla. És miután leírtuk a bolygónkat körülvevő gyűrűt, a mag visszatér a kiindulási ponthoz.

A pisztolyt időközben el lehet távolítani. Végül is a mag repülése a földgömb körül több mint egy órát vesz igénybe. És akkor a mag gyorsan átrepül a hegy tetején, és új repülésre indul a Föld körül. Ha – ahogy megbeszéltük – a mag nem tapasztal légellenállást, soha nem tud leesni.

Ehhez a magsebességnek közel 8 km/s-nak kell lennie. Mi van, ha növeljük a mag repülési sebességét? Először ívben fog repülni, laposabb, mint a görbület a Föld felszíne, és elkezd távolodni a Földtől. Ugyanakkor sebessége csökkenni fog a Föld gravitációjának hatására.

És végül, megfordulva, elkezd visszaesni a Földre, de elrepül mellette, és nem egy kört, hanem egy ellipszist zár be. A mag pontosan úgy fog a Föld körül mozogni, ahogy a Föld a Nap körül, mégpedig egy ellipszis mentén, amelynek egyik gócában bolygónk középpontja lesz.

Ha tovább növeli a mag kezdeti sebességét, az ellipszis jobban megnyúlik. Ezt az ellipszist úgy nyújthatod, hogy a mag elérje holdpálya vagy még sokkal tovább. De amíg ennek a magnak a kezdeti sebessége nem haladja meg a 11,2 km/sec-et, addig a Föld műholdja marad.

A mag, amely kilövéskor több mint 11,2 km/s sebességet kapott, örökre elrepül a Földtől egy parabola pályán. Ha az ellipszis zárt görbe, akkor a parabola olyan görbe, amelynek két ága van a végtelenbe. Egy ellipszis mentén haladva, bármilyen hosszú is legyen, elkerülhetetlenül szisztematikusan visszatérünk a kiindulási ponthoz. Egy parabola mentén haladva soha nem térünk vissza a kiindulóponthoz.

De miután ezzel a sebességgel elhagyta a Földet, a mag még nem lesz képes a végtelenbe repülni. A Nap erőteljes gravitációja elhajtja repülésének pályáját, és úgy zárja maga körül, mint egy bolygó pályája. A mag a Föld testvére lesz, egy független apró bolygó bolygóink családjában.

Ahhoz, hogy a magot a bolygórendszeren túlra irányítsuk, a napgravitációt leküzdjük, 16,7 km/sec feletti sebességet kell adni neki, és úgy irányítani, hogy ehhez a sebességhez a Föld saját mozgásának sebessége is hozzáadódjon.

A körülbelül 8 km/s-os sebességet (ez a sebesség attól a hegy magasságától függ, ahonnan az ágyúink tüzelnek) körsebességnek nevezzük, a 8-11,2 km/sec sebességet elliptikusnak, a 11,2-16,7 km/sec-et parabolikusnak nevezzük. e szám felett pedig – felszabadító sebességgel.

Hozzá kell tenni, hogy ezeknek a sebességeknek a megadott értékei csak a Földre érvényesek. Ha a Marson élnénk, a körsebesség sokkal könnyebben elérhető lenne számunkra - ez csak körülbelül 3,6 km/s, a parabolasebesség pedig alig haladja meg az 5 km/sec-et.

De a magot a Jupiterből az űrbe küldeni sokkal nehezebb lenne, mint a Földről: a körsebesség ezen a bolygón 42,2 km/s, a parabolasebesség pedig még 61,8 km/sec!

A Nap lakói számára lenne a legnehezebb elhagyni világukat (ha persze ilyen létezhetne). Ennek az óriásnak a körsebessége 437,6, a kitörési sebessége pedig 618,8 km/s!

Szóval Newtoné késő XVII században, száz évvel az első meleg levegővel megtelt repülés előtt hőlégballon A Montgolfier fivérek kétszáz évvel a Wright fivérek repülőgépének első repülései és csaknem negyed évezreddel az első folyékony hajtóanyagú rakéták felszállása előtt mutatták meg az utat az ég felé a műholdaknak és az űrrepülőgépeknek.

Az egyetemes gravitációs erő minden szférában benne van

Használva az egyetemes gravitáció törvénye ismeretlen bolygókat fedeztek fel, kozmogonikus hipotéziseket hoztak létre a Naprendszer eredetéről. Felfedezték és matematikailag leírták a természet fő erejét, amely irányítja a csillagokat, a bolygókat, az almákat a kertben és a gázmolekulákat a légkörben.

De nem ismerjük az egyetemes gravitáció mechanizmusát. A newtoni gravitáció nem magyaráz, hanem egyértelműen ábrázol jelen állapot bolygómozgások.

Nem tudjuk, mi okozza az Univerzum összes testének kölcsönhatását. És nem lehet azt mondani, hogy Newtont ez az ok nem érdekelte. Sok éven át töprengett a lehetséges mechanizmusán.

Ez egyébként valóban rendkívül titokzatos hatalom. Egy erő, amely több száz millió kilométernyi téren keresztül nyilvánul meg, és első pillantásra mentes minden olyan anyagi képződménytől, amellyel a kölcsönhatás átadása megmagyarázható lenne.

Newton hipotézisei

ÉS Newton folyamodtak hipotézis egy bizonyos éter létezéséről, amely állítólag az egész Univerzumot kitölti. 1675-ben a Földhöz való vonzódást azzal magyarázta, hogy az egész Univerzumot betöltő éter folyamatos áramlásokban rohan a Föld középpontja felé, ezzel a mozgással minden tárgyat megragad, és létrehozza a gravitációs erőt. Ugyanaz az éteráram rohan a Nap felé, és bolygókat és üstökösöket hordozva biztosítja azok elliptikus pályáját...

Ez nem volt túl meggyőző hipotézis, bár matematikailag teljesen logikus volt. De aztán, 1679-ben, Newton felállított egy új hipotézist, amely megmagyarázza a gravitáció mechanizmusát. Ezúttal azt a tulajdonságot adja az éternek, hogy a bolygók közelében és tőlük távol különböző koncentrációjúak legyenek. Minél távolabb van a bolygó középpontjától, annál sűrűbb az éter. És megvan az a tulajdonsága, hogy minden anyagi testet kiprésel sűrűbb rétegeiből kevésbé sűrűre. És az összes test a Föld felszínére préselődik.

1706-ban Newton élesen tagadta az éter létezését. 1717-ben ismét visszatért az éter extrudálásának hipotéziséhez.

Newton zseniális agya küszködött a megoldással nagy titokés nem találta meg. Ez magyarázza az ilyen éles dobást egyik oldalról a másikra. Newton szerette ezt mondani:

Nem állítok fel hipotéziseket.

És bár amint igazolni tudtuk, ez nem teljesen igaz, valami mást is biztosan kijelenthetünk: Newton tudta, hogyan kell világosan különbséget tenni a vitathatatlan dolgok és a bizonytalan és ellentmondásos hipotézisek között. Az „Elvek”-ben pedig van egy képlet a nagy törvényre, de nincs kísérlet a mechanizmusának magyarázatára.
A nagy fizikus ezt a rejtvényt a jövő emberére hagyta. 1727-ben halt meg.
A mai napig nem sikerült megoldani.

A Newton-törvény fizikai lényegéről folytatott vita két évszázadot vett igénybe. És talán ez a vita nem a törvény lényegét érintené, ha pontosan választ adna a vele kapcsolatban feltett kérdésekre.

De a helyzet az, hogy idővel kiderült, hogy ez a törvény nem általános. Hogy vannak esetek, amikor ezt vagy azt a jelenséget nem tudja megmagyarázni. Mondjunk példákat.

Az egyetemes gravitáció ereje Seeliger számításaiban

Az első közülük a Seeliger-paradoxon. Tekintve, hogy a Világegyetem végtelen és egyenletesen tele van anyaggal, Seeliger megpróbálta Newton törvénye szerint kiszámítani az egész végtelen által létrehozott egyetemes gravitációs erőt. nagy tömeg végtelen univerzum annak valamikor.

Ez a tiszta matematika szempontjából nem volt könnyű feladat. Leküzdve a legbonyolultabb átalakulások minden nehézségét, Seeliger megállapította, hogy az univerzális gravitáció kívánt ereje arányos az Univerzum sugarával. És mivel ez a sugár egyenlő a végtelennel, akkor a gravitációs erőnek végtelenül nagynak kell lennie. A gyakorlatban azonban ezt nem figyeljük meg. Ez azt jelenti, hogy az egyetemes gravitáció törvénye nem vonatkozik az egész Univerzumra.

A paradoxonnak azonban más magyarázata is lehetséges. Feltételezhetjük például, hogy az anyag nem egyenletesen tölti ki az egész Univerzumot, hanem sűrűsége fokozatosan csökken, és végül valahol nagyon messze egyáltalán nincs anyag. De elképzelni egy ilyen képet azt jelenti, hogy elismerjük a tér anyag nélküli létezésének lehetőségét, ami általában abszurd.

Feltételezhetjük, hogy az egyetemes gravitációs erő gyorsabban gyengül, mint ahogy a távolság négyzete nő. Ez azonban megkérdőjelezi Newton törvényének csodálatos harmóniáját. Nem, és ez a magyarázat nem elégítette ki a tudósokat. A paradoxon paradoxon maradt.

Megfigyelések a Merkúr mozgásáról

Egy másik tény, az egyetemes gravitációs erő hatása, amelyet nem magyaráz meg Newton törvénye, hozott a Merkúr mozgásának megfigyelései- legközelebb a bolygóhoz. A Newton-törvényt használó pontos számítások kimutatták, hogy a perhelionnak – az ellipszis azon pontjának, amely mentén a Merkúr a Naphoz legközelebb mozog – 100 évenként 531 ívmásodperccel kell eltolnia.

A csillagászok megállapították, hogy ez az elmozdulás 573 ívmásodpercnek felel meg. Ezt a többletet - 42 ívmásodperc - a tudósok sem tudták megmagyarázni, csupán a Newton-törvényből fakadó képletekkel.

Megmagyarázta a Seeliger-paradoxont, a Merkúr perihéliumának eltolódását és sok más paradox jelenséget és megmagyarázhatatlan tényt Albert Einstein, minden idők egyik legnagyobb, ha nem a legnagyobb fizikusa. Az idegesítő apróságok között szerepelt a kérdés éteri szél.

Albert Michelson kísérletei

Úgy tűnt, hogy ez a kérdés nem érinti közvetlenül a gravitáció problémáját. Az optikához, a fényhez kapcsolódott. Pontosabban a sebességének meghatározására.

A fény sebességét először egy dán csillagász határozta meg Olaf Roemer, a Jupiter műholdjainak fogyatkozását figyelve. Ez még 1675-ben történt.

amerikai fizikus Albert Michelson a 18. század végén az általa tervezett berendezéssel egy sor fénysebesség-meghatározást végzett földi körülmények között.

1927-ben 299796 + 4 km/sec értéket adott a fénysebességnek - ez akkoriban kiváló pontosságnak számított. De a lényeg más. 1880-ban úgy döntött, hogy felfedezi az éteri szelet. Végre meg akarta állapítani annak az éternek a létezését, amelynek jelenlétével próbálták megmagyarázni az átvitelt gravitációs kölcsönhatás, és a fényhullámok átvitele.

Michelson valószínűleg korának legfigyelemreméltóbb kísérletezője volt. Kiváló felszereléssel rendelkezett. És szinte biztos volt a sikerben.

A tapasztalat lényege

Tapasztalatígy tervezték. A Föld körülbelül 30 km/s sebességgel mozog a pályáján. Az éteren keresztül mozog. Ez azt jelenti, hogy a vevő előtt álló forrásból a Föld mozgásához viszonyított fénysebességnek nagyobbnak kell lennie, mint a másik oldalon álló forrásból. Az első esetben az éteri szél sebességét hozzá kell adni a fénysebességhez, a második esetben a fénysebességnek ennyivel kell csökkennie.

Természetesen a Föld Nap körüli keringési sebessége csak a fénysebesség tízezrede. Nagyon nehéz kiszúrni egy ilyen kis kifejezést, de nem hiába nevezték Michelsont a pontosság királyának. Ügyes módszerrel megragadta a fénysugarak sebességének „finom” különbségét.

A sugarat két egyenlő sugárra osztotta, és egymásra merőleges irányba irányította: a meridián és a párhuzamos mentén. A tükrökről visszaverődő sugarak visszatértek. Ha egy párhuzamosan haladó sugarat az éteri szél befolyásolna, egy meridionális sugárhoz hozzáadva interferenciaperemek jelennének meg, és a két nyaláb hullámai fázison kívül esnének.

Michelsonnak azonban nehéz volt mindkét sugár útját olyan nagy pontossággal megmérni, hogy azok teljesen azonosak legyenek. Ezért úgy építette meg a készüléket, hogy ne legyenek interferencia-peremek, majd 90 fokkal elforgatta.

A meridionális sugár szélességi irányú lett és fordítva. Éteri szél esetén fekete és világos csíkok jelenjenek meg az okulár alatt! De nem voltak ott. Talán a készülék forgatásakor a tudós megmozdította.

Délben felállította és biztosította. Hiszen amellett, hogy egy tengely körül is forog. Ezért a nap különböző szakaszaiban a szélességi sugár eltérő pozíciót foglal el a közeledő éteri szélhez képest. Most, amikor a készülék szigorúan mozdulatlan, meg lehet győződni a kísérlet pontosságáról.

Ismét nem volt interferencia perem. A kísérletet sokszor elvégezték, és Michelson és vele együtt az akkori összes fizikus is lenyűgözött. Éteri szelet nem észleltek! A fény minden irányba azonos sebességgel mozgott!

Ezt senki sem tudta megmagyarázni. Michelson újra és újra megismételte a kísérletet, továbbfejlesztette a berendezést, és végül szinte hihetetlen mérési pontosságot ért el, egy nagyságrenddel nagyobbat, mint ami a kísérlet sikeréhez szükséges volt. És megint semmi!

Albert Einstein kísérletei

Következő nagy lépés V az egyetemes gravitációs erő ismerete tette Albert Einstein.
Albert Einsteint egyszer megkérdezték:

Hogyan kerültél a tiédhez speciális elmélet relativitás? Milyen körülmények között támadt a zseniális ötlet? A tudós így válaszolt: „Mindig is úgy képzeltem, hogy ez a helyzet.”

Talán nem akart őszinte lenni, talán meg akart szabadulni idegesítő beszélgetőtársától. De nehéz elképzelni, hogy az idő, a tér és a sebesség összefüggéseinek Einstein által felfedezett fogalma veleszületett volt.

Nem, természetesen először egy sejtés villant át, olyan fényesen, mint a villám. Aztán elkezdődött a fejlődése. Nem, vannak ellentmondások ismert jelenségek Nem. Aztán megjelent az az öt képletekkel teli oldal, amelyeket egy fizikai folyóiratban publikáltak. Oldalak megnyitva új kor a fizikában.

Képzelj el egy csillaghajót, amely az űrben repül. Azonnal figyelmeztetünk: az űrhajó nagyon egyedi, ugyanaz, amiről Ön beszél fantasy történetek nem olvasta. A hossza 300 ezer kilométer, a sebessége pedig mondjuk 240 ezer km/s. És ez az űrhajó elrepül az egyik közbenső platform mellett az űrben, anélkül, hogy megállna. Teljes sebességgel.

Egyik utasa a csillaghajó fedélzetén áll órával. És te és én, olvasó, egy emelvényen állunk - a hosszának meg kell felelnie a csillaghajó méretének, azaz 300 ezer kilométernek, mert különben nem tud leszállni rá. És van egy óra is a kezünkben.

Észrevesszük: abban a pillanatban, amikor az űrhajó orra elérte platformunk hátsó szélét, egy lámpa villant rajta, megvilágítva az őt körülvevő teret. Egy másodperccel később a fénysugár elérte a platformunk elülső szélét. Efelől nincs kétségünk, hiszen ismerjük a fénysebességet, és sikerült pontosan érzékelni a megfelelő pillanatot az órán. És a csillaghajón...

De egy csillaghajó is repült a fénysugár felé. És határozottan láttuk, hogy a fény megvilágította a farát abban a pillanatban, amikor valahol az emelvény közepe közelében volt. Határozottan láttuk, hogy a fénysugár nem 300 ezer kilométert tett meg az orrtól a hajó faráig.

De a csillaghajó fedélzetén ülő utasok másban is biztosak. Biztosak abban, hogy sugaruk lefedte a teljes távolságot az orrtól a tatig, 300 ezer kilométert. Végül is egy egész másodpercet töltött ezzel. Ezt is teljesen pontosan észlelték az órájukon. És hogyan is lehetne másként: elvégre a fény sebessége nem függ a forrás sebességétől...

Hogy hogy? Mi egyet látunk egy álló platformról, de mást látnak egy csillaghajó fedélzetén? Mi a helyzet?

Einstein relativitáselmélete

Azonnal meg kell jegyezni: Einstein relativitáselmélete első pillantásra abszolút ellentmond a világ szerkezetéről kialakult felfogásunknak. Mondhatjuk, hogy a józan észnek is ellentmond, ahogy azt képviselni szoktuk. Ez a tudománytörténetben nem egyszer előfordult.

De a Föld gömbalakjának felfedezése a józan észnek is ellentmondott. Hogyan élhetnek tovább ellenkező oldal emberek és nem esnek a szakadékba?

Számunkra a Föld gömbölyűsége kétségtelen tény, és abból a szempontból józan ész minden más feltételezés értelmetlen és vad. De lépj vissza az idődből, képzeld el ennek az ötletnek az első megjelenését, és világossá válik, milyen nehéz lenne elfogadni.

Nos, könnyebb lenne beismerni, hogy a Föld nem mozdul, hanem tízszer gyorsabban repül a pályáján, mint egy ágyúgolyó?

Ezek mind a józan ész kudarcai voltak. Ezért a modern fizikusok soha nem hivatkoznak rá.

Most térjünk vissza a speciális relativitáselmélethez. A világ először 1905-ben értesült róla egy cikkből, amelyet egy kevéssé ismert név - Albert Einstein - írt alá. És akkor még csak 26 éves volt.

Einstein egy nagyon egyszerű és logikus feltételezést tett ebből a paradoxonból: a peronon lévő megfigyelő szempontjából kevesebb idő telt el egy mozgó kocsiban, mint amennyit az Ön karórája mért. A kocsiban az idő múlása az álló peronon lelassult az időhöz képest.

Abszolút elképesztő dolgok logikusan következtek ebből a feltételezésből. Kiderült, hogy egy villamoson dolgozni menő ember egy ugyanúgy sétáló gyalogoshoz képest nem csak időt takarít meg a sebesség miatt, de lassabban is megy neki.

Az örök fiatalságot azonban ne így próbáld megőrizni: hiába leszel kocsis, és életed egyharmadát villamoson töltöd, 30 év alatt alig nyersz többet egy milliomod másodpercnél. Ahhoz, hogy az időnövekedés észrevehető legyen, a fénysebességhez közeli sebességgel kell mozognia.

Kiderült, hogy a testek sebességének növekedése tükröződik tömegükben. Minél közelebb van egy test sebessége a fénysebességhez, annál nagyobb a tömege. Ha egy test sebessége egyenlő a fénysebességgel, akkor a tömege egyenlő a végtelennel, azaz nagyobb, mint a Föld, a Nap, a Galaxis, az egész Univerzum tömege... Ez az a tömeg, amely képes egy egyszerű macskakövön kell koncentrálni, felgyorsítva azt
Sveta!

Ez olyan korlátozást támaszt, amely nem teszi lehetővé egyetlen anyagi test számára sem, hogy a fénysebességgel azonos sebességet fejlesszen ki. Hiszen ahogy nő a tömeg, úgy egyre nehezebb felgyorsítani. A végtelen tömeget pedig semmilyen erő nem tudja elmozdítani a helyéről.

A természet azonban nagyon fontos kivételt tett e törvény alól a részecskék egész osztályára vonatkozóan. Például a fotonokhoz. Fénysebességgel tudnak mozogni. Pontosabban, más sebességgel nem tudnak mozogni. Elképzelhetetlen egy mozdulatlan fotont elképzelni.

Álló helyzetben nincs tömege. A neutrínóknak szintén nincs nyugalmi tömege, és arra vannak ítélve, hogy az Univerzumunkban a lehető legnagyobb sebességgel, örökkévaló, ellenőrizetlen repüléssel repüljenek át az űrben anélkül, hogy megelőznék a fényt vagy lemaradnának.

Nem igaz, hogy a speciális relativitáselmélet általunk felsorolt ​​következményeinek mindegyike meglepő és paradox! És természetesen mindegyik ellentmond a „józan észnek”!

De itt van az érdekes: nem sajátos formájukban, hanem tág filozófiai álláspontként mindezeket a csodálatos következményeket a dialektikus materializmus megalapítói megjósolták. Mit jeleznek ezek az eredmények? Azokról az összefüggésekről, amelyek egy mozgó tárgy energiáját és tömegét, tömegét és sebességét, sebességét és idejét, sebességét és hosszát összekötik...

Einstein felfedezése az egymásrautaltságról, mint például a beton (további részletek:), a vasalás vagy az alapkövek összekapcsolása, olyan dolgokat és jelenségeket hozott össze, amelyek korábban egymástól függetlennek tűntek, és megteremtették azt az alapot, amelyre a tudomány történetében először. , lehetségesnek tűnt egy harmonikus épület felépítése. Ez az épület egy ötlet az Univerzumunk működéséről.

De először legalább néhány szót az általános relativitáselméletről, amelyet szintén Albert Einstein alkotott meg.

Albert Einstein

Ez a név általános elmélet relativitáselmélet - nem egészen felel meg a tárgyalt elmélet tartalmának. Létrehozza a tér és az anyag kölcsönös függőségét. Nyilván helyesebb lenne így nevezni tér-idő elmélet, vagy a gravitáció elmélete.

De ez a név annyira összefonódott Einstein elméletével, hogy sok tudós számára még a leváltás kérdésének felvetése is illetlennek tűnik.

Az általános relativitáselmélet megállapította az anyag és az azt tartalmazó tér és idő közötti kölcsönös függőséget. Kiderült, hogy a tér és az idő nemcsak hogy nem képzelhető el az anyagtól elkülönítve létezőként, hanem tulajdonságaik is függenek az őket kitöltő anyagtól.

Az érvelés kiindulópontja

Ezért csak jelezni tudjuk kiindulópontés tegyen néhány fontos következtetést.

Az űrutazás kezdetén egy váratlan katasztrófa tönkretette a könyvtárat, a filmgyűjteményt és az űrben repülő emberek elméjének és emlékezetének egyéb tárházát. A bennszülött bolygó természete pedig feledésbe merült az évszázadok változásában. Még az egyetemes gravitáció törvényét is elfelejtik, mert a rakéta az intergalaktikus térben repül, ahol szinte nem is érezhető.

A hajó motorjai azonban remekül működnek, az akkumulátorokban az energiaellátás gyakorlatilag korlátlan. A legtöbb Idővel a hajó tehetetlenséggel mozog, és lakói hozzászoktak a súlytalansághoz. De néha bekapcsolják a motorokat, és lelassítják vagy felgyorsítják a hajó mozgását. Amikor a sugárfúvókák színtelen lánggal lángolnak az űrbe, és a hajó felgyorsult ütemben halad, a lakók úgy érzik, hogy testük elnehezül, kénytelenek körbejárni a hajót, és nem repülni a folyosókon.

És most a repülés a végéhez közeledik. A hajó felrepül az egyik csillaghoz, és a legalkalmasabb bolygó pályájára esik. Az űrhajók kimennek a szabadba, sétálnak a friss növényzettel borított talajon, folyamatosan átélve ugyanazt a nehézkes érzést, ami a hajó gyorsított ütemű mozgásából ismert.

De a bolygó egyenletesen mozog. Nem tud feléjük repülni állandó 9,8 m/sec2 gyorsulással! És az első feltételezésük, hogy a gravitációs tér (gravitációs erő) és a gyorsulás ugyanazt a hatást fejti ki, és talán közös a természetük.

Egyik földi kortársunk sem volt ilyen hosszú repülésen, de sokan érezték testük „nehézségének” és „könnyedségének” jelenségét. Még egy közönséges lift is, ha gyorsított ütemben mozog, ezt az érzést kelti. Lefelé menet hirtelen súlyvesztést érez felfelé, éppen ellenkezőleg, a padló a szokásosnál nagyobb erővel nyomja a lábát.

De egy érzés nem bizonyít semmit. Hiszen az érzések arról próbálnak meggyőzni bennünket, hogy a Nap a mozdulatlan Föld körül mozog az égen, hogy minden csillag és bolygó egyazon távolságra van tőlünk, az égbolton stb.

A tudósok kísérleti tesztelésnek vetették alá az érzéseket. Newton a két jelenség furcsa azonosságán is elgondolkodott. Megpróbált számszerű jellemzőket adni nekik. A gravitációs és -mérést követően meg volt győződve arról, hogy értékeik mindig szigorúan megegyeznek egymással.

A kísérleti üzem ingáit mindenféle anyagból készítette: ezüst, ólom, üveg, só, fa, víz, arany, homok, búza. Az eredmény ugyanaz volt.

Egyenértékűségi elv, amelyről beszélünk, az általános relativitáselmélet alapja, bár az elmélet modern értelmezésének már nincs szüksége erre az elvre. Kihagyva az ebből az elvből következő matematikai következtetéseket, térjünk át közvetlenül az általános relativitáselmélet néhány következményére.

A nagy tömegű anyag jelenléte nagymértékben befolyásolja a környező teret. Olyan változásokhoz vezet benne, amelyek a tér heterogenitásaként definiálhatók. Ezek az inhomogenitások irányítják minden olyan tömeg mozgását, amelyek a vonzó test közelében találják magukat.

Általában ehhez a hasonlathoz folyamodnak. Képzelj el egy vásznat, amely szorosan a földfelszínnel párhuzamos keretre van feszítve. Helyezzen rá nehéz súlyt. Ez lesz a nagy vonzó tömegünk. Ez természetesen meggörbíti a vásznat, és valamiféle depresszióba fog vezetni. Most görgessük végig a labdát ezen a vászonon úgy, hogy útjának egy része a vonzerő massza mellett legyen. A labda elindításának módjától függően három lehetőség közül választhat.

1. A labda elég messzire repül a vászon elhajlása által létrehozott mélyedéstől, és nem fogja megváltoztatni a mozgását.
2. A labda megérinti a mélyedést, és mozgásának vonalai a vonzó tömeg felé hajlanak.
3. A labda beleesik ebbe a lyukba, nem tud kijutni onnan, és egy-két fordulatot tesz a gravitációs tömeg körül.

Nem igaz, hogy a harmadik lehetőség nagyon szépen modellezi a vonzáskörükbe hanyagul berepülő idegentest csillag vagy bolygó általi elfogását?

A második eset pedig egy nagyobb sebességgel repülő test röppályájának elhajlása lehetséges sebesség elfog! Az első eset hasonlít a gravitációs mező gyakorlati hatótávolságán túli repüléshez. Igen, pontosan gyakorlatias, mert elméletileg a gravitációs tér határtalan.

Természetesen ez egy nagyon távoli hasonlat, elsősorban azért, mert senki sem tudja igazán elképzelni a mi elhajlásunkat háromdimenziós tér. Mit fizikai jelentése Senki sem ismeri ezt az elhajlást vagy görbületet, ahogy gyakran mondják.

Az általános relativitáselméletből az következik, hogy bármely anyagi test gravitációs térben csak görbe vonalak mentén tud mozogni. Csak privátban különleges esetek a görbe egyenessé válik.

Ennek a szabálynak a fénysugár is engedelmeskedik. Végül is olyan fotonokból áll, amelyek repülés közben bizonyos tömeggel rendelkeznek. És a gravitációs tér kifejti rá a hatását, akárcsak egy molekulára, egy aszteroidára vagy egy bolygóra.

Egy másik fontos következtetés, hogy a gravitációs tér az idő múlását is megváltoztatja. Nagy vonzású tömeg közelében, az általa létrehozott erős gravitációs térben az idő múlásának lassabbnak kell lennie, mint attól távol.

Látod, az általános relativitáselmélet tele van paradox következtetésekkel, amelyek ismét megdönthetik a „józan ész” elképzeléseinket!

Gravitációs összeomlás

Beszéljünk egy csodálatos jelenségről, amelynek kozmikus jellege van - a gravitációs összeomlásról (katasztrofális kompresszió). Ez a jelenség gigantikus anyagfelhalmozódásokban fordul elő, ahol a gravitációs erők olyan hatalmas nagyságrendet érnek el, hogy semmilyen más természetben létező erő nem tud ellenállni nekik.

Emlékezzen Newton híres képletére: minél kisebb a gravitációs testek közötti távolság négyzete, annál nagyobb a gravitációs erő. Így minél sűrűbbé válik egy anyagi képződmény, minél kisebb a mérete, minél gyorsabban nőnek a gravitációs erők, annál elkerülhetetlenebb a pusztító ölelésük.

Van egy ravasz technika, amellyel a természet az anyag határtalannak tűnő összenyomódása ellen küzd. Ennek érdekében megállítja az idő múlását a szuperóriás gravitációs erők működési területén, és úgy tűnik, hogy a megkötött anyagtömegek ki vannak kapcsolva Univerzumunkból, furcsa letargikus álomba fagyva.

Az első ilyen „fekete lyukat” az űrben valószínűleg már felfedezték. A szovjet tudósok, O. Kh. és A. Novruzova feltételezése szerint ez a Delta Gemini - egy láthatatlan komponenssel.

A látható komponens tömege 1,8 napelem, láthatatlan „társának” pedig a számítások szerint négyszer nagyobb tömegűnek kell lennie, mint a láthatóé. De ennek nyoma sincs: a természet legcsodálatosabb teremtményét, a „fekete lyukat” látni sem lehet.

A szovjet tudós, K. P. Stanyukovics professzor, amint mondják, „a tolla hegyén”, pusztán elméleti konstrukciókkal kimutatta, hogy a „fagyott anyag” részecskéi nagyon változatosak lehetnek.

• Óriási képződményei a kvazárokhoz hasonlóan lehetségesek, folyamatosan annyi energiát bocsátanak ki, mint amennyit Galaxisunk mind a 100 milliárd csillaga bocsát ki.
• Sokkal szerényebb csomók is előfordulhatnak, amelyek csak néhány naptömegnek felelnek meg. Mindkét tárgy magától keletkezhet közönséges, nem alvó anyagból.
• És lehetségesek egy teljesen más osztályba tartozó képződmények, amelyek tömege összehasonlítható az elemi részecskékkel.

Ahhoz, hogy létrejöjjenek, az őket alkotó anyagot először óriási nyomásnak kell alávetni, és a Schwarzschild-szféra határaiba kell terelni – egy olyan szférába, ahol az idő teljesen megáll egy külső szemlélő számára. És még ha ezt követően a nyomás megszűnik is, azok a részecskék, amelyek számára megállt az idő, továbbra is léteznek, függetlenül az Univerzumunktól.

Plankeonok

Plankeonok – abszolút speciális osztály részecskék. K. P. Sztanyukovics szerint rendkívül érdekes ingatlan: változatlan formában hordozza az anyagot, ahogyan millió és milliárd évvel ezelőtt volt. Ha belenézünk a plankeonba, képesek lennénk az anyagot olyannak látni, amilyen az Univerzumunk születésének pillanatában volt. Az elméleti számítások szerint az Univerzumban körülbelül 10 80 plankeon található, körülbelül egy plankeon egy 10 centiméteres oldalú térkockában. Mellesleg, Stanyukovicssal és (tőle függetlenül) a plankeonokról szóló hipotézist M. A. Markov akadémikus terjesztette elő. Csak Markov adott nekik más nevet - maximonokat.

Az elemi részecskék olykor paradox átalakulásait a plankeonok speciális tulajdonságaival lehet megmagyarázni. Ismeretes, hogy amikor két részecske ütközik, soha nem keletkeznek töredékek, hanem más elemi részecskék keletkeznek. Ez valóban elképesztő: a hétköznapi világban egy vázát összetörve soha nem kapunk egész poharakat vagy még rozettákat sem. De tegyük fel, hogy minden elemi részecske mélyén egy plankeon, egy vagy több, néha sok plankeon rejtőzik.

A részecskék ütközésének pillanatában a plankeon szorosan megkötött „zsákja” kissé kinyílik, egyes részecskék „beleesnek”, és cserébe „kipattannak” azok, amelyeket az ütközés során keletkezettnek tekintünk. Ugyanakkor a plankeon, mint egy körültekintő könyvelő, biztosítani fogja az elemi részecskék világában elfogadott összes „megmaradási törvényt”.
Nos, mi köze ehhez az egyetemes gravitáció mechanizmusának?

K. P. Sztanyukovics hipotézise szerint a gravitációért „felelős” apró részecskék, az úgynevezett gravitonok, amelyeket az elemi részecskék folyamatosan bocsátanak ki. A gravitonok annyival kisebbek az utóbbinál, mint amennyire kisebb a napsugárban táncoló porszem a földgömbnél.

A gravitonok kibocsátása számos törvénynek megfelel. Különösen könnyebben repülnek az űr ezen területére. Ami kevesebb gravitont tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy ha ketten vannak a térben égitestekés mindkettő túlnyomórészt „kifelé”, egymással ellentétes irányokba bocsát ki gravitonokat. Ez olyan impulzust hoz létre, amely arra készteti a testeket, hogy közelebb kerüljenek egymáshoz, és vonzzák egymást.

Tehát a bolygók mozgása, például a Hold a Föld körül vagy a Föld a Nap körül, ugyanaz az esés, de csak egy végtelenségig tartó esés (mindenesetre, ha figyelmen kívül hagyjuk az energia „nem mechanikussá történő átmenetét”. ” űrlapok).

A bolygók mozgását és a földi testek lezuhanását irányító okok egységére vonatkozó sejtést a tudósok már jóval Newton előtt megfogalmazták. Nyilvánvalóan az első, aki egyértelműen kifejezte ezt a gondolatot, Anaxagorasz görög filozófus volt, aki Kis-Ázsiában született, aki majdnem kétezer évvel ezelőtt Athénban élt. Azt mondta, hogy a Hold, ha nem mozdul, a Földre zuhan.

Anaxagoras zseniális sejtése azonban láthatóan semmilyen gyakorlati hatással nem volt a tudomány fejlődésére. Az volt a sors, hogy kortársai félreértsék, leszármazottai pedig elfelejtsék. Az ókori és középkori gondolkodók, akiknek figyelmét a bolygók mozgása felkeltette, nagyon távol álltak e mozgás okainak helyes (és leggyakrabban bármilyen) értelmezésétől. Hiszen még a nagy Kepler is, aki hatalmas munka árán meg tudta fogalmazni a bolygómozgás pontos matematikai törvényeit, úgy vélte, hogy ennek a mozgásnak az oka a Nap forgása.

Kepler elképzelései szerint a Nap forogva folyamatosan forgásba löki a bolygókat. Igaz, továbbra is tisztázatlan maradt, hogy a bolygók Nap körüli forgási ideje miért különbözik a Nap körüli keringési periódusától. saját tengely. Kepler így írt erről: „Ha a bolygóknak nem lenne természetes ellenállásuk, akkor lehetetlen lenne megindokolni, hogy miért ne kövessék pontosan a Nap forgását. De bár a valóságban minden bolygó ugyanabban az irányban mozog, amelyben a Nap forog, mozgásuk sebessége nem azonos. A helyzet az, hogy bizonyos arányban keverik saját tömegük tehetetlenségét mozgásuk sebességével.

Kepler nem értette meg, hogy a Nap körüli bolygók mozgási irányának egybeesése a Nap forgásirányával a tengely körül nem a bolygómozgás törvényeivel, hanem naprendszerünk eredetével függ össze. Mesterséges bolygót a Nap forgásirányában és ezzel szemben is fel lehet indítani.

Robert Hooke sokkal közelebb került, mint Kepler a testek vonzási törvényének felfedezéséhez. Íme, egy 1674-ben megjelent Kísérlet a Föld mozgásának tanulmányozására című művéből a tulajdonképpeni szavai: „Olyan elméletet fogok kidolgozni, amely minden tekintetben összhangban van a mechanika általánosan elfogadott szabályaival. Ez az elmélet három feltevésen alapul: egyrészt, hogy kivétel nélkül minden égitest gravitációja a középpontja felé irányul, aminek köszönhetően nem csak a saját részeit vonzza, hanem az összes égitestet is, amely a cselekvési övezetébe tartozik. A második feltevés szerint minden egyenes vonalúan és egyenletesen mozgó test egyenes vonalban mozog mindaddig, amíg valamilyen erő el nem téríti őket, és körben, ellipszisben vagy más kevésbé egyszerű görbében pályákat kezdenek leírni. A harmadik feltevés szerint a vonzási erők minél erősebben hatnak, minél közelebb helyezkednek el hozzájuk azok a testek, amelyeken hatnak. Még nem tudtam tapasztalatból megállapítani, hogy mit különféle fokozatok vonzerő. De ha továbbfejlesztjük ezt az elképzelést, a csillagászok képesek lesznek meghatározni azt a törvényt, amely szerint minden égitest mozog.”

Valójában csak csodálkozhatunk azon, hogy Hooke más munkával való elfoglaltságára hivatkozva nem akart részt venni ezen ötletek kidolgozásában. De megjelent egy tudós, aki áttörést ért el ezen a területen

Az egyetemes gravitáció törvényének Newton felfedezésének története meglehetősen jól ismert. Először Newton diáknál merült fel az a gondolat, hogy a követ leeső és az égitestek mozgását meghatározó erők természete egy és ugyanaz, hogy az első számítások nem adták meg a megfelelő eredményt, mivel az adatok A Föld és a Hold közötti távolságról akkoriban rendelkezésre álló adatok pontatlanok voltak, hogy 16 évvel később új, korrigált információk jelentek meg erről a távolságról. A bolygómozgás törvényeinek magyarázatára Newton az általa megalkotott dinamika törvényeit és az egyetemes gravitáció törvényét alkalmazta, amelyet maga állapított meg.

A dinamika első törvényeként a galilei tehetetlenségi elvet nevezte meg, beépítve elméletének alaptörvény-posztulátumrendszerébe.

Ugyanakkor Newtonnak ki kellett küszöbölnie Galilei tévedését, aki ezt hitte egyenletes mozgás körben - ez tehetetlenségi mozgás. Newton rámutatott (és ez a dinamika második törvénye), hogy az egyetlen módja Egy test mozgásának – a sebesség értékének vagy irányának – megváltoztatása annyit jelent, mint valamilyen erővel hatni rá. Ebben az esetben az a gyorsulás, amellyel egy test erő hatására mozog, fordítottan arányos a test tömegével.

Newton harmadik dinamikatörvénye szerint „minden cselekvésre mindig van egyenlő és ellentétes reakció”.

Az alapelveket – a dinamika törvényeit – következetesen alkalmazva számította ki először centripetális gyorsulás a Holdat a Föld körüli pályán mozogva, majd megmutatta, hogy ennek a gyorsulásnak a Földfelszín közelében lévő testek szabadesésének gyorsulásához viszonyított aránya megegyezik a Föld sugarainak négyzeteinek arányával. és a Hold pályája. Ebből Newton arra a következtetésre jutott, hogy a gravitáció természete és a Holdat pályán tartó erő ugyanaz. Más szóval, következtetései szerint a Föld és a Hold a középpontjaik távolságának négyzetével fordítottan arányos erővel vonzzák egymást Fg ≈ 1∕r2.

Newtonnak sikerült kimutatnia, hogy a testek szabadesésének gyorsulása tömegüktől való függetlenségének egyetlen magyarázata a gravitációs erőnek a tömeggel való arányossága.

A megállapításokat összefoglalva Newton a következőket írta: „nem fér kétség afelől, hogy a gravitáció természete más bolygókon ugyanaz, mint a Földön. Valójában képzeljük el, hogy a Föld testeit a Hold pályájára emelik, és a Holddal együtt, szintén minden mozgás nélkül, a Földre küldik. A már bizonyítottak (értsd Galilei kísérletei) alapján nem kétséges, hogy egy időben ugyanazokon a tereken haladnak majd át, mint a Hold, hiszen tömegük ugyanúgy viszonyul a Hold tömegéhez. mint a súlyuk a súlyához." Newton tehát felfedezte, majd megfogalmazta az egyetemes gravitáció törvényét, amely joggal a tudomány sajátja.

2. A gravitációs erők tulajdonságai.

Az egyetemes gravitációs erők, vagy ahogyan gyakran nevezik, gravitációs erők egyik legfigyelemreméltóbb tulajdonsága a Newton által adott névben tükröződik: univerzális. Úgyszólván ezek az erők „a legegyetemesebbek” a természet összes erői között. Mindennek, aminek tömege van – és a tömeg minden formában, bármilyen anyagban benne van – gravitációs hatást kell tapasztalnia. Még a fény sem kivétel. Ha az egyik testről a másikra húzódó húrok segítségével vizualizáljuk a gravitációs erőket, akkor számtalan ilyen húrnak kellene bárhol áthatnia a térben. Ugyanakkor érdemes megjegyezni, hogy lehetetlen megszakítani egy ilyen szálat és megvédeni magát a gravitációs erőktől. Az univerzális gravitációnak nincs akadálya, hatássugaruk korlátlan (r = ∞). A gravitációs erők nagy hatótávolságú erők. Ez " hivatalos név"ezekről az erőkről a fizikában. A nagy hatótávolságú hatás miatt a gravitáció összeköti az Univerzum összes testét.

Az erők lépésenkénti távolsággal való csökkenésének viszonylagos lassúsága földi viszonyainkban is megmutatkozik: elvégre nem minden testnek változik a súlya, amikor egyik magasságból a másikba átviszik (pontosabban változnak, de rendkívül jelentéktelen), éppen azért, mert viszonylag kis távolságváltozással – be ebben az esetben a Föld középpontjától - a gravitációs erők gyakorlatilag nem változnak.

Egyébként ez az oka annak, hogy „az égen” fedezték fel a gravitációs erők távolsággal való mérésének törvényét. Minden szükséges adat a csillagászatból származott. Nem szabad azonban azt gondolni, hogy a gravitáció magasságbeli csökkenése nem észlelhető földi körülmények között. Így például egy másodperces lengésperiódusú ingaóra csaknem három másodperccel lesz lemaradva egy napról, ha a pincéből a Moszkvai Egyetem legfelső emeletére emelik (200 méter) - és ez csak egy a gravitáció csökkenése.

Magasságok, amelyeken mozognak mesterséges műholdak, már összevethető a Föld sugarával, így a pályájuk kiszámításához, figyelembe véve az erő változását gravitáció távolsággal feltétlenül szükséges.

A gravitációs erőknek van még egy nagyon érdekes és szokatlan tulajdonsága, amelyről most lesz szó.

Sok évszázadon át középkori tudomány Megingathatatlan dogmaként fogadták el Arisztotelész azon kijelentését, hogy a test minél gyorsabban esik le, minél nagyobb a súlya. A mindennapi tapasztalatok is ezt igazolják: köztudott, hogy a pihedarab lassabban esik le, mint a kő. Amint azonban Galilei először megmutatta, itt a lényeg az, hogy a légellenállás működésbe lépve radikálisan eltorzítja azt a képet, ami akkor lenne, ha csak a földi gravitáció hatna minden testre. Figyelemreméltó kísérlet folyik az úgynevezett Newton-csővel, amely lehetővé teszi a légellenállás szerepének nagyon egyszerű értékelését. Íme ennek az élménynek egy rövid leírása. Képzeljünk el egy közönséges üvegcsövet (hogy lássa, mi történik benne), amelybe különféle tárgyakat helyeznek el: pelleteket, parafadarabokat, tollakat vagy pihéket stb. Ha megfordítja a csövet, hogy mindez leessen, akkor a A pellet gyorsabban villog, majd parafadarabok jelennek meg, és végül a szösz fokozatosan leesik. De próbáljuk meg megfigyelni ugyanazon tárgyak esését, amikor a levegőt kiszivattyúzzák a csőből. A pihe, elvesztette korábbi lassúságát, rohan, lépést tartva a pellettel és a parafával. Ez azt jelenti, hogy mozgását késleltette a légellenállás, ami kevésbé volt hatással a dugó mozgására és még kevésbé a pellet mozgására. Következésképpen, ha nem lenne légellenállás, ha csak az egyetemes gravitációs erők hatnak a testekre - adott esetben a gravitáció -, akkor minden test pontosan ugyanúgy esne, ugyanolyan ütemben gyorsulna.

De „nincs új a nap alatt”. Kétezer évvel ezelőtt Lucretius Carus az övében híres költemény„A dolgok természetéről” ezt írta:

minden, ami ritka levegőbe esik,

A saját súlyának megfelelően gyorsabban kell esnie

Csak azért, mert a víz vagy a levegő finom esszencia

Nem tudok akadályokat állítani az egyforma dolgok útjába,

De nagyobb valószínűséggel enged be azoknak, akiknél nagyobb a súlyosság.

Ellenkezőleg, soha sehol nem vagyok képes semmire

A dolog megtartja az ürességet, és valamiféle támaszként jelenik meg,

Természeténél fogva állandóan mindennek enged.

Ezért minden akadály nélkül rohan át az ürességen,

A súlykülönbség ellenére ugyanaz a sebesség.

Természetesen ezek a csodálatos szavak remek tippek voltak. Hogy ezt a találgatást megbízhatóvá változtassuk megállapított törvény, sok kísérletet igényelt, kezdve Galilei híres kísérleteivel, aki azonos méretű, de különböző anyagokból (márvány, fa, ólom stb.) készült golyók esését vizsgálta a híres pisai ferde toronyból, ill. a gravitáció fényre gyakorolt ​​hatásának legösszetettebb modern méréseivel befejezve. A kísérleti adatok e sokfélesége pedig kitartóan megerősít bennünket abban a hitben, hogy a gravitációs erők egyenlő gyorsulást kölcsönöznek minden testnek; különösen a gravitáció okozta szabadesés gyorsulása minden testnél azonos, és nem függ maguknak a testeknek az összetételétől, szerkezetétől vagy tömegétől.

Ez a látszólag egyszerű törvény a gravitációs erők talán legfigyelemreméltóbb tulajdonságát fejezi ki. Szó szerint nincs más olyan erő, amely minden testet egyformán gyorsítana, függetlenül azok tömegétől.

Tehát az egyetemes gravitációs erők ezen tulajdonsága egyetlen rövid kijelentésbe tömöríthető: a gravitációs erő arányos a testek tömegével. Hangsúlyozzuk, hogy itt éppen arról a tömegről van szó, amely a Newton-törvényekben a tehetetlenség mértékeként működik. Inert tömegnek is nevezik.

A „gravitációs erő arányos a tömeggel” négy szó meglepően mély jelentéssel bír. Kis és nagy testek, hidegek és melegek, mindenféle kémiai összetétel, bármilyen szerkezet - mindegyik ugyanazt a gravitációs kölcsönhatást tapasztalja, ha tömegük egyenlő.

Vagy talán tényleg egyszerű ez a törvény? Hiszen Galilei például szinte magától értetődőnek tartotta. Íme az érvelése. Leessen két test különböző súlyok. Arisztotelész szerint a nehéz testnek még vákuumban is gyorsabban kell esnie. Most kössük össze a testeket. Akkor egyrészt gyorsabban kellene esni a testeknek, hiszen teljes súly megnövekedett. Másrészt viszont, ha egy olyan alkatrészt adunk hozzá egy nehéz testhez, amely lassabban esik, lelassítja ezt a testet. Van egy ellentmondás, amelyet csak akkor lehet kiküszöbölni, ha feltételezzük, hogy a gravitáció hatása alatt álló összes test azonos gyorsulással esik. Mintha minden következetes lenne! Azonban gondoljuk át még egyszer a fenti érvelést. Az „ellentmondásos” bizonyítás elterjedt módszerén alapul: ha feltételezzük, hogy egy nehezebb test gyorsabban esik le, mint egy könnyebb, akkor ellentmondáshoz jutottunk. És a kezdetektől fogva az volt a feltételezés, hogy a szabadesés gyorsulását a súly és csak a súly határozza meg. (Szigorúan véve nem súly, hanem tömeg szerint.)

De ez egyáltalán nem nyilvánvaló előre (vagyis a kísérlet előtt). Mi van, ha ezt a gyorsulást a testek térfogata határozná meg? Vagy hőmérséklet? Képzeljük el, hogy létezik egy gravitációs töltés, amely hasonló az elektromos töltéshez, és az utóbbihoz hasonlóan teljesen független a tömegtől. Az elektromos töltéssel való összehasonlítás nagyon hasznos. Itt van két porszem egy kondenzátor töltött lemezei között. Hagyja ezeket a porszemeket egyenlő díjak, és a tömegeket 1-től 2-hez viszonyítjuk. Ekkor a gyorsulásoknak kétszeresére kell különbözniük: a töltések által meghatározott erők egyenlőek, és egyenlő erőkkel a kétszer akkora tömegű test feleannyit gyorsul. Ha porszemcséket köt össze, akkor nyilvánvalóan a gyorsulásnak új, köztes értéke lesz. Nincs spekulatív megközelítés anélkül kísérleti kutatás az elektromos erők itt semmit nem tudnak biztosítani. A kép pontosan ugyanaz lenne, ha a gravitációs töltést nem társítanák a tömeghez. De arra a kérdésre, hogy létezik-e ilyen kapcsolat, csak a tapasztalat adhat választ. És most már megértjük, hogy azok a kísérletek, amelyek bebizonyították, hogy minden testnél azonos a gravitációs gyorsulás, lényegében azt mutatták ki, hogy a gravitációs töltés (gravitációs vagy nehéz tömeg) egyenlő a tehetetlenségi tömeggel.

A tapasztalat és csakis a tapasztalat szolgálhat a fizikai törvények alapjául és érvényességük kritériumaként is. Emlékezzünk legalább a rekordméretű precíziós kísérletekre, amelyeket V. B. Braginszkij vezetésével végeztek a Moszkvai Állami Egyetemen. Ezek a kísérletek, amelyekben körülbelül 10-12 pontosságot értek el, ismét megerősítették a nehéz és az inert tömeg egyenlőségét.

A tapasztalaton, a természet széleskörű tesztelésén – egy tudós kis laboratóriumának szerény léptékétől a grandiózus kozmikus léptékig – alapul az egyetemes gravitáció törvénye, amely (a fentebb elmondottakat összefoglalva) ezt mondja:

Bármely két test kölcsönös vonzási ereje, amelyek méretei sokkal kisebbek, mint a köztük lévő távolság, arányos e testek tömegének szorzatával, és fordítottan arányos a testek közötti távolság négyzetével.

Az arányossági együtthatót gravitációs állandónak nevezzük. Ha a hosszúságot méterben, az időt másodpercben, a tömeget pedig kilogrammban mérjük, a gravitációs erő mindig 6,673*10-11 lesz, mérete pedig m3/kg*s2 vagy N*m2/kg2 lesz.

G=6,673*10-11 N*m2/kg2

3. Gravitációs hullámok.

Newton egyetemes gravitációs törvénye nem mond semmit a gravitációs kölcsönhatás átadásának idejéről. Implicit módon azt feltételezzük, hogy ez azonnal bekövetkezik, függetlenül attól, hogy milyen nagyok a távolságok a kölcsönható testek között. Ez a nézet általában jellemző a távoli cselekvés támogatóira. De Einstein „speciális relativitáselméletéből” az következik, hogy a gravitáció az egyik testről a másikra a fényjellel azonos sebességgel terjed. Ha egy test elmozdul a helyéről, akkor az általa okozott tér és idő görbülete nem változik meg azonnal. Ez először a test közvetlen környezetét érinti, majd a változás egyre távolabbi területeket érint, végül pedig a test megváltozott helyzetének megfelelően új görbületi eloszlás jön létre a térben.

És itt elérkeztünk ahhoz a problémához, amely a legtöbb vitát és nézeteltérést okozta és okozza – a gravitációs sugárzás problémájához.

Létezhet-e a gravitáció, ha nem jön létre tömeg? Newton törvénye szerint biztosan nem. Nincs értelme ilyen kérdést feltenni. Amint azonban megegyeztünk abban, hogy a gravitációs jelek továbbítása, bár nagyon nagy, de még mindig nem végtelen sebességgel történik, minden gyökeresen megváltozik. Valójában képzeljük el, hogy először a gravitációt okozó tömeg, például egy labda, nyugalomban volt. A labda körüli összes testre közönséges newtoni erők hatnak. Most nagy sebességgel távolítsuk el a labdát az eredeti helyéről. Eleinte a környező testek nem érzik ezt. Végül is a gravitációs erők nem változnak azonnal. Időbe telik, amíg a tér görbületében bekövetkező változások minden irányba elterjednek. Ez azt jelenti, hogy a környező testek egy ideig ugyanazt a labda hatást fogják tapasztalni, amikor maga a labda már nincs ott (legalábbis ugyanazon a helyen).

Kiderül, hogy a tér görbületei bizonyos függetlenséget szereznek, hogy ki lehet szakítani egy testet a tér azon területéről, ahol a görbületeket okozta, és úgy, hogy ezek a görbületek maguk is legalább nagy távolságra , megmaradnak és belső törvényeik szerint fejlődnek. Itt van a gravitáció gravitációs tömeg nélkül! Mehetünk tovább. Ha oszcillációra készteti a labdát, akkor, amint az Einstein elméletéből kiderül, egyfajta hullámzás jelenik meg a gravitáció newtoni képén - a gravitációs hullámokon. Ahhoz, hogy jobban elképzelje ezeket a hullámokat, modellt kell használnia - egy gumifilmet. Ha nem csak megnyomja az ujját ezen a fólián, hanem egyidejűleg lengő mozgásokat is végez vele, akkor ezek a rezgések a kifeszített fólia mentén minden irányban továbbadódnak. Ez a gravitációs hullámok analógja. Minél távolabb van a forrástól, annál gyengébbek az ilyen hullámok.

És most valamikor abbahagyjuk a nyomásgyakorlást a filmre. A hullámok nem tűnnek el. Függetlenül fognak létezni, egyre jobban szétszóródva a filmben, aminek következtében a geometria meggörbül az út mentén.

Pontosan ugyanígy létezhetnek egymástól függetlenül a térgörbület hullámai - gravitációs hullámok. Sok kutató Einstein elméletéből vonja le ezt a következtetést.

Természetesen ezek a hatások nagyon gyengék. Például egy gyufa égésekor felszabaduló energia sokszorosa annak a gravitációs hullámoknak, amelyeket egész naprendszerünk ugyanabban az időben bocsát ki. De itt nem a mennyiségi, hanem az elvi oldal a fontos.

A gravitációs hullámok hívei - és úgy tűnik, hogy most többségben vannak - még egy dolgot jósolnak. csodálatos jelenség; a gravitáció átalakulása részecskékké, például elektronokká és pozitronokká (párban kell születniük), protonokká, antitronokká stb. (Ivanenko, Wheeler stb.).

Valahogy így kell kinéznie. A gravitációs hullám elérte a tér bizonyos területét. BAN BEN bizonyos pillanatban ez a gravitáció élesen, hirtelen lecsökken és egyúttal mondjuk ott megjelenik egy elektron-pozitron pár. Ugyanez úgy írható le, mint a tér görbületének ugrásszerű csökkenése egy pár egyidejű születésével.

Számos kísérlet van ennek kvantummechanikai nyelvre történő lefordítására. A részecskéket figyelembe veszik - a gravitonokat, amelyeket nem kvantum képpel hasonlítanak össze gravitációs hullám. A fizikai irodalomban a „gravitonok átalakulása más részecskévé” kifejezés van forgalomban, és ezek a transzmutációk - kölcsönös átalakulások - lehetségesek a gravitonok és elvileg bármely más részecskék között. Hiszen nincsenek olyan részecskék, amelyek érzéketlenek a gravitációra.

Még ha az ilyen átalakulások nem is valószínűek, vagyis rendkívül ritkán fordulnak elő, kozmikus léptékű alapvetőnek bizonyulhatnak.

4. A téridő görbülete a gravitáció hatására,

"Eddington példázata"

Eddington angol fizikus példázata a „Tér, idő és gravitáció” című könyvből (újramondás):

„Egy óceánban, amelynek csak két dimenziója van, élt valaha egy lapos halfajta. Megfigyelték, hogy a halak általában egyenes vonalban úsztak mindaddig, amíg nem találkoztak nyilvánvaló akadályokkal az útjuk során. Ez a viselkedés egészen természetesnek tűnt. De volt egy titokzatos terület az óceánban; amikor a hal beleesett, elvarázsoltnak tűntek; egyesek áthajóztak ezen a területen, de megváltoztatták mozgásuk irányát, mások pedig végtelenül körbejárták ezt a területet. Egy hal (majdnem Descartes) az örvények elméletét javasolta; azt mondta, hogy ezen a területen olyan örvények vannak, amiktől minden, ami beléjük kerül, forog. Az idő múlásával sokkal többet javasoltak tökéletes elmélet(Newton elmélete); azt mondták, hogy minden halat vonz egy nagyon nagy hal - a naphal, amely a régió közepén szunnyad -, és ez magyarázza útjaik eltérését. Ez az elmélet először talán kissé furcsának tűnt; de a legkülönfélébb megfigyelések elképesztő pontossággal igazolták. Minden hal rendelkezik ezzel a vonzó tulajdonsággal, méretével arányosan; a vonzás törvénye (hasonlóan az egyetemes gravitáció törvényével) rendkívül egyszerű volt, de ennek ellenére minden mozgást olyan pontossággal magyarázott meg, amilyet a tudományos kutatások pontossága még soha nem ért el. Igaz, néhány hal morogva kijelentette, hogy nem érti, hogyan lehetséges egy ilyen távoli akció; de mindenki egyetértett abban, hogy ezt az akciót az óceán hajtotta végre, és könnyebb lesz megérteni, ha jobban tanulmányozzák a víz természetét. Ezért szinte minden hal, amely meg akarta magyarázni a gravitációt, azzal kezdte, hogy valamilyen mechanizmust javasolt, amellyel a vízben terjed.

De volt egy hal, aki másképp nézte a dolgokat. Észrevette a tényt, hogy a nagy és a kicsi halak mindig ugyanazon az úton haladnak, bár úgy tűnhet, nagy erő. (A naphal egyenlő gyorsulást adott minden testnek.) Ezért próbálkozás helyett részletesen tanulmányozni kezdte a halak mozgási útjait, és így elképesztő megoldást talált a problémára. Volt egy magas hely a világon, ahol a naphal feküdt. A halak ezt közvetlenül nem vehették észre, mert kétdimenziósak voltak; de amikor a hal a mozgásában ennek a magaslatnak a lejtőjére esett, akkor bár megpróbált egyenes vonalban úszni, önkéntelenül egy kicsit oldalra fordult. Ez volt a titokzatos vonzerő vagy utak görbületének titka, amely a titokzatos területen előfordult. »

Ez a példázat megmutatja, hogy a világ görbülete, amelyben élünk, hogyan keltheti a gravitáció illúzióját, és látjuk, hogy a gravitációhoz hasonló hatás az egyetlen módja annak, hogy az ilyen görbület megnyilvánuljon.

Ezt röviden meg lehet fogalmazni a következő módon. Mivel a gravitáció minden test útját egyformán meghajlítja, a gravitációt a téridő görbületének tekinthetjük.

5. Gravitáció a Földön.

Ha belegondolunk, milyen szerepet játszanak a gravitációs erők bolygónk életében, egész óceánok nyílnak meg. És nemcsak a jelenségek óceánjai, hanem a szó szó szoros értelmében vett óceánok is. Víz óceánjai. levegő óceán. Gravitáció nélkül nem léteznének.

Egy hullám a tengerben, minden vízcsepp mozgása a tengert tápláló folyókban, minden áramlat, minden szél, felhő, a bolygó egész klímáját két fő tényező játéka határozza meg: a naptevékenység és a gravitáció.

A gravitáció nemcsak megtartja az embereket, állatokat, vizet és levegőt a Földön, hanem össze is nyomja őket. Ez a tömörítés a Föld felszínén nem olyan nagy, de a szerepe fontos.

A hajó a tengeren halad. Hogy mi akadályozza meg a fulladásban, azt mindenki tudja. Ez Arkhimédész híres felhajtóereje. De ez csak azért jelenik meg, mert a vizet a gravitáció olyan erővel összenyomja, amely a mélység növekedésével növekszik. Egy űrhajó belsejében repülés közben nincs felhajtóerő, és nincs súly sem. Magát a földgömböt a gravitációs erők kolosszális nyomásra nyomják össze. A Föld középpontjában a nyomás meghaladja a 3 millió atmoszférát.

Ilyen körülmények között hosszan ható nyomóerők hatására minden olyan anyag, amelyet szilárdnak szoktunk tekinteni, szurokként vagy gyantaként viselkedik. A nehéz anyagok lesüllyednek az aljára (ha lehet így nevezni a Föld középpontját), a könnyű anyagok pedig lebegnek a felszínre. Ez a folyamat több milliárd éve tart. Még most sem ért véget, amint az Schmidt elméletéből következik. A nehéz elemek koncentrációja a Föld középpontjának tartományában lassan növekszik.

Nos, hogyan nyilvánul meg a Nap és a Hold legközelebbi égitestének vonzása a Földön? Csak az óceánpartok lakói figyelhetik meg ezt a látványosságot speciális műszerek nélkül.

A Nap szinte ugyanúgy hat mindenre a Földön és belül. Az az erő, amellyel a Nap magához vonzza az embert délben, amikor a legközelebb van a Naphoz, majdnem megegyezik az éjfélkor rá ható erővel. Végül is a Föld és a Nap távolsága tízezerszer nagyobb, mint a Föld átmérője, és a távolság egy tízezredes növekedése, amikor a Föld fél fordulattal elfordul a tengelye körül, gyakorlatilag nem változtatja meg a gravitációs erőt. . Ezért a Nap szinte azonos gyorsulást ad a földgömb minden részére és minden felszínén lévő testre. Majdnem, de még mindig nem teljesen ugyanaz. Ennek a különbségnek köszönhetően az óceán apálya és áramlása következik be.

A földfelszínnek a Nap felé eső szakaszán a gravitációs erő valamivel nagyobb, mint amennyi ennek a szakasznak az elliptikus pályán történő mozgásához szükséges, a Föld ellenkező oldalán pedig valamivel kisebb. Ennek következtében a Newton-féle mechanikai törvények szerint az óceán vize a Nap felé eső irányban kissé kidudorodik, az ellenkező oldalon pedig visszahúzódik a Föld felszínétől. Az árapály-erők, ahogy mondani szokták, fellépnek, megnyújtják a földgömböt, és nagyjából ellipszoid alakot adnak az óceánok felszínének.

Minél kisebb a távolság a kölcsönható testek között, annál nagyobbak az árapály-erők. Ezért van az, hogy a Hold nagyobb befolyást gyakorol a világ óceánjainak alakjára, mint a Nap. Pontosabban, az árapály hatását a test tömegének a Földtől való távolságának kockájához viszonyított aránya határozza meg; ez az arány a Hold esetében körülbelül kétszerese a Napénak.

Ha nem lenne kohézió a földgömb részei között, akkor az árapály-erők széttépnék azt.

Talán ez történt a Szaturnusz egyik műholdjával, amikor közel került ehhez a nagy bolygóhoz. Az a töredezett gyűrű, amely a Szaturnuszt ilyen figyelemre méltó bolygóvá teszi, a műhold törmeléke lehet.

Tehát a világóceán felszíne olyan, mint egy ellipszoid, amelynek fő tengelye a Hold felé néz. A Föld forog a tengelye körül. Ezért a szökőár az óceán felszíne mentén a Föld forgási iránya felé halad. Amikor közeledik a parthoz, elkezdődik a dagály. Helyenként 18 méterig is emelkedik a vízszint. Ezután a szökőár elmúlik, és a dagály apadni kezd. Az óceán vízszintje átlagosan 12 órán keresztül ingadozik. 25 perc. (fél holdnap).

Ezt az egyszerű képet nagymértékben torzítja a Nap egyidejű árapály-hatása, a víz súrlódása, a kontinentális ellenállás, valamint az óceán partjainak és fenekének összetettsége. parti szakaszokés néhány egyéb magánhatás.

Fontos, hogy az árhullám lelassítsa a Föld forgását.

Igaz, a hatás nagyon kicsi. 100 év alatt a nap egy ezredmásodpercével növekszik. De az évmilliárdokon át ható fékezőerők oda vezetnek, hogy a Föld mindig az egyik oldalával a Hold felé fordul, és a Föld napja egyenlő lesz a holdhónappal. Ez már Lunával is megtörtént. A Hold annyira lelassult, hogy mindig az egyik oldalával néz a Föld felé. Ahhoz, hogy a Hold túlsó oldalát „nézhessük”, egy űrhajót kellett körbeküldeni.

MEGHATÁROZÁS

Az egyetemes gravitáció törvényét I. Newton fedezte fel:

Két test vonzza egymást a szorzatával egyenesen arányosan és a köztük lévő távolság négyzetével fordítottan:

Az egyetemes gravitáció törvényének leírása

Az együttható a gravitációs állandó. Az SI rendszerben a gravitációs állandó jelentése:

Ez az állandó, mint látható, nagyon kicsi, ezért a kis tömegű testek közötti gravitációs erők is kicsik és gyakorlatilag nem érezhetők. A kozmikus testek mozgását azonban teljes mértékben a gravitáció határozza meg. Az univerzális gravitáció vagy más szóval a gravitációs kölcsönhatás jelenléte megmagyarázza, hogy a Földet és a bolygókat mi „támasztja alá”, és miért keringenek bizonyos pályákon a Nap körül, és miért nem repülnek el onnan. Az egyetemes gravitáció törvénye lehetővé teszi számunkra, hogy meghatározzuk az égitestek számos jellemzőjét - a bolygók, csillagok, galaxisok és még a fekete lyukak tömegét is. Ez a törvény lehetővé teszi a bolygók pályájának nagy pontosságú kiszámítását és az Univerzum matematikai modelljének elkészítését.

Az univerzális gravitáció törvénye alapján a kozmikus sebességek is kiszámíthatók. Például az a minimális sebesség, amellyel a Föld felszíne felett vízszintesen mozgó test nem esik rá, hanem végighalad. körpálya– 7,9 km/s (első szökési sebesség). A Föld elhagyása érdekében, i.e. a gravitációs vonzás leküzdéséhez a testnek 11,2 km/s sebességgel kell rendelkeznie (második szökési sebesség).

A gravitáció az egyik legcsodálatosabb természeti jelenség. A gravitációs erők hiányában az Univerzum létezése lehetetlen lenne; A gravitáció számos folyamatért felelős az Univerzumban – születéséért, a káosz helyett a rend létezéséért. A gravitáció természete még mindig nem teljesen ismert. Eddig még senki sem tudott megfelelő mechanizmust és modellt kidolgozni a gravitációs kölcsönhatásra.

Gravitáció

A gravitációs erők megnyilvánulásának speciális esete a gravitációs erő.

A gravitáció mindig függőlegesen lefelé (a Föld közepe felé) irányul.

Ha a gravitációs erő hat egy testre, akkor a test is . A mozgás típusa a kezdeti sebesség irányától és nagyságától függ.

Nap mint nap találkozunk a gravitáció hatásaival. , egy idő után a földön találja magát. A kezéből kiengedett könyv leesik. Miután az ember ugrott, nem repül bele nyitott tér, de leesik a földre.

Figyelembe véve egy testnek a Föld felszínéhez közeli szabadesését a testnek a Földdel való gravitációs kölcsönhatása következtében, a következőket írhatjuk:

honnan származik a szabadesés gyorsulása:

A gravitáció gyorsulása nem a test tömegétől, hanem a test Föld feletti magasságától függ. A földgömb enyhén lapított a pólusokon, így a pólusok közelében található testek egy kicsit közelebb helyezkednek el a Föld középpontjához. Ebben a tekintetben a szabadesés gyorsulása a terület szélességétől függ: a póluson valamivel nagyobb, mint az egyenlítőn és más szélességeken (az egyenlítőn m/s, az északi sarkon m/s.

Ugyanez a képlet lehetővé teszi, hogy megtalálja a gravitáció gyorsulását bármely tömegű és sugarú bolygó felszínén.

Példák problémamegoldásra

1. PÉLDA (a Föld „lemérésével” kapcsolatos probléma)

Gyakorlat	A Föld sugara km, a gravitáció gyorsulása a bolygó felszínén m/s. Ezen adatok felhasználásával becsülje meg megközelítőleg a Föld tömegét.
Megoldás	A gravitáció gyorsulása a Föld felszínén: honnan származik a Föld tömege: A C rendszerben a Föld sugara m. Behelyettesítés a képletbe számértékek fizikai mennyiségek, becsüljük meg a Föld tömegét:
Válasz	Föld tömeg kg.

2. PÉLDA

Gyakorlat

Egy földi műhold körpályán mozog a Föld felszínétől 1000 km-es magasságban. Milyen sebességgel mozog a műhold? Mennyi idő alatt készül el a műhold teljes fordulat a Föld körül?

Megoldás

Eszerint a Földről a műholdra ható erő egyenlő a műhold tömegének és mozgásának gyorsulásának szorzatával: A gravitációs vonzás ereje a föld felől hat a műholdra, ami az egyetemes gravitáció törvénye szerint egyenlő: hol és van a műhold, illetve a Föld tömege. Mivel a műhold egy bizonyos magasságban van a Föld felszíne felett, a távolság tőle a Föld középpontjától a következő: hol van a Föld sugara.

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 univerzális alapvető interakció az Univerzum összes tárgya 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 belenézel a történelembe, láthatod, hogy a filozófusok ill ókori tudósok 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 általános relativitáselméletében 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 a helyzetétől függ. Ebben a pillanatban idő. Hogyan több tömeg minél nagyobb a gravitációs tere – annál nagyobb a gravitációs ereje. Az űrobjektumok, például a galaxisok, a csillagok és a bolygók rendelkeznek a legnagyobb gravitációs erővel, és ennek megfelelően meglehetősen erős gravitációs mezőkkel.

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 belépsz helyzeti energia vonzás két test között, akkor az utóbbi zárt körvonal mentén történő mozgatása után sem fog megváltozni. Innen következik egy másik híres törvény a potenciál és a potenciál összegének megmaradásáról kinetikus energia zárt körben.

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. Pontosan az ilyen nagy gravitációs mezők hatásának köszönhető űrobjektumok mint a fekete lyukak, kvazárok és szupermasszív sztárok, naprendszerek, galaxisok és egyéb csillagászati ​​halmazok jönnek létre, melyeket logikus felépítés 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 környező térben a gravitációs mező ingadozásához vezet. 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 a kettős csillagok konvergenciájának példáján figyelhető meg. 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. BAN BEN kvantummechanika 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 képes meghajlítani a tér-idő kontinuumot. Einstein elmélete azt állítja, hogy az 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. A legtöbb ismert képviselői az első az klasszikus elmélet Isaac Newton gravitációja, amelyet a híres brit fizikus talált fel 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.

Következő népszerű elmélet A gravitációt Albert Einstein világhírű német tudós találta fel a 20. század elején. Einstein képes volt pontosabban leírni a gravitációt mint jelenséget, és megmagyarázni annak hatását nemcsak a klasszikus mechanikában, hanem a kvantumvilág. Általános relativitáselmélete leírja, hogy egy erő, például a gravitáció képes befolyásolni a tér-idő kontinuumot, valamint az elemi részecskék térbeli pályáját.

Között alternatív elméletek A gravitációról talán a legnagyobb figyelmet érdemli a relativisztikus elmélet, amelyet honfitársunk talált ki, híres fizikus A.A. 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 legkevésbé vonzó erő benne Naprendszer A bolygók közül a Marsnak a legnagyobb, a Jupiternek 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.

Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete