Ο Obi-Wan Kenobi είπε ότι η δύναμη κρατά τον γαλαξία ενωμένο. Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για τη βαρύτητα. Το γεγονός είναι ότι η βαρύτητα μας επιτρέπει να περπατάμε στη Γη, η Γη να περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο και ο Ήλιος να περιστρέφεται γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας. Πώς να κατανοήσετε τη βαρύτητα; Σχετικά με αυτό - στο άρθρο μας.
Ας πούμε αμέσως ότι δεν θα βρείτε εδώ μια αναμφισβήτητα σωστή απάντηση στην ερώτηση "Τι είναι η βαρύτητα". Γιατί απλά δεν υπάρχει! Η βαρύτητα είναι ένα από τα πιο μυστηριώδη φαινόμενα που οι επιστήμονες αναρωτιούνται και ακόμα δεν μπορούν να εξηγήσουν πλήρως τη φύση της.
Υπάρχουν πολλές υποθέσεις και απόψεις. Υπάρχουν περισσότερες από δώδεκα θεωρίες βαρύτητας, εναλλακτικές και κλασικές. Θα εξετάσουμε το πιο ενδιαφέρον, σχετικό και σύγχρονο.
Θέλετε περισσότερες χρήσιμες πληροφορίες και φρέσκα νέα κάθε μέρα; Ελάτε μαζί μας στο τηλεγράφημα.
Η βαρύτητα είναι μια φυσική θεμελιώδης αλληλεπίδραση
Υπάρχουν 4 θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις στη φυσική. Χάρη σε αυτούς, ο κόσμος είναι ακριβώς όπως είναι. Η βαρύτητα είναι μία από αυτές τις δυνάμεις.
Θεμελιώδεις αλληλεπιδράσεις:
- βαρύτητα;
- ηλεκτρομαγνητισμός?
- ισχυρή αλληλεπίδραση?
- αδύναμη αλληλεπίδραση.
Αυτή τη στιγμή, η τρέχουσα θεωρία που περιγράφει τη βαρύτητα είναι GR (γενική σχετικότητα). Προτάθηκε από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1915-1916.
Ωστόσο, γνωρίζουμε ότι είναι πολύ νωρίς για να μιλήσουμε για την απόλυτη αλήθεια. Εξάλλου, αρκετούς αιώνες πριν από την εμφάνιση της γενικής σχετικότητας στη φυσική, η Νευτώνεια θεωρία, η οποία επεκτάθηκε σημαντικά, κυριάρχησε για να περιγράψει τη βαρύτητα.
Προς το παρόν, είναι αδύνατο να εξηγηθούν και να περιγραφούν όλα τα ζητήματα που σχετίζονται με τη βαρύτητα στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας.
Πριν από τον Νεύτωνα, πιστευόταν ευρέως ότι η βαρύτητα στη γη και η ουράνια βαρύτητα ήταν διαφορετικά πράγματα. Πιστεύεται ότι οι πλανήτες κινούνται σύμφωνα με τους δικούς τους, διαφορετικούς από τους γήινους, ιδανικούς νόμους.
Ο Νεύτων ανακάλυψε το νόμο βαρύτητατο 1667. Βέβαια αυτός ο νόμος υπήρχε και επί δεινοσαύρων και πολύ νωρίτερα.
Οι αρχαίοι φιλόσοφοι σκέφτηκαν την ύπαρξη της βαρύτητας. Ο Γαλιλαίος υπολόγισε πειραματικά την επιτάχυνση ελεύθερη πτώσηστη Γη, έχοντας ανακαλύψει ότι είναι το ίδιο για σώματα οποιασδήποτε μάζας. Ο Κέπλερ μελέτησε τους νόμους της κίνησης των ουράνιων σωμάτων.
Ο Νεύτων ήταν σε θέση να διατυπώσει και να γενικεύσει τα αποτελέσματα των παρατηρήσεων. Να τι πήρε:
Δύο σώματα έλκονται μεταξύ τους με μια δύναμη που ονομάζεται βαρυτική δύναμη ή βαρυτική δύναμη.
Ο τύπος για τη δύναμη έλξης μεταξύ των σωμάτων είναι:
G είναι η σταθερά της βαρύτητας, m είναι η μάζα των σωμάτων, r είναι η απόσταση μεταξύ των κέντρων μάζας των σωμάτων.
Τι φυσική έννοιασταθερά βαρύτητας; Είναι ίση με τη δύναμη με την οποία δρουν τα σώματα με μάζα 1 κιλού το καθένα μεταξύ τους και βρίσκονται σε απόσταση 1 μέτρου το ένα από το άλλο.
Σύμφωνα με τη θεωρία του Νεύτωνα, κάθε αντικείμενο δημιουργεί ένα βαρυτικό πεδίο. Η ακρίβεια του νόμου του Νεύτωνα έχει δοκιμαστεί σε αποστάσεις μικρότερες του ενός εκατοστού. Φυσικά, για τις μικρές μάζες αυτές οι δυνάμεις είναι ασήμαντες και μπορούν να παραμεληθούν.
Ο τύπος του Νεύτωνα είναι εφαρμόσιμος τόσο για τον υπολογισμό της δύναμης έλξης πλανητών προς τον ήλιο όσο και για μικρά αντικείμενα. Απλώς δεν παρατηρούμε τη δύναμη με την οποία έλκονται, ας πούμε, οι μπάλες στο τραπέζι του μπιλιάρδου. Ωστόσο, αυτή η δύναμη υπάρχει και μπορεί να υπολογιστεί.
Η δύναμη της έλξης δρα μεταξύ οποιωνδήποτε σωμάτων στο σύμπαν. Η επίδρασή του εκτείνεται σε οποιαδήποτε απόσταση.
Ο νόμος του Νεύτωνα για την παγκόσμια έλξη δεν εξηγεί τη φύση της δύναμης έλξης, αλλά καθορίζει ποσοτικά πρότυπα. Η θεωρία του Νεύτωνα δεν έρχεται σε αντίθεση με τη γενική σχετικότητα. Είναι αρκετά αρκετό για την επίλυση πρακτικών προβλημάτων στην κλίμακα της Γης και για τον υπολογισμό της κίνησης των ουράνιων σωμάτων.
Η Βαρύτητα στη Γενική Σχετικότητα
Παρά το γεγονός ότι η θεωρία του Νεύτωνα είναι αρκετά εφαρμόσιμη στην πράξη, έχει μια σειρά από μειονεκτήματα. Ο νόμος της παγκόσμιας βαρύτητας είναι μια μαθηματική περιγραφή, αλλά δεν δίνει μια ιδέα για τη θεμελιώδη φυσική φύση των πραγμάτων.
Σύμφωνα με τον Νεύτωνα, η δύναμη της έλξης δρα σε οποιαδήποτε απόσταση. Και λειτουργεί αμέσως. Λαμβάνοντας υπόψη ότι η ταχύτερη ταχύτητα στον κόσμο είναι η ταχύτητα του φωτός, υπάρχει μια απόκλιση. Πώς μπορεί η βαρύτητα να δράσει ακαριαία σε οποιαδήποτε απόσταση, όταν το φως δεν χρειάζεται μια στιγμή, αλλά αρκετά δευτερόλεπτα ή και χρόνια για να τα ξεπεράσει;
Στο πλαίσιο της γενικής σχετικότητας, η βαρύτητα δεν θεωρείται ως δύναμη που δρα στα σώματα, αλλά ως καμπυλότητα του χώρου και του χρόνου υπό την επίδραση της μάζας. Επομένως, η βαρύτητα δεν είναι αλληλεπίδραση δύναμης.
Ποια είναι η επίδραση της βαρύτητας; Ας προσπαθήσουμε να το περιγράψουμε χρησιμοποιώντας μια αναλογία.
Φανταστείτε το χώρο σαν ένα ελαστικό φύλλο. Αν του βάλετε ένα ελαφρύ μπαλάκι του τένις, η επιφάνεια θα παραμείνει επίπεδη. Αλλά αν βάλετε ένα μεγάλο βάρος δίπλα στην μπάλα, θα σπρώξει μια τρύπα στην επιφάνεια και η μπάλα θα αρχίσει να κυλά προς το μεγάλο και μεγάλο βάρος. Αυτή είναι η «βαρύτητα».
Παρεμπιπτόντως! Για τους αναγνώστες μας υπάρχει τώρα έκπτωση 10%. κάθε είδους εργασία
Ανακάλυψη βαρυτικών κυμάτων
Τα βαρυτικά κύματα είχαν προβλεφθεί από τον Άλμπερτ Αϊνστάιν το 1916, αλλά ανακαλύφθηκαν μόνο εκατό χρόνια αργότερα, το 2015.
Τι είναι τα βαρυτικά κύματα; Ας κάνουμε πάλι μια αναλογία. Εάν ρίξετε μια πέτρα σε ήρεμο νερό, κύκλοι θα πάνε στην επιφάνεια του νερού από το σημείο της πτώσης του. Τα βαρυτικά κύματα είναι οι ίδιοι κυματισμοί, διαταραχές. Μόνο όχι στο νερό, αλλά στον κόσμο χωροχρόνο.
Αντί για νερό - χωροχρόνος, και αντί για πέτρα, ας πούμε, μια μαύρη τρύπα. Οποιαδήποτε επιταχυνόμενη κίνηση μάζας δημιουργεί ένα βαρυτικό κύμα. Εάν τα σώματα βρίσκονται σε κατάσταση ελεύθερης πτώσης, η απόσταση μεταξύ τους θα αλλάξει όταν περάσει ένα βαρυτικό κύμα.
Δεδομένου ότι η βαρύτητα είναι μια πολύ αδύναμη δύναμη, η ανακάλυψη βαρυτικά κύματασυνδέθηκε με μεγάλες τεχνικές δυσκολίες. Οι σύγχρονες τεχνολογίες έχουν καταστήσει δυνατή την ανίχνευση έκρηξης βαρυτικών κυμάτων μόνο από υπερμεγέθεις πηγές.
Ένα κατάλληλο γεγονός για την καταγραφή ενός βαρυτικού κύματος είναι η συγχώνευση μαύρων οπών. Δυστυχώς ή ευτυχώς, αυτό συμβαίνει αρκετά σπάνια. Παρόλα αυτά, οι επιστήμονες κατάφεραν να καταγράψουν ένα κύμα που κυριολεκτικά κύλησε στον χώρο του Σύμπαντος.
Για την καταγραφή των βαρυτικών κυμάτων κατασκευάστηκε ένας ανιχνευτής διαμέτρου 4 χιλιομέτρων. Κατά τη διέλευση του κύματος, καταγράφηκαν ταλαντώσεις κατόπτρων σε αναρτήσεις στο κενό και η παρεμβολή του φωτός που ανακλάται από αυτά.
Τα βαρυτικά κύματα επιβεβαίωσαν την εγκυρότητα της γενικής σχετικότητας.
Βαρύτητα και στοιχειώδη σωματίδια
Στο τυπικό μοντέλο, ορισμένα στοιχειώδη σωματίδια είναι υπεύθυνα για κάθε αλληλεπίδραση. Μπορούμε να πούμε ότι τα σωματίδια είναι φορείς αλληλεπιδράσεων.
Το graviton είναι υπεύθυνο για τη βαρύτητα - ένα υποθετικό σωματίδιο χωρίς μάζα με ενέργεια. Παρεμπιπτόντως, στο δικό μας ξεχωριστό υλικόδιαβάστε περισσότερα για το υψηλού προφίλ μποζόνιο Higgs και άλλα στοιχειώδη σωματίδια.
Τέλος, εδώ είναι μερικά ενδιαφέροντα στοιχεία για τη βαρύτητα.
10 γεγονότα για τη βαρύτητα
- Για να ξεπεράσει τη δύναμη της βαρύτητας της Γης, το σώμα πρέπει να έχει ταχύτητα ίση με 7,91 km / s. Αυτή είναι η πρώτη κοσμική ταχύτητα. Αρκεί ένα σώμα (για παράδειγμα, ένας διαστημικός ανιχνευτής) να κινηθεί σε τροχιά γύρω από τον πλανήτη.
- Για να απαλλαγούμε από το πεδίο βαρύτητας της Γης, ΔΙΑΣΤΗΜΟΠΛΟΙΟπρέπει να έχει ταχύτητα τουλάχιστον 11,2 km/s. Αυτή είναι η δεύτερη διαστημική ταχύτητα.
- Τα αντικείμενα με την ισχυρότερη βαρύτητα είναι οι μαύρες τρύπες. Η βαρύτητά τους είναι τόσο ισχυρή που προσελκύουν ακόμη και το φως (φωτόνια).
- Καμία από τις εξισώσεις κβαντική μηχανικήδεν θα βρείτε τη δύναμη της βαρύτητας. Το γεγονός είναι ότι όταν προσπαθείτε να συμπεριλάβετε τη βαρύτητα στις εξισώσεις, χάνουν τη σημασία τους. Αυτό είναι ένα από τα πιο σημαντικά προβλήματα στη σύγχρονη φυσική.
- Η λέξη βαρύτητα προέρχεται από το λατινικό «gravis», που σημαίνει «βαρύ».
- Όσο πιο μαζικό είναι το αντικείμενο, τόσο ισχυρότερη είναι η βαρύτητα. Εάν ένα άτομο που ζυγίζει 60 κιλά στη Γη ζυγίζει στον Δία, η ζυγαριά θα δείξει 142 κιλά.
- Οι επιστήμονες της NASA προσπαθούν να αναπτύξουν μια βαρυτική δέσμη που θα επιτρέπει στα αντικείμενα να κινούνται χωρίς επαφή, ξεπερνώντας τη δύναμη της βαρύτητας.
- Οι αστροναύτες σε τροχιά βιώνουν επίσης τη βαρύτητα. Πιο συγκεκριμένα, η μικροβαρύτητα. Μοιάζουν να πέφτουν ατελείωτα μαζί με το πλοίο στο οποίο βρίσκονται.
- Η βαρύτητα πάντα έλκει και ποτέ δεν απωθεί.
- Μια μαύρη τρύπα μεγέθους μπάλας του τένις έλκει αντικείμενα με την ίδια δύναμη όπως ο πλανήτης μας.
Τώρα γνωρίζετε τον ορισμό της βαρύτητας και μπορείτε να πείτε ποιος τύπος χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της δύναμης έλξης. Εάν ο γρανίτης της επιστήμης σας κρατά πιο σκληρά από τη βαρύτητα, επικοινωνήστε με την φοιτητική μας υπηρεσία. Θα σας βοηθήσουμε να μάθετε εύκολα κάτω από τον μεγαλύτερο φόρτο εργασίας!
Από την αρχαιότητα, η ανθρωπότητα σκέφτηκε πώς ο κόσμος. Γιατί φυτρώνει το γρασίδι, γιατί λάμπει ο Ήλιος, γιατί δεν μπορούμε να πετάξουμε... Το τελευταίο, παρεμπιπτόντως, ανέκαθεν είχε ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους ανθρώπους. Τώρα ξέρουμε ότι ο λόγος για όλα είναι η βαρύτητα. Τι είναι και γιατί αυτό το φαινόμενο είναι τόσο σημαντικό στην κλίμακα του Σύμπαντος, θα εξετάσουμε σήμερα.
Εισαγωγή
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι όλα τα ογκώδη σώματα βιώνουν αμοιβαία έλξη μεταξύ τους. Στη συνέχεια, αποδείχθηκε ότι αυτή η μυστηριώδης δύναμη καθορίζει επίσης την κίνηση των ουράνιων σωμάτων στις σταθερές τροχιές τους. Η ίδια ακριβώς θεωρία της βαρύτητας διατυπώθηκε από μια ιδιοφυΐα του οποίου οι υποθέσεις προκαθόρισαν την ανάπτυξη της φυσικής για πολλούς αιώνες. Αναπτύχθηκε και συνεχίστηκε (αν και σε εντελώς διαφορετική κατεύθυνση) αυτή η διδασκαλία ήταν ο Άλμπερτ Αϊνστάιν - ένα από τα μεγαλύτερα μυαλά του περασμένου αιώνα.
Για αιώνες, οι επιστήμονες παρατηρούν τη βαρύτητα, προσπαθώντας να την κατανοήσουν και να την μετρήσουν. Τέλος, τις τελευταίες δεκαετίες, ακόμη και ένα φαινόμενο όπως η βαρύτητα έχει τεθεί στην υπηρεσία της ανθρωπότητας (με μια ορισμένη έννοια, φυσικά). Τι είναι, ποιος είναι ο ορισμός του επίμαχου όρου στη σύγχρονη επιστήμη;
επιστημονικός ορισμός
Εάν μελετήσετε τα έργα των αρχαίων στοχαστών, μπορείτε να ανακαλύψετε ότι η λατινική λέξη "gravitas" σημαίνει "βαρύτητα", "έλξη". Σήμερα, οι επιστήμονες αποκαλούν έτσι την καθολική και συνεχή αλληλεπίδραση μεταξύ των υλικών σωμάτων. Εάν αυτή η δύναμη είναι σχετικά ασθενής και δρα μόνο σε αντικείμενα που κινούνται πολύ πιο αργά, τότε η θεωρία του Νεύτωνα είναι εφαρμόσιμη σε αυτά. Αν συμβαίνει το αντίθετο, θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν τα συμπεράσματα του Αϊνστάιν.
Ας κάνουμε μια κράτηση αμέσως: προς το παρόν, η ίδια η φύση της βαρύτητας δεν έχει μελετηθεί πλήρως κατ' αρχήν. Τι είναι, δεν καταλαβαίνουμε ακόμα πλήρως.
Θεωρίες του Νεύτωνα και του Αϊνστάιν
Σύμφωνα με την κλασική διδασκαλία του Ισαάκ Νεύτωνα, όλα τα σώματα έλκονται μεταξύ τους με μια δύναμη που είναι ευθέως ανάλογη της μάζας τους, αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης που βρίσκεται μεταξύ τους. Ο Αϊνστάιν, από την άλλη πλευρά, υποστήριξε ότι η βαρύτητα μεταξύ των αντικειμένων εκδηλώνεται στην περίπτωση της καμπυλότητας του χώρου και του χρόνου (και η καμπυλότητα του χώρου είναι δυνατή μόνο εάν υπάρχει ύλη σε αυτό).
Αυτή η σκέψη ήταν πολύ βαθιά, αλλά σύγχρονη έρευνααποδείξει κάποια ανακρίβεια. Σήμερα πιστεύεται ότι η βαρύτητα στο διάστημα κάμπτει μόνο το διάστημα: ο χρόνος μπορεί να επιβραδυνθεί ή ακόμη και να σταματήσει, αλλά η πραγματικότητα της αλλαγής του σχήματος της προσωρινής ύλης δεν έχει επιβεβαιωθεί θεωρητικά. Επομένως, η κλασική εξίσωση του Αϊνστάιν δεν παρέχει καν μια πιθανότητα ότι το διάστημα θα συνεχίσει να επηρεάζει την ύλη και το αναδυόμενο μαγνητικό πεδίο.
Σε μεγαλύτερο βαθμό, είναι γνωστός ο νόμος της βαρύτητας (καθολική βαρύτητα), η μαθηματική έκφραση του οποίου ανήκει ακριβώς στον Νεύτωνα:
\[ F = γ \frac[-1,2](m_1 m_2)(r^2) \]
Κάτω από γ εννοείται η σταθερά βαρύτητας (μερικές φορές χρησιμοποιείται το σύμβολο G), η τιμή της οποίας είναι 6,67545 × 10−11 m³ / (kg s²).
Αλληλεπίδραση μεταξύ στοιχειωδών σωματιδίων
Η απίστευτη πολυπλοκότητα του χώρου γύρω μας οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στον άπειρο αριθμό στοιχειωδών σωματιδίων. Υπάρχουν επίσης διάφορες αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους σε επίπεδα που μπορούμε μόνο να μαντέψουμε. Ωστόσο, όλοι οι τύποι αλληλεπίδρασης στοιχειωδών σωματιδίων μεταξύ τους διαφέρουν σημαντικά ως προς τη δύναμή τους.
Η πιο ισχυρή από όλες τις γνωστές σε εμάς δυνάμεις συνδέει τα συστατικά μεταξύ τους ατομικό πυρήνα. Για να τα χωρίσετε, πρέπει να ξοδέψετε μια πραγματικά κολοσσιαία ποσότητα ενέργειας. Όσο για τα ηλεκτρόνια, αυτά «κολλούνται» στον πυρήνα μόνο από τα συνηθισμένα.Για να το σταματήσουν, μερικές φορές η ενέργεια που εμφανίζεται ως αποτέλεσμα της πιο συνηθισμένης χημική αντίδραση. Η βαρύτητα (αυτό που είναι, ξέρετε ήδη) στην παραλλαγή των ατόμων και των υποατομικών σωματιδίων είναι το πιο εύκολο είδος αλληλεπίδρασης.
Το βαρυτικό πεδίο σε αυτή την περίπτωση είναι τόσο αδύναμο που είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς. Παραδόξως, αλλά είναι αυτοί που «ακολουθούν» την κίνηση των ουράνιων σωμάτων, των οποίων η μάζα μερικές φορές είναι αδύνατο να φανταστεί κανείς. Όλα αυτά είναι δυνατά λόγω δύο χαρακτηριστικών της βαρύτητας, τα οποία είναι ιδιαίτερα έντονα στην περίπτωση μεγάλων φυσικών σωμάτων:
- Σε αντίθεση με τις ατομικές, είναι πιο αισθητή σε απόσταση από το αντικείμενο. Έτσι, η βαρύτητα της Γης κρατά ακόμη και τη Σελήνη στο πεδίο της και η παρόμοια δύναμη του Δία υποστηρίζει εύκολα τις τροχιές πολλών δορυφόρων ταυτόχρονα, η μάζα καθενός από τους οποίους είναι αρκετά συγκρίσιμη με τη Γη!
- Επιπλέον, παρέχει πάντα έλξη μεταξύ των αντικειμένων και με την απόσταση αυτή η δύναμη εξασθενεί σε χαμηλή ταχύτητα.
Ο σχηματισμός μιας περισσότερο ή λιγότερο συνεκτικής θεωρίας της βαρύτητας συνέβη σχετικά πρόσφατα, και ακριβώς με βάση τα αποτελέσματα αιώνων παρατηρήσεων της κίνησης των πλανητών και άλλων ουράνιων σωμάτων. Το έργο διευκολύνθηκε πολύ από το γεγονός ότι όλα κινούνται στο κενό, όπου απλά δεν υπάρχουν άλλες πιθανές αλληλεπιδράσεις. Ο Γαλιλαίος και ο Κέπλερ, δύο εξέχοντες αστρονόμοι της εποχής, βοήθησαν να ανοίξει ο δρόμος για νέες ανακαλύψεις με τις πιο πολύτιμες παρατηρήσεις τους.
Όμως μόνο ο μεγάλος Ισαάκ Νεύτωνας μπόρεσε να δημιουργήσει την πρώτη θεωρία της βαρύτητας και να την εκφράσει σε μια μαθηματική αναπαράσταση. Αυτός ήταν ο πρώτος νόμος της βαρύτητας, η μαθηματική αναπαράσταση του οποίου παρουσιάζεται παραπάνω.
Συμπεράσματα του Νεύτωνα και ορισμένων από τους προκατόχους του
Σε αντίθεση με άλλα φυσικά φαινόμενα που υπάρχουν στον κόσμο γύρω μας, η βαρύτητα εκδηλώνεται πάντα και παντού. Πρέπει να καταλάβετε ότι ο όρος "μηδενική βαρύτητα", που συχνά απαντάται σε ψευδοεπιστημονικούς κύκλους, είναι εξαιρετικά λανθασμένος: ακόμη και η έλλειψη βαρύτητας στο διάστημα δεν σημαίνει ότι ένα άτομο ή ένα διαστημόπλοιο δεν επηρεάζεται από την έλξη κάποιου τεράστιου αντικειμένου.
Επιπλέον, όλα τα υλικά σώματα έχουν μια ορισμένη μάζα, που εκφράζεται με τη μορφή μιας δύναμης που ασκήθηκε σε αυτά, και μια επιτάχυνση που επιτυγχάνεται λόγω αυτής της πρόσκρουσης.
Έτσι, οι βαρυτικές δυνάμεις είναι ανάλογες με τη μάζα των αντικειμένων. Αριθμητικά, μπορούν να εκφραστούν λαμβάνοντας το γινόμενο των μαζών και των δύο θεωρούμενων σωμάτων. Αυτή η δύναμη υπακούει αυστηρά στην αντίστροφη εξάρτηση από το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ των αντικειμένων. Όλες οι άλλες αλληλεπιδράσεις εξαρτώνται πολύ διαφορετικά από τις αποστάσεις μεταξύ δύο σωμάτων.
Η μάζα ως ο ακρογωνιαίος λίθος της θεωρίας
Η μάζα των αντικειμένων έχει γίνει ένα ιδιαίτερο αμφιλεγόμενο σημείο γύρω από το οποίο το σύνολο σύγχρονη θεωρίαΒαρύτητα και Σχετικότητα του Αϊνστάιν. Αν θυμάστε το Δεύτερο, τότε πιθανότατα γνωρίζετε ότι η μάζα είναι υποχρεωτικό χαρακτηριστικό κάθε φυσικού υλικού σώματος. Δείχνει πώς θα συμπεριφερθεί ένα αντικείμενο αν ασκηθεί δύναμη σε αυτό, ανεξάρτητα από την προέλευσή του.
Δεδομένου ότι όλα τα σώματα (σύμφωνα με τον Νεύτωνα) επιταχύνουν όταν επενεργεί πάνω τους μια εξωτερική δύναμη, είναι η μάζα που καθορίζει πόσο μεγάλη θα είναι αυτή η επιτάχυνση. Ας δούμε ένα πιο ξεκάθαρο παράδειγμα. Φανταστείτε ένα σκούτερ και ένα λεωφορείο: αν εφαρμόσετε ακριβώς την ίδια δύναμη σε αυτά, θα φτάσουν σε διαφορετικές ταχύτητες σε διαφορετικούς χρόνους. Όλα αυτά εξηγούνται από τη θεωρία της βαρύτητας.
Ποια είναι η σχέση μεταξύ μάζας και έλξης;
Αν μιλάμε για βαρύτητα, τότε η μάζα σε αυτό το φαινόμενο παίζει έναν ρόλο εντελώς αντίθετο από αυτόν που παίζει σε σχέση με τη δύναμη και την επιτάχυνση ενός αντικειμένου. Είναι αυτή που είναι η ίδια η κύρια πηγή έλξης. Αν πάρετε δύο σώματα και δείτε με ποια δύναμη έλκουν ένα τρίτο αντικείμενο, το οποίο βρίσκεται σε ίσες αποστάσεις από τα δύο πρώτα, τότε η αναλογία όλων των δυνάμεων θα είναι ίση με την αναλογία των μαζών των δύο πρώτων αντικειμένων. Έτσι, η δύναμη έλξης είναι ευθέως ανάλογη με τη μάζα του σώματος.
Αν σκεφτούμε τον Τρίτο Νόμο του Νεύτωνα, μπορούμε να δούμε ότι λέει ακριβώς το ίδιο πράγμα. Η δύναμη της βαρύτητας, η οποία δρα σε δύο σώματα που βρίσκονται σε ίση απόσταση από την πηγή έλξης, εξαρτάται άμεσα από τη μάζα αυτών των αντικειμένων. ΣΕ Καθημερινή ζωήμιλάμε για τη δύναμη με την οποία το σώμα έλκεται στην επιφάνεια του πλανήτη, όπως το βάρος του.
Ας συνοψίσουμε μερικά αποτελέσματα. Έτσι, η μάζα σχετίζεται στενά με την επιτάχυνση. Ταυτόχρονα, είναι αυτή που καθορίζει τη δύναμη με την οποία θα ενεργήσει η βαρύτητα στο σώμα.
Χαρακτηριστικά της επιτάχυνσης των σωμάτων σε ένα βαρυτικό πεδίο
Αυτή η εκπληκτική δυαδικότητα είναι ο λόγος που, στο ίδιο βαρυτικό πεδίο, η επιτάχυνση εντελώς διαφορετικών αντικειμένων θα είναι ίση. Ας υποθέσουμε ότι έχουμε δύο σώματα. Ας αντιστοιχίσουμε μάζα z σε ένα από αυτά και Z στο άλλο. Και τα δύο αντικείμενα πέφτουν στο έδαφος, όπου πέφτουν ελεύθερα.
Πώς καθορίζεται ο λόγος των δυνάμεων έλξης; Φαίνεται από το πιο απλό ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΟΣ ΤΥΠΟΣ-z/Z. Αυτή είναι ακριβώς η επιτάχυνση που λαμβάνουν ως αποτέλεσμα της δύναμης της βαρύτητας, θα είναι ακριβώς η ίδια. Με απλά λόγια, η επιτάχυνση που έχει ένα σώμα σε ένα βαρυτικό πεδίο δεν εξαρτάται σε καμία περίπτωση από τις ιδιότητές του.
Από τι εξαρτάται η επιτάχυνση στην περιγραφόμενη περίπτωση;
Εξαρτάται μόνο (!) από τη μάζα των αντικειμένων που δημιουργούν αυτό το πεδίο, καθώς και από τη χωρική τους θέση. Ο διπλός ρόλος της μάζας και η ίση επιτάχυνση διαφόρων σωμάτων σε ένα βαρυτικό πεδίο έχουν ανακαλυφθεί για σχετικά μεγάλο χρονικό διάστημα. Αυτά τα φαινόμενα έχουν λάβει την εξής ονομασία: «Αρχή ισοδυναμίας». Αυτός ο όρος τονίζει για άλλη μια φορά ότι η επιτάχυνση και η αδράνεια είναι συχνά ισοδύναμες (σε κάποιο βαθμό, φυσικά).
Για τη σημασία του Γ
Από σχολικό μάθημαφυσική, θυμόμαστε ότι η επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης στην επιφάνεια του πλανήτη μας (η βαρύτητα της Γης) είναι 10 m / s² (9,8 φυσικά, αλλά αυτή η τιμή χρησιμοποιείται για ευκολία υπολογισμού). Έτσι, εάν δεν ληφθεί υπόψη η αντίσταση του αέρα (σε σημαντικό ύψος με μικρή απόσταση πτώσης), τότε το αποτέλεσμα θα επιτευχθεί όταν το σώμα αποκτήσει αύξηση επιτάχυνσης 10 m / s. κάθε δευτερόλεπτο. Έτσι, ένα βιβλίο που έχει πέσει από τον δεύτερο όροφο ενός σπιτιού θα κινείται με ταχύτητα 30-40 m/sec μέχρι το τέλος της πτήσης του. Με απλά λόγια, τα 10 m/s είναι η «ταχύτητα» της βαρύτητας μέσα στη Γη.
Η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας στη φυσική βιβλιογραφία συμβολίζεται με το γράμμα "g". Δεδομένου ότι το σχήμα της Γης μοιάζει σε κάποιο βαθμό περισσότερο με μανταρίνι παρά με σφαίρα, η αξία αυτής της ποσότητας απέχει πολύ από το να είναι ίδια σε όλες τις περιοχές της. Έτσι, στους πόλους, η επιτάχυνση είναι μεγαλύτερη και στις κορυφές των ψηλών βουνών γίνεται μικρότερη.
Ακόμη και στη βιομηχανία εξόρυξης, η βαρύτητα παίζει σημαντικό ρόλο. Η φυσική αυτού του φαινομένου μερικές φορές εξοικονομεί πολύ χρόνο. Έτσι, οι γεωλόγοι ενδιαφέρονται ιδιαίτερα για τον ιδανικά ακριβή προσδιορισμό του g, αφού αυτό επιτρέπει την εξερεύνηση και την εύρεση κοιτασμάτων ορυκτών με εξαιρετική ακρίβεια. Παρεμπιπτόντως, πώς μοιάζει ο τύπος της βαρύτητας, στον οποίο παίζει σημαντικό ρόλο η τιμή που εξετάσαμε; Εδώ είναι αυτή:
Σημείωση! Στην περίπτωση αυτή, ο τύπος βαρύτητας σημαίνει με το G τη «σταθερά βαρύτητας», την τιμή της οποίας έχουμε ήδη δώσει παραπάνω.
Κάποτε ο Νεύτων διατύπωσε τις παραπάνω αρχές. Κατανοούσε τέλεια τόσο την ενότητα όσο και την καθολικότητα, αλλά δεν μπορούσε να περιγράψει όλες τις πτυχές αυτού του φαινομένου. Αυτή η τιμή έπεσε στον Άλμπερτ Αϊνστάιν, ο οποίος ήταν επίσης σε θέση να εξηγήσει την αρχή της ισοδυναμίας. Σε αυτόν οφείλει η ανθρωπότητα μια σύγχρονη κατανόηση της ίδιας της φύσης του χωροχρονικού συνεχούς.
Θεωρία της σχετικότητας, έργα του Άλμπερτ Αϊνστάιν
Την εποχή του Ισαάκ Νεύτωνα, πιστευόταν ότι τα σημεία αναφοράς μπορούν να αναπαρασταθούν ως κάποιο είδος άκαμπτων «ράβδων», με τη βοήθεια των οποίων καθορίζεται η θέση του σώματος στο σύστημα χωρικών συντεταγμένων. Ταυτόχρονα, υποτέθηκε ότι όλοι οι παρατηρητές που σημειώνουν αυτές τις συντεταγμένες θα βρίσκονται σε ένα ενιαίο χρονικό διάστημα. Εκείνα τα χρόνια, η διάταξη αυτή θεωρούνταν τόσο προφανής που δεν επιχειρήθηκε αμφισβήτηση ή συμπλήρωσή της. Και αυτό είναι κατανοητό, γιατί μέσα στον πλανήτη μας δεν υπάρχουν αποκλίσεις αυτόν τον κανόναΟχι.
Ο Αϊνστάιν απέδειξε ότι η ακρίβεια της μέτρησης θα ήταν πραγματικά σημαντική εάν το υποθετικό ρολόι κινούνταν πολύ πιο αργά από την ταχύτητα του φωτός. Με απλά λόγια, αν ένας παρατηρητής, κινούμενος πιο αργά από την ταχύτητα του φωτός, ακολουθήσει δύο γεγονότα, τότε θα συμβούν για αυτόν ταυτόχρονα. Αντίστοιχα, για τον δεύτερο παρατηρητή; των οποίων η ταχύτητα είναι ίδια ή μεγαλύτερη, τα γεγονότα μπορούν να συμβούν σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Πώς όμως σχετίζεται η δύναμη της βαρύτητας με τη θεωρία της σχετικότητας; Ας εξερευνήσουμε αυτό το ζήτημα λεπτομερώς.
Σχέση σχετικότητας και βαρυτικών δυνάμεων
ΣΕ τα τελευταία χρόνιαέκανε μεγάλο ποσόανακαλύψεις στον τομέα των υποατομικών σωματιδίων. Η πεποίθηση δυναμώνει ότι πρόκειται να βρούμε το τελικό σωματίδιο, πέρα από το οποίο δεν μπορεί να χωριστεί ο κόσμος μας. Όσο πιο επίμονη είναι η ανάγκη να μάθουμε πώς ακριβώς επηρεάζονται τα μικρότερα «τούβλα» του σύμπαντος μας από εκείνες τις θεμελιώδεις δυνάμεις που ανακαλύφθηκαν τον περασμένο αιώνα ή και νωρίτερα. Είναι ιδιαίτερα απογοητευτικό το γεγονός ότι η ίδια η φύση της βαρύτητας δεν έχει ακόμη εξηγηθεί.
Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο, μετά τον Αϊνστάιν, ο οποίος καθιέρωσε την «ανικανότητα» της κλασικής μηχανικής του Νεύτωνα στην υπό εξέταση περιοχή, οι ερευνητές εστίασαν σε μια πλήρη επανεξέταση των δεδομένων που αποκτήθηκαν νωρίτερα. Από πολλές απόψεις, η ίδια η βαρύτητα έχει υποστεί αναθεώρηση. Τι είναι σε επίπεδο υποατομικών σωματιδίων; Έχει κάποιο νόημα σε αυτόν τον εκπληκτικό πολυδιάστατο κόσμο;
Μια απλή λύση;
Αρχικά, πολλοί υπέθεσαν ότι η ασυμφωνία μεταξύ της βαρύτητας του Νεύτωνα και της θεωρίας της σχετικότητας μπορεί να εξηγηθεί πολύ απλά αντλώντας αναλογίες από το πεδίο της ηλεκτροδυναμικής. Θα μπορούσαμε να υποθέσουμε ότι το βαρυτικό πεδίο διαδίδεται σαν μαγνητικό, μετά από το οποίο μπορεί να δηλωθεί ως «μεσολαβητής» στις αλληλεπιδράσεις των ουράνιων σωμάτων, εξηγώντας πολλές ασυνέπειες μεταξύ του παλιού και του νέα θεωρία. Το γεγονός είναι ότι τότε οι σχετικές ταχύτητες διάδοσης των υπό εξέταση δυνάμεων θα ήταν πολύ χαμηλότερες από την ταχύτητα του φωτός. Πώς συνδέονται λοιπόν η βαρύτητα και ο χρόνος;
Κατ' αρχήν, ο ίδιος ο Αϊνστάιν σχεδόν πέτυχε να κατασκευάσει μια σχετικιστική θεωρία βασισμένη σε τέτοιες ακριβώς απόψεις, μόνο μια περίσταση εμπόδισε την πρόθεσή του. Κανένας από τους επιστήμονες εκείνης της εποχής δεν είχε καμία απολύτως πληροφορία που θα μπορούσε να βοηθήσει στον προσδιορισμό της «ταχύτητας» της βαρύτητας. Υπήρχαν όμως πολλές πληροφορίες σχετικά με τις κινήσεις μεγάλων μαζών. Όπως είναι γνωστό, ήταν απλώς η γενικά αναγνωρισμένη πηγή ισχυρών βαρυτικών πεδίων.
Οι υψηλές ταχύτητες επηρεάζουν έντονα τις μάζες των σωμάτων και αυτό δεν μοιάζει καθόλου με την αλληλεπίδραση ταχύτητας και φορτίου. Όσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η μάζα του σώματος. Το πρόβλημα είναι ότι η τελευταία τιμή θα γινόταν αυτόματα άπειρη στην περίπτωση κίνησης με την ταχύτητα του φωτός ή μεγαλύτερη. Επομένως, ο Αϊνστάιν συμπέρανε ότι δεν υπάρχει βαρυτικό, αλλά τανυστικό πεδίο, για την περιγραφή του οποίου θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν πολλές περισσότερες μεταβλητές.
Οι οπαδοί του κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η βαρύτητα και ο χρόνος είναι πρακτικά άσχετοι. Το γεγονός είναι ότι αυτό το ίδιο το τανυστικό πεδίο μπορεί να δράσει στο χώρο, αλλά δεν είναι σε θέση να επηρεάσει το χρόνο. Ωστόσο, ο λαμπρός σύγχρονος φυσικός Stephen Hawking έχει διαφορετική άποψη. Αλλά αυτή είναι μια εντελώς διαφορετική ιστορία...
Don DeYoung
Η βαρύτητα (ή βαρύτητα) μας κρατά σταθερά στο έδαφος και επιτρέπει στη γη να περιστρέφεται γύρω από τον ήλιο. Χάρη σε αυτή την αόρατη δύναμη, η βροχή πέφτει στο έδαφος και η στάθμη του νερού στον ωκεανό ανεβαίνει και πέφτει κάθε μέρα. Η βαρύτητα διατηρεί τη γη σε σφαιρικό σχήμα και επίσης εμποδίζει την ατμόσφαιρά μας να διαφύγει στο διάστημα. Φαίνεται ότι αυτή η δύναμη έλξης, που παρατηρείται καθημερινά, θα πρέπει να μελετηθεί καλά από τους επιστήμονες. Αλλά όχι! Από πολλές απόψεις, η βαρύτητα παραμένει το βαθύτερο μυστήριο για την επιστήμη. Αυτή η μυστηριώδης δύναμη είναι ένα θαυμάσιο παράδειγμα του πόσο περιορισμένη είναι η σύγχρονη επιστημονική γνώση.
Τι είναι η βαρύτητα;
Ο Ισαάκ Νεύτων ενδιαφέρθηκε για αυτό το θέμα ήδη από το 1686 και κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η βαρύτητα είναι μια ελκτική δύναμη που υπάρχει μεταξύ όλων των αντικειμένων. Συνειδητοποίησε ότι η ίδια δύναμη που κάνει το μήλο να πέσει στο έδαφος βρίσκεται στην τροχιά του. Στην πραγματικότητα, η δύναμη της βαρύτητας της Γης κάνει τη Σελήνη να αποκλίνει από την ευθεία της διαδρομή κατά περίπου ένα χιλιοστό κάθε δευτερόλεπτο κατά την περιστροφή της γύρω από τη Γη (Εικόνα 1). Ο Παγκόσμιος Νόμος της Βαρύτητας του Νεύτωνα είναι ένας από τους σπουδαιότερους επιστημονικές ανακαλύψειςόλων των εποχών.
Η βαρύτητα είναι η «χορδή» που κρατά τα αντικείμενα σε τροχιά
Εικόνα 1.Μια απεικόνιση της τροχιάς του φεγγαριού που δεν σχεδιάζεται σε κλίμακα. Σε κάθε δευτερόλεπτο, το φεγγάρι κινείται περίπου 1 χλμ. Σε αυτή την απόσταση, αποκλίνει από την ευθεία διαδρομή κατά περίπου 1 mm - αυτό οφείλεται στη βαρυτική έλξη της Γης (διακεκομμένη γραμμή). Το φεγγάρι φαίνεται συνεχώς να πέφτει πίσω (ή γύρω από) τη γη, όπως πέφτουν και οι πλανήτες γύρω από τον ήλιο.
Η βαρύτητα είναι μία από τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις της φύσης (Πίνακας 1). Σημειώστε ότι από τις τέσσερις δυνάμεις, αυτή η δύναμη είναι η πιο αδύναμη, και ωστόσο είναι κυρίαρχη σε σχέση με τα μεγάλα διαστημικά αντικείμενα. Όπως έδειξε ο Νεύτωνας, η ελκτική βαρυτική δύναμη μεταξύ οποιωνδήποτε δύο μαζών γίνεται ολοένα και μικρότερη καθώς η απόσταση μεταξύ τους γίνεται όλο και μεγαλύτερη, αλλά ποτέ δεν φθάνει πλήρως το μηδέν (βλ. The Design of Gravity).
Επομένως, κάθε σωματίδιο σε ολόκληρο το σύμπαν προσελκύει στην πραγματικότητα κάθε άλλο σωματίδιο. Σε αντίθεση με τις δυνάμεις των αδύναμων και ισχυρών πυρηνικών δυνάμεων, η δύναμη έλξης είναι μεγάλης εμβέλειας (Πίνακας 1). Οι δυνάμεις μαγνητικής και ηλεκτρικής αλληλεπίδρασης είναι επίσης δυνάμεις μεγάλης εμβέλειας, αλλά η βαρύτητα είναι μοναδική στο ότι είναι τόσο μεγάλης εμβέλειας όσο και πάντα ελκυστική, που σημαίνει ότι δεν μπορεί ποτέ να εξαντληθεί (σε αντίθεση με τον ηλεκτρομαγνητισμό, στον οποίο δυνάμεις μπορούν είτε να προσελκύσουν είτε να απωθήσουν).
Ξεκινώντας με τον μεγάλο δημιουργιστή επιστήμονα Michael Faraday το 1849, οι φυσικοί έψαχναν συνεχώς για την κρυφή σύνδεση μεταξύ της δύναμης της βαρύτητας και της δύναμης της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Επί του παρόντος, οι επιστήμονες προσπαθούν να συνδυάσουν και τις τέσσερις θεμελιώδεις δυνάμεις σε μια εξίσωση ή τη λεγόμενη «Θεωρία των Πάντων», αλλά, χωρίς επιτυχία! Η βαρύτητα παραμένει η πιο μυστηριώδης και λιγότερο κατανοητή δύναμη.
Η βαρύτητα δεν μπορεί να θωρακιστεί με κανέναν τρόπο. Όποια και αν είναι η σύνθεση του φραγμού, δεν έχει καμία επίδραση στην έλξη μεταξύ δύο διαχωρισμένων αντικειμένων. Αυτό σημαίνει ότι στο εργαστήριο είναι αδύνατο να δημιουργηθεί ένας θάλαμος κατά της βαρύτητας. Η δύναμη της βαρύτητας δεν εξαρτάται από χημική σύνθεσηαντικείμενα, αλλά εξαρτάται από τη μάζα τους, γνωστή σε εμάς ως βάρος (η δύναμη της βαρύτητας σε ένα αντικείμενο είναι ίση με το βάρος αυτού του αντικειμένου - όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα, τόσο μεγαλύτερη η δύναμη ή το βάρος.) Μπλοκ από γυαλί, μόλυβδο, πάγος, ή ακόμα και φελιζόλ, και έχοντας την ίδια μάζα, θα βιώσουν (και θα ασκήσουν) την ίδια βαρυτική δύναμη. Αυτά τα δεδομένα ελήφθησαν κατά τη διάρκεια πειραμάτων και οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν ακόμα πώς μπορούν να εξηγηθούν θεωρητικά.
Σχεδιασμός στη Βαρύτητα
Η δύναμη F μεταξύ δύο μαζών m 1 και m 2 που βρίσκονται σε απόσταση r μπορεί να γραφτεί ως ο τύπος F = (G m 1 m 2) / r 2
Όπου G είναι η σταθερά βαρύτητας, που μετρήθηκε για πρώτη φορά από τον Henry Cavendish το 1798.1
Αυτή η εξίσωση δείχνει ότι η βαρύτητα μειώνεται καθώς η απόσταση r μεταξύ δύο αντικειμένων μεγαλώνει, αλλά ποτέ δεν φτάνει πλήρως το μηδέν.
Η φύση του αντίστροφου τετραγώνου αυτής της εξίσωσης κόβει την ανάσα. Άλλωστε, δεν υπάρχει κανένας απαραίτητος λόγος για τον οποίο η βαρύτητα πρέπει να ενεργεί με αυτόν τον τρόπο. Σε ένα άτακτο, τυχαίο και εξελισσόμενο σύμπαν, όπως αυθαίρετα πτυχία, όπως το r 1,97 ή το r 2,3 θα φαινόταν πιο πιθανό. Ωστόσο, οι ακριβείς μετρήσεις έδειξαν ακριβή ισχύ με τουλάχιστον πέντε δεκαδικά ψηφία, 2.00000. Όπως είπε ένας ερευνητής, αυτό το αποτέλεσμα φαίνεται "πολύ ακριβής".2 Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η δύναμη έλξης δείχνει ένα ακριβές, δημιουργημένο σχέδιο. Στην πραγματικότητα, αν ο βαθμός αποκλίνει έστω και ελαφρώς από το 2, οι τροχιές των πλανητών και ολόκληρου του σύμπαντος θα γίνονταν ασταθείς.
Σύνδεσμοι και σημειώσεις
- ομιλία τεχνική γλώσσα, G = 6,672 x 10 –11 Nm 2 kg –2
- Thompsen, D., "Πολύ ακριβής για τη βαρύτητα", επιστημονικές ειδήσεις 118(1):13, 1980.
Τι ακριβώς είναι λοιπόν η βαρύτητα; Πώς είναι σε θέση αυτή η δύναμη να δράσει σε έναν τόσο τεράστιο, κενό εξωτερικό χώρο; Και γιατί υπάρχει; Η επιστήμη δεν μπόρεσε ποτέ να απαντήσει σε αυτές τις βασικές ερωτήσεις σχετικά με τους νόμους της φύσης. Η ελκυστική δύναμη δεν μπορεί να έρθει αργά μέσω μεταλλάξεων ή ΦΥΣΙΚΗ ΕΠΙΛΟΓΗ. Είναι ενεργό από την αρχή της ύπαρξης του σύμπαντος. Όπως κάθε άλλο φυσικός νόμος, η βαρύτητα είναι αναμφίβολα μια θαυμάσια απόδειξη μιας προγραμματισμένης δημιουργίας.
Μερικοί επιστήμονες προσπάθησαν να εξηγήσουν τη βαρύτητα με βάση τα αόρατα σωματίδια, τα γκραβιτόνια, που κινούνται μεταξύ των αντικειμένων. Άλλοι μίλησαν για κοσμικές χορδές και βαρυτικά κύματα. Πρόσφατα, οι επιστήμονες με τη βοήθεια ενός ειδικά δημιουργημένου εργαστηρίου LIGO (Eng. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) κατάφεραν να δουν μόνο την επίδραση των βαρυτικών κυμάτων. Αλλά η φύση αυτών των κυμάτων, το πώς αλληλεπιδρούν φυσικά τα αντικείμενα μεταξύ τους σε μεγάλες αποστάσεις, αλλάζοντας το σχήμα τους, παραμένει ένα μεγάλο ερώτημα για όλους. Απλώς δεν γνωρίζουμε τη φύση της προέλευσης της δύναμης της βαρύτητας και πώς διατηρεί τη σταθερότητα ολόκληρου του σύμπαντος.
Βαρύτητα και Γραφή
Δύο αποσπάσματα από τη Βίβλο μπορούν να μας βοηθήσουν να κατανοήσουμε τη φύση της βαρύτητας και της φυσικής επιστήμης γενικότερα. Το πρώτο απόσπασμα, Κολοσσαείς 1:17, εξηγεί ότι ο Χριστός «Υπάρχει πρώτα απ 'όλα, και όλα αξίζουν για Αυτόν». Το ελληνικό ρήμα στέκεται (συνισταω sunistao) σημαίνει: προσκολλώ, κρατιέμαι ή κρατιέμαι μαζί. Η ελληνική χρήση αυτής της λέξης εκτός Βίβλου σημαίνει δοχείο που περιέχει νερό. Η λέξη που χρησιμοποιείται στο βιβλίο των Κολοσσαίων είναι στον τέλειο χρόνο, που συνήθως υποδηλώνει μια τρέχουσα κατάσταση που έχει προκύψει από μια ολοκληρωμένη παρελθούσα ενέργεια. Ένας από τους φυσικούς μηχανισμούς που χρησιμοποιούνται είναι προφανώς η δύναμη της έλξης, που καθιερώθηκε από τον Δημιουργό και διατηρείται αναμφισβήτητα σήμερα. Φανταστείτε: αν η δύναμη της βαρύτητας έπαυε να ενεργεί για μια στιγμή, αναμφίβολα θα επακολουθούσε χάος. Όλα τα ουράνια σώματα, συμπεριλαμβανομένης της γης, της σελήνης και των αστεριών, δεν θα κρατούνταν πλέον μαζί. Όλη αυτή η ώρα θα χωριζόταν σε ξεχωριστά, μικρά μέρη.
Η δεύτερη Γραφή, Εβραίους 1:3, δηλώνει ότι ο Χριστός «Κρατά τα πάντα με τον λόγο της δύναμής του».Λέξη κρατά (φερω pherō) περιγράφει ξανά τη συντήρηση ή τη διατήρηση των πάντων, συμπεριλαμβανομένης της βαρύτητας. Λέξη κρατάπου χρησιμοποιείται σε αυτόν τον στίχο σημαίνει πολύ περισσότερα από το να κρατάς απλώς ένα βάρος. Περιλαμβάνει τον έλεγχο όλων των συνεχιζόμενων κινήσεων και αλλαγών μέσα στο σύμπαν. Αυτό το ατελείωτο έργο πραγματοποιείται μέσω του παντοδύναμου Λόγου του Κυρίου, μέσω του οποίου δημιουργήθηκε το ίδιο το σύμπαν. Η βαρύτητα, η «μυστηριώδης δύναμη» που παραμένει ελάχιστα κατανοητή ακόμη και μετά από τετρακόσια χρόνια έρευνας, είναι μια από τις εκδηλώσεις αυτής της εκπληκτικής θεϊκής φροντίδας για το σύμπαν.
Παραμορφώσεις χρόνου και χώρου και μαύρες τρύπες
Η γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν θεωρεί τη βαρύτητα όχι ως δύναμη, αλλά ως καμπυλότητα του ίδιου του χώρου κοντά σε ένα τεράστιο αντικείμενο. Το φως, το οποίο παραδοσιακά ακολουθεί ευθείες γραμμές, προβλέπεται να κάμπτεται καθώς ταξιδεύει μέσα από τον καμπύλο χώρο. Αυτό αποδείχθηκε για πρώτη φορά όταν ο αστρονόμος Sir Arthur Eddington ανακάλυψε μια αλλαγή στη φαινομενική θέση ενός αστεριού κατά τη διάρκεια μιας ολικής έκλειψης το 1919, πιστεύοντας ότι οι ακτίνες φωτός κάμπτονταν από τη βαρύτητα του ήλιου.
Η γενική σχετικότητα προβλέπει επίσης ότι εάν ένα σώμα είναι αρκετά πυκνό, η βαρύτητα του θα παραμορφώσει το διάστημα τόσο πολύ που το φως δεν μπορεί να περάσει καθόλου μέσα από αυτό. Ένα τέτοιο σώμα απορροφά το φως και οτιδήποτε άλλο έχει συλλάβει η ισχυρή του βαρύτητα και ονομάζεται Μαύρη Τρύπα. Ένα τέτοιο σώμα μπορεί να ανιχνευθεί μόνο από τη βαρυτική του επίδραση σε άλλα αντικείμενα, από την ισχυρή καμπυλότητα του φωτός γύρω του και από την ισχυρή ακτινοβολία που εκπέμπεται από την ύλη που πέφτει πάνω του.
Όλη η ύλη μέσα σε μια μαύρη τρύπα συμπιέζεται στο κέντρο, το οποίο έχει άπειρη πυκνότητα. Το «μέγεθος» της τρύπας καθορίζεται από τον ορίζοντα γεγονότων, δηλ. ένα όριο που περιβάλλει το κέντρο μιας μαύρης τρύπας, και τίποτα (ούτε καν το φως) δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτό. Η ακτίνα της τρύπας ονομάζεται ακτίνα Schwarzschild, από τον Γερμανό αστρονόμο Karl Schwarzschild (1873–1916), και υπολογίζεται ως R S = 2GM/c 2 , όπου c είναι η ταχύτητα του φωτός στο κενό. Εάν ο ήλιος έπεφτε σε μια μαύρη τρύπα, η ακτίνα Schwarzschild του θα ήταν μόνο 3 χιλιόμετρα.
Υπάρχουν βάσιμες ενδείξεις ότι μόλις τελειώσει το πυρηνικό καύσιμο ενός τεράστιου άστρου, δεν μπορεί πλέον να αντισταθεί στην κατάρρευση κάτω από το δικό του τεράστιο βάρος και πέφτει σε μια μαύρη τρύπα. Μαύρες τρύπες με μάζα δισεκατομμυρίων Ήλιων πιστεύεται ότι υπάρχουν στα κέντρα των γαλαξιών, συμπεριλαμβανομένου του γαλαξία μας, του Γαλαξία μας. Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι τα εξαιρετικά φωτεινά και πολύ μακρινά αντικείμενα που ονομάζονται κβάζαρ χρησιμοποιούν την ενέργεια που απελευθερώνεται όταν η ύλη πέφτει σε μια μαύρη τρύπα.
Σύμφωνα με τις προβλέψεις γενική θεωρίαη σχετικότητα, η βαρύτητα παραμορφώνει επίσης τον χρόνο. Αυτό έχει επίσης επιβεβαιωθεί από πολύ ακριβή ατομικά ρολόγια, τα οποία τρέχουν μερικά μικροδευτερόλεπτα πιο αργά στο επίπεδο της θάλασσας από ό,τι σε περιοχές πάνω από το επίπεδο της θάλασσας, όπου η βαρύτητα της Γης είναι ελαφρώς ασθενέστερη. Κοντά στον ορίζοντα γεγονότων, αυτό το φαινόμενο είναι πιο αισθητό. Αν παρακολουθήσουμε το ρολόι ενός αστροναύτη που πλησιάζει τον ορίζοντα γεγονότων, θα δούμε ότι το ρολόι τρέχει πιο αργά. Ενώ στον ορίζοντα γεγονότων, το ρολόι θα σταματήσει, αλλά δεν θα μπορέσουμε ποτέ να το δούμε. Αντίθετα, ο αστροναύτης δεν θα παρατηρήσει ότι το ρολόι του τρέχει πιο αργά, αλλά θα δει ότι το ρολόι μας τρέχει όλο και πιο γρήγορα.
Ο κύριος κίνδυνος για έναν αστροναύτη κοντά σε μια μαύρη τρύπα θα ήταν οι παλιρροϊκές δυνάμεις, που προκαλούνται από την ισχυρότερη βαρύτητα σε μέρη του σώματος που βρίσκονται πιο κοντά στη μαύρη τρύπα παρά σε μέρη πιο μακριά από αυτήν. Όσον αφορά τη δύναμή τους, οι παλιρροϊκές δυνάμεις κοντά σε μια μαύρη τρύπα που έχει τη μάζα ενός αστεριού είναι ισχυρότερες από οποιονδήποτε τυφώνα και σχίζουν εύκολα σε μικρά κομμάτια ό,τι συναντούν. Ωστόσο, ενώ η βαρυτική έλξη μειώνεται με το τετράγωνο της απόστασης (1/r 2), η παλιρροιακή δραστηριότητα μειώνεται με τον κύβο της απόστασης (1/r 3). Επομένως, αντίθετα με τη δημοφιλή πεποίθηση, η βαρυτική δύναμη (συμπεριλαμβανομένης της παλιρροιακής δύναμης) είναι πιο αδύναμη στους ορίζοντες γεγονότων των μεγάλων μαύρων τρυπών από ό,τι στις μικρές μαύρες τρύπες. Έτσι οι παλιρροϊκές δυνάμεις στον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας σε παρατηρήσιμο χώρο θα ήταν λιγότερο αισθητές από το πιο απαλό αεράκι.
Η διαστολή του χρόνου από τη βαρύτητα κοντά στον ορίζοντα γεγονότων είναι η βάση του νέου κοσμολογικού μοντέλου που δημιουργήθηκε από τον φυσικό της δημιουργίας Δρ. Ράσελ Χάμφρις, το οποίο συζητά στο βιβλίο του Starlight and Time. Αυτό το μοντέλο μπορεί να βοηθήσει στην επίλυση του προβλήματος του πώς μπορούμε να δούμε το φως μακρινών αστεριών σε ένα νεαρό σύμπαν. Επιπλέον, σήμερα αποτελεί μια επιστημονική εναλλακτική της μη βιβλικής, η οποία βασίζεται σε φιλοσοφικές υποθέσεις που ξεφεύγουν από το πεδίο της επιστήμης.
Σημείωση
Η βαρύτητα, η «μυστηριώδης δύναμη» που, ακόμη και μετά από τετρακόσια χρόνια έρευνας, παραμένει ελάχιστα κατανοητή...
Ισαάκ Νεύτων (1642-1727)
Φωτογραφία: Wikipedia.org
Ισαάκ Νεύτων (1642-1727)
Ο Ισαάκ Νεύτων δημοσίευσε τις ανακαλύψεις του για τη βαρύτητα και την κίνηση των ουράνιων σωμάτων το 1687, στο διάσημο έργο του " Μαθηματικά ξεκινήματα". Μερικοί αναγνώστες κατέληξαν γρήγορα στο συμπέρασμα ότι το σύμπαν του Νεύτωνα δεν άφηνε χώρο στον Θεό, αφού τα πάντα μπορούν πλέον να εξηγηθούν με εξισώσεις. Αλλά ο Νεύτων δεν το σκέφτηκε καθόλου, όπως είπε στη δεύτερη έκδοση αυτού του διάσημου έργου:
«Το πιο όμορφο ηλιακό μας σύστημα, οι πλανήτες και οι κομήτες μας μπορούν να είναι μόνο το αποτέλεσμα του σχεδίου και της κυριαρχίας ενός ευφυούς και ισχυρού όντος».
Ο Ισαάκ Νεύτων δεν ήταν μόνο επιστήμονας. Εκτός από την επιστήμη, αφιέρωσε σχεδόν όλη του τη ζωή στη μελέτη της Βίβλου. Αγαπημένο του βιβλία της Βίβλουήταν: το βιβλίο του Δανιήλ και το βιβλίο της Αποκάλυψης, που περιγράφουν τα σχέδια του Θεού για το μέλλον. Στην πραγματικότητα, ο Νεύτων έγραψε περισσότερα θεολογικά έργα παρά επιστημονικά.
Ο Νεύτων σέβονταν άλλους επιστήμονες όπως ο Galileo Galilei. Παρεμπιπτόντως, ο Νεύτων γεννήθηκε την ίδια χρονιά που πέθανε ο Γαλιλαίος, το 1642. Ο Νεύτων έγραψε στην επιστολή του: «Αν έβλεπα πιο μακριά από άλλους, ήταν επειδή στάθηκα ώμουςγίγαντες». Λίγο πριν από το θάνατό του, στοχαζόμενος πιθανώς το μυστήριο της βαρύτητας, ο Νεύτων έγραψε σεμνά: «Δεν ξέρω πώς με αντιλαμβάνεται ο κόσμος, αλλά για τον εαυτό μου μοιάζω σαν ένα αγόρι που παίζει στην ακτή, που διασκεδάζει ψάχνοντας ένα βότσαλο πιο πολύχρωμο από τους άλλους ή ένα όμορφο κοχύλι, ενώ ένας τεράστιος ωκεανός ανεξερεύνητη αλήθεια».
Ο Νεύτων είναι θαμμένος στο Αβαείο του Γουέστμινστερ. Η λατινική επιγραφή στον τάφο του τελειώνει με τις λέξεις: «Ας χαίρονται οι θνητοί που ένα τέτοιο στολίδι της ανθρώπινης φυλής έζησε ανάμεσά τους».
Η βαρύτητα είναι η πιο μυστηριώδης δύναμη στο σύμπαν. Οι επιστήμονες δεν γνωρίζουν μέχρι το τέλος της φύσης του. Είναι αυτή που κρατά τους πλανήτες σε τροχιά ηλιακό σύστημα. Είναι μια δύναμη που εμφανίζεται μεταξύ δύο αντικειμένων και εξαρτάται από τη μάζα και την απόσταση.
Η βαρύτητα ονομάζεται δύναμη έλξης ή έλξης. Με τη βοήθειά του, ο πλανήτης ή άλλο σώμα τραβάει αντικείμενα στο κέντρο του. Η βαρύτητα κρατά τους πλανήτες σε τροχιά γύρω από τον ήλιο.
Τι άλλο κάνει η βαρύτητα;
Γιατί προσγειώνεστε στο έδαφος όταν πηδάτε προς τα πάνω αντί να επιπλέετε στο διάστημα; Γιατί πέφτουν αντικείμενα όταν τα ρίχνετε; Η απάντηση είναι μια αόρατη δύναμη βαρύτητας που έλκει τα αντικείμενα το ένα προς το άλλο. Η γήινη βαρύτητα είναι αυτό που σας κρατά στο έδαφος και κάνει τα πράγματα να πέφτουν.
Οτιδήποτε έχει μάζα έχει βαρύτητα. Η δύναμη της βαρύτητας εξαρτάται από δύο παράγοντες: τη μάζα των αντικειμένων και την απόσταση μεταξύ τους. Εάν σηκώσετε μια πέτρα και ένα φτερό, αφήστε τα να φύγουν από το ίδιο ύψος, και τα δύο αντικείμενα θα πέσουν στο έδαφος. Μια βαριά πέτρα θα πέσει πιο γρήγορα από ένα φτερό. Το φτερό θα εξακολουθεί να κρέμεται στον αέρα, γιατί είναι πιο ελαφρύ. Τα αντικείμενα με μεγαλύτερη μάζα έχουν μεγαλύτερη δύναμη έλξης, η οποία εξασθενεί με την απόσταση: όσο πιο κοντά είναι τα αντικείμενα μεταξύ τους, τόσο ισχυρότερη είναι η βαρυτική τους έλξη.
Η βαρύτητα στη Γη και στο Σύμπαν
Κατά τη διάρκεια της πτήσης του αεροσκάφους, τα άτομα σε αυτό παραμένουν στη θέση τους και μπορούν να κινηθούν σαν στο έδαφος. Αυτό συμβαίνει λόγω της διαδρομής πτήσης. Υπάρχουν ειδικά σχεδιασμένα αεροσκάφη στα οποία δεν υπάρχει βαρύτητα σε ορισμένο ύψος, σχηματίζεται έλλειψη βαρύτητας. Το αεροσκάφος εκτελεί έναν ειδικό ελιγμό, η μάζα των αντικειμένων αλλάζει, ανεβαίνουν για λίγο στον αέρα. Μετά από λίγα δευτερόλεπτα, το βαρυτικό πεδίο αποκαθίσταται.
Λαμβάνοντας υπόψη τη δύναμη της βαρύτητας στο διάστημα, την υδρόγειοείναι μεγαλύτερος από τους περισσότερους πλανήτες. Αρκεί να δούμε την κίνηση των αστροναυτών κατά την προσγείωση σε πλανήτες. Αν περπατήσουμε ήρεμα στο έδαφος, τότε εκεί οι αστροναύτες φαίνονται να πετούν στον αέρα, αλλά δεν πετούν μακριά στο διάστημα. Αυτό σημαίνει ότι αυτός ο πλανήτης έχει επίσης μια βαρυτική δύναμη, λίγο διαφορετική από αυτή του πλανήτη Γη.
Η δύναμη έλξης του Ήλιου είναι τόσο μεγάλη που κρατά εννέα πλανήτες, πολλούς δορυφόρους, αστεροειδείς και πλανήτες.
Η βαρύτητα παίζει καθοριστικό ρόλο στην ανάπτυξη του σύμπαντος. Ελλείψει βαρύτητας, δεν θα υπήρχαν αστέρια, πλανήτες, αστεροειδείς, μαύρες τρύπες, γαλαξίες. Είναι ενδιαφέρον ότι οι μαύρες τρύπες δεν είναι στην πραγματικότητα ορατές. Οι επιστήμονες καθορίζουν τα σημάδια μιας μαύρης τρύπας από το βαθμό ισχύος του βαρυτικού πεδίου σε μια συγκεκριμένη περιοχή. Αν είναι πολύ δυνατό με την ισχυρότερη δόνηση, αυτό δείχνει την ύπαρξη μιας μαύρης τρύπας.
Μύθος 1. Δεν υπάρχει βαρύτητα στο διάστημα
Κοιτάζοντας μέσα ντοκιμαντέρσχετικά με τους αστροναύτες, φαίνεται ότι αιωρούνται πάνω από την επιφάνεια των πλανητών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η βαρύτητα σε άλλους πλανήτες είναι χαμηλότερη από ό,τι στη Γη, έτσι οι αστροναύτες περπατούν σαν να επιπλέουν στον αέρα.
Μύθος 2. Όλα τα σώματα που πλησιάζουν μια μαύρη τρύπα σχίζονται.
Οι μαύρες τρύπες έχουν ισχυρή δύναμη και σχηματίζουν ισχυρά βαρυτικά πεδία. Όσο πιο κοντά βρίσκεται ένα αντικείμενο σε μια μαύρη τρύπα, τόσο ισχυρότερες γίνονται οι παλιρροϊκές δυνάμεις και η δύναμη έλξης. Η περαιτέρω ανάπτυξη των γεγονότων εξαρτάται από τη μάζα του αντικειμένου, το μέγεθος της μαύρης τρύπας και την απόσταση μεταξύ τους. Μια μαύρη τρύπα έχει μάζα ακριβώς αντίθετη από το μέγεθός της. αναρωτιέμαι τι μεγαλύτερο μέγεθοςτρύπες, τόσο πιο αδύναμες είναι οι παλιρροϊκές δυνάμεις και αντίστροφα. Ετσι, δεν σκίζονται όλα τα αντικείμενα όταν εισέρχονται στο πεδίο μιας μαύρης τρύπας.
Μύθος 3. Οι τεχνητοί δορυφόροι μπορούν να περιφέρονται για πάντα γύρω από τη Γη
Θεωρητικά, θα μπορούσε να το πει κανείς, αν δεν υπήρχε η επίδραση δευτερευόντων παραγόντων. Πολλά εξαρτώνται από την τροχιά. Σε χαμηλή τροχιά, ένας δορυφόρος δεν θα μπορεί να πετάει για πάντα λόγω ατμοσφαιρικής πέδησης· σε υψηλές τροχιές, μπορεί να παραμείνει σε αμετάβλητη κατάσταση για αρκετό καιρό, αλλά εδώ ισχύουν οι βαρυτικές δυνάμεις άλλων αντικειμένων.
Αν υπήρχε μόνο η Γη από όλους τους πλανήτες, ο δορυφόρος θα έλκονταν από αυτήν και πρακτικά δεν θα άλλαζε την τροχιά της κίνησης. Αλλά σε υψηλές τροχιές, το αντικείμενο περιβάλλεται από πολλούς πλανήτες, μεγάλους και μικρούς, το καθένα με τη δική του βαρύτητα.
Σε αυτή την περίπτωση, ο δορυφόρος θα απομακρύνονταν σταδιακά από την τροχιά του και θα μετακινούνταν τυχαία. Και, είναι πιθανό ότι μετά από κάποιο χρονικό διάστημα, θα είχε συντριβεί στην πλησιέστερη επιφάνεια ή θα είχε μετακινηθεί σε άλλη τροχιά.
Μερικά δεδομένα
- Σε ορισμένες γωνιές της Γης, η δύναμη της βαρύτητας είναι ασθενέστερη από ό,τι σε ολόκληρο τον πλανήτη. Για παράδειγμα, στον Καναδά, στην περιοχή του Hudson Bay, η βαρύτητα είναι χαμηλότερη.
- Όταν οι αστροναύτες επιστρέφουν από το διάστημα στον πλανήτη μας, στην αρχή είναι δύσκολο για αυτούς να προσαρμοστούν στη βαρυτική δύναμη του πλανήτη. Μερικές φορές χρειάζονται αρκετοί μήνες.
- Οι μαύρες τρύπες έχουν την πιο ισχυρή βαρυτική δύναμη μεταξύ των διαστημικών αντικειμένων. Μια μαύρη τρύπα μεγέθους μπάλας έχει περισσότερη δύναμη από οποιονδήποτε πλανήτη.
Παρά τη συνεχιζόμενη μελέτη της δύναμης της βαρύτητας, η βαρύτητα παραμένει άγνωστη. Αυτό σημαίνει ότι η επιστημονική γνώση παραμένει περιορισμένη και η ανθρωπότητα έχει πολλά να μάθει.
Το PostScience καταρρίπτει τους επιστημονικούς μύθους και εξηγεί κοινές παρανοήσεις. Ζητήσαμε από τους ειδικούς μας να μιλήσουν για τη βαρύτητα - τη δύναμη που προκαλεί την πτώση όλων των σωμάτων στη Γη - και τη μόνη θεμελιώδη αλληλεπίδραση που περιλαμβάνει άμεσα όλα τα σωματίδια που γνωρίζουμε.
Τεχνητοί δορυφόροι της Γης θα περιστρέφονται γύρω της για πάντα
Αυτό είναι αλήθεια, αλλά εν μέρει.Εξαρτάται από την τροχιά. Σε χαμηλές τροχιές, οι δορυφόροι δεν περιστρέφονται γύρω από τη Γη για πάντα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, εκτός από τη βαρύτητα, υπάρχουν και άλλοι παράγοντες. Δηλαδή, αν, για παράδειγμα, είχαμε μόνο τη Γη και εκτοξεύαμε έναν δορυφόρο στην τροχιά της, τότε θα πετούσε για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Δεν θα πετάει για πάντα, γιατί υπάρχουν διάφοροι ενοχλητικοί παράγοντες που μπορούν να το βγάλουν εκτός τροχιάς. Πρώτα απ 'όλα, αυτό είναι φρενάρισμα στην ατμόσφαιρα, δηλαδή πρόκειται για μη βαρυτικούς παράγοντες. Έτσι, η σύνδεση αυτού του μύθου με τη βαρύτητα δεν είναι προφανής.
Εάν ένας δορυφόρος βρίσκεται σε τροχιά σε υψόμετρο έως και χίλια χιλιόμετρα πάνω από τη Γη, τότε η ατμοσφαιρική επιβράδυνση θα έχει αποτέλεσμα. Σε υψηλότερες τροχιές, αρχίζουν να δρουν άλλοι βαρυτικοί παράγοντες - η έλξη της Σελήνης, άλλοι πλανήτες. Εάν ένας δορυφόρος αφεθεί ανεξέλεγκτος σε τροχιά γύρω από τη Γη, τότε η τροχιά του θα εξελιχθεί χαοτικά σε μεγάλα χρονικά διαστήματα λόγω του γεγονότος ότι η Γη δεν είναι το μόνο ελκτικό σώμα. Δεν είμαι σίγουρος ότι αυτή η χαοτική εξέλιξη θα οδηγήσει αναγκαστικά στην πτώση του δορυφόρου στη Γη - μπορεί να πετάξει μακριά ή να πάει σε άλλη τροχιά. Με άλλα λόγια, μπορεί να πετάει για πάντα, αλλά όχι στην ίδια τροχιά.
Δεν υπάρχει βαρύτητα στο διάστημα
Δεν είναι αλήθεια.Μερικές φορές φαίνεται ότι από τη στιγμή που οι αστροναύτες στο ISS βρίσκονται σε κατάσταση έλλειψης βαρύτητας, τότε η γήινη βαρύτητα δεν ενεργεί πάνω τους. Αυτό είναι λάθος. Επιπλέον, είναι σχεδόν το ίδιο εκεί με τη Γη.
Πράγματι, η δύναμη της βαρυτικής έλξης μεταξύ δύο σωμάτων είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μαζών τους και αντιστρόφως ανάλογη με την μεταξύ τους απόσταση. Το ύψος της τροχιάς του ISS είναι περίπου 10% μεγαλύτερο από την ακτίνα της Γης. Επομένως, η δύναμη έλξης εκεί είναι ελαφρώς μικρότερη. Ωστόσο, οι αστροναύτες βιώνουν μια κατάσταση έλλειψης βαρύτητας, καθώς φαίνεται να πέφτουν στη Γη όλη την ώρα, αλλά χάνουν.
Μπορεί κανείς να φανταστεί μια τέτοια εικόνα. Ας φτιάξουμε έναν πύργο ύψους 400 χιλιομέτρων (δεν πειράζει που τώρα δεν υπάρχουν τέτοια υλικά για να τον φτιάξουν). Ας βάλουμε μια καρέκλα πάνω και ας καθίσουμε πάνω της. Ο ISS περνάει, δηλαδή είμαστε πολύ, πολύ κοντά. Καθόμαστε σε μια καρέκλα και «ζυγίζουμε» (αν και είμαστε ελαφρύτεροι σε σύγκριση με το βάρος μας στην επιφάνεια της Γης, αλλά πρέπει να φορέσουμε μια διαστημική στολή, οπότε αυτό αντισταθμίζει την «απώλειά μας») και στο ISS οι αστροναύτες αιωρούνται έλλειψη βαρύτητας. Είμαστε όμως στο ίδιο βαρυτικό δυναμικό.
Οι σύγχρονες θεωρίες της βαρύτητας είναι γεωμετρικές. Δηλαδή, τα ογκώδη σώματα παραμορφώνουν τον χωροχρόνο γύρω τους. Όσο πιο κοντά βρισκόμαστε στο βαρυτικό σώμα, τόσο μεγαλύτερη είναι η παραμόρφωση. Το πώς κινείστε στον καμπύλο χώρο δεν είναι πλέον τόσο σημαντικό. Παραμένει καμπύλο, δηλαδή η βαρύτητα δεν έχει φύγει.
Η ευθυγράμμιση των πλανητών θα μπορούσε να «μειώσει τη βαρύτητα» στη Γη
Δεν είναι αλήθεια.Οι παρελάσεις πλανητών είναι τέτοιες στιγμές που όλοι οι πλανήτες παρατάσσονται σε μια αλυσίδα προς τον Ήλιο και οι βαρυτικές τους δυνάμεις αθροίζονται αριθμητικά. Φυσικά, όλοι οι πλανήτες δεν θα συγκεντρωθούν ποτέ σε μια ευθεία γραμμή, αλλά αν περιοριστούμε στην απαίτηση να συγκεντρωθούν και οι οκτώ πλανήτες σε έναν ηλιοκεντρικό τομέα με γωνία ανοίγματος όχι μεγαλύτερη από 90 °, τότε μερικές φορές συμβαίνουν τέτοιες «μεγάλες» παρελάσεις - κατά μέσο όρο μία φορά κάθε 120 χρόνια.
Μπορεί η συνδυασμένη επιρροή των πλανητών να αλλάξει τη βαρύτητα στη Γη; Οι λάτρεις της φυσικής γνωρίζουν ότι η δύναμη της βαρύτητας ποικίλλει σε ευθεία αναλογία με τη μάζα του σώματος και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης από αυτό (M / R2). Η μεγαλύτερη βαρυτική επίδραση στη Γη ασκείται από (δεν είναι πολύ μαζική, αλλά βρίσκεται κοντά) και (είναι πολύ μαζική). Ένας απλός υπολογισμός δείχνει ότι η έλξη μας προς την Αφροδίτη, ακόμη και στην πλησιέστερη προσέγγιση σε αυτήν, είναι 50 εκατομμύρια φορές ασθενέστερη από την έλξη μας προς τη Γη. για τον Δία αυτή η αναλογία είναι 30 εκατ. Δηλαδή αν το βάρος σου είναι περίπου 70 κιλά τότε η Αφροδίτη και ο Δίας σε τραβούν προς το μέρος τους με δύναμη περίπου 1 χιλιοστόγραμμα. Κατά τη διάρκεια της παρέλασης των πλανητών, τραβούν προς διαφορετικές κατευθύνσεις, σχεδόν αντισταθμίζοντας ο ένας την επιρροή του άλλου.
Αλλά δεν είναι μόνο αυτό. Συνήθως, με τον όρο βαρύτητα της Γης, δεν εννοούμε τη δύναμη έλξης προς τον πλανήτη, αλλά το βάρος μας.
Και εξαρτάται επίσης από το πώς κινούμαστε. Για παράδειγμα, οι αστροναύτες στο ISS και εσείς και εγώ έλκουμε σχεδόν εξίσου τη Γη, αλλά έχουν έλλειψη βαρύτητας εκεί, αφού βρίσκονται σε κατάσταση ελεύθερης πτώσης και εμείς ακουμπάμε στη Γη. Και σε σχέση με άλλους πλανήτες, όλοι συμπεριφερόμαστε σαν το πλήρωμα του ISS: μαζί με τη Γη «πέφτουμε» ελεύθερα σε κάθε έναν από τους γύρω πλανήτες. Επομένως, δεν νιώθουμε καν αυτό το χιλιοστόγραμμα, που αναφέρθηκε παραπάνω.
Αλλά υπάρχει ακόμα κάποιο αποτέλεσμα. Γεγονός είναι ότι εμείς, που ζούμε στην επιφάνεια της Γης, και η ίδια η Γη, αν εννοούμε το κέντρο της, βρισκόμαστε σε διαφορετικές αποστάσεις από τους πλανήτες που μας ελκύουν. Αυτή η διαφορά δεν ξεπερνά το μέγεθος της Γης, αλλά μερικές φορές έχει σημασία. Εξαιτίας αυτού, στους ωκεανούς, υπό την επίδραση της έλξης της Σελήνης και του Ήλιου, εμφανίζονται άμπωτες και ροές. Αλλά αν έχουμε κατά νου τον άνθρωπο και την έλξη προς τους πλανήτες, τότε αυτό το παλιρροϊκό φαινόμενο είναι απίστευτα αδύναμο (δεκάδες χιλιάδες φορές πιο αδύναμο από την άμεση έλξη προς τους πλανήτες) και είναι λιγότερο από το ένα εκατομμυριοστό του γραμμαρίου για τον καθένα μας - πρακτικά μηδέν.
Βλαντιμίρ Σουρντίν
Υποψήφιος Φυσικομαθηματικών Επιστημών, Ανώτερος Ερευνητής του Κρατικού Αστρονομικού Ινστιτούτου με το όνομα V.I. Κρατικό Πανεπιστήμιο της Μόσχας P. K. Sternberg
Ένα σώμα που πετά προς μια μαύρη τρύπα θα σχιστεί
Δεν είναι αλήθεια.Όταν πλησιάζει, η δύναμη της βαρύτητας και οι παλιρροϊκές δυνάμεις αυξάνονται. Αλλά οι παλιρροϊκές δυνάμεις δεν γίνονται απαραίτητα εξαιρετικά ισχυρές όταν ένα αντικείμενο πετά μέχρι τον ορίζοντα γεγονότων.
Οι παλιρροϊκές δυνάμεις εξαρτώνται από τη μάζα του σώματος που προκαλεί την παλίρροια, την απόσταση από αυτήν και το μέγεθος του αντικειμένου στο οποίο σχηματίζεται η παλίρροια. Είναι σημαντικό η απόσταση να λαμβάνεται υπόψη στο κέντρο του σώματος και όχι στην επιφάνεια. Έτσι οι παλιρροϊκές δυνάμεις στον ορίζοντα μιας μαύρης τρύπας είναι πάντα πεπερασμένες.
Το μέγεθος μιας μαύρης τρύπας είναι ευθέως ανάλογο με τη μάζα της. Έτσι, αν πάρουμε ένα αντικείμενο και το ρίξουμε σε διαφορετικές μαύρες τρύπες, οι παλιρροϊκές δυνάμεις θα εξαρτηθούν μόνο από τη μάζα της μαύρης τρύπας. Επιπλέον, όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα, τόσο πιο αδύναμη είναι η παλίρροια στον ορίζοντα.
