Gravity er den mest magtfulde kraft i universet, en af de fire grundlæggende fundament af universet, som bestemmer dens struktur. En gang, takket være hende, opstod planeter, stjerner og hele galakser. I dag holder den jorden i omløb på sin uendelige rejse rundt om Solen.
Attraktionen er af stor betydning for menneskets daglige liv. Takket være denne usynlige kraft er oceanerne i vores verden pulserende, floder strømmer, regnfald falder til jorden. Siden barndommen føler vi vægten af vores krop og omgivende genstande. Gravitations indflydelse på vores økonomiske aktivitet er enorm.
Den første tyngdeorientering blev skabt af Isaac Newton i slutningen af det XVII århundrede. Hans verdensloven beskriver denne interaktion inden for rammerne af klassisk mekanik. Mere bredt var dette fænomen beskrevet af Einstein i sin generelle relativitetsteori, som blev udgivet i begyndelsen af det sidste århundrede. De processer, der forekommer med kraften i de elementære partikler, bør forklare kvanttegningsteorien, men den er endnu ikke oprettet.
I dag kender vi tyngdekraftenes natur meget mere end på Newtons tid, men på trods af århundreder af undersøgelse er det stadig en reel hindring for moderne fysik. I den eksisterende tyngdeorientering er der mange hvide pletter, og vi forstår stadig ikke helt hvad der forårsager det, og hvordan denne interaktion overføres. Og selvfølgelig er vi meget langt fra at kunne styre tyngdekraften, så at tyngdekraften eller levitationen kun vil eksistere kun i siderne af science fiction romaner.
Hvad faldt på Newtons hoved?
Folk tænkte på kraftens natur, som tiltrækker genstande til jorden hele tiden, men Isaac Newton formåede kun at løfte sløret om hemmelighold kun i det syttende århundrede. Grundlaget for hans gennembrud lagde værkerne fra Kepler og Galileo - strålende forskere, som studerede bevægelser af himmellegemer.
Et andet og et halvt århundrede før den newtonske lov af verden troede den polske astronom Copernicus at tiltrækning er "... intet andet end den naturlige tendens, som universets far gav alle partikler til at forene i en helhed og danner sfæriske kroppe". Descartes betragtes som en konsekvens af forstyrrelser i verdensetheren. Den græske filosof og forsker Aristoteles var overbevist om, at massen påvirker hastigheden af faldende kroppe. Og kun Galileo Galilei i slutningen af det XVI århundrede viste, at dette ikke er sandt: Hvis der ikke er nogen luftmodstand, accelereres alle objekter på samme måde.
I modsætning til den fælles legende om hovedet og æblet gik Newton til at forstå tyngdekraften i mere end tyve år. Hans tyngdekrav er en af de vigtigste videnskabelige opdagelser af alle tider og folk. Det er universelt og giver dig mulighed for at beregne banestrækninger af himmellegemer og præcist beskriver opførelsen af objekter omkring os. Den klassiske teori om himlen lagde grundlaget for himmelske mekanikere. Newtons tre love gav forskere mulighed for at opdage nye planeter bogstaveligt "på spidsens pinde", trods dem kunne mennesket overvinde jordens tyngdekraften og flyve ind i rummet. De bragte et strengt videnskabeligt grundlag under det filosofiske koncept for universets materielle enhed, hvor alle naturlige fænomener er sammenkoblet og kontrolleret af generelle fysiske regler.
Newton offentliggjorde ikke bare en formel for at beregne den kraft, der tiltrækker kroppe til hinanden, han skabte en komplet model, som også omfattede matematisk analyse. Disse teoretiske konklusioner er gentagne gange blevet bekræftet i praksis, herunder anvendelse af de mest moderne metoder.
I den newtonske teori genererer ethvert materialeobjekt et attraktivt område, som kaldes gravitations. Endvidere er kraften proportional med begge legemes masse og omvendt proportional med afstanden mellem dem:
F = (Gm1 m2) / r2
G er gravitationskonstanten, som er 6,67 × 10-11 m³ / (kg · s²). Han kunne først beregne Henry Cavendish i 1798.
I hverdagen og i anvendte discipliner kaldes den kraft, som jorden tiltrækker kroppen, som dens vægt. Tiltrækningen mellem de to materielle objekter i universet er, hvad tyngdekraften er i enkle ord.
Tiltrækningskraften er den svageste af fysikkens fire grundlæggende interaktioner, men takket være dens egenskaber er det i stand til at regulere bevægelsen af stjernesystemer og galakser:
- Tiltrækningen virker på en hvilken som helst afstand, dette er den største forskel mellem tyngdekraften og stærke og svage nukleare interaktioner. Med stigende afstand falder dens handling, men det bliver aldrig nul, så vi kan sige, at selv to atomer i forskellige ender af galaksen har en fælles virkning. Det er bare meget lille;
- Gravity er universel. Tiltrækningsfeltet er iboende i enhver materiel krop. Forskere har endnu ikke opdaget på vores planet eller i rummet et objekt, der ikke ville deltage i denne interaktion, så tyngdekraften i universets liv er enorm. Dette er forskelligt fra den elektromagnetiske interaktion, hvis virkning på rumprocesser er minimal, da de fleste kroppe i naturen er elektrisk neutrale. Gravitationskræfter kan ikke begrænses eller screenes;
- Det virker ikke kun på materie, men også på energi. For ham betyder den kemiske sammensætning af objekter ikke noget, kun deres masse spiller en rolle.
Ved hjælp af Newtons formel kan attraktionskraften nemt beregnes. For eksempel er tyngdekraften på månen flere gange mindre end den på Jorden, fordi vores satellit har en relativt lille masse. Men det er nok at danne regelmæssige ebbs og strømme i oceanerne. På jorden er accelerationen af frit fald ca. 9,81 m / s2. Og ved polerne er det noget større end ved ækvator.
På trods af den enorme betydning for den videre udvikling af videnskaben havde Newtons love en række svage punkter, der ikke gav forskerne ro. Det var ikke klart, hvordan tyngdekraften virker gennem et absolut tomt rum for enorme afstande og på en utænkelig hastighed. Derudover begyndte data gradvist at ophobes, der modsatte Newtons love: for eksempel gravitationsparadoxet eller forskydningen af kviksølv perihelion. Det blev indlysende, at teorien om universel aggression kræver forfining. Denne ære faldt til partiet af den strålende tyske fysiker Albert Einstein.
Attraktation og Relativitetsteorien
Newtons afslag på at diskutere tyngdekraften ("Jeg opfatter ikke hypoteser") var en åbenbar svaghed i hans koncept. Ikke overraskende, i de følgende år viste mange tyngdeorier.
De fleste af dem tilhørte de såkaldte hydrodynamiske modeller, som forsøgte at retfærdiggøre fremkomsten af en mekanisk interaktion mellem materielle objekter med noget mellemliggende stof, der har visse egenskaber. Forskere kalder det anderledes: "vakuum", "ether", "graviton flux" osv. I dette tilfælde opstod tiltrækningskraften mellem kroppene som et resultat af en ændring i dette stof, da det blev absorberet af genstande eller screenede strømme. I virkeligheden havde alle sådanne teorier en alvorlig ulempe: Præcis forudsigelse af gravitationsstyrkenes afhængighed af afstand, de måtte føre til deceleration af organer, der flyttede i forhold til "etheren" eller "gravitonfluxen".
Einstein nærmede sig dette problem fra en anden vinkel. I sin generelle relativitetsteori (GTR) ses tyngdekraften ikke som et samspil mellem kræfter, men som en egenskab af rumtid selv. Ethvert objekt med en masse fører til dets krumning, hvilket forårsager tiltrækning. I dette tilfælde er tyngdekraften en geometrisk virkning, som betragtes som led i ikke-euklidisk geometri.
Simpelthen påvirker rumtids kontinuum sagen og forårsager dens bevægelse. Og det påvirker igen rummet, "peger" ham, hvordan man bøjer.
Tiltrækningskræfterne virker i mikrokosmen, men på niveauet med elementære partikler er deres indflydelse i forhold til den elektrostatiske interaktion ubetydelig. Fysikere mener, at gravitationsinteraktionen ikke var ringere end de andre i de første øjeblikke (10 -43 sek.) Efter Big Bang.
På nuværende tidspunkt er begrebet tyngdekraften, som foreslås i den generelle relativitetsteori, den vigtigste arbejdshypotese, der accepteres af flertallet af det videnskabelige samfund og bekræftet af resultaterne af mange eksperimenter.
Einstein i hans arbejde foreslog de fantastiske virkninger af gravitationskræfter, hvoraf de fleste allerede er blevet bekræftet. For eksempel muligheden for massive organer at bøje lysstråler og endda sænke tidens gang. Sidstnævnte fænomen er nødvendigvis taget i betragtning ved drift af globale satellitnavigationssystemer som GLONASS og GPS, ellers vil deres fejl i nogle få dage være flere kilometer.
Derudover er konsekvensen af Einsteins teori de såkaldte subtile effekter af tyngdekraften, såsom tyngdekraftsmagnetisk felt og inerti af inertia-referencesystemer (også kendt som Lense-Thirring-effekten). Disse manifestationer af kraft er så svage, at de i lang tid ikke kunne opdages. Kun i 2005, takket være NASAs unikke Gravity Probe B-mission, blev Lense-Thirring-effekten bekræftet.
Gravitationsstråling eller den mest grundlæggende opdagelse af de seneste år
Gravitationsbølger er svingninger af en geometrisk rumtidsstruktur, der formerer sig ved lysets hastighed. Eksistensen af dette fænomen blev også forudsagt af Einstein i generel relativitet, men på grund af kraftens svaghed er dens størrelse meget lille, derfor kunne den ikke detekteres i lang tid. Kun indirekte beviser talte til fordel for eksistensen af stråling.
Sådanne bølger genererer eventuelle materielle objekter, der bevæger sig med asymmetrisk acceleration. Videnskabsmænd beskriver dem som "rum-tid ripples." De mest kraftfulde kilder til sådan stråling kolliderer galakser og sammenbrudssystemer bestående af to genstande. Et typisk eksempel på sidstnævnte tilfælde er sammensmeltningen af sorte huller eller neutronstjerner. I sådanne processer kan gravitationsstråling passere mere end 50% af systemets samlede masse.
Gravitationsbølger blev først opdaget i 2015 ved hjælp af to LIGO observatorier. Næsten straks fik denne begivenhed status som den største opdagelse i fysik i de seneste årtier. I 2017 blev Nobelprisen tildelt ham. Derefter har forskere flere gange været i stand til at løse gravitationsstrålingen.
Tilbage i 70'erne i det sidste århundrede - længe før eksperimentel bekræftelse - foreslog forskere at bruge gravitationsstråling til at udføre fjernkommunikation. Dens utvivlsomme fordel er den høje evne til at passere gennem ethvert stof uden at blive absorberet. Men i øjeblikket er det næppe muligt, fordi der er enorme vanskeligheder med genereringen og modtagelsen af disse bølger. Ja, og rigtig viden om tyngdekraften er ikke nok.
I dag er der flere installationer i forskellige lande rundt om i verden, der ligner LIGO, og nye bliver bygget. Det er sandsynligt, at vi i den nærmeste fremtid vil lære mere om gravitationsstråling.
Alternative teorier om verdensvidelse og grundene til deres skabelse
I øjeblikket er det dominerende gravitationsbegrebet GR. Det er i overensstemmelse med hele den eksisterende række eksperimentelle data og observationer. Samtidig har det et stort antal åbenlyse svage punkter og kontroversielle punkter, og forsøg på at skabe nye modeller, der forklarer tyngdekraften, ophører ikke.
Alle teorier af verdensomspændende opfattelse, der er blevet udviklet hidtil, kan opdeles i flere hovedgrupper:
- standard;
- alternativ;
- kvante;
- singlefield teori.
Forsøg på at skabe et nyt koncept verden over blev lavet i XIX århundrede. Forskellige forfattere omfattede etheren eller den corpuskulære teori om lys. Men tilkomsten af GR satte en stopper for disse udforskninger. Efter offentliggørelsen har forskernes mål ændret sig - nu var deres indsats rettet mod at forbedre Einstein-modellen, herunder nye naturfænomener i den: partiklernes bagside, universets ekspansion osv.
I begyndelsen af 1980'erne afviste fysikere eksperimentelt alle begreber bortset fra dem, der indeholdt GTR som en integreret del. På dette tidspunkt kom ind i mode "strengteorier", som så meget lovende ud. Men en erfaren bekræftelse af disse hypoteser er ikke blevet fundet. I løbet af de sidste årtier har videnskaben nået betydelige højder og har akkumuleret en lang række empiriske data. I dag er forsøg på at skabe alternative teorier om tyngdekraft inspireret primært af kosmologisk forskning relateret til sådanne begreber som "mørkt stof", "inflation", "mørk energi".
En af de vigtigste opgaver i den moderne fysik er forening af to grundlæggende retninger: kvanteorientering og generel relativitet. Forskere søger at forbinde tiltrækning med andre former for interaktioner, hvilket skaber en "teori om alt". Dette er præcis hvad kvante tyngdekraft gør - en gren af fysik, der forsøger at give en kvantebeskrivelse af gravitationsinteraktion. En gren af denne retning er teorien om sløjfeens tyngdekraft.
Trods aktiv og langsigtet indsats er dette mål endnu ikke opnået. Og sagen er ikke engang i kompleksiteten af denne opgave: det er simpelthen, at grundlaget for kvantteori og GR er helt forskellige paradigmer. Kvantemekanik arbejder med fysiske systemer, der virker på baggrund af almindelig rumtid. Og i relativitetsteorien er rumtiden selv en dynamisk komponent afhængigt af parametrene for de klassiske systemer, der er i det.
Sammen med de videnskabelige hypoteser i verden er der også teorier, der ligger langt fra moderne fysik. Desværre har sådanne "opus" i de senere år bare oversvømmet internettet og hylder af boghandlere. Nogle forfattere af sådanne værker informerer generelt læseren om, at tyngdekraften ikke eksisterer, og Newtons og Einsteins love er opfindelser og mystifikationer.
Et eksempel er forskeren Nikolai Levashovs værk, der hævder, at Newton ikke har opdaget verdens lov, og kun planeterne og månen, månen, har tyngdekraft i solsystemet. Bevis for denne "russiske videnskabsmand" fører ret underligt. En af dem er flyvningen af den amerikanske NEAR Shoemaker sonde til asteroiden Eros, som fandt sted i 2000. Fraværet af tiltrækning mellem sonden og det himmelske legeme Levashov betragter bevis for forfalskningen af Newtons værker og sammensværgelsen af fysikere, der skjuler sandheden om tyngdekraften fra mennesker.
Faktisk fuldførte rumfartøjet sin mission: for det første gik det ind i asteroids bane og lavede derefter en blød landing på overfladen.
Kunstig tyngdekraft og hvorfor det er nødvendigt
To begreber er forbundet med tyngdekraften, som på trods af deres nuværende teoretiske status er kendt for offentligheden. Denne antigravitet og kunstig tyngdekraft.
Antigravity er processen med at modvirke tyngdekraften, som kan reducere det betydeligt eller endda erstatte det ved afstødning. Mastering af denne teknologi ville føre til en reel revolution inden for transport, luftfart, udforskning af det ydre rum og radikalt ændret hele vores liv. Men i øjeblikket har muligheden for anti-tyngdekraft ikke en teoretisk bekræftelse. Ud fra GTR er dette fænomen slet ikke muligt, da der ikke kan være nogen negativ masse i vores univers. Det er muligt, at vi i fremtiden vil lære mere om tyngdekraften og lære at bygge fly baseret på dette princip.
Kunstig tyngdekraft er en menneskeskabt ændring i den eksisterende tyngdekraft. I dag har vi ikke brug for sådan teknologi, men situationen vil helt sikkert ændre sig efter starten på den langsigtede rumrejse. Og det er vores fysiologi. Den menneskelige krop, der er "vant" ved millioner af evolutions evner til Jordens konstante tyngdekraft, er ekstremt negativ over virkningerne af reduceret tyngdekraft. Lang ophold selv under betingelserne for månens tyngdekraften (seks gange svagere end jordens) kan føre til triste konsekvenser. Illusionen af tiltrækning kan skabes ved hjælp af andre fysiske kræfter, såsom inerti. Disse muligheder er imidlertid komplekse og dyre. В настоящий момент искусственная гравитация не имеет даже теоретических обоснований, очевидно, что ее возможная практическая реализация - это дело весьма отдаленного будущего.
Сила тяжести - это понятие, известное каждому еще со школьной скамьи. Казалось бы, ученые должны были досконально исследовать этот феномен! Но гравитация так и остается глубочайшей тайной для современной науки. И это можно назвать прекрасным примером того, насколько ограничены знания человека о нашем огромном и замечательном мире.
