Graviti adalah kuasa paling kuat di Universe, salah satu daripada empat asas asas alam semesta, yang menentukan strukturnya. Sekali lagi, terima kasih kepadanya, planet, bintang, dan galaksi seluruhnya timbul. Hari ini ia memelihara Bumi dalam orbit pada perjalanan yang tidak pernah berakhir di sekitar Matahari.
Daya tarikan sangat penting untuk kehidupan harian manusia. Terima kasih kepada kuasa yang tidak kelihatan ini, lautan dunia kita berdenyut, aliran sungai, jatuh hujan jatuh ke tanah. Sejak zaman kanak-kanak, kita merasakan berat badan kita dan objek sekitarnya. Pengaruh graviti terhadap aktiviti ekonomi kita adalah sangat besar.
Teori graviti pertama dibuat oleh Isaac Newton pada akhir abad XVII. Undang-undangnya di seluruh dunia menggambarkan interaksi ini dalam rangka mekanik klasik. Lebih banyak fenomena ini digambarkan oleh Einstein dalam teori relativiti umumnya, yang dikeluarkan pada permulaan abad yang lalu. Proses-proses yang berlaku dengan kuasa zarah-zarah asas harus menerangkan teori kuantum graviti, tetapi ia masih belum dicipta.
Hari ini kita tahu mengenai sifat graviti lebih banyak daripada pada zaman Newton, tetapi, walaupun berabad-abad kajian, ia masih menjadi penghalang sebenar fizik moden. Dalam teori graviti sedia ada, terdapat banyak bintik putih, dan kami masih tidak memahami apa yang menyebabkannya, dan bagaimana interaksi ini dipindahkan. Dan tentu saja, kita sangat jauh dari dapat mengawal kekuatan graviti, supaya anti gravitasi atau levitasi akan wujud untuk masa yang lama hanya pada halaman novel fiksi sains.
Apa yang jatuh pada kepala Newton?
Orang berfikir tentang sifat daya, yang menarik objek ke tanah setiap saat, tetapi Isaac Newton berjaya mengangkat kerudung rahsia hanya pada abad ketujuh belas. Dasar untuk penemuannya meletakkan karya-karya Kepler dan Galileo - saintis cemerlang yang mempelajari pergerakan benda angkasa.
Satu lagi satu setengah abad sebelum Undang-Undang Newtonian Dunia, ahli astronomi Poland, Copernicus percaya bahawa tarikan adalah "... tiada apa-apa tetapi kecenderungan semulajadi dengan mana bapa alam semesta telah berbakat semua zarah, iaitu bersatu menjadi satu keseluruhan, membentuk badan sfera". Descartes dianggap sebagai tarikan akibat daripada gangguan di dunia eter. Ahli falsafah Yunani dan ahli sains Aristotle yakin bahawa jisim itu mempengaruhi kelajuan badan jatuh. Dan hanya Galileo Galilei pada akhir abad XVI membuktikan bahawa ini tidak benar: jika tidak ada rintangan udara, semua objek dipercepat dengan cara yang sama.
Bertentangan dengan legenda umum tentang kepala dan epal, Newton pergi untuk memahami sifat graviti selama lebih dari dua puluh tahun. Undang-undang graviti beliau adalah salah satu penemuan saintifik yang paling penting sepanjang zaman dan masyarakat. Ia adalah universal dan membolehkan anda mengira trajektori badan angkasa dan tepat menggambarkan kelakuan objek di sekeliling kita. Teori klasik syurga meletakkan asas mekanik angkasa. Tiga undang-undang Newton memberi saintis kesempatan untuk menemui planet-planet baru secara harfiah "di ujung pena," selepas semua, terima kasih kepada mereka, manusia dapat mengatasi gravitasi bumi dan terbang ke angkasa. Mereka membawa asas saintifik yang ketat di bawah konsep falsafah kesatuan material alam semesta, di mana semua fenomena semula jadi saling berkaitan dan dikawal oleh peraturan fizikal am.
Newton tidak hanya menerbitkan formula untuk mengira daya yang menarik tubuh antara satu sama lain, dia mencipta model lengkap, yang juga termasuk analisis matematik. Kesimpulan teori ini telah berulang kali disahkan dalam amalan, termasuk menggunakan kaedah yang paling moden.
Dalam teori Newtonian, mana-mana objek material menghasilkan bidang tarikan, yang disebut graviti. Selain itu, kuasa itu berkadar dengan jisim kedua-dua badan dan berkadar songsang dengan jarak di antara mereka:
F = (G m1 m2) / r2
G ialah pemalar graviti, iaitu 6.67 × 10-11 m³ / (kg · s²). Dia pertama kali dapat mengira Henry Cavendish pada tahun 1798.
Dalam kehidupan seharian dan dalam disiplin yang diterapkan, daya yang mana bumi menarik tubuh disebut sebagai beratnya. Daya tarikan di antara dua objek material di Alam Semesta ialah graviti dalam kata-kata yang mudah.
Kekuatan tarikan adalah yang paling lemah dari empat interaksi asas fizik, tetapi berkat ciri-cirinya mampu mengawal gerakan sistem dan galaksi bintang:
- Daya tarikan berfungsi di mana-mana jarak, ini adalah perbezaan utama antara graviti dan interaksi nuklear yang kuat dan lemah. Dengan jarak yang semakin meningkat, tindakannya berkurangan, tetapi ia tidak pernah menjadi sifar, jadi kita boleh mengatakan bahawa walaupun dua atom di hujung yang berlainan galaksi mempunyai kesan bersama. Ia hanya sangat kecil;
- Graviti adalah universal. Bidang tarikan adalah wujud dalam mana-mana badan material. Para saintis masih belum menemui planet kita atau ruang angkasa objek yang tidak akan terlibat dalam interaksi jenis ini, jadi peranan graviti dalam kehidupan Universe sangat besar. Ini berbeza dengan interaksi elektromagnetik, kesannya terhadap proses ruang angkasa adalah minimum, kerana pada kebanyakan alam tubuh neutral elektrik. Daya graviti tidak boleh dihadkan atau ditayangkan;
- Ia bertindak bukan sahaja pada perkara, tetapi juga pada tenaga. Bagi beliau, komposisi kimia objek tidak penting, hanya massa mereka memainkan peranan.
Menggunakan formula Newton, daya tarikan dapat dikira dengan mudah. Sebagai contoh, graviti pada bulan adalah beberapa kali lebih kecil daripada yang di Bumi, kerana satelit kita mempunyai massa yang kecil. Tetapi sudah cukup untuk membentuk ebbs biasa dan mengalir di lautan. Di Bumi, percepatan penurunan bebas adalah kira-kira 9.81 m / s2. Dan di tiang, ia agak lebih besar daripada di khatulistiwa.
Walaupun sangat penting untuk perkembangan sains selanjutnya, undang-undang Newton mempunyai beberapa titik lemah yang tidak memberi rehat kepada penyelidik. Ia tidak jelas bagaimana graviti bertindak melalui ruang yang benar-benar kosong untuk jarak yang sangat besar, dan pada kelajuan yang tidak dapat dibayangkan. Di samping itu, data secara beransur-ansur mula berkumpul yang bertentangan dengan undang-undang Newton: contohnya, paradoks graviti atau perpindahan perihelion Mercury. Ia menjadi jelas bahawa teori pencerobohan sejagat memerlukan perbaikan. Kehormatan ini jatuh kepada banyak ahli fizik Jerman yang cemerlang, Albert Einstein.
Tarikan dan Teori Relativiti
Penolakan Newton untuk membincangkan sifat graviti ("saya tidak mencipta hipotesis") adalah kelemahan jelas konsepnya. Tidak hairanlah, pada tahun-tahun berikutnya, banyak teori graviti muncul.
Kebanyakan mereka tergolong dalam model hidrodinamik yang dipanggil untuk mengesahkan kemunculan interaksi mekanikal objek bahan dengan beberapa bahan perantaraan yang mempunyai sifat tertentu. Penyelidik memanggilnya secara berbeza: "vakum", "eter", "graviton flux", dan lain-lain. Dalam kes ini, daya tarikan antara badan timbul akibat daripada perubahan dalam bahan ini, apabila ia diserap oleh objek atau aliran yang disaring. Pada hakikatnya, semua teori tersebut mempunyai satu kelemahan yang serius: agak tepat meramalkan pergantungan daya graviti pada jarak, mereka terpaksa membawa kepada kemerosotan badan yang bergerak relatif terhadap "eter" atau "graviton fluks".
Einstein mendekati masalah ini dari sudut yang berbeza. Dalam teori kerelatifan umum (GTR), graviti dilihat bukan sebagai interaksi daya, tetapi sebagai sifat ruang masa itu sendiri. Sebarang objek yang mempunyai jisim membawa kepada kelengkungannya, yang menyebabkan tarikan. Dalam kes ini, graviti adalah kesan geometri, yang dianggap dalam rangka geometri bukan Euclidean.
Ringkasnya, kontinum ruang masa memberi kesan kepada perkara, menyebabkan pergerakannya. Dan itu, pada gilirannya, mempengaruhi ruang, "menunjuk" dia bagaimana untuk membengkokkan.
Daya tarikan daya bertindak dalam mikrokosmos, tetapi pada peringkat zarah unsur pengaruh mereka, berbanding dengan interaksi elektrostatik, boleh diabaikan. Fizik percaya bahawa interaksi graviti tidak lebih rendah daripada yang lain pada saat pertama (10 -43 saat) Selepas Big Bang.
Pada masa ini, konsep graviti, yang dicadangkan dalam teori umum relativiti, adalah hipotesis kerja utama yang diterima oleh majoriti komuniti saintifik dan disahkan oleh hasil pelbagai eksperimen.
Einstein dalam karyanya meramalkan kesan hebat daya graviti, yang sebahagian besarnya telah disahkan. Sebagai contoh, kemungkinan mayat-mayat besar membengkokkan sinar cahaya dan juga melambatkan peredaran masa. Fenomena terakhir ini semestinya diambil kira ketika mengendalikan sistem navigasi satelit global seperti GLONASS dan GPS, jika tidak, dalam beberapa hari kesalahan mereka akan berpuluh kilometer.
Di samping itu, akibat teori Einstein adalah kesan graviti yang ketara, seperti medan graviti-magnet dan inersia sistem rujukan inersia (juga dikenali sebagai kesan Lens-Thirring). Manifestasi kekuatan ini sangat lemah sehingga untuk jangka masa yang panjang mereka tidak dapat dikesan. Hanya pada tahun 2005, terima kasih kepada misi Gravity Probe B yang unik NASA, kesan Lense-Thirring telah disahkan.
Radiasi graviti atau penemuan paling asas tahun-tahun kebelakangan ini
Gelombang graviti adalah osilasi struktur ruang masa geometrik, menyebarkan pada kelajuan cahaya. Kewujudan fenomena ini juga diramalkan oleh Einstein dalam kerelatifan umum, tetapi disebabkan kelemahan pasukan, magnitudnya sangat kecil, oleh itu ia tidak dapat dikesan untuk masa yang lama. Hanya bukti tidak langsung bercakap memihak kepada kewujudan radiasi.
Gelombang sedemikian menghasilkan apa-apa objek material yang bergerak dengan pecutan asimetri. Para saintis menggambarkan mereka sebagai "riak ruang masa." Sumber radiasi yang paling kuat adalah galaksi bertabrakan dan sistem runtuh yang terdiri daripada dua objek. Satu contoh tipikal kes terakhir ialah perpaduan lubang hitam atau bintang neutron. Dalam proses sedemikian, radiasi graviti boleh melepasi lebih daripada 50% daripada jumlah jisim sistem.
Gelombang graviti mula-mula ditemui pada tahun 2015 menggunakan dua observatorium LIGO. Hampir dengan serta-merta, acara ini menerima status penemuan terbesar dalam fizik dalam beberapa dekad kebelakangan ini. Pada tahun 2017, Hadiah Nobel dianugerahkan kepadanya. Selepas itu, para saintis telah beberapa kali dapat memperbaiki radiasi graviti.
Kembali pada 70-an abad yang lalu - sebelum pengesahan eksperimen - saintis mencadangkan menggunakan radiasi graviti untuk menjalankan komunikasi jarak jauh. Kelebihannya yang tidak disenangi adalah keupayaan tinggi untuk melepasi sebarang bahan tanpa diserap. Tetapi pada masa kini ia tidak mungkin, kerana terdapat kesukaran besar dengan generasi dan penerimaan gelombang ini. Ya, dan pengetahuan sebenar mengenai sifat graviti tidak cukup.
Hari ini, terdapat beberapa pemasangan di negara-negara yang berlainan di seluruh dunia, sama seperti LIGO, dan yang baru dibina. Ia berkemungkinan bahawa dalam masa terdekat kita akan mempelajari lebih lanjut tentang radiasi graviti.
Teori alternatif mengenai kelebaran dunia dan sebab-sebab penciptaannya
Pada masa ini, konsep graviti yang dominan ialah GR. Ia bersetuju dengan pelbagai data dan pemerhatian eksperimen yang sedia ada. Pada masa yang sama, ia mempunyai sejumlah besar titik yang lemah dan titik kontroversi, oleh itu percubaan untuk mencipta model baru yang menjelaskan sifat graviti tidak berhenti.
Semua teori persepsi luas dunia yang telah dibangunkan setakat ini boleh dibahagikan kepada beberapa kumpulan utama:
- standard;
- alternatif;
- kuantum;
- teori medan tunggal.
Percubaan untuk mencipta konsep baru di seluruh dunia dibuat pada abad XIX. Pelbagai penulis termasuk teori eter atau teori korpuskular cahaya. Tetapi kemunculan GR menamatkan penjelajahan ini. Selepas penerbitannya, matlamat saintis telah berubah - kini usaha mereka bertujuan untuk meningkatkan model Einstein, termasuk fenomena semulajadi yang baru di dalamnya: bahagian belakang zarah, pengembangan alam Semesta, dan sebagainya.
Pada permulaan tahun 1980-an, ahli fizik secara eksperimen menolak semua konsep, kecuali bagi yang termasuk GTR sebagai bahagian penting. Pada masa ini, muncul "teori rentetan" yang kelihatan sangat menjanjikan. Tetapi pengesahan hipotesis yang berpengalaman belum dijumpai. Sepanjang dekad yang lalu, sains telah mencapai tahap yang ketara dan telah mengumpulkan pelbagai data empiris yang luas. Hari ini, cubaan untuk mencipta teori-teori graviti alternatif diilhami terutamanya oleh penyelidikan kosmologi yang berkaitan dengan konsep-konsep seperti "materi gelap", "inflasi", "tenaga gelap".
Salah satu tugas utama fizik moden ialah penyatuan dua arah asas: teori kuantum dan kerelatifan umum. Para saintis berusaha untuk mengaitkan tarikan dengan jenis interaksi lain, dengan itu mewujudkan "teori segala-galanya". Inilah yang dilakukan oleh graviti kuantum - cabang fizik yang cuba memberikan gambaran kuantum interaksi graviti. Cabang arah ini adalah teori graviti gelung.
Walaupun usaha aktif dan jangka panjang, matlamat ini masih belum tercapai. Dan perkara itu tidak walaupun dalam kerumitan tugas ini: itu hanya asas teori kuantum dan GR adalah paradigma yang sama sekali berbeza. Mekanik kuantum berfungsi dengan sistem fizikal yang bertindak terhadap latar belakang ruang masa biasa. Dan dalam teori relativiti, ruang masa itu sendiri adalah komponen dinamik, bergantung kepada parameter sistem klasik yang ada di dalamnya.
Bersama dengan hipotesis saintifik dunia, terdapat juga teori-teori yang jauh dari fizik moden. Malangnya, dalam tahun-tahun kebelakangan ini, "opus" seperti itu hanya membanjiri Internet dan rak kedai buku. Sesetengah pengarang kerja tersebut secara amnya memaklumkan pembaca bahawa graviti tidak wujud, dan undang-undang Newton dan Einstein adalah penemuan dan penglihatan.
Contohnya adalah karya "saintis" Nikolai Levashov, yang menegaskan bahawa Newton tidak menemui undang-undang dunia, dan hanya planet-planet dan bulan kita, bulan, mempunyai daya graviti dalam sistem suria. Bukti "ahli sains Rusia" ini agak aneh. Salah seorang daripada mereka adalah penerbangan siasatan NEAR Shoemaker Amerika kepada asteroid Eros, yang berlaku pada tahun 2000. Ketiadaan tarikan antara siasatan dan badan celestial Levashov menganggap bukti kepalsuan karya Newton dan konspirasi ahli fizik yang menyembunyikan kebenaran tentang graviti dari orang.
Malah, kapal angkasa berjaya menyelesaikan misinya: pertama, ia masuk ke orbit asteroid, dan kemudian membuat pendaratan lembut di permukaannya.
Graviti buatan dan mengapa ia diperlukan
Dua konsep dikaitkan dengan graviti, yang, walaupun status teoretis semasa mereka, diketahui umum. Ini antigraviti dan graviti buatan.
Antigraviti adalah proses menanggulangi kekuatan graviti, yang dapat mengurangkan atau bahkan menggantikannya dengan penolakan. Menguasai teknologi ini akan membawa kepada revolusi sebenar dalam pengangkutan, penerbangan, penerokaan ruang angkasa dan radikal mengubah seluruh hidup kita. Tetapi pada masa ini, kemungkinan anti-graviti bahkan tidak mempunyai pengesahan teori. Selain itu, berdasarkan GTR, fenomena ini tidak dapat dilaksanakan, kerana tidak ada massa yang negatif dalam Alam Semesta kita. Ada kemungkinan bahawa pada masa akan datang kita akan mempelajari lebih lanjut mengenai graviti dan belajar bagaimana membina pesawat berdasarkan prinsip ini.
Graviti buatan adalah perubahan buatan manusia kepada daya graviti yang sedia ada. Hari ini, kita tidak memerlukan teknologi sedemikian, tetapi situasi itu pasti akan berubah selepas permulaan perjalanan ruang jangka panjang. Dan perkara itu adalah fisiologi kita. Tubuh manusia, "terbiasa" oleh berjuta-juta tahun evolusi kepada graviti berterusan Bumi, sangat negatif mengenai kesan graviti yang berkurang. Tinggal lama walaupun dalam keadaan graviti bulan (enam kali lebih lemah daripada bumi) boleh membawa kepada akibat yang menyedihkan. Ilusi tarikan boleh dibuat dengan menggunakan daya fizikal lain, seperti inersia. Walau bagaimanapun, pilihan ini adalah rumit dan mahal. 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.
