С-реактивен протеин
13.10.2019

Гравитацията изобщо не е „Законът за всемирното привличане“. Какво е гравитацията

На въпроса "Какво е сила?" физиката отговаря по следния начин: „Силата е мярка за взаимодействието на материалните тела едно с друго или между телата и други материални обекти – физически полета.“ Всички сили в природата могат да бъдат класифицирани в четири основни типа взаимодействия: силни, слаби, електромагнитни и гравитационни. Нашата статия говори за това какво представляват гравитационните сили - мярка за последния и, може би, най-разпространения вид на тези взаимодействия в природата.

Да започнем с гравитацията на земята

Всеки жив знае, че има сила, която привлича предметите към земята. Обикновено се нарича гравитация, гравитация или гравитация. Благодарение на неговото присъствие хората имат понятията „горе“ и „долу“, които определят посоката на движение или местоположението на нещо спрямо земната повърхност. Така че в конкретен случай на повърхността на земята или близо до нея се проявяват гравитационни сили, които привличат обекти с маса един към друг, проявявайки своето действие на всяко разстояние, както малко, така и много голямо, дори по космически стандарти.

Гравитацията и третият закон на Нютон

Както е известно, всяка сила, ако се разглежда като мярка за взаимодействие на физически тела, винаги се прилага към едно от тях. Така че при гравитационното взаимодействие на телата едно с друго всяко от тях изпитва такива видове гравитационни сили, които са причинени от влиянието на всяко от тях. Ако има само две тела (приема се, че действието на всички останали може да се пренебрегне), тогава всяко от тях, съгласно третия закон на Нютон, ще привлече другото тяло със същата сила. Така че Луната и Земята се привличат една друга, което води до приливи и отливи на земните морета.

Всяка планета в Слънчевата система изпитва няколко гравитационни сили от Слънцето и други планети. Разбира се, гравитационната сила на Слънцето е тази, която определя формата и размера на орбитата му, но астрономите отчитат влиянието и на други небесни тела при изчисленията на траекториите на тяхното движение.

Кое ще падне по-бързо на земята от високо?

Основната характеристика на тази сила е, че всички обекти падат на земята с еднаква скорост, независимо от тяхната маса. Някога, чак до 16 век, се е смятало, че всичко е точно обратното - по-тежките тела трябва да падат по-бързо от по-леките. За да разсее това погрешно схващане, Галилео Галилей трябваше да извърши известния си експеримент за едновременно пускане на две гюлета с различно тегло от наклонената кула в Пиза. Противно на очакванията на свидетели на експеримента, двете ядра достигат повърхността едновременно. Днес всеки ученик знае, че това се дължи на факта, че гравитацията придава на всяко тяло същото ускорение на свободно падане g = 9,81 m / s 2, независимо от масата m на това тяло, а стойността му според втория закон на Нютон е равна към F = mg.

Гравитационните сили на Луната и на други планети имат различни стойности на това ускорение. Естеството на действието на гравитацията върху тях обаче е същото.

Гравитация и телесно тегло

Ако първата сила се прилага директно към самото тяло, то втората към неговата опора или окачване. В тази ситуация върху телата винаги действат еластични сили от опорите и окачванията. Гравитационните сили, приложени към същите тела, действат спрямо тях.

Представете си тежест, окачена над земята с пружина. Върху нея се прилагат две сили: еластичната сила на опъната пружина и силата на гравитацията. Според третия закон на Нютон товарът действа върху пружината със сила, равна и противоположна на еластичната сила. Тази сила ще бъде неговата тежест. Товар с тегло 1 kg има тегло, равно на P = 1 kg ∙ 9,81 m/s 2 = 9,81 N (нютон).

Гравитационни сили: определение

Първата количествена теория за гравитацията, базирана на наблюдения на движението на планетите, е формулирана от Исак Нютон през 1687 г. в неговите известни „Принципи на естествената философия“. Той пише, че гравитационните сили, които действат върху Слънцето и планетите, зависят от количеството материя, което съдържат. Те се разпространяват на големи разстояния и винаги намаляват като реципрочна стойност на квадрата на разстоянието. Как можем да изчислим тези гравитационни сили? Формулата за силата F между два обекта с маси m 1 и m 2, разположени на разстояние r е:

  • F=Gm 1 m 2 /r 2,
    където G е константа на пропорционалност, гравитационна константа.

Физически механизъм на гравитацията

Нютон не беше напълно доволен от своята теория, тъй като тя предполагаше взаимодействие между привличащи се тела на разстояние. Самият велик англичанин беше сигурен, че трябва да има някакъв физически агент, отговорен за прехвърлянето на действието на едно тяло към друго, което той съвсем ясно посочи в едно от своите писма. Но времето, когато беше въведено понятието гравитационно поле, което прониква в цялото пространство, дойде само четири века по-късно. Днес, говорейки за гравитация, можем да говорим за взаимодействие на всяко (космическо) тяло с гравитационното поле на други тела, чиято мярка са гравитационните сили, възникващи между всяка двойка тела. Законът за всемирното притегляне, формулиран от Нютон в горната форма, остава верен и се потвърждава от много факти.

Теория на гравитацията и астрономия

Той беше много успешно приложен за решаване на проблеми на небесната механика през 18-ти и началото на 19-ти век. Например математиците Д. Адамс и В. Льо Верие, анализирайки смущенията в орбитата на Уран, предполагат, че той е обект на гравитационни сили на взаимодействие с все още неизвестна планета. Те посочиха очакваното му положение и скоро Нептун беше открит там от астронома И. Гале.

Все пак имаше един проблем. Льо Верие през 1845 г. изчислява, че орбитата на Меркурий прецезира с 35" на век, за разлика от нулевата стойност на тази прецесия, получена от теорията на Нютон. Последвалите измервания дадоха по-точна стойност от 43". (Наблюдаваната прецесия всъщност е 570"/век, но внимателно изчисление за изваждане на влиянието от всички други планети дава стойност от 43".)

Едва през 1915 г. Алберт Айнщайн успява да обясни това несъответствие в рамките на своята теория за гравитацията. Оказа се, че масивното Слънце, както всяко друго масивно тяло, огъва пространство-времето в близост до него. Тези ефекти причиняват отклонения в орбитите на планетите, но на Меркурий, като най-малката планета и най-близо до нашата звезда, те са най-силно изразени.

Инерционни и гравитационни маси

Както беше отбелязано по-горе, Галилей беше първият, който забеляза, че обектите падат на земята с еднаква скорост, независимо от тяхната маса. Във формулите на Нютон понятието маса идва от две различни уравнения. Неговият втори закон гласи, че сила F, приложена към тяло с маса m, дава ускорение съгласно уравнението F = ma.

Въпреки това, силата на гравитацията F, приложена към тяло, удовлетворява формулата F = mg, където g зависи от другото тяло, взаимодействащо с въпросното (обикновено земята, когато говорим за гравитация). И в двете уравнения m е коефициент на пропорционалност, но в първия случай е инерционна маса, а във втория е гравитационна маса и няма очевидна причина те да са еднакви за всеки физически обект.

Всички експерименти обаче показват, че това наистина е така.

Теорията на Айнщайн за гравитацията

Като отправна точка за своята теория той взема факта за равенството на инертните и гравитационните маси. Той успя да конструира уравненията на гравитационното поле, известните уравнения на Айнщайн, и с тяхна помощ да изчисли правилната стойност за прецесията на орбитата на Меркурий. Те също така дават измерена стойност за отклонението на светлинните лъчи, които преминават близо до Слънцето, и няма съмнение, че дават правилните резултати за макроскопичната гравитация. Теорията на Айнщайн за гравитацията или общата теория на относителността (ОТО), както я нарича той, е един от най-големите триумфи на съвременната наука.

Гравитационните сили ускорение ли са?

Ако не можете да различите инерционната маса от гравитационната маса, тогава не можете да различите гравитацията от ускорението. Вместо това експериментът с гравитационното поле може да се извърши в ускоряващ асансьор в отсъствие на гравитация. Когато астронавт в ракета се ускорява от земята, той изпитва сила на гравитация, която е няколко пъти по-голяма от земната, като по-голямата част от нея идва от ускорение.

Ако никой не може да различи гравитацията от ускорението, тогава първото винаги може да бъде възпроизведено чрез ускорение. Система, в която ускорението замества гравитацията, се нарича инерционна. Следователно Луната в околоземна орбита също може да се разглежда като инерциална система. Тази система обаче ще се различава от точка до точка, тъй като гравитационното поле се променя. (В примера с Луната гравитационното поле променя посоката си от една точка към друга.) Принципът, че винаги може да се намери инерционна система във всяка точка на пространството и времето, в която физиката се подчинява на законите при липса на гравитация, се нарича принцип на еквивалентност.

Гравитацията като проява на геометричните свойства на пространство-времето

Фактът, че гравитационните сили могат да се разглеждат като ускорения в инерционни координатни системи, които се различават от точка до точка, означава, че гравитацията е геометрична концепция.

Казваме, че пространство-времето е извито. Помислете за топка върху равна повърхност. Той ще почива или, ако няма триене, ще се движи равномерно при липса на каквито и да е сили, действащи върху него. Ако повърхността е извита, топката ще се ускори и ще се придвижи до най-ниската точка, поемайки по най-краткия път. По подобен начин теорията на Айнщайн гласи, че четириизмерното пространство-време е извито и тялото се движи в това извито пространство по геодезическа линия, която съответства на най-късия път. Следователно гравитационното поле и действащите в него гравитационни сили върху физическите тела са геометрични величини, които зависят от свойствата на пространство-времето, които се променят най-силно в близост до масивни тела.

Гравитацията е най-мистериозната сила във Вселената. Учените не познават напълно природата му. Тя е тази, която държи планетите от Слънчевата система в орбита. Това е сила, която възниква между два обекта и зависи от масата и разстоянието.

Гравитацията се нарича сила на привличане или привличане. С негова помощ планета или друго тяло привлича обекти към своя център. Гравитацията поддържа планетите в орбита около Слънцето.

Какво друго прави гравитацията?

Защо се приземявате на земята, когато скачате, вместо да изплувате в космоса? Защо нещата падат, когато ги хвърлите? Отговорът е невидимата сила на гравитацията, която дърпа обектите един към друг. Земната гравитация е това, което ви държи на земята и кара нещата да падат.

Всичко, което има маса, има гравитация. Силата на гравитацията зависи от два фактора: масата на обектите и разстоянието между тях. Ако вземете камък и перо и ги пуснете от една и съща височина, и двата обекта ще паднат на земята. Тежък камък ще падне по-бързо от перо. Перото пак ще виси във въздуха, защото е по-леко. Обектите с по-голяма маса имат по-силна гравитационна сила, която отслабва с разстоянието: колкото по-близо са обектите един до друг, толкова по-силно е тяхното гравитационно привличане.

Гравитацията на Земята и във Вселената

По време на полета на самолета хората в него остават на място и могат да се движат като по земята. Това се случва поради траекторията на полета. Има специално проектирани самолети, в които няма гравитация на определена височина, което води до безтегловност. Самолетът извършва специална маневра, масата на обектите се променя и те се издигат във въздуха за кратко време. След няколко секунди гравитационното поле се възстановява.

Като се има предвид силата на гравитацията в космоса, земното кълбо е по-голямо от повечето планети. Просто погледнете движението на астронавтите при кацане на планети. Ако вървим спокойно по земята, тогава астронавтите сякаш се носят във въздуха, но не летят в космоса. Това означава, че тази планета също има гравитационна сила, съвсем малко по-различна от тази на планетата Земя.

Гравитационната сила на Слънцето е толкова силна, че държи девет планети, множество спътници, астероиди и планети.

Гравитацията играе жизненоважна роля в развитието на Вселената. При липса на гравитация нямаше да има звезди, планети, астероиди, черни дупки или галактики. Интересното е, че черните дупки всъщност не се виждат. Учените определят признаците на черна дупка по силата на гравитационното поле в определена област. Ако е много силен със силна вибрация, това показва съществуването на черна дупка.

Мит 1. В космоса няма гравитация

Гледайки документални филми за астронавтите, изглежда, че те се носят над повърхността на планетите. Това се случва, защото на други планети гравитацията е по-ниска, отколкото на Земята, така че астронавтите ходят, сякаш се носят във въздуха.

Мит 2. Всички тела, които се доближават до черна дупка, се разкъсват

Черните дупки са мощни и създават мощни гравитационни полета. Колкото по-близо е даден обект до черна дупка, толкова по-силни стават приливните сили и гравитацията. По-нататъшното развитие на събитията зависи от масата на обекта, размера на черната дупка и разстоянието между тях. Черната дупка има маса, която е точно противоположна на нейния размер. Интересното е, че колкото по-голяма е дупката, толкова по-слаби са приливните сили и обратното. По този начин, не всички обекти се разкъсват, когато навлизат в полето на черната дупка.

Мит 3. Изкуствените спътници могат да обикалят около Земята завинаги

Теоретично може да се каже така, ако не беше влиянието на вторични фактори. Много зависи от орбитата. На ниска орбита сателитът няма да може да лети вечно поради атмосферно спиране; на високи орбити той може да остане в непроменено състояние за доста дълго време, но тук влизат в сила гравитационните сили на други обекти.

Ако от всички планети съществуваше само Земята, спътникът щеше да бъде привлечен от нея и практически нямаше да промени траекторията си. Но на високи орбити обектът е заобиколен от много планети, големи и малки, всяка със собствена гравитационна сила.

В този случай спътникът постепенно би се отдалечил от орбитата си и би се движил хаотично. И е вероятно след известно време да се е разбил на най-близката повърхност или да се е преместил на друга орбита.

Някои факти

  1. В някои части на Земята силата на гравитацията е по-слаба, отколкото на цялата планета. Например в Канада, в района на залива Хъдсън, силата на гравитацията е по-ниска.
  2. Когато астронавтите се завърнат от космоса на нашата планета, в самото начало им е трудно да се адаптират към гравитационната сила на земното кълбо. Понякога това отнема няколко месеца.
  3. Черните дупки имат най-мощната гравитационна сила сред космическите обекти. Една черна дупка с размерите на топка има повече сила от която и да е планета.

Въпреки непрекъснатото изследване на силата на гравитацията, гравитацията остава неразгадана. Това означава, че научното познание остава ограничено и човечеството има много нови неща за научаване.

От древни времена човечеството се замисля как работи светът около нас. Защо расте тревата, защо грее слънцето, защо не можем да летим ... Последното, между другото, винаги е било от особен интерес за хората. Сега знаем, че гравитацията е причината за всичко. Какво е това и защо това явление е толкова важно в мащаба на Вселената, ще разгледаме днес.

Уводна част

Учените са открили, че всички масивни тела изпитват взаимно привличане едно към друго. Впоследствие се оказа, че тази мистериозна сила определя и движението на небесните тела по постоянните им орбити. Самата теория за гравитацията е формулирана от гений, чиито хипотези предопределиха развитието на физиката за много векове напред. Алберт Айнщайн, един от най-великите умове на миналия век, развива и продължава (макар и в съвсем различна посока) това учение.

От векове учените са наблюдавали гравитацията и са се опитвали да я разберат и измерят. И накрая, през последните няколко десетилетия дори такова явление като гравитацията беше поставено в услуга на човечеството (в известен смисъл, разбира се). Какво е това, каква е дефиницията на въпросния термин в съвременната наука?

Научна дефиниция

Ако изучавате произведенията на древните мислители, можете да разберете, че латинската дума "gravitas" означава "гравитация", "привличане". Днес учените наричат ​​това универсално и постоянно взаимодействие между материалните тела. Ако тази сила е относително слаба и действа само върху обекти, които се движат много по-бавно, тогава теорията на Нютон е приложима за тях. Ако ситуацията е обратна, трябва да се използват изводите на Айнщайн.

Нека направим резервация веднага: в момента самата природа на гравитацията по принцип не е напълно разбрана. Все още не разбираме напълно какво е това.

Теории на Нютон и Айнщайн

Според класическото учение на Исак Нютон всички тела се привличат едно към друго със сила, право пропорционална на тяхната маса, обратно пропорционална на квадрата на разстоянието, което лежи между тях. Айнщайн твърди, че гравитацията между обектите се проявява в случай на кривина на пространството и времето (а кривината на пространството е възможна само ако в него има материя).

Тази идея беше много дълбока, но съвременните изследвания доказват, че е донякъде неточна. Днес се смята, че гравитацията в космоса само огъва пространството: времето може да бъде забавено и дори спряно, но реалността на промяната на формата на временната материя не е теоретично потвърдена. Следователно класическото уравнение на Айнщайн дори не предвижда шанса пространството да продължи да влияе върху материята и произтичащото от това магнитно поле.

Най-известен е законът на гравитацията (всемирното притегляне), чийто математически израз принадлежи на Нютон:

\[ F = γ \frac[-1,2](m_1 m_2)(r^2) \]

γ се отнася до гравитационната константа (понякога се използва символът G), чиято стойност е 6,67545 × 10−11 m³/(kg s²).

Взаимодействие между елементарни частици

Невероятната сложност на пространството около нас до голяма степен се дължи на безкрайния брой елементарни частици. Има и различни взаимодействия между тях на нива, за които можем само да гадаем. Въпреки това, всички видове взаимодействие между елементарните частици се различават значително по своята сила.

Най-мощните познати ни сили свързват компонентите на атомното ядро. За да ги разделите, трябва да изразходвате наистина колосално количество енергия. Що се отнася до електроните, те са „прикрепени“ към ядрото само от обикновени, за да го спрат, понякога е достатъчна енергията, която се появява в резултат на най-обикновена химическа реакция. Гравитацията (вече знаете какво е) под формата на атоми и субатомни частици е най-лесният вид взаимодействие.

Гравитационното поле в този случай е толкова слабо, че е трудно да си го представим. Колкото и да е странно, именно те „наблюдават“ движението на небесни тела, чиято маса понякога е невъзможно да си представим. Всичко това е възможно благодарение на две особености на гравитацията, които са особено изразени при големите физически тела:

  • За разлика от атомните, той е по-забележим на разстояние от обекта. По този начин гравитацията на Земята държи дори Луната в нейното поле, а подобна сила от Юпитер лесно поддържа орбитите на няколко сателита наведнъж, масата на всеки от които е доста сравнима с тази на Земята!
  • Освен това винаги осигурява привличане между обектите и с разстоянието тази сила отслабва с малка скорост.

Формирането на повече или по-малко последователна теория за гравитацията се случи сравнително наскоро и точно въз основа на резултатите от вековни наблюдения на движението на планети и други небесни тела. Задачата беше значително улеснена от факта, че всички те се движат във вакуум, където просто няма други вероятни взаимодействия. Галилей и Кеплер, двама изключителни астрономи от онова време, помогнаха да се подготви почвата за нови открития с най-ценните си наблюдения.

Но само великият Исак Нютон успя да създаде първата теория за гравитацията и да я изрази математически. Това беше първият закон на гравитацията, чието математическо представяне е представено по-горе.

Заключенията на Нютон и някои от неговите предшественици

За разлика от други физически явления, които съществуват в света около нас, гравитацията се проявява винаги и навсякъде. Трябва да разберете, че терминът „нулева гравитация“, който често се среща в псевдонаучните среди, е изключително неправилен: дори безтегловността в космоса не означава, че човек или космически кораб не са засегнати от гравитацията на някакъв масивен обект.

Освен това всички материални тела имат определена маса, изразена под формата на силата, която е била приложена към тях, и ускорението, получено поради това влияние.

По този начин гравитационните сили са пропорционални на масата на обектите. Те могат да бъдат изразени числено, като се получи произведението на масите на двете разглеждани тела. Тази сила стриктно се подчинява на обратната връзка с квадрата на разстоянието между обектите. Всички други взаимодействия зависят по съвсем различен начин от разстоянията между две тела.

Масата като крайъгълен камък на теорията

Масата от обекти се е превърнала в специална спорна точка, около която е изградена цялата съвременна теория на Айнщайн за гравитацията и относителността. Ако си спомняте Второто, вероятно знаете, че масата е задължителна характеристика на всяко физическо материално тяло. Той показва как ще се държи даден обект, ако върху него се приложи сила, независимо от неговия произход.

Тъй като всички тела (според Нютон) се ускоряват, когато са изложени на външна сила, масата е тази, която определя колко голямо ще бъде това ускорение. Нека да разгледаме по-разбираем пример. Представете си скутер и автобус: ако приложите точно еднаква сила към тях, те ще достигнат различни скорости за различно време. Теорията на гравитацията обяснява всичко това.

Каква е връзката между масата и гравитацията?

Ако говорим за гравитация, тогава масата в това явление играе роля, напълно противоположна на тази, която играе по отношение на силата и ускорението на обекта. Именно тя е основният източник на самото привличане. Ако вземете две тела и погледнете силата, с която те привличат трети обект, който се намира на равни разстояния от първите две, тогава съотношението на всички сили ще бъде равно на съотношението на масите на първите два обекта. Така силата на гравитацията е право пропорционална на масата на тялото.

Ако разгледаме третия закон на Нютон, можем да видим, че той казва точно същото. Силата на гравитацията, която действа върху две тела, разположени на еднакво разстояние от източника на привличане, зависи пряко от масата на тези обекти. В ежедневието говорим за силата, с която едно тяло е привлечено от повърхността на планетата, като негово тегло.

Нека обобщим някои резултати. И така, масата е тясно свързана с ускорението. В същото време тя е тази, която определя силата, с която гравитацията ще действа върху тялото.

Характеристики на ускорението на телата в гравитационно поле

Тази удивителна двойственост е причината в едно и също гравитационно поле ускорението на напълно различни обекти да бъде еднакво. Да приемем, че имаме две тела. Нека да припишем маса z на единия от тях и маса Z на другия. И двата обекта са пуснати на земята, където падат свободно.

Как се определя съотношението на привличащите сили? Показва се с най-простата математическа формула - z/Z. Но ускорението, което получават в резултат на силата на гравитацията, ще бъде абсолютно същото. Просто казано, ускорението, което има едно тяло в гравитационно поле, не зависи по никакъв начин от неговите свойства.

От какво зависи ускорението в описания случай?

Зависи само (!) от масата на обектите, които създават това поле, както и от тяхното пространствено положение. Двойната роля на масата и еднаквото ускорение на различни тела в гравитационно поле е открита сравнително отдавна. Тези явления получиха следното наименование: „Принципът на еквивалентността“. Този термин още веднъж подчертава, че ускорението и инерцията често са еквивалентни (до известна степен, разбира се).

За значението на G стойността

От училищния курс по физика си спомняме, че ускорението на гравитацията на повърхността на нашата планета (гравитацията на Земята) е равно на 10 m/sec² (9,8, разбира се, но тази стойност се използва за опростяване на изчисленията). Така, ако не вземете предвид съпротивлението на въздуха (на значителна височина с късо разстояние на падане), ще получите ефекта, когато тялото придобие увеличение на ускорението от 10 m/sec. всяка секунда. И така, книга, паднала от втория етаж на къща, ще се движи със скорост 30-40 м / сек до края на полета си. Просто казано, 10 m/s е „скоростта” на гравитацията в рамките на Земята.

Ускорението на гравитацията във физическата литература се обозначава с буквата "g". Тъй като формата на Земята в известна степен напомня повече на мандарина, отколкото на сфера, стойността на тази величина не е еднаква във всички нейни региони. Така ускорението е по-високо на полюсите, а на върховете на високите планини става по-малко.

Дори в минната индустрия гравитацията играе важна роля. Физиката на това явление понякога може да спести много време. По този начин геолозите са особено заинтересовани от съвършено точното определяне на g, тъй като това им позволява да изследват и локализират минерални находища с изключителна точност. Между другото, как изглежда формулата на гравитацията, в която количеството, което разгледахме, играе важна роля? Ето я:

Забележка! В този случай гравитационната формула означава с G „гравитационната константа“, чието значение вече посочихме по-горе.

По едно време Нютон формулира горните принципи. Той отлично разбираше както единството, така и универсалността, но не можеше да опише всички аспекти на това явление. Тази чест се падна на Алберт Айнщайн, който също успя да обясни принципа на еквивалентността. Именно на него човечеството дължи съвременното разбиране за самата природа на пространствено-времевия континуум.

Теория на относителността, трудове на Алберт Айнщайн

По времето на Исак Нютон се смяташе, че референтните точки могат да бъдат представени под формата на някакви твърди "пръчки", с помощта на които се установява положението на тялото в пространствена координатна система. В същото време се предполагаше, че всички наблюдатели, които маркират тези координати, ще бъдат в едно и също времево пространство. В онези години тази разпоредба се смяташе за толкова очевидна, че не бяха правени опити да бъде оспорена или допълнена. И това е разбираемо, тъй като в границите на нашата планета няма отклонения в това правило.

Айнщайн доказа, че точността на измерването наистина би имала значение, ако хипотетичен часовник се движи значително по-бавно от скоростта на светлината. Просто казано, ако един наблюдател, движещ се по-бавно от скоростта на светлината, проследи две събития, то те ще се случат за него по едно и също време. Съответно за втория наблюдател? чиято скорост е еднаква или по-голяма, събитията могат да се случват по различно време.

Но как гравитацията се свързва с теорията на относителността? Нека разгледаме този въпрос подробно.

Връзката между теорията на относителността и гравитационните сили

През последните години бяха направени огромен брой открития в областта на субатомните частици. Засилва се убеждението, че сме на път да открием последната частица, отвъд която нашият свят не може да се фрагментира. Колкото по-настоятелна става необходимостта да разберем как точно най-малките „градивни елементи“ на нашата вселена са повлияни от онези фундаментални сили, открити през миналия век или дори по-рано. Особено разочароващо е, че самата природа на гравитацията все още не е обяснена.

Ето защо след Айнщайн, който установи „некомпетентността“ на класическата механика на Нютон в разглежданата област, изследователите се фокусираха върху пълното преосмисляне на получените преди това данни. Самата гравитация е претърпяла основна ревизия. Какво е това на ниво субатомни частици? Има ли някакво значение в този удивителен многоизмерен свят?

Просто решение?

Първоначално мнозина предположиха, че несъответствието между гравитацията на Нютон и теорията на относителността може да се обясни доста просто чрез привличане на аналогии от областта на електродинамиката. Може да се приеме, че гравитационното поле се разпространява като магнитно поле, след което може да бъде обявено за „посредник“ във взаимодействията на небесните тела, обяснявайки много от несъответствията между старите и новите теории. Факт е, че тогава относителните скорости на разпространение на въпросните сили биха били значително по-ниски от скоростта на светлината. И така, как са свързани гравитацията и времето?

По принцип самият Айнщайн почти успява да изгради релативистка теория, основана именно на такива възгледи, но само едно обстоятелство попречи на намерението му. Никой от учените от онова време нямаше никаква информация, която да помогне да се определи "скоростта" на гравитацията. Но имаше много информация, свързана с движенията на големи маси. Както е известно, именно те са били общоприетият източник на възникването на мощни гравитационни полета.

Високите скорости силно влияят върху масите на телата и това по никакъв начин не е подобно на взаимодействието на скорост и заряд. Колкото по-висока е скоростта, толкова по-голяма е телесната маса. Проблемът е, че последната стойност автоматично ще стане безкрайна, ако се движи със скоростта на светлината или по-бързо. Следователно Айнщайн заключава, че не съществува гравитационно поле, а тензорно поле, за да се опише кои много повече променливи трябва да се използват.

Неговите последователи стигнаха до извода, че гравитацията и времето практически нямат връзка. Факт е, че самото това тензорно поле може да действа върху пространството, но не е в състояние да влияе върху времето. Брилянтният съвременен физик Стивън Хокинг обаче има друга гледна точка. Но това е съвсем различна история...

Гравитацията е на пръв поглед проста концепция, позната на всеки човек още от училище. Всички помним историята как една ябълка падна върху главата на Нютон и той откри закона за всемирното привличане. Всичко обаче не е толкова просто, колкото изглежда. В тази статия ще се опитаме да дадем ясен и изчерпателен отговор на въпроса: какво е гравитацията? Ще разгледаме и основните митове и погрешни схващания за това интересно явление.

С прости думи, гравитацията е привличането между всеки два обекта във Вселената. Гравитацията може да се определи, като се знае масата на телата и разстоянието от едно до друго. Колкото по-силно е гравитационното поле, толкова по-голямо е теглото на тялото и толкова по-голямо е неговото ускорение. Например, на Луната теглото на астронавта ще бъде шест пъти по-малко, отколкото на Земята. Силата на гравитационното поле зависи от размера на обекта, който заобикаля. Така лунната гравитация е шест пъти по-ниска от земната. Това за първи път е научно обосновано и доказано с помощта на математически изчисления през 17 век от Исак Нютон.

Какво падна на главата на Нютон?

Въпреки факта, че самият велик английски учен частично потвърди добре известната легенда за ябълката и нараняването на главата, въпреки това сега можем да кажем с увереност, че по време на откриването на закона за всемирното привличане не е имало наранявания или прозрения. Основата, която постави началото на нова ера в естествените науки, беше работата „Математически принципи на естествената философия“. В него Нютон описва закона за гравитацията и важни закони на механиката, които е открил в продължение на много години упорит труд. Известният физик беше лежерен и разумен човек, както подобава на брилянтен учен. И следователно изминаха повече от 20 години от началото на мисленето за природата на гравитацията до публикуването на научен труд за нея. Въпреки това легендата за падналия плод може да има някаква реална основа, но главата на физика определено е останала непокътната.

Законите на привличането са били изучавани преди Исак Нютон от различни учени. Но само той е първият, който математически доказва пряката връзка между гравитацията и движението на планетите. Тоест ябълка, падаща от клон, и въртенето на луната около земята се управляват от една и съща сила - гравитацията. И действа на всеки две тела във Вселената. Тези открития поставят основите на така наречената небесна механика, както и на науката за динамиката. Нютоновият модел доминира в науката повече от два века до появата на теорията на относителността и квантовата механика.

Какво мислят съвременните учени за гравитацията?

Гравитацията е най-слабото от четирите известни в момента фундаментални взаимодействия, на които са подложени всички частици и тела, съставени от тях. В допълнение към гравитационното взаимодействие, това включва и електромагнитно, силно и слабо. Те се изучават въз основа на различни теории, например в приблизителните скорости на малка гравитация се използва теорията на гравитацията на Нютон. В общия случай се използва общата теория на относителността на Айнщайн. В допълнение, описанието на гравитацията в квантовата граница ще трябва да се извърши с помощта на квантова теория, която все още не се е появила.

Разбира се, днес физиката е сложна и далеч надхвърля разбирането на обикновения човек за света около него. Но е необходимо да се интересуваме от него поне на ниво основни понятия, защото е напълно възможно в близко бъдеще да станем свидетели на невероятни открития в тази област, които радикално ще променят живота на човечеството. Ще бъде неудобно, ако изобщо не разбирате какво се случва.

Митове за гравитацията

Не само невежеството, но и постоянните нови открития в тази научна област пораждат различни абсурди и митове за гравитацията. И така, няколко често срещани погрешни схващания за този уникален феномен:

  • Изкуствените спътници никога няма да напуснат орбитата на Земята и вечно ще се въртят около нея. Не е вярно. Факт е, че в допълнение към гравитацията в космоса има различни други фактори, които влияят върху орбитата на телата. Това включва спирането на атмосферата за ниски орбити и гравитационните полета на Луната и други планети. Най-вероятно, ако сателитът бъде оставен да се върти неконтролирано дълго време, орбитата му ще се промени и в крайна сметка той или ще излети в космоса, или ще падне върху повърхността на близко тяло.
  • В космоса няма гравитация.Дори на станции, където астронавтите са в безтегловност, има доста силна гравитация, малко по-слаба, отколкото на Земята. Защо тогава не падат? Можем да кажем, че служителите на станцията изглеждат в състояние на постоянно падане, но те няма да паднат.
  • Обект, който се приближава до черна дупка, ще бъде разкъсан.Доста известен мит. Гравитационната сила на черна дупка наистина ще се увеличи, когато я приближите, но изобщо не е необходимо приливните сили да са толкова мощни. Най-вероятно те имат крайна стойност на хоризонта на събитията, тъй като разстоянието се изчислява от центъра на дупката.


Случайни статии

нагоре