Садржај
- Кратка историја гравитације
- Теорије гравитације
- Еинстеинова општа теорија релативности
- Гравитација Земље и шире
Већина људи, научно орјентисана или на неки други начин, има бар нејасну идеју да је нека количина или концепт који се назива „гравитација“ оно што држи предмете, укључујући и њих, привезане за Земљу. Они разумију да је ово благослов уопште, али мање у одређеним ситуацијама - рецимо, кад се срушимо на грану дрвета и мало несигурни како да се вратимо на земљу нетакнути или када покушавамо да поставимо нови лични рекорд у догађај попут скока у вис или свода штапа.
Можда је тешко проценити сам појам гравитације док не видимо шта се дешава када се његов утицај умањи или обрише, као на пример када се гледају снимци астронаута на свемирској станици у орбити око планете удаљене од Земљине површине. И истина, физичари имају мало појма о томе шта на крају "изазива" гравитацију, и више него што могу било коме од нас рећи зашто универзум постоји у првом реду. Физичари су, међутим, произвели једначине које описују шта гравитација чини изузетно добро, не само на Земљи већ и широм космоса.
Кратка историја гравитације
Пре више од 2.000 година стари грчки мислиоци смислили су мноштво идеја које су у великој мери издржале тест времена и преживеле до модерне. Схватили су да су удаљени објекти попут планета и звезда (стварне удаљености од Земље, које посматрачи, наравно, нису знали), били у ствари физички повезани једни са другима упркос томе што вероватно немају ништа попут каблова или ужади која их спаја. заједно. Одсутни од других теорија, Грци су предложили да кретања сунца, месеца, звезда и планета диктирају ћудовишта богова. (У ствари, све планете знају у оне дане биле су именоване по боговима.) Иако је ова теорија била уредна и одлучујућа, она није била тестирана и, према томе, била је тек помоћ у циљу задовољавајућег и научно ригорознијег објашњења.
Тек око 300 до 400 година астрономи попут Тицхо Брахе и Галилео Галилеи препознали су да се, супротно библијским учењима старим 15 година, Земља и планете окрећу око сунца, а не да се Земља налази на центар универзума. То је утрло пут истраживањима гравитације онако како се тренутно разуме.
Теорије гравитације
Један од начина размишљања о гравитационом привлачењу између објеката, које је покојни теоријски физичар Јацоб Бекенстеин изразио у есеју за ЦалТецх, јесте „сила дугог домета која електрично неутрална тела делују једно на друго због садржаја материје“. То јест, иако предмети могу доживети силу као резултат разлика у електростатичком набоју, гравитација уместо тога има за последицу силу због велике масе. Технички гледано, ви и рачунар, телефон или таблет читате ово током извршавања гравитационих сила једни на друге, али ви и ваш уређај са интернетом толико су мали да је та сила практично неприметна. Очигледно је да је за објекте на скали планета, звезда, читавих галаксија, па чак и накупина галаксија, другачија прича.
Исаац Невтон (1642-1727), за кога се сматра да је један од најбриљантнијих математичких умова у историји и један од ко-изумитеља поља рачунице, предложио је да сила силе између два објекта директно буде пропорционална производу њиховог масе и обрнуто пропорционално квадрату растојања између њих. Ово има облик једначине:
Фграв = (Г × м)1 × м2) / р2
где Фграв је гравитациона сила у невтонима, м1 и М2 су масе предмета у килограмима, р је удаљеност која раздваја предмете у метрима и вредност константе пропорционалности Г је 6,67 × 10-11 (Н ⋅ м)2)/кг2.
Иако ова једначина изврсно функционира за свакодневне сврхе, њена вредност се смањује када су предметни објекти релативистички, односно описани масама и брзинама знатно изван типичног људског искуства. Овде долази Еинстеинова теорија гравитације.
Еинстеинова општа теорија релативности
Године 1905., Алберт Ајнштајн, чије је име можда најпрепознатљивије у историји науке и најимитивнији за подвиге на нивоу генија, објавио је своју посебну теорију релативности. Између осталих ефеката које је ово имало на постојеће тело физичког знања, довело је у питање претпоставку уграђену у Невтонов концепт гравитације, а то је да је гравитација у ствари деловала тренутно између објеката без обзира на огромност њиховог раздвајања. Након Еинстеинове калкулације утврђено је да је брзина светлости 3 × 108 м / с или око 186.000 миља у секунди, постављао горњу границу колико брзо се било шта могло ширити кроз свемир, Невтонове идеје одједном су изгледале рањиво, барем у одређеним случајевима. Другим речима, док је невтонска гравитациона теорија наставила да се дивно понаша у готово свим замисливим недостацима, то очигледно није био универзално истинит опис гравитације.
Ајнштајн је наредних 10 година провео формулишући другу теорију, ону која би ускладила Невтонов основни гравитациони оквир са горњом границом брзине светлости која се намеће или се чини да намеће на све процесе у свемиру. Резултат који је Ајнштајн увео 1915. године била је општа теорија релативности. Тријумф ове теорије која чини основу свих гравитационих теорија до данашњих дана јесте да је она уоквирила концепт гравитације као манифестацију закривљености простора-времена, а не као снагу по себи. Ова идеја није уопште нова; математичар Георг Бернхард Риеманн створио је сродне идеје 1854. године. Али Ајнштајн је тако претворио гравитациону теорију из нечега укорењеног чисто физичким силама у више теорију засновану на геометрији: Предлагао је де фацто четврту димензију, време, да би пратило три просторне димензије које су већ биле познате.
Гравитација Земље и шире
Једна од импликација Еинстеинове опште теорије релативности је да је гравитација деловала независно од масе или физичког састава објеката. То значи да ће, између осталог, топовска кугла и мермер, срушени са врха небодера, пасти на земљу истом брзином, убрзавајући до тачно исте мере гравитационом силом упркос томе што је један био много масивнији од другог. . (Важно је напоменути да је то технички истинито само у вакууму, где отпор ваздуха није проблем. Перо очигледно пада спорије од пуцања, али у вакууму, то не би било случај .) Овај аспект Еинстеинове идеје био је довољно тестиран. Али шта је са релативистичким ситуацијама?
У јулу 2018. године, међународни тим астронома закључио је истраживање система троструких звезда на 4.200 светлосних година од Земље. Светлосна година која светлост на даљину путује у једној години (око шест билиона миља), то значи да су астрономи овде на Земљи посматрали појаве откривања светлости који су се заправо догодили око 2200 Б.Ц. Овај необични систем састоји се од две сићушне, густе звезде - једна се „пулсар“ окреће на својој оси 366 пута у секунди, а друга бели патуљак - који се креће око себе с изванредно кратким временом од 1,6 дана. Овај пар заобилази удаљенију звезду белог патуљака сваких 327 дана. Укратко, једини опис гравитације који је могао објаснити међусобна френетична кретања три звезде у овом крајње необичном систему била је Еинстеинова општа теорија релативности - а једначине су, у ствари, савршено одговарале ситуацији.