Yerçekimi, evrenin yapısını belirleyen dört temel temelden biri olan Evrendeki en güçlü kuvvettir. Bir zamanlar onun sayesinde gezegenler, yıldızlar ve bütün galaksiler ortaya çıktı. Bugün, Dünyayı Güneş etrafında hiç bitmeyen yolculuğunda yörüngede tutar.
Cazibe, insanın günlük hayatı için çok önemlidir. Bu görünmez güç sayesinde, dünyamızın okyanusları nabız atıyor, nehirler akıyor, yağmur damlaları yere düşüyor. Çocukluğumuzdan beri vücudumuzun ve çevresindeki nesnelerin ağırlığını hissediyoruz. Yerçekiminin ekonomik faaliyetlerimiz üzerindeki etkisi çok büyük.
İlk yerçekimi teorisi, XVII. Yüzyılın sonunda Isaac Newton tarafından yaratıldı. Dünya Çapındaki Yasası bu etkileşimi klasik mekanik çerçevesinde tanımlar. Daha yaygın olarak bu fenomen Einstein tarafından geçen yüzyılın başında yayımlanan genel görelilik teorisinde tanımlanmıştır. Temel parçacıkların gücüyle meydana gelen süreçler, kuantum gravite teorisini açıklamalıdır, ancak henüz yaratılmamıştır.
Bugün, yerçekiminin doğasını Newton zamanından çok daha fazla biliyoruz, ancak yüzyıllarca süren çalışmalara rağmen, hala modern fiziğin tökezleyen bir bloğu olmaya devam ediyor. Mevcut yerçekimi teorisinde birçok beyaz lekeler var ve buna neyin neden olduğunu ve bu etkileşimin nasıl aktarıldığını hala tam olarak bilmiyoruz. Ve elbette, yerçekimi kuvvetini kontrol etmekten çok uzaktayız, böylece yer çekimi önleme veya kaldırma sadece uzun bir süre bilim kurgu romanlarının sayfalarında var olacak.
Newton'un kafasına ne düştü?
İnsanlar her zaman nesneleri yere çeken gücün doğasını düşünüyorlardı, ancak Isaac Newton yalnızca on yedinci yüzyılda gizlilik örtüsünü kaldırmayı başardı. Atılımının temeli, gök cisimlerinin hareketlerini inceleyen parlak bilim adamları Kepler ve Galileo'nun çalışmalarını koydu.
Polonyalı gökbilimci Copernicus, Dünya Newton Yasası'ndan bir buçuk yüzyıl önce, çekiciliğin "... Evrenin babasının tüm parçacıkları, yani bir bütün halinde birleşerek, küresel bedenleri oluşturan bir bütün halinde birleşmesini sağladığı doğal eğilimden" başka bir şey olmadığını düşünüyordu. Descartes, cazibe dünya eterindeki bozulmaların bir sonucu olarak kabul edildi. Yunan filozofu ve bilim adamı Aristo, kütlenin düşen cisimlerin hızını etkilediğine ikna oldu. Ve XVI. Yüzyılın sonundaki sadece Galileo Galilei bunun doğru olmadığını kanıtladı: hava direnci yoksa, tüm nesneler aynı şekilde hızlandırılır.
Baş ve elma hakkındaki ortak efsanenin aksine, Newton yirmi yıldan fazla bir süredir yerçekiminin doğasını anlamaya başladı. Yerçekimi yasası, tüm zamanların ve insanların en önemli bilimsel keşiflerinden biridir. Evrenseldir ve gök cisimlerinin yörüngelerini hesaplamanıza izin verir ve etrafımızdaki nesnelerin davranışını doğru bir şekilde tanımlar. Klasik cennet teorisi, gök mekaniğinin temellerini attı. Newton'un üç yasası bilim adamlarına kelimenin tam anlamıyla "kalemin ucunda" yeni gezegenler keşfetme fırsatı verdi, sonuçta, onlar sayesinde, insan yerçekiminin üstesinden gelip uzaya uçabildi. Bütün doğal olayların genel fiziksel kurallarla birbirine bağlandığı ve kontrol edildiği evrenin maddi birliği felsefesi anlayışı altında katı bir bilimsel temel oluşturdular.
Newton sadece bedenleri birbirine çeken kuvveti hesaplamak için bir formül yayınlamadı, aynı zamanda matematiksel analizi de içeren tam bir model yarattı. Bu teorik sonuçlar, en modern yöntemleri kullanmak da dahil olmak üzere pratikte tekrar tekrar doğrulanmıştır.
Newton teorisinde, herhangi bir malzeme nesnesi, yerçekimi adı verilen bir çekim alanı yaratır. Dahası, kuvvet her iki gövdenin kütlesi ile orantılıdır ve aralarındaki mesafe ile ters orantılıdır:
F = (G m1 m2) / r2
G, 6.67 × 10−11 m 6. / (kg · s²) olan yerçekimi sabitidir. İlk olarak 1798'de Henry Cavendish'i hesaplayabildi.
Gündelik yaşamda ve uygulamalı disiplinlerde, dünyanın vücuda çektiği kuvvete ağırlık denir. Evrendeki herhangi iki maddi nesne arasındaki çekim, yerçekiminin basit kelimelerle ne olduğudur.
Cazibe kuvveti, fiziğin dört temel etkileşiminin en zayıfıdır, ancak özellikleri sayesinde, yıldız sistemlerinin ve galaksilerin hareketini düzenleyebilir:
- Cazibe herhangi bir mesafeden çalışır, yerçekimi ile güçlü ve zayıf nükleer etkileşimler arasındaki temel fark budur. Uzaklık arttıkça, hareketi azalır, ancak asla sıfır olmaz, böylece galaksinin farklı uçlarındaki iki atomun bile karşılıklı bir etkiye sahip olduğunu söyleyebiliriz. Sadece çok küçük;
- Yerçekimi evrenseldir. Çekim alanı, herhangi bir maddi bedende doğaldır. Bilim adamları henüz gezegenimizde veya uzayda bu tür etkileşime katılmayacak bir nesne keşfetmediler, bu nedenle yerçekiminin Evrenin yaşamındaki rolü muazzam. Bu, doğada çoğu cisim elektriksel olarak nötr olduğundan, uzay süreçleri üzerindeki etkisi minimum olan elektromanyetik etkileşimden farklıdır. Yerçekimi kuvvetleri sınırlandırılamaz veya taranamaz;
- Sadece maddeye değil, enerjiye de etki eder. Onun için, nesnelerin kimyasal bileşimi önemli değil, sadece kütleleri rol oynuyor.
Newton'un formülünü kullanarak, çekim kuvveti kolayca hesaplanabilir. Örneğin, aydaki yerçekimi Dünya'dakilere göre birkaç kat daha küçüktür, çünkü uydumuzun nispeten küçük bir kütlesi vardır. Ancak okyanuslarda düzenli ebb'ler ve akıntılar oluşturmak için yeterlidir. Dünyada, serbest düşüşün ivmesi yaklaşık 9.81 m / s2'dir. Ve kutuplarda, ekvatordan biraz daha büyük.
Bilimin daha da gelişmesi için büyük öneme sahip olmasına rağmen, Newton'un yasalarının araştırmacılara dinlenmeyen bazı zayıf noktaları vardı. Yerçekiminin muazzam mesafeler için tamamen boş bir alanda ve akla gelmeyen bir hızda nasıl etki ettiği açık değildi. Ek olarak, veriler yavaş yavaş Newton'un yasalarına aykırı olan bir birikmeye başladı: örneğin, çekim kuvveti veya Merkür döneminin yerinden edilmesi. Evrensel saldırganlık teorisinin iyileştirme gerektirdiği ortaya çıktı. Bu onur, parlak Alman fizikçisi Albert Einstein'ın çoğuna düştü.
Cazibe ve Görelilik Teorisi
Newton, yerçekiminin doğasını tartışmayı reddetti (“hipotezler icat etmiyorum”), kavramının açık bir zayıflığıydı. Beklendiği gibi, önümüzdeki yıllarda birçok yerçekimi teorisi ortaya çıktı.
Bunların çoğu, belirli özelliklere sahip bazı ara madde ile malzeme cisimlerinin mekanik etkileşiminin ortaya çıkmasını haklı çıkarmaya çalışan sözde hidrodinamik modellere aitti. Araştırmacılar farklı olarak adlandırdılar: "vakum", "eter", "graviton akısı", vb. Bu durumda, cisimler arasındaki çekim kuvveti, bu maddede nesneler tarafından absorbe edildiğinde veya taranan akışlarda meydana gelen değişiklik sonucu ortaya çıktı. Gerçekte, tüm bu teorilerin ciddi bir dezavantajı vardı: yerçekimi kuvvetinin mesafeye olan bağımlılığını kesin olarak tahmin etmek yerine, “eter” veya “graviton akısına” göre hareket eden cisimlerin yavaşlamasına yol açmak zorunda kaldılar.
Einstein bu konuya farklı bir açıdan yaklaştı. Genel görelilik teorisinde (GTR), yerçekimi kuvvetlerin etkileşimi olarak değil, zamanın kendisinin bir özelliği olarak görülür. Bir kütleye sahip olan herhangi bir nesne eğriliğine yol açar ve bu da çekiciliğe neden olur. Bu durumda, yerçekimi Öklid dışı geometri çerçevesinde ele alınan geometrik bir etkidir.
Basitçe söylemek gerekirse, uzay-zaman sürekliliği maddeyi etkiler ve hareketine neden olur. Ve bu da, onu etkiler, onu nasıl büküleceğini işaret eder.
Çekim kuvvetleri mikro kozmosta etki eder, ancak temel parçacıklar düzeyinde, elektrostatik etkileşimle karşılaştırıldığında etkileri önemsizdir. Fizikçiler, kütleçekimsel etkileşimin, ilk patlamalarda (10-43 saniye) Büyük Patlamadan sonra diğerlerine göre daha düşük olmadığına inanıyorlar.
Günümüzde genel görelilik teorisinde önerilen yerçekimi kavramı, bilimsel topluluğun çoğunluğu tarafından kabul edilen ve sayısız deneyin sonuçlarıyla onaylanan temel çalışma hipotezidir.
Einstein, çalışmalarında, çoğu zaten doğrulanmış olan yerçekimi kuvvetlerinin şaşırtıcı etkilerini öngörüyordu. Örneğin, büyük kütlelerin ışık ışınlarını bükme ve hatta zamanın geçişini yavaşlatma olasılığı. İkinci fenomen, GLONASS ve GPS gibi küresel uydu navigasyon sistemleri kullanılırken mutlaka dikkate alınmalıdır, aksi halde birkaç gün içinde hataları onlarca kilometre olacaktır.
Ek olarak, Einstein'ın teorisinin sonucu, yerçekimi-manyetik alanı ve ataletsel referans sistemlerinin ataleti (Lense-Thirring etkisi olarak da bilinir) gibi, yerçekiminin sözde ince etkileridir. Bu güç belirtileri o kadar zayıftır ki, uzun süre tespit edilememiştir. Sadece 2005 yılında, NASA’nın eşsiz Gravity Probe B görevi sayesinde Lense-Thirring etkisi doğrulandı.
Yerçekimi radyasyonu veya son yılların en temel keşfi
Yerçekimi dalgaları, ışık hızında yayılan geometrik bir uzay-zaman yapısının salınımlarıdır. Bu fenomenin varlığı, genel görelilikte Einstein tarafından da tahmin edildi, ancak kuvvetin zayıflığı nedeniyle, büyüklüğü çok küçüktür, bu nedenle uzun süre tespit edilememiştir. Radyasyonun varlığından yana sadece dolaylı kanıtlar konuştu.
Bu tür dalgalar asimetrik ivme ile hareket eden herhangi bir malzeme nesnesi oluşturur. Bilim adamları onları "uzay-zaman dalgalanmaları" olarak tanımlıyorlar. Bu tür radyasyonun en güçlü kaynakları çarpışan galaksiler ve iki nesneden oluşan çöküş sistemleridir. İkinci durumun tipik bir örneği, kara deliklerin veya nötron yıldızlarının birleşmesidir. Bu tür işlemlerde, yerçekimi ışıması sistemin toplam kütlesinin% 50'sinden fazlasını geçebilir.
Yerçekimi dalgaları ilk olarak 2015 yılında iki LIGO gözlemevi kullanılarak keşfedildi. Neredeyse hemen bu olay son yıllarda fizikteki en büyük keşif durumunu aldı. 2017 yılında Nobel Ödülü ona verildi. Bundan sonra, bilim adamları yerçekimsel radyasyonu düzeltmek için birkaç kez başardılar.
Geçen yüzyılın 70'lerinde - deneysel onaylamadan çok önce - bilim adamları uzun mesafeli iletişimleri gerçekleştirmek için yerçekimi radyasyonunun kullanılmasını önerdiler. Kuşkusuz avantajı, emilmeden herhangi bir maddeden geçme yeteneğidir. Ancak şu anda bu mümkün değil, çünkü bu dalgaların oluşması ve alınmasında büyük zorluklar var. Evet ve yerçekiminin doğası hakkında gerçek bilgi yeterli değil.
Bugün, dünyanın farklı ülkelerinde LIGO'ya benzer birkaç kurulum var ve yenileri inşa ediliyor. Yakın gelecekte yerçekimi radyasyonu hakkında daha fazla şey öğrenmemiz muhtemeldir.
Alternatif dünya genişlik teorileri ve yaratılış sebepleri
Halen, baskın yerçekimi kavramı GR'dir. Mevcut tüm deneysel veri ve gözlem dizisini kabul eder. Aynı zamanda, çok sayıda açıkça zayıf noktaları ve tartışmalı noktaları vardır, bu nedenle yerçekiminin doğasını durduramayan yeni modeller yaratma girişimleri sona erer.
Şimdiye kadar geliştirilen tüm dünya çapında algı teorileri birkaç ana gruba ayrılabilir:
- standardı;
- alternatif;
- kuantum;
- tek alan teorisi.
XIX. Yüzyılda yeni bir dünya çapında konsept yaratma girişimleri yapıldı. Çeşitli yazarlar eter veya ışık ışığının kurgusal teorisini içermektedir. Ancak GR'nin ortaya çıkışı bu keşiflere son verdi. Yayınlanmasından sonra, bilim adamlarının amacı değişti - şimdi onların çabaları, içindeki yeni doğal fenomenler de dahil olmak üzere Einstein modelini geliştirmeye yönelikti: parçacıkların arkası, Evrenin genişlemesi vb.
1980'lerin başlarında fizikçiler, GTR'yi ayrılmaz bir parçası olarak dahil edenler dışındaki bütün kavramları deneysel olarak reddetti. Şu anda, çok umut verici görünüyordu "dize teorileri" moda geldi. Ancak bu hipotezlerin deneyimli bir doğrulaması bulunamamıştır. Geçtiğimiz on yıllar boyunca, bilim önemli yüksekliklere ulaşmış ve çok sayıda ampirik veri biriktirmiştir. Günümüzde alternatif yerçekimi teorileri oluşturma girişimleri, temel olarak "karanlık madde", "enflasyon", "karanlık enerji" gibi kavramlarla ilgili kozmolojik araştırmalardan ilham almaktadır.
Modern fiziğin ana görevlerinden biri iki temel yönün birleşmesidir: kuantum teorisi ve genel görelilik. Bilim adamları, çekiciliği diğer etkileşimlerle ilişkilendirmeye çalışarak “her şeyin teorisi” ni yaratırlar. Bu tam olarak kuantum kütlesinin yaptığı şeydir - kütleçekimsel etkileşimin kuantum tanımını vermeye çalışan bir fizik dalı. Bu yönün bir kolu döngü yerçekimi teorisidir.
Aktif ve uzun vadeli çabalara rağmen, bu hedefe henüz ulaşılamamıştır. Mesele bu görevin karmaşıklığında bile değil: sadece kuantum teorisinin ve GR'nin temelini tamamen farklı paradigmalar oluşturuyor. Kuantum mekaniği, sıradan uzay-zamanın arka planına karşı hareket eden fiziksel sistemlerle çalışır. Ve görelilik teorisinde, uzay-zamanın kendisi, içinde bulunan klasik sistemlerin parametrelerine bağlı olarak dinamik bir bileşendir.
Dünyanın bilimsel hipotezleriyle birlikte modern fizikten uzak teoriler de var. Ne yazık ki, son yıllarda, bu tür "opus" interneti ve kitapçıların raflarını doldurdu. Bu tür eserlerin bazı yazarları, genel olarak okuyucuya gravitasyonun mevcut olmadığını ve Newton ve Einstein'ın yasaları icatlar ve yanlışlıklar olduğunu bildirir.
Bunun bir örneği, Newton'un dünya yasalarını keşfetmediğini ve sadece gezegenlerin ve ayın, ayın, güneş sisteminde çekim kuvveti olduğunu söyleyen “bilim adamı” Nikolai Levashov'un çalışmasıdır. Bu "Rus bilim insanının" kanıtı oldukça garip. Bunlardan biri, 2000 yılında gerçekleşen Amerikan NEAR Shoemaker sondasının asteroid Eros'a uçması. Prob ve gök cismi arasındaki çekimin yokluğu Levashov, Newton'un çalışmalarının yanlış olduğuna ve yerçekimi hakkındaki gerçeği insanlardan gizleyen fizikçilerin komplo olduğuna dair kanıtlar olarak görüyor.
Aslında, uzay aracı görevini başarıyla tamamladı: ilk önce asteroid yörüngesine girdi ve sonra yüzeyinde yumuşak bir iniş yaptı.
Yapay yerçekimi ve neden gerekli olduğu
İki kavram, mevcut teorik durumlarına rağmen, halk tarafından iyi bilinen yerçekimi ile ilişkilidir. Bu anti yerçekimi ve yapay yerçekimi.
Anti yerçekimi, yerçekimi kuvvetine karşı koyma işlemidir; bu, önemli ölçüde azaltabilir veya itme ile bile değiştirilebilmektedir. Bu teknolojiye hakim olmak, taşımacılıkta, havacılıkta, dış mekanın keşifinde gerçek bir devrime yol açacak ve tüm hayatımızı kökten değiştirecektir. Ancak şu anda, yerçekimine karşı mücadele olasılığı teorik olarak doğrulanmadı bile. Dahası, GTR'ye dayanarak, bu fenomen hiçbir şekilde mümkün değildir, çünkü Evrenimizde olumsuz bir kitle olamaz. Gelecekte yerçekimi hakkında daha fazla bilgi edinmemiz ve bu prensibe dayanarak uçak yapmayı öğrenmemiz mümkündür.
Yapay yerçekimi, mevcut yerçekimi gücünde insan yapımı bir değişikliktir. Bugün böyle bir teknolojiye ihtiyacımız yok, ancak uzun süreli uzay yolculuğunun başlamasından sonra durum kesinlikle değişecek. Ve olay bizim fizyolojimiz. Milyonlarca yıllık evrimin, Dünya'nın sabit yerçekimine alıştığı "insan vücudu", yerçekiminin azaltılmasının etkileri konusunda son derece olumsuzdur. Ay yerçekimi koşullarında bile uzun süre kalmak (dünyadan altı kat daha zayıf) üzücü sonuçlara yol açabilir. Çekim illüzyonu, atalet gibi diğer fiziksel kuvvetler kullanılarak yaratılabilir. Ancak, bu seçenekler karmaşık ve pahalıdır. 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.
