מאז ימי קדם לחשוב על איך העולם מסודר.למה הוא הדשא גדל, מדוע השמש זורחת, למה אנחנו לא יכולים לעוף ... אחרון, אגב, הוא תמיד התעניין במיוחד באנשים.עכשיו אנחנו יודעים שהסיבה לכל דבר - כוח משיכה.מה זה ולמה תופעה זו היא כל כך חשובה בקנה המידה של היקום, אנו סוקרים היום.
מבוא
חוקרים גילו כי כל הגופים המסיביים לחוות משיכה הדדית זה לזה.מאוחר יותר התברר כי כוח מסתורי זה גורם לתנועה של גופים השמימיים והמסלולים קבועים שלהם.אותו תיאורית הכבידה שנוסחה על ידי אייזק ניוטון גאון ההשערה שנקבע מראש את התפתחות הפיזיקה במשך מאות שנים רבות.הוא פיתח והמשיך (אם כי בכיוון שונה לחלוטין) הוא המדען אלברט איינשטיין - הוא אחד המוחות הגדולים ביותר של המאה שעברה.
הגדרה מדעית
אם אתה לומד את יצירותיהם של הוגי דעות קדומות, אפשר לגלות שהמילה הלטינית «רצינות» אמצעי "נטל", "משיכה".היום, מדענים כינו את האינטראקציה האוניברסלית וקבועה בין גופים חומריים.אם הכוח הזה הוא חלש יחסית, ופועל רק על אובייקטים שנעים במהירות איטית בהרבה של אור, הוא החלים עליהם התאוריה של ניוטון.אם זה לא המקרה, אתה צריך להשתמש בממצאיו של איינשטיין.
מלכתחילה: נכון לעכשיו, טבע כובד לא מובן לחלוטין בעיקרון.מה זה, אנחנו עדיין לא בהווה באופן מלא.תאוריות
של ניוטון ואיינשטיין
פי הדוקטרינה הקלסית של אייזק ניוטון, כל הגופים מושכים אחד את השני עם כוח ביחס ישר למסה שלהם, הוא ביחס הפוך לריבוע המרחק שביניהם.איינשטיין טען כי המשיכה בין האובייקטים מוצגת במקרה של העקמומיות של מרחב וזמן (והעקמומיות של מרחב אפשרי רק אם יש לו את העניין).
חשב שזה היה מאוד עמוק, אבל המחקר המודרני הראה לה קצת חוסר דיוק.היום, הוא האמין כי כוח משיכה המעקמת את המרחב רק מרחב: זמן, אתה יכול להאט ואף לעצור, אבל המציאות היא לשנות את הצורה של תיאורית העניין זמנית לא אושרה.אבל בגלל משוואת איינשטיין קלסית אינה מספקת אפילו סיכוי שהאזור ימשיך להשפיע על עניין בשדה מגנטי.
ככל שאנו מכירים את החוק הכבידה (כוח משיכה), הביטוי המתמטי של שהנה בבעלות כזמן ניוטון:
\ [F = frac \ γ [-1.2] {m_2 M_1} {r ^ 2} \]
תחתγ מתייחס לקבוע הכבידה (לפעמים הסמל G), שערך שווה ל6,67545 × 10-11 מ"ק / (קילוגרם · s²).האינטראקציה
בין חלקיקים היסודיים מורכבות מדהימות
של החלל שמקיף אותנו היא במידה רבה בשל מספר אינסופי של חלקיקים יסודיים.ביניהם, יש גם אינטראקציות שונות ברמות אלה על שאנחנו יכולים רק לנחש.עם זאת, כל מיני סוגים של אינטראקציות של חלקיקים יסודיים ביניהם לבין עצמם להשתנות במידה רבה בכוח.
החזק ביותר של כל הכוחות הידועים יחייב את המרכיבים של גרעין האטום.להפריד ביניהם, אתה צריך להשקיע סכום עצום של אנרגיה באמת.כאלקטרונים, שהם "קשורים" לליבת אינטראקציה אלקטרומגנטית רגילה בלבד.כדי לעצור את זה, לפעמים די האנרגיה שמופיעה כתוצאה מהתגובה הכימית הרגילה.כוח המשיכה היא (מה זה, אתה כבר יודע) בצורה של אטומים וחלקיקים תת-אטומיים הוא הסוג הקל ביותר של אינטראקציה.השדה הכבידה
במקרה זה הוא כל כך חלש שקשה לדמיין.למרבה הפלא, אבל התנועה של גופים השמימיים, משקל לפעמים בלתי אפשרי לדמיין ש, "מעקב" אלה.כל זה מתאפשר הודות לשתי תכונות של כוח הכבידה, הבולטות במיוחד במקרה של גוף פיזי גדול:
- ניגוד כוח אטומי כוח משיכה בולטת יותר במרחק מהאובייקט.לפיכך, כוח המשיכה של כדור הארץ שומרת בתחומו, אפילו הירח, וכוח דומה של מסלולו של צדק בקלות תומך בלווינים מרובים, המסה של כל אחד מהם דומה לכדור הארץ!
- יתר על כן, זה תמיד מבטיח המשיכה בין אובייקטים, המרחק, כוח זו נחלשת במהירות נמוכה.היווצרות
של תאוריה פחות או יותר קוהרנטית כובד היא חדשה יחסית, וזה הוא התוצאה של מאות שנים של התבוננות בתנועה של כוכבי הלכת וגופים שמימיים אחרים.הבעיה בעצם קל יותר על ידי העובדה שכולם לנוע בחלל ריק, שבו פשוט אין אינטראקציות אפשריות אחרות.גלילאו וקפלר - שני אסטרונום בולט של הזמן, התצפיות יקרות ביותר שלה סייעו לסלול את הדרך לתגליות חדשות.
אבל אייזק ניוטון הגדול היה מסוגל לבסס את התאוריה הראשונה של כוח משיכה, ולבטא אותה במיפוי מתמטי.זה היה החוק הראשון של הכבידה, מתמטי מיפוי של שניתנה לעיל.מסקנות
של ניוטון וכמה מקודמיו
ניגוד תופעות גופניות אחרות שקיימים בעולם סביבנו, כוח המשיכה מתבטאת תמיד ובכל מקום.יש להבין כי המונח "אפס כבידה", שמתרחש לעתים קרובות בחוגים פסאודו-מדעיים, זה לא נכון, כי גם חוסר המשקל בחלל זה לא אומר שאדם או חללית היא לא אטרקציה תוקף של אובייקט מסיבי.
בנוסף, כל הגופים החומריים יש משקל מסוים, הביע ככוח שהופעל עליהם, וההאצה המיוצרת על ידי ההשפעה.
כך, הכוח הכבידה הוא פרופורציונאלי למסה של עצמים.מבחינה מספרית, הם יכולים לבוא לידי ביטוי קבלת המוצר להמונים של שני הגופים.כוח זה מקפיד על קיום מרובע ההופכי של המרחק בהתאם בין אובייקטים.כל האינטראקציה אחרת שונה לגמרי בהתאם למרחק בין שני הגופים.
המוני כמו אבן פינה של מערך
של אובייקטים הפך נקודה שנויה במחלוקת במיוחד, שבנויה סביב התאוריה כולה המודרנית של כוח הכבידה ותורת היחסות של איינשטיין.אם אתה זוכר החוק השני של ניוטון, אתה בוודאי יודע כי המשקל הוא תכונת חובה של כל גוף חומר פיזי.זה מראה עד כמה האובייקט יתנהג במקרה של יישום של כוח שהוכנסו בו, ללא קשר למקורו.
מאז כל הגוף (על פי ניוטון) כאשר הם נחשפים לכוח חיצוני מואץ, שהמסה קובעת עד כמה גדול היא ההאצה זו.קח דוגמא ברורה.תארו לעצמכם קטנוע ואוטובוס, אם ליישם אותם בדיוק את אותו האפקט, הם הגיעו שיעורים שונים לזמן בלתי שוויוני.כל זה מוסבר על ידי התאוריה של כוח משיכה.
מהו יחס משקל וכוח משיכה של?
אם כבר מדברים על כוח משיכה, המסה של תופעה זו משחקת תפקיד הפוך לחלוטין לזה שהיא משחקת ביחס לכוח ותאוצה של האובייקט.שזה המקור העיקרי של משיכה.אם תסתכל על שני הגופים והכוח שבה הם מושכים אובייקט שלישי, הנמצא במרחקים שווים משני הראשונים, יחסי הכוחות שווים ליחס של ההמונים של שני העצמים הראשונים.לפיכך, כוח המשיכה היא ביחס ישר למשקל גוף.
אם ניקח בחשבון החוק השלישי של ניוטון, אנחנו יכולים לוודא שזה אומר בדיוק את אותו הדבר.כוח הכבידה הפועל על שני הגופים המסולקים במרחק שווה ממקור המשיכה תלוי ישירות במסה של אובייקטי נתונים.בחיי היומיום אנחנו מדברים על הכוח שבי גוף נמשך אל פני השטח של כדור הארץ, כתוארה מדברים.
לסכם.לפיכך, המשקל קשור באופן הדוק לכח והתאוצה.במקביל, היא קובעת את הכוח שיפעל על המשיכה הגוף.
תכונות ההאצה של גופים ב
השדה הכבידה דואליות מדהימה זו הסיבה שבאותו שדה הכבידה של אובייקטים שונים לגמרי תאוצה הוא שווה.נניח שיש לנו שני גופים.הקצאה אחד מהם הרבה לZ, ועוד - ז 'שני האובייקטים נזרקים על הקרקע, שבו הנפילה החופשית.
איך הוא היחס של הכוח הכבידה?זה מראה נוסחה מתמטית פשוטה - z / זהנה רק מאיצים, הם מקבלים כתוצאה מהכוח הכבידה יהיה בדיוק אותו הדבר.במילים פשוטה, ההאצה שיש גוף שדה הכבידה אינו תלויה בתכונות שלה.
מה קובע את ההאצה במקרה מתואר?
זה תלוי רק (!) מהמשקל של אובייקטים שיוצרים שדה זה, כמו גם היחס שלהם.התפקיד הכפול של המסה ותאוצה שווה לגופים שונים בשדה הכבידה גילה כבר לפני כמה זמן.יש תופעות אלה הכותרת הבאה: ". עיקרון השקילות"מונח זה מדגיש שוב כי ההאצה ואינרציה לעתים קרובות שווה ערך (במידה מסוימת, כמובן).
על החשיבות של הערך של G
מקורס פיסיקה בבית הספר, אנו זוכרים כי תאוצת כובד על פני השטח של כוכב הלכת שלנו (כוח המשיכה של כדור הארץ) היא 10 מ '/ sek.² (9.8 כמובן, אבל לפשטות של חישובים נעשה שימוש בערך זה).כך, מבלי לקחת בחשבון את התנגדות אוויר (בגובה משמעותי כאשר המרחק של שכיחות), ולאחר מכן את ההשפעה מתקבלת כאשר הגוף מקבל תאוצה מוגדלת של 10 מ '/ שנייה.בכל שנייה.אז, ספר שנפל מהקומה השנייה של הבית, בסוף משימתו יהיה נע במהירות של 30-40 מ '/ s.במילים פשוטות, 10 m / s - זה הוא "המהירות" כובד בתוך כדור הארץ.האצת
בשל כוח הכבידה בספרות הפיזיקה שצוינה על ידי «ז» מכתב.מאז את הצורה של כדור הארץ ליותר כמו מנדרינה מידה מסוימת, מהכדור, הערך של כמות זו הוא לא בכל התחומים שלה הוא אותו הדבר.לפיכך, ההאצה בקטבים לעיל, ועל ראשי הרים גבוהים, הוא הופך להיות קטן יותר.
אפילו בתעשיית כריית תפקיד משמעותי הוא שיחק על ידי כוח הכבידה.הפיזיקה של תופעה זו לעתים חוסכת הרבה זמן.אז, גיאולוגים מעוניינים במיוחד בהגדרה מדויקת להפליא של G, כי זה מאפשר לך לחקור את מרבצי מחצבי דיוק ומציאת יוצאות דופן.אגב, זה נראה כמו הנוסחה של כוח הכבידה, שבו בדקנו את הערך משחק תפקיד?הנה הוא:
F = G x הערה M1xM2 / R2
!במקרה זה, את הנוסחה מרמזת כובד קבוע G «הכבידה", שמשמעותה שכבר ניתנה לעיל.
באותו הזמן, ניוטון ניסח את העקרונות מובעים לעיל.הוא ידע, ואחדות ואוניברסלית של הכוח הכבידה, אבל כל ההיבטים של תופעה זו, הוא לא יכולים לתאר.הכבוד שנפל לאלברט איינשטיין, שהיה מסוגל להסביר את העיקרון שקילה.זהו זה האנושות חייב את ההבנה המודרנית של הטבע של רצף החלל-זמן.תיאורית
היחסות, עבודתו של אלברט איינשטיין
בזמן של אייזק ניוטון האמינה שנקודת ההתחלה יכולה להיות מיוצגת בצורה של "מוטות" קשות קצת, שבו קובעת את מיקומו של הגוף במערכת הצירים במרחב.באותו הזמן זה היה להניח כי כל המשקיפים לציין כי קואורדינטות אלה יהיו באותו המרחב של זמן.באותן שנים, מצב זה נחשב כל כך ברור שלא נעשה כל ניסיון לאתגר או משלים אותו.זה מובן, כי בכוכב לכת שלנו לא סטייה בשלטון לא.
איינשטיין הוכיח שהדיוק של המדידה יהיה ממש משמעותי אם שעון היפותטי נע במהירות הרבה יותר איטית של אור.במילים פשוטות, אם משקיף אחד נע לאט יותר ממהירות האור, יעקוב אחרי שני אירועים, שהם קורים לו באותו הזמן.בהתאם לכך, לצופה השנייה?המהירות שלו היא אירועים זהים או יותר עלולים להתרחש בזמנים שונים.
אבל הכוח הכבידה הקשורים לתורת היחסות?תן לנו לפתוח את הנושא בפירוט.חיבור
בין תורת היחסות וכוחות הכבידה
בשנים האחרונות עשה מספר עצום של תגליות בתחום חלקיקים תת-אטומיים.הרשעה גוברת שאנחנו עומדים למצוא את החלקיק הסופי שמעבר לו העולם שלנו לא יכול להיות מרוסק.זה הופך להיות צורך עיקש יותר לדעת איך ישפיע "הלבנים" הזעירים של היקום שלנו הם כוחות יסוד שנפתחו במאה האחרונה, ואף קודם לכן.במיוחד עצוב שטבעו של כוח הכבידה טרם הסביר.
לכן, לאחר איינשטיין, שהקים את "אי-היכולת" של מכניקה הניוטונית קלסית באזור הנדון, החוקרים התמקדו בחשיבה מחודשת של נתונים קודם לכן מלאה.במידה רבה, עבר עדכון וכובד עצמו.מה זה ברמה של חלקיקים תת-אטומיים?האם יש לו לפחות כמה ערך בעולם רב-ממדי המדהים הזה?
פתרון פשוט?
הראשון הניח רב שהכביד של ניוטון הפער ואת תורת היחסות יכולים להיות מוסברת בפשטות אנלוגיה מתחום אלקטרודינמיקה.זה יהיה אפשרי להניח שהשדה הכבידה מתפשט כמו שדה מגנטי, אז זה אפשרי להכריז "מתווך" באינטראקציות של גופים שמימיים, המסביר את חוסר עקביות רב של ישן והתאוריה החדשה.העובדה היא שכוחות מהירות התפשטות היחסית אז זה ייחשב היו אור נמוך באופן משמעותי.מאז הכבידה וזמן כרוך?
בעיקרון, איינשטיין עצמו כמעט הגיע כדי לבנות תיאורית יחסות מבוססת על דעות כאלה, שרק דבר אחד מנע את כוונותיו.אף אחד מהמדענים של אותה התקופה לא היה לי כל מידע בכל אשר יכולה לעזור לקבוע את "המהירות" של כוח הכבידה.אבל היה הרבה של מידע הקשור לתנועת המונים גדולים.כפי שאתם יודעים, הם פשוט עשו הוא מקור מוכר של שדות כבידה חזקים.מהירות גדולה
מאוד משפיעה על משקל גוף, וזה לא מצא חן במהירות האינטראקציה ותשלום.המהירות גבוהה יותר, כך גדל המשקל.הבעיה היא שזה אחרון באופן אוטומטי יהפוך אינסופי אם מהירות התנועה של אור או יותר.אז איינשטיין הגיע למסקנה שאין כוח משיכה, ושדה מותח לתאר שאמורה לשמש הרבה יותר משתנה.
חסידיו הגיע למסקנה שהכבידה וכמעט שאינו קשורה.העובדה ששדה מותח מאוד זה יכול לפעול בחלל, אך לא בזמן ההשפעה יכול.עם זאת, המודרני סטיבן הוקינג פיזיקאי המבריק יש נקודת המבט אחרת.אבל זה כבר סיפור אחר ...
