Ez a cikk az egyetemes gravitáció törvénye felfedezésének történetére összpontosít. Itt megismerkedünk a fizikai dogmát felfedező tudós életrajzi adataival, átgondoljuk főbb rendelkezéseit, a kvantumgravitációval való kapcsolatot, a fejlődés menetét és még sok mást.
Genius
Sir Isaac Newton angliai tudós. Egy időben sok figyelmet és erőfeszítést szentelt olyan tudományoknak, mint a fizika és a matematika, valamint sok újdonságot hozott a mechanikába és a csillagászatba. Joggal tekinthető a fizika egyik első megalapozójának klasszikus modelljében. Ő a szerzője a "Mathematical Principles of Natural Philosophy" című alapműnek, amelyben a mechanika három törvényéről és az egyetemes gravitáció törvényéről mutatott be információkat. Isaac Newton ezekkel a művekkel lerakta a klasszikus mechanika alapjait. Kidolgozta a differenciál- és integráltípus-számítást, a fényelméletet. Jelentős mértékben hozzájárult a fizikai optikához is.és sok más elméletet dolgozott ki a fizikában és a matematikában.
Jog
Az egyetemes gravitáció törvénye és felfedezésének története 1666-ig nyúlik vissza. Klasszikus formája a gravitációs típus kölcsönhatását leíró törvény, amely nem lépi túl a mechanika kereteit.
Lényege az volt, hogy 2, egymástól bizonyos r távolságra elválasztott m1 és m2 test vagy anyagpont között fellépő gravitációs húzóerő F mutatója mindkét tömegmutatóval arányos és egy fordított arányosság a testek közötti négyzettávolságokkal:
F=G, ahol G a gravitációs állandó 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Newton gravitációja
Mielőtt az egyetemes gravitáció törvénye felfedezésének történetét átgondolnánk, nézzük meg közelebbről annak általános jellemzőit.
A Newton által megalkotott elmélet szerint minden nagy tömegű testnek speciális mezőt kell létrehoznia maga körül, amely más tárgyakat vonz magához. Gravitációs mezőnek hívják, és van benne potenciál.
A gömbszimmetriájú test magán kívüli mezőt alkot, hasonló ahhoz, amit a test közepén elhelyezkedő, azonos tömegű anyagi pont hoz létre.
A gravitációs mező egy ilyen pontjának pályájának iránya, amelyet egy sokkal nagyobb tömegű test hoz létre, engedelmeskedik Kepler törvényének. Az univerzum tárgyai, mint pl.bolygó vagy üstökös, engedelmeskedjenek neki is, ellipszisben vagy hiperbolában mozogva. Az egyéb hatalmas testek által keltett torzítások figyelembevétele a perturbációelmélet rendelkezései alapján történik.
Elemzési pontosság
Miután Newton felfedezte az egyetemes gravitáció törvényét, többször is tesztelni és bizonyítani kellett. Ehhez számos számítást és megfigyelést végeztek. A rendelkezéseivel egyetértve és mutatójának pontosságából kiindulva a kísérleti becslési forma a GR egyértelmű igazolásaként szolgál. Egy olyan test kvadrupólus kölcsönhatásának mérése, amely forog, de antennái mozdulatlanok, azt mutatják, hogy a δ növekedési folyamata az r -(1+δ) potenciáltól függ, távolságra több méter, és a (2, 1±6, 2)•10-3 határértékben található. Számos más gyakorlati megerősítés tette lehetővé, hogy ez a törvény egyetlen formában, minden módosítás nélkül létrejöjjön. 2007-ben ezt a dogmát egy centiméternél (55 mikron-9,59 mm) kisebb távolságban újra ellenőrizték. Figyelembe véve a kísérleti hibákat, a tudósok megvizsgálták a távolságtartományt, és nem találtak nyilvánvaló eltérést ebben a törvényben.
A Hold Földhöz viszonyított keringésének megfigyelése is megerősítette annak érvényességét.
Euklideszi tér
Newton klasszikus gravitációs elmélete az euklideszi térhez kapcsolódik. A távolságmértékek tényleges egyenlősége kellően nagy pontossággal (10-9) a fent tárgy alt egyenlőség nevezőjében megmutatja nekünk a newtoni mechanika terének euklideszi alapját, hárommal. -dimenziós fizikai forma. NÁL NÉLaz anyag ilyen pontjához képest egy gömbfelület területe pontosan arányos a sugara négyzetének értékével.
Adatok az előzményekből
Vegyünk egy rövid összefoglalót az egyetemes gravitáció törvénye felfedezésének történetéről.
Az ötleteket más tudósok terjesztették elő, akik Newton előtt éltek. Epikurosz, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens és mások meglátogatták a róla szóló elmélkedéseket. Kepler azt javasolta, hogy a gravitációs erő fordítottan arányos a Nap csillagától való távolsággal, és csak az ekliptika síkjaiban oszlik el; Descartes szerint az éter vastagságában lévő örvények tevékenységének a következménye. Volt egy sor sejtés, amely a távolságtól való függéssel kapcsolatos helyes sejtéseket tükrözte.
Newton Halley-nek írt levele olyan információkat tartalmazott, hogy Sir Isaac elődjei Hooke, Wren és Buyo Ismael voltak. Előtte azonban senkinek sem sikerült egyértelműen, matematikai módszerekkel összekapcsolnia a gravitáció és a bolygómozgás törvényét.
Az egyetemes gravitáció törvénye felfedezésének története szorosan összefügg a "Természetfilozófia matematikai alapelvei" (1687) művével. Ebben a munkában Newton a szóban forgó törvényt Kepler empirikus törvényének köszönhetően tudta levezetni, amely akkor már ismert volt. Megmutatja nekünk, hogy:
- bármely látható bolygó mozgási formája egy központi erő jelenlétét jelzi;
- A központi típusú vonzás ereje elliptikus vagy hiperbolikus pályákat alkot.
Newton elméletéről
Az egyetemes gravitáció törvénye felfedezésének rövid történetének áttekintése számos olyan különbségre is rámutathat, amelyek megkülönböztetik a korábbi hipotézisektől. Newton nemcsak a vizsgált jelenség javasolt képletének közzétételével foglalkozott, hanem egy matematikai típusú modellt is javasolt holisztikus formában:
- rendelkezés a gravitációs törvényről;
- a mozgásjogról szóló törvény;
- a matematikai kutatás módszereinek szisztematikája.
Ez a triász az égi objektumok legbonyolultabb mozgását is elég pontosan tudta vizsgálni, így megteremtve az égi mechanika alapját. Einstein tevékenységének kezdetéig ebben a modellben nem volt szükség a korrekciók alapvető halmazának meglétére. Csak a matematikai apparátust kellett jelentősen javítani.
A megbeszélés tárgya
A tizennyolcadik század során felfedezett és bevált jog az aktív viták és alapos ellenőrzések jól ismert tárgyává vált. A század azonban általános egyetértéssel zárult posztulátumaival és kijelentéseivel. A törvény számításai segítségével pontosan meg lehetett határozni a testek mozgásának útjait a mennyben. Henry Cavendish közvetlen ellenőrzést végzett 1798-ban. Ezt egy torziós mérleg segítségével, nagy érzékenységgel tette. Az egyetemes gravitációs törvény felfedezésének történetében külön helyet kell foglalni a Poisson által bevezetett értelmezéseknek. Kidolgozta a gravitációs potenciál fogalmát és a Poisson-egyenletet, amellyel ez kiszámítható volt.lehetséges. Ez a fajta modell lehetővé tette a gravitációs mező vizsgálatát tetszőleges anyageloszlás jelenlétében.
Sok nehézség volt Newton elméletében. A főnek a hosszú távú cselekvés megmagyarázhatatlanságát tekinthetjük. Lehetetlen volt pontosan megválaszolni azt a kérdést, hogy a vonzási erők hogyan jutnak el végtelen sebességgel a vákuumtéren keresztül.
A törvény „fejlődése”
A következő kétszáz évben, és még többen, sok fizikus próbálkozott azzal, hogy különféle módokat javasoljon Newton elméletének javítására. Ezek az erőfeszítések 1915-ben diadallal végződtek, nevezetesen az általános relativitáselmélet megalkotásával, amelyet Einstein alkotott meg. Le tudta győzni az összes nehézséget. A megfelelési elvnek megfelelően Newton elmélete egy elméleti munka kezdetének közelítésének bizonyult egy általánosabb formában, amely bizonyos feltételek mellett alkalmazható:
- A gravitációs természet potenciálja nem lehet túl nagy a vizsgált rendszerekben. A Naprendszer az égitestek mozgására vonatkozó összes szabály betartásának példája. A relativisztikus jelenség a perihélium-eltolódás észrevehető megnyilvánulásában találja magát.
- A mozgás sebessége ebben a rendszercsoportban elhanyagolható a fénysebességhez képest.
Annak bizonyítéka, hogy gyenge stacionárius gravitációs térben a GR-számítások newtoni számítások formáját öltik, a gravitációs skaláris potenciál jelenléte stacionárius térbenaz erők gyengén kifejezett karakterisztikája, amely képes kielégíteni a Poisson-egyenlet feltételeit.
Kvantás skála
A történelemben azonban sem az egyetemes gravitáció törvényének tudományos felfedezése, sem az általános relativitáselmélet nem szolgálhat végső gravitációs elméletként, mivel mindkettő nem írja le megfelelően a gravitációs típusú folyamatokat a kvantumban. skála. A kvantumgravitációs elmélet megalkotására tett kísérlet a modern fizika egyik legfontosabb feladata.
A kvantumgravitáció szempontjából az objektumok közötti kölcsönhatás a virtuális gravitonok cseréjével jön létre. A bizonytalansági elvnek megfelelően a virtuális gravitonok energiapotenciálja fordítottan arányos azzal az időintervallumtal, amelyben létezett, az egyik tárgy általi kibocsátási ponttól addig az időpontig, amikor egy másik pont elnyelte.
Ebből kiderül, hogy kis távolsági skálán a testek kölcsönhatása virtuális típusú gravitonok cseréjét vonja maga után. Ezeknek a megfontolásoknak köszönhetően lehetséges a Newton-potenciál törvényére vonatkozó rendelkezés és annak függősége a távolságra vonatkozó arányosság reciprokának megfelelően megkötni. A Coulomb és Newton törvényei közötti analógia azzal magyarázható, hogy a gravitonok súlya nullával egyenlő. A fotonok tömege ugyanazt jelenti.
Megcsalás
Az iskolai tananyagban a válasz egy kérdésre a történelemből, hogyanNewton felfedezte az egyetemes gravitáció törvényét, egy lehulló almagyümölcs története. A legenda szerint egy tudós fejére esett. Ez azonban egy széles körben elterjedt tévhit, és valójában mindent meg lehetett tenni egy esetleges fejsérülés hasonló esete nélkül. Maga Newton néha megerősítette ezt a mítoszt, de a valóságban a törvény nem spontán felfedezés volt, és nem egy pillanatnyi belátásból jött. Ahogy fentebb írtuk, sokáig fejlesztették, és először a „Matematika alapelvei” című munkákban mutatták be, amelyek 1687-ben jelentek meg nyilvánosan.
