पृथ्वी पर गुरुत्वाकर्षण का क्या कारण है?

अधिकांश लोग, वैज्ञानिक रूप से उन्मुख या अन्यथा, कम से कम एक अस्पष्ट विचार रखते हैं कि "गुरुत्वाकर्षण" नामक कुछ मात्रा या अवधारणा वह है जो वस्तुओं को स्वयं सहित, पृथ्वी से बांधती है। वे समझते हैं कि यह सामान्य रूप से एक आशीर्वाद है, लेकिन कुछ स्थितियों में ऐसा कम होता है - कहते हैं, जब एक पेड़ की शाखा पर और थोड़ा सा इस बात को लेकर अनिश्चित हैं कि जमीन पर वापस कैसे आएं, या ऊंची कूद या पोल जैसी घटना में एक नया व्यक्तिगत रिकॉर्ड स्थापित करने का प्रयास करते समय तिजोरी

जब तक इसका प्रभाव कम हो जाता है तब तक क्या होता है, यह देखने तक गुरुत्वाकर्षण की धारणा की सराहना करना शायद मुश्किल है या मिटा दिया गया है, जैसे कि अंतरिक्ष स्टेशन पर अंतरिक्ष यात्रियों के फुटेज देखते समय पृथ्वी से दूर ग्रह की परिक्रमा करते हुए सतह। और वास्तव में, भौतिकविदों को इस बात का बहुत कम पता है कि अंततः गुरुत्वाकर्षण का "कारण" क्या है, इससे कहीं अधिक वे हममें से किसी को भी बता सकते हैं कि ब्रह्मांड पहले स्थान पर क्यों मौजूद है। हालांकि, भौतिकविदों ने ऐसे समीकरण तैयार किए हैं जो बताते हैं कि न केवल पृथ्वी पर बल्कि पूरे ब्रह्मांड में गुरुत्वाकर्षण क्या असाधारण रूप से अच्छा करता है।

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गुरुत्वाकर्षण का एक संक्षिप्त इतिहास

२,००० साल पहले, प्राचीन यूनानी विचारक बहुत सारे विचारों के साथ आए थे जो काफी हद तक समय की कसौटी पर खरे उतरे हैं और आधुनिकता तक जीवित रहे हैं। उन्होंने पाया कि दूर की वस्तुएं जैसे ग्रह और तारे (पृथ्वी से वास्तविक दूरी, निश्चित रूप से, पर्यवेक्षकों के पास कोई रास्ता नहीं था जानने वाले) वास्तव में एक-दूसरे से शारीरिक रूप से बंधे हुए थे, भले ही उन्हें जोड़ने वाली केबल या रस्सियों जैसी कोई चीज न हो साथ में। अन्य सिद्धांतों की अनुपस्थिति में, यूनानियों ने प्रस्तावित किया कि सूर्य, चंद्रमा, सितारों और ग्रहों की गति देवताओं की सनक से निर्धारित होती है। (वास्तव में, सभी ग्रह जानते हैं कि उन दिनों देवताओं के नाम पर रखा गया था।) हालांकि यह सिद्धांत साफ और निर्णायक था, यह परीक्षण योग्य नहीं था, और इसलिए अधिक संतोषजनक और वैज्ञानिक रूप से कठोर के लिए एक स्टैंड-इन से अधिक नहीं था व्याख्या।

यह लगभग ३०० से ४०० साल पहले तक नहीं था कि टाइको ब्राहे और गैलीलियो गैलीली जैसे खगोलविदों ने यह माना कि, बाइबिल के विपरीत शिक्षाएँ तब लगभग १५ शताब्दी पुरानी थीं, पृथ्वी और ग्रह सूर्य के चारों ओर घूमते थे, न कि पृथ्वी के केंद्र में होने के कारण ब्रम्हांड। इसने गुरुत्वाकर्षण के अन्वेषण का मार्ग प्रशस्त किया जैसा कि वर्तमान में समझा जाता है।

गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत

स्वर्गीय सैद्धांतिक भौतिक विज्ञानी जैकब बेकेंस्टीन द्वारा व्यक्त वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण आकर्षण के बारे में सोचने का एक तरीका निबंध CalTech के लिए, "लंबी दूरी की ताकतें हैं जो विद्युत रूप से तटस्थ निकाय अपने पदार्थ की सामग्री के कारण एक दूसरे पर आरोपित करते हैं।" अर्थात्, जबकि वस्तुओं को इलेक्ट्रोस्टैटिक चार्ज में अंतर के परिणामस्वरूप बल का अनुभव हो सकता है, गुरुत्वाकर्षण के परिणामस्वरूप बल के कारण बल होता है द्रव्यमान। तकनीकी रूप से, आप और जिस कंप्यूटर, फ़ोन या टैबलेट पर आप इसे पढ़ रहे हैं, उस पर गुरुत्वाकर्षण बल लगाते हैं एक दूसरे, लेकिन आप और आपका इंटरनेट-सक्षम डिवाइस इतने छोटे हैं कि यह बल वस्तुतः है पता लगाने योग्य नहीं। जाहिर है, ग्रहों, सितारों, पूरी आकाशगंगाओं और यहां तक ​​कि आकाशगंगाओं के समूहों के पैमाने पर वस्तुओं के लिए, यह एक अलग कहानी है।

आइजैक न्यूटन (१६४२-१७२७) को इतिहास में सबसे शानदार गणितीय दिमागों में से एक होने का श्रेय दिया जाता है और कैलकुलस के क्षेत्र के सह-आविष्कारकों में से एक, प्रस्तावित कि दो वस्तुओं के बीच गुरुत्वाकर्षण बल उनके द्रव्यमान के उत्पाद के सीधे आनुपातिक और बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है उन्हें। यह समीकरण का रूप लेता है:

F_{grav}=\frac{Gm_1m_2}{r^2}

जहां एफग्रेवी न्यूटन में गुरुत्वाकर्षण बल है, m1 और एम2 वस्तुओं का द्रव्यमान किलोग्राम में है, r वस्तुओं को मीटर में अलग करने की दूरी है और आनुपातिकता स्थिरांक G का मान 6.67 × 10 है-11 (एन एम2)/किलोग्राम2.

जबकि यह समीकरण रोजमर्रा के उद्देश्यों के लिए शानदार ढंग से काम करता है, इसका मूल्य कम हो जाता है जब वस्तुओं में प्रश्न सापेक्षतावादी हैं, जो कि विशिष्ट मानव के बाहर द्रव्यमान और गति द्वारा वर्णित हैं अनुभव। यहीं से आइंस्टीन का गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत आता है।

आइंस्टीन का सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत

1905 में, अल्बर्ट आइंस्टीन, जिनका नाम शायद विज्ञान के इतिहास में सबसे अधिक पहचाना जाने वाला और जीनियस-लेवल करतबों का सबसे पर्यायवाची है, ने सापेक्षता के अपने विशेष सिद्धांत को प्रकाशित किया। भौतिक ज्ञान के मौजूदा शरीर पर इसके अन्य प्रभावों के अलावा, इसने न्यूटन के सिद्धांत में निर्मित धारणा पर सवाल उठाया गुरुत्वाकर्षण की अवधारणा, जो कि गुरुत्वाकर्षण प्रभाव में वस्तुओं के बीच तुरंत संचालित होता है, चाहे उनकी विशालता कुछ भी हो अलगाव। आइंस्टीन की गणना के बाद स्थापित किया गया कि प्रकाश की गति, 3 × 108 m/s या लगभग १८६,००० मील प्रति सेकंड, अंतरिक्ष के माध्यम से कितनी जल्दी कुछ भी प्रचारित किया जा सकता है, इस पर एक ऊपरी सीमा रखी, न्यूटन के विचार अचानक कमजोर लग रहे थे, कम से कम कुछ उदाहरणों में। दूसरे शब्दों में, जबकि न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत ने लगभग सभी कल्पनीय संदर्भों में सराहनीय प्रदर्शन करना जारी रखा, यह स्पष्ट रूप से गुरुत्वाकर्षण का सार्वभौमिक रूप से सही वर्णन नहीं था।

आइंस्टीन ने अगले 10 साल एक और सिद्धांत तैयार करने में बिताए, जो न्यूटन के मूल गुरुत्वाकर्षण के साथ सामंजस्य स्थापित करेगा ब्रह्मांड में सभी प्रक्रियाओं पर प्रकाश की गति को ऊपरी सीमा के साथ लगाया गया है, या लगाया गया प्रतीत होता है। 1915 में आइंस्टीन ने जो परिणाम पेश किया, वह सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत था। आज तक के सभी गुरुत्वाकर्षण सिद्धांतों का आधार बनाने वाले इस सिद्धांत की विजय यह है कि इसने गुरुत्वाकर्षण की अवधारणा को अंतरिक्ष-समय की वक्रता की अभिव्यक्ति के रूप में तैयार किया, न कि प्रति बल के रूप में से. यह विचार बिल्कुल नया नहीं था; गणितज्ञ जॉर्ज बर्नहार्ड रीमैन ने 1854 में संबंधित विचार प्रस्तुत किए थे। लेकिन आइंस्टीन ने इस प्रकार गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत को पूरी तरह से भौतिक शक्तियों में निहित कुछ से अधिक में बदल दिया था ज्यामिति-आधारित सिद्धांत: इसने तीन स्थानिक आयामों के साथ एक वास्तविक चौथा आयाम, समय प्रस्तावित किया जो थे पहले से ही परिचित।

पृथ्वी और परे की गुरुत्वाकर्षण

आइंस्टीन के सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत के निहितार्थों में से एक यह है कि गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान या वस्तुओं की भौतिक संरचना से स्वतंत्र रूप से संचालित होता है। इसका मतलब यह है कि, अन्य बातों के अलावा, एक गगनचुंबी इमारत के ऊपर से गिराया गया एक तोप का गोला और एक संगमरमर जमीन की ओर गिरेगा एक ही गति, गुरुत्वाकर्षण बल द्वारा ठीक उसी हद तक त्वरित, जबकि एक दूसरे की तुलना में कहीं अधिक विशाल है। (पूर्णता के लिए यह नोट करना महत्वपूर्ण है कि यह तकनीकी रूप से केवल एक निर्वात में सच है, जहां वायु प्रतिरोध कोई मुद्दा नहीं है। एक पंख स्पष्ट रूप से शॉट पुट की तुलना में अधिक धीरे-धीरे गिरता है, लेकिन एक निर्वात में, ऐसा नहीं होगा।) आइंस्टीन के विचार का यह पहलू पर्याप्त परीक्षण योग्य था। लेकिन सापेक्षतावादी स्थितियों के बारे में क्या?

जुलाई 2018 में, खगोलविदों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने पृथ्वी से 4,200 प्रकाश वर्ष दूर एक ट्रिपल-स्टार सिस्टम का अध्ययन किया। एक प्रकाश वर्ष होने के कारण प्रकाश एक वर्ष (लगभग छह ट्रिलियन मील) में यात्रा करता है, इसका मतलब है कि पृथ्वी पर यहां के खगोलविद थे प्रकाश-प्रकट घटना का अवलोकन करना जो वास्तव में लगभग 2,200 ई.पू. इस असामान्य प्रणाली में दो छोटे, घने तारे होते हैं - एक a "पल्सर" अपनी धुरी पर प्रति सेकंड 366 बार घूमता है, और दूसरा एक सफेद बौना - 1.6 की उल्लेखनीय छोटी अवधि के साथ एक दूसरे की परिक्रमा करता है दिन। यह जोड़ी बदले में हर 327 दिनों में एक अधिक दूर के सफेद बौने तारे की परिक्रमा करती है। संक्षेप में, गुरुत्वाकर्षण का एकमात्र विवरण जो इसमें तीन सितारों के आपसी उन्मादी आंदोलनों के लिए जिम्मेदार हो सकता है अत्यधिक असामान्य प्रणाली आइंस्टीन का सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत था - और समीकरण, वास्तव में, स्थिति के अनुकूल हैं पूरी तरह से।

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