ადამიანთა უმეტესობას, მეცნიერულად ორიენტირებულს ან სხვაგვარად, სულ მცირე ბუნდოვანი წარმოდგენა აქვთ, რომ რაღაც სიმძიმე ან კონცეფცია, რომელსაც ეწოდება "მიზიდულობა", არის ის, რაც საგნებს, მათ შორის საკუთარ თავს, დედამიწაზე აკავშირებს. მათ ესმით, რომ ეს ზოგადად კურთხევაა, მაგრამ ნაკლებად გარკვეულ სიტუაციებში - ვთქვათ, როდესაც ხის ტოტზე დგებიან და ცოტათი არ იცით როგორ უნდა დაბრუნდეთ ადგილზე უვნებლად, ან როდესაც ცდილობთ ახალი პირადი რეკორდი დაამყაროთ ისეთ მოვლენაში, როგორიცაა სიმაღლის ნახტომი ან ბოძი სარდაფით.
ალბათ ძნელია თვით გრავიტაციის ცნების შეფასება მანამ, სანამ არ დაინახავ რა ხდება, როდესაც მისი გავლენა შემცირდება ან განადგურებულია, მაგალითად, კოსმოსური სადგურის ასტრონავტების კადრების ყურებისას, რომლებიც დედამიწის შორს პლანეტის გარშემო ტრიალებენ ზედაპირი. და სინამდვილეში, ფიზიკოსებს მცირედი წარმოდგენა აქვთ იმის შესახებ, თუ რა "იწვევს" მიზიდულობას, უფრო მეტიც, ვიდრე მათ შეუძლიათ ვინმესგან თქვან, რატომ არის სამყარო უპირველეს ყოვლისა. ფიზიკოსებმა შექმნეს განტოლებები, რომლებიც აღწერს იმას, თუ რას აკეთებს გრავიტაცია განსაკუთრებით კარგად, არა მხოლოდ დედამიწაზე, არამედ მთელ კოსმოსში.
გრავიტაციის მოკლე ისტორია
2000 წელზე მეტი ხნის განმავლობაში, ძველი ბერძენი მოაზროვნეები გამოდიოდნენ უამრავ იდეასთან, რომლებმაც დიდწილად გაუძლეს დროის გამოცდას და გადაურჩნენ თანამედროვეობას. მათ დაინახეს, რომ შორეული ობიექტები, როგორიცაა პლანეტები და ვარსკვლავები (დედამიწიდან ნამდვილი მანძილი, რა თქმა უნდა, დამკვირვებლებს გზა არ ჰქონდათ სინამდვილეში, ისინი ფიზიკურად იყვნენ დაკავშირებული ფიზიკურად, მიუხედავად იმისა, რომ მათ არაფერი აკავშირებს კაბელებთან და თოკებთან ერთად. სხვა თეორიების არარსებობის გამო, ბერძნები ვარაუდობდნენ, რომ მზის, მთვარის, ვარსკვლავებისა და პლანეტების მოძრაობები ღმერთების ახირებებმა უკარნახეს. (სინამდვილეში, ყველა იმ პლანეტამ, რომელიც იმ დღეებში იცის, ღმერთების სახელი ეწოდა.) მიუხედავად იმისა, რომ ეს თეორია იყო სისუფთავე და გადამწყვეტი, არ იყო გამოსაცდელი და, შესაბამისად, მეტი არაფერი იყო ვიდრე უფრო დამაკმაყოფილებელი და მეცნიერულად მკაცრი განმარტება.
ასტრონომებმა, როგორიცაა ტიხო ბრაჰე და გალილეო გალილეი, მხოლოდ 300–400 წლის წინ შეიტყვეს, რომ ეს ეწინააღმდეგებოდა ბიბლიურ 15 საუკუნის მახლობელი სწავლებები, დედამიწა და პლანეტები მზის გარშემო ტრიალებდნენ, ვიდრე დედამიწა ცენტრში იყო სამყარო ამან გზა გაუხსნა მიზიდულობის გამოკვლევებს, როგორც ამჟამად ესმის.
სიმძიმის თეორიები
საგნებს შორის გრავიტაციული მიზიდულობაზე ფიქრის ერთ-ერთი გზა, რომელიც გამოხატა გვიანდელმა თეორიულმა ფიზიკოსმა იაკობ ბეკენშტეინმა ესეიგი CalTech– ისთვის არის "გრძელი დიაპაზონის ძალები, რომლებიც ელექტრული ნეიტრალური სხეულები ახდენენ ერთმანეთს მატერიის შინაარსის გამო". ანუ მიუხედავად იმისა, რომ ობიექტებს შეიძლება განიცადონ ძალა ელექტროსტატიკური მუხტის განსხვავებების შედეგად, სიმძიმის ნაცვლად ხდება ძალა მასა ტექნიკურად, თქვენ და კომპიუტერი, ტელეფონი ან ტაბლეტი, რომელსაც ამას კითხულობთ, გრავიტაციულ ძალებს ახორციელებთ ერთმანეთი, მაგრამ შენ და და თქვენი ინტერნეტით აღჭურვილი მოწყობილობა იმდენად მცირეა, რომ ეს ძალა ვირტუალურად არის ამოუცნობი. ცხადია, პლანეტების, ვარსკვლავების, მთელი გალაქტიკების და გალაქტიკების მტევნის მასშტაბის ობიექტებისთვის ეს სხვა ამბავია.
ისააკ ნიუტონი (1642-1727), რომელსაც მიაწერენ ისტორიაში ერთ-ერთ ყველაზე ბრწყინვალე მათემატიკურ გონებას და ანგარიშის დარგის ერთ-ერთ გამომგონებელს, შესთავაზა რომ სიმძიმის ძალა ორ ობიექტს შორის პირდაპირპროპორციულია მათი მასის პროდუქტისა და უკუპროპორციულია მანძილი კვადრატისა მათ ეს განტოლების ფორმას იღებს:
F_ {grav} = \ frac {Gm_1m_2} {r ^ 2}
სადაც ფგრავიტაცია არის გრავიტაციული ძალა ნიუტონში, მ1 და მ2 არის ობიექტების მასები კილოგრამებში, r არის ობიექტების გამყოფი მანძილი მეტრებში და პროპორციულობის მუდმივის მნიშვნელობა 6,67 × 10-11 (N ⋅ m2)/კგ2.
მიუხედავად იმისა, რომ ეს განტოლება შესანიშნავად მუშაობს ყოველდღიური მიზნებისთვის, მისი ღირებულება მცირდება, როდესაც ობიექტები შედიან კითხვა რელატივისტურია, ანუ აღწერილია მასებისა და სიჩქარით ტიპური ადამიანის გარეთ გამოცდილება სწორედ აქ ჩნდება აინშტაინის გრავიტაციის თეორია.
აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორია
1905 წელს ალბერტ აინშტაინმა, რომლის სახელიც ალბათ ყველაზე ცნობადია მეცნიერების ისტორიაში და ყველაზე სინონიმია გენიალური დონის სიგელეთათვის, გამოაქვეყნა თავისი ფარდობითობის სპეციალური თეორია. ეს სხვა გავლენას ახდენს ფიზიკის ცოდნის არსებულ სხეულზე, მან კითხვის ნიშნის ქვეშ დააყენა ნიუტონის ჩათვლით დაშვება გრავიტაციის კონცეფცია, რაც არის ის, რომ სიმძიმე მოქმედებდა მყისიერად ობიექტებს შორის, განურჩევლად მათი მასშტაბურობისა განცალკევება. აინშტაინის გათვლებით დადგინდა, რომ სინათლის სიჩქარეა 3 × 108 მ / წმ ან დაახლოებით 186,000 მილი წამში, ზედა ზღვარი დაედო იმას, თუ რა სიჩქარით შეიძლება გავრცელებულიყო სივრცეში, ნიუტონის იდეები მოულოდნელად დაუცველი ჩანდა, ყოველ შემთხვევაში, გარკვეულ შემთხვევებში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მიუხედავად იმისა, რომ ნიუტონის გრავიტაციული თეორია აგრძელებდა შესანიშნავ მოქმედებას თითქმის ყველა წარმოსახვით კონტექსტში, ეს აშკარად არ წარმოადგენდა გრავიტაციის უნივერსალურად ჭეშმარიტ აღწერას.
აინშტაინმა შემდეგი 10 წელი დახარჯა სხვა თეორიის ფორმულირებაში, რომელიც შეითავსებს ნიუტონის ძირითად გრავიტაციულს ჩარჩო ზედა ზღვრით ატარებს ან აჩენს თავს სამყაროს ყველა პროცესს. შედეგი, რომელიც აინშტაინმა დანერგა 1915 წელს, იყო ფარდობითობის ზოგადი თეორია. ამ თეორიის ტრიუმფი, რომელიც გრავიტაციული თეორიის საფუძველს ქმნის დღემდე, არის ის მან ჩამოაყალიბა გრავიტაციის კონცეფცია, როგორც სივრცის დროის გამრუდება და არა როგორც ძალა სე ეს იდეა საერთოდ არ იყო ახალი; მათემატიკოსმა გეორგ ბერნჰარდ რიემანმა წარმოადგინა დაკავშირებული იდეები 1854 წელს. ამრიგად, აინშტაინმა გრავიტაციული თეორია გადააკეთა რაღაც ფიზიკური ძალებისგან გეომეტრიაზე დაფუძნებული თეორია: მან შემოგვთავაზა დე ფაქტო მეოთხე განზომილება, დრო, რომელიც თან ახლავს სამ სივრცულ განზომილებას უკვე ნაცნობი.
დედამიწის მიზიდულობა და მის მიღმა
აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ერთ-ერთი გავლენა ისაა, რომ გრავიტაცია მოქმედებს მასის ან ობიექტების ფიზიკური შემადგენლობისგან დამოუკიდებლად. ეს ნიშნავს, რომ სხვა საკითხებთან ერთად, ცათამბჯენის ზემოდან ჩამოვარდნილი ჭურვი და მარმარილო დაეცემა მიწისკენ იგივე სიჩქარე, დაჩქარებულია ზუსტად იგივე ზომით სიმძიმის ძალით, მიუხედავად იმისა, რომ ერთი ბევრად უფრო მასიურია, ვიდრე მეორე. (სრულად უნდა აღინიშნოს, რომ ეს ტექნიკურად მართალია მხოლოდ ვაკუუმში, სადაც ჰაერის წინააღმდეგობა არ არის პრობლემა. ბუმბული აშკარად უფრო ნელა ვარდება ვიდრე ნასროლი იარაღი, მაგრამ ვაკუუმში ეს ასე არ იქნება.) აინშტაინის იდეის ეს ასპექტი საკმარისად გამოსაცდელი იყო. რაც შეეხება რელატივისტურ სიტუაციებს?
2018 წლის ივლისში ასტრონომთა საერთაშორისო ჯგუფმა დაასრულა სამ ვარსკვლავიანი სისტემის კვლევა დედამიწიდან 4200 სინათლის წლის დაშორებით. სინათლის წელი, როდესაც მანძილი შუქზე გადის ერთ წელიწადში (დაახლოებით ექვსი ტრილიონი მილი), ეს ნიშნავს, რომ დედამიწაზე ასტრონომები აკვირდება სინათლის გამომჟღავნებულ მოვლენებს, რომლებიც სინამდვილეში მოხდა დაახლოებით 2200 წელს. ეს არაჩვეულებრივი სისტემა შედგება ორი პატარა, მკვრივი ვარსკვლავისგან - ერთი ა "პულსარი" წამში 366 ჯერ ტრიალებს თავის ღერძზე, ხოლო მეორე თეთრი ჯუჯა - ორბიტაზე მოძრაობენ ერთმანეთთან საოცრად მოკლე პერიოდით 1,6 დღეები ეს წყვილი თავის მხრივ უფრო შორეულ თეთრ ჯუჯა ვარსკვლავს ორბიტაზე ატარებს ყოველ 327 დღეში. მოკლედ, გრავიტაციის ერთადერთი აღწერა, რომელიც შეიძლება ითვალისწინებდეს ამ სამი ვარსკვლავის ორმხრივ მოძრაობას უჩვეულო სისტემა იყო აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორია - და განტოლებები, სინამდვილეში, შეესაბამება სიტუაციას მშვენივრად.