대부분의 사람들은 과학적이든 아니든간에 최소한 "중력"이라고 불리는 양이나 개념이 자신을 포함한 물체를 지구에 묶어 두는 것이라는 모호한 생각을 가지고 있습니다. 그들은 이것이 일반적으로 축복이라는 것을 이해하지만 특정 상황에서는 덜 그렇습니다. 예를 들어 나뭇 가지에 앉을 때 부상없이 지상으로 돌아가는 방법을 잘 모르거나 높이뛰기 또는 폴과 같은 이벤트에서 새로운 개인 기록을 세울 때 둥근 천장.
중력의 영향이 줄어들 때 어떤 일이 일어나는지보기 전까지는 중력의 개념 자체를 이해하기 어려울 수 있습니다. 지구에서 멀리 떨어진 행성을 공전하는 우주 정거장에서 우주 비행사의 영상을 볼 때처럼 표면. 사실, 물리학 자들은 궁극적으로 중력을 "원인"하는 원인에 대해 거의 알지 못합니다. 우주가 애초에 존재하는 이유를 우리 중 누구에게도 말할 수있는 것 이상입니다. 그러나 물리학 자들은 지구뿐만 아니라 우주 전체에서 중력이 예외적으로 잘하는 것을 설명하는 방정식을 생성했습니다.
중력의 간략한 역사
2000 년 전에 고대 그리스 사상가들은 시간의 시험을 거의 견디고 근대성까지 살아남은 많은 아이디어를 생각해 냈습니다. 그들은 행성과 별과 같은 먼 물체 (물론 관찰자들이 방법이 없었던 지구로부터의 실제 거리)를 분별했습니다. 아는 것) 실제로는 케이블이나 로프와 같은 것이 없었음에도 불구하고 실제로 서로 물리적으로 묶여 있었다. 함께. 다른 이론이없는 그리스인들은 태양, 달, 별 및 행성의 움직임이 신들의 변덕에 의해 지시되었다고 제안했습니다. (사실 당시 모든 행성은 신의 이름을 따서 명명되었다는 사실을 알고 있습니다.)이 이론은 단정하고 결정적이지만 테스트 할 수 없었기 때문에 더 만족스럽고 과학적으로 엄격한 설명.
약 300 ~ 400 년 전까지 만해도 Tycho Brahe와 Galileo Galilei와 같은 천문학 자들이 성경과는 달리 그 후 15 세기에 가까운 가르침에서 지구와 행성은 지구가 중심에있는 것이 아니라 태양을 중심으로 회전했습니다. 우주. 이것은 현재 이해되고있는 중력 탐사의 길을 열었습니다.
중력 이론
후기 이론 물리학 자 Jacob Bekenstein에 의해 표현 된 물체 사이의 중력 적 인력을 생각하는 한 가지 방법은 수필 CalTech에게 있어서는 "물질 함량 때문에 전기적으로 중립적 인 물체가 서로에게 작용하는 장거리 힘"입니다. 그건, 물체는 정전기 전하의 차이로 인해 힘을 경험할 수 있지만, 중력은 순전히 질량. 기술적으로, 당신과 당신이 읽고있는 컴퓨터, 전화 또는 태블릿은 중력을가합니다. 하지만 귀하와 귀하의 인터넷 지원 장치는 너무 작아서이 힘은 사실상 감지 할 수 없습니다. 분명히 행성, 별, 은하 전체, 심지어 은하단 규모의 물체에 대해서는 다른 이야기입니다.
Isaac Newton (1642-1727)은 역사상 가장 뛰어난 수학적 정신 중 한 명이자 미적분 분야의 공동 발명가 중 한 명으로 두 물체 사이의 중력은 질량의 곱에 정비례하고 사이 거리의 제곱에 반비례합니다. 그들. 이것은 방정식의 형태를 취합니다.
F_ {grav} = \ frac {Gm_1m_2} {r ^ 2}
여기서 F중력 뉴턴 단위의 중력, m1 그리고 m2 물체의 질량 (킬로그램), r은 물체를 분리하는 거리 (미터), 비례 상수 G의 값은 6.67 × 10-11 (N · m2)/킬로그램2.
이 방정식은 일상적인 용도로 훌륭하게 작동하지만, 그 값은 질문은 상대 론적입니다. 즉, 일반적인 인간을 훨씬 벗어난 질량과 속도로 설명됩니다. 경험. 이것이 아인슈타인의 중력 이론이 나오는 곳입니다.
아인슈타인의 일반 상대성 이론
1905 년, 과학사에서 가장 잘 알려진 이름이자 천재 수준의 업적과 가장 동의어 인 알버트 아인슈타인은 그의 특수 상대성 이론을 발표했습니다. 이것이 기존 물리학 지식에 끼친 다른 영향 중에서도 Newton 's에 내장 된 가정에 의문을 제기했습니다. 중력의 개념, 즉 중력은 그 광활함에 관계없이 물체 사이에서 순간적으로 작용합니다. 분리. 아인슈타인의 계산에 따르면 빛의 속도는 3 × 108 m / s 또는 초당 약 186,000 마일이 우주를 통해 얼마나 빨리 전파 될 수 있는지에 대한 상한선을 설정했습니다. 뉴턴의 아이디어는 적어도 특정 경우에 갑자기 취약 해 보였습니다. 다시 말해, 뉴턴 중력 이론은 상상할 수있는 거의 모든 상황에서 계속해서 훌륭하게 수행되었지만, 중력에 대한 보편적 인 설명은 분명히 아니 었습니다.
아인슈타인은 다음 10 년 동안 뉴턴의 기본 중력을 조정하는 또 다른 이론을 공식화했습니다. 빛의 속도가 우주의 모든 과정에 부과되거나 부과되는 것처럼 보이는 상한선을 가진 틀. 아인슈타인이 1915 년에 도입 한 결과는 일반 상대성 이론이었습니다. 오늘날까지 모든 중력 이론의 기초를 형성하는이 이론의 승리는 그것은 중력의 개념을 시공간의 곡률의 표현으로 구성했습니다. se. 이 아이디어는 완전히 새로운 것이 아닙니다. 수학자 Georg Bernhard Riemann은 1854 년에 관련 아이디어를 내놓았습니다. 그러나 아인슈타인은 순전히 물리적 인 힘에 뿌리를 둔 것에서 중력 이론을보다 기하학 기반 이론: 그것은 3 개의 공간 차원을 동반하기 위해 사실상 4 차원 인 시간을 제안했습니다. 이미 익숙합니다.
지구와 그 너머의 중력
아인슈타인의 일반 상대성 이론의 의미 중 하나는 중력이 물체의 질량이나 물리적 구성과 독립적으로 작동한다는 것입니다. 이것은 무엇보다도 고층 빌딩 꼭대기에서 떨어진 캐논볼과 대리석이 하나가 다른 것보다 훨씬 더 거대 함에도 불구하고 중력에 의해 정확히 같은 정도로 가속됩니다. (완전성을 위해 이것은 공기 저항이 문제가되지 않는 진공 상태에서만 기술적으로 사실이라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 깃털은 슛 풋보다 분명히 더 느리게 떨어지지 만 진공 상태에서는 그렇지 않습니다.) 아인슈타인 아이디어의 이러한 측면은 충분히 테스트 할 수있었습니다. 그러나 상대 주의적 상황은 어떻습니까?
2018 년 7 월, 국제 천문학 자 팀은 지구에서 4,200 광년 떨어진 삼성 계에 대한 연구를 결론지었습니다. 광년은 빛이 1 년 (약 6 조 마일) 동안 이동하는 거리입니다. 이것은 지구상의 천문학 자들이 기원전 약 2,200 년에 실제로 발생한 빛을 드러내는 현상 관찰 이 특이한 시스템은 두 개의 작고 밀도가 높은 별들로 구성되어 있습니다. "펄서"는 1 초에 366 번 회전하고 다른 하나는 백색 왜성이며 1.6이라는 매우 짧은 주기로 서로 궤도를 돌고 있습니다. 일. 이 쌍은 차례로 327 일마다 더 먼 백색 왜성을 공전합니다. 요컨대, 이 세 별의 상호 열광적 인 움직임을 설명 할 수있는 중력에 대한 유일한 설명은 매우 특이한 시스템은 아인슈타인의 일반 상대성 이론이었고, 방정식은 사실 상황에 적합합니다. 아주.