Yerçekiminin Nedeni Nedir?

Bilimsel yönelimli veya başka türlü çoğu insan, kendileri de dahil olmak üzere nesneleri Dünya'ya bağlı tutan şeyin "yerçekimi" adı verilen bir miktar veya kavramın olduğu konusunda en azından belirsiz bir fikre sahiptir. Bunun genel olarak bir nimet olduğunu anlıyorlar, ancak bazı durumlarda daha az - örneğin, bir ağaç dalına tünediğinde ve biraz yere zarar görmeden nasıl geri döneceğinden emin değilken veya yüksek atlama veya direk gibi bir olayda yeni bir kişisel rekor kırmaya çalışırken kasa.

Etkisi azaldığında ne olduğunu görene kadar yerçekimi kavramını takdir etmek belki de zordur. veya Dünya'dan çok uzakta gezegenin yörüngesinde dönen bir uzay istasyonundaki astronotların görüntülerini izlerken olduğu gibi silindi yüzey. Ve gerçekte, fizikçiler, herhangi birimize evrenin neden var olduğunu söyleyebileceklerinden daha fazla, nihayetinde yerçekimine neyin "neden" olduğuna dair çok az fikre sahipler. Bununla birlikte fizikçiler, yerçekiminin sadece Dünya'da değil, kozmosta son derece iyi yaptığını tanımlayan denklemler ürettiler.

2000 yılı aşkın bir süre önce, antik Yunan düşünürleri, büyük ölçüde zamana dayanan ve moderniteye ulaşan birçok fikir ortaya attılar. Gezegenler ve yıldızlar gibi uzaktaki nesnelerin (elbette gözlemcilerin hiçbir şekilde ulaşamadığı Dünya'dan gerçek mesafeler) olduğunu fark ettiler. Aslında, muhtemelen onları birbirine bağlayan kablolar veya halatlar gibi hiçbir şeye sahip olmamasına rağmen fiziksel olarak birbirine bağlıydılar. birlikte. Diğer teorilerin olmadığı Yunanlılar, güneşin, ayın, yıldızların ve gezegenlerin hareketlerinin tanrıların kaprisleri tarafından belirlendiğini öne sürdüler. (Aslında tüm gezegenlerin o günlerde tanrıların isimlerinin verildiğini biliyor.) Bu teori düzgün ve kesin olsa da, test edilebilir değildi ve bu nedenle daha tatmin edici ve bilimsel olarak titiz bir vekilden başka bir şey değildi. açıklama.

Yaklaşık 300 ila 400 yıl öncesine kadar Tycho Brahe ve Galileo Galilei gibi gökbilimciler, İncil'in aksine, bunu fark etmediler. 15 yüzyıla yakın öğretiler, Dünya ve gezegenler, Dünya'nın merkezinde olmaktan ziyade güneşin etrafında dönüyordu. Evren. Bu, şu anda anlaşıldığı şekliyle yerçekimi keşiflerinin yolunu açtı.

Son dönem teorik fizikçi Jacob Bekenstein tarafından ifade edilen, nesneler arasındaki çekimsel çekimi düşünmenin bir yolu. makale CalTech için, "elektriksel olarak nötr cisimlerin madde içerikleri nedeniyle birbirlerine uyguladıkları uzun menzilli kuvvetler" gibidir. Yani, Nesneler, elektrostatik yükteki farklılıkların bir sonucu olarak bir kuvvete maruz kalabilirken, yerçekimi bunun yerine katıksız bir kuvvetle sonuçlanır. kitle. Teknik olarak, siz ve bunu okuduğunuz bilgisayar, telefon veya tablet yerçekimi kuvvetleri uygular. ama siz ve internete bağlı cihazınız o kadar küçüksünüz ki bu kuvvet neredeyse tespit edilemez. Açıkçası, gezegenler, yıldızlar, tüm galaksiler ve hatta galaksi kümeleri ölçeğindeki nesneler için bu farklı bir hikaye.

Isaac Newton (1642-1727), tarihin en parlak matematiksel zihinlerinden biri ve kalkülüs alanının ortak mucitlerinden biri olarak kabul edildi. iki cisim arasındaki yerçekimi kuvvetinin kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı ve aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı olduğunu onları. Bu denklemin şeklini alır:

nerede F_yerçekimi Newton cinsinden yerçekimi kuvveti, m₁ ve M₂ cisimlerin kilogram cinsinden kütleleri, r cisimleri metre cinsinden ayıran mesafe ve orantı sabiti G'nin değeri 6.67 × 10^-11 (N ⋅ m²)/kilogram².

Bu denklem günlük amaçlar için mükemmel bir şekilde çalışırken, içindeki nesneler değiştiğinde değeri azalır. Soru görecelidir, yani tipik insan sınırlarının çok dışında kütleler ve hızlarla tanımlanır. deneyim. Einstein'ın yerçekimi teorisi burada devreye giriyor.

1905'te, adı bilim tarihinde belki de en çok tanınan ve dahi düzeyindeki başarılarla en çok eşanlamlı olan Albert Einstein, özel görelilik kuramını yayınladı. Bunun fizik bilgisinin mevcut gövdesi üzerinde sahip olduğu diğer etkilerin yanı sıra, Newton'un felsefesinde yerleşik olan varsayımın sorgulanmasına neden oldu. yerçekimi kavramı, yani yerçekimi, boyutlarının genişliğinden bağımsız olarak nesneler arasında anında çalışır. ayrılık. Einstein'ın hesaplamaları, ışık hızının 3 × 10 olduğunu belirledikten sonra⁸ m/s veya saniyede yaklaşık 186,000 mil, herhangi bir şeyin uzayda ne kadar hızlı yayılabileceğine dair bir üst sınır koydu, Newton'un fikirleri, en azından bazı durumlarda, aniden savunmasız görünüyordu. Başka bir deyişle, Newton'un yerçekimi teorisi neredeyse akla gelebilecek tüm bağlamlarda takdire şayan bir şekilde performans göstermeye devam ederken, açıkça evrensel olarak doğru bir yerçekimi tanımı değildi.

Einstein, sonraki 10 yılını Newton'un temel yerçekimini uzlaştıracak başka bir teori formüle etmek için harcadı. Üst sınırı, evrendeki tüm süreçlere dayatılan veya empoze edilen ışık hızına sahip çerçeve. Einstein'ın 1915'te ortaya koyduğu sonuç, genel görelilik kuramıydı. Günümüze kadar tüm yerçekimi teorilerinin temelini oluşturan bu teorinin zaferi şudur: yerçekimi kavramını, uzay-zamanın eğriliğinin bir tezahürü olarak çerçeveledi, başına bir kuvvet olarak değil. se. Bu fikir tamamen yeni değildi; matematikçi Georg Bernhard Riemann, 1854'te ilgili fikirler üretmişti. Ancak Einstein böylece yerçekimi teorisini tamamen fiziksel kuvvetlere dayanan bir şeyden daha Geometri temelli teori: Gerçekte bir dördüncü boyut, zaman, üç uzamsal boyuta eşlik etmesi önerdi. zaten tanıdık.

Einstein'ın genel görelilik kuramının çıkarımlarından biri, yerçekiminin nesnelerin kütlesinden veya fiziksel bileşiminden bağımsız olarak çalışmasıdır. Bu, diğer şeylerin yanı sıra, bir gökdelenin tepesinden atılan bir top mermisi ve bir bilyenin yere doğru düşeceği anlamına gelir. aynı hız, biri diğerinden çok daha büyük olmasına rağmen, yerçekimi kuvvetiyle tam olarak aynı ölçüde hızlandırıldı. (Bütünlük adına, bunun teknik olarak yalnızca hava direncinin bir sorun olmadığı bir boşlukta doğru olduğunu belirtmek önemlidir. Bir tüy, bir gülle atma işleminden açıkça daha yavaş düşer, ancak bir boşlukta durum böyle olmazdı.) Einstein'ın fikrinin bu yönü yeterince test edilebilirdi. Peki ya göreli durumlar?

Temmuz 2018'de, uluslararası bir gökbilimciler ekibi, Dünya'dan 4.200 ışıkyılı uzaklıkta bir üçlü yıldız sistemi üzerinde bir çalışma yaptı. Bir ışık yılı, ışığın bir yılda kat ettiği mesafedir (yaklaşık altı trilyon mil), bu, burada, Dünya'daki gökbilimcilerin 2200 yıllarında gerçekten meydana gelen ışığı açığa çıkaran fenomenleri gözlemleyerek. Bu olağandışı sistem iki küçük, yoğun yıldızdan oluşur - biri Kendi ekseni etrafında saniyede 366 kez dönen "pulsar" ve diğeri beyaz cüce - oldukça kısa bir 1,6 periyotla birbirlerinin yörüngesinde dönüyor günler. Bu çift sırayla her 327 günde bir daha uzaktaki bir beyaz cüce yıldızın yörüngesinde döner. Kısacası, bu gezegendeki üç yıldızın karşılıklı çılgın hareketlerini açıklayabilecek tek yerçekimi tanımı. Einstein'ın genel görelilik kuramı oldukça sıra dışı bir sistemdi ve denklemler aslında duruma uyuyordu. mükemmel bir şekilde.