Ձգողության օրենքները չեն գործում։ Ձգողության ուժ. Երկրի գրավիտացիոն դաշտը. Ինչ են մտածում ժամանակակից գիտնականները գրավիտացիայի մասին

Ձգողականությունը տիեզերքի ամենաառեղծվածային ուժն է: Գիտնականները լիովին չգիտեն դրա էությունը: Հենց նա է ուղեծրերում պահում Արեգակնային համակարգի մոլորակները։ Այն ուժ է, որն առաջանում է երկու առարկաների միջև և կախված է զանգվածից և հեռավորությունից:

Ձգողականությունը կոչվում է ձգողականության ուժ կամ ձգողականություն: Դրա օգնությամբ մոլորակը կամ այլ մարմին իրերը դեպի կենտրոն է քաշում։ Ձգողականությունը մոլորակներին պահում է Արեգակի շուրջ ուղեծրում:

Էլ ի՞նչ է անում գրավիտացիան:

Ինչո՞ւ եք վայրէջք կատարում երկրի վրա, երբ վեր եք թռչում և չեք լողում տիեզերք: Ինչո՞ւ են իրերը ընկնում, երբ դրանք գցում ես: Պատասխանը ձգողականության անտեսանելի ուժն է, որը քաշում է առարկաները դեպի միմյանց: Երկրի ձգողականությունն այն է, ինչը ձեզ պահում է գետնի վրա և ստիպում իրերը ընկնել:

Ցանկացած բան, որն ունի զանգված, ունի գրավիտացիա: Ձգողության ուժը կախված է երկու գործոնից՝ առարկաների զանգվածից և նրանց միջև հեռավորությունից: Եթե ​​ձեր ձեռքերում քար ու փետուր վերցնեք, բաց թողեք նույն բարձրությունից, երկու առարկան էլ գետնին կընկնեն։ Ծանր քարը փետուրից արագ կընկնի։ Փետուրը դեռ կախված կլինի օդում, քանի որ այն ավելի թեթև է։ Ավելի մեծ զանգված ունեցող օբյեկտներն ունեն ձգողականության ավելի մեծ ուժ, որը թուլանում է հեռավորության հետ. որքան ավելի մոտ են առարկաները միմյանց, այնքան ավելի ուժեղ է նրանց ձգողականությունը:

Ձգողականությունը Երկրի և Տիեզերքի վրա

Ինքնաթիռի թռիչքի ժամանակ նրանում գտնվող մարդիկ մնում են տեղում և կարող են շարժվել ինչպես գետնի վրա։ Դա պայմանավորված է թռիչքի ճանապարհով: Կան հատուկ նախագծված ինքնաթիռներ, որոնցում որոշակի բարձրության վրա բացակայում է ձգողականությունը, ձևավորվում է զրոյական գրավիտացիա։ Ինքնաթիռը հատուկ մանևր է կատարում, առարկաների զանգվածը փոխվում է, դրանք կարճ ժամանակով բարձրանում են օդ։ Մի քանի վայրկյան հետո գրավիտացիոն դաշտը վերականգնվում է։

Հաշվի առնելով Տիեզերքում ձգողականության ուժը, երկրագնդի ուժն ավելի մեծ է, քան մոլորակների մեծ մասը: Բավական է նայել տիեզերագնացների շարժին մոլորակների վրա վայրէջք կատարելիս։ Եթե ​​մենք հանգիստ քայլում ենք գետնի վրա, ապա այնտեղ տիեզերագնացները կարծես ճախրում են օդում, բայց չեն թռչում տիեզերք։ Սա նշանակում է, որ այս մոլորակն ունի նաև գրավիտացիոն ուժ, որը մի փոքր տարբերվում է Երկիր մոլորակի ուժից:

Արեգակի ձգողականությունն այնքան մեծ է, որ այնտեղ պահվում են ինը մոլորակներ, բազմաթիվ արբանյակներ, աստերոիդներ և մոլորակներ։

Գրավիտացիան կարևոր դեր է խաղում տիեզերքի զարգացման գործում: Ձգողականության բացակայության դեպքում չէին լինի աստղեր, մոլորակներ, աստերոիդներ, սև խոռոչներ, գալակտիկաներ: Հետաքրքիր է, որ սև անցքերը իրականում տեսանելի չեն: Գիտնականները սև խոռոչի նշանները որոշում են որոշակի տարածքում գրավիտացիոն դաշտի ուժգնությամբ: Եթե ​​այն շատ ուժեղ է ուժեղ թրթռումով, սա հուշում է սև խոռոչի գոյության մասին:

Առասպել 1. Տիեզերքում ձգողականություն չկա

Տիեզերագնացների մասին վավերագրական ֆիլմեր դիտելով՝ թվում է, թե նրանք սավառնում են մոլորակների մակերևույթից վեր։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ այլ մոլորակների վրա գրավիտացիան ավելի ցածր է, քան Երկրի վրա, ուստի տիեզերագնացները թռչում են օդում լողացողի պես:

Առասպել 2. Սև անցքին մոտեցող բոլոր մարմինները պոկվում են

Սև խոռոչները հզոր են և առաջացնում են հզոր գրավիտացիոն դաշտեր: Որքան օբյեկտը մոտ է սև խոռոչին, այնքան ուժեղանում են մակընթացային ուժերը և ձգող ուժը։ Իրադարձությունների հետագա զարգացումը կախված է օբյեկտի զանգվածից, սև խոռոչի չափերից և դրանց միջև եղած հեռավորությունից։ Սև խոռոչն ունի իր չափի հակառակ զանգվածը։ Հետաքրքիր է, որ որքան մեծ է անցքը, այնքան թույլ են մակընթացային ուժերը և հակառակը: Այսպիսով, ոչ բոլոր առարկաներն են պոկվում, երբ հարվածում են սև խոռոչի դաշտին:

Առասպել 3. Արհեստական ​​արբանյակները կարող են ընդմիշտ պտտվել Երկրի շուրջը

Տեսականորեն կարելի է այդպես ասել, եթե ոչ երկրորդական գործոնների ազդեցությունը։ Շատ բան կախված է ուղեծրից: Ցածր ուղեծրում արբանյակը չի կարողանա հավերժ թռչել մթնոլորտի դանդաղման պատճառով, բարձր ուղեծրերում այն ​​կարող է երկար ժամանակ մնալ անփոփոխ, բայց այստեղ գործում են այլ օբյեկտների գրավիտացիոն ուժերը։

Եթե ​​բոլոր մոլորակներից գոյություն ունենար միայն Երկիրը, ապա արբանյակը կգրավեր նրան և գործնականում չփոխեր իր հետագիծը։ Բայց բարձր ուղեծրերում օբյեկտը շրջապատված է բազմաթիվ մոլորակներով՝ մեծ ու փոքր, յուրաքանչյուրն իր գրավիտացիոն ուժով:

Այս դեպքում արբանյակը աստիճանաբար կհեռանա իր ուղեծրից և կշարժվի քաոսային։ Եվ, հավանական է, որ որոշ ժամանակ անց նա վթարի ենթարկվեր մոտակա մակերեսին կամ տեղափոխվեր այլ ուղեծիր։

Որոշ փաստեր

1. Երկրի որոշ մասերում ձգողականության ուժն ավելի թույլ է, քան ամբողջ մոլորակի վրա: Օրինակ՝ Կանադայում՝ Հադսոն ծովածոցի տարածքում, ձգողականության ուժն ավելի ցածր է։
2. Երբ տիեզերագնացները վերադառնում են տիեզերքից մեր մոլորակ, հենց սկզբում նրանց համար դժվար է հարմարվել երկրագնդի գրավիտացիոն ուժին։ Երբեմն դա տեւում է մի քանի ամիս:
3. Տիեզերական օբյեկտների մեջ ձգողության ամենահզոր ուժը սև խոռոչներն են: Գնդակի չափով մեկ սև անցք ավելի հզոր է, քան ցանկացած մոլորակ:

Չնայած ձգողականության ուժի շարունակական ուսումնասիրությանը, ձգողականությունը մնում է չբացահայտված: Սա նշանակում է, որ գիտական ​​գիտելիքները մնում են սահմանափակ, և մարդկությունը պետք է շատ նոր բաներ սովորի:

Գիտությունը

Այստեղ՝ Երկրի վրա, մենք ինքնահոս ենք ընդունում գրավիտացիան: Այնուամենայնիվ, ձգողականության ուժը, որով առարկաները քաշվում են դեպի միմյանց իրենց զանգվածին համամասնորեն, շատ ավելին է, քան Նյուտոնի գլխին ընկնող խնձորը: Ստորև ներկայացված են այս համընդհանուր ուժի մասին ամենատարօրինակ փաստերը:

Այդ ամենը մեր գլխում է

Ներգրավման ուժը մշտական ​​և հետևողական երևույթ է, բայց մեր ընկալումն այս ուժի մասին չէ: 2011 թվականի ապրիլին PLoS ONE ամսագրում հրապարակված հետազոտության համաձայն՝ մարդիկ ի վիճակի են ավելի ճշգրիտ դատողություններ անել ընկնող առարկաների մասին, երբ նրանք նստած են:

Հետազոտողները եզրակացրել են, որ ձգողականության մեր ընկալումը ավելի քիչ հիմնված է ուժի իրական տեսողական ուղղության վրա, և ավելի շատ՝ մարմնի «կողմնորոշման» վրա:

Գտածոները կարող են հանգեցնել նոր ռազմավարության, որը կօգնի տիեզերագնացներին հաղթահարել միկրոգրավիտացիան տիեզերքում:

Դժվար վայրէջք դեպի գետնին

Տիեզերագնացների փորձը ցույց է տվել, որ անկշիռ վիճակից և հետույքի անցումը կարող է շատ դժվար լինել մարդու օրգանիզմի համար։ Ձգողականության բացակայության դեպքում մկանները սկսում են ատրոֆիայի ենթարկվել, ոսկորները նույնպես սկսում են կորցնել ոսկրային զանգվածը: NASA-ի տվյալներով՝ տիեզերագնացները կարող են ամսական կորցնել իրենց ոսկրային զանգվածի մինչև 1 տոկոսը։

Երկիր վերադառնալուց հետո տիեզերագնացների օրգանիզմներին և ուղեղին ժամանակ է պետք վերականգնման համար: Արյան ճնշումը, որը տարածության մեջ դառնում է նույնը, պետք է վերադառնա նորմալ աշխատանքի, որի դեպքում սիրտը լավ է աշխատում, և ուղեղը ստանում է բավարար քանակությամբ սնունդ:

Երբեմն մարմնի վերակազմավորումը չափազանց ծանր է ազդում տիեզերագնացների վրա՝ և՛ ֆիզիկապես (կրկնվող ուշագնացություն և այլն), և՛ էմոցիոնալ: Օրինակ՝ տիեզերագնացներից մեկը պատմել է, թե ինչպես է տիեզերքից վերադառնալիս տանը կոտրել սափրվելու հետ շիշը, որովհետև մոռացել է, որ երբ այն բաց թողնի օդ, այն ընկնելու և կոտրվելու է, այլ ոչ թե լողում է դրա մեջ:

Նիհարելու համար փորձեք Պլուտոնին

Սրանում գաճաճ մոլորակ, 68 կիլոգրամ կշռող մարդը 4,5 կգ-ից ոչ ավել կկշռի։

Այս դեպքում, մյուս կողմից, ձգողականության ամենաբարձր մակարդակ ունեցող մոլորակի վրա՝ Յուպիտերի վրա, նույն մարդը կկշռի մոտ 160,5 կգ։

Հավանաբար մարդ Մարսի վրա փետուրի պես կզգա, քանի որ այս մոլորակի վրա ձգողականության ուժը կազմում է երկրի վրա եղածի միայն 38 տոկոսը, այսինքն՝ 68 կիլոգրամանոց մարդը կզգա, թե որքան թեթև է իր քայլվածքը, քանի որ նա կշռում է միայն։ 26 կգ.

Տարբեր ձգողականություն

Նույնիսկ երկրի վրա ձգողականությունը ամենուր նույնը չէ: Շնորհիվ այն բանի, որ երկրագնդի ձևը իդեալական գունդ չէ, նրա զանգվածը բաշխված է անհավասարաչափ։ Ուստի անհավասար զանգված նշանակում է անհավասար ձգողականություն։

Կանադայի Հադսոն ծովածոցում նկատվում է մեկ առեղծվածային ձգողության անոմալիա: Այս տարածաշրջանում ձգողականության ուժն ավելի ցածր է, քան մյուսներում, և 2007 թվականի ուսումնասիրությունը պարզեց, որ պատճառը սառցադաշտերի հալումն է:

Սառույցը, որը ժամանակին ծածկել է այս տարածքը վերջին սառցե դարաշրջանում, վաղուց հալվել է, բայց Երկիրն ամբողջությամբ չի ազատվել այդ բեռից: Քանի որ տարածաշրջանի ձգողականությունը համաչափ է այս շրջանի զանգվածին, և «սառցե արթնացումը» մղել է երկրի զանգվածի մի մասը, այստեղ ձգողականությունը թուլացել է: Կեղևի թեթև դեֆորմացիան բացատրում է անսովոր ցածր գրավիտացիոն ուժի 25-45 տոկոսը, ի թիվս այլ բաների, այն նաև «մեղադրվում է» Երկրի թիկնոցում մագմայի շարժման համար:

Առանց գրավիտացիայի որոշ վիրուսներ ավելի ուժեղ կլինեն

Տիեզերական կուրսանտների համար վատ լուր. որոշ բակտերիաներ տիեզերքում դառնում են անտանելի:

Ձգողության բացակայության դեպքում բակտերիաները փոխում են առնվազն 167 գեների և 73 սպիտակուցների ակտիվությունը:

Մկները, որոնք կերել են այս սալմոնելայով սնունդ, շատ ավելի արագ են հիվանդացել:

Այլ կերպ ասած, վարակի վտանգը պարտադիր չէ, որ բխի տիեզերքից, ավելի հավանական է, որ մեր սեփական բակտերիաները ուժ են հավաքում հարձակվելու համար:

Սև անցքեր գալակտիկայի կենտրոնում

Այսպես են անվանվել, քանի որ ոչ մի բան, նույնիսկ լույսը, չի կարող խուսափել նրանց գրավչությունից, սև անցքերը տիեզերքի ամենակործանարար առարկաներից են: Մեր գալակտիկայի կենտրոնում 3 միլիոն արեգակ կշռող զանգվածային սև խոռոչ է: Ահաբեկիչ է հնչում, չէ՞: Սակայն, Կիոտոյի համալսարանի փորձագետների կարծիքով, այս սեւ խոռոչը ներկայումս «պարզապես հանգստանում է»։

Իրականում սև խոռոչը վտանգավոր չէ մեզ՝ երկրացիներիս համար, քանի որ այն շատ հեռու է և իրեն չափազանց հանգիստ է պահում։ Այնուամենայնիվ, 2008-ին հաղորդվեց, որ մոտ 300 տարի առաջ այս անցքը էներգիայի պոռթկում էր ուղարկում: Մեկ այլ ուսումնասիրություն, որը հրապարակվել է 2007 թվականին, պարզել է, որ մի քանի հազար տարի առաջ «գալակտիկական զկռտոցը» հենց այս անցքի մեջ է ուղարկել Մերկուրիի չափ փոքր քանակությամբ նյութ՝ առաջացնելով հզոր պայթյուն:

Այս սև խոռոչը, որը կոչվում է Sagittarius A *, համեմատաբար մշուշոտ ձև ունի մյուս սև անցքերի համեմատ: «Այս թուլությունը նշանակում է, որ աստղերն ու գազերը հազվադեպ են մոտենում սև խոռոչին ոչ անվտանգ հեռավորության վրա», - ասում է MIT-ի գիտաշխատող Ֆրեդերիկ Բագանոֆը: «Մեծ ախորժակը առկա է, բայց ոչ բավարարված»։

Յուրաքանչյուր մարդ իր կյանքում մեկ անգամ չէ, որ հանդիպել է այս հասկացությանը, քանի որ գրավիտացիան ոչ միայն ժամանակակից ֆիզիկայի, այլ նաև հարակից մի շարք այլ գիտությունների հիմքն է։

Շատ գիտնականներ հնագույն ժամանակներից ուսումնասիրում են մարմինների գրավչությունը, սակայն հիմնական հայտնագործությունը վերագրվում է Նյուտոնին և նկարագրվում է որպես գլխին ընկած մրգի հայտնի պատմություն։

Ինչ է գրավիտացիան պարզ բառերով

Գրավիտացիան ամբողջ տիեզերքի մի քանի իրերի միջև գրավչությունն է: Երևույթի բնույթը տարբեր է, քանի որ այն որոշվում է դրանցից յուրաքանչյուրի զանգվածով և միջև եղած երկարությամբ, այսինքն՝ հեռավորությամբ։

Նյուտոնի տեսությունը հիմնված էր այն փաստի վրա, որ ինչպես ընկնող պտուղը, այնպես էլ մեր մոլորակի արբանյակի վրա ազդում է նույն ուժը՝ դեպի Երկիր ձգումը: Իսկ արբանյակը երկրագնդի տարածության վրա չի ընկել հենց իր զանգվածի ու հեռավորության պատճառով։

Գրավիտացիոն դաշտ

Գրավիտացիոն դաշտը տարածություն է, որի ներսում մարմինների փոխազդեցությունը տեղի է ունենում ներգրավման օրենքների համաձայն:

Էյնշտեյնի հարաբերականության տեսությունը դաշտը նկարագրում է որպես ժամանակի և տարածության որոշակի հատկություն, որը բնութագրվում է ֆիզիկական առարկաների տեսքով։

Գրավիտացիոն ալիք

Սա որոշակի տեսակի փոփոխություններ է դաշտերում, որոնք ձևավորվում են շարժվող առարկաների ճառագայթման արդյունքում: Նրանք անջատվում են թեմայից և տարածվում են ալիքային էֆեկտով:

Ձգողության տեսություններ

Դասական տեսությունը նյուտոնյան է։ Սակայն այն անկատար էր, և հետագայում եղան այլընտրանքային տարբերակներ։

Դրանք ներառում են.

• մետրային տեսություններ;
• ոչ մետրիկ;
• վեկտոր;
• Լե Սեյջը, ով առաջինը նկարագրեց փուլերը.
• քվանտային գրավիտացիա.

Այսօր կան մի քանի տասնյակ տարբեր տեսություններ, բոլորը կամ լրացնում են միմյանց, կամ դիտարկում են երեւույթները մյուս կողմից։

Օգտակար է նշել.Կատարյալ պատասխան դեռ չկա, բայց մշտական ​​զարգացումը ավելի շատ տարբերակներ է բացում մարմինների գրավչության համար:

Գրավիտացիոն ձգում

Հիմնական հաշվարկը հետևյալն է՝ ծանրության ուժը համամասնական է մարմնի զանգվածի մեկ այլով բազմապատկմանը, որի միջև այն որոշվում է։ Այս բանաձևը նույնպես արտահայտվում է այսպես՝ ուժը հակադարձ համեմատական ​​է քառակուսի առարկաների միջև եղած հեռավորությանը։

Գրավիտացիոն դաշտը պոտենցիալ է, ինչը նշանակում է, որ կինետիկ էներգիան պահպանված է։ Այս փաստը պարզեցնում է խնդիրների լուծումը, որոնցում չափվում է ձգողականության ուժը։

Ձգողականությունը տարածության մեջ

Չնայած շատերի թյուր կարծիքին, տիեզերքում կա գրավիտացիա: Այն ավելի ցածր է, քան Երկրի վրա, բայց դեռ առկա է:

Ինչ վերաբերում է տիեզերագնացներին, որոնք առաջին հայացքից թռչում են, ապա նրանք իրականում դանդաղ անկման վիճակում են։ Տեսողականորեն թվում է, թե նրանց ոչ մի բան չի գրավում, բայց գործնականում գրավիտացիա են զգում:

Ներգրավման ուժը կախված է հեռավորությունից, բայց որքան էլ մեծ լինի առարկաների միջև հեռավորությունը, նրանք կշարունակեն հասնել միմյանց: Փոխադարձ գրավչությունը երբեք զրո չի լինի։

Ձգողականությունը Արեգակնային համակարգում

Արեգակնային համակարգում ոչ միայն Երկիրն ունի գրավիտացիա։ Մոլորակները, ինչպես նաև Արևը, դեպի իրենց գրավում են առարկաներ։

Քանի որ ուժը որոշվում է առարկայի զանգվածով, Արեգակն ունի ամենամեծ ցուցանիշը։Օրինակ, եթե մեր մոլորակը մեկ ցուցիչ ունի, ապա լուսատուի թիվը գրեթե հավասար կլինի քսանութի:

Արեգակից հետո հաջորդը Յուպիտերն է, ուստի նրա ձգողականությունը երեք անգամ գերազանցում է Երկրին: Պլուտոնն ունի ամենափոքր պարամետրը։

Պարզության համար եկեք այն նշանակենք հետևյալ կերպ. տեսականորեն Արեգակի վրա միջին մարդը կշռում է մոտ երկու տոննա, իսկ մեր համակարգի ամենափոքր մոլորակի վրա՝ ընդամենը չորս կիլոգրամ:

Ինչն է որոշում մոլորակի ձգողականությունը

Գրավիտացիոն մղումը, ինչպես նշվեց վերևում, այն ուժն է, որով մոլորակը դեպի իրեն է քաշում իր մակերեսին գտնվող առարկաները:

Ներգրավման ուժը կախված է առարկայի ձգողականությունից, բուն մոլորակից և նրանց միջև եղած հեռավորությունից:Եթե ​​կան շատ կիլոմետրեր, ապա ձգողականությունը ցածր է, բայց այն դեռ կապի մեջ է պահում առարկաները:

Ձգողության և դրա հատկությունների մի քանի կարևոր և հետաքրքրաշարժ ասպեկտներ, որոնք արժե բացատրել ձեր երեխային.

1. Երևույթը գրավում է ամեն ինչ, բայց երբեք չի վանում, դա տարբերում է այլ ֆիզիկական երևույթներից։
2. Զրոյական ցուցանիշ չկա։ Անհնար է մոդելավորել մի իրավիճակ, երբ ճնշումը չի գործում, այսինքն՝ գրավիտացիան չի գործում։
3. Երկիրն ընկնում է Միջին արագությունը 11,2 կիլոմետր վայրկյանում, հասնելով այս արագությանը, կարող եք լավ հեռանալ մոլորակի գրավչությունից։
4. Գոյության փաստը գրավիտացիոն ալիքներգիտականորեն ապացուցված չէ, դա ընդամենը ենթադրություն է։ Եթե ​​երբևէ դրանք տեսանելի դառնան, ապա մարդկությունը կբացահայտի տիեզերքի բազմաթիվ առեղծվածներ, որոնք կապված են մարմինների փոխազդեցության հետ:

Ըստ Էյնշտեյնի նման գիտնականի հարաբերականության հիմնական տեսության՝ ձգողականությունը նյութական աշխարհի գոյության հիմնական պարամետրերի կորությունն է, որը հանդիսանում է տիեզերքի հիմքը։

Ձգողականությունը երկու առարկաների փոխադարձ ձգողությունն է: Փոխազդեցության ուժը կախված է մարմինների ձգողականությունից և նրանց միջև եղած հեռավորությունից։ Առայժմ երևույթի ոչ բոլոր գաղտնիքներն են բացահայտվել, սակայն այսօր կան մի քանի տասնյակ տեսություններ, որոնք նկարագրում են հայեցակարգը և դրա հատկությունները։

Ուսումնասիրվող օբյեկտների բարդությունը ազդում է հետազոտության ժամանակի վրա: Շատ դեպքերում զանգվածի և հեռավորության կախվածությունը պարզապես վերցված է:

Ձգողականությունը Տիեզերքի ամենահզոր ուժն է, տիեզերքի չորս հիմնարար հիմքերից մեկը, որը որոշում է նրա կառուցվածքը: Մի անգամ նրա շնորհիվ առաջացան մոլորակներ, աստղեր և ամբողջ գալակտիկաներ: Այսօր այն Երկիրը պահում է ուղեծրում՝ Արեգակի շուրջ իր անվերջ ճանապարհորդության ընթացքում:

Մարդու առօրյայի համար մեծ նշանակություն ունի նաև գրավչությունը։ Այս անտեսանելի ուժի շնորհիվ մեր աշխարհի օվկիանոսները թուլանում են, գետերը հոսում են, անձրեւի կաթիլները թափվում են գետնին։ Մանկուց մենք զգում ենք մեր մարմնի և շրջակա առարկաների ծանրությունը: Հսկայական է նաև ձգողականության ազդեցությունը մեր տնտեսական գործունեության վրա։

Ձգողության առաջին տեսությունը ստեղծվել է Իսահակ Նյուտոնի կողմից 17-րդ դարի վերջին։ Նրա Համընդհանուր ձգողության օրենքը նկարագրում է այս փոխազդեցությունը դասական մեխանիկայի շրջանակներում։ Ավելի լայնորեն, այս երեւույթը Էյնշտեյնը նկարագրել է իր հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ, որը հրապարակվել է անցյալ դարասկզբին։ Տարրական մասնիկների մակարդակում ձգողության ուժի հետ տեղի ունեցող գործընթացները պետք է բացատրվեն ձգողականության քվանտային տեսությամբ, սակայն այն դեռ պետք է ստեղծվի:

Մենք այսօր շատ ավելին գիտենք ձգողականության էության մասին, քան Նյուտոնի օրերում, բայց չնայած դարավոր ուսումնասիրություններին, այն դեռևս իսկական գայթակղություն է ժամանակակից ֆիզիկայում: Գոյություն ունեցող ձգողականության տեսության մեջ կան բազմաթիվ դատարկ կետեր, և մենք դեռ չենք հասկանում, թե կոնկրետ ինչից է դա առաջանում, և ինչպես է տեղի ունենում այդ փոխազդեցության փոխանցումը: Եվ, իհարկե, մենք շատ հեռու ենք ձգողականության ուժը կառավարելու հնարավորությունից, որպեսզի հակագրավիտացիան կամ լևիտացիան երկար ժամանակ գոյություն ունենա միայն գիտաֆանտաստիկ վեպերի էջերում։

Ի՞նչ է ընկել Նյուտոնի գլխին.

Բոլոր ժամանակներում մարդիկ մտածում էին այն ուժի մասին, որը գրավում է առարկաները դեպի երկիր, բայց միայն 17-րդ դարում Իսահակ Նյուտոնին հաջողվեց բացել գաղտնիության վարագույրը: Նրա բեկման հիմքը դրվել է Կեպլերի և Գալիլեոյի՝ փայլուն գիտնականների աշխատություններով, ովքեր ուսումնասիրել են երկնային մարմինների շարժումները։

Նյուտոնի Համընդհանուր ձգողության օրենքից մեկուկես դար առաջ լեհ աստղագետ Կոպեռնիկոսը կարծում էր, որ գրավչությունը «...ոչ այլ ինչ է, քան բնական միտում, որը Տիեզերքի հայրը շնորհել է բոլոր մասնիկներին, այն է՝ միավորել մեկ ընդհանուր ամբողջության մեջ։ , առաջացնելով գնդաձեւ մարմիններ»։ Մյուս կողմից, Դեկարտը գրավչությունը համարում էր համաշխարհային եթերի անկարգությունների հետևանք։ Հույն փիլիսոփա և գիտնական Արիստոտելը համոզված էր, որ զանգվածն ազդում է ընկնող մարմինների արագության վրա։ Եվ միայն Գալիլեո Գալիլեյը 16-րդ դարի վերջում ապացուցեց, որ դա ճիշտ չէ՝ եթե օդի դիմադրություն չկա, բոլոր առարկաները նույն կերպ են արագանում։

Հակառակ գլխի և խնձորի մասին տարածված լեգենդին, Նյուտոնը ավելի քան քսան տարի գնում է ձգողականության էությունը հասկանալու ճանապարհին: Նրա ձգողության օրենքը բոլոր ժամանակների և ժողովուրդների ամենանշանակալի գիտական ​​հայտնագործություններից մեկն է: Այն ունիվերսալ է և թույլ է տալիս հաշվարկել երկնային մարմինների հետագծերը և ճշգրիտ նկարագրում է մեզ շրջապատող առարկաների վարքը: Գրավիտացիայի դասական տեսությունը դրեց երկնային մեխանիկայի հիմքերը։ Նյուտոնի երեք օրենքները գիտնականներին հնարավորություն են տվել հայտնաբերել նոր մոլորակներ բառացիորեն «գրչի ծայրին», ի վերջո, դրանց շնորհիվ մարդը կարողացել է հաղթահարել Երկրի ձգողականությունը և թռչել տիեզերք։ Նրանք խիստ գիտական ​​հիմք են տվել տիեզերքի նյութական միասնության փիլիսոփայական հայեցակարգին, որտեղ բոլոր բնական երևույթները փոխկապակցված են և ղեկավարվում են ընդհանուր ֆիզիկական կանոններով։

Նյուտոնը ոչ միայն հրապարակեց բանաձև, որը թույլ է տալիս հաշվարկել մարմինները միմյանց ձգող ուժը, նա ստեղծեց ամբողջական մոդել, որը ներառում էր նաև մաթեմատիկական վերլուծություն: Այս տեսական եզրակացությունները բազմիցս հաստատվել են պրակտիկայում, այդ թվում՝ օգտագործելով ամենաժամանակակից մեթոդները:

Նյուտոնյան տեսության մեջ ցանկացած նյութական առարկա առաջացնում է ձգողական դաշտ, որը կոչվում է գրավիտացիոն։ Ավելին, ուժը համաչափ է երկու մարմինների զանգվածին և հակադարձ համեմատական ​​է նրանց միջև եղած հեռավորությանը.

F = (G m1 m2) / r2

G-ը գրավիտացիոն հաստատունն է, որը հավասար է 6,67 × 10−11 մ³ / (kg · s²): Հենրի Քավենդիշն առաջինն էր, ով հաշվարկեց այն 1798 թ.

Առօրյա կյանքում և կիրառական գիտություններում ուժը, որով երկիրը ձգում է մարմինը, կոչվում է նրա քաշը։ Տիեզերքի ցանկացած երկու նյութական օբյեկտների միջև ձգողականությունը հենց այն է, ինչ իրենից ներկայացնում է ձգողականությունը: պարզ բառերով.

Ձգողության ուժը ֆիզիկայի չորս հիմնարար փոխազդեցություններից ամենաթույլն է, սակայն իր առանձնահատկությունների շնորհիվ այն կարողանում է կարգավորել աստղային համակարգերի և գալակտիկաների շարժումը.

• Ներգրավումն աշխատում է ցանկացած հեռավորության վրա, սա է հիմնական տարբերությունը գրավիտացիայի և ուժեղ և թույլ միջուկային փոխազդեցության միջև: Հեռավորության մեծացման հետ նրա ազդեցությունը նվազում է, բայց այն երբեք չի դառնում զրոյի, ուստի կարող ենք ասել, որ նույնիսկ երկու ատոմները, որոնք գտնվում են գալակտիկայի տարբեր ծայրերում, ունեն փոխադարձ ազդեցություն։ Դա պարզապես շատ փոքր է;
• Ձգողականությունը ունիվերսալ է: Ներգրավման դաշտը բնորոշ է ցանկացած նյութական մարմնի: Գիտնականները դեռ չեն հայտնաբերել մեր մոլորակի վրա կամ տիեզերքում որևէ առարկա, որը չի մասնակցի այս տեսակի փոխազդեցությանը, ուստի գրավիտացիայի դերը Տիեզերքի կյանքում հսկայական է: Դրանով գրավիտացիան տարբերվում է էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունից, որի ազդեցությունը տիեզերական գործընթացների վրա նվազագույն է, քանի որ բնության մեջ մարմինների մեծ մասը էլեկտրականորեն չեզոք է: Գրավիտացիոն ուժերը չեն կարող սահմանափակվել կամ պաշտպանվել.
• Ձգողականությունը գործում է ոչ միայն նյութի, այլև էներգիայի վրա։ Նրա համար առարկաների քիմիական բաղադրությունը նշանակություն չունի, դեր է խաղում միայն դրանց զանգվածը։

Օգտագործելով Նյուտոնի բանաձևը, կարելի է հեշտությամբ հաշվարկել ծանրության ուժը։ Օրինակ, Լուսնի վրա ձգողականությունը մի քանի անգամ ավելի քիչ է, քան Երկրինը, քանի որ մեր արբանյակը համեմատաբար փոքր զանգված ունի։ Բայց դա բավական է օվկիանոսներում կանոնավոր մակընթացությունների և հոսքերի ձևավորման համար։ Երկրի վրա գրավիտացիայի շնորհիվ արագացումը մոտավորապես 9,81 մ / վրկ է: Ավելին, բևեռներում այն ​​փոքր-ինչ ավելի մեծ է, քան հասարակածում։

Չնայած գիտության հետագա զարգացման համար ահռելի կարևորությանը, Նյուտոնյան օրենքներն ունեին մի շարք թույլ կողմեր, որոնք հետապնդում էին հետազոտողներին։ Անհասկանալի էր, թե ինչպես է գրավիտացիան գործում բացարձակ դատարկ տարածության միջով հսկայական հեռավորությունների վրա և անհասկանալի արագությամբ: Բացի այդ, աստիճանաբար սկսեցին կուտակվել տվյալներ, որոնք հակասում էին Նյուտոնի օրենքներին. օրինակ՝ գրավիտացիոն պարադոքսը կամ Մերկուրիի պերիհելիոնի տեղաշարժը։ Ակնհայտ դարձավ, որ ունիվերսալ ձգողության տեսությունը կատարելագործման կարիք ունի։ Այս պատիվը բաժին է ընկել գերմանացի փայլուն ֆիզիկոս Ալբերտ Էյնշտեյնին։

Ներգրավումը և հարաբերականության տեսությունը

Նյուտոնի հրաժարումը ձգողականության բնույթը քննարկելուց («Ես վարկածներ չեմ հորինում») նրա հայեցակարգի ակնհայտ թուլությունն էր։ Զարմանալի չէ, որ հաջորդող տարիներին ի հայտ եկան գրավիտացիայի բազմաթիվ տեսություններ:

Դրանց մեծ մասը պատկանում էր այսպես կոչված հիդրոդինամիկական մոդելներին, որոնք փորձում էին հիմնավորել գրավիտացիայի առաջացումը նյութական առարկաների մեխանիկական փոխազդեցությամբ որոշակի հատկություններ ունեցող միջանկյալ նյութի հետ։ Հետազոտողները այն անվանել են այլ կերպ՝ «վակուում», «եթեր», «գրավիտոնների հոսք» և այլն։ Այս դեպքում մարմինների միջև ձգողական ուժն առաջացել է այս նյութի փոփոխության արդյունքում, երբ այն ներծծվել է առարկաներով կամ զննել։ հոսում է. Իրականում, բոլոր նման տեսություններն ունեին մեկ լուրջ թերություն. ձգողական ուժի կախվածությունը հեռավորությունից բավականին ճշգրիտ կանխատեսելիս, դրանք պետք է հանգեցնեին «եթերի» կամ «գրավիտոնների հոսքի» համեմատ շարժվող մարմինների դանդաղմանը։

Էյնշտեյնը այս հարցին մոտեցավ այլ տեսանկյունից. Նրա հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ (GTR) գրավիտացիան համարվում է ոչ թե որպես ուժերի փոխազդեցություն, այլ որպես բուն տարածություն-ժամանակի հատկություն։ Զանգված ունեցող ցանկացած առարկա հանգեցնում է նրա կորության, որն առաջացնում է գրավչություն։ Այս դեպքում գրավիտացիան երկրաչափական էֆեկտ է, որը դիտարկվում է ոչ Էվկլիդեսյան երկրաչափության շրջանակներում։

Պարզ ասած՝ տարածություն-ժամանակի շարունակականությունը ազդում է նյութի վրա՝ պայմանավորելով նրա շարժումը։ Իսկ դա իր հերթին ազդում է տարածության վրա՝ «ցույց տալով» նրան, թե ինչպես պետք է թեքվել։

Ներգրավման ուժերը գործում են նաև միկրոտիեզերքում, սակայն տարրական մասնիկների մակարդակում դրանց ազդեցությունը էլեկտրաստատիկ փոխազդեցության համեմատ աննշան է։ Ֆիզիկոսները կարծում են, որ գրավիտացիոն փոխազդեցությունը չի զիջում մնացածին առաջին պահերին (10 -43 վրկ.) Մեծ պայթյունից հետո։

Ներկայումս հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ առաջարկված ձգողականության հայեցակարգը հիմնական աշխատանքային վարկածն է, որն ընդունված է գիտական ​​հանրության մեծամասնության կողմից և հաստատված բազմաթիվ փորձերի արդյունքներով։

Էյնշտեյնն իր աշխատանքում կանխատեսել էր գրավիտացիոն ուժերի զարմանալի ազդեցությունները, որոնց մեծ մասն արդեն հաստատված է։ Օրինակ՝ զանգվածային մարմինների կարողությունը թեքել լույսի ճառագայթները և նույնիսկ դանդաղեցնել ժամանակի ընթացքը։ Վերջին ֆենոմենը պետք է հաշվի առնել գլոբալ արբանյակային նավիգացիոն համակարգերի, ինչպիսիք են GLONASS-ը և GPS-ը աշխատելիս, այլապես մի քանի օրից դրանց սխալը կկազմի տասնյակ կիլոմետրեր։

Բացի այդ, Էյնշտեյնի տեսության հետևանքն են ձգողության այսպես կոչված նուրբ ազդեցությունները, ինչպիսիք են գրավիմագնիսական դաշտը և իներցիալ տեղեկատու շրջանակների քաշումը (որպես նաև Ոսպնյակ-Thirring էֆեկտ): Ձգողության ուժի այս դրսեւորումներն այնքան թույլ են, որ երկար ժամանակ հնարավոր չէր հայտնաբերել։ Միայն 2005 թվականին ՆԱՍԱ-ի եզակի Gravity Probe B առաքելության շնորհիվ հաստատվեց Ոսպնյակ-Thirring էֆեկտը։

Գրավիտացիոն ճառագայթումը կամ վերջին տարիների ամենահիմնարար հայտնագործությունը

Գրավիտացիոն ալիքները երկրաչափական տարածա-ժամանակային կառուցվածքի թրթռանքներ են, որոնք տարածվում են լույսի արագությամբ։ Այս երեւույթի գոյությունը Էյնշտեյնը կանխատեսել էր նաև հարաբերականության ընդհանուր տեսության մեջ, սակայն գրավիտացիոն ուժի թուլության պատճառով նրա մեծությունը շատ փոքր է, հետևաբար երկար ժամանակ հնարավոր չէր հայտնաբերել։ Միայն անուղղակի ապացույցները խոսում էին ճառագայթման գոյության օգտին։

Նման ալիքները առաջացնում են ցանկացած նյութական առարկա, որը շարժվում է ասիմետրիկ արագացումով: Գիտնականները դրանք նկարագրում են որպես «տարածություն-ժամանակի ալիքներ»: Նման ճառագայթման ամենահզոր աղբյուրները բախվող գալակտիկաներն են և երկու օբյեկտներից կազմված փլուզվող համակարգերը։ Վերջինիս բնորոշ օրինակ է սև խոռոչների կամ նեյտրոնային աստղերի միաձուլումը։ Նման գործընթացներում գրավիտացիոն ճառագայթումը կարող է փոխանցել համակարգի ընդհանուր զանգվածի ավելի քան 50%-ը։

Գրավիտացիոն ալիքներն առաջին անգամ հայտնաբերվել են 2015 թվականին երկու LIGO աստղադիտարանների կողմից: Գրեթե անմիջապես այս իրադարձությունը ստացավ վերջին տասնամյակների ընթացքում ֆիզիկայի ամենամեծ հայտնագործության կարգավիճակը: Պարգևատրվել է 2017թ Նոբելյան մրցանակ... Դրանից հետո գիտնականներին հաջողվել է մի քանի անգամ գրանցել գրավիտացիոն ճառագայթումը։

Դեռ անցյալ դարի 70-ականներին՝ շատ առաջ փորձարարական հաստատում- Գիտնականներն առաջարկել են օգտագործել գրավիտացիոն ճառագայթումը հեռահար հաղորդակցության համար։ Նրա անկասկած առավելությունը ցանկացած նյութի միջով առանց կլանվելու անցնելու բարձր կարողությունն է։ Բայց ներկայումս դա դժվար թե հնարավոր լինի, քանի որ ահռելի դժվարություններ կան այդ ալիքների առաջացման և ընդունման հարցում։ Եվ մենք չունենք բավականաչափ իրական գիտելիքներ ձգողականության բնույթի մասին:

Այսօր աշխարհի տարբեր երկրներում գործում են LIGO-ի նման մի քանի ինստալացիաներ և կառուցվում են նորերը։ Հավանական է, որ մոտ ապագայում մենք ավելին կիմանանք գրավիտացիոն ճառագայթման մասին:

Համընդհանուր ձգողության այլընտրանքային տեսություններ և դրանց ստեղծման պատճառները

Այս պահին գրավիտացիայի գերիշխող գաղափարը հարաբերականության ընդհանուր տեսությունն է։ Փորձարարական տվյալների և դիտարկումների ողջ գոյություն ունեցող զանգվածը համաձայն է դրա հետ: Միևնույն ժամանակ, այն ունի մեծ թվով բացահայտ թույլ և վիճելի կետեր, ուստի ձգողականության բնույթը բացատրող նոր մոդելներ ստեղծելու փորձերը չեն դադարում:

Մինչ օրս մշակված համընդհանուր ձգողության բոլոր տեսությունները կարելի է բաժանել մի քանի հիմնական խմբերի.

• ստանդարտ;
• այլընտրանք;
• քվանտային;
• դաշտի միասնական տեսություն.

Համընդհանուր ձգողության նոր հայեցակարգ ստեղծելու փորձեր արվեցին դեռևս 19-րդ դարում: Տարբեր հեղինակներ դրա մեջ ներառել են լույսի եթերային կամ կորպուսուլյար տեսությունը։ Բայց հարաբերականության ընդհանուր տեսության հայտնվելը վերջ դրեց այս ուսումնասիրություններին: Հրապարակումից հետո գիտնականների նպատակը փոխվեց. այժմ նրանց ջանքերն ուղղված էին Էյնշտեյնի մոդելի կատարելագործմանը, դրանում ներառելով բնական նոր երևույթներ՝ մասնիկների պտույտ, Տիեզերքի ընդլայնում և այլն։

1980-ականների սկզբին ֆիզիկոսները փորձնականորեն մերժեցին բոլոր հասկացությունները, բացառությամբ նրանց, որոնք ներառում էին հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը որպես անբաժանելի մաս: Այս ժամանակ նորաձեւության մեջ մտան «լարերի տեսությունները», որոնք շատ խոստումնալից տեսք ունեին։ Բայց այս վարկածները փորձնականորեն չեն հայտնաբերվել: Վերջին տասնամյակների ընթացքում գիտությունը հասել է զգալի բարձունքների և կուտակել է էմպիրիկ տվյալների հսկայական զանգված: Այսօր ձգողականության այլընտրանքային տեսություններ ստեղծելու փորձերը ոգեշնչված են հիմնականում տիեզերաբանական հետազոտություններով, որոնք կապված են այնպիսի հասկացությունների հետ, ինչպիսիք են « մութ նյութ»,« գնաճ »,« մութ էներգիա »:

Ժամանակակից ֆիզիկայի հիմնական խնդիրներից մեկը երկու հիմնարար ուղղությունների համատեղումն է. քվանտային տեսությունև հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը։ Գիտնականները ձգտում են կապել գրավչությունը այլ տեսակի փոխազդեցությունների հետ՝ այդպիսով ստեղծելով «ամեն ինչի տեսություն»: Սա հենց այն է, ինչ անում է քվանտային գրավիտացիան՝ ֆիզիկայի մի ճյուղ, որը փորձում է տալ գրավիտացիոն փոխազդեցության քվանտային նկարագրություն: Այս ուղղության ճյուղը օղակի ձգողության տեսությունն է:

Չնայած ակտիվ և երկարաժամկետ ջանքերին, այս նպատակը դեռ չի իրականացվել։ Եվ հարցը նույնիսկ այս խնդրի բարդությունը չէ. պարզապես քվանտային տեսության և հարաբերականության ընդհանուր տեսության հիմքը բոլորովին այլ պարադիգմներ են: Քվանտային մեխանիկաաշխատում է սովորական տարածություն-ժամանակի ֆոնի վրա գործող ֆիզիկական համակարգերի հետ։ Իսկ հարաբերականության տեսության մեջ տարածություն-ժամանակն ինքնին դինամիկ բաղադրիչ է, որը կախված է նրանում առկա դասական համակարգերի պարամետրերից։

Համընդհանուր ձգողության գիտական ​​վարկածների հետ մեկտեղ կան նաև տեսություններ, որոնք շատ հեռու են ժամանակակից ֆիզիկայից։ Ցավոք ներս վերջին տարիներընման «օպուսները» պարզապես հեղեղել են համացանցն ու գրախանութների դարակները։ Նման ստեղծագործությունների որոշ հեղինակներ ընդհանրապես ընթերցողին տեղեկացնում են, որ ձգողականություն գոյություն չունի, իսկ Նյուտոնի և Էյնշտեյնի օրենքները հորինվածքներ և կեղծիքներ են:

Օրինակ՝ «գիտնական» Նիկոլայ Լևաշովի աշխատությունները, ով պնդում է, որ Նյուտոնը չի հայտնաբերել համընդհանուր ձգողության օրենքը, այլ. գրավիտացիոն ուժԱրեգակնային համակարգում կան միայն մոլորակները և մեր արբանյակ Լուսինը: Այս «ռուս գիտնականը» բավական տարօրինակ ապացույցներ է ներկայացնում. Դրանցից մեկը ամերիկյան NEAR Shoemaker զոնդի թռիչքն է դեպի Էրոս աստերոիդ, որը տեղի է ունեցել 2000թ. Զոնդի և երկնային մարմնի միջև ձգողականության բացակայությունը Լևաշովը համարում է Նյուտոնի աշխատանքների կեղծիքի ապացույց և ֆիզիկոսների դավադրություն, ովքեր թաքցնում են գրավիտացիայի մասին ճշմարտությունը մարդկանցից:

Իրականում տիեզերանավհաջողությամբ ավարտեց իր առաքելությունը. նախ այն մտավ աստերոիդի ուղեծիր, այնուհետև փափուկ վայրէջք կատարեց նրա մակերեսին:

Արհեստական ​​ձգողականությունը և ինչի համար է այն

Գոյություն ունեն գրավիտացիայի հետ կապված երկու հասկացություն, որոնք, չնայած իրենց ներկայիս տեսական կարգավիճակին, լավ հայտնի են լայն հասարակությանը: Սա հակագրավիտացիա է և արհեստական ​​ձգողականություն:

Հակագրավիտացիան ձգողականության ուժին հակազդելու գործընթաց է, որը կարող է զգալիորեն նվազեցնել այն կամ նույնիսկ փոխարինել վանմամբ: Նման տեխնոլոգիայի տիրապետումը կհանգեցնի իսկական հեղափոխության տրանսպորտի, ավիացիայի, տիեզերքի հետախուզման ոլորտում և արմատապես կփոխի մեր ողջ կյանքը։ Բայց ներկայումս հակագրավիտացիայի հնարավորությունը նույնիսկ տեսական հաստատում չունի։ Ավելին, հիմնվելով հարաբերականության ընդհանուր տեսության վրա՝ նման երևույթն ամենևին էլ իրագործելի չէ, քանի որ մեր Տիեզերքում բացասական զանգված չի կարող լինել։ Հնարավոր է, որ ապագայում մենք ավելի շատ կիմանանք գրավչության մասին և սովորենք, թե ինչպես կարելի է ինքնաթիռներ կառուցել այս սկզբունքով։

Արհեստական ​​ձգողականությունը գոյություն ունեցող ձգողականության տեխնածին ձևափոխումն է: Այսօր մենք նման տեխնոլոգիայի կարիքը շատ չունենք, բայց իրավիճակը հաստատ կփոխվի երկարաժամկետ տիեզերական ճանապարհորդությունների մեկնարկից հետո։ Եվ դա մեր ֆիզիոլոգիայի մասին է: Մարդու մարմինը՝ միլիոնավոր տարիների էվոլյուցիայի «ընտելացած» Երկրի մշտական ​​ձգողությանը, չափազանց բացասաբար է ընկալում ձգողականության նվազման ազդեցությունը։ Երկար մնալը նույնիսկ լուսնային գրավիտացիայի պայմաններում (վեց անգամ ավելի թույլ, քան երկրայինը) կարող է հանգեցնել տխուր հետեւանքների։ Ներգրավման պատրանքը կարող է ստեղծվել՝ օգտագործելով այլ ֆիզիկական ուժեր, օրինակ՝ իներցիան: Այնուամենայնիվ, այս տարբերակները բարդ են և թանկ: Այս պահին արհեստական ​​ձգողականությունը նույնիսկ տեսական հիմք չունի, ակնհայտ է, որ դրա հնարավոր գործնական իրականացումը շատ հեռավոր ապագայի հարց է։

Ձգողականությունը հասկացություն է, որը բոլորը գիտեն դեռ դպրոցական տարիներից: Թվում է, թե գիտնականները պետք է մանրակրկիտ ուսումնասիրեին այս երևույթը: Սակայն ձգողականությունը մնում է ամենախորը գաղտնիքը ժամանակակից գիտ... Եվ սա կարելի է անվանել հիանալի օրինակ այն բանի, թե որքան սահմանափակ են մարդու գիտելիքները մեր հսկայական ու հիասքանչ աշխարհի մասին։

Եթե ​​ունեք հարցեր, թողեք դրանք հոդվածի տակ գտնվող մեկնաբանություններում: Մենք կամ մեր այցելուները սիրով կպատասխանենք նրանց:

Հին ժամանակներից մարդկությունը մտածել է, թե ինչպես է աշխատում շրջապատող աշխարհը։ Ինչու է խոտը աճում, ինչու է արևը փայլում, ինչու մենք չենք կարող թռչել ... Վերջինս, ի դեպ, միշտ էլ առանձնահատուկ հետաքրքրություն է առաջացրել մարդկանց համար: Մենք հիմա գիտենք, որ գրավիտացիան ամեն ինչի պատճառն է: Ինչ է դա, և ինչու է այս երևույթն այդքան կարևոր Տիեզերքի մասշտաբով, մենք կքննարկենք այսօր:

Ներածական մաս

Գիտնականները պարզել են, որ բոլոր զանգվածային մարմինները փոխադարձ ձգողություն են զգում միմյանց նկատմամբ: Հետագայում պարզվեց, որ այս խորհրդավոր ուժը որոշում է երկնային մարմինների շարժումը նրանց մշտական ​​ուղեծրերի երկայնքով: Ձգողականության նույն տեսությունը ձևակերպվել է մի հանճարի կողմից, որի վարկածները կանխորոշել են ֆիզիկայի զարգացումը գալիք դարերի ընթացքում: Այս ուսմունքը մշակել և շարունակել է (թեև բոլորովին այլ ուղղությամբ) Ալբերտ Էյնշտեյնը՝ անցյալ դարի մեծագույն մտքերից մեկը:

Դարեր շարունակ գիտնականները դիտարկել են ձգողականությունը, փորձել են հասկանալ և չափել այն: Վերջապես, վերջին մի քանի տասնամյակների ընթացքում մարդկությանը ծառայության է դրվել նույնիսկ այնպիսի երևույթ, ինչպիսին գրավիտացիան է (իհարկե որոշակի իմաստով)։ Ի՞նչ է դա, ինչպիսի՞ն է խնդրո առարկա տերմինի սահմանումը ժամանակակից գիտության մեջ։

Գիտական ​​սահմանում

Եթե ​​ուսումնասիրեք հին մտածողների ստեղծագործությունները, կարող եք պարզել, որ լատիներեն «gravitas» բառը նշանակում է «ծանրություն», «գրավչություն»: Այսօր գիտնականները դա անվանում են նյութական մարմինների համընդհանուր և մշտական ​​փոխազդեցություն: Եթե ​​այս ուժը համեմատաբար թույլ է և գործում է միայն այն առարկաների վրա, որոնք շատ ավելի դանդաղ են շարժվում, ապա Նյուտոնի տեսությունը կիրառելի է նրանց համար։ Եթե ​​հակառակն է, ապա պետք է օգտագործել Էյնշտեյնի եզրակացությունները։

Անմիջապես վերապահում անենք. ներկայումս սկզբունքորեն ամբողջությամբ ուսումնասիրված չէ ձգողականության բնույթը։ Ինչ է դա, մենք դեռ լիովին չենք հասկանում։

Նյուտոնի և Էյնշտեյնի տեսությունները

Իսահակ Նյուտոնի դասական ուսմունքների համաձայն՝ բոլոր մարմինները դեպի միմյանց ձգվում են իրենց զանգվածին ուղիղ համեմատական ​​ուժով, որը հակադարձ համեմատական ​​է նրանց միջև ընկած հեռավորության քառակուսուն։ Մյուս կողմից, Էյնշտեյնը պնդում էր, որ առարկաների միջև ձգողականությունը դրսևորվում է տարածության և ժամանակի կորության դեպքում (իսկ տարածության կորությունը հնարավոր է միայն այն դեպքում, եթե դրանում նյութ կա)։

Այս միտքը շատ խորն էր, բայց ժամանակակից հետազոտություններն ապացուցում են դրա որոշակի անճշտությունը։ Այսօր ենթադրվում է, որ գրավիտացիան տիեզերքում թեքում է միայն տարածությունը. ժամանակը կարող է դանդաղեցնել և նույնիսկ կանգնեցնել, սակայն ժամանակավոր նյութի ձևի փոփոխության իրականությունը տեսականորեն չի հաստատվել: Հետևաբար, Էյնշտեյնի դասական հավասարումը նույնիսկ հնարավորություն չի տալիս, որ տարածությունը կշարունակի ազդել նյութի և արդյունքում առաջացող մագնիսական դաշտի վրա:

Ավելի մեծ չափով հայտնի է գրավիտացիայի օրենքը (համընդհանուր ձգողականություն), որի մաթեմատիկական արտահայտությունը պատկանում է Նյուտոնին.

\ [F = γ \ ֆրակ [-1.2] (m_1 m_2) (r ^ 2) \]

Γ-ը հասկացվում է որպես գրավիտացիոն հաստատուն (երբեմն օգտագործվում է G նշանը), որի արժեքը կազմում է 6,67545 × 10−11 մ³ / (kg · s²):

Տարրական մասնիկների փոխազդեցությունը

Մեզ շրջապատող տարածության անհավանական բարդությունը մեծապես պայմանավորված է տարրական մասնիկների անսահման քանակով։ Նրանց միջև կան նաև տարբեր փոխազդեցություններ այն մակարդակներում, որոնց մասին մենք կարող ենք միայն ենթադրություններ անել: Այնուամենայնիվ, տարրական մասնիկների միմյանց հետ փոխազդեցության բոլոր տեսակները զգալիորեն տարբերվում են իրենց ուժով:

Մեզ հայտնի ամենահզոր ուժերը իրար են կապում ատոմային միջուկի բաղադրիչները։ Նրանց առանձնացնելու համար հարկավոր է իսկապես հսկայական էներգիա ծախսել: Ինչ վերաբերում է էլեկտրոններին, ապա դրանք միջուկին «կցվում են» միայն սովորականները, այն կանգնեցնելու համար երբեմն բավական է այն էներգիան, որն առաջանում է ամենասովորական քիմիական ռեակցիայի արդյունքում։ Ձգողականությունը (ինչ է դա, դուք արդեն գիտեք) ատոմների և ենթաատոմային մասնիկների տարբերակում փոխազդեցության ամենահեշտ տեսակն է։

Գրավիտացիոն դաշտն այս դեպքում այնքան թույլ է, որ դժվար է պատկերացնել: Որքան էլ տարօրինակ թվա, բայց հենց նրանք են «հետևում» երկնային մարմինների շարժմանը, որոնց զանգվածը երբեմն անհնար է պատկերացնել։ Այս ամենը հնարավոր է գրավիտացիայի երկու հատկանիշների շնորհիվ, որոնք հատկապես արտահայտված են մեծ ֆիզիկական մարմինների դեպքում.

• Ի տարբերություն ատոմայինի, այն ավելի նկատելի է օբյեկտից հեռավորության վրա։ Այսպիսով, Երկրի ձգողականությունը նույնիսկ Լուսինն է պահում իր դաշտում, և Յուպիտերի նմանատիպ ուժը հեշտությամբ աջակցում է միանգամից մի քանի արբանյակների ուղեծրերին, որոնցից յուրաքանչյուրի զանգվածը բավականին համեմատելի է Երկրի զանգվածի հետ:
• Բացի այդ, այն միշտ ապահովում է գրավչություն առարկաների միջև, և հեռավորության հետ այդ ուժը թուլանում է ցածր արագությամբ:

Ձգողականության քիչ թե շատ ներդաշնակ տեսության ձևավորումը տեղի է ունեցել համեմատաբար վերջերս և հենց մոլորակների և այլ երկնային մարմինների շարժման դարավոր դիտարկումների արդյունքների համաձայն: Առաջադրանքին մեծապես նպաստեց այն, որ նրանք բոլորը շարժվում են վակուումում, որտեղ այլ հնարավոր փոխազդեցություններ պարզապես չկան։ Գալիլեոն և Կեպլերը՝ ժամանակի երկու ականավոր աստղագետները, իրենց ամենաթանկ դիտարկումներով օգնեցին հող նախապատրաստել նոր հայտնագործությունների համար։

Բայց միայն մեծ Իսահակ Նյուտոնը կարողացավ ստեղծել գրավիտացիայի առաջին տեսությունը և այն արտահայտել մաթեմատիկական ներկայացմամբ: Սա գրավիտացիայի առաջին օրենքն էր, որի մաթեմատիկական պատկերը ներկայացված է վերևում։

Նյուտոնի և նրա որոշ նախորդների եզրակացությունները

Ի տարբերություն այլ ֆիզիկական երևույթների, որոնք գոյություն ունեն մեզ շրջապատող աշխարհում, ձգողականությունը դրսևորվում է միշտ և ամենուր: Դուք պետք է հասկանաք, որ «զրոյական գրավիտացիա» տերմինը, որը հաճախ հանդիպում է կեղծ գիտական ​​շրջանակներում, ծայրաստիճան սխալ է. նույնիսկ անկշիռ լինելը տիեզերքում չի նշանակում, որ մարդը կամ տիեզերանավինչ-որ զանգվածային օբյեկտի գրավչությունը չի գործում:

Բացի այդ, բոլոր նյութական մարմիններն ունեն որոշակի զանգված, որն արտահայտվում է նրանց վրա կիրառված ուժի և այդ ազդեցության արդյունքում ստացված արագացման տեսքով։

Այսպիսով, ձգողության ուժերը համաչափ են առարկաների զանգվածին: Թվային արտահայտությամբ դրանք կարող են արտահայտվել՝ ստանալով դիտարկվող երկու մարմինների զանգվածների արտադրյալը։ Այս ուժը խստորեն ենթարկվում է հակադարձ կապին առարկաների միջև հեռավորության քառակուսու հետ: Բոլոր մյուս փոխազդեցությունները բոլորովին այլ կերպ են կախված երկու մարմինների միջև եղած հեռավորություններից:

Զանգվածը՝ որպես տեսության հիմնաքար

Օբյեկտների զանգվածը դարձել է հատուկ վիճելի կետ, որի շուրջ կառուցված է Էյնշտեյնի գրավիտացիայի և հարաբերականության ողջ ժամանակակից տեսությունը։ Եթե ​​հիշում եք Երկրորդը, ապա հավանաբար գիտեք, որ զանգվածը ցանկացած ֆիզիկական նյութական մարմնի պարտադիր հատկանիշն է: Այն ցույց է տալիս, թե ինչպես իրեն կպահի առարկան, եթե նրա վրա ուժ կիրառվի՝ անկախ դրա ծագումից:

Քանի որ բոլոր մարմինները (ըստ Նյուտոնի) արագանում են, երբ նրանց վրա արտաքին ուժ է գործադրվում, զանգվածն է որոշում, թե որքան մեծ կլինի այս արագացումը։ Դիտարկենք ավելի պարզ օրինակ: Պատկերացրեք սկուտերն ու ավտոբուսը. եթե ճիշտ նույն ուժը կիրառեք նրանց վրա, նրանք տարբեր ժամանակներում կհասնեն տարբեր արագությունների: Այս ամենը բացատրվում է ձգողականության տեսությամբ։

Ի՞նչ կապ կա զանգվածի և գրավչության միջև:

Եթե ​​խոսենք գրավիտացիայի մասին, ապա այս երևույթի զանգվածը լրիվ հակառակ դեր է խաղում այն, ինչ նա խաղում է օբյեկտի ուժի և արագացման հետ կապված: Հենց նա է ինքնին գրավչության հիմնական աղբյուրը: Եթե ​​վերցնեք երկու մարմին և տեսնեք, թե ինչ ուժով են նրանք ձգում երրորդ առարկան, որը գտնվում է առաջին երկուսից հավասար հեռավորության վրա, ապա բոլոր ուժերի հարաբերակցությունը հավասար կլինի առաջին երկու առարկաների զանգվածների հարաբերությանը։ Այսպիսով, ձգողության ուժը ուղիղ համեմատական ​​է մարմնի զանգվածին։

Եթե ​​նկատի ունենանք Նյուտոնի երրորդ օրենքը, ապա կարող ենք վստահ լինել, որ նա ճիշտ նույն բանն է ասում։ Ձգողության ուժը, որը գործում է ձգողականության աղբյուրից հավասար հեռավորության վրա գտնվող երկու մարմինների վրա, ուղղակիորեն կախված է այդ առարկաների զանգվածից։ Առօրյա կյանքում մենք խոսում ենք այն ուժի մասին, որով մարմինը ձգվում է դեպի մոլորակի մակերեսը որպես նրա քաշ:

Ամփոփենք որոշ արդյունքներ. Այսպիսով, զանգվածը սերտորեն կապված է արագացման հետ։ Միևնույն ժամանակ, նա է, ով որոշում է այն ուժը, որով ներգրավումը կգործի մարմնի վրա:

Մարմինների արագացման առանձնահատկությունները գրավիտացիոն դաշտում

Այս զարմանալի երկակիությունն է պատճառը, որ նույն գրավիտացիոն դաշտում բոլորովին տարբեր առարկաների արագացումը հավասար կլինի։ Ենթադրենք, մենք ունենք երկու մարմին: Դրանցից մեկին նշանակենք z զանգված, իսկ մյուսին՝ Z։ Երկու առարկաներն էլ նետվում են գետնին, որտեղ նրանք ազատորեն ընկնում են։

Ինչպե՞ս է որոշվում ձգողականության ուժերի հարաբերակցությունը: Այն ցույց է տրված ամենապարզ մաթեմատիկական բանաձեւով՝ z/Z: Բայց այն արագացումը, որը նրանք ստանում են ձգողականության ուժի գործողության արդյունքում, կլինի ճիշտ նույնը։ Պարզ ասած՝ մարմնի գրավիտացիոն դաշտում արագացումը որևէ կերպ կախված չէ նրա հատկություններից։

Ինչի՞ց է կախված արագացումը նկարագրված դեպքում։

Դա կախված է միայն (!) Այս դաշտը ստեղծող օբյեկտների զանգվածից, ինչպես նաև դրանց տարածական դիրքից: Զանգվածի երկակի դերը և տարբեր մարմինների հավասար արագացումը գրավիտացիոն դաշտում հայտնաբերվել են համեմատաբար երկար ժամանակ։ Այս երեւույթները ստացել են հետեւյալ անվանումը՝ «Համարժեքության սկզբունք»։ Այս տերմինը ևս մեկ անգամ ընդգծում է, որ արագացումը և իներցիան հաճախ համարժեք են (որոշակի չափով, իհարկե):

Արժեքի կարևորությունը Գ

Դպրոցական ֆիզիկայի դասընթացից մենք հիշում ենք, որ մեր մոլորակի մակերևույթի վրա ձգողականության արագացումը (Երկրի ձգողականությունը) հավասար է 10 մ/վրկ ² (9,8, իհարկե, բայց այս արժեքը օգտագործվում է հաշվարկների պարզության համար): Այսպիսով, եթե հաշվի չառնենք օդի դիմադրությունը (զգալի բարձրության վրա՝ անկման փոքր հեռավորությամբ), ապա ազդեցությունը կստացվի, երբ մարմինը ձեռք է բերում 10 մ/վ արագացման աճ: ամեն վայրկյան. Այսպիսով, տան երկրորդ հարկից ընկած գիրքը թռիչքի ավարտին կշարժվի 30-40 մ/վ արագությամբ։ Պարզ ասած, 10 մ/վրկ է Երկրի ներսում ձգողության «արագությունը»:

Ազատ անկման արագացումը ֆիզիկական գրականության մեջ նշվում է «g» տառով։ Քանի որ Երկրի ձևը որոշ չափով ավելի շատ հիշեցնում է մանդարին, քան գնդակ, այս արժեքի արժեքը հեռու է նույնը նրա բոլոր տարածքներում: Այսպիսով, բևեռներում արագացումը ավելի մեծ է, իսկ բարձր լեռների գագաթներին այն դառնում է ավելի քիչ:

Նույնիսկ հանքարդյունաբերության մեջ գրավիտացիոն ուժը կարևոր դեր է խաղում: Այս երեւույթի ֆիզիկան երբեմն կարող է շատ ժամանակ խնայել: Օրինակ, երկրաբաններին հատկապես հետաքրքրում է g-ի կատարյալ ճշգրիտ որոշումը, քանի որ դա թույլ է տալիս բացառիկ ճշգրտությամբ ուսումնասիրել և գտնել օգտակար հանածոների հանքավայրեր: Ի դեպ, ինչպիսի՞ն է ձգողականության բանաձևը, որում կարևոր դեր է խաղում մեր դիտարկած արժեքը։ Ահա նա.

Նշում! Այս դեպքում գրավիտացիայի բանաձևը G-ով նշանակում է «գրավիտացիոն հաստատուն», որի արժեքը մենք արդեն տվել ենք վերևում։

Ժամանակին Նյուտոնը ձևակերպեց վերը նշված սկզբունքները. Նա հիանալի հասկանում էր և՛ միասնությունը, և՛ համընդհանուրությունը, բայց նա չէր կարող նկարագրել այս երեւույթի բոլոր կողմերը: Այս պատիվը բաժին հասավ Ալբերտ Էյնշտեյնին, ով նույնպես կարողացավ բացատրել համարժեքության սկզբունքը։ Հենց նրան է մարդկությունը պարտական ​​տիեզերական-ժամանակային շարունակականության էության ժամանակակից ըմբռնմանը:

Հարաբերականության տեսություն, Ալբերտ Էյնշտեյնի աշխատանքը

Իսահակ Նյուտոնի ժամանակ ենթադրվում էր, որ հղման կետերը կարող են ներկայացվել ինչ-որ կոշտ «ձողերի» տեսքով, որոնց օգնությամբ հաստատվում է մարմնի դիրքը տարածական կոորդինատային համակարգում։ Միաժամանակ ենթադրվում էր, որ բոլոր դիտորդները, ովքեր նշում են այդ կոորդինատները, կլինեն մեկ ժամանակային տարածության մեջ։ Այդ տարիներին այս դրույթն այնքան ակնհայտ էր համարվում, որ փորձ չէր արվում այն ​​վիճարկել կամ լրացնել։ Եվ դա հասկանալի է, քանի որ մեր մոլորակի սահմաններում այս կանոնում շեղումներ չկան։

Էյնշտեյնն ապացուցեց, որ չափման ճշգրտությունը իսկապես նշանակալի կլինի, եթե հիպոթետիկ ժամացույցը շարժվի լույսի արագությունից շատ ավելի դանդաղ։ Պարզ ասած, եթե մեկ դիտորդ, լույսի արագությունից ավելի դանդաղ շարժվելով, հետևի երկու իրադարձությունների, ապա դրանք նրա համար տեղի կունենան միաժամանակ։ Համապատասխանաբար երկրորդ դիտորդի համար. որի արագությունը նույնն է կամ ավելին, իրադարձությունները կարող են տեղի ունենալ տարբեր ժամանակներում:

Բայց ինչպե՞ս է ձգողականության ուժը կապված հարաբերականության տեսության հետ: Այս հարցը մանրամասն կբացահայտենք։

Հարաբերականության տեսության և գրավիտացիոն ուժերի հարաբերությունները

Վերջին տարիներին հսկայական թվով բացահայտումներ են արվել ենթաատոմային մասնիկների ոլորտում։ Աճում է այն համոզմունքը, որ մենք պատրաստվում ենք գտնել վերջնական մասնիկը, որից այն կողմ մեր աշխարհը չի կարող մասնատվել: Առավել համառ է անհրաժեշտությունը պարզելու, թե ինչպես են այն հիմնարար ուժերը, որոնք հայտնաբերվել են անցյալ դարում, կամ նույնիսկ ավելի վաղ, ազդում մեր տիեզերքի ամենափոքր «աղյուսների» վրա: Հատկապես վիրավորական է, որ ձգողականության բուն բնույթը դեռևս չի բացատրվել:

Ահա թե ինչու Էյնշտեյնից հետո, ով հաստատեց դասական նյուտոնյան մեխանիկայի «անգործունակությունը» դիտարկվող տարածքում, հետազոտողները կենտրոնացան նախկինում ձեռք բերված տվյալների ամբողջական վերաիմաստավորման վրա։ Շատ առումներով գրավիտացիան ինքնին վերանայման է ենթարկվել: Ի՞նչ է դա ենթաատոմային մասնիկների մակարդակում: Արդյո՞ք դա որևէ նշանակություն ունի այս զարմանալի բազմաչափ աշխարհում:

Պարզ լուծում.

Սկզբում շատերը ենթադրում էին, որ Նյուտոնի ձգողականության և հարաբերականության տեսության միջև անհամապատասխանությունը կարելի է բացատրել միանգամայն պարզ՝ էլեկտրադինամիկայի ոլորտից անալոգիաներ անելով։ Կարելի էր ենթադրել, որ գրավիտացիոն դաշտը տարածվում է մագնիսական դաշտի նման, որից հետո այն կարելի է հռչակել «միջնորդ» երկնային մարմինների փոխազդեցության մեջ՝ բացատրելով հին ու նոր տեսության բազմաթիվ անհամապատասխանություններ։ Փաստն այն է, որ այդ դեպքում դիտարկվող ուժերի տարածման հարաբերական արագությունները զգալիորեն ցածր կլինեն, քան թեթևը։ Այսպիսով, ինչպե՞ս են կապված ձգողականությունը և ժամանակը:

Սկզբունքորեն, հենց Էյնշտեյնին գրեթե հաջողվեց կառուցել հարաբերական տեսություն՝ հիմնված հենց այդպիսի տեսակետների վրա, բայց միայն մեկ հանգամանք խանգարեց նրա մտադրությանը. Այն ժամանակվա գիտնականներից և ոչ մեկն ընդհանրապես չուներ որևէ տեղեկություն, որը կարող էր օգնել որոշելու ձգողության «արագությունը»։ Բայց մեծ զանգվածների տեղաշարժի հետ կապված շատ տեղեկություններ կային։ Ինչպես գիտեք, դրանք պարզապես գրավիտացիոն հզոր դաշտերի առաջացման ընդհանուր ճանաչված աղբյուրն էին:

Բարձր արագությունները խիստ ազդում են մարմինների զանգվածների վրա, և դա ամենևին նման չէ արագության և լիցքի փոխազդեցությանը։ Որքան բարձր է արագությունը, այնքան մեծ է մարմնի քաշը: Խնդիրն այն է, որ վերջին արժեքը ինքնաբերաբար կդառնա անսահման, եթե շարժվի լույսի արագությամբ կամ ավելի արագ: Հետևաբար, Էյնշտեյնը եզրակացրեց, որ գոյություն ունի ոչ թե գրավիտացիոն դաշտ, այլ թեզորային դաշտ, որը նկարագրելու համար պետք է օգտագործվեն շատ ավելի շատ փոփոխականներ:

Նրա հետևորդները եզրակացրեցին, որ ձգողականությունը և ժամանակը գործնականում կապ չունեն: Փաստն այն է, որ այս տենզորային դաշտն ինքնին կարող է գործել տարածության վրա, բայց չի կարող ազդել ժամանակի վրա: Սակայն մեր ժամանակների հանճարեղ ֆիզիկոս Սթիվեն Հոքինգը այլ տեսակետ ունի. Բայց դա բոլորովին այլ պատմություն է...