Šiame straipsnyje pagrindinis dėmesys bus skiriamas visuotinės gravitacijos dėsnio atradimo istorijai. Čia susipažinsime su biografine informacija iš mokslininko, atradusio šią fizinę dogmą, gyvenimo, apsvarstysime pagrindines jos nuostatas, santykį su kvantine gravitacija, vystymosi eigą ir daug daugiau.
Genius
Sir Isaac Newton yra mokslininkas iš Anglijos. Vienu metu jis daug dėmesio ir pastangų skyrė tokiems mokslams kaip fizika ir matematika, taip pat atnešė daug naujų dalykų į mechaniką ir astronomiją. Jis pagrįstai laikomas vienu pirmųjų fizikos įkūrėjų klasikiniame modelyje. Jis yra pagrindinio darbo „Matematiniai gamtos filosofijos principai“, kuriame pateikė informaciją apie tris mechanikos dėsnius ir visuotinės gravitacijos dėsnį, autorius. Isaacas Newtonas šiais darbais padėjo klasikinės mechanikos pagrindus. Sukūrė diferencialinio ir integralinio tipo skaičiavimą, šviesos teoriją. Jis taip pat daug prisidėjo prie fizinės optikos.ir sukūrė daug kitų fizikos ir matematikos teorijų.
Teisė
Visuotinės gravitacijos dėsnis ir jo atradimo istorija siekia 1666 m. Jo klasikinė forma yra dėsnis, apibūdinantis gravitacinio tipo sąveiką, kuri neperžengia mechanikos ribų.
Jo esmė buvo ta, kad gravitacinės traukos jėgos F, atsirandančios tarp 2 kūnų arba materijos taškų m1 ir m2, atskirtų vienas nuo kito tam tikru atstumu r, rodiklis yra proporcingas abiem masės rodikliams ir turi atvirkštinis proporcingumas kvadratiniams atstumams tarp kūnų:
F=G, kur G reiškia gravitacinę konstantą, lygią 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Niutono gravitacija
Prieš svarstydami visuotinės gravitacijos dėsnio atradimo istoriją, pažvelkime į bendrąsias jo charakteristikas.
Niutono sukurtoje teorijoje visi kūnai, turintys didelę masę, turi sukurti aplink save specialų lauką, kuris pritraukia prie savęs kitus objektus. Jis vadinamas gravitaciniu lauku ir turi potencialą.
Sferinės simetrijos kūnas sudaro lauką už savęs, panašų į tą, kurį sukuria tos pačios masės materialus taškas, esantis kūno centre.
Tokio gravitacinio lauko taško, sukurto daug didesnės masės kūno, trajektorijos kryptis paklūsta Keplerio dėsniui. Visatos objektai, tokie kaip pvz.planeta ar kometa, taip pat pakluskite jam, judėdami elipsėje arba hiperbole. Atsižvelgiant į iškraipymą, kurį sukuria kiti masyvūs kūnai, atsižvelgiama taikant perturbacijos teorijos nuostatas.
Analizės tikslumas
Kai Niutonas atrado visuotinės gravitacijos dėsnį, jis turėjo būti išbandytas ir įrodytas daug kartų. Tam buvo atlikta nemažai skaičiavimų ir pastebėjimų. Sutikus su jo nuostatomis ir remiantis jo rodiklio tikslumu, eksperimentinė vertinimo forma yra aiškus GR patvirtinimas. Kūno, kuris sukasi, bet jo antenos lieka nejudančios, keturpolio sąveikos matavimas rodo, kad δ didėjimo procesas priklauso nuo potencialo r -(1+δ) atstumu nuo kelių metrų ir yra ribose (2, 1±6, 2)•10-3. Daugybė kitų praktinių patvirtinimų leido šį įstatymą sukurti ir įgyti vieną formą be jokių pakeitimų. 2007 metais ši dogma buvo dar kartą patikrinta mažesniu nei centimetro atstumu (55 mikronai – 9,59 mm). Atsižvelgdami į eksperimentines klaidas, mokslininkai ištyrė atstumo diapazoną ir nerado jokių akivaizdžių šio įstatymo nukrypimų.
Mėnulio orbitos Žemės atžvilgiu stebėjimas taip pat patvirtino jo pagrįstumą.
Euklido erdvė
Klasikinė Niutono gravitacijos teorija yra susijusi su Euklido erdve. Faktinė lygybė su pakankamai dideliu tikslumu (10-9) atstumo matų lygybės vardiklyje, aptartame aukščiau, parodo mums Niutono mechanikos erdvės euklidinį pagrindą su trimis -dimensinė fizinė forma. ATtokiam medžiagos taškui sferinio paviršiaus plotas yra tiksliai proporcingas jo spindulio kvadrato vertei.
Istorijos duomenys
Panagrinėkime trumpą visuotinės gravitacijos dėsnio atradimo istorijos santrauką.
Idėjas pateikė kiti mokslininkai, gyvenę iki Niutono. Epikūras, Kepleris, Dekartas, Robervalis, Gassendi, Huygensas ir kt. Kepleris pasiūlė, kad gravitacinė jėga yra atvirkščiai proporcinga atstumui nuo Saulės žvaigždės ir pasiskirsto tik ekliptikos plokštumose; anot Dekarto, tai buvo sūkurių veiklos eterio storyje pasekmė. Buvo keletas spėjimų, kuriuose buvo atspindėti teisingi spėjimai apie priklausomybę nuo atstumo.
Newtono laiške Halley buvo informacijos, kad paties sero Izaoko pirmtakai buvo Hukas, Wrenas ir Buyo Ismaelis. Tačiau niekam prieš jį nepavyko aiškiai, naudojant matematinius metodus, susieti gravitacijos dėsnį ir planetų judėjimą.
Visuotinės gravitacijos dėsnio atradimo istorija glaudžiai susijusi su darbu „Matematiniai gamtos filosofijos principai“(1687). Šiame darbe Niutonas sugebėjo išvesti aptariamą dėsnį dėka Keplerio empirinio įstatymo, kuris tuo metu jau buvo žinomas. Jis mums parodo, kad:
- bet kurios matomos planetos judėjimo forma rodo centrinės jėgos buvimą;
- Centrinio tipo traukos jėga sudaro elipsines arba hiperbolines orbitas.
Apie Niutono teoriją
Peržvelgdami trumpą visuotinės gravitacijos dėsnio atradimo istoriją, taip pat galime atkreipti dėmesį į daugybę skirtumų, išskiriančių jį nuo ankstesnių hipotezių. Niutonas užsiėmė ne tik siūlomos nagrinėjamo reiškinio formulės paskelbimu, bet ir pasiūlė matematinio tipo modelį holistine forma:
- gravitacijos dėsnio nuostata;
- judėjimo įstatymo statutas;
- matematinio tyrimo metodų sistematika.
Ši triada galėjo gana tiksliai ištirti net sudėtingiausius dangaus objektų judesius, taip sukurdama pagrindą dangaus mechanikai. Iki Einšteino veiklos šiame modelyje pradžios nereikėjo turėti esminių pataisymų. Reikėjo gerokai patobulinti tik matematinį aparatą.
Diskusijos objektas
Per aštuonioliktąjį amžių atrasta ir patikrinta teisė tapo žinomu aktyvių ginčų ir kruopščių patikrinimų objektu. Tačiau šimtmetis baigėsi bendru susitarimu su jo postulatais ir teiginiais. Naudojant dėsnio skaičiavimus, buvo galima tiksliai nustatyti kūnų judėjimo danguje kelius. Tiesioginį patikrinimą atliko Henry Cavendish 1798 m. Jis tai padarė naudodamas sukimo tipo balansą labai jautriai. Visuotinio gravitacijos dėsnio atradimo istorijoje ypatingą vietą būtina skirti Puasono pateiktoms interpretacijoms. Jis sukūrė gravitacinio potencialo koncepciją ir Puasono lygtį, su kuria buvo galima tai apskaičiuoti.potencialus. Šio tipo modelis leido ištirti gravitacinį lauką esant savavališkam medžiagos pasiskirstymui.
Nutono teorijoje buvo daug sunkumų. Pagrindiniu būtų galima laikyti tolimojo veiksmo nepaaiškinamumą. Neįmanoma tiksliai atsakyti į klausimą, kaip traukos jėgos siunčiamos per vakuuminę erdvę begaliniu greičiu.
Įstatymo „evoliucija“
Kitus du šimtus metų ir net daugiau, daugelis fizikų bandė pasiūlyti įvairius būdus, kaip patobulinti Niutono teoriją. Šios pastangos baigėsi triumfu 1915 m., ty bendrosios reliatyvumo teorijos, kurią sukūrė Einšteinas, sukūrimas. Jis sugebėjo įveikti visus sunkumus. Remiantis korespondencijos principu, Niutono teorija pasirodė esanti apytikslė teorijos darbo pradžiai bendresne forma, kuri gali būti taikoma tam tikromis sąlygomis:
- Gravitacinės gamtos potencialas negali būti per didelis tiriamose sistemose. Saulės sistema yra visų dangaus kūnų judėjimo taisyklių laikymosi pavyzdys. Reliatyvistinis reiškinys yra pastebimas perihelio poslinkio pasireiškimas.
- Šios sistemų grupės judėjimo greitis yra nereikšmingas, palyginti su šviesos greičiu.
Įrodymas, kad silpname stacionariame gravitaciniame lauke GR skaičiavimai atliekami Niutono skaičiavimų forma yra gravitacinio skaliarinio potencialo buvimas stacionariame lauke susilpnai išreikštos jėgų charakteristikos, kurios gali patenkinti Puasono lygties sąlygas.
Kvantinė skalė
Tačiau istorijoje nei mokslinis visuotinės gravitacijos dėsnio atradimas, nei Bendroji reliatyvumo teorija negalėjo būti galutine gravitacijos teorija, nes abu nepakankamai apibūdina gravitacinio tipo procesus kvante. skalė. Bandymas sukurti kvantinės gravitacijos teoriją yra vienas iš svarbiausių šiuolaikinės fizikos uždavinių.
Kvantinės gravitacijos požiūriu objektų sąveika sukuriama keičiantis virtualiems gravitonams. Pagal neapibrėžtumo principą virtualių gravitonų energijos potencialas yra atvirkščiai proporcingas laiko intervalui, per kurį jis egzistavo, nuo vieno objekto spinduliavimo taško iki momento, kai jį sugeria kitas taškas.
Atsižvelgiant į tai, paaiškėja, kad esant nedideliam atstumų mastui, kūnų sąveika keičiasi virtualaus tipo gravitonais. Šių samprotavimų dėka galima daryti išvadą apie Niutono potencialo ir jo priklausomybės dėsnį pagal proporcingumo atstumo atžvilgiu. Kulono ir Niutono dėsnių analogija paaiškinama tuo, kad gravitonų svoris lygus nuliui. Fotonų svoris turi tą pačią reikšmę.
Apgaulė
Mokyklos programoje atsakymas į klausimą iš istorijos, kaipNiutonas atrado visuotinės gravitacijos dėsnį, yra istorija apie krintantį obuolio vaisių. Pasak šios legendos, jis nukrito ant mokslininko galvos. Tačiau tai yra plačiai paplitusi klaidinga nuomonė, ir iš tikrųjų viskas galėjo išsiversti be panašaus galimos galvos traumos atvejo. Pats Niutonas kartais patvirtindavo šį mitą, tačiau iš tikrųjų įstatymas nebuvo spontaniškas atradimas ir neatėjo akimirkos įžvalgos pliūpsnis. Kaip buvo parašyta aukščiau, jis buvo kuriamas ilgą laiką ir pirmą kartą buvo pristatytas „Matematikos principų“darbuose, kurie viešai pasirodė 1687 m.
