Šajā rakstā galvenā uzmanība tiks pievērsta universālās gravitācijas likuma atklāšanas vēsturei. Šeit mēs iepazīsimies ar biogrāfisko informāciju no zinātnieka dzīves, kurš atklāja šo fizisko dogmu, apsvērsim tās galvenos nosacījumus, attiecības ar kvantu gravitāciju, attīstības gaitu un daudz ko citu.
Ģēnijs
Sirs Īzaks Ņūtons ir zinātnieks no Anglijas. Savulaik viņš lielu uzmanību un pūles veltīja tādām zinātnēm kā fizika un matemātika, kā arī ienesa daudz jauna mehānikā un astronomijā. Viņš pamatoti tiek uzskatīts par vienu no pirmajiem fizikas pamatlicējiem tās klasiskajā modelī. Viņš ir fundamentālā darba "Dabas filozofijas matemātiskie principi" autors, kurā viņš sniedza informāciju par trim mehānikas likumiem un universālās gravitācijas likumu. Īzaks Ņūtons ar šiem darbiem ielika klasiskās mehānikas pamatus. Viņš izstrādāja diferenciāļa un integrāļa tipa aprēķinus, gaismas teoriju. Viņš arī sniedza lielu ieguldījumu fiziskajā optikā.un izstrādāja daudzas citas fizikas un matemātikas teorijas.
Likums
Universālās gravitācijas likums un tā atklāšanas vēsture aizsākās 1666. gadā. Tā klasiskā forma ir likums, kas apraksta gravitācijas tipa mijiedarbību, kas nepārsniedz mehānikas ietvarus.
Tā būtība bija tāda, ka gravitācijas pievilkšanas spēka F rādītājs, kas rodas starp 2 ķermeņiem vai matērijas punktiem m1 un m2, kas ir atdalīti viens no otra ar noteiktu attālumu r, ir proporcionāls abiem masas rādītājiem un ir proporcionāls abiem masas rādītājiem. apgrieztā proporcionalitāte kvadrātveida attālumiem starp ķermeņiem:
F=G, kur G apzīmē gravitācijas konstanti, kas vienāda ar 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Ņūtona gravitācija
Pirms aplūkot universālās gravitācijas likuma atklāšanas vēsturi, sīkāk apskatīsim tā vispārīgos raksturlielumus.
Ņūtona radītajā teorijā visiem ķermeņiem ar lielu masu jāģenerē ap sevi īpašs lauks, kas piesaista sev citus objektus. To sauc par gravitācijas lauku, un tam ir potenciāls.
Ķermenis ar sfērisku simetriju veido lauku ārpus sevis, līdzīgu tam, ko rada tādas pašas masas materiālais punkts, kas atrodas ķermeņa centrā.
Šāda gravitācijas lauka punkta trajektorijas virziens, ko rada ķermenis ar daudz lielāku masu, pakļaujas Keplera likumam. Visuma objekti, piemēram,planēta vai komēta, arī paklausiet viņam, pārvietojoties elipsē vai hiperbolā. Izkropļojumi, ko rada citi masīvi ķermeņi, tiek ņemti vērā, izmantojot perturbācijas teorijas noteikumus.
Analīzes precizitāte
Pēc tam, kad Ņūtons atklāja universālās gravitācijas likumu, tas bija daudzkārt jāpārbauda un jāpierāda. Šim nolūkam tika veikti vairāki aprēķini un novērojumi. Piekrītot tās noteikumiem un vadoties no tā rādītāja precizitātes, eksperimentālā novērtējuma forma kalpo kā skaidrs GR apstiprinājums. Kvadrupolu mijiedarbības mērīšana ķermenim, kurš rotē, bet tā antenas paliek nekustīgas, parāda, ka δ palielināšanas process ir atkarīgs no potenciāla r -(1+δ), attālumā no vairākus metrus un atrodas robežās (2, 1±6, 2)•10-3. Vairāki citi praktiski apstiprinājumi ļāva izveidot šo likumu un pieņemt vienotu formu bez jebkādām izmaiņām. 2007. gadā šī dogma tika atkārtoti pārbaudīta attālumā, kas mazāks par centimetru (55 mikroni-9,59 mm). Ņemot vērā eksperimentālās kļūdas, zinātnieki pārbaudīja attāluma diapazonu un neatrada acīmredzamas novirzes šajā likumā.
Mēness orbītas novērošana attiecībā pret Zemi arī apstiprināja tās pamatotību.
Eiklīda telpa
Ņūtona klasiskā gravitācijas teorija ir saistīta ar Eiklīda telpu. Faktiskā vienādība ar pietiekami augstu precizitāti (10-9) attāluma mēriem iepriekš aplūkotās vienādības saucējā parāda mums Ņūtona mehānikas telpas Eiklīda pamatu ar trīs -dimensiju fiziskā forma. ATšādam matērijas punktam sfēriskas virsmas laukums ir tieši proporcionāls tās rādiusa kvadrāta vērtībai.
Dati no vēstures
Apskatīsim īsu vispārējās gravitācijas likuma atklāšanas vēstures kopsavilkumu.
Idejas izvirzīja citi zinātnieki, kas dzīvoja pirms Ņūtona. Pārdomas par to apmeklēja Epikūrs, Keplers, Dekarts, Robervals, Gasendi, Haigenss un citi. Keplers ierosināja, ka gravitācijas spēks ir apgriezti proporcionāls attālumam no Saules zvaigznes un izplatās tikai ekliptikas plaknēs; pēc Dekarta domām, tās bija virpuļu darbības sekas ētera biezumā. Bija virkne minējumu, kas ietvēra pareizos minējumus par atkarību no attāluma.
Ņūtona vēstulē Halijam bija informācija, ka paša sera Īzaka priekšteči bija Huks, Wren un Buyo Ismael. Tomēr nevienam pirms viņa neizdevās skaidri, izmantojot matemātiskas metodes, savienot gravitācijas likumu un planētu kustību.
Universālās gravitācijas likuma atklāšanas vēsture ir cieši saistīta ar darbu "Dabas filozofijas matemātiskie principi" (1687). Šajā darbā Ņūtons varēja atvasināt attiecīgo likumu, pateicoties Keplera empīriskajam likumam, kas tajā laikā jau bija zināms. Viņš mums parāda, ka:
- jebkuras redzamas planētas kustības forma norāda uz centrālā spēka klātbūtni;
- Centrālā tipa pievilkšanās spēks veido eliptiskas vai hiperboliskas orbītas.
Par Ņūtona teoriju
Pārskatot universālās gravitācijas likuma atklāšanas īso vēsturi, mēs varam arī norādīt uz vairākām atšķirībām, kas to atšķir no iepriekšējām hipotēzēm. Ņūtons nodarbojās ne tikai ar piedāvātās aplūkojamās parādības formulas publicēšanu, bet arī piedāvāja matemātiskā tipa modeli holistiskā formā:
- noteikums par gravitācijas likumu;
- kustības likumu statūti;
- matemātisko pētījumu metožu sistemātika.
Šī triāde spēja diezgan precīzi izmeklēt pat vissarežģītākās debess objektu kustības, tādējādi radot pamatu debesu mehānikai. Līdz Einšteina darbības sākumam šajā modelī fundamentālas korekciju kopas klātbūtne nebija nepieciešama. Būtiski bija jāuzlabo tikai matemātiskais aparāts.
Diskusijas objekts
Visā astoņpadsmitajā gadsimtā atklātie un pārbaudītie tiesību akti kļuva par plaši pazīstamu aktīvu strīdu un skrupulozu pārbaužu objektu. Tomēr gadsimts beidzās ar vispārēju vienošanos ar viņa postulātiem un izteikumiem. Izmantojot likuma aprēķinus, bija iespējams precīzi noteikt ķermeņu kustības ceļus debesīs. Tiešo pārbaudi veica Henrijs Kavendišs 1798. gadā. Viņš to izdarīja, izmantojot vērpes tipa līdzsvaru ar lielu jutīgumu. Universālā gravitācijas likuma atklāšanas vēsturē īpaša vieta ir jāatvēl Puasona ieviestajām interpretācijām. Viņš izstrādāja gravitācijas potenciāla koncepciju un Puasona vienādojumu, ar kuru bija iespējams to aprēķinātpotenciāls. Šāda veida modelis ļāva izpētīt gravitācijas lauku patvaļīgas vielas sadalījuma klātbūtnē.
Ņūtona teorijā bija daudz grūtību. Par galveno varētu uzskatīt tāldarbības neizskaidrojamību. Nebija iespējams precīzi atbildēt uz jautājumu, kā pievilkšanās spēki tiek raidīti caur vakuuma telpu bezgalīgā ātrumā.
Likuma "evolūcija"
Nākamos divsimt gadus un pat vairāk, daudzi fiziķi mēģināja piedāvāt dažādus veidus, kā uzlabot Ņūtona teoriju. Šie centieni beidzās ar triumfu 1915. gadā, proti, tika izveidota Einšteina radītā Vispārējā relativitātes teorija. Viņš spēja pārvarēt visu grūtību kopumu. Saskaņā ar atbilstības principu Ņūtona teorija izrādījās tuvinājums darba sākumam pie teorijas vispārīgākā formā, ko var pielietot noteiktos apstākļos:
- Gravitācijas dabas potenciāls pētāmajās sistēmās nevar būt pārāk liels. Saules sistēma ir visu debess ķermeņu kustības noteikumu ievērošanas piemērs. Relativistiskā parādība ir manāma perihēlija maiņas izpausme.
- Kustības ātrums šajā sistēmu grupā ir niecīgs, salīdzinot ar gaismas ātrumu.
Pierādījums tam, ka vājā stacionārā gravitācijas laukā GR aprēķini ir Ņūtona aprēķini, ir gravitācijas skalārā potenciāla klātbūtne stacionārā laukā arvāji izteiktas spēku īpašības, kas spēj apmierināt Puasona vienādojuma nosacījumus.
Kvantu skala
Tomēr vēsturē ne universālās gravitācijas likuma zinātniskais atklājums, ne Vispārējā relativitātes teorija nevarētu kalpot par galīgo gravitācijas teoriju, jo abas nepietiekami apraksta gravitācijas veida procesus kvantā. mērogs. Mēģinājums izveidot kvantu gravitācijas teoriju ir viens no svarīgākajiem mūsdienu fizikas uzdevumiem.
No kvantu gravitācijas viedokļa mijiedarbību starp objektiem veido virtuālo gravitonu apmaiņa. Saskaņā ar nenoteiktības principu virtuālo gravitonu enerģijas potenciāls ir apgriezti proporcionāls laika intervālam, kurā tas pastāvēja, sākot no viena objekta emisijas punkta līdz brīdim, kad to absorbēja cits punkts.
Ņemot vērā to, izrādās, ka nelielā attāluma mērogā ķermeņu mijiedarbība ietver virtuālā tipa gravitonu apmaiņu. Pateicoties šiem apsvērumiem, ir iespējams secināt noteikumu par Ņūtona potenciāla likumu un tā atkarību saskaņā ar proporcionalitātes attiecību pret attālumu. Kulona un Ņūtona likumu līdzība ir izskaidrojama ar to, ka gravitonu svars ir vienāds ar nulli. Fotonu svaram ir tāda pati nozīme.
Maldināšana
Skolas programmā atbilde uz jautājumu no vēstures, kāŅūtons atklāja universālās gravitācijas likumu, ir stāsts par krītošu ābolu augli. Saskaņā ar šo leģendu, tas uzkrita uz zinātnieka galvas. Tomēr tas ir plaši izplatīts nepareizs priekšstats, un patiesībā viss varēja iztikt bez līdzīga iespējamās galvas traumas gadījuma. Pats Ņūtons dažkārt apstiprināja šo mītu, taču patiesībā likums nebija spontāns atklājums un nenāca mirkļa ieskata uzplūdā. Kā jau rakstīts iepriekš, tas tika izstrādāts ilgu laiku un pirmo reizi tika prezentēts darbos par "Matemātikas principiem", kas publiski izstādīti 1687. gadā.
