Hva er tyngdekraften?

Tyngdekraften er en av de fire fundamentale kreftene i universet, sammen med elektromagnetisme og sterke og svake kjernefysiske styrker. Til tross for å være allestedsnærværende og viktig for å holde våre føtter fra flying av Jorden, tyngdekraften er fortsatt, i stor grad, en gåte for forskerne.

Gamle forskere prøver å beskrive verden kom opp med sine egne forklaringer på hvorfor ting faller mot bakken., Den greske filosofen Aristoteles hevdet at objekter har en naturlig tendens til å gå mot sentrum av universet, som han mente å være i midten av Jorden, i henhold til fysikeren Richard Fitzpatrick fra Universitetet i Texas.

Men senere armaturer forskyves vår planet fra dens primære posisjon i kosmos. Den polske kyndig innenfor flere fag Nicolas Copernicus innså at banene til planetene på himmelen gjøre mye mer følelse hvis solen er sentrum av solsystemet., Den Britiske matematikeren og fysikeren Isaac Newton utvidet Copernicus’ innsikt og tenkte at, som solen slepebåter på planetene, alle objekter utøve en kraft på tiltrekning på hverandre.

I hans berømte 1687 avhandling «Philosophiae naturalis principia mathematica,» Newton beskrevet hva er nå heter hans loven om universell gravitasjon. Det er vanligvis skrives som:

Fg = G (m1 ∙ m2) / r2

Hvor F er tyngdekraften, m1 og m2 er det masser av to objekter og r er avstanden mellom dem., G, gravitasjons konstant, er en grunnleggende konstant med verdi har for å bli oppdaget gjennom eksperiment.

Tyngdekraften er kraftig, men ikke så kraftig

Tyngdekraften er den svakeste av de fundamentale kreftene., En bar magnet vil elektromagnetisk trekke en binders oppover, til å overvinne gravitasjonskraft over hele Jorden på den del av kontorutstyr. Fysikere har beregnet at tyngdekraften er 10^40 (som er nummer 1 etterfulgt av 40 nuller) ganger svakere enn elektromagnetisme, i henhold til PBS Nova.

Mens tyngdekraften er effekter kan tydelig sees på omfanget av ting som planeter, stjerner og galakser, tyngdekraften mellom dagligdagse gjenstander er svært vanskelig å måle., I 1798, Britisk fysiker Henry Cavendish gjennomført en av verdens første high precision eksperimenter for å prøve å nøyaktig fastslå verdien av G, gravitasjons konstant, som rapportert i Proceedings of the National Academy of Science Foran Saken.

Cavendish bygd hva som er kjent som en vridning balanse, feste to små føre baller til endene av en bjelke suspendert horisontalt ved en tynn tråd. Nær hver av de små baller, han plassert en stor, rund føre vekt., Den lille føre ballene var med tyngdekraft tiltrukket til den tunge blylodd, forårsaker ledningen til å vri som bare en liten bit, og tillate ham å beregne G.

Bemerkelsesverdig, Cavendish ‘ s anslag for G var bare 1% av fra sin moderne-dag akseptert verdien av 6.674 × 10^-11 m^3/kg^1 * s^2. De fleste andre universelle konstanter er kjent for å være langt høyere presisjon, men fordi tyngdekraften er så svak, forskere må utforme utrolig sensitivt utstyr for å prøve å måle effekter. Så langt, er en mer nøyaktig verdi av G har slått igjennom deres instrumentering.,

Den tysk-Amerikanske fysikeren Albert Einstein førte til neste revolusjon i vår forståelse av tyngdekraften. Hans teori om generell relativitetsteori viste at gravitasjon oppstår fra krumning av rom-tid, noe som betyr at selv stråler av lys, som må følge dette kurvatur, er bøyd av ekstremt massive objekter.

Einsteins teorier ble brukt til å spekulere i om eksistensen av sorte hull — guddommelige entiteter med så mye masse at selv ikke lys kan unnslippe fra deres overflater., I nærheten av et sort hull, Newtons lov om universell gravitasjon ikke lenger nøyaktig beskriver hvordan objekter beveger seg, men heller Einsteins tensoren feltet ligninger forrang.

Astronomer har siden oppdaget real-life sorte hull ut i verdensrommet, selv klarer å knipse et detaljert bilde av den kolossale en som bor i sentrum av vår galakse. Andre teleskoper har sett sorte hull’ virkninger over hele universet.,

anvendelse av Newtons gravitasjonsfelt lov til ekstremt lyse gjenstander, som mennesker, celler og atomer, er fortsatt en bit av en unstudied frontier, i henhold til Minutters Fysikk. Forskere antar at slike foretak tiltrekke seg en annen med samme gravitasjonsfelt regler som planeter og stjerner, men fordi tyngdekraften er så svak, det er vanskelig å vite sikkert.

Kanskje atomene tiltrekker hverandre med tyngdekraft til en verdi av over en avstand cubed i stedet for squared — vår nåværende instrumenter har ingen måte å fortelle., Romanen skjulte aspekter av virkeligheten kan være tilgjengelig hvis vi bare kunne måle slike minutters gravitasjonelle krefter.

En evig kraft av mysteriet

Tyngdekraften perplexes forskere på andre måter også. Standardmodellen for partikkelfysikk, som beskriver handlingene til nesten alle kjente partikler og krefter, blader ut tyngdekraften. Mens lyset er utført av en partikkel kalt et foton, fysikere har ingen anelse om det er en tilsvarende partikkel for tyngdekraften, som ville bli kalt et graviton.,

gravitasjon Bringe sammen i et teoretisk rammeverk med quantum mechanics, den andre store oppdagelsen av det 20. århundre fysikk samfunnet, er det fortsatt uløste oppgaven. En slik teori om alt, som det er kjent, kan aldri bli realisert.

Men tyngdekraften har likevel vært brukt til å avdekke monumentale funn. I 1960-og 70-tallet, astronomer Vera Rubin og Kent Ford viste at stjernene på kantene av galakser ble bane raskere enn det burde være mulig. Det var nesten som om en usynlig masse var å rykke på dem med tyngdekraft, å bringe frem i lyset et materiale som vi nå kaller mørk materie.,

I de senere år har forskere også klart å fange en annen konsekvens av Einsteins relativitetsteori — gravitasjonsbølger som slippes ut når massive objekter som nøytron stjerner og sorte hull roterer rundt hverandre. Siden 2017, Laser Interferometer Gravitasjons-Wave Observatory (LIGO) har åpnet opp et nytt vindu til universet ved å registrere meget svakt signal av slike hendelser.