grawitacja jest jedną z czterech podstawowych sił we wszechświecie, obok elektromagnetyzmu oraz silnych i słabych sił jądrowych. Pomimo tego, że jest wszechobecna i ważna dla powstrzymania naszych stóp przed odlotem z ziemi, grawitacja pozostaje w dużej mierze zagadką dla naukowców.
starożytni uczeni, próbując opisać świat, wymyślili własne wyjaśnienia, dlaczego rzeczy spadają na ziemię., Grecki filozof Arystoteles utrzymywał, że obiekty mają naturalną tendencję do poruszania się w kierunku centrum wszechświata, które uważał za środek Ziemi, według fizyka Richarda Fitzpatricka z University of Texas.
ale później luminarze wyparli naszą planetę z jej pierwotnej pozycji w kosmosie. Polski Polimat Mikołaj Kopernik zdał sobie sprawę, że ścieżki planet na niebie mają o wiele większy sens, jeśli słońce jest centrum Układu Słonecznego., Brytyjski matematyk i fizyk Isaac Newton rozszerzył spostrzeżenia Kopernika i uznał, że w miarę jak słońce porusza się po planetach, wszystkie obiekty wywierają na siebie siłę przyciągania.
w swoim słynnym traktacie z 1687 roku „Philosophiae naturalis principia mathematica” Newton opisał to, co obecnie nazywa się jego prawem powszechnej grawitacji. Zwykle zapisywany jest jako:
Fg = G (M1 ∙ M2) / r2
gdzie F to siła grawitacji, m1 i m2 to masy dwóch obiektów, A r to odległość między nimi., G, stała grawitacyjna, jest podstawową stałą, której wartość musi zostać odkryta w drodze eksperymentu.
grawitacja jest potężna, ale nie tak potężna
grawitacja jest najsłabszą z podstawowych sił., Magnes prętowy elektromagnetycznie pociągnie spinacz do papieru w górę, pokonując siłę grawitacji całej Ziemi na urządzeniu biurowym. Fizycy obliczyli, że grawitacja jest 10^40 (to liczba 1, po której następuje 40 zer) razy słabsza od elektromagnetyzmu, zgodnie z Nova PBS.
podczas gdy efekty grawitacji można wyraźnie zobaczyć w skali rzeczy takich jak planety, gwiazdy i galaktyki, siła grawitacji między przedmiotami codziennego użytku jest niezwykle trudna do zmierzenia., W 1798 roku brytyjski fizyk Henry Cavendish przeprowadził jeden z pierwszych na świecie eksperymentów o wysokiej precyzji, aby spróbować precyzyjnie określić wartość g, stałej grawitacyjnej, jak opisano w Proceedings of the National Academy of Science ' s Front Matter.
Cavendish zbudował tzw. balans skrętny, mocując dwie małe ołowiane kulki na końcach belki zawieszonej poziomo za pomocą cienkiego drutu. W pobliżu każdej z małych kulek umieścił duży, kulisty ołowiany ciężar., Małe ołowiane kulki były przyciągane grawitacyjnie do ciężkich ołowianych ciężarów, powodując, że drut skręcił się tylko trochę i pozwolił mu obliczyć G.
Co ciekawe, szacunki Cavendisha dla G były tylko o 1% niższe od ich współczesnej akceptowanej wartości 6,674 × 10^-11 m^3 / kg^1 * s^2. Większość innych uniwersalnych stałych jest znana z znacznie większej precyzji, ale ponieważ grawitacja jest tak słaba, naukowcy muszą zaprojektować niewiarygodnie wrażliwy sprzęt, aby spróbować zmierzyć jego efekty. Do tej pory dokładniejsza wartość G wymykała się ich oprzyrządowaniu.,
niemiecko-amerykański fizyk Albert Einstein dokonał kolejnej rewolucji w naszym rozumieniu grawitacji. Jego teoria ogólnej teorii względności wykazała, że grawitacja powstaje z krzywizny czasoprzestrzeni, co oznacza, że nawet promienie światła, które muszą podążać za tą krzywizną, są wyginane przez niezwykle masywne obiekty.
teorie Einsteina posłużyły do spekulacji na temat istnienia czarnych dziur — Bytów niebieskich o tak dużej masie, że nawet światło nie może uciec z ich powierzchni., W pobliżu czarnej dziury prawo uniwersalnej grawitacji Newtona nie opisuje już dokładnie, jak poruszają się obiekty, ale raczej równania pola tensorowego Einsteina mają pierwszeństwo.
astronomowie odkryli prawdziwe czarne dziury w kosmosie, udało im się nawet zrobić szczegółowe zdjęcie kolosalnej, która żyje w centrum naszej galaktyki. Inne teleskopy widziały efekty czarnych dziur w całym wszechświecie.,
zastosowanie prawa grawitacyjnego Newtona do ekstremalnie lekkich obiektów, takich jak ludzie, komórki i Atomy, pozostaje, według Minute Physics, nieco nieutwardzoną granicą. Badacze zakładają, że takie byty przyciągają się nawzajem za pomocą tych samych zasad grawitacji, co planety i gwiazdy, ale ponieważ grawitacja jest tak słaba, trudno jest wiedzieć na pewno.
być może Atomy przyciągają się grawitacyjnie w tempie jednego na odległość w kostkach zamiast do kwadratu — nasze obecne instrumenty nie są w stanie powiedzieć., Nowe ukryte aspekty rzeczywistości mogłyby być dostępne, gdybyśmy tylko mogli zmierzyć takie najmniejsze siły grawitacyjne.
wieczna Siła tajemnicy
grawitacja wprawia naukowców w zakłopotanie także na inne sposoby. Standardowy Model fizyki cząstek, który opisuje działania prawie wszystkich znanych cząstek i sił, pomija grawitację. Podczas gdy światło jest przenoszone przez cząstkę zwaną fotonem, fizycy nie mają pojęcia, czy istnieje cząstka równoważna grawitacji, która byłaby nazywana grawitonem.,
połączenie grawitacji w ramach teoretycznych z mechaniką kwantową, drugie główne odkrycie XX-wiecznej społeczności fizyków, pozostaje niedokończonym zadaniem. Taka teoria wszystkiego, jak wiadomo, może nigdy nie zostać zrealizowana.
W latach 60. i 70. astronomowie Vera Rubin i Kent Ford pokazali, że gwiazdy na krawędziach galaktyk krążą szybciej niż powinno być to możliwe. To było prawie tak, jakby jakaś niewidzialna masa szarpała je grawitacyjnie, wydobywając na światło materię, którą teraz nazywamy ciemną materią.,
w ostatnich latach naukowcom udało się uchwycić jeszcze jedną konsekwencję teorii względności Einsteina — fale grawitacyjne emitowane, gdy masywne obiekty, takie jak gwiazdy neutronowe i czarne dziury obracają się wokół siebie. Od 2017 roku Obserwatorium fal grawitacyjnych z Interferometrem Laserowym (LIGO) otworzyło nowe okno na wszechświat, wykrywając wyjątkowo słaby sygnał takich zdarzeń.
Dodaj komentarz