gravitationen är en av de fyra grundläggande krafterna i universum, tillsammans med elektromagnetism och de starka och svaga kärnkrafterna. Trots att det är allomfattande och viktigt för att hålla våra fötter från att flyga från jorden, förblir gravitationen till stor del ett pussel för forskare.
forntida forskare som försökte beskriva världen kom upp med sina egna förklaringar till varför saker faller mot marken., Den grekiska filosofen Aristoteles hävdade att föremål har en naturlig tendens att röra sig mot universums centrum, som han trodde var mitten av jorden, enligt fysikern Richard Fitzpatrick från University of Texas.
men senare armaturer lossnade vår planet från sin primära position i kosmos. Den polska polymath Nicolas Copernicus insåg att planeternas vägar på himlen ger mycket mer mening om solen är centrum för solsystemet., Den brittiska matematikern och fysikern Isaac Newton utökade Copernicus insikter och motiverade att, som solen bogserbåtar på planeterna, alla objekt utövar en dragningskraft på varandra.
i sin berömda 1687 avhandling ”Philosophiae naturalis principia mathematica” beskrev Newton vad som nu kallas hans lag om universell gravitation. Det är vanligtvis skrivet som:
Fg = g (M1 ∙ m2)/r2
där F är tyngdkraften, m1 och m2 är massorna av två objekt och r är avståndet mellan dem., G, gravitationskonstanten, är en grundläggande konstant vars värde måste upptäckas genom experiment.
gravitationen är kraftfull, men inte så kraftfull
gravitationen är den svagaste av de grundläggande krafterna., En barmagnet kommer elektromagnetiskt att dra ett pappersklipp uppåt och övervinna gravitationskraften hos hela jorden på kontorsutrustningen. Fysiker har beräknat att gravitationen är 10^40 (Det är nummer 1 följt av 40 nollor) gånger svagare än elektromagnetism, enligt PBS Nova.
medan gravitationens effekter tydligt kan ses på omfattningen av saker som planeter, stjärnor och galaxer, är tyngdkraften mellan vardagliga föremål extremt svår att mäta., År 1798 genomförde den brittiske fysikern Henry Cavendish ett av världens första högprecisionsexperiment för att försöka exakt bestämma värdet av G, gravitationskonstanten, som rapporterats i förfarandet vid National Academy of Science ’ s Front Matter.
Cavendish byggde vad som är känt som en torsionsbalans, fästa två små blybollar till ändarna av en stråle upphängd horisontellt med en tunn tråd. Nära var och en av de små bollarna placerade han en stor sfärisk blyvikt., De små blybollarna lockades gravitationellt till de tunga blyvikterna, vilket fick tråden att vrida bara en liten bit och låta honom beräkna G.
anmärkningsvärt var Cavendishs uppskattning för G endast 1% från sitt moderna accepterade värde på 6.674 × 10^-11 m^3/kg^1 * s^2. De flesta andra universella konstanter är kända för mycket högre precision men eftersom gravitationen är så svag måste forskare utforma otroligt känslig utrustning för att försöka mäta dess effekter. Hittills har ett mer exakt värde av G undgått deras instrumentering.,
den tysk-amerikanska fysikern Albert Einstein införde nästa revolution i vår förståelse av gravitationen. Hans teori om allmän relativitet visade att gravitationen härrör från rumtidens krökning, vilket innebär att även ljusstrålar, som måste följa denna krökning, böjs av extremt massiva föremål.
Einsteins teorier användes för att spekulera om förekomsten av svarta hål — himmelska enheter med så mycket massa att inte ens ljus kan fly från sina ytor., I närheten av ett svart hål beskriver Newtons lag om universell gravitation inte längre exakt hur objekt rör sig, utan Einsteins tensorfältsekvationer har företräde.
astronomer har sedan dess upptäckt verkliga svarta hål i rymden, till och med lyckats knäppa ett detaljerat foto av den kolossala som bor i mitten av vår galax. Andra teleskop har sett svarta hål effekter över hela universum.,
tillämpningen av Newtons gravitationslag på extremt lätta föremål, som människor, celler och atomer, förblir lite av en ostuderad gräns, enligt Minutfysik. Forskare antar att sådana enheter lockar varandra med samma gravitationsregler som planeter och stjärnor, men eftersom gravitationen är så svag är det svårt att veta säkert.
kanske attraherar atomer varandra gravitationellt med en hastighet av en över deras avstånd kubad istället för kvadrerad — våra nuvarande instrument har inget sätt att berätta., Nya dolda aspekter av verkligheten kan vara tillgängliga om vi bara kunde mäta sådana små gravitationskrafter.
en evig kraft av mystik
Gravity förvirrar forskare på andra sätt också. Standardmodellen för partikelfysik, som beskriver handlingarna hos nästan alla kända partiklar och krafter, lämnar ut gravitationen. Medan ljus bärs av en partikel som kallas en foton, har fysiker ingen aning om det finns en ekvivalent partikel för gravitation, som skulle kallas en graviton.,
att sammanföra gravitationen i en teoretisk ram med kvantmekanik, den andra stora upptäckten av 1900-talets fysikgemenskap, är fortfarande en oavslutad uppgift. En sådan teori om allt, som det är känt, kanske aldrig realiseras.
men gravitationen har fortfarande använts för att avslöja monumentala fynd. På 1960-och 70-talet visade astronomerna Vera Rubin och Kent Ford att Stjärnor vid galaxernas kanter kretsade snabbare än vad som borde vara möjligt. Det var nästan som om någon osynlig massa ryckte på dem gravitationellt, vilket gav upphov till ett material som vi nu kallar mörk materia.,
under de senaste åren har forskare också lyckats fånga en annan konsekvens av Einsteins relativitetsteori — gravitationsvågor som avges när massiva föremål som neutronstjärnor och svarta hål roterar runt varandra. Sedan 2017 har Laser Interferometerns Gravitationsvågsobservatorium (LIGO) öppnat ett nytt fönster för universum genom att upptäcka den ytterst svaga signalen från sådana händelser.
Lämna ett svar