Ta članek se bo osredotočil na zgodovino odkritja zakona univerzalne gravitacije. Tu se bomo seznanili z biografskimi podatki iz življenja znanstvenika, ki je odkril to fizično dogmo, razmislili o njenih glavnih določbah, razmerju s kvantno gravitacijo, poteku razvoja in še veliko več.
genij
Sir Isaac Newton je znanstvenik iz Anglije. Nekoč je veliko pozornosti in truda posvetil takim znanostim, kot sta fizika in matematika, v mehaniko in astronomijo pa je prinesel tudi veliko novega. Upravičeno velja za enega prvih ustanoviteljev fizike v njenem klasičnem modelu. Je avtor temeljnega dela »Matematični principi naravne filozofije«, kjer je predstavil podatke o treh zakonih mehanike in zakonu univerzalne gravitacije. Isaac Newton je s temi deli postavil temelje klasične mehanike. Razvil je račun diferencialnega in integralnega tipa, teorijo svetlobe. Velik prispevek je dal tudi k fizični optiki.in razvil številne druge teorije v fiziki in matematiki.
zakon
Zakon univerzalne gravitacije in zgodovina njegovega odkritja segata v leto 1666. Njegova klasična oblika je zakon, ki opisuje interakcijo gravitacijske vrste, ki ne presega okvirov mehanike.
Njegovo bistvo je bilo v tem, da je kazalnik sile F gravitacijskega vleka, ki nastane med 2 telesoma ali točkama snovi m1 in m2, ločenima drug od drugega za določeno razdaljo r, sorazmeren z obema masnima indikatorjema in ima obratno sorazmernost s kvadratnimi razdaljami med telesi:
F=G, kjer G označuje gravitacijsko konstanto, ki je enaka 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Newtonova gravitacija
Preden razmislimo o zgodovini odkritja zakona univerzalne gravitacije, si oglejmo njegove splošne značilnosti.
V teoriji, ki jo je ustvaril Newton, morajo vsa telesa z veliko maso okoli sebe ustvariti posebno polje, ki k sebi privlači druge predmete. Imenuje se gravitacijsko polje in ima potencial.
Telo s sferično simetrijo tvori polje zunaj sebe, podobno tistemu, ki ga ustvari materialna točka enake mase, ki se nahaja v središču telesa.
Smer poti takšne točke v gravitacijskem polju, ki jo ustvari telo z veliko večjo maso, je v skladu s Keplerjevim zakonom. Predmeti vesolja, kot je npr.planet ali komet, ga tudi ubogajo, ki se gibljejo v elipsi ali hiperboli. Obračunavanje popačenja, ki ga ustvarjajo druga masivna telesa, se upošteva z uporabo določb teorije motenj.
Analiza natančnosti
Potem ko je Newton odkril zakon univerzalne gravitacije, ga je bilo treba večkrat preizkusiti in dokazati. Za to so bili narejeni številni izračuni in opažanja. Ko se strinjamo z njegovimi določbami in izhajamo iz točnosti njegovega kazalca, služi eksperimentalna oblika ocenjevanja jasna potrditev GR. Merjenje kvadrupolnih interakcij telesa, ki se vrti, vendar njegove antene ostajajo nepremične, nam pokaže, da je proces povečevanja δ odvisen od potenciala r -(1+δ), na razdalji več metrov in se nahaja v meji (2, 1±6, 2)•10-3. Številne druge praktične potrditve so omogočile, da se je ta zakon vzpostavil in dobil enotno obliko, brez kakršnih koli sprememb. Leta 2007 je bila ta dogma ponovno preverjena na razdalji manj kot centimeter (55 mikronov-9,59 mm). Ob upoštevanju eksperimentalnih napak so znanstveniki preučili razdaljo in niso našli očitnih odstopanj v tem zakonu.
Opazovanje Lunine orbite glede na Zemljo je prav tako potrdilo njeno veljavnost.
evklidski prostor
Newtonova klasična teorija gravitacije je povezana z evklidskim prostorom. Dejanska enakost z dovolj visoko natančnostjo (10-9) meril razdalje v imenovalcu zgoraj obravnavane enakosti nam kaže evklidsko osnovo prostora Newtonove mehanike s tremi -dimenzionalna fizična oblika. ATdo takšne točke snovi je površina sferične površine natančno sorazmerna z vrednostjo kvadrata njenega polmera.
Podatki iz zgodovine
Poglejmo kratek povzetek zgodovine odkritja zakona univerzalne gravitacije.
Ideje so predstavili drugi znanstveniki, ki so živeli pred Newtonom. Epikur, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens in drugi so obiskali razmišljanja o njej. Kepler je predlagal, da je gravitacijska sila obratno sorazmerna z oddaljenostjo od zvezde Sonca in ima porazdelitev le v ravninah ekliptike; po Descartesu je bila posledica delovanja vrtincev v debelini etra. Bila je vrsta ugibanj, ki so vsebovala odraz pravilnih ugibanj o odvisnosti od razdalje.
Newtonovo pismo Halleyu je vsebovalo informacije, da so bili predhodniki samega Sir Isaaca Hooke, Wren in Buyo Ismael. Vendar nikomur pred njim ni uspelo jasno z matematičnimi metodami povezati zakon gravitacije in gibanja planetov.
Zgodovina odkritja zakona univerzalne gravitacije je tesno povezana z delom "Matematični principi naravne filozofije" (1687). V tem delu je Newtonu uspelo izpeljati zadevni zakon po zaslugi Keplerjevega empiričnega zakona, ki je bil do takrat že znan. Pokaže nam, da:
- oblika gibanja katerega koli vidnega planeta kaže na prisotnost osrednje sile;
- Privlačna sila osrednjega tipa tvori eliptične ali hiperbolične orbite.
O Newtonovi teoriji
Pregled kratke zgodovine odkritja zakona univerzalne gravitacije nas lahko pokaže tudi na številne razlike, ki ga ločijo od prejšnjih hipotez. Newton se ni ukvarjal le z objavo predlagane formule obravnavanega pojava, ampak je predlagal tudi model matematičnega tipa v celostni obliki:
- določba o zakonu gravitacije;
- zakon o zakonu gibanja;
- sistematika metod matematičnega raziskovanja.
Ta triada je lahko precej natančno raziskala tudi najbolj zapletena gibanja nebesnih objektov in tako ustvarila osnovo za nebesno mehaniko. Do začetka Einsteinove dejavnosti v tem modelu prisotnost temeljnega niza popravkov ni bila potrebna. Le matematični aparat je bilo treba bistveno izboljšati.
predmet za razpravo
Odkrito in dokazano pravo skozi osemnajsto stoletje je postalo dobro znana tema aktivnih sporov in natančnih preverjanj. Vendar se je stoletje končalo s splošnim strinjanjem z njegovimi postulati in izjavami. S pomočjo izračunov zakona je bilo mogoče natančno določiti poti gibanja teles v nebesih. Neposredno preverjanje je opravil Henry Cavendish leta 1798. To je storil z uporabo torzijske tehtnice z veliko občutljivostjo. V zgodovini odkritja univerzalnega zakona gravitacije je treba posebno mesto nameniti interpretacijam, ki jih je uvedel Poisson. Razvil je koncept gravitacijskega potenciala in Poissonovo enačbo, s katero je bilo mogoče to izračunati.potencial. Ta tip modela je omogočil preučevanje gravitacijskega polja v prisotnosti poljubne porazdelitve snovi.
V Newtonovi teoriji je bilo veliko težav. Glavno bi lahko šteli za nerazložljivost dolgotrajnega delovanja. Nemogoče je bilo natančno odgovoriti na vprašanje, kako se sile privlačnosti pošiljajo skozi vakuumski prostor z neskončno hitrostjo.
"Evolucija" zakona
Naslednjih dvesto let in še več so številni fiziki poskušali predlagati različne načine za izboljšanje Newtonove teorije. Ta prizadevanja so se leta 1915 končala z zmagoslavjem, in sicer z ustvarjanjem splošne teorije relativnosti, ki jo je ustvaril Einstein. Zmogel je premagati celoten sklop težav. V skladu z načelom korespondence se je Newtonova teorija izkazala za približek začetku dela na teoriji v bolj splošni obliki, ki jo je mogoče uporabiti pod določenimi pogoji:
- Možnost gravitacijske narave v preučevanih sistemih ne more biti prevelika. Sončni sistem je primer skladnosti z vsemi pravili za gibanje nebesnih teles. Relativistični pojav se znajde v opazni manifestaciji perihelijskega premika.
- Hitrost gibanja v tej skupini sistemov je zanemarljiva v primerjavi s svetlobno hitrostjo.
Dokaz, da so v šibkem stacionarnem gravitacijskem polju izračuni GR v obliki Newtonovih, je prisotnost skalarnega potenciala gravitacije v stacionarnem polju zšibko izražene značilnosti sil, ki lahko izpolnijo pogoje Poissonove enačbe.
Quanta Scale
Vendar v zgodovini niti znanstveno odkritje zakona univerzalne gravitacije niti splošna teorija relativnosti ne bi mogla služiti kot končna gravitacijska teorija, saj obe ne opisujeta ustrezno procesov gravitacijskega tipa na kvantnem lestvici. Poskus izdelave kvantne gravitacijske teorije je ena najpomembnejših nalog sodobne fizike.
Z vidika kvantne gravitacije interakcija med objekti nastane z izmenjavo virtualnih gravitonov. V skladu z načelom negotovosti je energijski potencial virtualnih gravitonov obratno sorazmeren s časovnim intervalom, v katerem je obstajal, od točke emisije enega predmeta do trenutka, ko ga je absorbirala druga točka.
Glede na to se izkaže, da na majhni lestvici razdalj interakcija teles pomeni izmenjavo gravitonov virtualnega tipa. Zahvaljujoč tem premislekom je mogoče skleniti določilo o zakonu Newtonovega potenciala in njegovi odvisnosti v skladu z recipročno sorazmernostjo glede na razdaljo. Analogijo med Coulombovim in Newtonovim zakonom je mogoče razložiti z dejstvom, da je teža gravitonov enaka nič. Teža fotonov ima enak pomen.
prevara
V šolskem programu odgovor na vprašanje iz zgodovine, kakoNewton je odkril zakon univerzalne gravitacije, je zgodba o padajočem jabolčnem sadju. Po tej legendi je padel na glavo znanstvenika. Vendar je to razširjeno napačno prepričanje in pravzaprav je vse šlo brez podobnega primera morebitne poškodbe glave. Tudi sam Newton je včasih potrdil ta mit, v resnici pa zakon ni bil spontano odkritje in ni prišel v izbruhu trenutnega uvida. Kot je bilo zapisano zgoraj, se je razvijal dolgo časa in je bil prvič predstavljen v delih o "Načelih matematike", ki so se pojavila v javnosti leta 1687.
