·
Reissner - Nordström · Kerr ·
Kerr - Newman ·
Gödel · Kasner ·
Friedman - Lemaitre - Robertson - Walker
Okvirna rješenja:
Post-njutnovski formalizam · Kovarijantna teorija perturbacije ·
Numerička relativnost

Poznati naučnici
Einstein · Minkowski · Schwarzschild · Lemaitre · Eddington · Friedman · Fock · Kerr · Chandrasekhar · Penrose Hawking i drugi…

Vidi također: Portal:Fizika

Gravitacija (atrakcija, univerzalna gravitacija, gravitacije) (od lat. gravitas- “gravitacija”) je univerzalna fundamentalna interakcija između svih materijalnih tijela. U aproksimaciji malih brzina i slabe gravitacione interakcije, opisan je Newtonovom teorijom gravitacije, u opštem slučaju opisan je Ajnštajnovom opštom teorijom relativnosti. Gravitacija je najslabija od četiri tipa fundamentalnih interakcija. U kvantnoj granici, gravitaciona interakcija mora biti opisana kvantnom teorijom gravitacije, koja još nije razvijena.

Gravitaciona privlačnost

Zakon univerzalne gravitacije je jedna od primjena zakona inverznog kvadrata, koji se također nalazi u proučavanju zračenja (vidi, na primjer, Svjetlosni tlak), a direktna je posljedica kvadratnog povećanja površine sfera sa povećanjem radijusa, što dovodi do kvadratnog smanjenja doprinosa bilo koje jedinice površine površini cijele sfere.

Gravitaciono polje, kao i polje gravitacije, je potencijalno. To znači da možete uvesti potencijalnu energiju gravitacionog privlačenja para tijela, a ta energija se neće promijeniti nakon pomicanja tijela duž zatvorene petlje. Potencijalnost gravitacionog polja podrazumeva zakon održanja zbira kinetičke i potencijalne energije i, kada se proučava kretanje tela u gravitacionom polju, često značajno pojednostavljuje rešenje. U okviru Njutnove mehanike, gravitaciona interakcija je dugog dometa. To znači da bez obzira na to kako se masivno tijelo kreće, u bilo kojoj tački u prostoru gravitacijski potencijal ovisi samo o položaju tijela u datom trenutku.

Veliki svemirski objekti - planete, zvijezde i galaksije imaju ogromnu masu i stoga stvaraju značajna gravitacijska polja.

Gravitacija je najslabija interakcija. Međutim, budući da djeluje na svim udaljenostima i da su sve mase pozitivne, ona je ipak vrlo važna sila u Univerzumu. Konkretno, elektromagnetna interakcija između tijela na kosmičkoj skali je mala, budući da je ukupni električni naboj ovih tijela nula (materija kao cjelina je električno neutralna).

Također, gravitacija je, za razliku od drugih interakcija, univerzalna po svom djelovanju na svu materiju i energiju. Nisu otkriveni objekti koji nemaju nikakvu gravitacionu interakciju.

Zbog svoje globalne prirode, gravitacija je odgovorna za tako velike efekte kao što su struktura galaksija, crne rupe i širenje Univerzuma, te za elementarne astronomske fenomene - orbite planeta i jednostavno privlačenje na površinu Zemlja i pad tijela.

Gravitacija je bila prva interakcija koju opisuje matematička teorija. Aristotel (IV vek pne) je verovao da predmeti različite mase padaju različitim brzinama. Tek mnogo kasnije (1589.) Galileo Galilei je eksperimentalno utvrdio da to nije tako - ako se eliminiše otpor zraka, sva tijela jednako ubrzavaju. Zakon univerzalne gravitacije Isaaca Newtona (1687) dobro je opisao općenito ponašanje gravitacije. Godine 1915. Albert Ajnštajn je stvorio Opću teoriju relativnosti, koja preciznije opisuje gravitaciju u smislu geometrije prostor-vremena.

Nebeska mehanika i neki od njenih zadataka

Najjednostavniji problem nebeske mehanike je gravitaciona interakcija dva točkasta ili sferna tijela u praznom prostoru. Ovaj problem u okviru klasične mehanike rješava se analitički u zatvorenom obliku; rezultat njegovog rješenja često se formuliše u obliku Keplerova tri zakona.

Kako se broj tijela u interakciji povećava, zadatak postaje dramatično složeniji. Dakle, već poznati problem tri tijela (tj. kretanje tri tijela čija masa nije nula) ne može se analitički riješiti u opštem obliku. Kod numeričkog rješenja nestabilnost rješenja u odnosu na početne uslove nastaje prilično brzo. Kada se primeni na Sunčev sistem, ova nestabilnost nam ne dozvoljava da precizno predvidimo kretanje planeta na razmerama većim od sto miliona godina.

U nekim posebnim slučajevima moguće je pronaći približno rješenje. Najvažniji je slučaj kada je masa jednog tijela znatno veća od mase drugih tijela (primjeri: Sunčev sistem i dinamika Saturnovih prstenova). U ovom slučaju, kao prvu aproksimaciju, možemo pretpostaviti da svjetlosna tijela ne interaguju jedno s drugim i da se kreću duž Keplerovih putanja oko masivnog tijela. Interakcije između njih se mogu uzeti u obzir u okviru teorije perturbacije i usredsređivati ​​tokom vremena. U ovom slučaju mogu nastati netrivijalne pojave, kao što su rezonancije, atraktori, haos, itd. Jasan primjer takvih pojava je složena struktura Saturnovih prstenova.

Uprkos pokušajima da se precizno opiše ponašanje sistema velikog broja privlačećih tijela približno iste mase, to se ne može učiniti zbog fenomena dinamičkog haosa.

Jaka gravitaciona polja

U jakim gravitacionim poljima, kao i pri kretanju u gravitacionom polju relativističkim brzinama, počinju da se pojavljuju efekti opšte teorije relativnosti (GTR):

• mijenjanje geometrije prostor-vremena;
  • kao posledica, odstupanje zakona gravitacije od Njutnovskog;
  • au ekstremnim slučajevima - pojava crnih rupa;
• kašnjenje potencijala povezano s konačnom brzinom širenja gravitacijskih poremećaja;
  • kao posledica, pojava gravitacionih talasa;
• efekti nelinearnosti: gravitacija teži interakciji sa sobom, tako da princip superpozicije u jakim poljima više ne vrijedi.

Gravitaciono zračenje

Jedno od važnih predviđanja Opšte relativnosti je gravitaciono zračenje, čije je prisustvo potvrđeno direktnim zapažanjima 2015. godine. Međutim, prije su postojali snažni indirektni dokazi u prilog njegovom postojanju, a to su: gubici energije u bliskim binarnim sistemima koji sadrže kompaktne gravitirajuće objekte (kao što su neutronske zvijezde ili crne rupe), posebno u poznatom sistemu PSR B1913+16 (Halsov pulsar - Taylor) - dobro se slažu sa modelom opšte relativnosti, u kojem se ova energija odnosi upravo gravitacionim zračenjem.

Gravitaciono zračenje mogu da generišu samo sistemi sa promenljivim kvadrupolnim ili većim multipolnim momentima, ova činjenica sugeriše da je gravitaciono zračenje većine prirodnih izvora usmereno, što značajno otežava njegovu detekciju. Snaga gravitacije n-izvor polja je proporcionalan texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): (v/c)^(2n + 2), ako je multipol električnog tipa, i Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): (v/c)^(2n + 4)- ako je multipol magnetnog tipa, gdje v je karakteristična brzina kretanja izvora u sistemu zračenja, i c- brzina svetlosti. Dakle, dominantni moment će biti kvadrupolni moment električnog tipa, a snaga odgovarajućeg zračenja jednaka je:

Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte math/README za pomoć pri postavljanju.): L = \frac(1)(5)\frac(G)(c^5)\left\langle \frac(d^3 Q_(ij))(dt^ 3 ) \frac(d^3 Q^(ij))(dt^3)\desni\kut,

Gdje Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Vidi math/README - pomoć pri postavljanju.): Q_(ij)- tenzor kvadrupolnog momenta distribucije mase sistema zračenja. Konstantno Nije moguće raščlaniti izraz (izvršna datoteka texvc nije pronađeno; Pogledajte matematiku/README za pomoć pri postavljanju.): \frac(G)(c^5) = 2,76 \puta 10^(-53)(1/W) nam omogućava da procenimo red veličine snage zračenja.

Suptilni efekti gravitacije

Greška pri kreiranju sličice: Fajl nije pronađen

Mjerenje zakrivljenosti svemira u Zemljinoj orbiti (crtež umjetnika)

Pored klasičnih efekata gravitacionog privlačenja i vremenske dilatacije, opšta teorija relativnosti predviđa postojanje i drugih manifestacija gravitacije, koje su u zemaljskim uslovima veoma slabe i zbog toga je njihovo otkrivanje i eksperimentalna provera veoma teško. Do nedavno, prevazilaženje ovih poteškoća izgledalo je izvan mogućnosti eksperimentatora.

Među njima, posebno, možemo navesti otpor inercijalnih referentnih okvira (ili efekat Lense-Thiringa) i gravitomagnetno polje. Godine 2005. NASA-ina robotska Gravity Probe B izvela je neviđeni precizni eksperiment za mjerenje ovih efekata u blizini Zemlje. Obrada dobijenih podataka obavljena je do maja 2011. godine i potvrdila je postojanje i veličinu efekata geodetske precesije i otpora inercijalnih referentnih sistema, iako sa tačnošću nešto manjom od prvobitno pretpostavljene.

Nakon intenzivnog rada na analizi i izdvajanju mjerne buke, konačni rezultati misije objavljeni su na konferenciji za novinare na NASA-TV 4. maja 2011. godine i objavljeni u Physical Review Letters. Izmjerena vrijednost geodetske precesije je bila −6601,8±18,3 milisekundi lukova godišnje, a efekat uvlačenja - −37,2±7,2 milisekundi lukova godišnje (uporedi sa teorijskim vrijednostima od -6606,1 mas/godina i -39,2 mas/godina).

Klasične teorije gravitacije

Vidi također: Teorije gravitacije

Zbog činjenice da su kvantni efekti gravitacije izuzetno mali čak i pod najekstremnijim i posmatračkim uslovima, još uvek nema pouzdanih opažanja o njima. Teorijske procjene pokazuju da se u velikoj većini slučajeva može ograničiti na klasičan opis gravitacijske interakcije.

Postoji moderna kanonska klasična teorija gravitacije - opća teorija relativnosti, i mnoge razjašnjavajuće hipoteze i teorije različitog stepena razvoja, koje se međusobno nadmeću. Sve ove teorije daju vrlo slična predviđanja u okviru aproksimacije u kojoj se trenutno provode eksperimentalni testovi. Slijedi nekoliko osnovnih, najrazvijenijih ili najpoznatijih teorija gravitacije.

Opća teorija relativnosti

U standardnom pristupu opće teorije relativnosti (GTR), gravitacija se u početku ne smatra interakcijom sila, već manifestacijom zakrivljenosti prostor-vremena. Dakle, u opštoj relativnosti, gravitacija se tumači kao geometrijski efekat, a prostor-vreme se razmatra u okviru neeuklidske Rimanove (tačnije pseudo-Rimanove) geometrije. Gravitaciono polje (generalizacija Njutnovskog gravitacionog potencijala), koje se ponekad naziva i gravitaciono polje, u opštoj relativnosti se poistovećuje sa tenzorskim metričkim poljem - metrikom četvorodimenzionalnog prostora-vremena, a jačinom gravitacionog polja - sa afina povezanost prostor-vremena određena metrikom.

Standardni zadatak opšte relativnosti je da odredi komponente metričkog tenzora, koji zajedno definišu geometrijska svojstva prostora-vremena, iz poznate raspodele izvora energije i impulsa u četvorodimenzionalnom koordinatnom sistemu koji se razmatra. Zauzvrat, poznavanje metrike omogućava izračunavanje kretanja test čestica, što je ekvivalentno poznavanju svojstava gravitacionog polja u datom sistemu. Zbog tenzorske prirode jednačina opšte relativnosti, kao i standardnog fundamentalnog opravdanja za njenu formulaciju, veruje se da je gravitacija takođe tenzorske prirode. Jedna od posledica je da gravitaciono zračenje mora biti najmanje kvadrupolnog reda.

Poznato je da u općoj relativnosti postoje poteškoće zbog nepromjenjivosti energije gravitacionog polja, budući da ta energija nije opisana tenzorom i može se teorijski odrediti na različite načine. U klasičnoj opštoj relativnosti javlja se i problem opisivanja interakcije spin-orbita (pošto spin proširenog objekta takođe nema jednoznačnu definiciju). Smatra se da postoje određeni problemi sa jednoznačnošću rezultata i opravdanošću konzistentnosti (problem gravitacionih singulariteta).

Međutim, opća teorija relativnosti je bila eksperimentalno potvrđena sve do nedavno (2012). Osim toga, mnogi alternativni pristupi Ajnštajnovom, ali standardni za modernu fiziku, pristupi formulaciji teorije gravitacije dovode do rezultata koji se poklapa sa opštom relativnošću u niskoenergetskoj aproksimaciji, koja je jedina sada dostupna eksperimentalnoj provjeri.

Einstein-Cartan teorija

Slična podjela jednačina u dvije klase se također javlja u RTG-u, gdje je uvedena druga tenzorska jednadžba kako bi se uzela u obzir veza između neeuklidskog prostora i prostora Minkovskog. Zahvaljujući prisutnosti bezdimenzionalnog parametra u teoriji Jordan-Brans-Dicke, postaje moguće odabrati ga tako da se rezultati teorije podudaraju s rezultatima gravitacijskih eksperimenata. Štaviše, kako parametar teži beskonačnosti, predviđanja teorije postaju sve bliža općoj teoriji relativnosti, tako da je nemoguće opovrgnuti Jordan-Brans-Dickeovu teoriju bilo kojim eksperimentom koji potvrđuje opću teoriju relativnosti.

Kvantna teorija gravitacije

Uprkos više od pola veka pokušaja, gravitacija je jedina fundamentalna interakcija za koju još uvek nije izgrađena opšteprihvaćena konzistentna kvantna teorija. Pri niskim energijama, u duhu kvantne teorije polja, gravitaciona interakcija se može smatrati razmjenom gravitona – spin 2 gauge bozona. Međutim, rezultirajuća teorija se ne može renormalizovati i stoga se smatra nezadovoljavajućom.

Posljednjih decenija razvijena su tri obećavajuća pristupa rješavanju problema kvantiziranja gravitacije: teorija struna, kvantna gravitacija u petlji i kauzalna dinamička triangulacija[[K:Wikipedia:Članci bez izvora (zemlja: Lua greška: callParserFunction: funkcija "#property" nije pronađena. )]][[K:Wikipedia:Članci bez izvora (država: Lua greška: callParserFunction: funkcija "#property" nije pronađena. )]] [ ] .

Teorija struna

U njemu se umjesto čestica i pozadinskog prostor-vremena pojavljuju strune i njihovi višedimenzionalni analozi - brane. Za visokodimenzionalne probleme, brane su čestice visoke dimenzije, ali sa stanovišta čestica koje se kreću unutra ove brane, one su prostorno-vremenske strukture. Varijanta teorije struna je M-teorija.

Kvantna gravitacija u petlji

Pokušava da formuliše kvantnu teoriju polja bez pozivanja na pozadinu prostor-vreme; prema ovoj teoriji, prostor i vreme se sastoje od diskretnih delova. Ove male kvantne ćelije prostora su međusobno povezane na određeni način, tako da na malim skalama vremena i dužine stvaraju šaroliku, diskretnu strukturu prostora, a na velikim skalama glatko se pretvaraju u kontinuirani glatki prostor-vrijeme. Dok mnogi kosmološki modeli mogu opisati samo ponašanje svemira iz Planckovog vremena nakon Velikog praska, kvantna gravitacija petlje može opisati sam proces eksplozije, pa čak i pogledati dalje unatrag. Kvantna gravitacija petlje nam omogućava da opišemo sve čestice standardnog modela bez potrebe za uvođenjem Higsovog bozona da bismo objasnili njihove mase.

Uzročna dinamička triangulacija

U njemu je prostorno-vremenska mnogostrukost konstruisana od elementarnih euklidskih simpleksa (trougao, tetraedar, pentahor) dimenzija po redu plankovskih, uzimajući u obzir princip kauzalnosti. Četvorimenzionalnost i pseudo-euklidska priroda prostora-vremena na makroskopskim skalama nisu u njemu postulirane, već su posljedica teorije.

: Slika nije tačna ili nedostaje

U ovom dijelu nema dovoljno informacija. Opća teorija relativnosti - Matematička formulacija opšte teorije relativnosti - Hamiltonova formulacija opšte relativnosti Principi Geometrodinamika ( engleski)

Classic Relativistički

Poluklasična gravitacija ( engleski) Uzročna dinamička triangulacija ( engleski) Wheeler-DeWitt jednadžba ( engleski) „Ti ne veruješ u Boga, draga?..“ iznenadio se tužni čovek, koji je pažljivo slušao moj „emotivno ogorčeni“ govor. – Još ga nisam našao... Ali ako on zaista postoji, onda mora da je ljubazan. A mnogi ga se iz nekog razloga plaše, boje ga se... U našoj školi kažu: “Čovjek zvuči ponosno!” Kako čovjek može biti ponosan ako ga strah stalno visi?!.. A bogova ima previše – svaka zemlja ima svoje. I svi pokušavaju da dokažu da je njihov najbolji... Ne, ja još uvek ne razumem mnogo... Ali kako možeš verovati u nešto a da ne razumeš?.. U našoj školi uče da posle smrti nema ničega ... Ali kako da vjerujem u ovo ako vidim nešto sasvim drugo?.. Mislim da slijepa vjera jednostavno ubija nadu u ljudima i povećava strah. Da znaju šta se zaista dešava, ponašali bi se mnogo opreznije... Ne bi ih bilo briga šta će biti dalje nakon njihove smrti. Znali bi da će ponovo živjeti i morali bi odgovarati za način na koji su živjeli. Samo ne pred "strašnim Bogom", naravno... Nego pred samim sobom. I niko neće doći da se iskupi za svoje grehe, ali će morati sami da se okajaju za svoje grehe... Hteo sam da kažem nekome o ovome, ali niko nije hteo da me sasluša. Verovatno je svima mnogo zgodnije da ovako žive... A verovatno i lakše”, konačno sam završio svoj „smrtonosno dug” govor. Odjednom sam se osetio veoma tužnim. Nekako me je ovaj čovjek uspio natjerati da pričam o tome šta me je iznutra „grizlo“ od dana kada sam prvi put „dotaknuo“ svijet mrtvih, a u svojoj naivnosti sam mislio da ljudi trebaju „samo ispričati, i hoće Oni će odmah poverovati, pa čak i biti srećni!... I, naravno, odmah će želeti da rade samo dobre stvari...” Koliko naivno dijete moraš biti da ti se u srcu rodi tako glup i nemoguć san?!! Ljudi ne vole da znaju da postoji još nešto "tamo" - posle smrti. Jer ako to priznate, to znači da će morati da odgovaraju za sve što su uradili. Ali to je baš ono što niko ne želi... Ljudi su kao deca, iz nekog razloga su sigurni da ako zatvore oči i ne vide ništa, onda im se ništa loše neće desiti... Ili sve prebacuju na jaka pleća da taj isti Bog, koji će za njih "iskupiti" sve njihove grijehe, i onda će sve biti u redu... Ali da li je to zaista tako?.. Bila sam tek desetogodišnja djevojčica, ali ni tada mnoge stvari nisu uklapa se u moj um, moj jednostavan, "djetinjast" logički okvir. U knjizi o Bogu (Bibliji), na primjer, rečeno je da je gordost veliki grijeh, a isti taj Hristos (sin čovječji!!!) kaže da će svojom smrću iskupiti „sve grijehe grijehe“. čovječe”... Kakav je ponos morao imati, da bi se izjednačio sa cijelim ljudskim rodom zajedno?!. I kakav bi se čovek usudio da tako nešto misli o sebi?.. Sine Božiji? Ili Sin Čovječiji?.. A crkve?!.. Svaka ljepša od druge. Kao da su se drevni arhitekti jako trudili da "nadmaše" jedni druge kada su gradili Božiju kuću... Da, crkve su zaista nevjerovatno lijepe, poput muzeja. Svaki od njih je pravo umetničko delo... Ali, ako sam dobro razumeo, čovek je otišao u crkvu da razgovara sa Bogom, zar ne? Kako bi ga u tom slučaju našao u svom tom zadivljujućem zlatnom luksuzu koji upada u oči, koji me, na primjer, ne samo da nije raspolagao da otvorim svoje srce, već, naprotiv, da ga što prije zatvorim, da ne vidi istoga, krvavog, skoro golog, zvjerski izmučenog Boga, raspetog usred svega tog sjajnog, svjetlucavog, drobljenog zlata, kao da ljudi slave njegovu smrt, a nisu vjerovali i nisu se radovali njegovoj život... Čak i na grobljima svi sadimo živo cvijeće da nas podsjeća na život istih mrtvih. Pa zašto ni u jednoj crkvi nisam video kip živog Hrista, kome bih se molio, razgovarao sa njim, otvorio svoju dušu?.. A da li Dom Božiji znači samo njegovu smrt? .. Jednom sam pitao sveštenika zašto se ne molimo živom Bogu? Pogledao me kao da sam dosadna muva i rekao: „To je zato da ne zaboravimo da je on (Bog) dao svoj život za nas, okajavajući naše grijehe, a sada se uvijek moramo sjetiti da nismo njegovi. ”dostojni (?!), i da se što više pokaju za svoje grijehe”... Ali ako ih je već iskupio, za šta da se pokajemo?.. A ako se moramo pokajati, da li to znači sve ovo pomirenje je laž? Sveštenik se jako naljutio i rekao da imam jeretičke misli i da ih iskupim čitanjem „Oče naš” dvadeset puta uveče (!)... Komentari, mislim, su nepotrebni... Mogao sam da nastavim još jako, jako dugo, pošto me sve to tada jako nerviralo, a imao sam hiljade pitanja na koja mi niko nije davao odgovore, već me samo savetovao da jednostavno „verujem“, u šta nikada ne bih U životu nisam mogao, jer prije nego što sam vjerovao, morao sam razumjeti zašto, a ako u toj istoj „vjeri” nije bilo logike, onda je za mene to bilo „traženje crne mačke u crnoj sobi,” a takva vjera nije bila potrebna ni mom srcu ni duši. I ne zato što sam (kao što su mi neki rekli) imao „mračnu“ dušu kojoj Bog nije bio potreban... Naprotiv, mislim da je moja duša bila dovoljno svetla da razume i prihvati, ali nije imala šta da prihvati... A šta bi se moglo objasniti da su ljudi sami ubili svog Boga, a onda odjednom odlučili da bi bilo „ispravnije“ da ga obožavaju?.. Dakle, po mom mišljenju, bilo bi bolje da ne ubijaju, već da pokušaju da uče od njega koliko god je to moguće, ako je on zaista pravi Bog... Iz nekog razloga, tada sam se osjećao mnogo bližim našim „starim bogovima“, čiji su rezbareni kipovi podignuti u našem gradu, a širom Litvanije, gomila . Bili su to smiješni i topli, veseli i ljuti, tužni i strogi bogovi, koji nisu bili toliko neshvatljivo „tragični“ kao isti Krist, za kojeg su gradili zadivljujuće skupe crkve, kao da zaista pokušavaju iskupiti neke grijehe... “Stari” litvanski bogovi u mom rodnom gradu Alitusu, domaćinski i topli, kao jednostavna prijateljska porodica... Ovi bogovi su me podsjetili na ljubazne likove iz bajki, koji su donekle bili slični našim roditeljima - bili su ljubazni i privrženi, ali su nas po potrebi mogli oštro kazniti kada smo bili previše nestašni. Bili su mnogo bliži našoj duši od onog neshvatljivog, dalekog i tako strašno izgubljenog od ljudskih ruku, Boga... Molim vjernike da se ne ljute kada čitaju redove sa mojim mislima u to vrijeme. To je bilo tada, i ja sam, kao i u svemu ostalom, tražio svoju istinu iz djetinjstva u istoj vjeri. Zbog toga mogu samo raspravljati o svojim stavovima i konceptima koje sada imam, a koji će biti predstavljeni u ovoj knjizi mnogo kasnije. U međuvremenu, bilo je to vrijeme “uporne potrage” i nije mi bilo tako lako... „Ti si čudna devojka...“ zamišljeno je šapnuo tužni stranac. - Nisam čudan - samo sam živ. Ali ja živim među dva svijeta – živim i mrtvim... I mogu vidjeti ono što mnogi, nažalost, ne vide. Vjerovatno mi zato niko ne vjeruje... Ali sve bi bilo mnogo jednostavnije kada bi ljudi slušali i razmišljali barem minut, pa makar i ne vjerovali... Ali mislim da ako se to dogodi kad jednog dana, sigurno neće se desiti danas... A danas moram da živim sa ovim... „Tako mi je žao, dušo...“ šapnuo je čovek. “I znate, ovdje ima puno ljudi poput mene.” Ovde ih ima na hiljade... Verovatno bi vas zanimalo da razgovarate sa njima. Postoje čak i pravi heroji, ne kao ja. Ovde ih ima mnogo... Odjednom sam imao divlju želju da pomognem ovom tužnom, usamljenom čovjeku. Istina, nisam imao pojma šta bih mogao učiniti za njega. „Želiš li da stvorimo još jedan svijet za tebe dok si ovdje?“, iznenada je upitala Stela. Bila je to odlična ideja i bilo me je malo sramota što mi nije pala na pamet prva. Stella je bila divna osoba, i nekako je uvijek pronalazila nešto lijepo što bi moglo donijeti radost drugima. – Kakav „drugi svet“?.. – začudi se čovek. - Ali gle... - i u njegovoj mračnoj, sumornoj pećini odjednom je zasjala jarka, radosna svetlost!.. - Kako vam se sviđa ova kuća? Oči našeg "tužnog" prijatelja radosno su zasjale. Zbunjeno je gledao oko sebe, ne shvatajući šta se ovde dogodilo... A u njegovoj jezovitoj, mračnoj pećini sunce je sad sijalo veselo i jarko, mirisalo je bujno zelenilo, odzvanjao je pjev ptica, i osećao se neverovatan miris rascvetalog cveća. .. I zapravo u njegovom krajnjem kutu veselo je žuborio potok, prskajući kapljice najčistije, najsvježije, kristalne vode... - Izvoli! Kako želite? – veselo je upitala Stela. Čovek, potpuno zaprepašćen onim što je video, nije progovorio ni reč, samo je gledao svu ovu lepotu raširenih očiju u kojima su drhtave kapi „srećnih“ suza sijale poput čistih dijamanata... „Gospode, prošlo je toliko vremena otkad nisam video sunce!“ šapnuo je tiho. -Ko si ti, devojko? - Oh, ja sam samo osoba. Isti kao i ti - mrtav. Ali evo je, već znate - živa. Ponekad hodamo ovdje zajedno. I pomažemo ako možemo, naravno. Bilo je jasno da je beba zadovoljna postignutim efektom i da se bukvalno vrpoljila od želje da ga produži... - Da li ti se stvarno sviđa? Želiš li da tako i ostane? Čovek je samo klimnuo glavom, ne mogavši ​​da izgovori nijednu reč. Nisam ni pokušavao da zamislim kakvu je sreću morao doživeti nakon crnog užasa u kojem se nalazio svaki dan toliko dugo!.. “Hvala ti, dušo...” tiho je šapnuo čovjek. - Samo mi reci, kako ovo može ostati?.. - Oh, jednostavno je! Vaš svijet će biti samo ovdje, u ovoj pećini, i niko ga neće vidjeti osim vas. I ako ne odeš odavde, on će ostati s tobom zauvijek. Pa, doći ću kod vas da provjerim... Zovem se Stela. - Ne znam šta da kažem za ovo... Ne zaslužujem. Ovo je vjerovatno pogrešno... Moje ime je Luminary. Da, nije doneo mnogo "svetla" do sada, kao što vidite... - Oh, nema veze, donesi mi još! – bilo je jasno da je devojčica veoma ponosna na ono što je uradila i da je prštala od zadovoljstva. “Hvala vam dragi...” Svetiljka je sjedila pognute glave i odjednom počela da plače kao dijete... “Pa, šta je sa drugima koji su isti?..” tiho sam šapnula Steli na uho. – Mora da ih je mnogo, zar ne? Šta učiniti s njima? Uostalom, nije fer pomoći nekome. I ko nam je dao pravo da sudimo ko je od njih dostojan takve pomoći? Stellino lice se odmah namrštilo... – Ne znam... Ali znam sigurno da je to tačno. Da nije u redu, ne bismo uspjeli. Ovde postoje različiti zakoni... Odjednom mi je sinulo: - Čekaj malo, a naš Harold?!.. Uostalom, on je bio vitez, znači i ubio? Kako je uspeo da ostane tamo, na "gornjem spratu"?.. “Platio je za sve što je uradio... Pitala sam ga za ovo – platio je veoma skupo...” Stela je ozbiljno odgovorila, smešno naborajući čelo. - Čime si platio? - Nisam razumio. „Suština...“ tužno je prošaputala devojčica. “Odrekao se dijela svoje suštine zbog onoga što je radio tokom svog života.” Ali njegova je suština bila vrlo visoka, pa je i nakon što je odao dio toga, ipak mogao ostati "na vrhu". Ali vrlo malo ljudi to može učiniti, samo istinski visoko razvijeni entiteti. Ljudi obično gube previše i na kraju završe mnogo niže nego što su prvobitno bili. Kako sjajno... Bilo je nevjerovatno... To znači da su ljudi, učinivši nešto loše na Zemlji, izgubili dio sebe (tačnije, dio svog evolucionog potencijala), a čak i pri tome, morali su ostati u tom košmarnom užasu, koji je bio zvani - "niži" Astral... Da, za greške se, zaista, moralo skupo platiti... „E, sad možemo da idemo“, cvrkutala je devojčica zadovoljno odmahujući rukom. - Zbogom, Luminary! Doći ću ti! Nastavili smo dalje, a naš novi prijatelj je i dalje sjedio, smrznut od neočekivane sreće, pohlepno upijajući toplinu i ljepotu svijeta koji je stvorila Stela, i uranjajući u njega duboko kao što bi to učinila osoba na samrti, upijajući život koji se iznenada vratio za njega... . “Da, tako je, bio si potpuno u pravu!” rekao sam zamišljeno. Stella je blistala. U "najduginijem" raspoloženju, tek smo skrenuli prema planinama kada je iz oblaka iznenada izronilo ogromno stvorenje sa šiljastim kandžama i jurnulo pravo na nas... - Budi pazljiv! – zacvilila je Stela, a ja sam tek uspela da vidim dva reda zuba oštrih kao žilet, i od snažnog udarca u leđa sam se otkotrljala glavom preko peta na zemlju... Od divljeg užasa koji nas je obuzeo, jurnuli smo kao meci širokom dolinom, ni ne pomišljajući da možemo brzo da pređemo na drugi „sprat”... Jednostavno nismo imali vremena da razmišljamo o tome – bili smo previše uplašeni. Stvorenje je poletelo tačno iznad nas, glasno škljocnuvši razjapljenim zubastim kljunom, a mi smo jurili najbrže što smo mogli, prskajući podle ljigave prske u stranu i mentalno se moleći da nešto drugo odjednom zainteresuje ovu jezivu "čudotvornu pticu"... da je bila mnogo brža i jednostavno nismo imali šanse da se otrgnemo od nje. Srećom, ni jedno drvo nije raslo u blizini, nije bilo žbunja, pa čak ni kamenja iza kojeg bi se moglo sakriti, samo se u daljini nazirala zloslutna crna stijena. - Tamo! – viknula je Stela, upirući prstom u isti kamen. Ali iznenada, neočekivano, tik ispred nas, odnekud se pojavilo stvorenje od čijeg prizora nam je bukvalno ledila krv u venama... Učinilo se kao da je „iz ničega“ i bilo je zaista zastrašujuće... ogroman crni leš bio je potpuno prekriven dugom, grubom dlakom, zbog čega je izgledao kao trbušasti medvjed, samo što je ovaj "medvjed" bio visok kao trospratna kuća... Kvrgava glava čudovišta bila je "okrunjena" sa dva ogromna zakrivljena rogove, a sablasna usta bila su ukrašena parom neverovatno dugih očnjaka, oštrih kao noževi, samo pri pogledu na koje su nam, od straha, noge pokleknule... A onda je, neverovatno nas iznenadivši, čudovište lako skočilo i. .. pokupio leteću „muć“ na jednom od svojih ogromnih očnjaka... Smrzli smo se od šoka. - Bežimo!!! – zacvilila je Stella. – Trčimo dok je on „zauzet“!.. I bili smo spremni da ponovo jurimo ne osvrćući se, kada se odjednom iza naših leđa začuo tanak glas: - Devojke, čekajte!!! Ne treba bježati!.. Spasio te Din, nije neprijatelj! Naglo smo se okrenuli - iza nas je stajala sićušna, veoma lepa crnooka devojčica... i mirno milovala čudovište koje joj se približilo!.. Oči su nam se raširile od iznenađenja... Bilo je neverovatno! Svakako – bio je to dan iznenađenja!.. Djevojka se, gledajući nas, nasmiješila dobrodošlice, nimalo se ne plašeći krznenog čudovišta koje je stajalo pored nas. - Molim te, nemoj ga se plašiti. On je veoma ljubazan. Vidjeli smo da te Ovara juri i odlučili smo pomoći. Dean je bio odličan, stigao je na vrijeme. Stvarno, draga moja? “Dobro” je prednjao, što je zvučao kao blagi zemljotres, i, sagnuvši glavu, polizao djevojčino lice. – Ko je Ovara i zašto nas je napala? - Pitao sam. "Ona napada sve, ona je grabežljivac." I veoma opasno”, mirno je odgovorila devojka. – Mogu li da pitam šta radiš ovde? Niste odavde, devojke? - Ne, ne odavde. Samo smo šetali. Ali isto pitanje za tebe - šta ti radiš ovde? „Idem da vidim mamu...“ rastužila se devojčica. “Umrli smo zajedno, ali ona je iz nekog razloga završila ovdje.” I sad živim ovdje, ali joj to ne govorim, jer se ona nikada neće složiti s tim. Ona misli da upravo dolazim... – Nije li bolje samo doći? Tako je strašno ovde!.. – Stela je slegnula ramenima. „Ne mogu da je ostavim ovde samu, gledam je da joj se ništa ne dogodi.” I evo Deana sa mnom... Pomaže mi. Prosto nisam mogla da verujem... Ova mala hrabra devojčica je svojevoljno napustila svoj prelepi i ljubazni „pod” da bi živela u ovom hladnom, strašnom i stranom svetu, štiteći svoju majku, koja je na neki način bila veoma „kriva”! Mislim da ne bi bilo mnogo ljudi tako hrabrih i nesebičnih (čak i odraslih!) koji bi se usudili na takav podvig... I odmah sam pomislio - možda ona jednostavno nije shvatila na šta će se osuditi ?! – Koliko dugo si ovde, devojko, ako nije tajna? “Nedavno...” tužno je odgovorila crnooka beba, vukući prstima crni pramen svoje kovrdžave kose. – Našla sam se u tako lepom svetu kad sam umrla!.. Bio je tako ljubazan i bistar!.. A onda sam video da moja majka nije sa mnom i pojurio sam da je tražim. Bilo je tako strašno u početku! Iz nekog razloga nije je bilo nigdje... I onda sam pao u ovaj strašni svijet... I onda sam je pronašao. Bio sam tako uplašen ovdje... Tako sam usamljen... Mama mi je rekla da odem, čak me je i grdila. Ali ne mogu da je ostavim... Sada imam prijatelja, mog dobrog Dekana, i već nekako mogu da postojim ovde. Njena „dobra drugarica“ je ponovo zarežala, od čega smo Stelu i mene naježili... Sabravši se, pokušao sam da se malo smirim i počeo izbliza da posmatram ovo krzneno čudo... A on, odmah osetivši da je primećen, strašno je ogolio očnjasta usta... Odskočio sam. - Oh, ne boj se, molim te! „Smiješi ti se“, uvjerila je djevojka. Da... Naučićeš da brzo trčiš od takvog osmeha... - pomislio sam u sebi. - Kako se dogodilo da ste se sprijateljili s njim? – upitala je Stela. – Kada sam prvi put došao ovde, bio sam veoma uplašen, posebno kada su takva čudovišta kao što ste vi danas napadali. A onda me jednog dana, kada sam zamalo umro, Dean spasio od čitave gomile jezivih letećih "ptica". I ja sam ga se prvo plašila, ali sam onda shvatila kakvo zlatno srce ima... On je najbolji prijatelj! Nikada nisam imao ništa slično, čak ni dok sam živio na Zemlji. - Kako ste se tako brzo navikli? Njegov izgled nije baš, da kažemo, poznat... – I tu sam shvatio jednu vrlo jednostavnu istinu, koju iz nekog razloga nisam primetio na Zemlji – izgled nije važan da li čovek ili stvorenje ima dobro srce... Moja majka je bila veoma lepa, ali je ponekad bila veoma ljuta također. A onda je sva njena lepota negde nestala... A Din, iako jeziv, uvek je veoma ljubazan, i uvek me štiti, osećam njegovu dobrotu i ničega se ne plašim. Ali možete se naviknuti na izgled... – Znate li da ćete biti ovdje jako dugo, mnogo duže nego što ljudi žive na Zemlji? Da li zaista želite da ostanete ovde?.. “Moja majka je ovdje, pa moram da joj pomognem.” A kad ona ponovo “otiđe” da živi na Zemlji, i ja ću otići... Tamo gdje ima više dobrote. U ovom strašnom svijetu ljudi su vrlo čudni - kao da uopšte ne žive. Žašto je to? Znate li nešto o ovome? – Ko ti je rekao da će tvoja majka ponovo otići da živi? – zainteresovala se Stela. - Dean, naravno. On mnogo zna, on ovde živi jako dugo. Rekao je i da će nam porodice biti drugačije kada budemo (mama i ja) ponovo živjeli. I onda više neću imati ovu majku... Zato želim sada da budem sa njom. - Kako razgovaraš s njim, tvoj dekan? – upitala je Stela. – A zašto ne želiš da nam kažeš svoje ime? Ali istina je - još nismo znali njeno ime! A ni oni nisu znali odakle je došla... – Zvala sam se Marija... Ali da li je to ovde zaista važno? - Sigurno! – Stela se nasmijala. - Kako mogu da komuniciram sa tobom? Kad odete, daće vam novo ime, ali dok ste ovdje, morat ćete živjeti sa starim. Jesi li pričala sa još nekim ovdje, djevojko Marija? – upitala je Stela, skačući s teme na temu iz navike. “Da, pričala sam...” rekla je djevojčica oklijevajući. “Ali oni su ovdje tako čudni.” I tako nesretni... Zašto su tako nesretni? – Da li ovo što vidite ovde doprinosi sreći? – Iznenadilo me njeno pitanje. – I sama lokalna „realnost“ unapred ubija svaku nadu!.. Kako da budeš srećan ovde? - Ne znam. Kad sam sa mamom, cini mi se da bih i ja ovde mogao da budem srecan... Istina, ovde je jako strasno, a njoj se ovde stvarno ne dopada... Kad sam to rekao, pristao sam da ostanem sa nju, vikala je na mene i rekla da sam ja njena "bezmozga nesreća"... Ali nisam uvređena... Znam da je samo uplašena. Baš kao ja... – Možda je samo htela da vas zaštiti od vaše „ekstremne” odluke, i samo da se vratite na svoj „pod”? – upitala je Stela pažljivo, da se ne uvredi. – Ne, naravno... Ali hvala na lepim rečima. Mama me često nazivala ne baš dobrim imenima, čak ni na Zemlji... Ali znam da to nije bilo iz ljutnje. Ona je jednostavno bila nesretna što sam se rodila i često mi je govorila da sam joj uništio život. Ali to nije bila moja greška, zar ne? Uvijek sam se trudio da je usrećim, ali iz nekog razloga nisam bio uspješan... I nikad nisam imao tatu. – Marija je bila veoma tužna, a glas joj je drhtao, kao da će zaplakati.

Sadržaj članka

GRAVITACIJA (GRAVITACIJA), svojstvo materije koje kaže da između bilo koje dvije čestice postoje privlačne sile. Gravitacija je univerzalna interakcija koja pokriva cijeli vidljivi Univerzum i stoga se naziva univerzalnom. Kao što ćemo kasnije vidjeti, gravitacija igra primarnu ulogu u određivanju strukture svih astronomskih tijela u svemiru, osim najmanjih. Ona organizira astronomska tijela u sisteme poput našeg Sunčevog sistema ili Mliječnog puta, i leži u osnovi strukture samog Univerzuma.

“Gravitacija” se obično podrazumijeva kao sila koju stvara gravitacija masivnog tijela, a “ubrzanje gravitacije” je ubrzanje koje stvara ova sila. (Riječ “masivan” se ovdje koristi u značenju “imati masu”, ali tijelo o kojem je riječ ne mora nužno imati vrlo veliku masu.) U još užem smislu, ubrzanje gravitacije se odnosi na ubrzanje tijelo koje slobodno pada (zanemarujući otpor zraka) na površini Zemlje. U ovom slučaju, pošto se cijeli sistem "Zemlja plus tijelo koje pada" rotira, inercijske sile dolaze u igru. Centrifugalna sila suprotstavlja gravitacijskoj sili i smanjuje efektivnu težinu tijela za malu, ali mjerljivu količinu. Ovaj efekat pada na nulu na polovima, kroz koje prolazi Zemljina osa rotacije, i dostiže maksimum na ekvatoru, gde je Zemljina površina najveća udaljenost od ose rotacije. U bilo kojem eksperimentu koji se provodi lokalno, učinak ove sile se ne razlikuje od istinske sile gravitacije. Stoga izraz „gravitacija na površini Zemlje“ obično označava kombinovano djelovanje istinske gravitacije i centrifugalne reakcije. Zgodno je proširiti pojam "gravitacija" na druga nebeska tijela, govoreći, na primjer, "gravitacija na površini planete Mars".

Ubrzanje gravitacije na površini Zemlje je 9,81 m/s 2 . To znači da svako tijelo koje slobodno pada blizu površine Zemlje povećava svoju brzinu (ubrzava) za 9,81 m/s za svaku sekundu pada. Ako je tijelo započelo slobodan pad iz stanja mirovanja, tada će do kraja prve sekunde imati brzinu od 9,81 m/s, do kraja druge - 18,62 m/s, itd.

Gravitacija kao najvažniji faktor u strukturi Univerzuma.

U strukturi svijeta oko nas, gravitacija igra izuzetno važnu, temeljnu ulogu. U poređenju sa električnim silama privlačenja i odbijanja između dve naelektrisane elementarne čestice, gravitacija je veoma slaba. Omjer elektrostatičke sile i gravitacijske sile koja djeluje između dva elektrona je oko 4H 10 46, tj. 4 praćeno sa 46 nula. Razlog zašto se tako veliki jaz u veličini ne nalazi na svakom koraku u svakodnevnom životu je taj što je dominantni dio materije u svom običnom obliku električno gotovo neutralan, budući da je broj pozitivnih i negativnih naboja u njenoj zapremini isti. Dakle, ogromne električne sile zapremine jednostavno nemaju priliku da se u potpunosti razviju. Čak i u takvim "trikovima" kao što je lijepljenje pohabanog balona za plafon i podizanje kose prilikom češljanja po suhom danu, električni naboji su samo malo razdvojeni, ali to je već dovoljno da se savladaju sile gravitacije. Sila gravitacionog privlačenja je toliko slaba da je moguće izmjeriti njen učinak između tijela uobičajenih veličina u laboratorijskim uvjetima samo ako se preduzmu posebne mjere opreza. Na primjer, sila gravitacijske privlačnosti između dvije osobe teške 80 kg, koje stoje tijesno okrenute jedna drugoj, iznosi nekoliko desetina dina (manje od 10 -5 N). Mjerenja takvih slabih sila su komplikovana potrebom da se one izoluju od pozadine raznih vrsta stranih sila koje mogu biti veće od one koja se mjeri.

Kako se masa povećava, gravitacijski efekti postaju primjetniji i na kraju počinju dominirati nad svim ostalim. Zamislimo uslove koji vladaju na jednom od malih asteroida Sunčevog sistema - na sfernom kamenom bloku poluprečnika 1 km. Sila gravitacije na površini takvog asteroida iznosi 1/15 000 sile gravitacije na površini Zemlje, pri čemu je ubrzanje zbog gravitacije 9,81 m/s 2 . Masa od jedne tone na površini Zemlje bila bi teška oko 50 g na površini takvog asteroida Brzina uzleta (kojom tijelo, koje se radijalno kreće od centra asteroida, savladava gravitacijsko polje koje stvara potonji) bi bio samo 1,2 m/s, odnosno 4 km/h (brzina ne baš brzog pješaka), pa bi se prilikom hodanja po površini asteroida morala izbjegavati nagla kretanja i ne prekoračiti zadanu brzinu, kako ne bi zauvek odleteo u svemir. Uloga samogravitacije raste kako se krećemo ka sve većim tijelima - Zemlji, velikim planetama poput Jupitera i, konačno, zvijezdama kao što je Sunce. Dakle, samogravitacija održava sferni oblik tekućeg jezgra Zemlje i njenog čvrstog omotača koji okružuje ovo jezgro, kao i Zemljine atmosfere. Međumolekularne kohezivne sile koje drže čestice čvrstih materija i tečnosti na okupu više nisu efikasne na kosmičkim razmerama, a samo gravitacija dozvoljava takvim ogromnim gasnim kuglicama kao što su zvezde da postoje kao celina. Bez gravitacije ova tijela jednostavno ne bi postojala, kao što ne bi postojali ni svjetovi pogodni za život.

Kada se kreće na još veće razmjere, gravitacija organizira pojedinačna nebeska tijela u sisteme. Veličine takvih sistema variraju - od relativno malih (sa astronomske tačke gledišta) i jednostavnih sistema, kao što su sistem Zemlja-Mjesec, Sunčev sistem i dvostruke ili višestruke zvijezde, do velikih zvjezdanih jata koja broje stotine hiljada zvijezda. “Život” ili evolucija pojedinačnog zvjezdanog jata može se posmatrati kao čin ravnoteže između međusobne divergencije zvijezda i gravitacije, koja teži da drži jato zajedno kao cjelinu. S vremena na vrijeme, zvijezda, krećući se u smjeru drugih zvijezda, dobija zamah i brzinu od njih, omogućavajući joj da izleti iz jata i zauvijek ga napusti. Preostale zvijezde čine još čvršće jato, a gravitacija ih povezuje još čvršće nego prije. Gravitacija također pomaže da se oblaci plina i prašine drže zajedno u svemiru, a ponekad ih čak i sabija u kompaktne i manje-više sferne nakupine materije. Tamne siluete mnogih od ovih objekata mogu se vidjeti na svjetlijoj pozadini Mliječnog puta. Prema danas prihvaćenoj teoriji nastanka zvijezda, ako je masa takvog objekta dovoljno velika, tada pritisak u njegovim dubinama dostiže nivo na kojem nuklearne reakcije postaju moguće, a gusta nakupina materije pretvara se u zvijezdu. Astronomi su uspjeli da dobiju slike koje potvrđuju formiranje zvijezda na onim mjestima u svemiru gdje su ranije bili uočeni samo oblaci materije, što svjedoči u prilog postojećoj teoriji.

Gravitacija igra vitalnu ulogu u svim teorijama o nastanku, razvoju i strukturi Univerzuma u cjelini. Gotovo svi su zasnovani na općoj teoriji relativnosti. U ovoj teoriji, koju je stvorio Ajnštajn početkom 20. veka, gravitacija se posmatra kao svojstvo četvorodimenzionalne geometrije prostor-vremena, kao nešto slično zakrivljenosti sferne površine, generalizovano na veći broj dimenzija. . „Zakrivljenost“ prostor-vremena usko je povezana sa distribucijom materije u njemu.

Sve kosmološke teorije prihvataju da je gravitacija svojstvo bilo koje vrste materije, koja se manifestuje svuda u Univerzumu, iako se nikako ne pretpostavlja da su efekti stvoreni gravitacijom svuda isti. Na primjer, gravitaciona konstanta G(o čemu ćemo dalje raspravljati) mogu varirati u zavisnosti od mjesta i vremena, iako još uvijek nema direktnih opservacijskih podataka koji bi to potvrdili. Gravitaciona konstanta G- jedna od fizičkih konstanti našeg svijeta, baš kao brzina svjetlosti ili električni naboj elektrona ili protona. Uz preciznost s kojom moderne eksperimentalne metode omogućavaju mjerenje ove konstante, njena vrijednost ne ovisi o vrsti materije koja stvara gravitaciju. Bitna je samo masa. Masu možemo shvatiti na dva načina: kao mjeru sposobnosti privlačenja drugih tijela – na ovo svojstvo se misli kada se govori o teškoj (gravitacijskoj) masi – ili kao mjera otpora tijela na pokušaje da se ona ubrza (da se postavi u kretanju ako tijelo miruje, da se zaustavi ako se tijelo kreće, ili da promijeni svoju putanju), - na ovo svojstvo mase se misli kada se govori o inercijskoj masi. Intuitivno, ove dvije vrste mase ne izgledaju kao isto svojstvo materije, ali opća teorija relativnosti postulira njihov identitet i gradi sliku svijeta na osnovu ovog postulata.

Gravitacija ima još jednu osobinu; čini se da ne postoji zamisliv način da se riješimo efekata gravitacije osim udaljavanjem beskonačne udaljenosti od sve materije. Nijedna poznata supstanca nema negativnu masu, tj. svojstvo odbijanja od gravitacionog polja. Čak i antimaterija (pozitroni, antiprotoni, itd.) ima pozitivnu masu. Nemoguće je osloboditi se gravitacije uz pomoć nekakvog ekrana, poput električnog polja. Tokom pomračenja Mjeseca, Mjesec je “zaštićen” od strane Zemlje od privlačenja Sunca, a efekat takve zaštite bi se akumulirao od jednog pomračenja do drugog, ali to nije slučaj.

Istorija ideja o gravitaciji.

Kao što je gore prikazano, gravitacija je jedna od najčešćih interakcija materije sa materijom i istovremeno jedna od najmisterioznijih i najzagonetnijih. Moderne teorije nisu se značajno približile objašnjavanju fenomena gravitacije.

Ipak, gravitacija je oduvijek bila eksplicitno ili implicitno isprepletena s kosmologijom, tako da su to dvoje nerazdvojivi. Prve kosmologije, poput onih Aristotela i Ptolomeja, trajale su do 18. veka. uglavnom zahvaljujući autoritetu ovih mislilaca, oni jedva da su bili nešto više od sistematizacije naivnih pogleda starih. U ovim kosmologijama, materija je bila podijeljena u četiri klase, ili "elemente": zemlja, voda, zrak i vatra (redom od najteže do najlakše). Reči "gravitacija" su prvobitno značile jednostavno "težina"; objekti koji se sastoje od elementa “zemlja” imali su svojstvo “težine” u većoj mjeri nego objekti koji se sastoje od drugih elemenata. Prirodni položaj teških objekata bio je centar Zemlje, koji se smatrao centrom svemira. Element “vatra” je bio obdaren najmanjom količinom “težine”; Štaviše, vatru je karakterizirala neka vrsta negativne gravitacije, čiji se učinak nije očitovao u gravitaciji, već u "levitaciji". Prirodno mjesto za vatru bile su vanjske granice zemaljskog dijela svijeta. Nedavne verzije ove teorije postulirale su postojanje petog entiteta („kvintesencija“, koja se ponekad naziva „eter“, koja je bila oslobođena efekata gravitacije). Također je pretpostavljeno da se nebeska tijela sastoje od kvintesencije. Ako se zemaljsko tijelo na neki način nije našlo na svom prirodnom mjestu, onda je nastojalo da se tamo vrati prirodnim kretanjem, karakterističnim za njega na isti način kao što životinju karakterizira namjerno kretanje uz pomoć nogu ili krila. Gore navedeno se odnosi na kretanje kamena u prostoru, mjehurića u vodi i plamena u zraku.

Galileo (1564–1642), proučavajući kretanje tijela pod uticajem gravitacije, otkrio je da period oscilovanja klatna ne zavisi od toga da li je početno odstupanje klatna od ravnotežnog položaja bilo veliko ili malo. Galileo je također eksperimentalno utvrdio da u nedostatku otpora zraka teška i laka tijela padaju na tlo istim ubrzanjem. (Aristotel je tvrdio da teška tijela padaju brže od lakih, a što su brža to su teža.) Konačno, Galileo je izrazio ideju o postojanosti ubrzanja gravitacije i formulirao tvrdnje koje su u suštini prethodnike Newtonovih zakona kretanja. Galileo je bio prvi koji je shvatio da je za tijelo na koje ne djeluju sile jednoliko linearno kretanje prirodno kao i stanje mirovanja.

Briljantnom engleskom matematičaru I. Newtonu (1643–1727) palo je da ujedini različite fragmente i izgradi logičnu i konzistentnu teoriju. Ovi rasuti fragmenti nastali su trudom mnogih istraživača. Evo heliocentrične Kopernikove teorije, koju su Galileo, Kepler i drugi percipirali kao pravi fizički model svijeta; i Braheova detaljna i precizna astronomska zapažanja; i koncentrisani izraz ovih zapažanja u Keplerova tri zakona planetarnog kretanja; i rad koji je započeo Galileo da bi formulisao zakone mehanike na osnovu jasno definisanih koncepata, kao i hipoteza i delimičnih rešenja problema koje su pronalazili Njutnovi savremenici kao što su H. Huygens, R. Hooke i E. Halley. Da bi postigao svoju veličanstvenu sintezu, Newton je trebao dovršiti stvaranje nove matematike, nazvane diferencijalni i integralni račun. Paralelno sa Njutnom, njegov savremenik G. Lajbnic je samostalno radio na stvaranju diferencijalnog i integralnog računa.

Iako je Voltaireova anegdota o padu jabuke na Njutnovu glavu najvjerovatnije neistinita, ona ipak u određenoj mjeri karakteriše tip razmišljanja koje je Njutn pokazao u svom pristupu problemu gravitacije. Newton je uporno postavljao pitanja: „Da li je sila koja drži Mjesec u njegovoj orbiti dok se kreće oko Zemlje ista sila koja uzrokuje da tijela padaju na površinu Zemlje? Koliko bi intenzivna morala biti Zemljina gravitacija da bi se savijala mjesečeva orbita na način na koji to zapravo čini? Da bi pronašao odgovor na ova pitanja, Newton je prije svega trebao definirati pojam sile, koji bi također obuhvatio faktor koji uzrokuje da tijelo odstupi od prvobitne putanje kretanja, a ne samo da se ubrza ili uspori kada se kreće gore ili dolje. . Njutn je takođe morao da zna tačno veličinu Zemlje i udaljenost od Zemlje do Meseca. Pretpostavio je da privlačenje stvoreno gravitacijom opada sa povećanjem udaljenosti od privlačećeg tijela kao inverzni kvadrat udaljenosti, tj. kako se udaljenost povećava. Istinitost ovog zaključka za kružne orbite može se lako zaključiti iz Keplerovih zakona bez pribjegavanja diferencijalnom računu. Konačno, kada je 1660-ih Piccard izvršio geodetsko snimanje sjevernih regija Francuske (jedno od prvih geodetskih istraživanja), uspio je razjasniti vrijednost dužine jednog stepena geografske širine na zemljinoj površini, što ga je učinilo moguće preciznije odrediti veličinu Zemlje i udaljenost od Zemlje do Mjeseca. Picardova mjerenja dodatno su ojačala Njutnovo uvjerenje da je na pravom putu. Konačno, 1686–1687, kao odgovor na zahtjev nedavno osnovanog Kraljevskog društva, Newton je objavio svoju čuvenu Matematički principi prirodne filozofije (Philosophiae naturalis principia mathematica), koji je označio rođenje moderne mehanike. U ovom djelu, Newton je formulirao svoj poznati zakon univerzalne gravitacije; u modernoj algebarskoj notaciji ovaj zakon je izražen formulom

Gdje F– sila privlačenja između dva materijalna tijela sa masama M 1 i M 2, a R– udaljenost između ovih tijela. Koeficijent G nazvana gravitaciona konstanta. U metričkom sistemu, masa se meri u kilogramima, udaljenost se meri u metrima, a sila se meri u njutnima i gravitaciona konstanta G ima značenje G= 6,67259H 10 –11 m 3 H kg –1 H s –2 . Malost gravitacione konstante objašnjava činjenicu da gravitacioni efekti postaju primetni samo kod velike mase tela.

Koristeći metode matematičke analize, Newton je pokazao da sferno tijelo, na primjer Mjesec, Sunce ili planeta, stvara gravitaciju na isti način kao materijalna tačka koja se nalazi u centru sfere i ima ekvivalentnu masu. Diferencijalni i integralni račun omogućio je i samom Newtonu i njegovim sljedbenicima da uspješno riješe nove klase problema, na primjer, inverzni problem određivanja sile iz neravnomjernog ili krivolinijskog kretanja tijela koje se kreće pod njegovim utjecajem; predvidjeti brzinu i položaj tijela u bilo kojem trenutku u budućnosti, ako je poznata sila kao funkcija položaja; riješiti problem ukupne sile privlačenja bilo kojeg tijela (ne nužno sfernog) u bilo kojoj datoj tački u prostoru. Novi moćni matematički alati otvorili su put rješavanju mnogih složenih, ranije nerješivih problema ne samo za gravitaciona, već i za druga polja.

Njutn je takođe pokazao da, zbog 24-časovnog perioda rotacije oko sopstvene ose, Zemlja ne bi trebalo da ima strogo sferičan, već donekle spljošten oblik. Implikacije Newtonovih istraživanja u ovoj oblasti vode nas u polje gravimetrije, nauke koja se bavi mjerenjem i tumačenjem sile gravitacije na površini Zemlje.

Akcija dugog dometa.

Međutim, na njutnovskom Počeci postoji prostor. Činjenica je da, nakon što je definirao silu gravitacije i dao matematički izraz koji je opisuje, Newton nije objasnio šta je gravitacija i kako djeluje. Pitanja koja su izazvala i izazivaju mnogo kontroverzi od 18. veka. donedavno je ovo: kako tijelo koje se nalazi na jednom mjestu (npr. Sunce) privlači tijelo (npr. Zemlju) koje se nalazi na drugom mjestu, ako nema materijalne veze između tijela? Koliko brzo putuju gravitacioni efekti? Odmah? Brzinom svjetlosti i drugim elektromagnetnim oscilacijama ili nekom drugom brzinom? Newton nije vjerovao u mogućnost djelovanja na daljinu; on je jednostavno izvodio proračune kao da je zakon obrnute proporcije kvadratu udaljenosti prihvaćena činjenica. Mnogi, uključujući Leibniza, biskupa Berkeleya i Descartesove sljedbenike, složili su se s Newtonovskim gledištem, ali su bili uvjereni da su fenomeni odvojeni u prostoru od uzroka koji ih uzrokuju nezamislivi bez neke vrste fizičkog posrednika koji dovršava uzrok - i -efekt odnos između njih.

Kasnije su sva ova i druga pitanja naslijedile slične teorije koje su objašnjavale širenje svjetlosti. Svjetleći medij je nazvan eter, a slijedeći ranije filozofe, posebno Descartesa, fizičari su došli do zaključka da se gravitacijske (kao i električne i magnetske) sile prenose kao vrsta pritiska u eteru. I tek kada su svi pokušaji da se formulira konzistentna teorija etra bili neuspješni, postalo je jasno da, iako je eter dao odgovor na pitanje kako se djelovanje izvodi na daljinu, ovaj odgovor nije tačan.

Teorija polja i relativnost.

Palo je na sud A. Ajnštajna (1879–1955) da spoji razbacane fragmente teorija, izbaci etar i postavi da u stvarnosti ne postoji ni apsolutni prostor ni apsolutno vreme, jer ni jedan eksperiment ne potvrđuje njihovo postojanje. U tome je njegova uloga bila slična onoj Newtona. Da bi stvorio svoju teoriju, Einsteinu je, kao nekada Newtonu, bila potrebna nova matematika - tenzorska analiza.

Ono što je Ajnštajn mogao da uradi donekle je posledica novog načina razmišljanja koji se razvijao tokom 19. veka. i povezana sa pojavom koncepta polja. Polje, u smislu u kojem moderni teoretski fizičar koristi ovaj termin, je područje idealiziranog prostora u kojem se, indikacijom određenog koordinatnog sistema, određuju pozicije tačaka zajedno sa fizičkom veličinom ili nekim skupom veličina u zavisnosti od ove pozicije. Pri kretanju iz jedne tačke u prostoru u drugu, susjednu, ona bi se trebala glatko (kontinuirano) smanjivati ​​ili povećavati, a može se i mijenjati tokom vremena. Na primjer, brzina vode u rijeci varira i s dubinom i od obale do obale; temperatura u prostoriji je viša u blizini peći; intenzitet (svjetlina) osvjetljenja opada sa povećanjem udaljenosti od izvora svjetlosti. Ovo su sve primjeri polja. Fizičari smatraju polja stvarnim stvarima. U prilog svom gledištu pozivaju se na fizički argument: percepcija svjetlosti, topline ili električnog naboja jednako je stvarna kao i percepcija fizičkog objekta, u čije postojanje su svi uvjereni na osnovu toga da može biti dodirnuti, osjetiti ili vidjeti. Osim toga, eksperimenti, na primjer, s raštrkanim gvozdenim strugotinama u blizini magneta, njihovo poravnanje duž određenog sistema zakrivljenih linija čini magnetsko polje direktno uočljivim do te mere da niko neće sumnjati da postoji „nešto“ oko magneta čak i nakon što se gvozdene opiljke uklone. Magnetne "linije polja", kako ih je nazvao Faraday, formiraju magnetsko polje.

Do sada smo izbegavali da pominjemo gravitaciono polje. Ubrzanje gravitacije g na površini Zemlje, koja se mijenja od tačke do tačke na zemljinoj površini i smanjuje s visinom, je takvo polje. Ali veliki napredak koji je Ajnštajn napravio nije bilo manipulisanje gravitacionim poljem našeg svakodnevnog iskustva.

Umjesto da slijedi Fitzgeralda i Lorentza i razmotri interakciju između sveprisutnog etra i mjernih šipki i satova koji se kreću kroz njega, Ajnštajn je uveo fizički postulat prema kojem svaki posmatrač A ko mjeri brzinu svjetlosti pomoću mjernih šipki i sata koji nosi sa sobom, uvijek će dobiti isti rezultat c= 3H 10 8 m/s bez obzira koliko brzo se posmatrač kreće; mjerne šipke bilo kojeg drugog posmatrača IN, pokretni rođak A sa brzinom v, će gledati u posmatrača A smanjen za puta; posmatračev sat INće gledati u posmatrača A hodanje nekoliko puta sporije; odnosi između posmatrača A I IN su tačno recipročni, pa posmatračeve merne šipke A a njegov sat će biti za posmatrača IN odnosno jednako kraće i sporije se kreću; Svaki od posmatrača sebe može smatrati nepokretnim, a drugog u pokretu. Druga posljedica parcijalne (specijalne) teorije relativnosti bila je ta masa m telo se kreće brzinom v u odnosu na posmatrača, raste (za posmatrača) i postaje jednako , gde m 0 – masa istog tijela koje se kreće u odnosu na posmatrača vrlo sporo. Povećanje inercijalne mase tijela koje se kreće značilo je da ne samo energija kretanja (kinetička energija), već i sva energija ima inercijsku masu i da ako energija ima inercijsku masu, onda ima i tešku masu i, prema tome, podliježe gravitacionih efekata. Osim toga, kao što je sada dobro poznato, pod određenim uvjetima, masa se može pretvoriti u energiju u nuklearnim procesima. (Vjerovatno bi bilo tačnije govoriti o oslobađanju energije.) Ako su prihvaćene pretpostavke tačne (a sada imamo sve razloge za takvo povjerenje), onda su, dakle, masa i energija različiti aspekti iste fundamentalnije suštine .

Gornja formula također ukazuje da se ni jedno materijalno tijelo i niti jedan objekt koji nosi energiju (na primjer, val) ne mogu kretati u odnosu na posmatrača brže od brzine svjetlosti. With, jer inače bi takvo kretanje zahtijevalo beskonačno više energije. Posljedično, gravitacijski efekti moraju se širiti brzinom svjetlosti (argumenti u prilog tome dani su i prije stvaranja teorije relativnosti). Primjeri takvih gravitacijskih fenomena kasnije su otkriveni i uključeni u opću teoriju.

U slučaju ravnomjernog i pravolinijskog relativnog kretanja, uočene kontrakcije mjernih šipki i usporavanje sata dovode do posebne teorije relativnosti. Kasnije su koncepti ove teorije generalizirani na ubrzano relativno kretanje, što je zahtijevalo uvođenje još jednog postulata - takozvanog principa ekvivalencije, koji je omogućio uključivanje gravitacije u model, što je izostalo u parcijalnoj teoriji relativnosti.

Dugo se vjerovalo, a vrlo pažljiva mjerenja vršena krajem 19. vijeka. Mađarski fizičar L. Eotvos potvrdio je da su, u granicama eksperimentalne greške, teške i inertne mase brojčano jednake. (Podsjetimo da teška masa tijela služi kao mjera sile kojom ovo tijelo privlači druga tijela, dok je inercijska masa mjera otpora tijela na ubrzanje.) U isto vrijeme, ubrzanje tijela koja slobodno padaju bi ne bi bili potpuno nezavisni od svoje mase ako inercija i teška tjelesna težina nisu bile apsolutno jednake. Einstein je pretpostavio da su ove dvije vrste mase, koje izgledaju drugačije jer se mjere u različitim eksperimentima, zapravo ista stvar. Odmah slijedi da nema fizičke razlike između sile gravitacije koju osjećamo na tabanima i sile inercije koja nas vraća nazad u sjedalo kada automobil ubrza, ili nas baci naprijed kada pritisnemo kočnice. Zamislimo mentalno (kao Ajnštajn) zatvorenu prostoriju, kao što je lift ili svemirski brod, unutar koje možemo proučavati kretanje tela. U svemiru, na dovoljno velikoj udaljenosti od bilo koje masivne zvijezde ili planete, tako da njihova gravitacija ne utječe na tijela u ovoj zatvorenoj prostoriji, nijedan predmet oslobođen iz ruku ne bi pao na pod, već bi nastavio da lebdi u zraku. , krećući se u istom pravcu, u kojem se kretao kada je pušten iz ruku. Svi objekti bi imali masu, ali ne i težinu. U gravitacionom polju blizu površine Zemlje, tela imaju i masu i težinu. Ako ih pustite, padaju na zemlju. Ali ako bi, na primjer, lift pao slobodno, ne nailazeći na otpor, tada bi se predmeti u liftu činili bestežinskim posmatraču u liftu, a ako bi pustio bilo koji predmet, oni ne bi pali na pod. Rezultat bi bio isti kao da se sve dešava u svemiru daleko od privlačenja tijela, a nijedan eksperiment ne bi mogao pokazati promatraču da je u stanju slobodnog pada. Gledajući kroz prozor i videvši Zemlju negde daleko ispod sebe, posmatrač bi mogao da kaže da Zemlja juri ka njemu. Međutim, sa stanovišta posmatrača na Zemlji, i lift i svi objekti u njemu padaju podjednako brzo, tako da objekti koji padaju ne zaostaju ni ispred lifta, pa se stoga ne približavaju njegovom podu prema kojem oni padaju.

Sada zamislimo svemirski brod koji lansirna raketa podiže u svemir sve većom brzinom. Ako astronaut u svemirskom brodu pusti predmet iz ruku, tada će se objekt (kao i prije) nastaviti kretati kroz svemir brzinom kojom je pušten, ali budući da se pod svemirskog broda sada kreće ubrzano prema objektu, sve će izgledati kao da će predmet pasti. Štaviše, astronaut bi osjetio silu koja djeluje na njegove noge i mogao bi je protumačiti kao silu gravitacije, a nijedan eksperiment koji bi mogao izvesti dok je u svemirskoj letjelici u usponu ne bi bio u suprotnosti sa takvom interpretacijom.

Einsteinov princip ekvivalencije jednostavno izjednačava ove dvije naizgled potpuno različite situacije i navodi da su gravitacija i inercijalne sile ista stvar. Glavna razlika je u tome što se u dovoljno velikom području inercijalna sila (kao što je centrifugalna sila) može eliminisati odgovarajućom transformacijom referentnog okvira (na primjer, centrifugalna sila djeluje samo u rotirajućem koordinatnom sistemu, a može se eliminisati pomoću prelazak na nerotirajući referentni okvir). Što se tiče sile gravitacije, prelaskom na drugi referentni okvir (slobodno padanje), možemo je se riješiti samo lokalno. Mentalno zamišljajući cijelu Zemlju kao cjelinu, radije je smatramo nepokretnom, vjerujući da na tijela koja se nalaze na površini Zemlje djeluju gravitacijske sile, a ne sile inercije. U suprotnom, morali bismo pretpostaviti da je površina Zemlje ubrzana prema van u svim svojim tačkama i da Zemlja, šireći se poput naduvanog balona, ​​pritiska na tabane. Ova tačka gledišta, sasvim prihvatljiva sa stanovišta dinamike, netačna je sa stanovišta obične geometrije. Međutim, u okviru opšte teorije relativnosti, obe tačke gledišta su podjednako prihvatljive.

Geometrija koja proizlazi iz mjerenja dužina i vremenskih intervala, koja se slobodno transformira iz jednog ubrzanog referentnog okvira u drugi, ispada zakrivljena geometrija, vrlo slična geometriji sfernih površina, ali generalizirana na slučaj četiri dimenzije - tri prostorno i jedno vreme - na isti način, kao u specijalnoj teoriji relativnosti. Zakrivljenost, odnosno deformacija prostor-vremena nije samo govorna figura, već nešto više, budući da se određuje metodom mjerenja udaljenosti između tačaka i trajanjem vremenskih intervala između događaja u tim tačkama. Da je zakrivljenost prostor-vremena pravi fizički efekat može se najbolje pokazati na nekoliko primera.

Prema teoriji relativnosti, zrak svjetlosti koji prolazi u blizini velike mase je savijen. To se događa, na primjer, kada zrak svjetlosti udaljene zvijezde prolazi blizu ruba solarnog diska. Ali zakrivljeni zrak svjetlosti i dalje je najkraća udaljenost od zvijezde do oka promatrača. Ova izjava je tačna u dva smisla. U tradicionalnoj notaciji relativističke matematike, pravi segment dS, razdvajajući dvije susjedne tačke, izračunava se pomoću Pitagorine teoreme obične euklidske geometrije, tj. prema formuli dS 2 = dx 2 + dy 2 + dz 2. Tačka u prostoru zajedno sa trenutkom u vremenu naziva se događaj, a udaljenost u prostor-vremenu koja razdvaja dva događaja naziva se interval. Za određivanje intervala između dva događaja, vremenska dimenzija t kombinuje se sa tri prostorne koordinate x, y, z na sledeći način. Vremenska razlika između dva događaja dt pretvorena u prostornu udaljenost With H dt pomnoženo brzinom svjetlosti With(konstantno za sve posmatrače). Dobiveni rezultat bi trebao biti kompatibilan s Lorentzovom transformacijom, iz koje slijedi da se mjerna šipka promatrača u pokretu skuplja, a sat usporava prema izrazu . Lorencova transformacija bi takođe trebalo da bude primenljiva u graničnom slučaju kada se posmatrač kreće sa svetlosnim talasom i njegov sat je zaustavljen (tj. dt= 0), a on sam ne smatra da se kreće (tj. dS= 0), dakle

(Interval) 2 = dS 2 = dx 2 + dy 2 + dz 2 – (c H dt) 2 .

Glavna karakteristika ove formule je da je predznak vremenskog pojma suprotan predznaku prostornih pojmova. Dalje, duž svjetlosnog snopa za sve posmatrače koji se kreću zajedno sa snopom, imamo dS 2 = 0 i, prema teoriji relativnosti, svi ostali posmatrači su trebali dobiti isti rezultat. U ovom prvom (prostorno-vremenskom) smislu dS– minimalna prostorno-vremenska udaljenost. Ali u drugom smislu, budući da svjetlost putuje duž putanje za koju je potrebno najmanje vremena da stigne do svog konačnog odredišta prema bilo kojem sati, numeričke vrijednosti prostornih i vremenskih intervala su minimalne za svjetlosni snop.

Sva gornja razmatranja odnose se na događaje odvojene samo malim udaljenostima i vremenima; drugim riječima, dx, dy, dz I dt– male količine. Ali rezultati se mogu lako generalizirati na proširene putanje koristeći metodu integralnog računa, čija je suština zbrajanje svih ovih beskonačno malih intervala duž cijele putanje od tačke do tačke.

Rezonirajući dalje, zamislimo mentalno prostor-vrijeme podijeljeno na četverodimenzionalne ćelije, kao što je dvodimenzionalna mapa podijeljena na dvodimenzionalne kvadrate. Strana takve četverodimenzionalne ćelije jednaka je jedinici vremena ili udaljenosti. U prostoru bez polja, mreža se sastoji od pravih linija koje se seku pod pravim uglom, ali u gravitacionom polju blizu mase, linije mreže su savijene, iako se seku i pod pravim uglom, kao paralele i meridijani na globusu. U ovom slučaju, linije mreže izgledaju zakrivljene samo vanjskom posmatraču čiji je broj dimenzija veći od broja mjerenja mreže. Mi postojimo u trodimenzionalnom prostoru i kada pogledamo kartu ili dijagram, možemo ih uočiti u tri dimenzije. Subjekt koji se nalazi u samoj mreži, na primjer mikroskopsko stvorenje na globusu, koje nema pojma šta je gore ili dolje, ne može direktno uočiti zakrivljenost globusa i morao bi izvršiti mjerenja i vidjeti kakva geometrija proizlazi iz ukupnost dimenzija rezultata - bilo da se radi o euklidskoj geometriji, koja odgovara ravnom listu papira, ili zakrivljenoj geometriji, koja odgovara površini sfere ili neke druge zakrivljene površine. Na isti način, ne možemo vidjeti zakrivljenost prostora-vremena oko nas, ali analizom rezultata naših mjerenja možemo otkriti posebna geometrijska svojstva koja su potpuno slična stvarnoj zakrivljenosti.

Sada zamislite ogroman trokut u slobodnom prostoru, čije su stranice tri ravne linije. Ako se unutar takvog trokuta smjesti masa, tada će se prostor (tj. četverodimenzionalna koordinatna mreža koja otkriva njegovu geometrijsku strukturu) lagano naduvati tako da zbir unutrašnjih uglova trokuta postaje veći nego u odsustvu mase. Slično, možete zamisliti džinovski krug u slobodnom prostoru čiju ste dužinu i prečnik vrlo precizno izmjerili. Otkrili ste da je omjer opsega i prečnika jednak broju str(ako je slobodni prostor euklidski). Stavite veliku masu u centar kruga i ponovite mjerenja. Odnos obima i prečnika će postati manji str, iako će se činiti da se mjerna šipka (ako se gleda sa neke udaljenosti) skuplja i kada je položena duž obima i kada je položena duž prečnika, veličina samih kontrakcija će biti različita.

U krivolinijskoj geometriji, kriva koja spaja dvije tačke i najkraća je među svim krivima ove vrste naziva se geodetska. U četvorodimenzionalnoj krivolinijskoj geometriji opšte teorije relativnosti, putanje svetlosnih zraka čine jednu klasu geodezija. Ispostavilo se da je putanja bilo koje slobodne čestice (na koju ne djeluje nikakva kontaktna sila) također geodetska, ali općenitije klase. Na primjer, planeta koja se slobodno kreće u svojoj orbiti oko Sunca kreće se po geodeziji na isti način kao i lift koji slobodno pada u primjeru o kojem smo ranije govorili. Geodezije su prostorno-vremenski analogi pravih linija u Njutnovoj mehanici. Tijela se jednostavno kreću svojim prirodnim zakrivljenim stazama - linijama najmanjeg otpora - tako da nema potrebe za prizivanjem "sile" da bi se objasnilo ovo ponašanje tijela. Tijela koja se nalaze na površini Zemlje podložna su kontaktnoj sili direktnog kontakta sa Zemljom, te sa ove tačke gledišta možemo pretpostaviti da ih Zemlja istiskuje iz geodetskih orbita. Shodno tome, putanje tijela na površini Zemlje nisu geodetske.

Dakle, gravitacija je svedena na geometrijsko svojstvo fizičkog prostora, a pokazalo se da je gravitaciono polje zamijenjeno "metričkim poljem". Kao i druga polja, metričko polje je skup brojeva (ukupno deset) koji se razlikuju od tačke do tačke i zajedno opisuju lokalnu geometriju. Koristeći ove brojeve, posebno, moguće je odrediti kako je i u kom smjeru zakrivljeno metričko polje.

Posljedice iz opšte teorije relativnosti.

Još jedno predviđanje opće relativnosti koje proizlazi iz principa ekvivalencije je takozvani gravitacijski crveni pomak, tj. smanjenje frekvencije zračenja koje nam dolazi iz područja s nižim gravitacijskim potencijalom. Iako u literaturi postoje brojne sugestije da je crveno pomjereno svjetlo emitirano s površine supergustih zvijezda, još uvijek nema uvjerljivih dokaza za to, a pitanje ostaje otvoreno. Efekat takvog pomaka je zapravo uočen u laboratorijskim uslovima - između vrha i osnove tornja. Ovi eksperimenti su koristili Zemljino gravitaciono polje i striktno monohromatsko gama zračenje koje emituju atomi vezani u kristalnu rešetku (Mössbauerov efekat). Da bismo objasnili ovaj fenomen, najlakši način je da se okrenemo hipotetičkom liftu, u kojem je izvor svjetlosti postavljen na vrhu, a prijemnik na dnu, ili obrnuto. Uočeni pomak se tačno poklapa sa Doplerovim pomakom, što odgovara dodatnoj brzini prijemnika u trenutku dolaska signala u odnosu na brzinu izvora u trenutku emitovanja signala. Ova dodatna brzina je zbog ubrzanja dok je signal u tranzitu.

Još jedno skoro odmah prihvaćeno predviđanje opšte teorije relativnosti tiče se kretanja planete Merkur oko Sunca (i, u manjoj meri, kretanja drugih planeta). Perihel Merkurove orbite, tj. tačka u njenoj orbiti u kojoj je planeta najbliža Suncu pomera se za 574I po veku, dovršavajući punu revoluciju za 226.000 godina. Njutnova mehanika, uzimajući u obzir gravitaciono dejstvo svih poznatih planeta, uspela je da objasni pomeranje perihela za samo 532Í po veku. Razlika od 42 lučne sekunde, iako mala, ipak je mnogo veća od bilo koje moguće greške i muči astronome skoro čitav vek. Opšta teorija relativnosti je skoro tačno predvidela ovaj efekat.

Oživljavanje Machovih pogleda na inerciju.

E. Mach (1838–1916), kao i Njutnov mlađi savremenik Berkli, više puta je sebi postavljao pitanje: „Šta objašnjava inerciju? Zašto dolazi do centrifugalne reakcije kada se tijelo rotira?" U potrazi za odgovorom na ova pitanja, Mach je sugerirao da je inercija posljedica gravitacijske koherentnosti Univerzuma. Svaka čestica materije povezana je sa svim ostalim materijama u svemiru gravitacionim vezama, čiji je intenzitet proporcionalan njegovoj masi. Stoga, kada sila primijenjena na česticu ubrzava je, gravitacijske veze Univerzuma kao cjeline opiru se ovoj sili, stvarajući inercijsku silu jednake veličine i suprotnog smjera. Kasnije je pitanje koje je pokrenuo Mach ponovo oživljeno i dobilo je novi zaokret: ako nema ni apsolutnog kretanja ni apsolutnog linearnog ubrzanja, da li je onda moguće isključiti apsolutnu rotaciju? Stanje stvari je takvo da se rotacija u odnosu na vanjski svijet može otkriti u izolovanoj laboratoriji bez direktnog upućivanja na vanjski svijet. To se može postići centrifugalnim silama (tjerajući površinu vode u rotirajućoj kanti da poprimi konkavni oblik) i Coriolisovim silama (stvarajući prividnu zakrivljenost putanje tijela u rotirajućem koordinatnom sistemu. Naravno, zamišljajući malo rotirajuće tijelo je neuporedivo lakše od rotacionog Univerzuma. Ali pitanje je sljedeće: ako bi ostatak svemira nestao, kako bismo mogli procijeniti da li se tijelo rotira "apsolutno"? Da li bi površina vode u kanti ostala konkavna? Da li bi rotirajuće tijelo težina stvara napetost u užetu? Mach je vjerovao da odgovori na ova pitanja moraju biti negativni. Ako su gravitacija i inercija međusobno povezani, moglo bi se očekivati ​​da će promjene u gustini ili distribuciji udaljene materije na neki način uticati na vrijednost gravitacijske konstante G. Na primjer, ako se Univerzum širi, onda vrijednost G trebalo bi da se menja polako tokom vremena. Promjena vrijednosti G mogao uticati na periode oscilovanja klatna i okretanja planeta oko Sunca. Takve promjene mogu se otkriti samo mjerenjem vremenskih intervala korištenjem atomskih satova, čija brzina ne ovisi o G.

Mjerenje gravitacijske konstante.

Eksperimentalno određivanje gravitacione konstante G omogućava nam da uspostavimo most između teorijskih i apstraktnih aspekata gravitacije kao univerzalnog atributa materije i zemaljskijeg pitanja njene lokalizacije i procjene mase materije koja stvara gravitacijske efekte. Posljednja operacija se ponekad naziva vaganjem. Sa teorijske tačke gledišta, to smo već vidjeli G je jedna od fundamentalnih konstanti prirode i stoga je od najveće važnosti za fizičku teoriju. Ali veličina G također mora biti poznato ako želimo da detektujemo i "izvagamo" materiju na osnovu gravitacionog efekta koji ona stvara.

Prema Newtonovom zakonu univerzalne gravitacije, ubrzanje bilo kojeg probnog tijela u gravitacionom polju drugog tijela s masom m je data formulom g = Gm/r 2 gdje r– udaljenost od tijela sa masom m. Faktori u astronomskim jednačinama kretanja G I m uključeni samo u formi djela Gm, ali nikada nisu uključeni zasebno. To znači da masa m, koji stvara ubrzanje, može se procijeniti samo ako je vrijednost poznata G. Ali na osnovu omjera masa, moguće je, upoređujući ubrzanja koja proizvode, izraziti mase planeta i Sunca u zemaljskim masama. Zaista, ako dva tijela stvaraju ubrzanja g 1 i g 2, onda je omjer njihovih masa m 1 /m 2 = g 1 r 1 2 /g 2 r 2 2 . To omogućava da se mase svih nebeskih tijela izraze kroz masu jednog odabranog tijela, na primjer Zemlje. Ovaj postupak je ekvivalentan odabiru mase Zemlje kao standarda mase. Da biste prešli sa ove procedure na sistem jedinica centimetar–gram–sekunda, morate znati masu Zemlje u gramima. Ako je poznato, onda možemo izračunati G, nakon što je pronašao posao Gm iz bilo koje jednadžbe koja opisuje gravitacijske efekte koje stvara Zemlja (na primjer, kretanje Mjeseca ili umjetnog satelita Zemlje, oscilacije klatna, ubrzanje tijela u slobodnom padu). I obrnuto, ako G može se izmjeriti nezavisno, tada proizvod Gm, uključen u sve jednačine kretanja nebeskih tijela, dat će masu Zemlje. Ova razmatranja su omogućila eksperimentalnu procjenu G. Primjer je Cavendishov čuveni eksperiment sa torzionim vagama, izveden 1798. Instalacija se sastojala od dvije male mase na krajevima balansirane šipke, pričvršćene u sredini na dugu nit ovjesa torzijske šipke. Dvije druge, veće mase su postavljene na rotirajući postolje tako da se mogu dovesti do malih masa. Privlačenje koje djeluje iz većih masa na manje, iako mnogo slabije od privlačenja tako velike mase kao što je Zemlja, okreće šipku na kojoj su male mase fiksirane i uvija nit ovjesa do ugla koji može biti izmjereni. Dovođenjem većih masa na manje na drugoj strani (tako da se promijeni smjer privlačenja), pomak se može udvostručiti i time povećati tačnost mjerenja. Pretpostavlja se da je torzijski modul elastičnosti navoja poznat, jer se može lako izmjeriti u laboratoriju. Stoga je mjerenjem ugla uvijanja niti moguće izračunati silu privlačenja između masa.

književnost:

Fock V.A. Teorija prostora, vremena i gravitacije. M., 1961
Zeldovich Ya.B., Novikov I.D. Teorija gravitacije i evolucija zvijezda. M., 1971
Weiskopf W. Fizika u dvadesetom veku. M., 1977
Albert Ajnštajn i teorija gravitacije. M., 1979



Orff. gravitacija, -I Lopatinov pravopisni rečnik

gravitacija - -i, up. 1. fizički Međusobna privlačnost između tijela s masom; gravitacija. Sila gravitacije. Zakon univerzalne gravitacije. 2. Veza sa nekim ili nečim. kao sa centrom uticaja; potreba za vezom sa nekim ili nečim. Ekonomska privlačnost periferije prema centru. Mali akademski rječnik

GRAVITACIJA - GRAVITACIJA (gravitacija - gravitaciona interakcija) - univerzalna interakcija između bilo koje vrste fizičke materije (obična materija, bilo koja fizička polja). Veliki enciklopedijski rečnik

gravitacija - imenica, broj sinonima... Rječnik ruskih sinonima

gravitacija - GRAVITY -I; sri 1. Phys. Svojstvo tijela i materijalnih čestica da se međusobno privlače (u zavisnosti od njihove mase i udaljenosti između njih); privlačnost, gravitacija. Sila gravitacije. Zakon univerzalne gravitacije. 2. Privlačnost, želja za nekim, nečim. Kuznjecovljev objašnjavajući rečnik

gravitacija - gravitacija up. 1. Svojstvo tijela da se privlače jedno drugo u zavisnosti od njihove mase i udaljenosti između njih; atrakcija. 2. Privlačnost, želja za nekim ili nečim. 3. Potreba za vezom sa nekim ili nečim. 4. Ugnjetavanje, nadmoćna sila, bolan utjecaj nekoga ili nečega. Eksplanatorni rječnik Efremove

GRAVITACIJA - (gravitacija, gravitaciona interakcija), univerzalna interakcija između bilo koje vrste materije. Ako je ovaj efekat relativno slab i tijela se kreću sporo (u poređenju sa brzinom svjetlosti c), onda vrijedi Newtonov zakon univerzalne gravitacije. Fizički enciklopedijski rječnik

gravitacija - GRAVITACIJA, I, up. 1. Svojstvo svih tijela da se privlače jedno drugo, privlačnost (posebna). Zemaljski t. Newtonov zakon univerzalne gravitacije. 2. prenijeti, nekome ili nečemu. Privlačnost, želja za nekim, potreba za nečim. T. tehnologiji. Osjećati se emotivno prema nekome. Ozhegov's Explantatory Dictionary

gravitacija - gravitacija, gravitacija, gravitacija, gravitacija, gravitacija, gravitacija, gravitacija, gravitacija, gravitacija, gravitacija, gravitacija, gravitacija Zaliznyakov gramatički rječnik

gravitacija - GRAVITACIJA, gravitacija, množina. ne, up. 1. Atrakcija; svojstvo dva materijalna tijela da se privlače jedno drugo silom koja je direktno proporcionalna proizvodu njihovih masa i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih (fizičke). Ushakov's Explantatory Dictionary

Gravitacija - Newtonov zakon univerzalne gravitacije može se formulirati na sljedeći način: svaki atom je u interakciji sa svakim drugim atomom, dok je sila interakcije (privlačenja) uvijek usmjerena duž prave linije koja povezuje atome... Enciklopedijski rečnik Brockhausa i Efrona

Između svih materijalnih tela. U aproksimaciji malih brzina i slabe gravitacijske interakcije, opisan je Newtonovom teorijom gravitacije, u općem slučaju opisan je Ajnštajnovom općom teorijom relativnosti. U kvantnoj granici, gravitaciona interakcija je navodno opisana kvantnom teorijom gravitacije, koja još nije razvijena.

Enciklopedijski YouTube

1 / 5

✪ Vizualizacija gravitacije

✪ NAUČNICI NAS VARAJU OD ROĐENJA. 7 buntovnih činjenica o gravitaciji. RAZKRIVANJE LAŽI NJUTNA I FIZIČARA

✪ Aleksandar Čircov - Gravitacija: razvoj pogleda od Njutna do Ajnštajna

✪ 10 zanimljivih činjenica o gravitaciji

✪ Gravitacija

Titlovi

Gravitaciona privlačnost

Zakon univerzalne gravitacije je jedna od primjena zakona inverznog kvadrata, koji se također nalazi u proučavanju zračenja (vidi, na primjer, Svjetlosni tlak), a direktna je posljedica kvadratnog povećanja površine sfera sa povećanjem radijusa, što dovodi do kvadratnog smanjenja doprinosa bilo koje jedinice površine površini cijele sfere.

Gravitaciono polje, kao i polje gravitacije, je potencijalno. To znači da možete uvesti potencijalnu energiju gravitacionog privlačenja para tijela, a ta energija se neće promijeniti nakon pomicanja tijela duž zatvorene petlje. Potencijalnost gravitacionog polja podrazumeva zakon održanja zbira kinetičke i potencijalne energije i, kada se proučava kretanje tela u gravitacionom polju, često značajno pojednostavljuje rešenje. U okviru Njutnove mehanike, gravitaciona interakcija je dugog dometa. To znači da bez obzira na to kako se masivno tijelo kreće, u bilo kojoj tački u prostoru gravitacijski potencijal ovisi samo o položaju tijela u datom trenutku.

Veliki svemirski objekti - planete, zvijezde i galaksije imaju ogromnu masu i stoga stvaraju značajna gravitacijska polja.

Gravitacija je najslabija interakcija. Međutim, budući da djeluje na svim udaljenostima i da su sve mase pozitivne, ona je ipak vrlo važna sila u Univerzumu. Konkretno, elektromagnetna interakcija između tijela na kosmičkoj skali je mala, budući da je ukupni električni naboj ovih tijela nula (materija kao cjelina je električno neutralna).

Također, gravitacija je, za razliku od drugih interakcija, univerzalna po svom djelovanju na svu materiju i energiju. Nisu otkriveni objekti koji nemaju nikakvu gravitacionu interakciju.

Zbog svoje globalne prirode, gravitacija je odgovorna za tako velike efekte kao što su struktura galaksija, crne rupe i širenje Univerzuma, te za elementarne astronomske fenomene - orbite planeta i jednostavno privlačenje na površinu Zemlja i pad tijela.

Gravitacija je bila prva interakcija koju opisuje matematička teorija. Aristotel (IV vek pne) je verovao da predmeti različite mase padaju različitim brzinama. I tek mnogo kasnije (1589.) Galileo Galilei je eksperimentalno utvrdio da to nije tako – ako se eliminiše otpor zraka, sva tijela jednako ubrzavaju. Zakon univerzalne gravitacije Isaaca Newtona (1687) dobro je opisao općenito ponašanje gravitacije. Godine 1915. Albert Ajnštajn je stvorio Opću teoriju relativnosti, koja preciznije opisuje gravitaciju u smislu geometrije prostor-vremena.

Nebeska mehanika i neki od njenih zadataka

Najjednostavniji problem nebeske mehanike je gravitaciona interakcija dva točkasta ili sferna tijela u praznom prostoru. Ovaj problem u okviru klasične mehanike rješava se analitički u zatvorenom obliku; rezultat njegovog rješenja često se formuliše u obliku Keplerova tri zakona.

Kako se broj tijela u interakciji povećava, zadatak postaje dramatično složeniji. Dakle, već poznati problem tri tijela (tj. kretanje tri tijela čija masa nije nula) ne može se analitički riješiti u opštem obliku. Kod numeričkog rješenja nestabilnost rješenja u odnosu na početne uslove nastaje prilično brzo. Kada se primeni na Sunčev sistem, ova nestabilnost nam ne dozvoljava da precizno predvidimo kretanje planeta na razmerama većim od sto miliona godina.

U nekim posebnim slučajevima moguće je pronaći približno rješenje. Najvažniji je slučaj kada je masa jednog tijela znatno veća od mase drugih tijela (primjeri: Sunčev sistem i dinamika Saturnovih prstenova). U ovom slučaju, kao prvu aproksimaciju, možemo pretpostaviti da svjetlosna tijela ne interaguju jedno s drugim i da se kreću duž Keplerovih putanja oko masivnog tijela. Interakcije između njih se mogu uzeti u obzir u okviru teorije perturbacije i usredsređivati ​​tokom vremena. U ovom slučaju mogu nastati netrivijalne pojave, kao što su rezonancije, atraktori, haos, itd. Jasan primjer takvih pojava je složena struktura Saturnovih prstenova.

Uprkos pokušajima da se precizno opiše ponašanje sistema velikog broja privlačećih tijela približno iste mase, to se ne može učiniti zbog fenomena dinamičkog haosa.

Jaka gravitaciona polja

U jakim gravitacionim poljima, kao i pri kretanju u gravitacionom polju relativističkim brzinama, počinju da se pojavljuju efekti opšte relativnosti (GTR):

• mijenjanje geometrije prostor-vremena;
  • kao posledica, odstupanje zakona gravitacije od Njutnovskog;
  • au ekstremnim slučajevima - pojava crnih rupa;
• kašnjenje potencijala povezano s konačnom brzinom širenja gravitacijskih poremećaja;
  • kao posledica, pojava gravitacionih talasa;
• efekti nelinearnosti: gravitacija teži interakciji sa sobom, tako da princip superpozicije u jakim poljima više ne vrijedi.

Gravitaciono zračenje

Jedno od važnih predviđanja Opšte relativnosti je gravitaciono zračenje, čije je prisustvo potvrđeno direktnim zapažanjima 2015. godine. Međutim, prije su postojali snažni indirektni dokazi u prilog njegovom postojanju, a to su: gubici energije u bliskim binarnim sistemima koji sadrže kompaktne gravitirajuće objekte (kao što su neutronske zvijezde ili crne rupe), posebno u poznatom sistemu PSR B1913+16 (Halsov pulsar - Taylor) - dobro se slažu sa modelom opšte relativnosti, u kojem se ova energija odnosi upravo gravitacionim zračenjem.

Gravitaciono zračenje mogu da generišu samo sistemi sa promenljivim kvadrupolnim ili većim multipolnim momentima, što ukazuje na to da je gravitaciono zračenje većine prirodnih izvora usmereno, što značajno otežava njegovu detekciju. Snaga gravitacije n-izvor polja je proporcionalan (v / c) 2 n + 2 (\displaystyle (v/c)^(2n+2)), ako je multipol električnog tipa, i (v / c) 2 n + 4 (\displaystyle (v/c)^(2n+4))- ako je multipol magnetnog tipa, gdje v je karakteristična brzina kretanja izvora u sistemu zračenja, i c- brzina svetlosti. Dakle, dominantni moment će biti kvadrupolni moment električnog tipa, a snaga odgovarajućeg zračenja jednaka je:

L = 1 5 G c 5 ⟨ d 3 Q i j d t 3 d 3 Q i j d t 3 ⟩ , (\displaystyle L=(\frac (1)(5))(\frac (G)(c^(5)))\ lijevo\langle (\frac (d^(3)Q_(ij))(dt^(3)))(\frac (d^(3)Q^(ij))(dt^(3)))\desno \rangle ,)

Gdje Q i j (\displaystyle Q_(ij))- tenzor kvadrupolnog momenta distribucije mase sistema zračenja. Konstantno G c 5 = 2,76 × 10 − 53 (\displaystyle (\frac (G)(c^(5)))=2,76\puta 10^(-53))(1/W) nam omogućava da procenimo red veličine snage zračenja.

Od 1969. (Weberovi eksperimenti (engleski)), pokušavaju se direktno detektirati gravitacijsko zračenje. U SAD-u, Evropi i Japanu trenutno radi nekoliko zemaljskih detektora (LIGO, VIRGO, TAMA (engleski), GEO 600), kao i projekat svemirskog gravitacionog detektora LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Zemaljski detektor u Rusiji se razvija u Dulkyn naučnom centru za istraživanje gravitacionih talasa u Republici Tatarstan.

Suptilni efekti gravitacije

Pored klasičnih efekata gravitacionog privlačenja i vremenske dilatacije, opšta teorija relativnosti predviđa postojanje i drugih manifestacija gravitacije, koje su u zemaljskim uslovima veoma slabe i zbog toga je njihovo otkrivanje i eksperimentalna provera veoma teško. Do nedavno, prevazilaženje ovih poteškoća izgledalo je izvan mogućnosti eksperimentatora.

Među njima se posebno može navesti otpor inercijalnih referentnih okvira (ili efekat Lense-Thiringa) i gravitomagnetno polje. Godine 2005. NASA-ina robotska Gravity Probe B izvela je neviđeni precizni eksperiment za mjerenje ovih efekata u blizini Zemlje. Obrada dobijenih podataka obavljena je do maja 2011. godine i potvrdila je postojanje i veličinu efekata geodetske precesije i otpora inercijalnih referentnih sistema, iako sa tačnošću nešto manjom od prvobitno pretpostavljene.

Nakon intenzivnog rada na analizi i izdvajanju mjerne buke, konačni rezultati misije objavljeni su na konferenciji za novinare na NASA-TV 4. maja 2011. i objavljeni u Physical Review Letters. Izmjerena vrijednost geodetske precesije je bila −6601,8±18,3 milisekundi lukova godišnje, a efekat uvlačenja - −37,2±7,2 milisekundi lukova godišnje (uporedi sa teorijskim vrijednostima od -6606,1 mas/godina i -39,2 mas/godina).

Klasične teorije gravitacije

Zbog činjenice da su kvantni efekti gravitacije izuzetno mali čak i pod najekstremnijim i posmatračkim uslovima, još uvek nema pouzdanih opažanja o njima. Teorijske procjene pokazuju da se u velikoj većini slučajeva može ograničiti na klasičan opis gravitacijske interakcije.

Postoji moderna kanonska klasična teorija gravitacije - opća teorija relativnosti, i mnoge razjašnjavajuće hipoteze i teorije različitog stepena razvoja, koje se međusobno nadmeću. Sve ove teorije daju vrlo slična predviđanja u okviru aproksimacije u kojoj se trenutno provode eksperimentalni testovi. Slijedi nekoliko osnovnih, najrazvijenijih ili najpoznatijih teorija gravitacije.

Opća teorija relativnosti

Međutim, opća teorija relativnosti je bila eksperimentalno potvrđena sve do nedavno (2012). Osim toga, mnogi alternativni pristupi Ajnštajnovom, ali standardni za modernu fiziku, pristupi formulaciji teorije gravitacije dovode do rezultata koji se poklapa sa opštom relativnošću u niskoenergetskoj aproksimaciji, koja je jedina sada dostupna eksperimentalnoj provjeri.

Einstein-Cartan teorija

Slična podjela jednačina u dvije klase se također javlja u RTG-u, gdje je uvedena druga tenzorska jednadžba kako bi se uzela u obzir veza između neeuklidskog prostora i prostora Minkovskog. Zahvaljujući prisutnosti bezdimenzionalnog parametra u teoriji Jordan-Brans-Dicke, postaje moguće odabrati ga tako da se rezultati teorije podudaraju s rezultatima gravitacijskih eksperimenata. Štaviše, kako parametar teži beskonačnosti, predviđanja teorije postaju sve bliža općoj teoriji relativnosti, tako da je nemoguće opovrgnuti Jordan-Brans-Dickeovu teoriju bilo kojim eksperimentom koji potvrđuje opću teoriju relativnosti.

Kvantna teorija gravitacije

Uprkos više od pola veka pokušaja, gravitacija je jedina fundamentalna interakcija za koju još uvek nije izgrađena opšteprihvaćena konzistentna kvantna teorija. Pri niskim energijama, u duhu kvantne teorije polja, gravitaciona interakcija se može predstaviti kao razmjena gravitona - spin-2 gauge bozona. Međutim, rezultirajuća teorija je nerenormalizujuća, pa se stoga smatra nezadovoljavajućom.

Poslednjih decenija razvijeno je nekoliko obećavajućih pristupa rešavanju problema kvantizacije gravitacije: teorija struna, kvantna gravitacija u petlji i drugi.

Teorija struna

U njemu se umjesto čestica i pozadinskog prostor-vremena pojavljuju nizovi i njihovi višedimenzionalni analozi -

Gravitacija

Gravitacija (univerzalna gravitacija, gravitacija)(od latinskog gravitas - "gravitacija") - fundamentalna interakcija dugog dometa u prirodi, kojoj su podložna sva materijalna tijela. Prema savremenim podacima, to je univerzalna interakcija u smislu da, za razliku od bilo koje druge sile, daje isto ubrzanje svim tijelima bez izuzetka, bez obzira na njihovu masu. Uglavnom gravitacija igra odlučujuću ulogu na kosmičkoj skali. Termin gravitacije koristi se i kao naziv grane fizike koja proučava gravitacionu interakciju. Najuspješnija moderna fizička teorija u klasičnoj fizici koja opisuje gravitaciju je opća teorija relativnosti; kvantna teorija gravitacijske interakcije još nije izgrađena.

Gravitaciona interakcija

Gravitaciona interakcija jedna je od četiri fundamentalne interakcije u našem svijetu. U okviru klasične mehanike opisana je gravitaciona interakcija zakon univerzalne gravitacije Newton, koji tvrdi da je sila gravitacijske privlačnosti između dvije materijalne tačke mase m 1 i m 2 odvojeno rastojanjem R, proporcionalno je objema masama i obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti - tj

.

Evo G- gravitaciona konstanta, jednaka približno m³/(kg s²). Znak minus znači da je sila koja djeluje na tijelo uvijek jednaka u smjeru radijus vektora usmjerenog na tijelo, odnosno gravitacijska interakcija uvijek dovodi do privlačenja bilo kojeg tijela.

Zakon univerzalne gravitacije je jedna od primjena zakona inverznog kvadrata, koji se također javlja u proučavanju zračenja (vidi, na primjer, Svjetlosni tlak), a direktna je posljedica kvadratnog povećanja površine sfere sa povećanjem radijusa, što dovodi do kvadratnog smanjenja doprinosa bilo koje jedinice površine površini cijele sfere.

Najjednostavniji problem nebeske mehanike je gravitaciona interakcija dvaju tijela u praznom prostoru. Ovaj problem se rješava analitički do kraja; rezultat njegovog rješenja često se formuliše u obliku Keplerova tri zakona.

Kako se broj tijela u interakciji povećava, zadatak postaje dramatično složeniji. Dakle, već poznati problem tri tijela (tj. kretanje tri tijela čija masa nije nula) ne može se analitički riješiti u opštem obliku. Kod numeričkog rješenja nestabilnost rješenja u odnosu na početne uslove nastaje prilično brzo. Kada se primeni na Sunčev sistem, ova nestabilnost onemogućava predviđanje kretanja planeta na razmerama većim od sto miliona godina.

U nekim posebnim slučajevima moguće je pronaći približno rješenje. Najvažniji slučaj je kada je masa jednog tijela znatno veća od mase drugih tijela (primjeri: Sunčev sistem i dinamika Saturnovih prstenova). U ovom slučaju, kao prvu aproksimaciju, možemo pretpostaviti da svjetlosna tijela ne interaguju jedno s drugim i da se kreću duž Keplerovih putanja oko masivnog tijela. Interakcije između njih mogu se uzeti u obzir u okviru teorije perturbacije i usredsređivati ​​tokom vremena. U ovom slučaju mogu nastati netrivijalne pojave, kao što su rezonancije, atraktori, haos, itd. Jasan primjer takvih pojava je netrivijalna struktura Saturnovih prstenova.

Uprkos pokušajima da se opiše ponašanje sistema velikog broja privlačećih tijela približno iste mase, to se ne može učiniti zbog fenomena dinamičkog haosa.

Jaka gravitaciona polja

U jakim gravitacionim poljima, pri kretanju relativističkim brzinama, počinju da se pojavljuju efekti opšte relativnosti:

• odstupanje zakona gravitacije od Newtonovog;
• kašnjenje potencijala povezano s konačnom brzinom širenja gravitacijskih poremećaja; pojava gravitacionih talasa;
• efekti nelinearnosti: gravitacijski talasi teže međusobnoj interakciji, tako da princip superpozicije talasa u jakim poljima više ne važi;
• mijenjanje geometrije prostor-vremena;
• pojava crnih rupa;

Gravitaciono zračenje

Jedno od važnih predviđanja opšte teorije relativnosti je gravitaciono zračenje, čije prisustvo još nije potvrđeno direktnim zapažanjima. Međutim, postoje indirektni opservacijski dokazi u prilog njegovom postojanju, a to su: gubici energije u binarnom sistemu sa pulsarom PSR B1913+16 - Hulse-Taylorov pulsar - u dobroj su saglasnosti sa modelom u kojem se ta energija odnosi gravitaciono zračenje.

Gravitaciono zračenje mogu da generišu samo sistemi sa promenljivim kvadrupolnim ili većim multipolnim momentima, ova činjenica sugeriše da je gravitaciono zračenje većine prirodnih izvora usmereno, što značajno otežava njegovu detekciju. Snaga gravitacije l-izvor polja je proporcionalan (v / c) 2l + 2 , ako je multipol električnog tipa, i (v / c) 2l + 4 - ako je multipol magnetnog tipa, gdje v je karakteristična brzina kretanja izvora u sistemu zračenja, i c- brzina svetlosti. Dakle, dominantni moment će biti kvadrupolni moment električnog tipa, a snaga odgovarajućeg zračenja jednaka je:

Gdje Q ij- tenzor kvadrupolnog momenta distribucije mase sistema zračenja. Konstantno (1/W) nam omogućava da procenimo red veličine snage zračenja.

Od 1969. godine (Weberovi eksperimenti) do danas (februar 2007.) pokušavaju se direktno detektovati gravitaciono zračenje. U SAD, Evropi i Japanu trenutno radi nekoliko zemaljskih detektora (GEO 600), kao i projekat svemirskog gravitacionog detektora Republike Tatarstan.

Suptilni efekti gravitacije

Pored klasičnih efekata gravitacionog privlačenja i vremenske dilatacije, opšta teorija relativnosti predviđa postojanje i drugih manifestacija gravitacije, koje su u zemaljskim uslovima veoma slabe i zbog toga je njihovo otkrivanje i eksperimentalna verifikacija veoma teška. Do nedavno, prevazilaženje ovih poteškoća izgledalo je izvan mogućnosti eksperimentatora.

Među njima, posebno, možemo navesti uvlačenje inercijalnih referentnih okvira (ili efekat Lens-Thiringa) i gravitomagnetno polje. Godine 2005. NASA-ina bespilotna Gravity Probe B izvela je neviđeni precizni eksperiment za mjerenje ovih efekata u blizini Zemlje, ali njeni puni rezultati još nisu objavljeni.

Kvantna teorija gravitacije

Uprkos više od pola veka pokušaja, gravitacija je jedina fundamentalna interakcija za koju još uvek nije konstruisana konzistentna renormalizabilna kvantna teorija. Međutim, pri niskim energijama, u duhu kvantne teorije polja, gravitaciona interakcija se može predstaviti kao razmjena gravitona - kalibracijskih bozona sa spinom 2.

Standardne teorije gravitacije

Zbog činjenice da su kvantni efekti gravitacije izuzetno mali čak i pod najekstremnijim eksperimentalnim i opservacijskim uvjetima, još uvijek nema pouzdanih opažanja o njima. Teorijske procjene pokazuju da se u velikoj većini slučajeva može ograničiti na klasičan opis gravitacijske interakcije.

Postoji moderna kanonska klasična teorija gravitacije - opšta teorija relativnosti, i mnoge hipoteze i teorije različitog stepena razvoja koje je razjašnjavaju, nadmećući se jedna s drugom (vidi članak Alternativne teorije gravitacije). Sve ove teorije daju vrlo slična predviđanja u okviru aproksimacije u kojoj se trenutno provode eksperimentalni testovi. Slijedi nekoliko osnovnih, najrazvijenijih ili najpoznatijih teorija gravitacije.

• Gravitacija nije geometrijsko polje, već stvarno polje fizičke sile opisano tenzorom.

• Gravitacijske pojave treba posmatrati u okviru ravnog prostora Minkovskog, u kojem su nedvosmisleno zadovoljeni zakoni održanja energije-momenta i ugaonog momenta. Tada je kretanje tijela u prostoru Minkovskog ekvivalentno kretanju ovih tijela u efektivnom Rimanovom prostoru.

• U tenzorskim jednadžbama za određivanje metrike treba uzeti u obzir masu gravitona i koristiti mjerne uvjete povezane s prostornom metrikom Minkowskog. Ovo ne dozvoljava da se gravitaciono polje uništi čak ni lokalno odabirom nekog odgovarajućeg referentnog okvira.

Kao i u opštoj relativnosti, u RTG materija se odnosi na sve oblike materije (uključujući i elektromagnetno polje), sa izuzetkom samog gravitacionog polja. Posljedice RTG teorije su sljedeće: crne rupe kao fizički objekti predviđeni u Općoj relativnosti ne postoje; Univerzum je ravan, homogen, izotropan, stacionaran i euklidski.

S druge strane, ne postoje ništa manje uvjerljivi argumenti protivnika RTG-a koji se svode na sljedeće:

Slična stvar se događa u RTG-u, gdje je uvedena druga tenzorska jednadžba kako bi se uzela u obzir veza između neeuklidskog prostora i prostora Minkowskog. Zbog prisustva bezdimenzionalnog parametra uklapanja u teoriji Jordan-Brans-Dicke, postaje moguće odabrati ga tako da se rezultati teorije poklapaju s rezultatima gravitacijskih eksperimenata.

Teorije gravitacije

Newtonova klasična teorija gravitacije Opća teorija relativnosti Kvantna gravitacija Alternativa Matematička formulacija opšte teorije relativnosti Gravitacija sa masivnim gravitonom Geometrodinamika (engleski) Poluklasična gravitacija Bimetrijske teorije Skalarni tenzor-vektor gravitacije Whiteheadova teorija gravitacije Modificirana Newtonova dinamika Složena gravitacija

Izvori i bilješke

Književnost

• Vizgin V. P. Relativistička teorija gravitacije (postanak i formiranje, 1900-1915). M.: Nauka, 1981. - 352c.
• Vizgin V. P. Ujedinjene teorije u prvoj trećini dvadesetog veka. M.: Nauka, 1985. - 304c.
• Ivanenko D. D., Sardanashvili G. A. Gravity, 3. ed. M.: URSS, 2008. - 200 str.

vidi takođe

• Gravimetar

Linkovi

• Zakon univerzalne gravitacije ili "Zašto Mjesec ne pada na Zemlju?" - Samo o teškim stvarima

Wikimedia Foundation. 2010.

Sinonimi: