See artikkel keskendub universaalse gravitatsiooniseaduse avastamise ajaloole. Siin tutvume selle füüsilise dogma avastanud teadlase eluloolise teabega, kaalume selle peamisi sätteid, seost kvantgravitatsiooniga, arengukäiku ja palju muud.
Genius
Sir Isaac Newton on Inglismaa teadlane. Omal ajal pühendas ta palju tähelepanu ja vaeva sellistele teadustele nagu füüsika ja matemaatika ning tõi palju uut ka mehaanikasse ja astronoomiasse. Teda peetakse õigustatult üheks esimeseks füüsika rajajaks selle klassikalises mudelis. Ta on põhiteose "Loodusfilosoofia matemaatilised põhimõtted" autor, kus ta esitas teavet mehaanika kolme seaduse ja universaalse gravitatsiooniseaduse kohta. Isaac Newton pani nende töödega aluse klassikalisele mehaanikale. Ta töötas välja diferentsiaal- ja integra altüüpi arvutuse, valgusteooria. Ta andis suure panuse ka füüsikalisse optikasse.ning arendas palju teisi füüsika ja matemaatika teooriaid.
Õigus
Universaalse gravitatsiooni seadus ja selle avastamise ajalugu pärinevad 1666. aastast. Selle klassikaline vorm on seadus, mis kirjeldab gravitatsioonitüübi vastasmõju, mis ei välju mehaanika raamidest.
Selle olemus seisnes selles, et 2 keha või ainepunkti m1 ja m2 vahel tekkiva gravitatsioonijõu F näitaja, mis on teineteisest teatud vahemaaga r eraldatud, on võrdeline mõlema massinäitajaga ja sellel on pöördproportsionaalsus kehadevaheliste ruuduvahedega:
F=G, kus G tähistab gravitatsioonikonstanti 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Newtoni gravitatsioon
Enne universaalse gravitatsiooniseaduse avastamise ajaloo käsitlemist vaatleme lähem alt selle üldisi omadusi.
Newtoni loodud teooria kohaselt peavad kõik suure massiga kehad tekitama enda ümber spetsiaalse välja, mis tõmbab enda poole teisi objekte. Seda nimetatakse gravitatsiooniväljaks ja sellel on potentsiaali.
Sfäärilise sümmeetriaga keha moodustab endast väljaspool oleva välja, mis on sarnane sellele, mille loob keha keskel paiknev sama massiga materiaalne punkt.
Sellise gravitatsioonivälja punkti trajektoori suund, mille tekitab palju suurema massiga keha, järgib Kepleri seadust. Universumi objektid, nagu näiteksplaneet või komeet, kuuletuge ka talle, liikudes ellipsis või hüperboolis. Teiste massiivsete kehade tekitatud moonutuste arvessevõtmist võetakse arvesse häirete teooria sätete abil.
Analüüsi täpsust
Pärast seda, kui Newton avastas universaalse gravitatsiooniseaduse, tuli seda mitu korda testida ja tõestada. Selleks tehti mitmeid arvutusi ja vaatlusi. Olles nõustunud selle sätetega ja lähtudes selle indikaatori täpsusest, on eksperimentaalne hinnanguvorm GR selge kinnitusena. Pöörleva keha kvadrupoolide vastastikmõjude mõõtmine, kuid selle antennid jäävad paigale, näitab meile, et δ suurendamise protsess sõltub potentsiaalist r -(1+δ) kaugusel mitu meetrit ja asub piirides (2, 1±6, 2)•10-3. Mitmed muud praktilised kinnitused võimaldasid selle seaduse kehtestada ja võtta ühtse vormi, ilma muudatusteta. 2007. aastal kontrolliti seda dogmat uuesti vähem kui sentimeetri kaugusel (55 mikronit-9,59 mm). Võttes arvesse katsevigu, uurisid teadlased kauguse vahemikku ega leidnud selles seaduses ilmseid kõrvalekaldeid.
Selle paikapidavust kinnitas ka Kuu orbiidi vaatlemine Maa suhtes.
Eukleidiline ruum
Newtoni klassikaline gravitatsiooniteooria on seotud Eukleidilise ruumiga. Tegelik võrdsus piisav alt suure täpsusega (10-9) eespool käsitletud võrdsuse nimetajas näitab meile Newtoni mehaanika ruumi eukleidilist alust kolmega. -mõõtmeline füüsiline vorm. ATsellise ainepunkti suhtes on sfäärilise pinna pindala täpselt võrdeline selle raadiuse ruudu väärtusega.
Andmed ajaloost
Võtleme lühikokkuvõtte universaalse gravitatsiooniseaduse avastamise ajaloost.
Ideed esitasid teised teadlased, kes elasid enne Newtonit. Selle teemalisi mõtisklusi külastasid Epikuros, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens jt. Kepler väitis, et gravitatsioonijõud on pöördvõrdeline kaugusega Päikese tähest ja jaotub ainult ekliptika tasanditel; Descartes'i järgi oli see eetri paksuses olevate keeriste tegevuse tagajärg. Oli mitmeid oletusi, mis sisaldasid õigete oletuste peegeldust sõltuvuse kaugusest.
Newtoni kiri Halleyle sisaldas teavet, et Sir Isaaci enda eelkäijad olid Hooke, Wren ja Buyo Ismael. Kuid keegi enne teda ei suutnud matemaatilisi meetodeid kasutades gravitatsiooniseadust ja planeetide liikumist selgelt ühendada.
Universaalse gravitatsiooniseaduse avastamise ajalugu on tihed alt seotud teosega "Loodusfilosoofia matemaatilised põhimõtted" (1687). Selles töös suutis Newton kõnealuse seaduse tuletada tänu Kepleri empiirilisele seadusele, mis oli selleks ajaks juba teada. Ta näitab meile, et:
- mis tahes nähtava planeedi liikumisvorm näitab keskse jõu olemasolu;
- Tsentraalset tüüpi tõmbejõud moodustab elliptilised või hüperboolsed orbiidid.
Newtoni teooria kohta
Universaalse gravitatsiooniseaduse avastamise lühiajaloo läbivaatamine võib samuti osutada mitmetele erinevustele, mis eristavad seda varasematest hüpoteesidest. Newton ei tegelenud mitte ainult vaadeldava nähtuse pakutud valemi avaldamisega, vaid pakkus välja ka matemaatilise tüüpi mudeli terviklikul kujul:
- gravitatsiooniseaduse säte;
- liikumisseaduse põhikiri;
- matemaatika uurimismeetodite süstemaatika.
See triaad suutis üsna täpselt uurida ka kõige keerukamaid taevaobjektide liikumisi, luues nii aluse taevamehaanikale. Kuni Einsteini tegevuse alguseni selles mudelis ei olnud põhiparanduste komplekti olemasolu nõutud. Ainult matemaatilist aparaati tuli oluliselt täiustada.
Aruteluobjekt
Kaheksateistkümnenda sajandi jooksul avastatud ja tõestatud seadustest sai tuntud aktiivsete vaidluste ja hoolikate kontrollide teema. Sajand lõppes aga üldise kokkuleppega tema postulaatide ja väljaütlemistega. Seaduse arvutusi kasutades oli võimalik täpselt määrata kehade liikumisteed taevas. Otsese kontrolli tegi Henry Cavendish 1798. aastal. Ta tegi seda torsioon-tüüpi kaalu abil väga tundlikult. Universaalse gravitatsiooniseaduse avastamise ajaloos tuleb eriline koht jätta Poissoni juurutatud tõlgendustele. Ta töötas välja gravitatsioonipotentsiaali kontseptsiooni ja Poissoni võrrandi, mille abil oli võimalik seda arvutadapotentsiaal. Seda tüüpi mudel võimaldas uurida gravitatsioonivälja aine suvalise jaotuse juuresolekul.
Newtoni teoorias oli palju raskusi. Peamiseks võiks pidada kaugtegevuse seletamatust. Küsimusele, kuidas tõmbejõud lõpmatu kiirusega läbi vaakumruumi saadetakse, oli võimatu täpselt vastata.
Seaduse "areng"
Järgmise kahesaja aasta jooksul ja veelgi enam püüdsid paljud füüsikud pakkuda välja erinevaid viise Newtoni teooria täiustamiseks. Need jõupingutused lõppesid triumfiga 1915. aastal, nimelt Einsteini loodud üldise relatiivsusteooria loomisega. Ta suutis ületada kõik raskused. Vastav alt vastavusprintsiibile osutus Newtoni teooria lähenduseks teooria töö algusele üldisemal kujul, mida saab teatud tingimustel rakendada:
- Gravitatsioonilise looduse potentsiaal ei saa uuritavates süsteemides olla liiga suur. Päikesesüsteem on näide kõigi taevakehade liikumise reeglite järgimisest. Relativistlik nähtus leiab end periheeli nihke märgatavast ilmingust.
- Selles süsteemide rühmas on liikumiskiirus valguse kiirusega võrreldes tühine.
Tõendus selle kohta, et nõrgas statsionaarses gravitatsiooniväljas tehakse GR-arvutused Newtoni arvutuste kujul, on gravitatsiooni skalaarse potentsiaali olemasolu statsionaarses väljasjõudude nõrg alt väljendatud omadused, mis on võimelised rahuldama Poissoni võrrandi tingimusi.
Kvantskaala
Ajaloos ei saanud aga ei universaalse gravitatsiooniseaduse teaduslik avastus ega üldine relatiivsusteooria olla lõplikuks gravitatsiooniteooriaks, kuna mõlemad ei kirjelda piisav alt gravitatsioonitüüpi protsesse kvantis. kaal. Katse luua kvantgravitatsiooniteooria on tänapäevase füüsika üks olulisemaid ülesandeid.
Kvantgravitatsiooni seisukoh alt tekib objektidevaheline interaktsioon virtuaalsete gravitonide vahetumisel. Vastav alt määramatuse põhimõttele on virtuaalsete gravitonide energiapotentsiaal pöördvõrdeline ajaintervalliga, mille jooksul see eksisteeris, alates ühe objekti kiirguspunktist kuni ajahetkeni, mil see neeldus teises punktis.
Seda silmas pidades selgub, et väikesel kauguste skaalal kaasneb kehade vastasmõjuga virtuaalse tüüpi gravitonide vahetus. Tänu nendele kaalutlustele on võimalik järeldada Newtoni potentsiaali ja selle sõltuvuse seaduse sätet vastav alt kauguse proportsionaalsuse pöördarvule. Analoogiat Coulombi ja Newtoni seaduste vahel seletab tõsiasi, et gravitonide kaal on võrdne nulliga. Sama tähendus on ka footonite kaalul.
Petmine
Kooli õppekavas vastus küsimusele ajaloost, kuidasNewton avastas universaalse gravitatsiooni seaduse, see on lugu kukkuvast õunapuu viljast. Selle legendi järgi kukkus see teadlasele pähe. See on aga lai alt levinud eksiarvamus ja tegelikult sai kõik hakkama ka ilma sarnase võimaliku peatrauma juhtumita. Newton ise kinnitas seda müüti mõnikord, kuid tegelikult ei olnud seadus spontaanne avastus ega tulnud hetkelise taipamisega. Nagu ülalpool kirjutatud, töötati seda välja pikka aega ja seda esitleti esmakordselt 1687. aastal avalikule väljapanekule ilmunud teostes "Matemaatika printsiibid".
