Tämä artikkeli keskittyy universaalin painovoiman lain löytämisen historiaan. Täällä tutustumme tämän fyysisen dogman löytäneen tiedemiehen elämäkerrallisiin tietoihin, pohdimme sen pääsäännöksiä, suhdetta kvanttipainovoimaan, kehityksen kulkua ja paljon muuta.
Nero
Sir Isaac Newton on tiedemies Englannista. Kerran hän kiinnitti paljon huomiota ja vaivaa sellaisille tieteille kuin fysiikka ja matematiikka, ja toi myös paljon uutta mekaniikkaan ja tähtitiedeen. Häntä pidetään oikeutetusti yhtenä ensimmäisistä fysiikan perustajista sen klassisessa mallissa. Hän on kirjoittanut perusteoksen "Mathematical Principles of Natural Philosophy", jossa hän esitti tietoa kolmesta mekaniikan laista ja universaalin painovoiman laista. Isaac Newton loi näillä teoksilla klassisen mekaniikan perustan. Hän kehitti differentiaali- ja integraalityypin laskennan, valoteorian. Hän teki myös suuren panoksen fyysiseen optiikkaan.ja kehitti monia muita fysiikan ja matematiikan teorioita.
Laki
Universaalin gravitaatiolaki ja sen löytämisen historia juontavat juurensa vuoteen 1666. Sen klassinen muoto on gravitaatiotyypin vuorovaikutusta kuvaava laki, joka ei ylitä mekaniikan rajoja.
Sen ydin oli, että 2 kappaleen tai ainepisteen m1 ja m2 välillä, jotka ovat toisistaan tietyllä etäisyydellä r erotettuna, muodostuvan vetovoiman F voiman F indikaattori on verrannollinen molempiin massaindikaattoreihin ja sillä on käänteinen verrannollisuus kappaleiden välisiin neliöetäisyyksiin:
F=G, jossa G tarkoittaa gravitaatiovakiota, joka on yhtä suuri kuin 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Newtonin painovoima
Ennen kuin tarkastelemme yleismaailmallisen gravitaatiolain löytämisen historiaa, katsotaanpa tarkemmin sen yleisiä ominaisuuksia.
Newtonin luoman teorian mukaan kaikkien kappaleiden, joilla on suuri massa, on synnytettävä ympärilleen erityinen kenttä, joka vetää puoleensa muita esineitä. Sitä kutsutaan gravitaatiokentäksi, ja sillä on potentiaalia.
Pyöräsymmetrinen kappale muodostaa itsensä ulkopuolella olevan kentän, joka on samanlainen kuin kappaleen keskellä sijaitsevan samanmassaisen materiaalipisteen luoma kenttä.
Tällaisen painovoimakentän pisteen liikeradan suunta, jonka on luonut paljon suurempi massainen kappale, noudattaa Keplerin lakia. Universumin esineet, kuten esim.planeetta tai komeetta, myös tottele häntä, liikkuen ellipsissä tai hyperbolassa. Muiden massiivisten kappaleiden aiheuttaman vääristymän huomioiminen otetaan huomioon häiriöteorian säännösten avulla.
Analysoidaan tarkkuus
Kun Newton löysi universaalin gravitaatiolain, se piti testata ja todistaa monta kertaa. Tätä varten tehtiin lukuisia laskelmia ja havaintoja. Kokeellinen estimointimuoto on sen säännösten mukainen ja indikaattorin tarkkuudesta lähdetty selväksi vahvistukseksi GR:stä. Pyörivän kappaleen kvadrupolivuorovaikutusten mittaus, mutta sen antennit pysyvät paikallaan, osoittaa, että δ:n kasvuprosessi riippuu potentiaalista r -(1+δ) etäisyydellä useita metrejä ja sijaitsee rajalla (2, 1±6, 2)•10-3. Useat muut käytännön vahvistukset mahdollistivat tämän lain vahvistamisen ja yhden muodon ilman muutoksia. Vuonna 2007 tämä dogmi tarkistettiin uudelleen alle sentin etäisyydeltä (55 mikronia - 9,59 mm). Ottaen huomioon kokeelliset virheet tutkijat tutkivat etäisyysalueen eivätkä löytäneet selviä poikkeamia tässä laissa.
Kuun kiertoradan havainnointi suhteessa Maahan vahvisti myös sen pätevyyden.
Euklidinen avaruus
Newtonin klassinen painovoimateoria liittyy euklidiseen avaruuteen. Todellinen yhtäläisyys riittävän suurella tarkkuudella (10-9) edellä mainitun yhtäläisyyden nimittäjässä näyttää meille Newtonin mekaniikan avaruuden euklidisen perustan, jossa on kolme -ulotteinen fyysinen muoto. ATsellaiseen aineen pisteeseen nähden pallomaisen pinnan pinta-ala on täsmälleen verrannollinen sen säteen neliön arvoon.
Tietoja historiasta
Katsotaanpa lyhyt yhteenveto universaalin gravitaatiolain löytämisen historiasta.
Ideoita esittivät muut ennen Newtonia eläneet tiedemiehet. Epikuros, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens ja muut kävivät pohtimassa sitä. Kepler ehdotti, että gravitaatiovoima on kääntäen verrannollinen etäisyyteen Auringon tähdestä ja jakautuu vain ekliptisiin tasoihin; Descartesin mukaan se oli seurausta pyörteiden aktiivisuudesta eetterin paksuudessa. Oli sarja arvauksia, jotka sisälsivät heijastuksen oikeista arvauksista etäisyyden riippuvuudesta.
Newtonin Halleylle lähettämä kirje sisälsi tietoa, että itse Sir Isaacin edeltäjät olivat Hooke, Wren ja Buyo Ismael. Kukaan ennen häntä ei kuitenkaan onnistunut selkeästi, matemaattisten menetelmien avulla, yhdistämään painovoimalain ja planeettojen liikkeen.
Universaalin gravitaatiolain löytämisen historia liittyy läheisesti teokseen "Mathematical Principles of Natural Philosophy" (1687). Tässä työssä Newton pystyi johtamaan kyseessä olevan lain Keplerin empiirisen lain ansiosta, joka oli jo tuolloin tiedossa. Hän näyttää meille, että:
- kaiken näkyvän planeetan liiketapa osoittaa keskeisen voiman olemassaolon;
- Keskityypin vetovoima muodostaa elliptisiä tai hyperbolisia kiertoradoja.
Newtonin teoriasta
Universaalin gravitaatiolain löytämisen lyhyen historian tarkastelu voi myös osoittaa meille useita eroja, jotka erottavat sen aikaisemmista hypoteeseista. Newton ei osallistunut pelkästään tarkasteltavana olevan ilmiön ehdotetun kaavan julkaisemiseen, vaan ehdotti myös matemaattisen tyypin mallia kokonaisv altaisessa muodossa:
- painovoimalakia koskeva säännös;
- liikelakia koskeva laki;
- matemaattisen tutkimuksen menetelmien systematiikka.
Tämä kolmikko pystyi melko tarkasti tutkimaan jopa monimutkaisimmatkin taivaankappaleiden liikkeet, mikä loi perustan taivaanmekaniikalle. Einsteinin toiminnan alkuun asti tässä mallissa ei vaadittu perustavanlaatuista korjaussarjaa. Vain matemaattista laitteistoa oli parannettava merkittävästi.
Keskustelukohde
Kahdeksannenkymmenennen vuosisadan aikana löydetystä ja todistetusta oikeudesta tuli tunnettu aktiivisten kiistojen ja huolellisten tarkastusten aihe. Vuosisata päättyi kuitenkin yleiseen yhteisymmärrykseen hänen postulaattiensa ja lausuntojensa kanssa. Lain laskelmia käyttämällä oli mahdollista määrittää tarkasti ruumiiden liikeradat taivaassa. Henry Cavendish teki suoran tarkistuksen vuonna 1798. Hän teki tämän käyttämällä vääntötyyppistä tasapainoa erittäin herkästi. Universaalin gravitaatiolain löytämisen historiassa Poissonin esittämille tulkinnoille on annettava erityinen paikka. Hän kehitti gravitaatiopotentiaalin käsitteen ja Poissonin yhtälön, jolla tämä oli mahdollista laskea.potentiaalia. Tämän tyyppinen malli mahdollisti gravitaatiokentän tutkimisen mieliv altaisen aineen jakautuman läsnä ollessa.
Newtonin teoriassa oli monia vaikeuksia. Pääasiallisena voidaan pitää pitkän kantaman toiminnan selittämättömyyttä. Oli mahdotonta vastata tarkasti kysymykseen, kuinka vetovoimat lähetetään tyhjiöavaruuden läpi äärettömällä nopeudella.
Lain "evoluutio"
Seuraavat kaksisataa vuotta ja vielä enemmän monet fyysikot yrittivät ehdottaa erilaisia tapoja parantaa Newtonin teoriaa. Nämä pyrkimykset päättyivät voittoon vuonna 1915, nimittäin Einsteinin luoman yleisen suhteellisuusteorian luomiseen. Hän pystyi voittamaan kaikki vaikeudet. Vastaavuusperiaatteen mukaisesti Newtonin teoria osoittautui likimääräiseksi teorian työn alkuun yleisemmässä muodossa, jota voidaan soveltaa tietyissä olosuhteissa:
- Gravitaatioluonnon potentiaali ei voi olla liian suuri tutkittavissa järjestelmissä. Aurinkokunta on esimerkki kaikkien taivaankappaleiden liikkumista koskevien sääntöjen noudattamisesta. Relativistinen ilmiö huomaa olevansa perihelion siirtymän havaittava ilmentymä.
- Liikenopeus tässä järjestelmäryhmässä on mitätön verrattuna valonnopeuteen.
Todiste siitä, että heikon stationaarisen gravitaatiokentän GR-laskelmat ovat Newtonin laskelmia, on gravitaatiopotentiaalin olemassaolo paikallaan pysyvässä kentässä.heikosti ilmaistut voimien ominaisuudet, jotka voivat täyttää Poissonin yhtälön ehdot.
Kvanttiasteikko
Historiassa ei kuitenkaan universaalin gravitaatiolain tieteellinen löytö tai yleinen suhteellisuusteoria voisi toimia lopullisena gravitaatioteoriana, koska kumpikaan ei kuvaa riittävästi gravitaatiotyypin prosesseja kvantissa mittakaavassa. Yritys luoda kvanttigravitaatioteoria on yksi modernin fysiikan tärkeimmistä tehtävistä.
Kvanttigravitaation näkökulmasta objektien välinen vuorovaikutus syntyy virtuaalisten gravitonien vaihdolla. Epävarmuusperiaatteen mukaisesti virtuaalisten gravitonien energiapotentiaali on kääntäen verrannollinen aikaväliin, jonka aikana se oli olemassa, yhden kohteen emissiopisteestä hetkeen, jolloin se absorboitui toiseen pisteeseen.
Tämän valossa käy ilmi, että pienessä etäisyysmittakaavassa kappaleiden vuorovaikutus merkitsee virtuaalisten gravitonien vaihtoa. Näiden näkökohtien ansiosta on mahdollista päätellä Newtonin potentiaalin ja sen riippuvuuden lakia koskeva säännös etäisyyden suhteellisuuden vastavuoroisesti. Coulombin ja Newtonin lakien välinen analogia selittyy sillä, että gravitonien paino on nolla. Fotonien painolla on sama merkitys.
petos
Koulujen opetussuunnitelmassa vastaus historian kysymykseen, mitenNewton löysi yleisen painovoiman lain, on tarina putoavasta omenan hedelmästä. Tämän legendan mukaan se putosi tiedemiehen päähän. Tämä on kuitenkin laajalle levinnyt väärinkäsitys, ja itse asiassa kaikki onnistui ilman samanlaista mahdollisen pään vamman tapausta. Newton itse vahvisti joskus tämän myytin, mutta todellisuudessa laki ei ollut spontaani löytö eikä tullut hetkellisen oivalluksen purskeena. Kuten yllä kirjoitettiin, sitä kehitettiin pitkään ja se esiteltiin ensimmäistä kertaa "Matematiikan periaatteita" käsittelevässä teoksessa, joka ilmestyi julkisesti vuonna 1687.
