تاريخ اكتشاف قانون الجاذبية الكونية - الوصف والميزات والحقائق الشيقة. إسحاق نيوتن عن قوة الجاذبية

ستركز هذه المقالة على تاريخ اكتشاف قانون الجاذبية الكونية. هنا سوف نتعرف على معلومات السيرة الذاتية من حياة العالم الذي اكتشف هذه العقيدة المادية ، وننظر في أحكامها الرئيسية ، والعلاقة مع الجاذبية الكمية ، ومسار التطور ، وأكثر من ذلك بكثير.

عبقري

السير إسحاق نيوتن عالم إنجليزي. في وقت من الأوقات ، كرس الكثير من الاهتمام والجهد لعلوم مثل الفيزياء والرياضيات ، كما جلب الكثير من الأشياء الجديدة للميكانيكا وعلم الفلك. يعتبر بحق من أوائل مؤسسي الفيزياء في نموذجه الكلاسيكي. وهو مؤلف العمل الأساسي "المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية" ، حيث قدم معلومات حول قوانين الميكانيكا الثلاثة وقانون الجاذبية الكونية. وضع إسحاق نيوتن أسس الميكانيكا الكلاسيكية مع هذه الأعمال. كما طور نوعًا متكاملًا ، وهو نظرية الضوء. كما قدم العديد من المساهمات في علم البصريات الفيزيائية وطور العديد من النظريات الأخرى في الفيزياء والرياضيات.

قانون

قانون الجاذبية الكونية وتاريخ اكتشافه يعودان إلى زمن بعيد ، شكله الكلاسيكي هو قانون يصف تفاعل نوع الجاذبية الذي لا يتجاوز إطار الميكانيكا.

كان جوهرها هو أن مؤشر القوة F لسحب الجاذبية الناشئ بين جسمين أو نقطتي المادة m1 و m2 ، مفصولين عن بعضهما البعض بمسافة معينة r ، يتناسب مع كلا مؤشري الكتلة ويتناسب عكسيًا مع مربع المسافة بين الجثث:

F = G ، حيث نشير بالرمز G إلى ثابت الجاذبية الذي يساوي 6.67408 (31) .10-11 م 3 / كجم ق 2.

جاذبية نيوتن

قبل النظر في تاريخ اكتشاف قانون الجاذبية الكونية ، دعونا نلقي نظرة فاحصة على خصائصه العامة.

في النظرية التي أنشأها نيوتن ، يجب على جميع الأجسام ذات الكتلة الكبيرة أن تولد مجالًا خاصًا حولها ، والذي يجذب أشياء أخرى إلى نفسها. إنه يسمى مجال الجاذبية ، وله إمكانات.

يشكل الجسم ذو التناظر الكروي حقلاً خارج نفسه ، مشابهًا لذلك الذي تم إنشاؤه بواسطة نقطة مادية لها نفس الكتلة تقع في وسط الجسم.

يطيع اتجاه مسار مثل هذه النقطة في مجال الجاذبية ، الذي تم إنشاؤه بواسطة جسم ذي كتلة أكبر بكثير. كما تخضع له أجسام الكون ، مثل ، على سبيل المثال ، كوكب أو مذنب ، تتحرك على طول القطع الناقص أو القطع الزائد. يؤخذ تفسير التشويه الذي تخلقه الأجسام الضخمة الأخرى في الاعتبار باستخدام أحكام نظرية الاضطراب.

دقة التحليل

بعد أن اكتشف نيوتن قانون الجاذبية الكونية ، كان لا بد من اختباره وإثباته عدة مرات. لهذا ، تم إجراء عدد من الحسابات والملاحظات. بعد الاتفاق مع أحكامها وانطلاقًا من دقة مؤشرها ، فإن الشكل التجريبي للتقدير يعمل بمثابة تأكيد واضح للموارد الجينية. قياس التفاعلات الرباعية الأضلاع لجسم يدور ، لكن هوائياته تظل ثابتة ، يوضح لنا أن عملية الزيادة تعتمد على إمكانية r - (1 + δ) ، على مسافة عدة أمتار وهي في الحد (2.1 ±) 6.2) .10 -3. سمح عدد من التأكيدات العملية الأخرى بوضع هذا القانون واتخاذ شكل واحد ، دون أي تعديلات. في عام 2007 ، أعيد فحص هذه العقيدة على مسافة أقل من سنتيمتر (55 ميكرون - 9.59 ملم). مع الأخذ في الاعتبار الأخطاء التجريبية ، قام العلماء بفحص نطاق المسافة ولم يجدوا أي انحرافات واضحة في هذا القانون.

أكدت مراقبة مدار القمر فيما يتعلق بالأرض أيضًا صلاحيتها.

الفضاء الإقليدي

ترتبط نظرية الجاذبية الكلاسيكية لنيوتن بالفضاء الإقليدي. إن المساواة الفعلية بدقة عالية بما فيه الكفاية (10 -9) لمقاييس المسافة في مقام المساواة التي تمت مناقشتها أعلاه توضح لنا الأساس الإقليدي لفضاء ميكانيكا نيوتن ، مع شكل فيزيائي ثلاثي الأبعاد. في مثل هذه النقطة من المادة ، تكون مساحة السطح الكروي متناسبة تمامًا مع مربع نصف قطره.

بيانات من التاريخ

تأمل في ملخص موجز لتاريخ اكتشاف قانون الجاذبية الكونية.

تم طرح الأفكار من قبل علماء آخرين عاشوا قبل نيوتن. قام إبيقور وكبلر وديكارت وروبرفال وجاسندي وهويجنز وآخرون بزيارة تأملات حول هذا الموضوع. طرح كبلر الافتراض القائل بأن قوة الجاذبية تتناسب عكسيا مع المسافة من نجم الشمس ولها توزيع فقط في مستويات مسير الشمس ؛ وفقًا لديكارت ، كان ذلك نتيجة لنشاط الدوامات في سمك الأثير. كانت هناك سلسلة من التخمينات التي تضمنت انعكاسًا للتخمينات الصحيحة حول الاعتماد على المسافة.

احتوت رسالة من نيوتن إلى هالي على معلومات تفيد بأن هوك ورين وبويو إسماعيل كانوا أسلاف السير إسحاق نفسه. ومع ذلك ، لم يتمكن أحد من قبله بوضوح ، بمساعدة الطرق الرياضية ، من الربط بين قانون الجاذبية وحركة الكواكب.

يرتبط تاريخ اكتشاف قانون الجاذبية العالمية ارتباطًا وثيقًا بعمل "المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية" (1687). في هذا العمل ، تمكن نيوتن من اشتقاق القانون المعني بفضل قانون كبلر التجريبي ، والذي كان معروفًا بالفعل في ذلك الوقت. يبين لنا أن:

• يشهد شكل حركة أي كوكب مرئي على وجود قوة مركزية ؛
• تشكل القوة الجاذبة للنوع المركزي مدارات بيضاوية أو زائدية.

حول نظرية نيوتن

يمكن لفحص التاريخ المختصر لاكتشاف قانون الجاذبية الكونية أن يوجهنا أيضًا إلى عدد من الاختلافات التي تميزه عن الفرضيات السابقة. لم يكن نيوتن منشغلًا بنشر الصيغة المقترحة للظاهرة قيد الدراسة فحسب ، بل اقترح أيضًا نموذجًا لنوع رياضي في شكل كلي:

• موقف على قانون الجاذبية.
• موقف على قانون الحركة ؛
• منهجية طرق البحث الرياضي.

كان هذا الثالوث قادرًا على التحقيق حتى في أكثر الحركات تعقيدًا للأجرام السماوية إلى حد ما إلى حد ما من الدقة ، وبالتالي إنشاء الأساس للميكانيكا السماوية. حتى بداية نشاط أينشتاين في هذا النموذج ، لم يكن وجود مجموعة أساسية من التصحيحات مطلوبًا. كان لابد من تحسين الأجهزة الرياضية بشكل ملحوظ.

كائن للمناقشة

أصبح القانون المكتشف والمثبت ، طوال القرن الثامن عشر ، موضوعًا معروفًا للجدل النشط والتدقيق الدقيق. ومع ذلك ، انتهى القرن باتفاق عام مع افتراضاته وتصريحاته. باستخدام حسابات القانون ، كان من الممكن تحديد مسارات حركة الأجسام في السماء بدقة. تم إجراء فحص مباشر في عام 1798. لقد فعل ذلك باستخدام توازن من نوع الالتواء بحساسية كبيرة. في تاريخ اكتشاف القانون العالمي للجاذبية ، يجب إعطاء مكان خاص للتفسيرات التي قدمها بواسون. لقد طور مفهوم إمكانات الجاذبية ومعادلة بواسون ، والتي كان من الممكن من خلالها حساب هذه الإمكانية. جعل هذا النوع من النماذج من الممكن دراسة مجال الجاذبية في وجود توزيع عشوائي للمادة.

كانت هناك العديد من الصعوبات في نظرية نيوتن. يمكن اعتبار العامل الرئيسي عدم إمكانية تفسير العمل بعيد المدى. لم تكن هناك إجابة دقيقة للسؤال حول كيفية إرسال قوى الجاذبية عبر الفراغ بسرعة غير محدودة.

"تطور" القانون

على مدى المائتي عام التالية ، وأكثر من ذلك ، قام العديد من الفيزيائيين بمحاولات لاقتراح طرق مختلفة لتحسين نظرية نيوتن. انتهت هذه الجهود بانتصار في عام 1915 ، وهو إنشاء النظرية العامة للنسبية ، التي ابتكرها أينشتاين. كان قادرًا على التغلب على مجموعة الصعوبات بأكملها. وفقًا لمبدأ المطابقة ، تبين أن نظرية نيوتن هي تقريب لبداية العمل على نظرية في شكل أكثر عمومية ، والتي يمكن تطبيقها في ظل ظروف معينة:

1. لا يمكن أن تكون إمكانات طبيعة الجاذبية كبيرة جدًا في الأنظمة قيد الدراسة. النظام الشمسي هو مثال على الامتثال لجميع قواعد حركة الأجرام السماوية. تجد الظاهرة النسبية نفسها في مظهر ملحوظ لتحول الحضيض الشمسي.
2. مؤشر سرعة الحركة في هذه المجموعة من الأنظمة ضئيل مقارنة بسرعة الضوء.

والدليل على أن حسابات GR في مجال الجاذبية الثابت الضعيف تأخذ شكل الحسابات النيوتونية هو وجود جهد جاذبية قياسي في حقل ثابت بخصائص قوة معبر عنها بشكل ضعيف ، والتي تكون قادرة على تلبية شروط معادلة بواسون.

مقياس الكم

ومع ذلك ، في التاريخ ، لا الاكتشاف العلمي لقانون الجاذبية العالمية ، ولا النظرية العامة للنسبية يمكن أن تكون بمثابة نظرية الجاذبية النهائية ، لأن كلاهما لا يصف بشكل كاف عمليات نوع الجاذبية على مقياس الكم. تعد محاولة إنشاء نظرية الجاذبية الكمومية واحدة من أهم مهام الفيزياء المعاصرة.

من وجهة نظر الجاذبية الكمومية ، يتم إنشاء التفاعل بين الكائنات من خلال تبادل الجرافيتونات الافتراضية. وفقًا لمبدأ عدم اليقين ، تتناسب إمكانات الطاقة للجرافيتونات الافتراضية عكسًا مع الفترة الزمنية التي كانت موجودة فيها ، من نقطة الانبعاث بواسطة كائن ما إلى النقطة الزمنية التي تم فيها امتصاصها بواسطة نقطة أخرى.

في ضوء ذلك ، اتضح أنه على نطاق ضيق من المسافات ، يستلزم تفاعل الأجسام تبادل نوع افتراضي من الجرافيتونات. بفضل هذه الاعتبارات ، من الممكن الانتهاء من الحكم الخاص بقانون إمكانات نيوتن واعتمادها وفقًا لمعاملة التناسب المتبادل فيما يتعلق بالمسافة. يفسر التشابه بين قوانين كولوم ونيوتن بحقيقة أن وزن الجرافيتون يساوي صفرًا. وزن الفوتونات له نفس المعنى.

الوهم

في المناهج الدراسية ، فإن الإجابة على سؤال من التاريخ ، كيف اكتشف نيوتن قانون الجاذبية الكونية ، هي قصة سقوط ثمرة تفاحة. وفقًا لهذه الأسطورة ، فقد سقط على رأس عالم. ومع ذلك ، هذا مفهوم خاطئ واسع الانتشار ، وفي الواقع ، كان كل شيء قادرًا على الاستغناء عن حالة مماثلة لإصابة في الرأس محتملة. أكد نيوتن نفسه في بعض الأحيان هذه الأسطورة ، لكن في الواقع لم يكن القانون اكتشافًا تلقائيًا ولم يأتِ في موجة من البصيرة اللحظية. كما هو مكتوب أعلاه ، تم تطويره لفترة طويلة وتم تقديمه لأول مرة في أعمال "مبادئ الرياضيات" ، والتي ظهرت للجمهور في عام 1687.

لا تأتي بنية مجال الجاذبية من حجم كتلة الكوكب. على العكس من ذلك ، فإن شدة مجال الجاذبية هذا (كأحد أنواع الجاذبية) ، معبرًا عنها بحجم شحنة المجال (تسارع السقوط الحر) ، هي التي تشكل كتلة الكوكب.

وهذا يؤكد مرة أخرى عبثية التعبير عن قوة الجاذبية بالصيغة ، التي تسمى في النظرية الفيزيائية التقليدية ، صيغة الجاذبية العامة ، من خلال المساواة: Fт. \ u003d m * g \ u003d G * (m * Mz) / R 2 ، حيث "R" هو نصف قطر الأرض بالإضافة إلى ارتفاع الجسم فوق سطح الأرض ، و Mz هي كتلة الأرض ، ولكن في الواقع للدلالة على وزنها (وهو أمر سخيف مرة أخرى).

انتبه إلى حقيقة أنه بالإضافة إلى تحديد "كتلة" الأرض من المساواة المذكورة أعلاه ، يتم التعبير عن شحنة مجال الجاذبية (تسارع السقوط الحر) أيضًا في الشكل "g \ u003d G * Mz / Rz . 2 "، واصفا هذه الصيغة بأنها نوع من التعبير المستقل عن تسارع السقوط الحر. في الوقت نفسه ، يُنسى أنه يتم التعبير عن تسارع الجاذبية ، بالطبع ، دون أي السماح للكتل ، بناءً على صيغة مسار سقوط الجسم " جي تي² / 2" (و زحولر² / 4في فيزياء التمييز) و- من صيغة البندول الدوار ( زس = 4 نقطة في البوصةص/ ت 2).

بناءً على الصيغة السخيفة g = G * Mz / Rz. 2 ، وفقًا لذلك ، تم أيضًا اشتقاق صيغة Schwarzschild السخيفة ، والتي تنص على أن النجوم تميل إلى الانكماش ، وفي المستقبل ، إلى نوع من الانهيار الثقالي. مثل هذا التصريح السخيف قاد إلى النظرية السخيفة لبعض "الثقوب السوداء". وكل هذه السخافات يتم التعبير عنها على خلفية حقائق انخفاض وزن الأجسام مع اقترابها من مركز الأرض و- استقلال طبيعة سقوط الأجسام عن كتلتها.

على الرغم من حقيقة أن نيوتن ، بسبب عصره ، لم يكن على دراية بحقيقة المجالات الفيزيائية ، فقد حدد في الواقع بنية الجاذبية العالمية كقوة أو مظهر خارجي للبنية الكونية الزمانية المكانية بأكملها. بعد كل شيء ، كشف عن اعتماد مقادير الشحنات الفضائية للدوران (يسمى تسارع الجاذبية الدوراني للقمر وتسريع السقوط الحر للأرض) على مربع نصف القطر بينهما دون مراعاة الكتل.

مثل هذا الاعتماد المكاني الهيكلي ، التعبير عن تفاعل القوى الخارجية المتمحور حول المجالات وهو قانون الجاذبية العالمية. ولكن ، بالنظر إلى تفاعلات الأجسام ، وليس الحقول التي تدل على الأجسام والشحنات الفردية ، لقد عبّر نيوتن أيضًا عن قانون الجاذبية الكونية ليس دورانيًا وبنيويًا ، ولكن خطيًا ورياضيًا: ناتج رسوم الجاذبية للأجسام (تم استبداله لاحقًا بالكتل) ).

هذه الشحنات في قانون كولوم هي شحنات كهربائية بالفعل ، وفي تجربة كافنديش هي شحنات جزيئية خارجية للأجسام. وهنا الاستبدال الإضافي لشحنات الجاذبية لنيوتن ، والتي تدل على المجال الخارجي أو الخاصية المكانية (بما في ذلك جسم معين) بالكتل ، والتي تميز خصائص المجال الداخلي بالفعل حصريًا للأجسام ، وأدت إلى عبثية المساواة "Fт. \ u003d m * g \ u003d G * (m * Mz) / R 2 ".

بعد كل شيء ، الكتلة (التي لا يتم تمييزها فعليًا في الفيزياء التقليدية عن الجاذبية) هي تكوين مشتق من الشحنة الجزيئية الداخلية لمادة الجسم. وهكذا ، على التشويه الأولي لقانون الجاذبية العام ، معبرًا عنه في اعتبارات خطية ، وليس هيكلية دورانية للقوة ، تم فرض تشويه بالفعل في شكل استبدال للمفهوم الخارجي لشحنة الجاذبية بالمفهوم الفيزيائي الداخلي لـ كتلة.

أدى هذا إلى تشويه مزدوج لقانون الجاذبية الكونية. في هذا الصدد ، لا علاقة له بتكوين الجاذبية ، لأن الجاذبية أو الجاذبية الشاملة تعني ، أولاً ، اعتبارًا هيكليًا دورانيًا وليس اعتبارًا خطيًا للقوة. وثانيًا ، لا يعبر الاعتبار الخطي للقوة عن الخاصية الداخلية للأجسام وتفاعل المجال الداخلي ، بل يعبر عن تفاعل المجال المكاني الخارجي لشحنات الجاذبية (من خلال النظر في خصائص المجال الدوراني ، في بُعد التسارع الدوراني).

وبالفعل ، فإن قوة الجاذبية ، التي تعمل فقط على أجسام كونية كبيرة ، وليس في الفضاء ، لا علاقة لها بالعالم أو الجاذبية الكونية. تشكيل الجاذبية ، بالطبع ، يشير إلى الجاذبية ، ولكن - بالفعل بشكل غير مباشر من خلال الكتلة.

في نفس الوقت ، تشكل الجاذبية كذلك أي قوةاستنادًا إلى مقارنة رسوم المجال الدوراني التي أجراها نيوتن نفسه ، من الضروري عدم مراعاة المتجهات الخطية أو الخطية ، ولكن المتجهات الهيكلية أو الحلزونية دورانيًا. يتحدث قانون نيوتن الثالث أيضًا عن المجال أو الأصل الكروي للقوة ، مثل نواقل لولبية للعمل ورد الفعل.

ومسار سقوط الجسم نفسه ، والذي يتحول إلى متجه للجاذبية ، هو طول دائرة متطورة بنصف قطر يساوي قوس نصف دائرة موصوف بمتوسط ​​نصف قطر الأرض. وهكذا ، عند النظر في قانون الجاذبية العامة ، المتعلق بمساحة المجال المحيطية المتبادلة والتعبير الهيكلي الدوراني للقوة ، سُمح بدمجه مع التعبير الخطي للقوة (على سبيل المثال ، في قانون كولوم وفي تعبير مشابه لقوة التفاعل الجزيئي الخارجي يؤدي كرات بواسطة G. Cavendish).

وهذا التعبير عن القوة يشير بالفعل إلى الفضاء الانتقالي قبل الكتلة (يحتل حوالي 20٪ من الحجم الكوني المرصود بالكامل) وبالتالي يشير إلى مظهر من مظاهر الجاذبية العالمية أو بنية القوة الخارجية، ولكن ليس لقانون الجاذبية العالمية. ثم تم دمج هذا التعيين الخطي للقوة مع التعبير عن الجاذبية (وليس في شكل "F = m * g0" ، ولكن في شكل "F = m * g" دون التمييز بين معنى تسارع السقوط الحر ومعنى مفهوم الكتلة). علاوة على ذلك ، فإن قوة الجاذبية لا تشير إلى قانون الجاذبية الكونية ، التي تشير فقط بشكل مباشر إلى الفضاء الكتلي أو مساحة الكتل ، وتحتل فقط حوالي 5٪من الحجم الكوني المرصود بأكمله.

وفقط في الفضاء الكتلي ، تصبح الخطوط الكروية العالمية محيطية ، ثم انحناء مستقيم. لذلك ، من الغريب أن يعني الخط المستقيم الأعظم ، لكن - على وجه التحديد - الانحناء المكاني.

أيضًا ، أنا. في الوقت الحاضر لأبحاث الفضاء ، لم يعد مثل هذا الإدراك للجاذبية وقانون الجاذبية العالمي مقبولاً.

ليس فقط الأكثر غموضا قوى الطبيعةولكن أيضًا الأقوى.

رجل في طريقه للتقدم

تاريخيا ، كان كذلك بشريوأنت تمضي قدمًا مسارات التقدمأتقن قوى الطبيعة الأكثر قوة من أي وقت مضى. بدأ عندما لم يكن لديه سوى عصا في قبضته وقوته الجسدية.

لكنه كان حكيمًا ، وجلب القوة الجسدية للحيوانات إلى خدمته ، وجعلها منزلية. سارع الحصان في الجري ، وجعل الجمل الصحراء سالكة ، والفيل هو غابة المستنقعات. لكن القوى الفيزيائية حتى لأقوى الحيوانات صغيرة بما لا يقاس مقارنة بقوى الطبيعة.

أخضع الشخص الأول عنصر النار ، ولكن فقط في أضعف نسخه. في البداية - لعدة قرون - استخدم الخشب فقط كوقود - وهو نوع وقود منخفض للغاية كثيف الطاقة. بعد ذلك بقليل ، تعلم استخدام طاقة الرياح من مصدر الطاقة هذا ، ورفع رجل الجناح الأبيض للشراع في الهواء - وحلقت سفينة خفيفة مثل الطيور فوق الأمواج.

مركب شراعي على الأمواج

لقد عرّض ريش الطاحونة لهبوب الرياح - ونسج الحجارة الثقيلة من أحجار الرحى ، وصدمت مدقات الحبيبات. لكن من الواضح للجميع أن طاقة الطائرات النفاثة بعيدة عن أن تكون مركزة. بالإضافة إلى ذلك ، كان كل من الشراع وطاحونة الهواء خائفين من هبوب الرياح: فقد مزقت العاصفة الأشرعة وأغرقت السفن ، وكسرت العاصفة الأجنحة وقلبت الطواحين.

حتى في وقت لاحق ، بدأ الإنسان في قهر المياه المتدفقة. العجلة ليست فقط أكثر الأجهزة بدائية القادرة على تحويل طاقة الماء إلى حركة دورانية ، ولكنها أيضًا الأكثر ضعفًا مقارنة بالعديد من الأجهزة.

كان الإنسان يتقدم على سلم التقدم ويحتاج إلى المزيد والمزيد من الطاقة.
بدأ في استخدام أنواع جديدة من الوقود - أدى الانتقال بالفعل إلى حرق الفحم إلى زيادة كثافة الطاقة لكل كيلوغرام من الوقود من 2500 كيلو كالوري إلى 7000 كيلو كالوري - ما يقرب من ثلاث مرات. ثم جاء وقت النفط والغاز. مرة أخرى ، زاد محتوى الطاقة لكل كيلوغرام من الوقود الأحفوري بمقدار واحد ونصف إلى ضعفين.

تم استبدال المحركات البخارية بتوربينات بخارية ؛ تم استبدال عجلات المطحنة بالتوربينات الهيدروليكية. ثم مد الرجل يده إلى ذرة اليورانيوم القابلة للانشطار. ومع ذلك ، فإن الاستخدام الأول لنوع جديد من الطاقة كان له عواقب مأساوية - فاللهب النووي لهيروشيما في عام 1945 أحرق 70 ألف قلب بشري في غضون دقائق.

في عام 1954 ، بدأ تشغيل أول محطة سوفيتية للطاقة النووية في العالم ، مما أدى إلى تحويل طاقة اليورانيوم إلى طاقة مشعة للتيار الكهربائي. وتجدر الإشارة إلى أن كيلوغرام من اليورانيوم يحتوي على طاقة تزيد بمقدار مليوني مرة عن كيلوغرام من أفضل أنواع النفط.

لقد كان حريقًا جديدًا في الأساس ، والذي يمكن تسميته فيزيائيًا ، لأن الفيزيائيين هم من درسوا العمليات التي أدت إلى ولادة مثل هذه الكميات الهائلة من الطاقة.
اليورانيوم ليس الوقود النووي الوحيد. يتم بالفعل استخدام نوع أقوى من الوقود - نظائر الهيدروجين.

لسوء الحظ ، لم يتمكن الإنسان بعد من إخضاع اللهب النووي للهيدروجين والهيليوم. إنه يعرف كيف يشعل نيرانه المحترقة للحظات ، ويشعل النار في رد فعل قنبلة هيدروجينية مع وميض انفجار اليورانيوم. لكن أقرب وأقرب ، يرى العلماء مفاعل هيدروجين ، والذي سيولد تيارًا كهربائيًا نتيجة اندماج نوى نظائر الهيدروجين في نوى الهيليوم.

مرة أخرى ، ستزيد كمية الطاقة التي يمكن أن يأخذها الشخص من كل كيلوغرام من الوقود بمقدار عشرة أضعاف تقريبًا. لكن هل ستكون هذه الخطوة الأخيرة في التاريخ القادم للقوة البشرية على قوى الطبيعة؟

لا! إلى الأمام - التمكن من شكل الجاذبية للطاقة. يتم تعبئتها بحكمة بطبيعتها أكثر من طاقة اندماج الهيدروجين والهيليوم. اليوم هي أكثر أشكال الطاقة تركيزًا التي يمكن لأي شخص تخمينها.

لا يوجد شيء آخر مرئي هناك ، بخلاف أحدث ما توصل إليه العلم. وعلى الرغم من أننا نستطيع أن نقول بثقة أن محطات الطاقة ستعمل من أجل شخص ما ، ومعالجة طاقة الجاذبية إلى تيار كهربائي (أو ربما إلى تيار من الغاز يتطاير من فوهة محرك نفاث ، أو إلى التحول المخطط له في كل مكان من ذرات السيليكون والأكسجين في ذرات المعادن النادرة للغاية) ، لا يمكننا حتى الآن قول أي شيء عن تفاصيل مثل هذه المحطة لتوليد الطاقة (محرك صاروخي ، مفاعل فيزيائي).

قوة الجاذبية الكونية في نشأة المجرات

ترجع قوة الجاذبية الكونية إلى نشوء ولادة المجراتأمبارتسوميان الأكاديمي V.A. Ambartsumyan مقتنع بذلك. كما أنه يطفئ النجوم التي أحرقت وقتها ، بعد أن استهلكت الوقود النجمي المخصص لها عند الولادة.

نعم ، انظر حولك: كل شيء على الأرض يتم التحكم فيه إلى حد كبير بواسطة هذه القوة.

هي التي تحدد البنية الطبقية لكوكبنا - تناوب الغلاف الصخري والغلاف المائي والغلاف الجوي. هي التي تحتفظ بطبقة سميكة من غازات الهواء ، في قاعها وبفضلها نحن جميعًا موجودون.

إذا لم تكن هناك جاذبية ، ستندلع الأرض على الفور من مدارها حول الشمس ، وستنهار الكرة الأرضية نفسها ، وتمزقها قوى الطرد المركزي. من الصعب العثور على أي شيء لا يعتمد بدرجة أو بأخرى على قوة الجاذبية العامة.

بالطبع ، لم يستطع الفلاسفة القدامى ، وهم أناس شديدو الملاحظة ، إلا أن يلاحظوا أن الحجر الذي يُلقى إلى الأعلى يعود دائمًا. أوضح أفلاطون في القرن الرابع قبل الميلاد هذا من خلال حقيقة أن جميع مواد الكون تميل إلى حيث تتركز معظم المواد المماثلة: يسقط الحجر على الأرض أو يذهب إلى القاع ، ويتسرب الماء المنسكب إلى أقرب بركة أو في نهر يشق طريقه إلى البحر ، يندفع دخان النار إلى غيومها المشابهة.

أوضح تلميذ أفلاطون ، أرسطو ، أن جميع الأجسام لها خصائص خاصة للثقل والخفة. الأجسام الثقيلة - الأحجار والمعادن - تندفع إلى مركز الكون ، والضوء - النار ، والدخان ، والأبخرة - إلى المحيط. هذه الفرضية ، التي تفسر بعض الظواهر المرتبطة بقوة الجاذبية العامة ، موجودة منذ أكثر من ألفي عام.

العلماء حول قوة الجاذبية

ربما كان أول من طرح السؤال قوة الجاذبيةعلميًا حقًا ، كان عبقرية عصر النهضة - ليوناردو دافنشي. أعلن ليوناردو أن الجاذبية هي سمة ليس فقط للأرض ، وأن هناك العديد من مراكز الجاذبية. واقترح أيضًا أن قوة الجاذبية تعتمد على المسافة إلى مركز الجاذبية.

جعلت أعمال كوبرنيكوس وجاليليو وكبلر وروبرت هوك أقرب وأقرب إلى فكرة قانون الجاذبية الكونية ، ولكن في صيغته النهائية ، ارتبط هذا القانون إلى الأبد باسم إسحاق نيوتن.

إسحاق نيوتن عن قوة الجاذبية

من مواليد 4 يناير 1643. تخرج من جامعة كامبريدج ، وأصبح على درجة البكالوريوس ، ثم - ماجستير في العلوم.

كل ما يلي هو ثروة لا حصر لها من الأعمال العلمية. لكن عمله الرئيسي هو "المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية" ، الذي نُشر عام 1687 وعادة ما يُسمى ببساطة "البدايات". في نفوسهم صاغ العظيم. ربما يتذكره الجميع من المدرسة الثانوية.

تنجذب جميع الأجسام إلى بعضها البعض بقوة تتناسب طرديًا مع ناتج كتل هذه الأجسام وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينها ...

كان من الممكن توقع بعض بنود هذه الصيغة من قبل أسلاف نيوتن ، لكنها لم تُعط بعد لأي شخص في مجملها. كانت عبقرية نيوتن ضرورية لتجميع هذه الأجزاء في كل واحد من أجل نشر جاذبية الأرض للقمر والشمس - إلى نظام الكواكب بأكمله.

اشتق نيوتن من قانون الجاذبية الكونية جميع قوانين حركة الكواكب التي اكتشفها كبلر من قبل. كانت مجرد عواقبه. علاوة على ذلك ، أظهر نيوتن أنه ليس فقط قوانين كبلر ، ولكن أيضًا الانحرافات عن هذه القوانين (في عالم ثلاثة أجسام أو أكثر) هي نتيجة الجاذبية العالمية ... كان هذا انتصارًا عظيمًا للعلم.

يبدو أن القوة الرئيسية للطبيعة ، التي تحرك العوالم ، تم اكتشافها أخيرًا ووصفها رياضيًا ، القوة التي تخضع لها جزيئات الهواء والتفاح والشمس. كانت الخطوة التي اتخذها نيوتن عملاقة وضخمة بما لا يقاس.

قال أول مروج لعمل عالم لامع ، الكاتب الفرنسي فرانسوا ماري أرويه ، المشهور عالميًا تحت الاسم المستعار فولتير ، إن نيوتن توقع فجأة وجود قانون سمي باسمه عندما نظر إلى تفاحة تتساقط.

لم يذكر نيوتن نفسه هذه التفاحة أبدًا. ومن الصعب إضاعة الوقت اليوم في دحض هذه الأسطورة الجميلة. ومن الواضح أن نيوتن توصل إلى فهم القوة العظيمة للطبيعة من خلال التفكير المنطقي. من المحتمل أنه تم تضمينه في الفصل المقابل من "البدايات".

تؤثر قوة الجاذبية على طيران النواة

لنفترض أنه على جبل مرتفع للغاية ، بحيث يكون قمته بالفعل خارج الغلاف الجوي ، فقد أنشأنا قطعة مدفعية عملاقة. تم وضع البرميل الخاص به بشكل موازٍ تمامًا لسطح الكرة الأرضية وإطلاقه. وصف القوس يقع القلب على الأرض.

نحن نزيد الشحنة ، ونحسن جودة البارود ، بطريقة أو بأخرى نجعل اللب يتحرك بسرعة أعلى بعد الطلقة التالية. يصبح القوس الموصوف من قبل القلب أكثر انبساطًا. يقع اللب بعيدًا عن سفح جبلنا.

نحن أيضا نزيد الشحنة و نطلق النار. تطير النواة على طول مسار لطيف بحيث تنخفض موازية لسطح الكرة الأرضية. لم يعد بإمكان اللب أن يسقط على الأرض: بنفس السرعة التي يسقط بها ، تهرب الأرض من تحتها. وبعد وصف الحلقة حول كوكبنا ، يعود القلب إلى نقطة الانطلاق.

يمكن إزالة البندقية في غضون ذلك. بعد كل شيء ، ستستغرق رحلة النواة حول العالم أكثر من ساعة. وبعد ذلك سوف يكتسح اللب بسرعة أعلى الجبل ويذهب إلى دائرة جديدة حول الأرض. السقوط ، إذا لم يواجه اللب ، كما اتفقنا ، أي مقاومة للهواء ، فلن يكون قادرًا على ذلك أبدًا.

يجب أن تكون السرعة الأساسية لهذا قريبة من 8 كم / ثانية. وإذا قمت بزيادة سرعة تحليق النواة؟ سيطير أولاً في قوس ، أكثر رقة من انحناء سطح الأرض ، ويبدأ في الابتعاد عن الأرض. في الوقت نفسه ، ستنخفض سرعته تحت تأثير جاذبية الأرض.

وأخيرًا ، عند الالتفاف ، سيبدأ ، كما كان ، بالعودة إلى الأرض ، لكنه سوف يطير عبره ولن يكمل بعد ذلك دائرة ، بل قطع ناقص. سيتحرك اللب حول الأرض تمامًا بنفس الطريقة التي تتحرك بها الأرض حول الشمس ، أي على طول القطع الناقص ، في أحد بؤرة مركز كوكبنا.

إذا قمنا بزيادة السرعة الابتدائية للنواة ، فسيصبح القطع الناقص أكثر تمددًا. من الممكن تمديد هذا القطع الناقص بحيث تصل النواة إلى مدار القمر أو أبعد من ذلك بكثير. ولكن حتى تتجاوز السرعة الابتدائية لهذه النواة 11.2 كم / ث ، فإنها ستبقى قمرًا صناعيًا للأرض.

النواة ، التي تلقت سرعتها أكثر من 11.2 كم / ثانية عند إطلاقها ، ستطير إلى الأبد بعيدًا عن الأرض على طول مسار مكافئ. إذا كان القطع الناقص منحنى مغلق ، فإن القطع المكافئ هو منحنى له فرعين ينتقلان إلى ما لا نهاية. بالتحرك على طول القطع الناقص ، بغض النظر عن مدى طوله ، سنعود حتما بشكل منهجي إلى نقطة البداية. عند التحرك على طول القطع المكافئ ، لن نعود أبدًا إلى نقطة البداية.

ولكن ، بعد أن تركت الأرض بهذه السرعة ، لن تتمكن النواة بعد من الطيران إلى ما لا نهاية. ستؤدي الجاذبية القوية للشمس إلى انحناء مسار رحلتها ، وتقترب من نفسها مثل مسار كوكب. سيصبح اللب أخت الأرض ، كوكب صغير في عائلتنا من الكواكب.

من أجل توجيه النواة خارج النظام الكوكبي ، للتغلب على الانجذاب الشمسي ، من الضروري إخبارها بسرعة تزيد عن 16.7 كم / ثانية ، وتوجيهها بحيث تضاف سرعة حركة الأرض إلى هذه السرعة. .

سرعة حوالي 8 كم / ث (تعتمد هذه السرعة على ارتفاع الجبل الذي تطلق منه مدفعنا) سرعة دائرية ، والسرعات من 8 إلى 11.2 كم / ث بيضاوية الشكل ، من 11.2 إلى 16.7 كم / ث هي قطع مكافئ ، وفوق هذا الرقم - سرعات محررة.

هنا يجب أن نضيف أن القيم المعطاة لهذه السرعات صالحة فقط للأرض. إذا عشنا على كوكب المريخ ، فسيكون من الأسهل علينا تحقيق السرعة الدائرية - فهي لا تتعدى 3.6 كم / ثانية ، وسرعة القطع المكافئ تزيد قليلاً عن 5 كم / ثانية.

من ناحية أخرى ، سيكون إرسال النواة في رحلة فضائية من كوكب المشتري أكثر صعوبة بكثير من إرساله من الأرض: السرعة الدائرية على هذا الكوكب تبلغ 42.2 كم / ثانية ، وسرعة القطع المكافئ هي 61.8 كم / ثانية!

سيكون من الأصعب على سكان الشمس مغادرة عالمهم (إذا كان هذا موجودًا بالطبع). يجب أن تكون السرعة الدائرية لهذا العملاق 437.6 وسرعة الفصل 618.8 كم / ث!

إذن نيوتن في نهاية القرن السابع عشر ، قبل مائة عام من أول رحلة لمنطاد الهواء الساخن ملأه الأخوان مونتغولفييه بالهواء الدافئ ، قبل مائتي عام من الرحلات الأولى لطائرة الأخوين رايت ، وما يقرب من الربع قبل ألف عام من انطلاق الصواريخ السائلة الأولى ، أشارت إلى الطريق إلى السماء للأقمار الصناعية وسفن الفضاء.

قوة الجاذبية متأصلة في كل مجال

باستخدام قانون الجاذبيةتم اكتشاف كواكب غير معروفة ، وتم إنشاء فرضيات نشأة الكون عن أصل النظام الشمسي. تم اكتشاف القوة الرئيسية للطبيعة ، التي تتحكم في النجوم والكواكب والتفاح في الحديقة وجزيئات الغاز في الغلاف الجوي ، ووصفها رياضيًا.

لكننا لا نعرف آلية الجاذبية العامة. لا يفسر الجاذبية النيوتونية ، ولكنه يمثل بصريًا الحالة الحالية لحركة الكواكب.

لا نعرف ما الذي يسبب تفاعل جميع أجسام الكون. ولا يمكن القول إن نيوتن لم يكن مهتمًا بهذا السبب. لسنوات عديدة ، فكر في آليتها المحتملة.

بالمناسبة ، هذه بالفعل قوة غامضة للغاية. قوة تتجلى من خلال مئات الملايين من الكيلومترات من الفضاء ، خالية من أي تكوينات مادية للوهلة الأولى ، والتي يمكن بواسطتها تفسير نقل التفاعل.

فرضيات نيوتن

و نيوتنلجأ الى فرضيةحول وجود أثير معين يُزعم أنه يملأ الكون بأكمله. في عام 1675 ، أوضح جاذبية الأرض بحقيقة أن الأثير الذي يملأ الكون كله يندفع إلى مركز الأرض في تدفقات مستمرة ، ويلتقط جميع الأشياء في هذه الحركة ويخلق قوة الجاذبية. يندفع نفس تدفق الأثير إلى الشمس ويسحب الكواكب والمذنبات ويضمن مساراتها الإهليلجية ...

لم تكن فرضية مقنعة للغاية ، على الرغم من كونها فرضية منطقية رياضية تمامًا. لكن الآن ، في عام 1679 ، ابتكر نيوتن فرضية جديدة تشرح آلية الجاذبية. هذه المرة يمنح الأثير خاصية وجود تركيز مختلف بالقرب من الكواكب وبعيدًا عنها. كلما ابتعدنا عن مركز الكوكب ، من المفترض أن يكون الأثير أكثر كثافة. وله خاصية الضغط على جميع الأجسام المادية من طبقاتها الأكثر كثافة إلى طبقات أقل كثافة. ويتم ضغط جميع الأجسام على سطح الأرض.

في عام 1706 ، أنكر نيوتن بشدة وجود الأثير ذاته. في عام 1717 عاد مرة أخرى إلى فرضية ضغط الأثير.

حارب عقل نيوتن العبقري على حل اللغز العظيم ولم يجدها. وهذا ما يفسر هذا القذف الحاد من جانب إلى آخر. اعتاد نيوتن أن يقول:

أنا لا أضع فرضيات.

وعلى الرغم من أننا كنا قادرين فقط على التحقق ، فإن هذا ليس صحيحًا تمامًا ، يمكننا بالتأكيد أن نذكر شيئًا آخر: كان نيوتن قادرًا على التمييز بوضوح بين الأشياء التي لا جدال فيها وبين الفرضيات غير المستقرة والمثيرة للجدل. وفي العناصر توجد صيغة للقانون العظيم ، لكن لا توجد محاولة لشرح آليته.
لقد ترك الفيزيائي العظيم هذا اللغز لرجل المستقبل. توفي عام 1727.
لم يتم حلها حتى اليوم.

استغرق النقاش حول الجوهر المادي لقانون نيوتن قرنين. وربما لا يتعلق هذا النقاش بجوهر القانون ، إذا أجاب بالضبط على جميع الأسئلة التي طرحت عليه.

لكن حقيقة الأمر هي أنه بمرور الوقت اتضح أن هذا القانون ليس عالميًا. أن هناك حالات لا يستطيع فيها تفسير هذه الظاهرة أو تلك. دعنا نعطي أمثلة.

قوة الجاذبية في حسابات سيليجر

أولها هو مفارقة سيليجر. بالنظر إلى أن الكون غير محدود ومليء بالمادة بشكل موحد ، حاول سيليجر أن يحسب ، وفقًا لقانون نيوتن ، قوة الجاذبية العالمية الناتجة عن الكتلة الكبيرة اللانهائية الكاملة للكون اللامتناهي في مرحلة ما فيه.

لم تكن مهمة سهلة من وجهة نظر الرياضيات البحتة. بعد التغلب على جميع صعوبات التحولات الأكثر تعقيدًا ، وجد سيليجر أن القوة المرغوبة للجاذبية العامة تتناسب مع نصف قطر الكون. وبما أن نصف القطر هذا يساوي ما لا نهاية ، فلا بد أن قوة الجاذبية كبيرة بشكل غير محدود. ومع ذلك ، فإننا لا نرى هذا في الممارسة. هذا يعني أن قانون الجاذبية الكونية لا ينطبق على الكون بأسره.

ومع ذلك ، هناك تفسيرات أخرى للمفارقة ممكنة أيضًا. على سبيل المثال ، يمكننا أن نفترض أن المادة لا تملأ الكون بأكمله بالتساوي ، ولكن كثافتها تتناقص تدريجيًا ، وفي النهاية ، في مكان بعيد جدًا لا توجد مادة على الإطلاق. لكن تخيل مثل هذه الصورة يعني الاعتراف بإمكانية وجود الفضاء بدون مادة ، وهو أمر سخيف بشكل عام.

يمكننا أن نفترض أن قوة الجاذبية تضعف أسرع من زيادة مربع المسافة. لكن هذا يلقي بظلال من الشك على الانسجام المفاجئ لقانون نيوتن. لا ، وهذا التفسير لم يرضي العلماء. بقي التناقض مفارقة.

ملاحظات حركة عطارد

حقيقة أخرى ، فعل قوة الجاذبية الكونية ، التي لم يفسرها قانون نيوتن ، جلبت مراقبة حركة عطارد- الأقرب إلى الكوكب. أظهرت الحسابات الدقيقة وفقًا لقانون نيوتن أن perehelion - نقطة القطع الناقص التي يتحرك على طولها عطارد بالقرب من الشمس - يجب أن تتحول بمقدار 531 ثانية قوسية في 100 عام.

ووجد علماء الفلك أن هذا التحول يساوي 573 ثانية قوسية. هذا الفائض - 42 ثانية قوسية - لا يمكن أيضًا تفسيره من قبل العلماء ، باستخدام الصيغ فقط الناشئة عن قانون نيوتن.

شرح كل من مفارقة سيليجر ، وإزاحة عطارد ، والعديد من الظواهر المتناقضة الأخرى والحقائق التي لا يمكن تفسيرها البرت اينشتاين، أحد أعظم الفيزيائيين ، إن لم يكن أعظمهم في كل العصور. من بين الأشياء الصغيرة المزعجة كانت مسألة الرياح الأثيرية.

تجارب ألبرت ميكلسون

يبدو أن هذا السؤال لا يتعلق مباشرة بمشكلة الجاذبية. كان متعلقًا بالبصريات والضوء. بتعبير أدق ، لتحديد سرعته.

كان عالم الفلك الدنماركي أول من حدد سرعة الضوء. أولاف ريمرمشاهدة كسوف أقمار المشتري. حدث هذا في وقت مبكر من عام 1675.

فيزيائي أمريكي ألبرت ميكلسونفي نهاية القرن الثامن عشر ، أجرى سلسلة من عمليات تحديد سرعة الضوء في ظل الظروف الأرضية ، باستخدام الجهاز الذي صممه.

في عام 1927 ، أعطى سرعة الضوء 299796 + 4 كم / ثانية ، وهي دقة ممتازة لتلك الأوقات. لكن جوهر الأمر مختلف. في عام 1880 قرر التحقيق في الريح الأثيرية. لقد أراد أخيرًا إثبات وجود هذا الأثير ذاته ، والذي من خلال وجوده حاولوا شرح كل من انتقال تفاعل الجاذبية وانتقال موجات الضوء.

ربما كان ميكلسون أبرز مجرب في عصره. كان لديه معدات ممتازة. وكان على يقين من النجاح.

جوهر الخبرة

خبرةتم تصوره على هذا النحو. تتحرك الأرض في مدارها بسرعة حوالي 30 كم / ثانية.. يتحرك في الهواء. هذا يعني أن سرعة الضوء من المصدر الذي يسبق المستقبل بالنسبة لحركة الأرض يجب أن تكون أكبر من سرعة المصدر الموجود على الجانب الآخر. في الحالة الأولى ، يجب إضافة سرعة الرياح الأثيرية إلى سرعة الضوء ؛ في الحالة الثانية ، يجب أن تنخفض سرعة الضوء بهذه القيمة.

بطبيعة الحال ، فإن سرعة الأرض في مدارها حول الشمس ليست سوى واحد على عشرة آلاف من سرعة الضوء. العثور على مثل هذا المصطلح الصغير أمر صعب للغاية ، ولكن لسبب ما كان يُطلق على ميكلسون لقب ملك الدقة. لقد استخدم طريقة بارعة لالتقاط الاختلاف "المراوغ" في سرعات أشعة الضوء.

قام بتقسيم الحزمة إلى تيارين متساويين ووجههما في اتجاهات متعامدة بشكل متبادل: على طول خط الزوال وعلى طول الخط المتوازي. انعكست الأشعة من المرايا. إذا تعرضت الحزمة التي تسير على طول الخط المتوازي لتأثير الرياح الأثيرية ، فعند إضافتها إلى الحزمة الزوال ، يجب أن تكون أطراف التداخل قد نشأت ، وكانت موجات الحزمتين قد تحولت في الطور.

ومع ذلك ، كان من الصعب على ميكلسون قياس مسارات كلا الشعاعين بدقة كبيرة بحيث تكون متطابقة تمامًا. لذلك ، قام ببناء الجهاز بحيث لا يكون هناك هامش تداخل ، ثم قلبه 90 درجة.

أصبح شعاع الزوال خطيًا والعكس صحيح. إذا كانت هناك رياح أثيرية ، فيجب أن تظهر خطوط سوداء وخفيفة تحت العدسة! لكنهم لم يكونوا كذلك. ربما ، عند قلب الجهاز ، حركه العالم.

أقامها ظهرا وثبتها. بعد كل شيء ، إلى جانب حقيقة أنه يدور أيضًا حول محور. وبالتالي ، في أوقات مختلفة من اليوم ، تحتل الحزمة العرضية موقعًا مختلفًا بالنسبة للرياح الأثيرية القادمة. الآن ، عندما يكون الجهاز ثابتًا تمامًا ، يمكن إقناع المرء بدقة التجربة.

لم يكن هناك تدخل هامش مرة أخرى. تم إجراء التجربة عدة مرات ، وقد اندهش ميكلسون ومعه جميع علماء الفيزياء في ذلك الوقت. لم يتم الكشف عن الرياح الأثيرية! سافر الضوء في جميع الاتجاهات بنفس السرعة!

لم يتمكن أحد من شرح هذا. كرر ميكلسون التجربة مرارًا وتكرارًا ، وحسّن المعدات ، وحقق أخيرًا دقة قياس لا تصدق تقريبًا ، بترتيب من حيث الحجم أكبر مما كان ضروريًا لنجاح التجربة. ومرة أخرى لا شيء!

تجارب ألبرت أينشتاين

الخطوة الكبيرة التالية في معرفة قوة الجاذبيةفعلت البرت اينشتاين.
سُئل ألبرت أينشتاين ذات مرة:

كيف توصلت إلى نظريتك النسبية الخاصة؟ تحت أي ظروف أتيت بفكرة رائعة؟ أجاب العالم: "لقد بدا لي دائمًا أن هذا هو الحال.

ربما لم يكن يريد أن يكون صريحًا ، ربما أراد التخلص من المحاور المزعج. لكن من الصعب تخيل أن فكرة أينشتاين عن الروابط بين الزمان والمكان والسرعة كانت فطرية.

لا ، بالطبع ، في البداية كان هناك حدس ساطع مثل البرق. ثم بدأ التطور. لا ، لا يوجد تناقضات مع الظواهر المعروفة. ثم ظهرت تلك الصفحات الخمس المليئة بالصيغ ، والتي نُشرت في مجلة مادية. الصفحات التي فتحت حقبة جديدة في الفيزياء.

تخيل مركبة فضائية تطير في الفضاء. سنحذرك على الفور: المركبة الفضائية غريبة للغاية ، من النوع الذي لم تقرأ عنه في قصص الخيال العلمي. يبلغ طوله 300 ألف كيلومتر ، وسرعته ، لنقل ، 240 ألف كيلومتر في الثانية. وتحلق هذه المركبة الفضائية عبر إحدى المنصات الوسيطة في الفضاء ، دون التوقف عندها. بأقصى سرعة.

يقف أحد الركاب على سطح المركبة الفضائية بساعة. وأنت ، أيها القارئ ، نقف على منصة - يجب أن يتوافق طولها مع حجم مركبة فضائية ، أي 300 ألف كيلومتر ، وإلا فلن تتمكن من الالتصاق بها. ولدينا أيضًا ساعة في أيدينا.

نلاحظ أنه في اللحظة التي اصطدم فيها قوس المركبة الفضائية بالحافة الخلفية لمنصتنا ، ومض فانوس عليها ، وأضاء الفضاء المحيط به. بعد ثانية ، وصل شعاع من الضوء إلى الحافة الأمامية لمنصتنا. لا نشك في هذا ، لأننا نعرف سرعة الضوء ، وقد تمكنا من تحديد اللحظة المقابلة بالضبط على مدار الساعة. وعلى مركبة فضائية ...

لكن المركبة الفضائية طارت أيضًا نحو شعاع الضوء. ورأينا بالتأكيد أن الضوء أضاء مؤخرته في الوقت الذي كان فيه في مكان ما بالقرب من منتصف المنصة. لقد رأينا بالتأكيد أن شعاع الضوء لا يغطي 300 ألف كيلومتر من مقدمة السفينة إلى مؤخرة السفينة.

لكن الركاب على ظهر المركبة الفضائية واثقون من شيء آخر. إنهم على يقين من أن شعاعهم غطى المسافة الكاملة من القوس إلى المؤخرة البالغة 300 ألف كيلومتر. بعد كل شيء ، أمضى ثانية كاملة على ذلك. هم ، أيضًا ، قاموا بتسجيله بدقة تامة على ساعاتهم. وكيف يمكن أن يكون الأمر غير ذلك: فبعد كل شيء ، لا تعتمد سرعة الضوء على سرعة المصدر ...

كيف ذلك؟ نرى شيئًا واحدًا من منصة ثابتة وآخر لهم على سطح مركبة فضائية؟ ما الأمر؟

نظرية النسبية لأينشتاين

يجب ملاحظة ما يلي على الفور: نظرية النسبية لأينشتاينللوهلة الأولى ، يتناقض تمامًا مع فكرتنا الراسخة عن بنية العالم. يمكننا القول أنه يتعارض أيضًا مع الفطرة السليمة ، كما تعودنا على تقديمها. لقد حدث هذا مرات عديدة في تاريخ العلم.

لكن اكتشاف كروية الأرض كان مخالفًا للحس السليم. كيف يمكن للناس أن يعيشوا على الجانب الآخر ولا يسقطون في الهاوية؟

بالنسبة لنا ، فإن كروية الأرض حقيقة لا شك فيها ، ومن وجهة نظر الفطرة السليمة ، فإن أي افتراض آخر لا معنى له ووحشي. لكن تراجع عن وقتك ، تخيل أول ظهور لهذه الفكرة ، وسوف تفهم مدى صعوبة قبولها.

حسنًا ، هل كان من الأسهل الاعتراف بأن الأرض ليست ثابتة ، ولكنها تطير على طول مسارها أسرع بعشرات المرات من قذيفة المدفع؟

كل هذه كانت حطام للفطرة السليمة. لذلك ، لم يشر إليه علماء الفيزياء الحديثون أبدًا.

نعود الآن إلى نظرية النسبية الخاصة. تعرف عليها العالم لأول مرة في عام 1905 من خلال مقال وقع عليه اسم غير معروف - ألبرت أينشتاين. وكان يبلغ من العمر 26 عامًا فقط في ذلك الوقت.

قدم أينشتاين افتراضًا بسيطًا ومنطقيًا من هذه المفارقة: من وجهة نظر مراقب على المنصة ، مر وقت أقل في سيارة متحركة مقارنة بساعة يدك. في السيارة ، تباطأ مرور الوقت مقارنة بالوقت على المنصة الثابتة.

أشياء مدهشة جدا تتبع منطقيا من هذا الافتراض. اتضح أن الشخص الذي يسافر للعمل في الترام ، مقارنةً بالمشاة يسير في نفس الطريق ، لا يوفر الوقت فقط بسبب السرعة ، ولكنه أيضًا يمضي ببطء أكثر بالنسبة له.

ومع ذلك ، لا تحاول الحفاظ على الشباب الأبدي بهذه الطريقة: حتى لو أصبحت سائق عربة وقضيت ثلث حياتك في الترام ، فلن تكسب خلال 30 عامًا سوى جزء من المليون من الثانية. لكي يصبح كسب الوقت ملحوظًا ، من الضروري التحرك بسرعة قريبة من سرعة الضوء.

اتضح أن الزيادة في سرعة الأجسام تنعكس في كتلتها. كلما اقتربت سرعة الجسم من سرعة الضوء ، زادت كتلته. عند سرعة جسم تساوي سرعة الضوء ، كتلته تساوي اللانهاية ، أي أنها أكبر من كتلة الأرض والشمس والمجرة وكوننا بأكمله ... هذا هو مقدار الكتلة يمكن أن تتركز في حصاة بسيطة ، مما يؤدي إلى تسريعها
سفيتا!

هذا يفرض قيودًا لا تسمح لأي جسم مادي بتطوير سرعة مساوية لسرعة الضوء. بعد كل شيء ، مع نمو الكتلة ، يصبح تفريقها أكثر صعوبة. والكتلة اللانهائية لا يمكن تحريكها بأي قوة.

ومع ذلك ، فقد قدمت الطبيعة استثناءً مهمًا جدًا لهذا القانون لفئة كاملة من الجسيمات. على سبيل المثال ، بالنسبة للفوتونات. يمكنهم التحرك بسرعة الضوء. بتعبير أدق ، لا يمكنهم التحرك بأي سرعة أخرى. من غير المعقول تخيل فوتون ثابت.

عندما تكون ثابتة ، ليس لها كتلة. أيضًا ، ليس للنيوترينوات كتلة راحة ، كما أنها محكوم عليها برحلة أبدية غير مقيدة عبر الفضاء بأقصى سرعة ممكنة في كوننا ، دون تجاوز الضوء ومواكبة ذلك.

أليس صحيحًا أن كل نتيجة من نتائج النظرية النسبية الخاصة التي سردناها هي مفاجئة ومتناقضة! وكل منها ، بالطبع ، يتعارض مع "الفطرة السليمة"!

ولكن هذا مثير للاهتمام: ليس في شكله الملموس ، ولكن كموقف فلسفي واسع ، كل هذه النتائج المذهلة تنبأ بها مؤسسو المادية الديالكتيكية. ماذا تقول هذه الآثار؟ حول الوصلات التي تربط الطاقة والكتلة والكتلة والسرعة والسرعة والوقت وسرعة وطول الجسم المتحرك ...

لقد ربط اكتشاف أينشتاين للاعتماد المتبادل ، مثل الأسمنت (المزيد :) ، وربط التعزيزات ، أو أحجار الأساس معًا الأشياء والظواهر التي بدت سابقًا مستقلة عن بعضها البعض وخلق الأساس الذي كان عليه لأول مرة في تاريخ العلم ممكن لبناء مبنى متناغم. هذا المبنى هو تمثيل لكيفية عمل كوننا.

لكن أولاً ، بضع كلمات على الأقل حول النظرية العامة للنسبية ، التي أنشأها أيضًا ألبرت أينشتاين.

هذا الاسم - النظرية العامة للنسبية - لا يتوافق تمامًا مع محتوى النظرية التي سيتم مناقشتها. يؤسس الترابط بين الفضاء والمادة. يبدو أنه سيكون من الأصح تسميته نظرية الزمكان، أو نظرية الجاذبية.

لكن هذا الاسم نما بشكل وثيق مع نظرية أينشتاين لدرجة أن إثارة مسألة استبداله الآن تبدو غير لائقة للعديد من العلماء.

أنشأت النظرية العامة للنسبية الترابط بين المادة والزمان والمكان اللذين يحتويان عليهما. اتضح أن المكان والزمان لا يمكن تخيلهما على أنهما موجودان بشكل منفصل عن المادة فحسب ، ولكن خصائصهما تعتمد أيضًا على المادة التي تملأهما.

نقطة الانطلاق للمناقشة

لذلك ، يمكن للمرء أن يحدد فقط نقطة الانطلاق للمناقشةواستخلاص بعض الاستنتاجات المهمة.

في بداية رحلة الفضاء ، دمرت كارثة غير متوقعة المكتبة وصندوق الأفلام ومستودعات أخرى للعقل ، وذاكرة الأشخاص الذين يسافرون عبر الفضاء. وتنسى طبيعة الكوكب الأصلي مع تغير القرون. يُنسى حتى قانون الجاذبية الكونية ، لأن الصاروخ يطير في الفضاء بين المجرات ، حيث يكاد لا يشعر به.

ومع ذلك ، فإن محركات السفينة تعمل بشكل رائع ، وإمدادات الطاقة في البطاريات غير محدودة عمليًا. في معظم الأوقات ، تتحرك السفينة بفعل القصور الذاتي ، واعتاد سكانها على انعدام الوزن. لكن في بعض الأحيان يقومون بتشغيل المحركات وإبطاء أو تسريع حركة السفينة. عندما تتصاعد النفاثات النفاثة في الفراغ بلهب عديم اللون وتتحرك السفينة بمعدل متسارع ، يشعر السكان أن أجسادهم أصبحت ثقيلة ، ويضطرون إلى التجول حول السفينة وعدم الطيران عبر الممرات.

والآن اقتربت الرحلة من الاكتمال. تحلق السفينة إلى أحد النجوم وتسقط في مدارات الكوكب الأنسب. تنطلق السفن الفضائية ، تمشي على أرض خضراء جديدة ، وتعاني باستمرار من نفس الشعور بالثقل ، وهو أمر مألوف منذ الوقت الذي كانت فيه السفينة تتحرك بوتيرة متسارعة.

لكن الكوكب يتحرك بالتساوي. لا يمكن أن تطير باتجاههم مع تسارع ثابت قدره 9.8 م / ث 2! ولديهم الافتراض الأول بأن مجال الجاذبية (قوة الجاذبية) والتسارع يعطيان نفس التأثير ، وربما لهما طبيعة مشتركة.

لم يكن أي من معاصرينا الأرضيين في رحلة طويلة كهذه ، لكن الكثير من الناس شعروا بظاهرة "وزن" و "تفتيح" أجسادهم. بالفعل المصعد العادي ، عندما يتحرك بوتيرة متسارعة ، يخلق هذا الإحساس. عند النزول ، تشعر بفقدان الوزن بشكل مفاجئ ؛ وعند الصعود ، على العكس من ذلك ، تضغط الأرضية على ساقيك بقوة أكبر من المعتاد.

لكن شعورًا واحدًا لا يثبت شيئًا. بعد كل شيء ، تحاول الأحاسيس إقناعنا بأن الشمس تتحرك في السماء حول الأرض الثابتة ، وأن جميع النجوم والكواكب على مسافة واحدة منا ، في السماء ، إلخ.

أخضع العلماء الأحاسيس للتحقق التجريبي. حتى نيوتن فكر في الهوية الغريبة للظاهرتين. حاول أن يمنحهم الخصائص العددية. بعد أن قام بقياس الجاذبية ، كان مقتنعًا بأن قيمها دائمًا متساوية تمامًا مع بعضها البعض.

من أي مادة كان يصنعها البندولات للنبات التجريبي: من الفضة ، والرصاص ، والزجاج ، والملح ، والخشب ، والماء ، والذهب ، والرمل ، والقمح. وكانت النتيجة نفسها.

مبدأ التكافؤ، الذي نتحدث عنه ، هو أساس النظرية العامة للنسبية ، على الرغم من أن التفسير الحديث للنظرية لم يعد بحاجة إلى هذا المبدأ. بحذف الاستنتاجات الرياضية التي تتبع هذا المبدأ ، دعونا ننتقل مباشرة إلى بعض نتائج النظرية العامة للنسبية.

يؤثر وجود كتل كبيرة من المادة بشكل كبير على الفضاء المحيط. إنه يؤدي إلى مثل هذه التغييرات فيه ، والتي يمكن تعريفها على أنها عدم تجانس في الفضاء. توجه عدم التجانس هذه حركة أي كتل قريبة من الجسم الجاذب.

عادة ما يلجأ إلى مثل هذا القياس. تخيل لوحة قماشية مشدودة بإحكام على إطار موازٍ لسطح الأرض. ضع عليها ثقلاً ثقيلاً. ستكون هذه كتلة جذبنا الكبيرة. هي ، بالطبع ، سوف تنحني القماش وينتهي بها الأمر في بعض الاستراحة. الآن قم بتدوير الكرة فوق هذه اللوحة بحيث يقع جزء من مسارها بجوار كتلة الجاذبية. اعتمادًا على كيفية إطلاق الكرة ، هناك ثلاثة خيارات ممكنة.

1. ستطير الكرة بعيدًا بما يكفي عن التجويف الناتج عن انحراف اللوحة القماشية ولن تغير حركتها.
2. سوف تلمس الكرة التجويف وتنحني خطوط حركتها نحو كتلة الجاذبية.
3. ستسقط الكرة في هذه الحفرة ولن تتمكن من الخروج منها وستحدث دورة أو دورتين حول كتلة الجاذبية.

أليس صحيحًا أن الخيار الثالث يصور بشكل جميل جدًا التقاط نجم أو كوكب لجسم غريب يتم نقله بلا مبالاة إلى مجال جاذبيته؟

والحالة الثانية هي انحناء مسار جسم يطير بسرعة أكبر من سرعة الالتقاط المحتملة! الحالة الأولى تشبه الطيران خارج النطاق العملي لحقل الجاذبية. نعم ، إنه عملي ، لأن مجال الجاذبية من الناحية النظرية غير محدود.

بالطبع ، هذا تشبيه بعيد جدًا ، في المقام الأول لأنه لا يمكن لأحد أن يتخيل حقًا انحراف فضاءنا ثلاثي الأبعاد. ما هو المعنى المادي لهذا الانحراف ، أو الانحناء ، كما يقولون في كثير من الأحيان ، لا أحد يعرف.

يستنتج من النظرية العامة للنسبية أن أي جسم مادي يمكنه التحرك في مجال الجاذبية فقط على طول الخطوط المنحنية. فقط في حالات خاصة ، يتحول المنحنى إلى خط مستقيم.

يخضع شعاع الضوء أيضًا لهذه القاعدة. بعد كل شيء ، يتكون من فوتونات لها كتلة معينة أثناء الطيران. ومجال الجاذبية له تأثيره عليها ، وكذلك على جزيء أو كويكب أو كوكب.

استنتاج آخر مهم هو أن مجال الجاذبية يغير أيضًا مسار الزمن. بالقرب من كتلة جاذبة كبيرة ، في مجال جاذبية قوي أنشأته ، يجب أن يكون مرور الوقت أبطأ من الابتعاد عنه.

كما ترى ، والنظرية النسبية العامة مليئة بالاستنتاجات المتناقضة التي يمكن أن تقلب أفكارنا عن "الفطرة السليمة" مرارًا وتكرارًا!

انهيار الجاذبية

دعونا نتحدث عن ظاهرة مذهلة ذات طبيعة كونية - عن انهيار الجاذبية (الانضغاط الكارثي). تحدث هذه الظاهرة في التراكمات الهائلة للمادة ، حيث تصل قوى الجاذبية إلى مثل هذه الأحجام الهائلة بحيث لا يمكن لأي قوى أخرى موجودة في الطبيعة أن تقاومها.

تذكر صيغة نيوتن الشهيرة: كلما زادت قوة الجاذبية ، قل مربع المسافة بين الأجسام الجاذبة. وهكذا ، كلما أصبح تكوين المادة أكثر كثافة ، كلما كان حجمها أصغر ، زادت سرعة قوى الجاذبية ، كلما كان احتضانها المدمر أكثر حتمية.

هناك تقنية ماكرة تكافح بواسطتها الطبيعة مع الضغط اللامحدود للمادة. للقيام بذلك ، فإنه يوقف مجرى الزمن في مجال عمل قوى الجاذبية العملاقة ، وكتل المادة المقيدة ، كما كانت ، معزولة عن كوننا ، مجمدة في حلم غريب خامل.

من المحتمل أن يكون قد تم بالفعل اكتشاف أول هذه "الثقوب السوداء" في الكون. وفقًا لافتراض العلماء السوفييت O. Kh. Huseynov و A. Sh. Novruzova ، إنها دلتا الجوزاء - نجمة مزدوجة ذات مكون واحد غير مرئي.

تبلغ كتلة العنصر المرئي 1.8 شمسيًا ، ويجب أن يكون "الشريك" غير المرئي ، وفقًا للحسابات ، أكبر بأربع مرات من الكتلة المرئية. لكن لا توجد آثار لذلك: من المستحيل رؤية أكثر مخلوقات الطبيعة روعة ، "الثقب الأسود".

العالم السوفيتي البروفيسور ك.ب. ستانيوكوفيتش ، كما يقولون ، "على رأس قلم" ، أظهر من خلال التركيبات النظرية البحتة أن جسيمات "المادة المجمدة" يمكن أن تكون متنوعة للغاية في الحجم.

• إن تكويناته العملاقة ممكنة ، على غرار الكوازارات ، حيث تشع باستمرار قدرًا من الطاقة يماثل ما تشع به جميع النجوم البالغ عددها 100 مليار في مجرتنا.
• من الممكن وجود كتل أكثر تواضعًا ، تساوي عددًا قليلاً من الكتل الشمسية. كل من هذه الأشياء وغيرها يمكن أن تنشأ من مادة عادية وليست "نائمة".
• ومن الممكن تشكيلات من فئة مختلفة تمامًا ، بما يتناسب مع الكتلة مع الجسيمات الأولية.

من أجل ظهورها ، من الضروري أولاً إخضاع المادة التي تجعلها تخضع لضغط هائل ودفعها إلى حدود مجال شوارزشيلد - وهو مجال يتوقف فيه الوقت لمراقب خارجي تمامًا. وحتى إذا تم إزالة الضغط بعد ذلك ، فإن الجسيمات التي توقف من أجلها الزمن ستستمر في الوجود بشكل مستقل عن كوننا.

بلانكيونس

الألواح الخشبية هي فئة خاصة جدًا من الجسيمات. يمتلكون ، وفقًا لـ K.P. Stanyukovich ، خاصية مثيرة للاهتمام للغاية: فهم يحملون المادة في حد ذاتها في شكل غير متغير ، كما كان الحال منذ ملايين ومليارات السنين. بالنظر داخل اللوح الخشبي ، يمكننا رؤية المادة كما كانت في وقت ولادة كوننا. وفقًا للحسابات النظرية ، يوجد حوالي 1080 بلانكيونًا في الكون ، أي ما يقرب من لوح واحد في مكعب من الفضاء يبلغ ضلعه 10 سنتيمترات. بالمناسبة ، في نفس الوقت مع Stanyukovich و (بغض النظر عنه ، طرح الأكاديمي MA Markov فرضية الألواح الخشبية. فقط ماركوف أعطى لهم اسمًا مختلفًا - الأقوال المأثورة.

يمكن أيضًا استخدام الخصائص الخاصة للبلانكيون لشرح التحولات المتناقضة للجسيمات الأولية في بعض الأحيان. من المعروف أنه عندما يصطدم جسيمان ، لا تتشكل الشظايا أبدًا ، ولكن تنشأ جسيمات أولية أخرى. هذا مدهش حقًا: في العالم العادي ، عندما نكسر المزهرية ، لن نحصل على أكواب كاملة أو حتى وريدات. لكن لنفترض أنه يوجد في أعماق كل جسيم أولي لوح بلانكيون ، واحد أو عدة ، وأحيانًا العديد من الألواح.

في لحظة اصطدام الجسيمات ، يفتح "كيس" اللوح الخشبي المربوط بإحكام قليلاً ، و "تسقط" بعض الجسيمات فيه ، وبدلاً من "القفز" ، تلك التي نعتبرها نشأت أثناء الاصطدام. في الوقت نفسه ، ستضمن اللوح الخشبي ، بصفته محاسبًا مجتهدًا ، جميع "قوانين الحفظ" المعتمدة في عالم الجسيمات الأولية.
حسنًا ، ما علاقة آلية الجاذبية العامة بها؟

"المسؤولة" عن الجاذبية ، وفقًا لفرضية K.P.Stanyukovich ، هي جسيمات دقيقة ، تسمى الجرافيتونات ، تنبعث باستمرار من الجسيمات الأولية. الجرافيتون أصغر بكثير من الأخير ، حيث أن ذرة من الغبار تتراقص في شعاع الشمس أصغر من الكرة الأرضية.

يخضع إشعاع الجرافيتون لعدد من الانتظامات. على وجه الخصوص ، من الأسهل الطيران إلى تلك المنطقة من الفضاء. الذي يحتوي على عدد أقل من الجرافيتونات. هذا يعني أنه إذا كان هناك جرمان سماويان في الفضاء ، فسيقوم كلاهما بإشعاع الجرافيتونات في الغالب "إلى الخارج" ، في اتجاهين معاكسين لبعضهما البعض. هذا يخلق دافعًا يدفع الأجسام إلى الاقتراب من بعضها البعض ، لجذب بعضها البعض.

على الرغم من حقيقة أن الجاذبية هي أضعف تفاعل بين الأشياء في الكون ، إلا أن أهميتها في الفيزياء وعلم الفلك هائلة ، لأنها قادرة على التأثير على الأشياء المادية في أي مسافة في الفضاء.

إذا كنت مغرمًا بعلم الفلك ، فربما فكرت في مسألة ما هو مفهوم مثل الجاذبية أو قانون الجاذبية الكونية. الجاذبية هي تفاعل أساسي عالمي بين جميع الكائنات في الكون.

يُنسب اكتشاف قانون الجاذبية إلى الفيزيائي الإنجليزي الشهير إسحاق نيوتن. ربما يعرف الكثير منكم قصة تفاحة سقطت على رأس عالم مشهور. ومع ذلك ، إذا نظرت بعمق في التاريخ ، يمكنك أن ترى أن وجود الجاذبية قد تم التفكير فيه قبل فترة طويلة من عصره من قبل فلاسفة وعلماء العصور القديمة ، على سبيل المثال ، أبيقور. ومع ذلك ، كان نيوتن هو أول من وصف التفاعل الثقالي بين الأجسام المادية في إطار الميكانيكا الكلاسيكية. تم تطوير نظريته من قبل عالم مشهور آخر - ألبرت أينشتاين ، الذي وصف في نظريته النسبية العامة بدقة أكبر تأثير الجاذبية في الفضاء ، وكذلك دورها في استمرارية الزمكان.

قانون الجذب العام لنيوتن يقول أن قوة الجاذبية بين نقطتين من الكتلة مفصولة بمسافة تتناسب عكسياً مع مربع المسافة وتتناسب طرديًا مع كلا الكتلتين. قوة الجاذبية بعيدة المدى. هذا ، بغض النظر عن كيفية تحرك جسم ذي كتلة ، في الميكانيكا الكلاسيكية ستعتمد إمكاناته الجاذبية على موضع هذا الجسم في لحظة معينة من الزمن. كلما زادت كتلة الجسم ، زاد مجال جاذبيته - زادت قوة الجاذبية التي يمتلكها. تمتلك الأجسام الكونية مثل المجرات والنجوم والكواكب أكبر قوة جذب ، وبالتالي فهي تمتلك مجالات جاذبية قوية إلى حد ما.

حقول الجاذبية

مجال جاذبية الأرض

مجال الجاذبية هو المسافة التي يحدث خلالها تفاعل الجاذبية بين الأجسام في الكون. كلما زادت كتلة الجسم ، زاد مجال جاذبيته - وكلما زاد تأثيره الملحوظ على الأجسام المادية الأخرى داخل مساحة معينة. من المحتمل أن يكون مجال الجاذبية لجسم ما. جوهر البيان السابق هو أنه إذا أدخلنا الطاقة الكامنة للجذب بين جسمين ، فلن تتغير بعد تحرك الأخير على طول محيط مغلق. من هنا يظهر قانون مشهور آخر لحفظ مجموع الطاقة الكامنة والحركية في دائرة مغلقة.

في العالم المادي ، مجال الجاذبية له أهمية كبيرة. تمتلكه جميع الأشياء المادية في الكون التي لها كتلة. يمكن لحقل الجاذبية أن يؤثر ليس فقط على المادة ، ولكن أيضًا على الطاقة. بسبب تأثير مجالات الجاذبية لأجسام فضائية كبيرة مثل الثقوب السوداء والكوازارات والنجوم فائقة الكتلة ، تتشكل الأنظمة الشمسية والمجرات والعناقيد الفلكية الأخرى ، والتي تتميز ببنية منطقية.

تظهر أحدث البيانات العلمية أن التأثير الشهير لتوسع الكون يعتمد أيضًا على قوانين تفاعل الجاذبية. على وجه الخصوص ، يتم تسهيل توسع الكون من خلال مجالات الجاذبية القوية ، سواء كانت صغيرة أو كبيرة.

إشعاع الجاذبية في نظام ثنائي

إشعاع الجاذبية أو موجة الجاذبية هو مصطلح تم تقديمه لأول مرة في الفيزياء وعلم الكونيات من قبل العالم الشهير ألبرت أينشتاين. ينتج إشعاع الجاذبية في نظرية الجاذبية عن حركة الأجسام المادية ذات التسارع المتغير. أثناء تسارع الجسم ، "تنفصل" موجة الجاذبية عنه ، مما يؤدي إلى تقلبات في مجال الجاذبية في الفضاء المحيط. وهذا ما يسمى بتأثير الموجة الثقالية.

على الرغم من أن نظرية النسبية العامة لأينشتاين تنبأت بموجات الجاذبية ، بالإضافة إلى نظريات الجاذبية الأخرى ، إلا أنه لم يتم اكتشافها بشكل مباشر. هذا يرجع في المقام الأول إلى صغر حجمها الشديد. ومع ذلك ، هناك أدلة ظرفية في علم الفلك يمكن أن تؤكد هذا التأثير. وبالتالي ، يمكن ملاحظة تأثير موجة الجاذبية في مثال اقتراب النجوم الثنائية. تؤكد الملاحظات أن معدل اقتراب النجوم الثنائية يعتمد إلى حد ما على فقدان الطاقة لهذه الأجسام الفضائية ، والتي يُفترض أنها تنفق على إشعاع الجاذبية. سيتمكن العلماء من تأكيد هذه الفرضية بشكل موثوق في المستقبل القريب بمساعدة جيل جديد من تلسكوبات LIGO و VIRGO المتقدمة.

في الفيزياء الحديثة ، هناك مفهومان للميكانيكا: الكلاسيكي والكم. تم اشتقاق ميكانيكا الكم مؤخرًا نسبيًا وهي تختلف اختلافًا جوهريًا عن الميكانيكا الكلاسيكية. في ميكانيكا الكم ، الأجسام (الكميات) ليس لها مواقع وسرعات محددة ، كل شيء هنا يعتمد على الاحتمالات. بمعنى ، يمكن أن يشغل الجسم مكانًا معينًا في الفضاء في وقت معين. من المستحيل تحديد المكان الذي سينتقل إليه بعد ذلك بشكل موثوق ، ولكن فقط بدرجة عالية من الاحتمال.

تأثير مثير للاهتمام للجاذبية هو أنها يمكن أن تثني استمرارية الزمكان. تقول نظرية أينشتاين أنه في الفضاء المحيط بمجموعة من الطاقة أو أي مادة مادية ، يكون الزمكان منحنيًا. وفقًا لذلك ، يتغير مسار الجسيمات التي تقع تحت تأثير مجال الجاذبية لهذه المادة ، مما يجعل من الممكن التنبؤ بمسار حركتها بدرجة عالية من الاحتمال.

نظريات الجاذبية

اليوم ، يعرف العلماء أكثر من اثنتي عشرة نظرية مختلفة عن الجاذبية. وهي مقسمة إلى نظريات كلاسيكية وبديلة. وأشهر ممثل للنظرية السابقة هو النظرية الكلاسيكية للجاذبية التي كتبها إسحاق نيوتن ، والتي اخترعها الفيزيائي البريطاني الشهير عام 1666. يكمن جوهرها في حقيقة أن الجسم الضخم في الميكانيكا يولد مجال جاذبية حول نفسه ، والذي يجذب الأجسام الصغيرة إليه. في المقابل ، يمتلك الأخير أيضًا مجال جاذبية ، مثل أي كائنات مادية أخرى في الكون.

ابتكر العالم الألماني الشهير ألبرت أينشتاين نظرية الجاذبية الشعبية التالية في بداية القرن العشرين. تمكن أينشتاين من وصف الجاذبية بدقة أكبر كظاهرة ، وكذلك شرح تأثيرها ليس فقط في الميكانيكا الكلاسيكية ، ولكن أيضًا في عالم الكم. تصف نظريته العامة للنسبية قدرة قوة مثل الجاذبية على التأثير في استمرارية الزمكان ، وكذلك مسار الجسيمات الأولية في الفضاء.

من بين النظريات البديلة للجاذبية ، النظرية النسبية التي اخترعها مواطننا الفيزيائي الشهير أ. لوغونوف. على عكس أينشتاين ، جادل لوغونوف بأن الجاذبية ليست هندسية ، لكنها مجال قوة فيزيائية حقيقية وقوية إلى حد ما. من بين النظريات البديلة للجاذبية ، تُعرف أيضًا النظريات القياسية ، ثنائية القياس ، شبه الخطية وغيرها.

1. بالنسبة للأشخاص الذين كانوا في الفضاء وعادوا إلى الأرض ، من الصعب جدًا في البداية التعود على قوة تأثير الجاذبية لكوكبنا. في بعض الأحيان يستغرق الأمر عدة أسابيع.
2. لقد ثبت أن جسم الإنسان في حالة انعدام الوزن يمكن أن يفقد ما يصل إلى 1٪ من كتلة نخاع العظام شهريًا.
3. من بين الكواكب ، يمتلك المريخ أقل قوة جاذبية في النظام الشمسي ، والمشتري لديه أكبر قوة جاذبية.
4. تتصرف بكتيريا السالمونيلا المعروفة ، والتي تسبب أمراض الأمعاء ، بشكل أكثر نشاطًا في حالة انعدام الوزن ويمكن أن تسبب ضررًا أكبر لجسم الإنسان.
5. من بين جميع الأجرام الفلكية المعروفة في الكون ، تمتلك الثقوب السوداء أكبر قوة جاذبية. يمكن أن يكون لثقب أسود بحجم كرة الجولف نفس قوة الجاذبية مثل كوكبنا بأكمله.
6. قوة الجاذبية على الأرض ليست هي نفسها في جميع أركان كوكبنا. على سبيل المثال ، في منطقة خليج هدسون بكندا ، يكون أقل مما هو عليه في مناطق أخرى من العالم.

كشخصية من كلاسيكيات الأفلام السوفييتية اعتادت أن تقول ، "ألم يحن الوقت ، يا أصدقائي ، لكي نتأرجح في ويليام إسحاق ، هل تفهمون ، آه ، شكسبير ونيوتن؟"

أعتقد أن الوقت قد حان.

يعتبر نيوتن من أعظم العقول العلمية في تاريخ البشرية. كانت "المبادئ الرياضية للفلسفة الطبيعية" هي التي أرست الأساس لـ "النظرة العلمية للعالم" ، والتي تطورت تدريجياً إلى مادية متشددة ، والتي أصبحت أساس النموذج العلمي لقرون كاملة.

تم مناقشة الحق في تفرد الحقيقة من خلال "المعرفة الدقيقة" حول ظواهر العالم المحيط. أصبح قانون الجاذبية الكونية لإسحاق نيوتن أساس هذه "المعرفة الدقيقة التي لا رجعة فيها". هذا كل شيء على الأساس سنضرب! - دعنا نظهر أنه لا يوجد قانون للجاذبية في الطبيعة ، في الواقع ، وأن البناء الكامل للفيزياء الحديثة لم يتم بناؤه حتى على الرمال ، ولكن على المستنقع.

من أجل إظهار تناقض فرضية نيوتن حول الجاذبية المتبادلة للمادة ، يكفي استثناء واحد. سنقدم القليل ، ونبدأ بالأكثر وضوحًا ويمكن التحقق منه بسهولة - مع حركة القمر في مداره. الصيغ المعروفة لكل من مقررات المدرسة الثانوية ، والحساب متاح لطالب الصف الخامس. يمكن الحصول على بيانات الحساب على الأقل من ويكيبيديا ، ثم التحقق من الكتب المرجعية العلمية.

وفقًا للقانون ، فإن حركة الأجرام السماوية في المدارات ترجع إلى قوة الجذب بين كتل الأجسام وسرعة الأجسام بالنسبة لبعضها البعض. لذلك ، دعونا نرى أين يتم توجيه ناتج قوى الجذب من الأرض والشمس ، والتي تعمل على القمر في اللحظة التي يطير فيها القمر بين الأرض والشمس (على الأقل في لحظة كسوف الشمس).

قوة الجاذبية ، كما تعلم ، تحددها الصيغة:

G - ثابت الجاذبية

م ، م - كتل الجسم

ص - المسافة بين الجثث

خذ من الكتب المرجعية:

ثابت الجاذبية ، يساوي تقريبًا 6.6725 × 10 11 م 3 / (كجم ث²).

كتلة القمر - 7.3477 × 10 22 كجم

كتلة الشمس - 1.9891 × 10 30 كجم

كتلة الأرض - 5.9737 × 10 24 كجم

المسافة بين الأرض والقمر = 380.000.000 م

المسافة بين القمر والشمس = 149.000.000.000 م

باستبدال هذه البيانات في الصيغة ، نحصل على:

قوة الجذب بين الأرض والقمر = 6.6725 × 10 - 11 × 7.3477 × 10 22 × 5.9737 × 10 24/380000000 2 = 2.028 × 10 20ح

قوة التجاذب بين القمر والشمس =6.6725 × 10 - 11 × 7.3477 10 22 × 1.9891 10 30/149000000000 2 = 4.39 × 10 20 ساعة

وبالتالي ، وفقًا لبيانات وحسابات علمية صارمة ، فإن قوة التجاذب بين الشمس والقمر ، في وقت مرور القمر بين الأرض والشمس ، تزيد عن ضعف ما بين الأرض والقمر. . ومن ثم يجب أن يواصل القمر مساره في مدار حول الشمس ، إذا كان نفس قانون الجاذبية الكونية صحيحًا. أي أن القانون الذي كتبه نيوتن للقمر ليس مرسومًا.

نلاحظ أيضًا أن القمر لا يُظهر خصائصه الجذابة فيما يتعلق بالأرض: حتى في زمن لابلاس ، كان العلماء في حيرة من سلوك المد البحري ، الذي لا يعتمد على القمر بأي شكل من الأشكال.

حقيقة أخرى. القمر ، يتحرك حول الأرض ، يجب أن يؤثر على مسار الأخير - سحب الأرض من جانب إلى آخر بجاذبيتها ، ونتيجة لذلك ، يجب أن يكون مسار الأرض متعرجًا ، مركز كتلة نظام القمر والأرض يجب أن يتحرك بصرامة على طول القطع الناقص:

ولكن ، للأسف ، لم يتم العثور على شيء من هذا القبيل ، على الرغم من أن الأساليب الحديثة تسمح بهذا الإزاحة إلى جانب الشمس والعودة بسرعة حوالي 12 مترًا في الثانية ، ليتم تحديدها بشكل موثوق. إذا كانت موجودة بالفعل.

كما لم يكن هناك انخفاض في وزن الجثث عند غمرها في مناجم شديدة العمق.

تم إجراء المحاولة الأولى لاختبار نظرية الجاذبية الجماعية على ساحل المحيط الهندي ، حيث يوجد ، من ناحية ، أعلى سلسلة تلال حجرية في جبال الهيمالايا ، ومن ناحية أخرى ، وعاء محيط مليء بكميات أقل من ذلك بكثير. مياه ضخمة. لكن ، للأسف. خط راسيا نحو جبال الهيمالايا لا ينحرف!

علاوة على ذلك ، فإن الأجهزة فائقة الحساسية - مقاييس الجاذبية - لا تكتشف اختلافًا في جاذبية جسم الاختبار على نفس الارتفاع فوق الجبال أو فوق البحار - حتى لو كان هناك عمق يصل إلى عدة كيلومترات. ومن ثم جاء العالم العلمي ، من أجل إنقاذ النظرية المعتادة ، بدعمها - يقولون إن السبب في ذلك هو "التوازن" - يقولون إن هناك صخورًا أكثر كثافة تحت البحار ، وصخورًا فضفاضة تحت الجبال ، وكثافتها تتناسب تمامًا مع الإجابة التي يحتاجها العالم. انها مجرد أغنية!

لكن إذا كان هذا هو المثال الوحيد في العالم العلمي لتعديل الواقع المحيط بأفكار الأزواج ذوي الحاجات العالية حول هذا الموضوع. يمكن للمرء أيضًا أن يعطي مثالًا صارخًا على "جسيم أولي" مخترع - النيوترينو ، الذي تم اختراعه لشرح "عيب الكتلة" في الفيزياء النووية. حتى قبل ذلك ، توصلوا إلى "الحرارة الكامنة للتبلور" في الهندسة الحرارية.

لكننا نحيد عن "الجاذبية العامة". مثال آخر على المكان الذي تفشل فيه تنبؤات هذه النظرية في الكشف عنها هو عدم وجود أقمار صناعية مثبتة بشكل موثوق حول الكويكبات. تحلق الغيوم في السماء ، لكن لا أحد منهم لديه أقمار صناعية! انتهت محاولات وضع أقمار صناعية في مدار الكويكبات بالفشل. المحاولة الأولى - قاد مسبار NEAR إلى الكويكب إيروس من قبل الأمريكيين. ضائع. كانت المحاولة الثانية هي مسبار هايابوسا ("فالكون") ، وأرسل اليابانيون إيتوكاوا إلى الكويكب ، ولم يحدث شيء أيضًا.

هناك العديد من الأمثلة المشابهة ، لكننا لن نفرط في تحميل النص بها. دعونا ننتقل إلى مشكلة أخرى تتعلق بالمعرفة العلمية: هل من الممكن دائمًا إثبات الحقيقة من حيث المبدأ - على الأقل على الإطلاق.

لا، ليس دائما. دعنا نعطي مثالا على أساس نفس "الجاذبية العامة". كما تعلمون ، فإن سرعة الضوء محدودة ، ونتيجة لذلك ، نرى أشياء بعيدة ليس في مكانها في الوقت الحالي ، لكننا نراها في النقطة التي بدأ منها شعاع الضوء الذي رأيناه. العديد من النجوم ، ربما ليس على الإطلاق ، يضيء فقط ضوءهم - موضوع مبتذل. لكن الجاذبية - ما مدى سرعة انتشارها؟ حتى لابلاس تمكن من إثبات أن الجاذبية من الشمس لا تأتي من حيث نراها ، ولكن من نقطة أخرى. بعد تحليل البيانات المتراكمة في ذلك الوقت ، وجد لابلاس أن "الجاذبية" تنتشر أسرع من الضوء بسبع مرات على الأقل من حيث الحجم! لقد دفعت القياسات الحديثة سرعة انتشار الجاذبية إلى أبعد من ذلك - على الأقل 11 مرة من حيث الحجم أسرع من سرعة الضوء.

هناك شكوك قوية في أن "الجاذبية" تنتشر بشكل عام على الفور. ولكن إذا كان هذا هو الحال بالفعل ، فعندئذٍ كيفية إثبات ذلك - بعد كل شيء ، أي قياسات مستحيلة نظريًا دون نوع من الخطأ. لذلك لن نعرف أبدًا ما إذا كانت هذه السرعة محدودة أم لا نهائية. والعالم الذي فيه حدود والعالم الذي لا حدود له فيهما "اختلافان كبيران" ، ولن نعرف أبدًا نوع العالم الذي نعيش فيه! هذا هو الحد الذي تم تعيينه للمعرفة العلمية. إن قبول وجهة النظر هذه أو تلك هي مهمة إيمان ، غير منطقية تمامًا ، وليست قابلة لأي منطق. كيف يتحدى أي منطق الإيمان بـ "الصورة العلمية للعالم" ، التي تستند إلى "قانون الجاذبية الكونية" ، الموجود فقط في رؤوس الزومبي ، والذي لا يظهر في العالم من حولنا ...

الآن دعنا نترك قانون نيوتن ، وفي الختام سنقدم مثالًا واضحًا على حقيقة أن القوانين المكتشفة على الأرض ليست عالمية بأي حال من الأحوال لبقية الكون.

دعونا نلقي نظرة على نفس القمر. ويفضل أن يكون ذلك عند اكتمال القمر. لماذا يبدو القمر كالقرص - أشبه بالفطيرة أكثر من كونه كعكة ، كما هو شكله.

بعد كل شيء ، إنها كرة ، والكرة ، إذا أضاءت من جانب المصور ، تبدو كالتالي: في الوسط - وهج ، ثم تسقط الإضاءة ، وتكون الصورة أغمق باتجاه حواف القرص.

في القمر ، تكون الإضاءة في السماء موحدة - في كل من المركز وعلى طول الحواف ، يكفي النظر إلى السماء. يمكنك استخدام منظار جيد أو كاميرا ذات "زووم" بصري قوي ، ومثال على هذه الصورة في بداية المقال. تم التقاطها مع تكبير 16x. يمكن معالجة هذه الصورة في أي محرر رسومات ، مما يزيد من التباين للتأكد من صحة كل شيء. علاوة على ذلك ، فإن السطوع عند حواف القرص في الأعلى والأسفل أعلى قليلاً منه في الوسط ، حيث وفقًا للنظرية ، يجب أن يكون الحد الأقصى.

هنا لدينا مثال على حقيقة أن قوانين البصريات على القمر والأرض مختلفة تمامًا! لسبب ما ، يعكس القمر كل الضوء القادم نحو الأرض. ليس لدينا سبب لتمديد الانتظام الذي تم الكشف عنه في ظروف الأرض إلى الكون بأسره. إنها ليست حقيقة أن "الثوابت" المادية هي في الواقع ثوابت ولا تتغير بمرور الوقت.

كل ما سبق يوضح أن "نظريات" "الثقوب السوداء" و "بوزونات هيغز" وأكثر من ذلك بكثير ليست خيالًا علميًا ، ولكنها مجرد هراء ، أكثر من النظرية القائلة بأن الأرض ترتكز على السلاحف والفيلة والحيتان ...