قوة الجاذبية

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. ظلت المفارقة 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.

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.

قام بإعداده عند الظهيرة وثبته. 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 ، 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.

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.

تاركة جسيماتها الأولية ، وتحمل الجرافيتونات معها جزءًا من الكتلة. مهما كانت صغيرة ، فإن فقدان الكتلة لا يمكن إلا أن يكون ملحوظًا مع مرور الوقت. لكن الوقت ضخم بشكل لا يمكن تصوره. سوف يستغرق الأمر حوالي 100 مليار سنة حتى تتحول كل المادة الموجودة في الكون إلى مجال جاذبية.