Η δύναμη της βαρύτητας

Όχι μόνο το πιο μυστηριώδες δυνάμεις της φύσηςαλλά και το πιο ισχυρό.

Ο άνθρωπος στο δρόμο για την πρόοδο

Ιστορικά, ήταν ο άνθρωποςκαθώς προχωράς μπροστά μονοπάτια προόδουκατέκτησε τις ολοένα πιο ισχυρές δυνάμεις της φύσης. Ξεκίνησε όταν δεν είχε παρά ένα ραβδί στη γροθιά του και τη δική του σωματική δύναμη.

Αλλά ήταν σοφός, και έφερε τη σωματική δύναμη των ζώων στην υπηρεσία του, κάνοντας τα κατοικίδια. Το άλογο επιτάχυνε το τρέξιμό του, η καμήλα έκανε βατή την έρημο, ο ελέφαντας την ελώδη ζούγκλα. Αλλά οι φυσικές δυνάμεις ακόμη και των πιο δυνατών ζώων είναι αμέτρητα μικρές σε σύγκριση με τις δυνάμεις της φύσης.

Το πρώτο πρόσωπο υπέταξε το στοιχείο της φωτιάς, αλλά μόνο στις πιο αποδυναμωμένες εκδοχές του. Αρχικά - για πολλούς αιώνες - χρησιμοποιούσε μόνο ξύλο ως καύσιμο - ένα είδος καυσίμου πολύ χαμηλής έντασης ενέργειας. Λίγο αργότερα, έμαθε να χρησιμοποιεί την αιολική ενέργεια από αυτή την πηγή ενέργειας, ένας άντρας σήκωσε το λευκό φτερό του πανιού στον αέρα - και ένα ελαφρύ πλοίο πέταξε σαν πουλί πάνω από τα κύματα.

Ιστιοφόρο στα κύματα

Εξέθεσε τις λεπίδες του ανεμόμυλου στις ριπές του ανέμου - και οι βαριές πέτρες των μυλόπετρων στριφογύριζαν, τα γουδοχέρια των πλιγουριών έτριζαν. Αλλά είναι σαφές σε όλους ότι η ενέργεια των πίδακα αέρα απέχει πολύ από το να συγκεντρωθεί. Επιπλέον, και το πανί και ο ανεμόμυλος φοβούνταν τα χτυπήματα του ανέμου: η καταιγίδα έσκισε τα πανιά και βύθισε τα πλοία, η καταιγίδα έσπασε τα φτερά και ανέτρεψε τους μύλους.

Ακόμα αργότερα, ο άνθρωπος άρχισε να κατακτά το νερό που ρέει. Ο τροχός δεν είναι μόνο η πιο πρωτόγονη από τις συσκευές ικανές να μετατρέπουν την ενέργεια του νερού σε περιστροφική κίνηση, αλλά και η πιο υποδύναμη σε σύγκριση με διάφορες.

Ο άνθρωπος προχωρούσε στη σκάλα της προόδου και χρειαζόταν όλο και περισσότερη ενέργεια.
Άρχισε να χρησιμοποιεί νέους τύπους καυσίμων - ήδη η μετάβαση στην καύση άνθρακα αύξησε την ενεργειακή ένταση ενός κιλού καυσίμου από 2500 kcal σε 7000 kcal - σχεδόν τρεις φορές. Μετά ήρθε η ώρα του πετρελαίου και του φυσικού αερίου. Και πάλι, το ενεργειακό περιεχόμενο κάθε κιλού ορυκτών καυσίμων αυξήθηκε κατά μιάμιση έως δύο φορές.

Οι ατμομηχανές αντικαταστάθηκαν από ατμοστρόβιλους. οι τροχοί μύλου αντικαταστάθηκαν από υδραυλικούς στρόβιλους. Τότε ο άντρας άπλωσε το χέρι του στο σχάσιμο άτομο ουρανίου. Ωστόσο, η πρώτη χρήση ενός νέου τύπου ενέργειας είχε τραγικές συνέπειες - η πυρηνική φλόγα της Χιροσίμα το 1945 έκαψε 70 χιλιάδες ανθρώπινες καρδιές μέσα σε λίγα λεπτά.

Το 1954, ο πρώτος σοβιετικός πυρηνικός σταθμός στον κόσμο τέθηκε σε λειτουργία, μετατρέποντας την ισχύ του ουρανίου σε ακτινοβολούμενη δύναμη ηλεκτρικού ρεύματος. Και πρέπει να σημειωθεί ότι ένα κιλό ουρανίου περιέχει δύο εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από ένα κιλό του καλύτερου πετρελαίου.

Ήταν μια θεμελιωδώς νέα φωτιά, η οποία θα μπορούσε να ονομαστεί φυσική, επειδή ήταν οι φυσικοί που μελέτησαν τις διαδικασίες που οδηγούσαν στη γέννηση τέτοιων φανταστικών ποσοτήτων ενέργειας.
Το ουράνιο δεν είναι το μόνο πυρηνικό καύσιμο. Ένας πιο ισχυρός τύπος καυσίμου χρησιμοποιείται ήδη - ισότοπα υδρογόνου.

Δυστυχώς, ο άνθρωπος δεν έχει καταφέρει ακόμα να υποτάξει την πυρηνική φλόγα υδρογόνου-ηλίου. Ξέρει πώς να ανάψει στιγμιαία την πυρκαγιά του, βάζοντας φωτιά στην αντίδραση σε μια βόμβα υδρογόνου με μια έκρηξη ουρανίου. Αλλά όλο και πιο κοντά, οι επιστήμονες βλέπουν έναν αντιδραστήρα υδρογόνου, ο οποίος θα δημιουργήσει ηλεκτρικό ρεύμα ως αποτέλεσμα της σύντηξης των πυρήνων των ισοτόπων του υδρογόνου σε πυρήνες ηλίου.

Και πάλι, η ποσότητα ενέργειας που μπορεί να πάρει ένα άτομο από κάθε κιλό καυσίμου θα αυξηθεί σχεδόν δεκαπλασιασμένα. Θα είναι όμως αυτό το βήμα το τελευταίο στην επερχόμενη ιστορία της ανθρώπινης δύναμης πάνω στις δυνάμεις της φύσης;

Δεν! Μπροστά - η κυριαρχία της βαρυτικής μορφής ενέργειας. Είναι ακόμη πιο συνετά συσκευασμένο από τη φύση ακόμα και από την ενέργεια της σύντηξης υδρογόνου-ηλίου. Σήμερα είναι η πιο συγκεντρωμένη μορφή ενέργειας που μπορεί να μαντέψει κάποιος.

Τίποτα περαιτέρω δεν είναι ακόμη ορατό εκεί, πέρα ​​από την αιχμή της επιστήμης. Και παρόλο που μπορούμε να πούμε με βεβαιότητα ότι οι σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής θα λειτουργήσουν για ένα άτομο, επεξεργάζοντας τη βαρυτική ενέργεια σε ηλεκτρικό ρεύμα (ή ίσως σε ένα ρεύμα αερίου που πετά έξω από ένα ακροφύσιο κινητήρα τζετ ή στον προγραμματισμένο μετασχηματισμό των πανταχού παρόντων ατόμων πυριτίου και οξυγόνου σε άτομα εξαιρετικά σπάνιων μετάλλων), δεν μπορούμε ακόμη να πούμε τίποτα για τις λεπτομέρειες ενός τέτοιου σταθμού παραγωγής ενέργειας (πυραυλοκινητήρας, φυσικός αντιδραστήρας).

Η δύναμη της παγκόσμιας βαρύτητας στις απαρχές της γέννησης των γαλαξιών

Η δύναμη της παγκόσμιας βαρύτητας βρίσκεται στην αρχή της γέννησης των γαλαξιώναπό την προαστρική ύλη, όπως είναι πεπεισμένος ο ακαδημαϊκός V.A. Ambartsumyan. Σβήνει επίσης τα αστέρια που έχουν κάψει το χρόνο τους, έχοντας ξοδέψει το αστρικό καύσιμο που τους αναλογεί κατά τη γέννηση.

Ναι, κοιτάξτε γύρω σας: τα πάντα στη Γη ελέγχονται σε μεγάλο βαθμό από αυτή τη δύναμη.

Είναι αυτή που καθορίζει την πολυεπίπεδη δομή του πλανήτη μας - την εναλλαγή της λιθόσφαιρας, της υδρόσφαιρας και της ατμόσφαιρας. Είναι αυτή που διατηρεί ένα παχύ στρώμα αερίων αέρα, στο κάτω μέρος του οποίου και χάρη στο οποίο υπάρχουμε όλοι.

Αν δεν υπήρχε η βαρύτητα, η Γη θα έβγαινε αμέσως από την τροχιά της γύρω από τον Ήλιο και η ίδια η υδρόγειος θα καταρρεύσει, θα διαλυόταν από τις φυγόκεντρες δυνάμεις. Είναι δύσκολο να βρει κανείς κάτι που δεν θα εξαρτάται, στον ένα ή τον άλλο βαθμό, από τη δύναμη της παγκόσμιας βαρύτητας.

Φυσικά, οι αρχαίοι φιλόσοφοι, πολύ παρατηρητικοί άνθρωποι, δεν μπορούσαν να μην παρατηρήσουν ότι μια πέτρα που πετιέται προς τα πάνω πάντα επιστρέφει. Ο Πλάτωνας τον 4ο π.Χ. σε ένα ποτάμι που κάνει το δρόμο του προς τη θάλασσα, ο καπνός της φωτιάς ορμάει στα συγγενικά του σύννεφα.

Ένας μαθητής του Πλάτωνα, ο Αριστοτέλης, διευκρίνισε ότι όλα τα σώματα έχουν ειδικές ιδιότητες βαρύτητας και ελαφρότητας. Βαριά σώματα -πέτρες, μέταλλα- ορμούν στο κέντρο του σύμπαντος, φως - φωτιά, καπνός, ατμοί - στην περιφέρεια. Αυτή η υπόθεση, η οποία εξηγεί ορισμένα από τα φαινόμενα που σχετίζονται με τη δύναμη της παγκόσμιας βαρύτητας, υπάρχει για περισσότερα από 2 χιλιάδες χρόνια.

Οι επιστήμονες για τη δύναμη της βαρύτητας

Ίσως ο πρώτος που έθεσε το ερώτημα του δύναμη της βαρύτηταςπραγματικά επιστημονική, ήταν η ιδιοφυΐα της Αναγέννησης - ο Λεονάρντο ντα Βίντσι. Ο Λεονάρντο διακήρυξε ότι η βαρύτητα είναι χαρακτηριστικό όχι μόνο της Γης, ότι υπάρχουν πολλά κέντρα βάρους. Και πρότεινε επίσης ότι η δύναμη της βαρύτητας εξαρτάται από την απόσταση από το κέντρο βάρους.

Τα έργα του Κοπέρνικου, του Γαλιλαίου, του Κέπλερ, του Ρόμπερτ Χουκ έφεραν όλο και πιο κοντά στην ιδέα του νόμου της παγκόσμιας έλξης, αλλά στην τελική του διατύπωση αυτός ο νόμος συνδέεται για πάντα με το όνομα του Ισαάκ Νεύτωνα.

Ο Ισαάκ Νεύτων για τη δύναμη της βαρύτητας

Γεννήθηκε στις 4 Ιανουαρίου 1643. Αποφοίτησε από το Πανεπιστήμιο του Κέιμπριτζ, έγινε πτυχιούχος και στη συνέχεια - μεταπτυχιακός στις επιστήμες.

Όλα όσα ακολουθούν είναι ένας ατελείωτος πλούτος επιστημονικών εργασιών. Αλλά το κύριο έργο του είναι οι «Μαθηματικές αρχές της φυσικής φιλοσοφίας», που δημοσιεύθηκαν το 1687 και συνήθως αποκαλούνται απλώς «Αρχές». Σε αυτά διατυπώνεται το μεγάλο. Μάλλον όλοι τον θυμούνται από το Λύκειο.

Όλα τα σώματα έλκονται μεταξύ τους με δύναμη που είναι ευθέως ανάλογη με το γινόμενο των μαζών αυτών των σωμάτων και αντιστρόφως ανάλογη με το τετράγωνο της απόστασης μεταξύ τους...

Κάποιες διατάξεις αυτής της διατύπωσης θα μπορούσαν να προβλεφθούν από τους προκατόχους του Νεύτωνα, αλλά δεν έχει δοθεί ακόμη σε κανέναν ολόκληρο. Χρειαζόταν η ιδιοφυΐα του Νεύτωνα για να συναρμολογήσει αυτά τα θραύσματα σε ένα ενιαίο σύνολο προκειμένου να εξαπλωθεί η έλξη της Γης στη Σελήνη και του Ήλιου - σε ολόκληρο το πλανητικό σύστημα.

Από τον νόμο της παγκόσμιας έλξης, ο Νεύτωνας εξήγαγε όλους τους νόμους της κίνησης των πλανητών, που ανακαλύφθηκαν πριν από τον Κέπλερ. Ήταν απλώς οι συνέπειές του. Επιπλέον, ο Νεύτων έδειξε ότι όχι μόνο οι νόμοι του Κέπλερ, αλλά και οι αποκλίσεις από αυτούς τους νόμους (στον κόσμο των τριών ή περισσότερων σωμάτων) είναι αποτέλεσμα της παγκόσμιας βαρύτητας... Αυτός ήταν ένας μεγάλος θρίαμβος της επιστήμης.

Φάνηκε ότι επιτέλους ανακαλύφθηκε και περιγράφηκε μαθηματικά η κύρια δύναμη της φύσης, που κινεί τους κόσμους, η δύναμη στην οποία υπόκεινται τα μόρια του αέρα, των μήλων και του Ήλιου. Γιγαντιαίο, αμέτρητα τεράστιο ήταν το βήμα που έκανε ο Νεύτων.

Ο πρώτος εκλαϊκευτής του έργου ενός λαμπρού επιστήμονα, ο Γάλλος συγγραφέας Francois Marie Arouet, παγκοσμίως γνωστός με το ψευδώνυμο Βολταίρος, είπε ότι ο Νεύτωνας μάντεψε ξαφνικά την ύπαρξη ενός νόμου με το όνομά του όταν κοίταξε ένα μήλο που έπεφτε.

Ο ίδιος ο Νεύτωνας δεν ανέφερε ποτέ αυτό το μήλο. Και δύσκολα αξίζει να χάσουμε χρόνο σήμερα για τη διάψευση αυτού του πανέμορφου θρύλου. Και, προφανώς, ο Νεύτων έφτασε να κατανοήσει τη μεγάλη δύναμη της φύσης με λογικούς συλλογισμούς. Πιθανόν να συμπεριλήφθηκε στο αντίστοιχο κεφάλαιο των «Αρχών».

Η δύναμη της βαρύτητας επηρεάζει την πτήση του πυρήνα

Ας υποθέσουμε ότι σε ένα πολύ ψηλό βουνό, τόσο ψηλό που η κορυφή του είναι ήδη εκτός ατμόσφαιρας, έχουμε στήσει ένα γιγάντιο πυροβολικό. Η κάννη του τοποθετήθηκε αυστηρά παράλληλα με την επιφάνεια της υδρογείου και εκτοξεύτηκε. Περιγράφοντας το τόξο ο πυρήνας πέφτει στο έδαφος.

Αυξάνουμε τη φόρτιση, βελτιώνουμε την ποιότητα της πυρίτιδας, με τον ένα ή τον άλλο τρόπο κάνουμε τον πυρήνα να κινείται με μεγαλύτερη ταχύτητα μετά την επόμενη βολή. Το τόξο που περιγράφεται από τον πυρήνα γίνεται πιο επίπεδο. Ο πυρήνας πέφτει πολύ πιο μακριά από τους πρόποδες του βουνού μας.

Επίσης αυξάνουμε τη φόρτιση και πυροβολούμε. Ο πυρήνας πετά κατά μήκος μιας τόσο ήπιας τροχιάς που κατεβαίνει παράλληλα με την επιφάνεια της υδρογείου. Ο πυρήνας δεν μπορεί πλέον να πέσει στη Γη: με την ίδια ταχύτητα με την οποία πέφτει, η Γη ξεφεύγει από κάτω του. Και, έχοντας περιγράψει το δαχτυλίδι γύρω από τον πλανήτη μας, ο πυρήνας επιστρέφει στο σημείο εκκίνησης.

Το όπλο μπορεί να αφαιρεθεί στο μεταξύ. Άλλωστε, η πτήση του πυρήνα σε όλη την υδρόγειο θα διαρκέσει περισσότερο από μία ώρα. Και τότε ο πυρήνας θα σαρώσει γρήγορα την κορυφή του βουνού και θα πάει σε έναν νέο κύκλο γύρω από τη Γη. Πτώση, εάν, όπως συμφωνήσαμε, ο πυρήνας δεν έχει καμία αντίσταση αέρα, δεν θα μπορέσει ποτέ.

Η βασική ταχύτητα για αυτό θα πρέπει να είναι κοντά στα 8 km/sec. Και αν αυξήσετε την ταχύτητα της πτήσης του πυρήνα; Πρώτα θα πετάξει σε ένα τόξο, πιο ήπιο από την καμπυλότητα της επιφάνειας της γης, και θα αρχίσει να απομακρύνεται από τη Γη. Ταυτόχρονα, η ταχύτητά του υπό την επίδραση της βαρύτητας της Γης θα μειωθεί.

Και, τέλος, γυρίζοντας, θα αρχίσει, σαν να λέγαμε, να πέφτει πίσω στη Γη, αλλά θα πετάξει δίπλα της και δεν θα συμπληρώνει πλέον έναν κύκλο, αλλά μια έλλειψη. Ο πυρήνας θα κινείται γύρω από τη Γη με τον ίδιο ακριβώς τρόπο που η Γη κινείται γύρω από τον Ήλιο, δηλαδή, κατά μήκος μιας έλλειψης, σε μία από τις εστίες της οποίας θα βρίσκεται το κέντρο του πλανήτη μας.

Εάν αυξήσουμε περαιτέρω την αρχική ταχύτητα του πυρήνα, η έλλειψη θα αποδειχθεί ότι είναι πιο τεντωμένη. Είναι δυνατό να τεντωθεί αυτή η έλλειψη με τέτοιο τρόπο ώστε ο πυρήνας να φτάσει στη σεληνιακή τροχιά ή ακόμα και πολύ πιο μακριά. Μέχρι όμως η αρχική ταχύτητα αυτού του πυρήνα να ξεπεράσει τα 11,2 km/s, θα παραμείνει δορυφόρος της Γης.

Ο πυρήνας, ο οποίος έλαβε ταχύτητα πάνω από 11,2 km / s όταν εκτοξεύτηκε, θα πετάξει για πάντα μακριά από τη Γη κατά μήκος μιας παραβολικής τροχιάς. Εάν μια έλλειψη είναι μια κλειστή καμπύλη, τότε μια παραβολή είναι μια καμπύλη που έχει δύο κλάδους που πηγαίνουν στο άπειρο. Προχωρώντας κατά μήκος μιας έλλειψης, όσο επιμήκη και αν είναι, αναπόφευκτα θα επιστρέψουμε συστηματικά στο σημείο εκκίνησης. Προχωρώντας κατά μήκος μιας παραβολής, δεν θα επιστρέψουμε ποτέ στο σημείο εκκίνησης.

Αλλά, έχοντας αφήσει τη Γη με αυτή την ταχύτητα, ο πυρήνας δεν θα μπορεί ακόμη να πετάξει στο άπειρο. Η ισχυρή βαρύτητα του Ήλιου θα κάμψει την τροχιά της πτήσης του, θα κλείσει γύρω του σαν την τροχιά ενός πλανήτη. Ο πυρήνας θα γίνει η αδερφή της Γης, ένας μικροσκοπικός πλανήτης στη δική μας οικογένεια πλανητών.

Για να κατευθύνετε τον πυρήνα έξω από το πλανητικό σύστημα, για να ξεπεράσετε την ηλιακή έλξη, είναι απαραίτητο να του πείτε ταχύτητα μεγαλύτερη από 16,7 km / s και να τον κατευθύνετε έτσι ώστε η ταχύτητα της ίδιας της κίνησης της Γης να προστεθεί σε αυτήν την ταχύτητα .

Μια ταχύτητα περίπου 8 km / s (αυτή η ταχύτητα εξαρτάται από το ύψος του βουνού από το οποίο πυροβολεί το όπλο μας) ονομάζεται κυκλική ταχύτητα, οι ταχύτητες από 8 έως 11,2 km / s είναι ελλειπτικές, από 11,2 έως 16,7 km / s είναι παραβολικές, και πάνω από αυτόν τον αριθμό - απελευθερωτικές ταχύτητες.

Εδώ πρέπει να προστεθεί ότι οι δεδομένες τιμές αυτών των ταχυτήτων ισχύουν μόνο για τη Γη. Εάν ζούσαμε στον Άρη, η κυκλική ταχύτητα θα ήταν πολύ πιο εύκολο να επιτύχουμε - είναι μόνο περίπου 3,6 km / s εκεί και η παραβολική ταχύτητα είναι μόνο ελαφρώς μεγαλύτερη από 5 km / s.

Από την άλλη πλευρά, θα ήταν πολύ πιο δύσκολο να στείλουμε τον πυρήνα σε μια διαστημική πτήση από τον Δία παρά από τη Γη: η κυκλική ταχύτητα σε αυτόν τον πλανήτη είναι 42,2 km / s και η παραβολική ταχύτητα είναι ακόμη και 61,8 km / s!

Θα ήταν πολύ δύσκολο για τους κατοίκους του Ήλιου να εγκαταλείψουν τον κόσμο τους (αν, φυσικά, μπορούσε να υπάρξει). Η κυκλική ταχύτητα αυτού του γίγαντα θα πρέπει να είναι 437,6 και η ταχύτητα διαχωρισμού - 618,8 km / s!

Έτσι ο Νεύτωνας στα τέλη του 17ου αιώνα, εκατό χρόνια πριν από την πρώτη πτήση του αερόστατου ζεστού αέρα από τους αδελφούς Montgolfier, διακόσια χρόνια πριν από τις πρώτες πτήσεις του αεροπλάνου των αδελφών Ράιτ, και σχεδόν ένα τέταρτο μιας χιλιετίας πριν από την απογείωση των πρώτων υγρών πυραύλων, έδειξε το δρόμο προς τον ουρανό για δορυφόρους και διαστημόπλοια.

Η δύναμη της βαρύτητας είναι εγγενής σε κάθε σφαίρα

Με τη χρήση ο νόμος της βαρύτηταςανακαλύφθηκαν άγνωστοι πλανήτες, δημιουργήθηκαν κοσμογονικές υποθέσεις για την προέλευση του ηλιακού συστήματος. Η κύρια δύναμη της φύσης, η οποία ελέγχει τα αστέρια, τους πλανήτες, τα μήλα στον κήπο και τα μόρια αερίων στην ατμόσφαιρα, έχει ανακαλυφθεί και περιγραφεί μαθηματικά.

Αλλά δεν γνωρίζουμε τον μηχανισμό της παγκόσμιας έλξης. Η νευτώνεια βαρύτητα δεν εξηγεί, αλλά αντιπροσωπεύει οπτικά την τρέχουσα κατάσταση της πλανητικής κίνησης.

Δεν γνωρίζουμε τι προκαλεί την αλληλεπίδραση όλων των σωμάτων του Σύμπαντος. Και δεν μπορεί να ειπωθεί ότι ο Newton δεν ενδιαφερόταν για αυτόν τον λόγο. Για πολλά χρόνια συλλογιζόταν τον πιθανό μηχανισμό του.

Παρεμπιπτόντως, αυτή είναι πράγματι μια εξαιρετικά μυστηριώδης δύναμη. Μια δύναμη που εκδηλώνεται μέσα από εκατοντάδες εκατομμύρια χιλιόμετρα διαστήματος, χωρίς κανένα υλικό σχηματισμό με την πρώτη ματιά, με τη βοήθεια της οποίας θα μπορούσε κανείς να εξηγήσει τη μεταφορά της αλληλεπίδρασης.

Υποθέσεις του Νεύτωνα

Και Νεύτοκατέφυγε σε υπόθεσηγια την ύπαρξη ενός συγκεκριμένου αιθέρα που φέρεται να γεμίζει ολόκληρο το Σύμπαν. Το 1675, εξήγησε την έλξη προς τη Γη από το γεγονός ότι ο αιθέρας που γεμίζει ολόκληρο το Σύμπαν ορμάει στο κέντρο της Γης με συνεχείς ροές, συλλαμβάνοντας όλα τα αντικείμενα σε αυτή την κίνηση και δημιουργώντας μια βαρυτική δύναμη. Η ίδια ροή αιθέρα ορμάει στον Ήλιο και παρασύροντας τους πλανήτες, τους κομήτες, εξασφαλίζει τις ελλειπτικές τροχιές τους...

Δεν ήταν μια πολύ πειστική, αν και απολύτως μαθηματικά λογική υπόθεση. Αλλά τώρα, το 1679, ο Νεύτων δημιούργησε μια νέα υπόθεση που εξηγούσε τον μηχανισμό της βαρύτητας. Αυτή τη φορά προικίζει στον αιθέρα την ιδιότητα να έχει διαφορετική συγκέντρωση κοντά στους πλανήτες και μακριά από αυτούς. Όσο πιο μακριά από το κέντρο του πλανήτη, τόσο πιο πυκνός είναι ο αιθέρας. Και έχει την ιδιότητα να συμπιέζει όλα τα υλικά σώματα από τα πιο πυκνά τους στρώματα σε λιγότερο πυκνά. Και όλα τα σώματα συμπιέζονται προς την επιφάνεια της Γης.

Το 1706, ο Νεύτων αρνείται κατηγορηματικά την ίδια την ύπαρξη του αιθέρα. Το 1717 επιστρέφει και πάλι στην υπόθεση της έκθλιψης του αιθέρα.

Ο πολυμήχανος εγκέφαλος του Νεύτωνα πάλεψε για τη λύση του μεγάλου μυστηρίου και δεν το βρήκε. Αυτό εξηγεί τόσο απότομη ρίψη από πλευρά σε πλευρά. Ο Νεύτων έλεγε:

Δεν κάνω υποθέσεις.

Και παρόλο που, όπως καταφέραμε μόνο να επαληθεύσουμε, αυτό δεν είναι απολύτως αληθές, μπορούμε οπωσδήποτε να πούμε κάτι άλλο: ο Νεύτωνας μπόρεσε να διακρίνει ξεκάθαρα πράγματα που είναι αδιαμφισβήτητα από ασταθείς και αμφιλεγόμενες υποθέσεις. Και στα Στοιχεία υπάρχει μια φόρμουλα του μεγάλου νόμου, αλλά δεν επιχειρείται να εξηγηθεί ο μηχανισμός του.
Ο μεγάλος φυσικός κληροδότησε αυτό το αίνιγμα στον άνθρωπο του μέλλοντος. Πέθανε το 1727.
Δεν έχει λυθεί ούτε σήμερα.

Η συζήτηση για τη φυσική ουσία του νόμου του Νεύτωνα κράτησε δύο αιώνες. Και ίσως αυτή η συζήτηση να μην αφορούσε την ίδια την ουσία του νόμου, αν απαντούσε ακριβώς σε όλες τις ερωτήσεις που του τέθηκαν.

Αλλά το γεγονός είναι ότι με την πάροδο του χρόνου αποδείχθηκε ότι αυτός ο νόμος δεν είναι καθολικός. Ότι υπάρχουν περιπτώσεις που δεν μπορεί να εξηγήσει αυτό ή εκείνο το φαινόμενο. Ας δώσουμε παραδείγματα.

Η δύναμη της βαρύτητας στους υπολογισμούς του Seeliger

Το πρώτο από αυτά είναι το παράδοξο του Seeliger. Θεωρώντας ότι το Σύμπαν είναι άπειρο και ομοιόμορφα γεμάτο με ύλη, ο Seeliger προσπάθησε να υπολογίσει, σύμφωνα με το νόμο του Νεύτωνα, την παγκόσμια βαρυτική δύναμη που δημιουργείται από ολόκληρη την απείρως μεγάλη μάζα του άπειρου Σύμπαντος σε κάποιο σημείο του.

Δεν ήταν εύκολη υπόθεση από την άποψη των καθαρών μαθηματικών. Έχοντας ξεπεράσει όλες τις δυσκολίες των πιο περίπλοκων μετασχηματισμών, ο Seeliger διαπίστωσε ότι η επιθυμητή δύναμη της παγκόσμιας βαρύτητας είναι ανάλογη με την ακτίνα του Σύμπαντος. Και εφόσον αυτή η ακτίνα είναι ίση με το άπειρο, τότε η βαρυτική δύναμη πρέπει να είναι απείρως μεγάλη. Ωστόσο, αυτό δεν το βλέπουμε στην πράξη. Αυτό σημαίνει ότι ο νόμος της παγκόσμιας έλξης δεν ισχύει για ολόκληρο το σύμπαν.

Ωστόσο, άλλες εξηγήσεις για το παράδοξο είναι επίσης πιθανές. Για παράδειγμα, μπορούμε να υποθέσουμε ότι η ύλη δεν γεμίζει ομοιόμορφα ολόκληρο το Σύμπαν, αλλά η πυκνότητά της μειώνεται σταδιακά και, τελικά, κάπου πολύ μακριά δεν υπάρχει καθόλου ύλη. Αλλά το να φανταστείς μια τέτοια εικόνα σημαίνει να παραδεχτείς την πιθανότητα ύπαρξης χώρου χωρίς ύλη, κάτι που είναι γενικά παράλογο.

Μπορούμε να υποθέσουμε ότι η δύναμη της βαρύτητας εξασθενεί πιο γρήγορα από ό,τι αυξάνεται το τετράγωνο της απόστασης. Αλλά αυτό θέτει υπό αμφισβήτηση την εκπληκτική αρμονία του νόμου του Νεύτωνα. Όχι, και αυτή η εξήγηση δεν ικανοποίησε τους επιστήμονες. Το παράδοξο παρέμεινε παράδοξο.

Παρατηρήσεις της κίνησης του Ερμή

Ένα άλλο γεγονός, η δράση της δύναμης της παγκόσμιας έλξης, που δεν εξηγείται από το νόμο του Νεύτωνα, έφερε παρατήρηση της κίνησης του Ερμή- πιο κοντά στον πλανήτη. Ακριβείς υπολογισμοί σύμφωνα με το νόμο του Νεύτωνα έδειξαν ότι το περήλιο - το σημείο της έλλειψης κατά μήκος του οποίου ο Ερμής κινείται πιο κοντά στον Ήλιο - θα πρέπει να μετατοπιστεί κατά 531 δευτερόλεπτα τόξου σε 100 χρόνια.

Και οι αστρονόμοι βρήκαν ότι αυτή η μετατόπιση είναι ίση με 573 δευτερόλεπτα τόξου. Αυτή η υπέρβαση - 42 δευτερόλεπτα τόξου - επίσης δεν μπορούσε να εξηγηθεί από τους επιστήμονες, χρησιμοποιώντας μόνο τύπους που προκύπτουν από το νόμο του Νεύτωνα.

Εξήγησε τόσο το παράδοξο του Seeliger όσο και τη μετατόπιση του περήλιου του Ερμή και πολλά άλλα παράδοξα φαινόμενα και ανεξήγητα γεγονότα Albert Einstein, ένας από τους σπουδαιότερους, αν όχι ο μεγαλύτερος φυσικός όλων των εποχών. Ανάμεσα στα ενοχλητικά μικροπράγματα ήταν η ερώτηση του αιθέριος άνεμος.

Πειράματα από τον Albert Michelson

Φαινόταν ότι αυτή η ερώτηση δεν αφορούσε άμεσα το πρόβλημα της βαρύτητας. Είχε σχέση με την οπτική, με το φως. Πιο συγκεκριμένα, στον ορισμό της ταχύτητάς του.

Ο Δανός αστρονόμος ήταν ο πρώτος που προσδιόρισε την ταχύτητα του φωτός. Όλαφ Ρεμέρπαρακολουθώντας την έκλειψη των φεγγαριών του Δία. Αυτό συνέβη ήδη από το 1675.

Αμερικανός φυσικός Άλμπερτ Μίχελσονστα τέλη του 18ου αιώνα, διεξήγαγε μια σειρά από προσδιορισμούς της ταχύτητας του φωτός σε επίγειες συνθήκες, χρησιμοποιώντας τη συσκευή που είχε σχεδιάσει.

Το 1927, έδωσε την ταχύτητα του φωτός ως 299796 + 4 km/s, που ήταν εξαιρετική ακρίβεια για εκείνες τις εποχές. Αλλά η ουσία του θέματος είναι διαφορετική. Το 1880 αποφάσισε να ερευνήσει τον αιθέριο άνεμο. Ήθελε να αποδείξει επιτέλους την ύπαρξη αυτού του αιθέρα, με την παρουσία του οποίου προσπάθησαν να εξηγήσουν τόσο τη μετάδοση της βαρυτικής αλληλεπίδρασης όσο και τη μετάδοση των κυμάτων φωτός.

Ο Michelson ήταν ίσως ο πιο αξιόλογος πειραματιστής της εποχής του. Είχε εξαιρετικό εξοπλισμό. Και ήταν σχεδόν σίγουρος για την επιτυχία.

Η ουσία της εμπειρίας

Μια εμπειρίαείχε συλληφθεί έτσι. Η γη κινείται στην τροχιά της με ταχύτητα περίπου 30 km/sec.. Κινείται στον αέρα. Αυτό σημαίνει ότι η ταχύτητα του φωτός από μια πηγή που βρίσκεται μπροστά από τον δέκτη σε σχέση με την κίνηση της Γης πρέπει να είναι μεγαλύτερη από μια πηγή που βρίσκεται στην άλλη πλευρά. Στην πρώτη περίπτωση, η ταχύτητα του αιθέριου ανέμου πρέπει να προστεθεί στην ταχύτητα του φωτός, στη δεύτερη περίπτωση, η ταχύτητα του φωτός πρέπει να μειωθεί κατά αυτήν την τιμή.