نیروی گرانش

نه تنها مرموزترین نیروهای طبیعتبلکه قدرتمندترین

انسان در راه پیشرفت

از نظر تاریخی چنین بوده است انسانهمانطور که به جلو حرکت می کنید مسیرهای پیشرفتبر نیروهای قدرتمندتر طبیعت تسلط یافت. او زمانی شروع کرد که چیزی جز یک چوب در مشت و قدرت بدنی خودش نداشت.

اما او عاقل بود و قدرت بدنی حیوانات را به خدمت خود آورد و آنها را اهلی کرد. اسب دویدن خود را تسریع کرد، شتر بیابان را قابل عبور کرد، فیل جنگل باتلاقی را. اما نیروهای فیزیکی حتی قوی ترین حیوانات در مقایسه با نیروهای طبیعت به طرز بی اندازه اندک است.

شخص اول عنصر آتش را تحت سلطه خود درآورد، اما فقط در ضعیف ترین نسخه های آن. در ابتدا - برای چندین قرن - او فقط از چوب به عنوان سوخت استفاده می کرد - یک نوع سوخت بسیار کم انرژی. مدتی بعد، او یاد گرفت که از انرژی باد از این منبع انرژی استفاده کند، مردی بال سفید بادبان را به هوا بلند کرد - و یک کشتی سبک مانند یک پرنده بر فراز امواج پرواز کرد.

قایق بادبانی روی امواج

تیغه های آسیاب بادی را در معرض وزش باد قرار داد - و سنگ های سنگین سنگ های آسیاب چرخیدند، آفت های غلات به صدا در آمدند. اما برای همگان روشن است که انرژی جت های هوایی به دور از تمرکز است. علاوه بر این، هم بادبان و هم آسیاب بادی از وزش باد می ترسیدند: طوفان بادبان ها را پاره کرد و کشتی ها را غرق کرد، طوفان بال ها را شکست و آسیاب ها را واژگون کرد.

حتی بعدها، انسان شروع به تسخیر آب روان کرد. چرخ نه تنها ابتدایی ترین دستگاهی است که قادر به تبدیل انرژی آب به حرکت چرخشی است، بلکه در مقایسه با انواع مختلف کم قدرت ترین است.

انسان بر روی نردبان ترقی به جلو می رفت و به انرژی بیشتر و بیشتری نیاز داشت.
او شروع به استفاده از انواع جدیدی از سوخت کرد - در حال حاضر انتقال به سوزاندن زغال سنگ شدت انرژی یک کیلوگرم سوخت را از 2500 کیلو کالری به 7000 کیلو کالری افزایش داد - تقریباً سه برابر. سپس نوبت به نفت و گاز رسید. باز هم محتوای انرژی هر کیلوگرم سوخت فسیلی یک و نیم تا دو برابر افزایش یافت.

موتورهای بخار با توربین های بخار جایگزین شدند. چرخ های آسیاب با توربین های هیدرولیک جایگزین شدند. سپس مرد دست خود را به سمت اتم اورانیوم شکافت پذیر دراز کرد. با این حال، اولین استفاده از نوع جدیدی از انرژی عواقب غم انگیزی داشت - شعله هسته ای هیروشیما در سال 1945 70 هزار قلب انسان را در عرض چند دقیقه سوزاند.

در سال 1954، اولین نیروگاه اتمی شوروی در جهان راه اندازی شد و قدرت اورانیوم را به نیروی تابشی جریان الکتریکی تبدیل کرد. و باید توجه داشت که یک کیلوگرم اورانیوم دو میلیون برابر بیشتر از یک کیلوگرم بهترین نفت انرژی دارد.

این آتشی اساساً جدید بود که می‌توان آن را فیزیکی نامید، زیرا فیزیکدانان بودند که فرآیندهایی را که منجر به تولد چنین مقادیر شگفت‌انگیزی از انرژی می‌شد مطالعه کردند.
اورانیوم تنها سوخت هسته ای نیست. یک نوع سوخت قوی تر در حال حاضر استفاده می شود - ایزوتوپ های هیدروژن.

متأسفانه انسان هنوز نتوانسته است شعله هسته ای هیدروژن-هلیوم را مهار کند. او می‌داند چگونه آتش همه‌جانبه‌اش را لحظه‌ای مشتعل کند و واکنش بمب هیدروژنی را با انفجار اورانیوم به آتش بکشد. اما نزدیک‌تر و نزدیک‌تر، دانشمندان یک راکتور هیدروژنی را مشاهده می‌کنند که در نتیجه ادغام هسته‌های ایزوتوپ‌های هیدروژن به هسته‌های هلیوم، جریان الکتریکی تولید می‌کند.

باز هم مقدار انرژی که یک فرد می تواند از هر کیلوگرم سوخت بگیرد تقریباً ده برابر می شود. اما آیا این گام آخرین قدم در تاریخ آینده قدرت بشر بر نیروهای طبیعت خواهد بود؟

نه! پیش رو - تسلط بر شکل گرانشی انرژی. حتی از انرژی همجوشی هیدروژن و هلیوم نیز توسط طبیعت محتاطانه تر بسته بندی شده است. امروزه این متمرکزترین شکل انرژی است که یک فرد حتی می تواند در مورد آن حدس بزند.

هیچ چیز بیشتر در آنجا، فراتر از لبه برش علم، هنوز قابل مشاهده نیست. و اگرچه می توانیم با اطمینان بگوییم که نیروگاه ها برای یک فرد کار می کنند، انرژی گرانشی را به جریان الکتریکی (یا شاید به جریانی از گاز که از نازل موتور جت خارج می شود، یا تبدیل برنامه ریزی شده اتم های سیلیکون و اکسیژن در همه جا را پردازش می کند. به اتم‌های فلزات بسیار کمیاب، هنوز نمی‌توانیم درباره جزئیات چنین نیروگاهی (موتور موشک، راکتور فیزیکی) چیزی بگوییم.

نیروی گرانش جهانی در منشاء تولد کهکشان ها

نیروی گرانش جهانی در منشا پیدایش کهکشان ها استهمانطور که آکادمیک V.A. Ambartsumyan متقاعد شده است از ماده پیش ستاره ای. همچنین ستارگانی را که با صرف سوخت ستاره‌ای که در بدو تولد به آن‌ها اختصاص داده شده است، وقت خود را تمام کرده‌اند، خاموش می‌کند.

بله، به اطراف نگاه کنید: همه چیز روی زمین تا حد زیادی توسط این نیرو کنترل می شود.

این اوست که ساختار لایه ای سیاره ما را تعیین می کند - تناوب لیتوسفر، هیدروسفر و جو. این اوست که لایه ضخیمی از گازهای هوا را نگه می دارد که در ته آن و به لطف آن همه ما وجود داریم.

اگر جاذبه وجود نداشت، زمین بلافاصله از مدار خود به دور خورشید خارج می شد و خود کره از هم می پاشید و توسط نیروهای گریز از مرکز از هم می پاشید. یافتن چیزی که به یک درجه یا آن درجه به نیروی گرانش جهانی وابسته نباشد دشوار است.

البته، فیلسوفان باستان، مردم بسیار آگاه، نمی‌توانستند توجه کنند که سنگی که به بالا پرتاب می‌شود، همیشه برمی‌گردد. افلاطون در قرن چهارم قبل از میلاد این را با این واقعیت توضیح داد که همه مواد جهان به جایی تمایل دارند که بیشتر مواد مشابه در آن متمرکز شده اند: سنگی که پرتاب شده به زمین می افتد یا به ته می رود، آب ریخته شده به نزدیک ترین حوضچه نفوذ می کند یا به رودخانه ای که راهش را به دریا می زند، دود آتش به ابرهای همنوعش می تازد.

یکی از شاگردان افلاطون، ارسطو، تصریح کرد که همه اجسام دارای ویژگی های ویژه سنگینی و سبکی هستند. اجسام سنگین - سنگ ها، فلزات - به سمت مرکز جهان می شتابند، نور - آتش، دود، بخارات - به سمت پیرامون. این فرضیه که برخی از پدیده های مرتبط با نیروی گرانش جهانی را توضیح می دهد، بیش از 2 هزار سال است که وجود داشته است.

دانشمندان درباره نیروی گرانش

احتمالاً اولین کسی است که این سؤال را مطرح می کند نیروی گرانشواقعاً علمی، نابغه رنسانس بود - لئوناردو داوینچی. لئوناردو اعلام کرد که گرانش نه تنها ویژگی زمین است، بلکه مراکز گرانش زیادی وجود دارد. و همچنین پیشنهاد کرد که نیروی گرانش به فاصله تا مرکز ثقل بستگی دارد.

آثار کوپرنیک، گالیله، کپلر، رابرت هوک بیشتر و بیشتر به ایده قانون گرانش جهانی نزدیک شد، اما در فرمول نهایی خود این قانون برای همیشه با نام اسحاق نیوتن همراه است.

اسحاق نیوتن در مورد نیروی گرانش

متولد 4 ژانویه 1643. او از دانشگاه کمبریج فارغ التحصیل شد، لیسانس شد، سپس - کارشناسی ارشد علوم.

هر آنچه در پی می آید، ثروت بی پایانی از آثار علمی است. اما اثر اصلی او "اصول ریاضی فلسفه طبیعی" است که در سال 1687 منتشر شد و معمولاً به سادگی "آغاز" نامیده می شود. در آنهاست که بزرگان فرموله می شود. احتمالا همه او را از دوران دبیرستان به یاد دارند.

تمام اجسام با نیرویی به یکدیگر جذب می شوند که با حاصلضرب جرم این اجسام نسبت مستقیم دارد و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد.

برخی از مفاد این فرمول را پیشینیان نیوتن می‌توانستند پیش‌بینی کنند، اما هنوز به طور کامل در اختیار کسی قرار نگرفته است. نبوغ نیوتن برای جمع آوری این قطعات در یک کل واحد به منظور گسترش جاذبه زمین به ماه و خورشید - به کل منظومه سیاره ای مورد نیاز بود.

نیوتن تمام قوانین حرکت سیارات را که قبلاً توسط کپلر کشف شده بود، از قانون گرانش جهانی استخراج کرد. آنها به سادگی پیامدهای آن بودند. علاوه بر این، نیوتن نشان داد که نه تنها قوانین کپلر، بلکه انحراف از این قوانین (در دنیای سه یا چند جسم) نیز نتیجه گرانش جهانی است... این یک پیروزی بزرگ علم بود.

به نظر می‌رسید که نیروی اصلی طبیعت که جهان‌ها را به حرکت در می‌آورد، سرانجام کشف و به صورت ریاضی توصیف شد، نیرویی که مولکول‌های هوا و سیب و خورشید در معرض آن هستند. گامی که نیوتن برداشت، غول پیکر، بی اندازه عظیم بود.

اولین محبوب کننده کار یک دانشمند برجسته، نویسنده فرانسوی فرانسوا ماری آروئه، که با نام مستعار ولتر در جهان شهرت داشت، گفت که نیوتن با نگاه کردن به سیبی که در حال سقوط بود، ناگهان وجود قانونی به نام او را حدس زد.

خود نیوتن هرگز به این سیب اشاره نکرد. و امروز ارزش هدر دادن وقت برای رد این افسانه زیبا را ندارد. و ظاهراً نیوتن با استدلال منطقی به قدرت عظیم طبیعت پی برد. به احتمال زیاد در فصل مربوطه «آغاز» گنجانده شده است.

نیروی گرانش بر پرواز هسته تأثیر می گذارد

فرض کنید بر روی کوهی بسیار بلند، آنقدر بلند که قله آن قبلاً از جو خارج شده است، یک توپخانه غول پیکر نصب کرده ایم. لوله آن کاملاً موازی با سطح کره زمین قرار گرفت و شلیک شد. تشریح قوس هسته به زمین می افتد.

ما شارژ را افزایش می دهیم، کیفیت باروت را بهبود می بخشیم، به این ترتیب هسته را با سرعت بالاتری بعد از شلیک بعدی حرکت می دهیم. قوس توصیف شده توسط هسته صاف تر می شود. هسته بسیار دورتر از دامنه کوه ما می افتد.

ما همچنین شارژ را افزایش می دهیم و شلیک می کنیم. هسته در امتداد یک خط سیر ملایم پرواز می کند که به موازات سطح کره زمین پایین می آید. هسته دیگر نمی تواند به زمین بیفتد: با همان سرعتی که می افتد، زمین از زیر آن فرار می کند. و با توصیف حلقه در اطراف سیاره ما، هسته به نقطه عزیمت باز می گردد.

اسلحه را می توان در این فاصله برداشت. به هر حال، پرواز هسته در سراسر جهان بیش از یک ساعت طول خواهد کشید. و سپس هسته به سرعت از بالای کوه عبور می کند و به یک دایره جدید در اطراف زمین می رود. پاییز، اگر همانطور که توافق کردیم، هسته هیچ مقاومت هوایی را تجربه نکند، هرگز نخواهد توانست.

سرعت اصلی برای این باید نزدیک به 8 کیلومتر بر ثانیه باشد. و اگر سرعت پرواز هسته را افزایش دهید؟ ابتدا در یک قوس، ملایم تر از انحنای سطح زمین پرواز می کند و شروع به دور شدن از زمین می کند. در عین حال سرعت آن تحت تاثیر گرانش زمین کاهش می یابد.

و در نهایت، با چرخش به اطراف، شروع به سقوط به زمین می کند، اما از کنار آن عبور می کند و دیگر یک دایره را تکمیل نمی کند، بلکه یک بیضی است. هسته دقیقاً به همان روشی که زمین به دور خورشید حرکت می کند ، یعنی در امتداد یک بیضی که در یکی از کانون های آن مرکز سیاره ما قرار خواهد گرفت ، در اطراف زمین حرکت می کند.

اگر سرعت اولیه هسته را بیشتر افزایش دهیم، بیضی کشیده تر خواهد شد. می توان این بیضی را به گونه ای کشید که هسته به مدار ماه یا حتی بسیار دورتر از آن برسد. اما تا زمانی که سرعت اولیه این هسته از 11.2 کیلومتر بر ثانیه فراتر برود، ماهواره زمین باقی خواهد ماند.

این هسته که در هنگام شلیک سرعتی بیش از 11.2 کیلومتر بر ثانیه دریافت می کند، برای همیشه از زمین در امتداد یک مسیر سهموی پرواز می کند. اگر بیضی یک منحنی بسته باشد، سهمی منحنی است که دارای دو شاخه است که به سمت بی نهایت می رود. حرکت در امتداد یک بیضی، صرف نظر از اینکه چقدر کشیده باشد، ناگزیر به طور سیستماتیک به نقطه شروع باز خواهیم گشت. با حرکت در امتداد یک سهمی، هرگز به نقطه شروع باز نخواهیم گشت.

اما با ترک زمین با این سرعت، هسته هنوز نمی تواند تا بی نهایت پرواز کند. گرانش قدرتمند خورشید، مسیر پرواز خود را خم می کند، مانند مسیر یک سیاره به دور خود بسته می شود. هسته به خواهر زمین تبدیل خواهد شد، سیاره ای کوچک در خانواده سیارات خودمان.

برای هدایت هسته به خارج از منظومه سیاره ای، برای غلبه بر جاذبه خورشید، باید سرعت بیش از 16.7 کیلومتر بر ثانیه را به آن گفت و آن را طوری هدایت کرد که سرعت حرکت خود زمین به این سرعت اضافه شود. .

سرعت حدود 8 کیلومتر بر ثانیه (این سرعت به ارتفاع کوهی که تفنگ ما از آن شلیک می کند بستگی دارد) سرعت دایره ای نامیده می شود، سرعت های 8 تا 11.2 کیلومتر در ثانیه بیضوی، از 11.2 تا 16.7 کیلومتر در ثانیه سهمی است. و بالاتر از این تعداد - سرعت آزادسازی.

در اینجا باید اضافه کرد که مقادیر داده شده این سرعت ها فقط برای زمین معتبر است. اگر ما در مریخ زندگی می کردیم، رسیدن به سرعت دایره ای برای ما بسیار ساده تر بود - در آنجا فقط حدود 3.6 کیلومتر در ثانیه است و سرعت سهموی فقط کمی بیشتر از 5 کیلومتر در ثانیه است.

از سوی دیگر، ارسال هسته در یک پرواز فضایی از مشتری بسیار دشوارتر از زمین خواهد بود: سرعت دایره ای در این سیاره 42.2 کیلومتر در ثانیه و سرعت سهموی حتی 61.8 کیلومتر در ثانیه است!

ترک دنیای خود برای ساکنان خورشید بسیار دشوار خواهد بود (البته اگر چنین چیزی وجود داشته باشد). سرعت دایره ای این غول باید 437.6 باشد و سرعت جداسازی - 618.8 کیلومتر در ثانیه!

بنابراین نیوتن در پایان قرن هفدهم، صد سال قبل از اولین پرواز بالون هوای گرم که توسط برادران مونتگولفیر با هوای گرم پر شده بود، دویست سال قبل از اولین پروازهای هواپیمای برادران رایت، و تقریباً یک چهارم هزاره قبل از برخاستن اولین موشک های مایع، راه را برای ماهواره ها و سفینه های فضایی به آسمان نشان داد.

نیروی گرانش ذاتی در هر کره ای است

با استفاده از قانون جاذبهسیارات ناشناخته کشف شدند، فرضیه های کیهانی مبدأ منظومه شمسی ایجاد شد. نیروی اصلی طبیعت که ستارگان، سیارات، سیب‌های باغ و مولکول‌های گاز موجود در جو را کنترل می‌کند، کشف و به صورت ریاضی توصیف شده است.

اما مکانیسم گرانش جهانی را نمی دانیم. گرانش نیوتنی توضیح نمی دهد، اما به صورت بصری وضعیت فعلی حرکت سیاره را نشان می دهد.

ما نمی دانیم که چه چیزی باعث تعامل همه اجسام جهان می شود. و نمی توان گفت نیوتن به این دلیل علاقه ای نداشت. او سال‌ها در مورد مکانیسم احتمالی آن فکر می‌کرد.

به هر حال، این در واقع یک قدرت بسیار مرموز است. نیرویی که خود را در صدها میلیون کیلومتر فضا آشکار می کند و در نگاه اول عاری از هر گونه تشکیلات مادی است که با کمک آن می توان انتقال تعامل را توضیح داد.

فرضیه های نیوتن

و نیوتنمتوسل به فرضیهدر مورد وجود یک اتر خاص که ظاهراً کل جهان را پر می کند. در سال 1675، او جاذبه به زمین را با این واقعیت توضیح داد که اتری که کل جهان را پر می کند در جریان های پیوسته به مرکز زمین می رود و تمام اجسام را در این حرکت گرفته و نیروی گرانشی ایجاد می کند. همین جریان اتر به سمت خورشید می تازد و با کشیدن سیارات، دنباله دارها، مسیر بیضی شکل آنها را تضمین می کند...

این یک فرضیه خیلی قانع کننده نبود، اگرچه کاملاً از نظر ریاضی منطقی بود. اما اکنون، در سال 1679، نیوتن فرضیه جدیدی برای توضیح مکانیسم گرانش ایجاد کرد. این بار او به اتر خاصیت می بخشد که غلظت متفاوتی در نزدیکی سیارات و دور از آنها داشته باشد. هرچه از مرکز سیاره دورتر باشد، ظاهراً اتر متراکم تر است. و این خاصیت را دارد که تمام اجسام مادی را از لایه های متراکم ترشان به لایه هایی با چگالی کمتر فشرده کند. و تمام اجسام به سطح زمین فشرده می شوند.

در سال 1706، نیوتن به شدت وجود اتر را انکار کرد. در سال 1717 او دوباره به فرضیه فشردن اتر باز می گردد.

مغز مبتکر نیوتن بر سر راه حل این معمای بزرگ جنگید و آن را نیافت. این چنین پرتاب تیز از یک طرف به آن طرف را توضیح می دهد. نیوتن می گفت:

من فرضیه نمیزنم

و اگرچه، همانطور که ما فقط توانستیم تأیید کنیم، این کاملاً درست نیست، ما قطعاً می‌توانیم چیز دیگری را بیان کنیم: نیوتن توانست به وضوح چیزهایی را که غیرقابل انکار هستند از فرضیه‌های ناپایدار و بحث‌برانگیز تشخیص دهد. و در عناصر یک فرمول از قانون بزرگ وجود دارد، اما هیچ تلاشی برای توضیح مکانیسم آن وجود ندارد.
فیزیکدان بزرگ این معما را به مرد آینده وصیت کرد. او در سال 1727 درگذشت.
حتی امروز هم حل نشده است.

بحث در مورد ماهیت فیزیکی قانون نیوتن دو قرن طول کشید. و شاید این بحث به اصل قانون مربوط نمی شد، اگر او دقیقاً به همه سؤالاتی که از او می شد پاسخ می داد.

اما واقعیت این است که به مرور زمان مشخص شد که این قانون جهانی نیست. که مواردی وجود دارد که او نمی تواند این یا آن پدیده را توضیح دهد. بیایید مثال بزنیم.

نیروی گرانش در محاسبات سیلیگر

اولین مورد از اینها پارادوکس سیلیگر است. با در نظر گرفتن جهان بی نهایت و پر از ماده، سیلیگر تلاش کرد تا بر اساس قانون نیوتن، نیروی گرانشی جهانی ایجاد شده توسط کل جرم بی نهایت بزرگ جهان نامتناهی را در نقطه ای از آن محاسبه کند.

از نظر ریاضیات محض کار آسانی نبود. سیلیگر پس از غلبه بر تمام مشکلات پیچیده ترین دگرگونی ها دریافت که نیروی گرانش جهانی مورد نظر با شعاع کیهان متناسب است. و چون این شعاع برابر با بی نهایت است، پس نیروی گرانش باید بی نهایت زیاد باشد. با این حال، ما در عمل این را نمی بینیم. این بدان معناست که قانون گرانش جهانی برای کل جهان اعمال نمی شود.

با این حال، توضیحات دیگری برای پارادوکس نیز ممکن است. به عنوان مثال، می توان فرض کرد که ماده به طور یکنواخت کل جهان را پر نمی کند، اما چگالی آن به تدریج کاهش می یابد و در نهایت، در جایی بسیار دور، اصلاً ماده ای وجود ندارد. اما تصور چنین تصویری به معنای اعتراف به امکان وجود فضا بدون ماده است که به طور کلی پوچ است.

می توان فرض کرد که نیروی گرانش سریعتر از افزایش مربع فاصله ضعیف می شود. اما این موضوع هماهنگی شگفت انگیز قانون نیوتن را مورد تردید قرار می دهد. نه، و این توضیح دانشمندان را راضی نکرد. پارادوکس یک پارادوکس باقی ماند.

مشاهدات حرکت عطارد

واقعیت دیگر، عمل نیروی گرانش جهانی است که توسط قانون نیوتن توضیح داده نشده است مشاهده حرکت عطارد- نزدیکترین به سیاره محاسبات دقیق طبق قانون نیوتن نشان داد که پرهلیون - نقطه ای از بیضی که عطارد در امتداد آن به نزدیکترین فاصله به خورشید حرکت می کند - باید طی 100 سال 531 ثانیه قوسی جابجا شود.

و ستاره شناسان دریافته اند که این تغییر برابر با 573 ثانیه قوس است. این بیش از حد - 42 ثانیه قوس - نیز نمی تواند توسط دانشمندان، تنها با استفاده از فرمول های ناشی از قانون نیوتن توضیح داده شود.

او هم پارادوکس سیلیگر و هم جابجایی پرهلیون عطارد و بسیاری از پدیده های متناقض و حقایق غیرقابل توضیح دیگر را توضیح داد. آلبرت انیشتینیکی از بزرگترین، اگر نگوییم بزرگترین فیزیکدان تمام دوران. از جمله چیزهای کوچک آزاردهنده این سوال بود باد اثیری.

آزمایش های آلبرت مایکلسون

به نظر می رسید که این سؤال مستقیماً به مشکل گرانش مربوط نمی شود. او با اپتیک، به نور ارتباط داشت. به طور دقیق تر، به تعریف سرعت آن.

ستاره شناس دانمارکی اولین کسی بود که سرعت نور را تعیین کرد. اولاف ریمرتماشای کسوف قمرهای مشتری این در اوایل سال 1675 اتفاق افتاد.

فیزیکدان آمریکایی آلبرت مایکلسوندر پایان قرن هجدهم، او با استفاده از دستگاهی که طراحی کرده بود، یک سری از تعیین سرعت نور در شرایط زمینی را انجام داد.

او در سال 1927 سرعت نور را 299796 + 4 کیلومتر بر ثانیه داد که برای آن زمان ها دقت بسیار خوبی بود. اما اصل ماجرا متفاوت است. در سال 1880 او تصمیم گرفت در مورد باد اتری تحقیق کند. او می خواست در نهایت وجود همان اتری را ثابت کند که با حضور آن سعی کردند هم انتقال برهمکنش گرانشی و هم انتقال امواج نور را توضیح دهند.

مایکلسون احتمالاً برجسته ترین آزمایشگر زمان خود بود. او تجهیزات بسیار خوبی داشت. و تقریباً از موفقیت مطمئن بود.

جوهر تجربه

یک تجربهبه این شکل تصور شد زمین در مدار خود با سرعتی در حدود 30 کیلومتر بر ثانیه حرکت می کند.. در هوا حرکت می کند. این بدان معناست که سرعت نور از منبعی که نسبت به حرکت زمین جلوتر از گیرنده است باید بیشتر از منبعی باشد که در طرف دیگر قرار دارد. در حالت اول، سرعت باد اثیری باید به سرعت نور اضافه شود، در حالت دوم، سرعت نور باید به این مقدار کاهش یابد.

شاید نمی خواست صریح باشد، شاید می خواست از شر همکار مزاحم خلاص شود. اما تصور این که ایده انیشتین در مورد ارتباط بین زمان، مکان و سرعت ذاتی بوده دشوار است.

نه، البته در ابتدا یک قوز وجود داشت که مانند رعد و برق بود. سپس توسعه آغاز شد. نه، هیچ تناقضی با پدیده های شناخته شده وجود ندارد. و سپس آن پنج صفحه پر از فرمول ظاهر شد که در یک مجله فیزیکی منتشر شد. صفحاتی که عصر جدیدی را در فیزیک گشودند.

تصور کنید یک سفینه فضایی در فضا پرواز می کند. ما فوراً به شما هشدار می دهیم: کشتی فضایی بسیار عجیب و غریب است، نوعی که در داستان های علمی تخیلی درباره آن نخوانده اید. طول آن 300 هزار کیلومتر است و سرعت آن، خوب، فرض کنید، 240 هزار کیلومتر در ثانیه است. و این سفینه فضایی از کنار یکی از سکوهای میانی در فضا عبور می کند، بدون اینکه در آن توقف کند. در نهایت سرعت.

یکی از مسافران با ساعت روی عرشه کشتی ستاره ای ایستاده است. و من و تو، خواننده، روی یک سکو ایستاده ایم - طول آن باید به اندازه یک کشتی فضایی باشد، یعنی 300 هزار کیلومتر، در غیر این صورت نمی تواند به آن بچسبد. و یک ساعت هم در دست داریم.

متوجه می‌شویم که در لحظه‌ای که کمان سفینه فضایی به لبه پشتی سکوی ما رسید، یک فانوس بر روی آن چشمک زد و فضای اطراف آن را روشن کرد. یک ثانیه بعد، یک پرتو نور به لبه جلوی سکوی ما رسید. ما در این شکی نداریم، زیرا سرعت نور را می دانیم و دقیقاً لحظه مربوطه را در ساعت مشخص کرده ایم. و در یک کشتی فضایی...

اما کشتی فضایی نیز به سمت پرتو نور پرواز کرد. و ما کاملاً دیدیم که نور در لحظه‌ای که نزدیک به وسط سکو بود، قسمت انتهایی خود را روشن کرد. قطعاً دیدیم که پرتو نور 300 هزار کیلومتر از کمان تا عقب کشتی را پوشش نمی دهد.

اما مسافران روی عرشه کشتی فضایی از چیز دیگری مطمئن هستند. آنها مطمئن هستند که پرتو آنها تمام مسافت 300 هزار کیلومتری از کمان تا عقب را پوشش داده است. بالاخره یک ثانیه کامل را صرف آن کرد. آنها نیز کاملاً دقیق آن را روی ساعتهای خود ثبت کردند. و چگونه می تواند غیر از این باشد: از این گذشته ، سرعت نور به سرعت منبع بستگی ندارد ...

چطور؟ ما یک چیز را از یک سکوی ثابت می بینیم و چیز دیگری را به آنها روی عرشه یک کشتی ستاره ای می بینیم؟ موضوع چیه؟

نظریه نسبیت انیشتین

فوراً باید توجه داشت: نظریه نسبیت انیشتیندر نگاه اول، کاملاً در تضاد با ایده تثبیت شده ما از ساختار جهان است. می توان گفت که با عقل سلیم نیز در تضاد است، همانطور که ما به ارائه آن عادت کرده ایم. این امر بارها در تاریخ علم اتفاق افتاده است.

اما کشف کروی بودن زمین برخلاف عقل سلیم بود. مردم چگونه می توانند در طرف مقابل زندگی کنند و به ورطه سقوط نکنند؟

برای ما کروی بودن زمین یک واقعیت غیرقابل شک است و از نظر عقل سلیم هر فرض دیگری بی معنی و وحشی است. اما از زمان خود عقب نشینی کنید، اولین ظهور این ایده را تصور کنید، و خواهید فهمید که پذیرش آن چقدر دشوار است.

خوب، آیا اعتراف به این که زمین بی حرکت نیست، اما ده ها بار سریعتر از یک گلوله توپ در طول مسیر خود پرواز می کند آسان تر بود؟

همه اینها خرابه های عقل سلیم بود. بنابراین، فیزیکدانان مدرن هرگز به آن اشاره نمی کنند.

اکنون به نظریه نسبیت خاص برگردیم. جهان او را برای اولین بار در سال 1905 از طریق مقاله ای که با نام کمی شناخته شده - آلبرت انیشتین امضا شده بود، شناخت. و او در آن زمان تنها 26 سال داشت.

انیشتین از این پارادوکس یک فرض بسیار ساده و منطقی کرد: از دید یک ناظر روی سکو، زمان کمتری از اندازه‌گیری ساعت مچی شما در یک ماشین در حال حرکت گذشته است. در خودرو سرعت گذر زمان نسبت به زمان روی سکوی ثابت کاهش یافته است.

چیزهای کاملاً شگفت انگیزی به طور منطقی از این فرض حاصل شد. معلوم شد فردی که با تراموا به سر کار می رود، در مقایسه با عابر پیاده ای که به همین سمت می رود، نه تنها به دلیل سرعت در زمان صرفه جویی می کند، بلکه کندتر نیز برای او پیش می رود.

با این حال، سعی نکنید جوانی ابدی را از این طریق حفظ کنید: حتی اگر راننده کالسکه شوید و یک سوم عمر خود را در تراموا بگذرانید، در 30 سال به سختی بیش از یک میلیونیم ثانیه به دست خواهید آورد. برای اینکه افزایش زمان قابل توجه باشد، باید با سرعت نزدیک به سرعت نور حرکت کرد.

معلوم می شود که افزایش سرعت اجسام در جرم آنها منعکس می شود. هر چه سرعت جسم به سرعت نور نزدیکتر باشد، جرم آن بیشتر است. با سرعت یک جسم برابر با سرعت نور، جرم آن برابر با بی نهایت است، یعنی از جرم زمین، خورشید، کهکشان، کل جهان ما بیشتر است... این چند جرم است. را می توان در یک سنگفرش ساده متمرکز کرد و سرعت آن را افزایش داد
سوتا!

این محدودیتی را تحمیل می کند که به هیچ جسم مادی اجازه نمی دهد سرعتی برابر با سرعت نور ایجاد کند. از این گذشته، با رشد توده، پراکندگی آن دشوارتر و دشوارتر می شود. و جرم نامتناهی را نمی توان با هیچ نیرویی حرکت داد.

با این حال، طبیعت یک استثنا بسیار مهم از این قانون برای یک کلاس کامل از ذرات قرار داده است. مثلا برای فوتون ها. آنها می توانند با سرعت نور حرکت کنند. به عبارت دقیق تر، آنها نمی توانند با سرعت دیگری حرکت کنند. تصور یک فوتون بی حرکت غیرممکن است.

وقتی ساکن باشد، جرم ندارد. همچنین، نوترینوها جرم استراحت ندارند و همچنین محکوم به یک پرواز بی بند و بار ابدی در فضا با حداکثر سرعت ممکن در جهان ما هستند، بدون اینکه از نور سبقت بگیرند و با آن همگام شوند.

آیا این درست نیست که هر یک از پیامدهای نظریه نسبیت خاص که توسط ما فهرست شده است تعجب آور، متناقض است! و هر کدام البته بر خلاف «عقل سلیم» است!

اما نکته جالب اینجاست: نه در شکل عینی آن، بلکه به عنوان یک موضع فلسفی گسترده، همه این پیامدهای شگفت انگیز توسط بنیانگذاران ماتریالیسم دیالکتیکی پیش بینی شده بود. این مفاهیم چه می گویند؟ درباره اتصالاتی که انرژی و جرم، جرم و سرعت، سرعت و زمان، سرعت و طول یک جسم متحرک را به هم متصل می‌کنند…

کشف وابستگی متقابل انیشتین، مانند سیمان (بیشتر:)، اتصال آرماتورها یا سنگ‌های بنیاد، چیزها و پدیده‌هایی را که قبلاً مستقل از یکدیگر به نظر می‌رسیدند را به هم متصل کرد و پایه‌ای را ایجاد کرد که برای اولین بار در تاریخ علم بر روی آن قرار گرفت. امکان ساخت یک ساختمان هماهنگ این ساختمان نمایشی از نحوه عملکرد جهان ما است.

اما ابتدا، حداقل چند کلمه در مورد نظریه نسبیت عام، که همچنین توسط آلبرت انیشتین ایجاد شده است.

اما یک احساس چیزی را ثابت نمی کند. از این گذشته ، احساسات سعی می کنند ما را متقاعد کنند که خورشید در آسمان در اطراف زمین بی حرکت حرکت می کند ، که همه ستارگان و سیارات در یک فاصله از ما ، در فلک و غیره قرار دارند.

دانشمندان احساسات را در معرض تأیید تجربی قرار دادند. حتی نیوتن به هویت عجیب این دو پدیده فکر کرد. او سعی کرد به آنها ویژگی های عددی بدهد. با اندازه گیری گرانش و , او متقاعد شد که مقادیر آنها همیشه به شدت با یکدیگر برابر است.

پاندول های کارخانه آزمایشی را از هر ماده ای ساخته بود: از نقره، سرب، شیشه، نمک، چوب، آب، طلا، ماسه، گندم. نتیجه همان شد.

اصل هم ارزیکه در مورد آن صحبت می کنیم، اساس نظریه نسبیت عام است، اگرچه تفسیر مدرن نظریه دیگر نیازی به این اصل ندارد. با حذف استنتاجات ریاضی حاصل از این اصل، اجازه دهید مستقیماً به برخی از پیامدهای نظریه نسبیت عام بپردازیم.

وجود توده های بزرگ ماده بر فضای اطراف تأثیر زیادی می گذارد. منجر به چنین تغییراتی در آن می شود که می توان آن را ناهمگونی فضا تعریف کرد. این ناهمگونی ها حرکت هر توده ای را که به جسم جذب کننده نزدیک است هدایت می کند.

معمولاً به چنین قیاسی متوسل می شوند. یک بوم را تصور کنید که محکم روی یک قاب موازی با سطح زمین کشیده شده است. وزنه سنگینی روی آن بیاندازید. این توده جذاب بزرگ ما خواهد بود. او، البته، بوم را خم می کند و در یک فرورفتگی قرار می گیرد. حالا توپ را طوری روی این بوم بغلتانید که قسمتی از مسیر آن در کنار جرم جذب کننده قرار گیرد. بسته به نحوه پرتاب توپ، سه گزینه ممکن است.

1. توپ به اندازه کافی از شکاف ایجاد شده در اثر انحراف بوم پرواز می کند و حرکت خود را تغییر نمی دهد.
2. توپ شکاف را لمس می کند و خطوط حرکت آن به سمت جرم جذب کننده خم می شود.
3. توپ در این سوراخ می افتد، نمی تواند از آن خارج شود و یک یا دو چرخش در اطراف جرم گرانشی انجام می دهد.

آیا این درست نیست که گزینه سوم بسیار زیبا از گرفتن یک ستاره یا سیاره از یک جسم خارجی که بدون دقت به میدان جاذبه آنها پرواز می کند، مدل می کند؟

و حالت دوم خم شدن مسیر جسمی است که با سرعتی بیشتر از سرعت گرفتن ممکن پرواز می کند! مورد اول شبیه به پرواز خارج از محدوده عملی میدان گرانشی است. بله، عملی است، زیرا از نظر تئوری میدان گرانشی نامحدود است.

البته، این یک قیاس بسیار دور است، در درجه اول به این دلیل که هیچ کس واقعاً نمی تواند انحراف فضای سه بعدی ما را تصور کند. معنای فیزیکی این انحراف یا خمیدگی، همانطور که اغلب می گویند، چیست، هیچ کس نمی داند.

از نظریه نسبیت عام چنین برمی‌آید که هر جسم مادی فقط در امتداد خطوط منحنی می‌تواند در میدان گرانشی حرکت کند. فقط در موارد خاص، منحنی به یک خط مستقیم تبدیل می شود.

پرتو نور نیز از این قاعده پیروی می کند. از این گذشته ، از فوتون هایی تشکیل شده است که جرم خاصی در حال پرواز دارند. و میدان گرانشی تأثیر خود را بر روی آن و همچنین روی یک مولکول، یک سیارک یا یک سیاره دارد.

نتیجه مهم دیگر این است که میدان گرانشی مسیر زمان را نیز تغییر می دهد. در نزدیکی یک جرم بزرگ جذب کننده، در یک میدان گرانشی قوی ایجاد شده توسط آن، گذر زمان باید کندتر از دور شدن از آن باشد.

می بینید، و نظریه نسبیت عام مملو از نتیجه گیری های متناقض است که می تواند بارها و بارها ایده های ما را از «عقل سلیم» زیر و رو کند!

فروپاشی گرانشی

بیایید در مورد یک پدیده شگفت انگیز از طبیعت کیهانی - در مورد فروپاشی گرانشی (فشرده سازی فاجعه بار) صحبت کنیم. این پدیده در تجمعات غول پیکر ماده رخ می دهد، جایی که نیروهای گرانشی به قدر عظیمی می رسند که هیچ نیروی دیگری در طبیعت نمی تواند در برابر آنها مقاومت کند.

فرمول معروف نیوتن را به خاطر بسپارید: هر چه نیروی گرانش بیشتر باشد، مجذور فاصله بین اجسام گرانشی کوچکتر است. بنابراین، هرچه تشکیل ماده متراکم تر شود، اندازه آن کوچکتر شود، نیروهای گرانشی سریعتر افزایش یابد، آغوش مخرب آنها اجتناب ناپذیرتر است.

یک تکنیک حیله گر وجود دارد که به وسیله آن طبیعت با فشرده سازی به ظاهر بی حد و حصر ماده مبارزه می کند. برای انجام این کار، جریان زمان را در حوزه عمل نیروهای گرانشی فوق‌غول متوقف می‌کند و توده‌های ماده در غل و زنجیر، همانطور که گفته می‌شود، از کیهان ما منجمد شده‌اند و در رویای بی‌حالی عجیبی منجمد شده‌اند.

اولین مورد از این "سیاهچاله" کیهان احتمالا قبلاً کشف شده است. طبق فرض دانشمندان شوروی O.Kh. Huseynov و A. Sh. Novruzova، این دلتای Gemini است - یک ستاره دوگانه با یک جزء نامرئی.

جرم جزء مرئی 1.8 خورشیدی است و "شریک" نامرئی آن طبق محاسبات باید چهار برابر جرم مرئی باشد. اما هیچ اثری از آن وجود ندارد: دیدن شگفت انگیزترین خلقت طبیعت، "سیاه چاله" غیرممکن است.

دانشمند شوروی، پروفسور K.P. Stanyukovich، همانطور که می گویند، "روی یک قلم"، از طریق ساختارهای نظری صرف نشان داد که ذرات "ماده یخ زده" می توانند از نظر اندازه بسیار متنوع باشند.

• شکل‌گیری‌های غول‌پیکر آن ممکن است، شبیه به اختروش‌ها، که به‌طور پیوسته به اندازه تابش تمام 100 میلیارد ستاره کهکشان ما انرژی تابش می‌کنند.
• توده های بسیار ساده تری امکان پذیر است که تنها برابر با چند جرم خورشیدی است. هم آن اشیاء و هم سایر اشیاء می توانند خود از ماده معمولی ناشی شوند، نه ماده «خوابیده».
• و تشکیل یک کلاس کاملاً متفاوت امکان پذیر است، متناسب با جرم با ذرات بنیادی.

برای به وجود آمدن آنها، لازم است ابتدا موضوعی را که باعث می شود آنها را تحت فشار عظیم قرار دهیم و آن را به محدوده های کره شوارتزشیلد سوق دهیم - کره ای که زمان برای یک ناظر خارجی کاملاً متوقف می شود. و حتی اگر پس از آن حتی فشار برداشته شود، ذراتی که زمان برای آنها متوقف شده است مستقل از جهان ما به وجود خود ادامه می دهند.

پلانکون ها

پلانکئون ها دسته بسیار خاصی از ذرات هستند. به گفته K.P. Stanyukovich، آنها دارای یک ویژگی بسیار جالب هستند: آنها ماده را به شکلی بدون تغییر در خود حمل می کنند، مانند میلیون ها و میلیاردها سال پیش. با نگاهی به داخل پلانکئون، می‌توانیم ماده را همانطور که در زمان تولد کیهان ما بود، ببینیم. بر اساس محاسبات نظری، حدود 1080 پلانکئون در کیهان وجود دارد، تقریباً یک پلانکئون در مکعبی از فضا با ضلع 10 سانتی متری. به هر حال، همزمان با استانیوکوویچ و (صرف نظر از او، فرضیه پلانکئون ها توسط آکادمیک M.A. Markov مطرح شد. فقط مارکوف نام دیگری را به آنها داد - maximons.

از خواص ویژه پلانکئون ها نیز می توان برای توضیح تغییرات گاهی متناقض ذرات بنیادی استفاده کرد. مشخص است که وقتی دو ذره با هم برخورد می کنند، قطعات هرگز تشکیل نمی شوند، اما ذرات بنیادی دیگری به وجود می آیند. این واقعاً شگفت‌انگیز است: در دنیای معمولی، شکستن یک گلدان، هرگز فنجان کامل یا حتی گل رز بدست نمی‌آوریم. اما فرض کنید که در اعماق هر ذره بنیادی یک پلانکئون، یک یا چند و گاهی اوقات تعداد زیادی پلانکئون وجود دارد.

در لحظه برخورد ذرات، "کیسه" محکم بسته شده پلانکئون کمی باز می شود، برخی از ذرات در آن "می افتند" و به جای "پرش" آنهایی که ما فکر می کنیم در هنگام برخورد بوجود آمده اند. در همان زمان، پلانکئون، به عنوان یک حسابدار کوشا، تمام "قوانین حفاظت" اتخاذ شده در دنیای ذرات بنیادی را تضمین می کند.
خوب، مکانیسم گرانش جهانی چه ربطی به آن دارد؟

"مسئول" گرانش، طبق فرضیه K. P. Stanyukovich، ذرات ریز، به اصطلاح گراویتون ها هستند که به طور مداوم توسط ذرات بنیادی ساطع می شوند. گراویتون ها به همان اندازه کوچکتر از دومی هستند، همانطور که ذره ای از غبار که در یک پرتو خورشید می رقصد کوچکتر از کره زمین است.

تابش گراویتون ها از تعدادی قانون پیروی می کند. به طور خاص، آنها راحت تر به آن منطقه از فضا پرواز می کنند. که حاوی گراویتون های کمتری است. این بدان معنی است که اگر دو جرم آسمانی در فضا وجود داشته باشد، هر دو گراویتون عمدتاً "به سمت بیرون" در جهت مخالف یکدیگر تابش خواهند کرد. این یک انگیزه ایجاد می کند که باعث می شود بدن ها به یکدیگر نزدیک شوند و یکدیگر را جذب کنند.

گراویتون ها با ترک ذرات بنیادی خود، بخشی از جرم را با خود می برند. مهم نیست که چقدر کوچک هستند، از دست دادن جرم نمی تواند با گذشت زمان قابل توجه باشد. اما زمان به طرز غیر قابل تصوری عظیم است. حدود 100 میلیارد سال طول می کشد تا تمام مواد موجود در جهان به یک میدان گرانشی تبدیل شوند.