Non seulement le plus mystérieux forces de la nature mais aussi le plus puissant.
L'homme sur le chemin du progrès
Historiquement, il a été Humain au fur et à mesure que vous avancez chemins de progrès maîtrisé les forces de plus en plus puissantes de la nature. Il a commencé alors qu'il n'avait rien d'autre qu'un bâton dans le poing et sa propre force physique.
Mais il était sage, et il a mis la force physique des animaux à son service, les rendant domestiques. Le cheval accélérait sa course, le chameau rendait le désert praticable, l'éléphant la jungle marécageuse. Mais les forces physiques des animaux, même les plus forts, sont incommensurablement petites comparées aux forces de la nature.
La première personne a subjugué l'élément feu, mais seulement dans ses versions les plus affaiblies. Au départ - pendant de nombreux siècles - il n'utilisait que du bois comme combustible - un type de combustible à très faible intensité énergétique. Un peu plus tard, il a appris à utiliser l'énergie éolienne à partir de cette source d'énergie, un homme a levé l'aile blanche de la voile dans les airs - et un navire léger a volé comme un oiseau au-dessus des vagues.
Voilier sur les flots
Il a exposé les pales du moulin à vent aux rafales de vent - et les lourdes pierres des meules ont tourné, les pilons des gruaux ont secoué. Mais il est clair pour tout le monde que l'énergie des jets d'air est loin d'être concentrée. De plus, la voile et le moulin à vent avaient peur des coups de vent : la tempête a déchiré les voiles et coulé les navires, la tempête a brisé les ailes et renversé les moulins.
Même plus tard, l'homme a commencé à conquérir l'eau qui coule. La roue est non seulement le plus primitif des dispositifs capables de convertir l'énergie de l'eau en mouvement de rotation, mais aussi le plus sous-alimenté par rapport à d'autres.
L'homme avançait sur l'échelle du progrès et avait besoin de plus en plus d'énergie.
Il a commencé à utiliser de nouveaux types de combustibles - déjà la transition vers la combustion du charbon a augmenté l'intensité énergétique d'un kilogramme de combustible de 2500 kcal à 7000 kcal - presque trois fois. Puis vint le temps du pétrole et du gaz. Encore une fois, le contenu énergétique de chaque kilogramme de combustibles fossiles a augmenté d'une fois et demie à deux fois.
Les machines à vapeur ont été remplacées par des turbines à vapeur ; les roues du moulin ont été remplacées par des turbines hydrauliques. Puis l'homme tendit la main vers l'atome d'uranium fissile. Cependant, la première utilisation d'un nouveau type d'énergie a eu des conséquences tragiques - la flamme nucléaire d'Hiroshima en 1945 a incinéré 70 000 cœurs humains en quelques minutes.
En 1954, la première centrale nucléaire soviétique au monde est entrée en service, transformant la puissance de l'uranium en puissance rayonnante du courant électrique. Et il convient de noter qu'un kilogramme d'uranium contient deux millions de fois plus d'énergie qu'un kilogramme du meilleur pétrole.
C'était un feu fondamentalement nouveau, que l'on pourrait qualifier de physique, car ce sont des physiciens qui ont étudié les processus conduisant à la naissance de ces quantités fabuleuses d'énergie.
L'uranium n'est pas le seul combustible nucléaire. Un type de carburant plus puissant est déjà utilisé - les isotopes de l'hydrogène.
Malheureusement, l'homme n'a pas encore réussi à maîtriser la flamme nucléaire hydrogène-hélium. Il sait comment allumer momentanément son feu brûlant, mettant le feu à la réaction d'une bombe à hydrogène avec un éclair d'explosion d'uranium. Mais de plus en plus près, les scientifiques voient un réacteur à hydrogène, qui générera un courant électrique à la suite de la fusion de noyaux d'isotopes d'hydrogène en noyaux d'hélium.
Encore une fois, la quantité d'énergie qu'une personne peut tirer de chaque kilogramme de carburant sera presque décuplé. Mais cette étape sera-t-elle la dernière dans l'histoire à venir du pouvoir humain sur les forces de la nature ?
Pas! Ahead - la maîtrise de la forme d'énergie gravitationnelle. Elle est encore plus prudemment emballée par nature que même l'énergie de la fusion hydrogène-hélium. Aujourd'hui, c'est la forme d'énergie la plus concentrée qu'une personne puisse même deviner.
Rien de plus n'est encore visible là-bas, au-delà de la pointe de la science. Et bien que nous puissions dire avec confiance que les centrales électriques fonctionneront pour une personne, transformant l'énergie gravitationnelle en courant électrique (ou peut-être en un flux de gaz sortant d'une tuyère de moteur à réaction, ou en la transformation planifiée des atomes omniprésents de silicium et d'oxygène en atomes de métaux ultra-rares), on ne peut encore rien dire sur les détails d'une telle centrale (moteur-fusée, réacteur physique).
La force de gravitation universelle à l'origine de la naissance des galaxies
La force de gravitation universelle est à l'origine de la naissance des galaxies de la matière préstellaire, comme en est convaincu l'académicien V.A. Ambartsumyan. Il éteint également les étoiles qui ont brûlé leur temps, ayant dépensé le carburant stellaire qui leur a été attribué à la naissance.
Oui, regardez autour de vous : tout sur Terre est largement contrôlé par cette force.
C'est elle qui détermine la structure en couches de notre planète - l'alternance de la lithosphère, de l'hydrosphère et de l'atmosphère. C'est elle qui garde une épaisse couche de gaz de l'air, au fond de laquelle et grâce à laquelle nous existons tous.
S'il n'y avait pas de gravité, la Terre sortirait immédiatement de son orbite autour du Soleil et le globe lui-même s'effondrerait, déchiré par les forces centrifuges. Il est difficile de trouver quoi que ce soit qui ne soit, à un degré ou à un autre, dépendant de la force de gravitation universelle.
Bien sûr, les anciens philosophes, gens très observateurs, ne pouvaient manquer de remarquer qu'une pierre lancée vers le haut revient toujours. Platon au IVe siècle av. J.-C. l'a expliqué par le fait que toutes les substances de l'univers tendent là où se concentrent la plupart des substances similaires : une pierre lancée tombe au sol ou va au fond, l'eau déversée s'infiltre dans l'étang le plus proche ou dans une rivière qui se dirige vers la mer, la fumée d'un incendie se précipite vers ses nuages apparentés.
Un étudiant de Platon, Aristote, a précisé que tous les corps ont des propriétés particulières de lourdeur et de légèreté. Les corps lourds - pierres, métaux - se précipitent vers le centre de l'univers, la lumière - feu, fumée, vapeurs - vers la périphérie. Cette hypothèse, qui explique certains des phénomènes associés à la force de gravitation universelle, existe depuis plus de 2 mille ans.
Scientifiques sur la force de gravité
Probablement le premier à soulever la question de la force de la gravité vraiment scientifique, était le génie de la Renaissance - Léonard de Vinci. Léonard a proclamé que la gravitation n'est pas seulement caractéristique de la Terre, qu'il existe de nombreux centres de gravité. Et il a également suggéré que la force de gravité dépend de la distance au centre de gravité.
Les travaux de Copernic, Galilée, Kepler, Robert Hooke se sont rapprochés de plus en plus de l'idée de la loi de la gravitation universelle, mais dans sa formulation finale cette loi est à jamais associée au nom d'Isaac Newton.
Isaac Newton sur la force de gravité
Né le 4 janvier 1643. Il est diplômé de l'Université de Cambridge, est devenu un baccalauréat, puis - une maîtrise en sciences.
Isaac Newton Tout ce qui suit est une richesse inépuisable de travaux scientifiques. Mais son ouvrage principal est les "Principes mathématiques de la philosophie naturelle", publiés en 1687 et généralement appelés simplement "Beginnings". C'est en eux que se formule le grand. Probablement tout le monde se souvient de lui depuis le lycée.
Tous les corps sont attirés les uns vers les autres avec une force qui est directement proportionnelle au produit des masses de ces corps et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare...
Certaines dispositions de cette formulation pouvaient être anticipées par les prédécesseurs de Newton, mais elle n'a encore été donnée à personne dans son intégralité. Le génie de Newton a été nécessaire pour assembler ces fragments en un seul ensemble afin de répandre l'attraction de la Terre sur la Lune et le Soleil - sur l'ensemble du système planétaire.
De la loi de la gravitation universelle, Newton a dérivé toutes les lois du mouvement des planètes, découvertes auparavant par Kepler. Ils n'en étaient que les conséquences. De plus, Newton a montré que non seulement les lois de Kepler, mais aussi les écarts par rapport à ces lois (dans le monde de trois corps ou plus) sont le résultat de la gravitation universelle... Ce fut un grand triomphe de la science.
Il semblait que la force principale de la nature, qui déplace les mondes, était enfin découverte et décrite mathématiquement, la force à laquelle les molécules d'air, les pommes et le soleil sont soumis. Géant, incommensurablement immense fut le pas franchi par Newton.
Le premier vulgarisateur des travaux d'un brillant scientifique, l'écrivain français François Marie Arouet, mondialement connu sous le pseudonyme de Voltaire, a déclaré que Newton avait soudainement deviné l'existence d'une loi portant son nom en regardant une pomme qui tombait.
Newton lui-même n'a jamais mentionné cette pomme. Et cela ne vaut guère la peine de s'attarder aujourd'hui sur la réfutation de cette belle légende. Et, apparemment, Newton en est venu à comprendre la grande puissance de la nature par un raisonnement logique. Il est probable qu'il ait été inclus dans le chapitre correspondant des "Débuts".
La force de gravité affecte le vol du noyau
Supposons que sur une très haute montagne, si haute que son sommet soit déjà hors de l'atmosphère, nous ayons dressé une gigantesque pièce d'artillerie. Son canon était placé strictement parallèlement à la surface du globe et tiré. Description de l'arc le noyau tombe au sol.
Nous augmentons la charge, améliorons la qualité de la poudre à canon, d'une manière ou d'une autre, nous faisons bouger le noyau à une vitesse plus élevée après le prochain tir. L'arc décrit par le noyau devient plus plat. Le noyau tombe beaucoup plus loin du pied de notre montagne.
Nous augmentons également la charge et tirons. Le noyau vole le long d'une trajectoire si douce qu'il descend parallèlement à la surface du globe. Le noyau ne peut plus tomber sur la Terre : avec la même vitesse à laquelle il tombe, la Terre s'échappe de dessous. Et, après avoir décrit l'anneau autour de notre planète, le noyau revient au point de départ.
Le pistolet peut être retiré entre-temps. Après tout, le vol du noyau autour du globe prendra plus d'une heure. Et puis le noyau balayera rapidement le sommet de la montagne et ira dans un nouveau cercle autour de la Terre. Chute, si, comme nous en avons convenu, le noyau ne subit aucune résistance à l'air, il ne pourra jamais le faire.
La vitesse de base pour cela devrait être proche de 8 km/sec. Et si vous augmentiez la vitesse de vol du noyau ? Il volera d'abord en arc de cercle, plus doux que la courbure de la surface terrestre, et commencera à s'éloigner de la Terre. Dans le même temps, sa vitesse sous l'influence de la gravité terrestre diminuera.
Et, enfin, en se retournant, il commencera, pour ainsi dire, à retomber sur la Terre, mais il passera devant elle et ne fera plus un cercle, mais une ellipse. Le noyau se déplacera autour de la Terre exactement de la même manière que la Terre se déplace autour du Soleil, à savoir le long d'une ellipse, dans l'un des foyers de laquelle se situera le centre de notre planète.
Si nous augmentons encore la vitesse initiale du noyau, l'ellipse se révélera plus étirée. Il est possible d'étirer cette ellipse de manière à ce que le noyau atteigne l'orbite lunaire ou même beaucoup plus loin. Mais tant que la vitesse initiale de ce noyau ne dépassera pas 11,2 km/s, il restera un satellite de la Terre.
Le noyau, qui a reçu une vitesse de plus de 11,2 km / s lors du tir, s'envolera à jamais de la Terre le long d'une trajectoire parabolique. Si une ellipse est une courbe fermée, alors une parabole est une courbe qui a deux branches allant vers l'infini. En se déplaçant le long d'une ellipse, aussi allongée soit-elle, on reviendra inévitablement systématiquement au point de départ. En se déplaçant le long d'une parabole, nous ne reviendrons jamais au point de départ.
Mais, ayant quitté la Terre à cette vitesse, le noyau ne pourra pas encore voler à l'infini. La puissante gravitation du Soleil va courber la trajectoire de son vol, se refermer sur lui-même comme la trajectoire d'une planète. Le noyau deviendra la sœur de la Terre, une petite planète dans notre propre famille de planètes.
Afin d'orienter le noyau hors du système planétaire, pour vaincre l'attraction solaire, il faut lui indiquer une vitesse supérieure à 16,7 km/s, et l'orienter de manière à ce que la vitesse du mouvement propre de la Terre s'ajoute à cette vitesse .
Une vitesse d'environ 8 km/s (cette vitesse dépend de la hauteur de la montagne d'où notre canon tire) est appelée vitesse circulaire, les vitesses de 8 à 11,2 km/s sont elliptiques, de 11,2 à 16,7 km/s sont paraboliques, et au-dessus de ce nombre - des vitesses libératrices.
Ici, il convient d'ajouter que les valeurs données de ces vitesses ne sont valables que pour la Terre. Si nous vivions sur Mars, la vitesse circulaire serait beaucoup plus facile à atteindre - elle n'est que d'environ 3,6 km / s là-bas et la vitesse parabolique n'est que légèrement supérieure à 5 km / s.
En revanche, il serait bien plus difficile d'envoyer le noyau en vol spatial depuis Jupiter que depuis la Terre : la vitesse circulaire sur cette planète est de 42,2 km/s, et la vitesse parabolique est même de 61,8 km/s !
Il serait très difficile pour les habitants du Soleil de quitter leur monde (si, bien sûr, cela pouvait exister). La vitesse circulaire de ce géant devrait être de 437,6 et la vitesse de séparation - 618,8 km / s!
Ainsi Newton à la fin du XVIIe siècle, cent ans avant le premier vol de la montgolfière gonflée d'air chaud par les frères Montgolfier, deux cents ans avant les premiers vols de l'avion des frères Wright, et près d'un quart d'un millénaire avant le décollage des premières fusées à liquide, a ouvert la voie vers le ciel pour les satellites et les vaisseaux spatiaux.
La force de gravité est inhérente à chaque sphère
En utilisant la loi de la gravité des planètes inconnues ont été découvertes, des hypothèses cosmogoniques sur l'origine du système solaire ont été créées. La principale force de la nature, qui contrôle les étoiles, les planètes, les pommes dans le jardin et les molécules de gaz dans l'atmosphère, a été découverte et décrite mathématiquement.
Mais nous ne connaissons pas le mécanisme de la gravitation universelle. La gravitation newtonienne n'explique pas, mais représente visuellement l'état actuel du mouvement planétaire.
Nous ne savons pas ce qui cause l'interaction de tous les corps de l'Univers. Et on ne peut pas dire que Newton n'était pas intéressé par cette raison. Pendant de nombreuses années, il a réfléchi à son mécanisme possible.
Soit dit en passant, c'est en effet un pouvoir extrêmement mystérieux. Une force qui se manifeste à travers des centaines de millions de kilomètres d'espace, dépourvus de toute formation matérielle à première vue, à l'aide desquels on pourrait expliquer le transfert d'interaction.
Les hypothèses de Newton
Et Newton eu recours à hypothèse sur l'existence d'un certain éther qui remplit prétendument l'univers entier. En 1675, il expliqua l'attraction de la Terre par le fait que l'éther remplissant tout l'Univers se précipite vers le centre de la Terre en flots continus, capturant tous les objets dans ce mouvement et créant une force gravitationnelle. Le même flux d'éther se précipite vers le Soleil et, entraînant les planètes, les comètes, assure leurs trajectoires elliptiques...
Ce n'était pas une hypothèse très convaincante, bien qu'absolument mathématiquement logique. Mais maintenant, en 1679, Newton a créé une nouvelle hypothèse expliquant le mécanisme de la gravité. Cette fois, il dote l'éther de la propriété d'avoir une concentration différente près des planètes et loin d'elles. Plus on s'éloigne du centre de la planète, plus l'éther est censé être dense. Et il a la propriété de presser tous les corps matériels de leurs couches les plus denses vers des couches moins denses. Et tous les corps sont pressés à la surface de la Terre.
En 1706, Newton nie catégoriquement l'existence même de l'éther. En 1717, il revient à nouveau sur l'hypothèse de l'extraction de l'éther.
L'ingénieux cerveau de Newton s'est disputé la solution du grand mystère et ne l'a pas trouvée. Cela explique un lancer si net d'un côté à l'autre. Newton disait :
Je ne fais pas d'hypothèses.
Et bien que, comme nous n'avons pu que le vérifier, cela ne soit pas tout à fait vrai, nous pouvons certainement affirmer autre chose : Newton a pu clairement distinguer les choses indiscutables des hypothèses instables et controversées. Et dans les Éléments, il y a une formule de la grande loi, mais il n'y a aucune tentative d'expliquer son mécanisme.
Le grand physicien a légué cette énigme à l'homme du futur. Il mourut en 1727.
Il n'a pas été résolu même aujourd'hui.
La discussion sur l'essence physique de la loi de Newton a duré deux siècles. Et peut-être cette discussion ne porterait-elle pas sur l'essence même de la loi, s'il répondait exactement à toutes les questions qui lui étaient posées.
Mais le fait est qu'avec le temps, il s'est avéré que cette loi n'est pas universelle. Qu'il y a des cas où il ne peut pas expliquer tel ou tel phénomène. Donnons des exemples.
La force de gravité dans les calculs de Seeliger
Le premier d'entre eux est le paradoxe de Seeliger. Considérant que l'Univers est infini et uniformément rempli de matière, Seeliger a tenté de calculer, selon la loi de Newton, la force gravitationnelle universelle créée par toute la masse infiniment grande de l'Univers infini en un point de celui-ci.
Ce n'était pas une tâche facile du point de vue des mathématiques pures. Ayant surmonté toutes les difficultés des transformations les plus complexes, Seeliger a constaté que la force de gravitation universelle souhaitée est proportionnelle au rayon de l'Univers. Et puisque ce rayon est égal à l'infini, alors la force gravitationnelle doit être infiniment grande. Cependant, nous ne voyons pas cela dans la pratique. Cela signifie que la loi de la gravitation universelle ne s'applique pas à l'univers entier.
Cependant, d'autres explications du paradoxe sont également possibles. Par exemple, nous pouvons supposer que la matière ne remplit pas uniformément tout l'Univers, mais sa densité diminue progressivement et, finalement, quelque part très loin, il n'y a plus de matière du tout. Mais imaginer un tel tableau signifie admettre la possibilité de l'existence d'un espace sans matière, ce qui est généralement absurde.
On peut supposer que la force de gravité s'affaiblit plus vite que le carré de la distance n'augmente. Mais cela jette un doute sur la surprenante harmonie de la loi de Newton. Non, et cette explication n'a pas satisfait les scientifiques. Le paradoxe est resté un paradoxe.
Observations du mouvement de Mercure
Un autre fait, l'action de la force de gravitation universelle, non expliquée par la loi de Newton, a amené observation du mouvement de Mercure- le plus proche de la planète. Des calculs exacts selon la loi de Newton ont montré que le péréhélie - le point de l'ellipse le long duquel Mercure se rapproche le plus du Soleil - devrait se déplacer de 531 secondes d'arc en 100 ans.
Et les astronomes ont trouvé que ce décalage est égal à 573 secondes d'arc. Cet excès - 42 secondes d'arc - n'a pas non plus pu être expliqué par les scientifiques, en utilisant uniquement des formules issues de la loi de Newton.
Il a expliqué à la fois le paradoxe de Seeliger et le déplacement du perhélion de Mercure, ainsi que de nombreux autres phénomènes paradoxaux et faits inexplicables. Albert Einstein, l'un des plus grands, sinon le plus grand physicien de tous les temps. Parmi les petites choses ennuyeuses figurait la question de vent éthéré.
Expériences d'Albert Michelson
Il semblait que cette question ne concernait pas directement le problème de la gravitation. Il était lié à l'optique, à la lumière. Plus précisément, à la définition de sa vitesse.
L'astronome danois a été le premier à déterminer la vitesse de la lumière. Olaf Remer regarder l'éclipse des lunes de Jupiter. Cela s'est produit dès 1675.
physicien américain Albert Michelsonà la fin du XVIIIe siècle, il effectue une série de déterminations de la vitesse de la lumière dans des conditions terrestres, à l'aide de l'appareil qu'il a conçu.
En 1927, il donna la vitesse de la lumière à 299796 + 4 km/s, ce qui était une excellente précision pour l'époque. Mais l'essence de la question est différente. En 1880, il décida d'étudier le vent éthéré. Il voulait enfin établir l'existence de cet éther même, par la présence duquel ils tentaient d'expliquer à la fois la transmission de l'interaction gravitationnelle et la transmission des ondes lumineuses.
Michelson était probablement l'expérimentateur le plus remarquable de son temps. Il avait un excellent équipement. Et il était presque sûr du succès.
Essence d'expérience
Une expérience a été conçu comme ça. La terre se déplace sur son orbite à une vitesse d'environ 30 km/sec.. Se déplace dans les airs. Cela signifie que la vitesse de la lumière provenant d'une source située devant le récepteur par rapport au mouvement de la Terre doit être supérieure à celle provenant d'une source située de l'autre côté. Dans le premier cas, la vitesse du vent éthéré doit être ajoutée à la vitesse de la lumière ; dans le second cas, la vitesse de la lumière doit diminuer de cette valeur.
Il a divisé le faisceau en deux flux égaux et les a dirigés dans des directions mutuellement perpendiculaires : le long du méridien et le long du parallèle. Réfléchis par les miroirs, les rayons revenaient. Si le faisceau passant le long de la parallèle subissait l'influence du vent éthéré, lorsqu'il s'ajoutait au faisceau méridien, des franges d'interférence auraient dû apparaître, les ondes des deux faisceaux auraient été déphasées.
Cependant, il était difficile pour Michelson de mesurer les trajectoires des deux rayons avec une telle précision pour qu'ils soient exactement les mêmes. Par conséquent, il a construit l'appareil de manière à ce qu'il n'y ait pas de franges d'interférence, puis l'a tourné de 90 degrés.
Le faisceau méridien est devenu latitudinal et vice versa. S'il y a un vent éthéré, des rayures noires et claires doivent apparaître sous l'oculaire ! Mais ils ne l'étaient pas. Peut-être qu'en tournant l'appareil, le scientifique l'a déplacé.
Il l'a installé à midi et l'a réparé. Après tout, outre le fait qu'il tourne également autour d'un axe. Et donc, à différents moments de la journée, le faisceau latitudinal occupe une position différente par rapport au vent éthéré venant en sens inverse. Or, lorsque l'appareil est rigoureusement immobile, on peut être convaincu de la justesse de l'expérience.
Il n'y avait plus de franges d'interférence. L'expérience a été répétée à plusieurs reprises et Michelson, et avec lui tous les physiciens de l'époque, ont été stupéfaits. Le vent éthéré n'a pas été détecté ! La lumière voyageait dans toutes les directions à la même vitesse !
Personne n'a été capable d'expliquer cela. Michelson a répété l'expérience encore et encore, a amélioré l'équipement et a finalement atteint une précision de mesure presque incroyable, un ordre de grandeur supérieur à ce qui était nécessaire pour le succès de l'expérience. Et encore rien !
Expériences d'Albert Einstein
La prochaine grande étape dans connaissance de la force de gravité a fait Albert Einstein.
On a demandé un jour à Albert Einstein :
Comment en êtes-vous arrivé à votre théorie restreinte de la relativité ? Dans quelles circonstances avez-vous eu une idée brillante ? Le scientifique a répondu : « Il m'a toujours semblé que c'était le cas.
Peut-être qu'il ne voulait pas être franc, peut-être qu'il voulait se débarrasser de l'interlocuteur ennuyeux. Mais il est difficile d'imaginer que l'idée d'Einstein des liens entre le temps, l'espace et la vitesse était innée.
Non, bien sûr, au début il y avait une intuition, brillante comme l'éclair. Puis le développement a commencé. Non, il n'y a pas de contradictions avec les phénomènes connus. Et puis ces cinq pages pleines de formules sont apparues, qui ont été publiées dans un journal physique. Des pages qui ont ouvert une nouvelle ère en physique.
Imaginez un vaisseau spatial volant dans l'espace. Nous vous prévenons tout de suite : le vaisseau spatial est très particulier, le genre dont vous n'avez pas entendu parler dans les histoires de science-fiction. Sa longueur est de 300 000 kilomètres et sa vitesse est, disons, de 240 000 km / s. Et ce vaisseau spatial passe devant l'une des plates-formes intermédiaires dans l'espace, sans s'y arrêter. À pleine vitesse.
L'un des passagers se tient debout sur le pont du vaisseau spatial avec une montre. Et toi et moi, lecteur, nous nous tenons sur une plate-forme - sa longueur doit correspondre à la taille d'un vaisseau spatial, soit 300 000 kilomètres, sinon il ne pourra pas s'y tenir. Et nous avons aussi une montre entre les mains.
Nous remarquons qu'au moment où la proue du vaisseau a rattrapé le bord arrière de notre plate-forme, une lanterne a clignoté dessus, éclairant l'espace qui l'entoure. Une seconde plus tard, un faisceau de lumière atteignit le bord avant de notre plate-forme. Nous n'en doutons pas, car nous connaissons la vitesse de la lumière, et nous avons réussi à repérer exactement l'instant correspondant sur l'horloge. Et sur un vaisseau...
Mais le vaisseau a également volé vers le faisceau de lumière. Et nous avons très bien vu que la lumière éclairait sa poupe au moment où elle se trouvait quelque part près du milieu de la plate-forme. Nous avons définitivement vu que le faisceau de lumière ne couvrait pas 300 000 kilomètres de la proue à la poupe du navire.
Mais les passagers sur le pont du vaisseau spatial sont sûrs d'autre chose. Ils sont sûrs que leur faisceau couvrait toute la distance de la proue à la poupe de 300 000 kilomètres. Après tout, il y a passé une seconde entière. Eux aussi l'ont enregistré avec une précision absolue sur leurs montres. Et comment pourrait-il en être autrement : après tout, la vitesse de la lumière ne dépend pas de la vitesse de la source...
Comment? Nous voyons une chose depuis une plate-forme fixe, et une autre pour eux sur le pont d'un vaisseau spatial ? Quel est le problème?
La théorie de la relativité d'Einstein
Il convient de noter immédiatement : La théorie de la relativité d'Einsteinà première vue, cela contredit absolument notre idée établie de la structure du monde. On peut dire que cela contredit aussi le bon sens, tel que nous avons l'habitude de le présenter. Cela s'est produit plusieurs fois dans l'histoire des sciences.
Mais la découverte de la sphéricité de la Terre était contraire au bon sens. Comment les gens peuvent-ils vivre de l'autre côté et ne pas tomber dans l'abîme ?
Pour nous, la sphéricité de la Terre est un fait incontestable, et du point de vue du bon sens, toute autre hypothèse est dénuée de sens et sauvage. Mais prenez du recul par rapport à votre époque, imaginez la première apparition de cette idée, et vous comprendrez combien il serait difficile de l'accepter.
Eh bien, était-il plus facile d'admettre que la Terre n'est pas immobile, mais vole le long de sa trajectoire des dizaines de fois plus vite qu'un boulet de canon ?
Tout cela était des épaves de bon sens. Par conséquent, les physiciens modernes ne s'y réfèrent jamais.
Revenons maintenant à la théorie restreinte de la relativité. Le monde l'a reconnue pour la première fois en 1905 à partir d'un article signé par un nom peu connu - Albert Einstein. Et il n'avait que 26 ans à l'époque.
Einstein a fait une hypothèse très simple et logique à partir de ce paradoxe : du point de vue d'un observateur sur la plate-forme, moins de temps s'est écoulé dans une voiture en mouvement que votre montre-bracelet n'en a mesuré. Dans la voiture, le passage du temps ralenti par rapport au temps sur la plate-forme à l'arrêt.
Des choses assez étonnantes découlaient logiquement de cette hypothèse. Il s'est avéré qu'une personne se rendant au travail en tram, par rapport à un piéton empruntant le même chemin, non seulement gagne du temps en raison de la vitesse, mais cela va aussi plus lentement pour lui.
Cependant, n'essayez pas de préserver ainsi la jeunesse éternelle : même si vous devenez conducteur de calèche et passez un tiers de votre vie dans un tram, dans 30 ans vous ne gagnerez guère plus d'un millionième de seconde. Pour que le gain de temps devienne perceptible, il faut se déplacer à une vitesse proche de la vitesse de la lumière.
Il s'avère que l'augmentation de la vitesse des corps se reflète dans leur masse. Plus la vitesse d'un corps est proche de la vitesse de la lumière, plus sa masse est grande. A la vitesse d'un corps égale à la vitesse de la lumière, sa masse est égale à l'infini, c'est-à-dire qu'elle est supérieure à la masse de la Terre, du Soleil, de la Galaxie, de tout notre Univers... C'est combien de masse peut être concentré dans un simple pavé, l'accélérant à la vitesse
Sveta !
Cela impose une limitation qui ne permet à aucun corps matériel de développer une vitesse égale à la vitesse de la lumière. Après tout, à mesure que la masse grandit, il devient de plus en plus difficile de la disperser. Et une masse infinie ne peut être déplacée par aucune force.
Cependant, la nature a fait une exception très importante à cette loi pour toute une classe de particules. Par exemple, pour les photons. Ils peuvent se déplacer à la vitesse de la lumière. Plus précisément, ils ne peuvent se déplacer à aucune autre vitesse. Il est impensable d'imaginer un photon immobile.
A l'arrêt, il n'a pas de masse. De plus, les neutrinos n'ont pas de masse au repos, et ils sont également condamnés à un vol éternel et incontrôlé dans l'espace à la vitesse maximale possible dans notre Univers, sans dépasser la lumière et sans la suivre.
N'est-il pas vrai que chacune des conséquences de la théorie de la relativité restreinte que nous énumérons est surprenante, paradoxale ! Et chacun, bien sûr, est contraire au "bon sens" !
Mais voici ce qui est intéressant : non pas dans sa forme concrète, mais en tant que position philosophique large, toutes ces conséquences étonnantes ont été prédites par les fondateurs du matérialisme dialectique. Que disent ces implications ? A propos des connexions qui relient l'énergie et la masse, la masse et la vitesse, la vitesse et le temps, la vitesse et la longueur d'un objet en mouvement…
La découverte d'Einstein de l'interdépendance, comme le ciment (plus :), reliant ensemble le renforcement ou les pierres de fondation, a relié ensemble des choses et des phénomènes qui semblaient auparavant indépendants les uns des autres et a créé la fondation sur laquelle, pour la première fois dans l'histoire de la science, il était possible de construire un bâtiment harmonieux. Ce bâtiment est une représentation du fonctionnement de notre univers.
Mais d'abord, au moins quelques mots sur la théorie générale de la relativité, également créée par Albert Einstein.
Effondrement gravitationnel
Parlons d'un phénomène étonnant de nature cosmique - à propos de l'effondrement gravitationnel (compression catastrophique). Ce phénomène se produit dans de gigantesques accumulations de matière, où les forces gravitationnelles atteignent des magnitudes si énormes qu'aucune autre force existant dans la nature ne peut leur résister.
Rappelez-vous la célèbre formule de Newton : plus la force de gravité est grande, plus le carré de la distance entre les corps gravitants est petit. Ainsi, plus la formation matérielle devient dense, plus sa taille est petite, plus les forces gravitationnelles augmentent rapidement, plus leur étreinte destructrice est inévitable.
Il existe une technique astucieuse par laquelle la nature lutte contre la compression apparemment illimitée de la matière. Pour ce faire, il arrête le cours même du temps dans la sphère d'action des forces gravitationnelles supergéantes, et les masses de matière enchaînées sont comme coupées de notre Univers, figées dans un étrange rêve léthargique.
Le premier de ces "trous noirs" du cosmos a probablement déjà été découvert. Selon l'hypothèse des scientifiques soviétiques O. Kh. Huseynov et A. Sh. Novruzova, il s'agit du delta des Gémeaux - une étoile double avec une composante invisible.
Le composant visible a une masse de 1,8 solaire, et son "partenaire" invisible devrait être, selon les calculs, quatre fois plus massif que le visible. Mais il n'en reste aucune trace : il est impossible de voir la création la plus étonnante de la nature, le "trou noir".
Le scientifique soviétique, le professeur K.P. Stanyukovich, comme on dit, "sur la pointe d'un stylo", a montré à travers des constructions purement théoriques que les particules de "matière gelée" peuvent être de tailles très diverses.
- Ses formations gigantesques sont possibles, semblables à des quasars, rayonnant en continu autant d'énergie que les 100 milliards d'étoiles de notre Galaxie rayonnent.
- Des amas beaucoup plus modestes sont possibles, égaux à quelques masses solaires seulement. Ces objets et d'autres peuvent provenir eux-mêmes de la matière ordinaire et non "dormante".
- Et des formations d'une classe complètement différente sont possibles, proportionnelles en masse aux particules élémentaires.
Pour qu'ils surgissent, il faut d'abord soumettre la matière qui les compose à une pression gigantesque et l'enfoncer dans les limites de la sphère de Schwarzschild - une sphère où le temps pour un observateur extérieur s'arrête complètement. Et même si après cela la pression est même supprimée, les particules pour lesquelles le temps s'est arrêté continueront d'exister indépendamment de notre Univers.
plancons
Les plankons sont une classe très spéciale de particules. Ils possèdent, selon K.P. Stanyukovich, une propriété extrêmement intéressante : ils portent en eux la matière sous une forme inchangée, telle qu'elle était il y a des millions et des milliards d'années. En regardant à l'intérieur du plankéon, nous pouvions voir la matière telle qu'elle était au moment de la naissance de notre univers. Selon des calculs théoriques, il y a environ 1080 plankons dans l'Univers, environ un plankéon dans un cube d'espace de 10 centimètres de côté. Soit dit en passant, en même temps que Stanyukovich et (indépendamment de lui, l'hypothèse des plankons a été avancée par l'académicien M.A. Markov. Seul Markov leur a donné un nom différent - maximons.
Les propriétés particulières des plankons peuvent aussi être utilisées pour expliquer des transformations parfois paradoxales des particules élémentaires. On sait que lorsque deux particules entrent en collision, des fragments ne se forment jamais, mais d'autres particules élémentaires apparaissent. C'est vraiment étonnant : dans le monde ordinaire, en cassant un vase, on n'obtiendra jamais des tasses entières ni même des rosaces. Mais supposons que dans les profondeurs de chaque particule élémentaire il y ait un plankéon, un ou plusieurs, et parfois plusieurs plankéons.
Au moment de la collision des particules, le "sac" étroitement lié du plankéon s'ouvre légèrement, certaines particules y "tomberont" et au lieu de "sauter" celles que nous considérons comme étant apparues lors de la collision. Dans le même temps, le plankéon, en comptable assidu, veillera à toutes les "lois de conservation" adoptées dans le monde des particules élémentaires.
Eh bien, qu'est-ce que le mécanisme de la gravitation universelle a à voir avec cela ?
"Responsables" de la gravitation, selon l'hypothèse de K. P. Stanyukovich, sont de minuscules particules, les soi-disant gravitons, émises en continu par des particules élémentaires. Les gravitons sont d'autant plus petits que ces derniers, qu'un grain de poussière dansant dans un rayon de soleil est plus petit que le globe.
Le rayonnement des gravitons obéit à un certain nombre de régularités. En particulier, ils sont plus faciles à voler dans cette région de l'espace. Qui contient moins de gravitons. Cela signifie que s'il y a deux corps célestes dans l'espace, les deux émettront des gravitons principalement "vers l'extérieur", dans des directions opposées l'une à l'autre. Cela crée une impulsion qui fait que les corps se rapprochent, s'attirent.
Quittant leurs particules élémentaires, les gravitons emportent avec eux une partie de la masse. Aussi petites soient-elles, la perte de masse ne peut qu'être perceptible avec le temps. Mais le temps est incroyablement grand. Il faudra environ 100 milliards d'années pour que toute la matière de l'univers se transforme en un champ gravitationnel.
