Nem csak a legtitokzatosabb a természet ereje hanem a legerősebb is.
Ember a fejlődés útján
Történelmileg így volt emberi ahogy haladsz előre a haladás útjai uralta a természet egyre hatalmasabb erőit. Akkor kezdte, amikor nem volt más, csak egy bot a markában és a saját testi ereje.
De bölcs volt, és az állatok testi erejét szolgálatába állította, háziassá tette őket. A ló felgyorsította a futást, a teve járhatóvá tette a sivatagot, az elefánt a mocsaras dzsungelt. De még a legerősebb állatok fizikai erői is mérhetetlenül kicsik a természet erőihez képest.
Az első személy leigázta a tűz elemet, de csak a leggyengültebb változataiban. Kezdetben - sok évszázadon át - csak fát használt tüzelőanyagként - egy nagyon alacsony energiaigényű tüzelőanyagot. Valamivel később ebből az energiaforrásból megtanulta használni a szélenergiát, egy ember felemelte a vitorla fehér szárnyát a levegőbe - és egy könnyű hajó madárként repült a hullámok felett.
Vitorlás a hullámokon
A szélmalom lapátjait kitette a széllökéseknek - s a malomkövek nehéz kövei forogtak, a dara mozsártörője zörgött. De mindenki számára világos, hogy a légsugarak energiája korántsem koncentrált. Ráadásul a vitorla és a szélmalom is félt a szélfújástól: a vihar felszakította a vitorlákat és elsüllyesztette a hajókat, a vihar eltörte a szárnyakat és felborította a malmokat.
Még később az ember elkezdte meghódítani az áramló vizet. A kerék nemcsak a legprimitívebb eszköz, amely képes a víz energiáját forgó mozgássá alakítani, hanem a legalulteljesítettebb is a különféle eszközökhöz képest.
Az ember haladt előre a haladás létráján, és egyre több energiára volt szüksége.
Új típusú tüzelőanyagokat kezdett használni - már a széntüzelésre való átállással egy kilogramm üzemanyag energiaintenzitása 2500 kcal-ról 7000 kcal-ra nőtt - csaknem háromszorosára. Aztán eljött az olaj és a gáz ideje. Ismét másfél-kétszeresére nőtt minden egyes kilogramm fosszilis tüzelőanyag energiatartalma.
A gőzgépeket gőzturbinák váltották fel; a malom kerekeit hidraulikus turbinák váltották fel. Aztán a férfi kezet nyújtott a hasadó uránatomnak. Az új típusú energia első alkalmazása azonban tragikus következményekkel járt – a hirosimai atomláng 1945-ben perceken belül 70 ezer emberi szívet égetett el.
1954-ben kezdte meg működését a világ első szovjet atomerőműve, amely az urán erejét elektromos áram sugárzó erejévé változtatta. És meg kell jegyezni, hogy egy kilogramm urán kétmilliószor több energiát tartalmaz, mint egy kilogramm legjobb olaj.
Ez egy alapvetően új tűz volt, amelyet fizikainak is nevezhetünk, mert a fizikusok tanulmányozták azokat a folyamatokat, amelyek ilyen mesés mennyiségű energia megszületéséhez vezettek.
Az urán nem az egyetlen nukleáris üzemanyag. Egy erősebb üzemanyagtípust már használnak - a hidrogénizotópokat.
Sajnos az embernek még nem sikerült megfékeznie a hidrogén-hélium atomlángot. Tudja, hogyan kell egy pillanatra meggyújtani a mindent égő tüzét, ami egy urán robbanás villanásával gyújtja meg a reakciót egy hidrogénbombában. De egyre közelebbről látnak a tudósok egy hidrogénreaktort, amely elektromos áramot fog generálni a hidrogénizotópok magjainak héliummagokká való fúziója eredményeként.
Ismét csaknem tízszeresére nő az az energiamennyiség, amelyet az ember minden egyes kilogramm üzemanyagból fel tud venni. De vajon ez a lépés lesz az utolsó a természeti erők feletti emberi hatalom elkövetkező történetében?
Nem! Előre - az energia gravitációs formájának elsajátítása. Még a hidrogén-hélium fúzió energiájánál is körültekintőbben csomagolja a természet. Ma ez az energia legkoncentráltabb formája, amelyről az ember még csak sejteni is tud.
A tudomány élvonalán túl még semmi sem látható. És bár bátran kijelenthetjük, hogy az erőművek az ember számára működni fognak, a gravitációs energiát elektromos árammá (vagy esetleg egy sugárhajtómű fúvókájából kirepülő gázárammá, vagy a mindenütt jelenlévő szilícium- és oxigénatomok tervezett átalakításával) dolgozzák fel. ultraritka fémek atomjaiba), egy ilyen erőmű (rakétamotor, fizikai reaktor) részleteiről még nem tudunk semmit mondani.
Az egyetemes gravitáció ereje a galaxisok születésének eredeténél
Az egyetemes gravitáció ereje a galaxisok születésének eredete a csillag előtti anyagból, ahogyan V. A. Ambartsumyan akadémikus meg van győződve. Kioltja azokat a csillagokat is, amelyek kiégették az idejüket, mivel elköltötték a születésükkor számukra kijelölt csillagüzemanyagot.
Igen, nézz körül: a Földön mindent nagyrészt ez az erő irányít.
Ő határozza meg bolygónk réteges szerkezetét - a litoszféra, a hidroszféra és a légkör váltakozását. Ő az, aki egy vastag léggázréteget tart fenn, amelynek alján és aminek köszönhetően mindannyian létezünk.
Ha nem lenne gravitáció, a Föld azonnal kitörne a Nap körüli pályájáról, és maga a földgömb is szétesne, centrifugális erőktől szétszakítva. Nehéz olyat találni, ami ilyen vagy olyan mértékben ne függne az egyetemes gravitációs erőtől.
Természetesen az ókori filozófusok, nagyon figyelmes emberek nem tudták nem észrevenni, hogy a felfelé hajított kő mindig visszajön. Platón a Kr.e. IV. században ezt azzal magyarázta, hogy a világegyetem összes anyaga oda hajlik, ahol a legtöbb hasonló anyag koncentrálódik: egy eldobott kő a földre esik, vagy a fenékre kerül, a kiömlött víz beszivárog a legközelebbi tóba, ill. egy folyóba, amely a tenger felé tör, a tűz füstje rohan a rokon felhőire.
Platón egyik tanítványa, Arisztotelész felvilágosította, hogy minden testnek megvannak a sajátos tulajdonságai: nehéz és könnyű. Nehéz testek - kövek, fémek - az univerzum közepébe rohannak, a fények - tűz, füst, gőzök - a perifériára. Ez a hipotézis, amely megmagyarázza az egyetemes gravitációs erővel kapcsolatos jelenségek egy részét, több mint 2 ezer éve létezik.
Tudósok a gravitációs erőről
Valószínűleg az első, aki felvetette a kérdést gravitációs erő valóban tudományos volt a reneszánsz zsenije – Leonardo da Vinci. Leonardo kijelentette, hogy a gravitáció nemcsak a Földre jellemző, hanem sok súlypont is van. És azt is javasolta, hogy a gravitációs erő a súlypont távolságától függ.
Kopernikusz, Galilei, Kepler, Robert Hooke művei egyre közelebb hoztak az egyetemes gravitáció törvényének gondolatához, de végső megfogalmazásában ez a törvény örökre Isaac Newton nevéhez fűződik.
Isaac Newton a gravitációs erőről
1643. január 4-én született. A Cambridge-i Egyetemen végzett, bachelor lett, majd a tudomány mestere.
Isaac Newton Minden, ami ezután következik, tudományos munkák végtelen tárháza. De fő műve a "Természetfilozófia matematikai alapelvei", amelyet 1687-ben adtak ki, és általában egyszerűen "Kezdetek"-nek hívják. Bennük fogalmazódik meg a nagy. Valószínűleg mindenki emlékszik rá a középiskolából.
Minden test olyan erővel vonzódik egymáshoz, amely egyenesen arányos e testek tömegének szorzatával, és fordítottan arányos a köztük lévő távolság négyzetével ...
Ennek a megfogalmazásnak egyes rendelkezéseit Newton elődjei előre láthatták, de teljes egészében még nem adták át senkinek. Newton zsenialitása kellett ahhoz, hogy ezeket a töredékeket egyetlen egésszé összeállítsa, hogy a Föld vonzerejét a Holdra, a Napot pedig az egész bolygórendszerre elterjessze.
Newton az egyetemes gravitáció törvényéből származtatta a bolygók mozgásának minden törvényét, amelyet korábban Kepler fedezett fel. Ezek egyszerűen a következményei voltak. Sőt, Newton megmutatta, hogy nemcsak Kepler törvényei, hanem ezektől a törvényektől való eltérések is (három vagy több test világában) az egyetemes gravitáció eredménye... Ez a tudomány nagy diadala volt.
Úgy tűnt, végre felfedezték és matematikailag leírták a természet fő, a világokat mozgató erejét, azt az erőt, amelynek a levegő, az alma és a Nap molekulái ki vannak téve. Óriási, mérhetetlenül hatalmas volt Newton lépése.
A zseniális tudós munkásságának első népszerűsítője, a Voltaire álnéven világhírű francia író, Francois Marie Arouet elmondta, hogy Newton hirtelen megsejtette a róla elnevezett törvény létezését, amikor egy hulló almára nézett.
Newton maga soha nem említette ezt az almát. És aligha érdemes ma időt vesztegetni ennek a szép legendának a cáfolatára. És úgy tűnik, Newton logikus érveléssel értette meg a természet hatalmas erejét. Valószínűleg a „Kezdetek” megfelelő fejezetébe került.
A gravitációs erő befolyásolja az atommag repülését
Tegyük fel, hogy egy nagyon magas hegyen, olyan magasan, hogy a csúcsa már kikerült a légkörből, egy gigantikus tüzérségi darabot állítottunk fel. Csőjét szigorúan párhuzamosan helyezték el a földgömb felszínével, és kilőtték. Az ív leírása a mag a földre esik.
Növeljük a töltetet, javítjuk a lőpor minőségét, így vagy úgy, a magot a következő lövés után nagyobb sebességgel mozgatjuk. A mag által leírt ív laposabbá válik. A mag sokkal távolabb esik hegyünk lábától.
Növeljük a töltést és lőjük is. Az atommag olyan enyhe pályán repül, hogy párhuzamosan ereszkedik le a földgömb felszínével. A mag már nem tud leesni a Földre: ugyanolyan sebességgel, ahogy zuhan, a Föld kiszabadul alóla. És miután leírtuk a bolygónkat körülvevő gyűrűt, a mag visszatér a kiindulási ponthoz.
A pisztolyt időközben el lehet távolítani. Hiszen az atommagnak a Föld körüli repülése több mint egy órát vesz igénybe. És akkor a mag gyorsan átsöpör a hegy tetején, és egy új körbe kerül a Föld körül. Esik, ha – ahogyan megbeszéltük – a mag nem tapasztal légellenállást, akkor soha nem fog tudni.
Ehhez a magsebességnek közel 8 km/s-nak kell lennie. És ha növeli a mag repülési sebességét? Először ívben repül, gyengédebben, mint a földfelszín görbülete, és elkezd távolodni a Földtől. Ugyanakkor sebessége a Föld gravitációja hatására csökkenni fog.
És végül, megfordulva, úgymond elkezd visszaesni a Földre, de elrepül mellette, és már nem egy kört, hanem egy ellipszist tesz meg. A mag pontosan ugyanúgy fog mozogni a Föld körül, ahogy a Föld a Nap körül, mégpedig egy ellipszis mentén, amelynek egyik fókuszában bolygónk középpontja lesz.
Ha tovább növeljük az atommag kezdeti sebességét, az ellipszis jobban megnyúlik. Ezt az ellipszist úgy is meg lehet feszíteni, hogy az atommag elérje a holdpályát, vagy még sokkal tovább is. De amíg ennek az atommagnak a kezdeti sebessége nem haladja meg a 11,2 km/s-t, addig a Föld műholdja marad.
Az atommag, amely kilövéskor több mint 11,2 km/s sebességet kapott, örökre elrepül a Földtől egy parabola pályán. Ha az ellipszis zárt görbe, akkor a parabola olyan görbe, amelynek két ága van a végtelenbe. Egy ellipszis mentén haladva, bármilyen hosszú is legyen, elkerülhetetlenül szisztematikusan visszatérünk a kiindulási ponthoz. Egy parabola mentén haladva soha nem térünk vissza a kiindulóponthoz.
De miután ezzel a sebességgel elhagyta a Földet, az atommag még nem lesz képes a végtelenbe repülni. A Nap erőteljes gravitációja elhajtja repülésének pályáját, és úgy zárja maga köré, mint egy bolygó pályája. A mag a Föld testvére lesz, egy apró bolygó a saját bolygócsaládunkban.
Ahhoz, hogy az atommagot a bolygórendszeren kívülre irányítsuk, a napvonzás leküzdéséhez 16,7 km/s-nál nagyobb sebességet kell neki mondani, és úgy irányítani, hogy ehhez a sebességhez hozzáadódjon a Föld saját mozgásának sebessége. .
A körülbelül 8 km/s sebességet (ez a sebesség a hegy magasságától függ, ahonnan a fegyverünk kilő) körsebességnek nevezzük, a 8–11,2 km/s sebesség elliptikus, a 11,2–16,7 km/s pedig parabola. e szám felett pedig – felszabadító sebességek.
Itt hozzá kell tenni, hogy ezeknek a sebességeknek a megadott értékei csak a Földre érvényesek. Ha a Marson élnénk, a körsebességet sokkal könnyebben elérnénk - ott csak körülbelül 3,6 km/s, a parabola sebessége pedig alig haladja meg az 5 km/s-ot.
Másrészt a Jupiterről sokkal nehezebb lenne űrrepülésre küldeni az atommagot, mint a Földről: a körsebesség ezen a bolygón 42,2 km/s, a parabola sebessége pedig még 61,8 km/s!
A Nap lakói számára lenne a legnehezebb elhagyni világukat (ha persze ilyen létezhetne). Ennek az óriásnak a körsebessége 437,6, az elválasztási sebesség pedig 618,8 km / s!
Tehát Newton a 17. század végén, száz évvel a Montgolfier fivérek által meleg levegővel megtöltött hőlégballon első repülése előtt, kétszáz évvel a Wright fivérek repülőgépének első repülése előtt, és csaknem negyed évvel egy évezreddel az első folyékony rakéták felszállása előtt, utat mutatott az ég felé a műholdak és űrhajók számára.
A gravitációs erő minden szférában benne van
Használva a gravitáció törvénye ismeretlen bolygókat fedeztek fel, kozmogonikus hipotéziseket hoztak létre a Naprendszer eredetéről. Felfedezték és matematikailag leírták a természet fő erejét, amely irányítja a csillagokat, a bolygókat, az almákat a kertben és a gázmolekulákat a légkörben.
De nem ismerjük az egyetemes gravitáció mechanizmusát. A newtoni gravitáció nem magyarázza meg, hanem vizuálisan ábrázolja a bolygómozgás jelenlegi állapotát.
Nem tudjuk, mi okozza az Univerzum összes testének kölcsönhatását. És nem lehet azt mondani, hogy Newtont ez az ok nem érdekelte. Sok éven át töprengett a lehetséges mechanizmusán.
Ez egyébként valóban rendkívül titokzatos hatalom. Több száz millió kilométernyi térben megnyilvánuló, első ránézésre mindenféle anyagi képződménytől mentes erő, amivel meg lehetne magyarázni az interakció átadását.
Newton hipotézisei
És Newton folyamodtak hipotézis egy bizonyos éter létezéséről, amely állítólag az egész Univerzumot betölti. 1675-ben azzal magyarázta a Földhöz való vonzódást, hogy az egész Univerzumot kitöltő éter folyamatos áramlásokban rohan a Föld középpontjába, ezzel a mozgásban minden tárgyat megragad és gravitációs erőt hoz létre. Ugyanaz az éteráram rohan a Nap felé, és magával rántva a bolygókat, üstökösöket biztosítja azok elliptikus pályáját...
Nem volt túl meggyőző, bár matematikailag abszolút logikus hipotézis. De most, 1679-ben Newton felállított egy új hipotézist, amely megmagyarázza a gravitáció mechanizmusát. Ezúttal azzal a tulajdonsággal ruházza fel az étert, hogy a bolygók közelében és tőlük távoli koncentrációja eltérő. Minél távolabb van a bolygó középpontjától, annál sűrűbb az éter. És megvan az a tulajdonsága, hogy minden anyagi testet a sűrűbb rétegeiből kevésbé sűrűre présel ki. És minden test kiszorul a Föld felszínére.
1706-ban Newton élesen tagadja az éter létezését. 1717-ben ismét visszatér az éter kipréselésének hipotéziséhez.
Newton zseniális agya küzdött a nagy rejtély megoldásáért, de nem találta meg. Ez magyarázza az ilyen éles dobást egyik oldalról a másikra. Newton ezt szokta mondani:
Nem állítok fel hipotéziseket.
És bár, mint eddig csak igazolni tudtuk, ez nem teljesen igaz, mást mindenképpen kijelenthetünk: Newton képes volt egyértelműen megkülönböztetni a vitathatatlan dolgokat a bizonytalan és vitatott hipotézisektől. Az Elemekben pedig ott van a nagy törvény képlete, de nem próbálják megmagyarázni a mechanizmusát.
A nagy fizikus ezt a rejtvényt a jövő emberére hagyta. 1727-ben halt meg.
Ma sem sikerült megoldani.
A Newton-törvény fizikai lényegéről folytatott vita két évszázadot vett igénybe. És talán ez a vita nem a törvény lényegét érintené, ha pontosan válaszolna a hozzá feltett kérdésekre.
De a helyzet az, hogy idővel kiderült, hogy ez a törvény nem általános. Hogy vannak esetek, amikor ezt vagy azt a jelenséget nem tudja megmagyarázni. Mondjunk példákat.
A gravitációs erő Seeliger számításaiban
Ezek közül az első Seeliger paradoxona. Az Univerzumot végtelennek és egyenletesen anyaggal megtöltöttnek tekintve Seeliger megpróbálta Newton törvénye szerint kiszámítani azt az egyetemes gravitációs erőt, amelyet a végtelen Univerzum egész végtelenül nagy tömege hoz létre annak valamely pontján.
A tiszta matematika szempontjából nem volt könnyű feladat. Leküzdve a legbonyolultabb átalakulások minden nehézségét, Seeliger megállapította, hogy az univerzális gravitáció kívánt ereje arányos az Univerzum sugarával. És mivel ez a sugár egyenlő a végtelennel, akkor a gravitációs erőnek végtelenül nagynak kell lennie. A gyakorlatban azonban ezt nem látjuk. Ez azt jelenti, hogy az egyetemes gravitáció törvénye nem vonatkozik az egész univerzumra.
A paradoxonnak azonban más magyarázata is lehetséges. Feltételezhetjük például, hogy az anyag nem egyenletesen tölti ki az egész Univerzumot, hanem sűrűsége fokozatosan csökken, és végül valahol nagyon messze egyáltalán nincs anyag. De elképzelni egy ilyen képet azt jelenti, hogy elismerjük a tér anyag nélküli létezésének lehetőségét, ami általában abszurd.
Feltételezhetjük, hogy a gravitációs erő gyorsabban gyengül, mint ahogy a távolság négyzete nő. Ez azonban kétségbe vonja Newton törvényének meglepő harmóniáját. Nem, és ez a magyarázat nem elégítette ki a tudósokat. A paradoxon paradoxon maradt.
Megfigyelések a Merkúr mozgásáról
Egy másik tény, az egyetemes gravitációs erő hatása, amelyet nem magyaráz meg Newton törvénye, hozott a Merkúr mozgásának megfigyelése- legközelebb a bolygóhoz. A Newton-törvény szerinti pontos számítások azt mutatták, hogy a perehélionnak – az ellipszis azon pontjának, amely mentén a Merkúr a Naphoz legközelebb mozog – 100 év alatt 531 ívmásodpercet kell eltolnia.
A csillagászok pedig azt találták, hogy ez az eltolódás 573 ívmásodpercnek felel meg. Ezt a többletet - 42 ívmásodperc - a tudósok sem tudták megmagyarázni, csupán a Newton-törvényből fakadó képletekkel.
Megmagyarázta Seeliger paradoxonát, a Merkúr perhelionjának elmozdulását és sok más paradox jelenséget és megmagyarázhatatlan tényt. Albert Einstein, minden idők egyik legnagyobb, ha nem a legnagyobb fizikusa. Az idegesítő apróságok között szerepelt a kérdés éteri szél.
Michelson Albert kísérletei
Úgy tűnt, hogy ez a kérdés nem érinti közvetlenül a gravitáció problémáját. Az optikához, a fényhez kapcsolódott. Pontosabban a sebességének meghatározásához.
A dán csillagász volt az első, aki meghatározta a fénysebességet. Olaf Remer nézi a Jupiter holdjainak fogyatkozását. Ez már 1675-ben megtörtént.
amerikai fizikus Albert Michelson a 18. század végén egy sor fénysebesség-meghatározást végzett földi körülmények között, az általa tervezett készülékkel.
1927-ben 299796 + 4 km/s-nak adta meg a fénysebességet, ami akkoriban kiváló pontosságnak számított. De a dolog lényege más. 1880-ban úgy döntött, hogy megvizsgálja az éteri szelet. Végre meg akarta állapítani annak az éternek a létezését, amelynek jelenlétével megpróbálták megmagyarázni a gravitációs kölcsönhatás és a fényhullámok átvitelét.
Michelson valószínűleg korának legfigyelemreméltóbb kísérletezője volt. Kiváló felszerelése volt. És szinte biztos volt a sikerben.
A tapasztalat lényege
Egy élményígy fogant fel. A Föld a pályáján körülbelül 30 km/s sebességgel mozog.. A levegőben mozog. Ez azt jelenti, hogy a vevő előtt lévő forrásból származó fény sebességének a Föld mozgásához képest nagyobbnak kell lennie, mint a másik oldalon lévő fénysebességnek. Az első esetben a fénysebességhez hozzá kell adni az éteri szél sebességét, a második esetben a fénysebességnek ezzel az értékkel kell csökkennie.
A sugarat két egyenlő sugárra osztotta, és egymásra merőleges irányba irányította: a meridián és a párhuzamos mentén. A tükrökről visszaverődő sugarak visszatértek. Ha a párhuzamos mentén haladó nyaláb az éteri szél hatását tapasztalná, akkor a meridionális nyalábhoz hozzáadva interferenciaperemek keletkeztek volna, a két nyaláb hullámai fázisban eltolódtak volna.
Michelsonnak azonban nehéz volt mindkét sugár útját olyan nagy pontossággal megmérni, hogy azok pontosan azonosak legyenek. Ezért úgy építette meg a készüléket, hogy ne legyenek interferenciaperemek, majd 90 fokkal elfordította.
A meridionális gerenda szélességi irányú lett és fordítva. Éteri szél esetén fekete és világos csíkok jelenjenek meg az okulár alatt! De nem voltak azok. Talán az eszköz elforgatásakor a tudós megmozdította.
Délben felállította és megjavította. Hiszen amellett, hogy egy tengely körül is forog. Ezért a nap különböző szakaszaiban a szélességi sugár eltérő pozíciót foglal el a közeledő éteri szélhez képest. Most, amikor a készülék szigorúan mozdulatlan, meg lehet győződni a kísérlet pontosságáról.
Ismét nem volt interferencia perem. A kísérletet sokszor elvégezték, és Michelson és vele együtt az akkori összes fizikus is elképedt. Az éteri szelet nem észlelték! A fény minden irányba ugyanolyan sebességgel haladt!
Ezt senki sem tudta megmagyarázni. Michelson újra és újra megismételte a kísérletet, továbbfejlesztette a berendezést, és végül szinte hihetetlen mérési pontosságot ért el, a kísérlet sikeréhez szükségesnél egy nagyságrenddel nagyobbat. És megint semmi!
Albert Einstein kísérletei
A következő nagy lépés a gravitációs erő ismerete tette Albert Einstein.
Albert Einsteint egyszer megkérdezték:
Hogyan jutott el a speciális relativitáselméletéhez? Milyen körülmények között jutott eszébe egy zseniális ötlet? A tudós így válaszolt: „Mindig is úgy tűnt számomra, hogy ez a helyzet.
Talán nem akart őszinte lenni, talán meg akart szabadulni a bosszantó beszélgetőtárstól. De nehéz elképzelni, hogy Einstein elképzelése az idő, a tér és a sebesség összefüggéseiről veleszületett volt.
Nem, persze eleinte volt egy sejtés, fényes, mint a villám. Aztán elkezdődött a fejlesztés. Nem, nincsenek ellentmondások az ismert jelenségekkel. Aztán megjelent az az öt oldal tele képletekkel, amelyeket egy fizikai folyóiratban publikáltak. Oldalak, amelyek új korszakot nyitottak a fizikában.
Képzelj el egy űrhajót, amely az űrben repül. Azonnal figyelmeztetünk: a csillaghajó nagyon sajátos, olyan, amilyenről a tudományos-fantasztikus történetekben nem olvastál. A hossza 300 ezer kilométer, a sebessége pedig mondjuk 240 ezer km/s. És ez az űrhajó elrepül az egyik közbenső platform mellett az űrben, anélkül, hogy megállna. Teljes sebességgel.
Az egyik utas a csillaghajó fedélzetén áll egy órával. És te és én, olvasó, egy emelvényen állunk - a hosszának meg kell egyeznie egy csillaghajó méretével, azaz 300 ezer kilométerrel, különben nem tud hozzátapadni. És van egy óra is a kezünkben.
Észrevesszük, hogy abban a pillanatban, amikor a csillaghajó orra utolérte platformunk hátsó szélét, egy lámpa villant rajta, megvilágítva az őt körülvevő teret. Egy másodperccel később egy fénysugár elérte a platformunk elülső szélét. Ebben nem kételkedünk, mert ismerjük a fénysebességet, és sikerült pontosan meghatároznunk a megfelelő pillanatot az órán. És egy csillaghajón...
De a csillaghajó is a fénysugár felé repült. És egészen határozottan láttuk, hogy a fény megvilágította a tatját abban a pillanatban, amikor valahol az emelvény közepe közelében volt. Határozottan láttuk, hogy a fénysugár az orrtól a hajó faráig nem terjedt el 300 ezer kilométert.
De a csillaghajó fedélzetén ülő utasok másban is biztosak. Biztosak abban, hogy sugaruk lefedte a teljes távolságot az orrtól a tatig, 300 ezer kilométert. Végül is egy egész másodpercet töltött rá. Ők is teljesen pontosan rögzítették az óráikon. És hogyan is lehetne másként: elvégre a fény sebessége nem függ a forrás sebességétől ...
Hogy hogy? Egyet látunk egy fix platformról, és egy másikat nekik egy csillaghajó fedélzetén? Mi a helyzet?
Einstein relativitáselmélete
Azonnal meg kell jegyezni: Einstein relativitáselmélete első pillantásra teljesen ellentmond a világ szerkezetéről kialakított elképzelésünknek. Mondhatjuk, hogy a józan észnek is ellentmond, hiszen ezt szoktuk bemutatni. Ez sokszor megtörtént a tudomány történetében.
De a Föld gömbölyűségének felfedezése ellentétes volt a józan ésszel. Hogyan élhetnek az emberek az ellenkező oldalon, és nem esnek a szakadékba?
Számunkra a Föld gömbölyűsége kétségtelen tény, és a józan ész szempontjából minden más feltételezés értelmetlen és vad. De lépj vissza az idődből, képzeld el ennek az ötletnek az első megjelenését, és meg fogod érteni, milyen nehéz lenne elfogadni.
Nos, könnyebb volt beismerni, hogy a Föld nem mozdul, hanem több tucatszor gyorsabban repül a pályáján, mint egy ágyúgolyó?
Ezek mind a józan ész roncsai voltak. Ezért a modern fizikusok soha nem hivatkoznak rá.
Most térjünk vissza a speciális relativitáselmélethez. A világ először 1905-ben ismerte fel egy kevéssé ismert név - Albert Einstein - által aláírt cikkből. És akkor még csak 26 éves volt.
Einstein ebből a paradoxonból egy nagyon egyszerű és logikus feltételezést fogalmazott meg: a peronon lévő szemlélő szempontjából kevesebb idő telt el egy mozgó autóban, mint amennyit a karórája mért. Az autóban lelassult az idő múlása az álló peronon eltöltött időhöz képest.
Egészen elképesztő dolgok logikusan következtek ebből a feltevésből. Kiderült, hogy egy villamoson munkába utazó ember egy ugyanígy haladó gyalogoshoz képest nemcsak időt takarít meg a sebesség miatt, hanem lassabban is megy neki.
Az örök fiatalságot azonban ne így próbáld megőrizni: hiába leszel kocsis, és életed egyharmadát villamoson töltöd, 30 év alatt alig nyersz többet egy milliomod másodpercnél. Ahhoz, hogy az időnövekedés észrevehető legyen, a fénysebességhez közeli sebességgel kell mozogni.
Kiderült, hogy a testek sebességének növekedése tükröződik tömegükben. Minél közelebb van egy test sebessége a fény sebességéhez, annál nagyobb a tömege. Egy test fénysebességű sebességénél a tömege egyenlő a végtelennel, vagyis nagyobb, mint a Föld, a Nap, a Galaxis, az egész Univerzumunk tömege... Ennyi tömeg egy egyszerű macskakőbe koncentrálható, felgyorsítva azt
Sveta!
Ez olyan korlátozást támaszt, amely nem teszi lehetővé egyetlen anyagi test számára sem, hogy a fénysebességgel azonos sebességet fejlesszen ki. Hiszen a tömeg növekedésével egyre nehezebb szétoszlatni. Egy végtelen tömeget pedig semmilyen erő nem mozdíthat el.
A természet azonban nagyon fontos kivételt tett e törvény alól a részecskék egész osztályára vonatkozóan. Például a fotonokhoz. Fénysebességgel tudnak mozogni. Pontosabban nem tudnak más sebességgel mozogni. Elképzelhetetlen egy mozdulatlan fotont elképzelni.
Álló állapotban nincs tömege. Ezenkívül a neutrínóknak nincs nyugalmi tömege, és arra vannak ítélve, hogy az Univerzumban a lehető legnagyobb sebességgel folytassák a világűrben való örökös, féktelen repülést anélkül, hogy megelőznék a fényt és lépést tartanának vele.
Nem igaz, hogy az általunk felsorolt speciális relativitáselmélet minden egyes következménye meglepő, paradox! És természetesen mindegyik ellenkezik a "józan ész"-vel!
De itt van az érdekes: nem konkrét formájában, hanem tág filozófiai álláspontként mindezen elképesztő következményeket a dialektikus materializmus megalapítói előre jelezték. Mit mondanak ezek a következmények? Azokról a kapcsolatokról, amelyek egy mozgó tárgy energiáját és tömegét, tömegét és sebességét, sebességét és idejét, sebességét és hosszát összekötik…
Einstein felfedezése az egymásrautaltságról, mint a cement (tovább:), amely az erősítést vagy alapköveket kapcsolta össze, összekapcsolta a korábban egymástól függetlennek tűnő dolgokat és jelenségeket, és megteremtette azt az alapot, amelyre a tudomány történetében először. harmonikus épületet lehet építeni. Ez az épület univerzumunk működését mutatja be.
De először legalább néhány szót az általános relativitáselméletről, amelyet szintén Albert Einstein alkotott meg.
A szovjet tudós, K. P. Sztanyukovics professzor, mint mondják, „a toll hegyén”, pusztán elméleti konstrukciókon keresztül megmutatta, hogy a „fagyott anyag” részecskéi nagyon változatos méretűek lehetnek.
- Gigantikus képződményei a kvazárokhoz hasonlóan lehetségesek, folyamatosan annyi energiát sugároznak, amennyit Galaxisunk mind a 100 milliárd csillaga sugároz.
- Sokkal szerényebb csomók is lehetségesek, amelyek csak néhány naptömegnek felelnek meg. Mind ezek, mind más tárgyak maguk keletkezhetnek közönséges, nem „alvó” anyagból.
- És lehetségesek egy teljesen más osztályba tartozó képződmények, amelyek tömegében arányosak az elemi részecskékkel.
Ahhoz, hogy ezek létrejöhessenek, először óriási nyomás alá kell vetni az őket alkotó anyagot, és a Schwarzschild-szféra határaiba kell terelni – egy olyan szférába, ahol a külső szemlélő ideje teljesen megáll. És még ha ezután a nyomást is megszüntetik, azok a részecskék, amelyek számára megállt az idő, továbbra is léteznek, függetlenül az Univerzumunktól.
plankeonok
A plankeonok a részecskék egy nagyon különleges osztálya. K. P. Sztanyukovics szerint rendkívül érdekes tulajdonsággal rendelkeznek: változatlan formában hordozzák magukban az anyagot, mint amilyen millió és milliárd évvel ezelőtt volt. A plankeon belsejébe tekintve láthattuk az anyagot olyannak, amilyen volt univerzumunk születése idején. Elméleti számítások szerint az Univerzumban körülbelül 1080 plankeon található, körülbelül egy plankeon egy 10 centiméteres oldalú térkockában. Egyébként Sztanyukovicsszal egy időben (attól függetlenül a plankeonok hipotézisét M. A. Markov akadémikus terjesztette elő. Csak Markov adott nekik más nevet - maximonokat).
A plankeonok speciális tulajdonságai az elemi részecskék olykor paradox átalakulásának magyarázatára is felhasználhatók. Ismeretes, hogy amikor két részecske ütközik, soha nem keletkeznek töredékek, hanem más elemi részecskék keletkeznek. Ez valóban elképesztő: a hétköznapi világban egy vázát összetörve soha nem kapunk egész poharakat vagy még rozettákat sem. De tegyük fel, hogy minden elemi részecske mélyén van egy plankeon, egy vagy több, és néha sok plankeon.
A részecskék ütközésének pillanatában a plankeon szorosan megkötött "zsákja" enyhén kinyílik, néhány részecske "beleesik", és "kiugrik" helyett azok, amelyeket az ütközés során keletkezettnek tekintünk. Ugyanakkor a plankeon, mint szorgalmas könyvelő, gondoskodni fog az elemi részecskék világában elfogadott összes "megőrző törvényről".
Nos, mi köze ehhez az egyetemes gravitáció mechanizmusának?
K. P. Sztanyukovics hipotézise szerint a gravitációért "felelős" apró részecskék, az úgynevezett gravitonok, amelyeket az elemi részecskék folyamatosan bocsátanak ki. A gravitonok annyival kisebbek, mint az utóbbiak, mint amennyire kisebb a napsugárban táncoló porszem a földgömbnél.
A gravitonok sugárzása számos törvényszerűségnek engedelmeskedik. Különösen könnyebben berepülhetnek az űr adott régiójába. Ami kevesebb gravitont tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy ha két égitest van a térben, akkor mindkettő túlnyomórészt „kifelé”, egymással ellentétes irányba sugároz gravitonokat. Ez olyan impulzust hoz létre, amely arra készteti a testeket, hogy közeledjenek egymáshoz, vonzzák egymást.
Elemi részecskéiket elhagyva a gravitonok magukkal viszik a tömeg egy részét. Bármilyen kicsik is, a tömegvesztés idővel csak észrevehető. De az idő elképzelhetetlenül nagy. Körülbelül 100 milliárd évnek kell eltelnie ahhoz, hogy az univerzumban lévő összes anyag gravitációs mezővé alakuljon át.
