Bukan hanya yang paling misterius kekuatan alam tetapi juga yang paling kuat.
Manusia dalam perjalanan menuju kemajuan
Secara historis, telah manusia saat Anda bergerak maju bersama jalan kemajuan menguasai kekuatan alam yang semakin kuat. Dia mulai ketika dia tidak punya apa-apa selain tongkat di tinjunya dan kekuatan fisiknya sendiri.
Tapi dia bijaksana, dan dia membawa kekuatan fisik hewan untuk melayaninya, menjadikannya domestik. Kuda mempercepat larinya, unta membuat gurun bisa dilalui, gajah membuat hutan rawa. Tetapi kekuatan fisik bahkan dari hewan terkuat pun sangat kecil dibandingkan dengan kekuatan alam.
Orang pertama menaklukkan elemen api, tetapi hanya dalam versi yang paling lemah. Awalnya - selama berabad-abad - ia hanya menggunakan kayu sebagai bahan bakar - jenis bahan bakar yang sangat hemat energi. Beberapa saat kemudian, dia belajar menggunakan energi angin dari sumber energi ini, seorang pria mengangkat sayap putih layar ke udara - dan sebuah kapal ringan terbang seperti burung di atas ombak.
Perahu layar di atas ombak
Dia mengekspos bilah kincir angin ke hembusan angin - dan batu-batu berat dari batu giling berputar, alu menir berderak. Tetapi jelas bagi semua orang bahwa energi pancaran udara jauh dari konsentrasi. Selain itu, baik layar maupun kincir angin takut akan tiupan angin: badai merobek layar dan menenggelamkan kapal, badai mematahkan sayap dan menjungkirbalikkan kincir.
Bahkan kemudian, manusia mulai menaklukkan air yang mengalir. Roda tidak hanya perangkat paling primitif yang mampu mengubah energi air menjadi gerakan rotasi, tetapi juga yang paling lemah dibandingkan dengan berbagai perangkat lainnya.
Manusia bergerak maju di tangga kemajuan dan membutuhkan lebih banyak energi.
Dia mulai menggunakan jenis bahan bakar baru - transisi ke pembakaran batu bara meningkatkan intensitas energi satu kilogram bahan bakar dari 2500 kkal menjadi 7000 kkal - hampir tiga kali lipat. Kemudian tiba saatnya untuk minyak dan gas. Sekali lagi, kandungan energi setiap kilogram bahan bakar fosil meningkat satu setengah hingga dua kali lipat.
Mesin uap digantikan oleh turbin uap; roda pabrik digantikan oleh turbin hidrolik. Kemudian pria itu mengulurkan tangannya ke atom uranium fisil. Namun, penggunaan pertama jenis energi baru memiliki konsekuensi yang tragis - api nuklir Hiroshima pada tahun 1945 membakar 70 ribu hati manusia dalam beberapa menit.
Pada tahun 1954, pembangkit listrik tenaga nuklir Soviet pertama di dunia mulai beroperasi, mengubah kekuatan uranium menjadi kekuatan pancaran arus listrik. Dan perlu dicatat bahwa satu kilogram uranium mengandung energi dua juta kali lebih banyak daripada satu kilogram minyak terbaik.
Itu adalah api baru yang fundamental, yang bisa disebut fisik, karena fisikawanlah yang mempelajari proses yang mengarah pada kelahiran energi dalam jumlah yang luar biasa.
Uranium bukan satu-satunya bahan bakar nuklir. Jenis bahan bakar yang lebih kuat sudah digunakan - isotop hidrogen.
Sayangnya, manusia belum mampu menaklukkan api nuklir hidrogen-helium. Dia tahu bagaimana untuk sesaat menyalakan api yang menyala-nyala, membakar reaksi dalam bom hidrogen dengan kilatan ledakan uranium. Namun semakin dekat, para ilmuwan melihat reaktor hidrogen, yang akan menghasilkan arus listrik sebagai hasil dari peleburan inti isotop hidrogen menjadi inti helium.
Sekali lagi, jumlah energi yang dapat diambil seseorang dari setiap kilogram bahan bakar akan meningkat hampir sepuluh kali lipat. Tetapi apakah langkah ini akan menjadi yang terakhir dalam sejarah kekuatan manusia yang akan datang atas kekuatan alam?
Bukan! Di depan - penguasaan bentuk energi gravitasi. Hal ini bahkan lebih hati-hati dikemas oleh alam daripada bahkan energi fusi hidrogen-helium. Hari ini, ini adalah bentuk energi paling terkonsentrasi yang bahkan dapat ditebak oleh seseorang.
Tidak ada lagi yang terlihat di sana, di luar ilmu pengetahuan yang mutakhir. Dan meskipun kita dapat dengan yakin mengatakan bahwa pembangkit listrik akan bekerja untuk seseorang, memproses energi gravitasi menjadi arus listrik (atau mungkin menjadi aliran gas yang terbang keluar dari nosel mesin jet, atau menjadi transformasi terencana dari atom silikon dan oksigen yang ada di mana-mana. menjadi atom logam ultra-langka), kita belum bisa mengatakan apa-apa tentang rincian pembangkit listrik tersebut (mesin roket, reaktor fisik).
Kekuatan gravitasi universal pada asal mula kelahiran galaksi
Gaya gravitasi universal adalah asal mula kelahiran galaksi dari materi prabintang, seperti yang diyakini oleh akademisi V.A. Ambartsumyan. Itu juga memadamkan bintang-bintang yang telah menghabiskan waktu mereka, setelah menghabiskan bahan bakar bintang yang diberikan kepada mereka saat lahir.
Ya, lihat sekeliling: segala sesuatu di Bumi sebagian besar dikendalikan oleh kekuatan ini.
Dialah yang menentukan struktur berlapis planet kita - pergantian litosfer, hidrosfer, dan atmosfer. Dialah yang menyimpan lapisan tebal gas udara, di bagian bawahnya dan berkat kita semua ada.
Jika tidak ada gravitasi, Bumi akan segera keluar dari orbitnya mengelilingi Matahari, dan bola bumi itu sendiri akan runtuh, terkoyak oleh gaya sentrifugal. Sulit untuk menemukan sesuatu yang tidak akan, sampai tingkat tertentu, bergantung pada gaya gravitasi universal.
Tentu saja, para filosof kuno, orang-orang yang sangat jeli, pasti akan memperhatikan bahwa batu yang dilempar ke atas selalu muncul kembali. Plato pada abad ke-4 SM menjelaskan hal ini dengan fakta bahwa semua zat alam semesta cenderung ke tempat sebagian besar zat serupa terkonsentrasi: batu yang dilemparkan jatuh ke tanah atau masuk ke dasar, air yang tumpah merembes ke kolam terdekat atau ke sungai yang menuju ke laut, asap api mengalir ke awan sejenisnya.
Seorang mahasiswa Plato, Aristoteles, menjelaskan bahwa semua benda memiliki sifat khusus berat dan ringan. Benda berat - batu, logam - bergegas ke pusat alam semesta, cahaya - api, asap, uap - ke pinggiran. Hipotesis ini, yang menjelaskan beberapa fenomena yang terkait dengan gaya gravitasi universal, telah ada selama lebih dari 2 ribu tahun.
Ilmuwan tentang gaya gravitasi
Mungkin yang pertama mengajukan pertanyaan tentang gaya gravitasi benar-benar ilmiah, adalah jenius Renaissance - Leonardo da Vinci. Leonardo menyatakan bahwa gravitasi adalah karakteristik tidak hanya dari Bumi, bahwa ada banyak pusat gravitasi. Dan dia juga menyarankan bahwa gaya gravitasi tergantung pada jarak ke pusat gravitasi.
Karya-karya Copernicus, Galileo, Kepler, Robert Hooke semakin dekat dengan gagasan hukum gravitasi universal, tetapi dalam rumusan akhirnya hukum ini selamanya dikaitkan dengan nama Isaac Newton.
Isaac Newton tentang gaya gravitasi
Lahir 4 Januari 1643. Dia lulus dari Universitas Cambridge, menjadi sarjana, kemudian - master sains.
Isaac Newton Segala sesuatu yang mengikuti adalah kekayaan tak berujung karya ilmiah. Tetapi karya utamanya adalah "Prinsip Matematika Filsafat Alam", diterbitkan pada tahun 1687 dan biasanya disebut "Awal". Di dalam merekalah yang agung dirumuskan. Mungkin semua orang mengingatnya dari sekolah menengah.
Semua benda tertarik satu sama lain dengan gaya yang berbanding lurus dengan produk massa benda-benda ini dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka ...
Beberapa ketentuan rumusan ini dapat diantisipasi oleh para pendahulu Newton, namun belum diberikan kepada siapa pun secara utuh. Kejeniusan Newton diperlukan untuk merakit fragmen-fragmen ini menjadi satu kesatuan untuk menyebarkan daya tarik Bumi ke Bulan, dan Matahari - ke seluruh sistem planet.
Dari hukum gravitasi universal, Newton menurunkan semua hukum gerak planet-planet, yang ditemukan sebelumnya oleh Kepler. Mereka hanyalah konsekuensinya. Selain itu, Newton menunjukkan bahwa tidak hanya hukum Kepler, tetapi juga penyimpangan dari hukum ini (di dunia tiga atau lebih benda) adalah hasil dari gravitasi universal ... Ini adalah kemenangan besar sains.
Tampaknya kekuatan utama alam, yang menggerakkan dunia, akhirnya ditemukan dan dijelaskan secara matematis, kekuatan yang menjadi sasaran molekul udara, apel, dan Matahari. Raksasa, tak terkira besarnya adalah langkah yang diambil oleh Newton.
Pempopuler pertama karya ilmuwan brilian, penulis Prancis Francois Marie Arouet, yang terkenal di dunia dengan nama samaran Voltaire, mengatakan bahwa Newton tiba-tiba menebak keberadaan hukum yang dinamai menurut namanya ketika dia melihat apel yang jatuh.
Newton sendiri tidak pernah menyebut apel ini. Dan hampir tidak ada gunanya membuang waktu hari ini untuk membantah legenda yang indah ini. Dan, tampaknya, Newton mulai memahami kekuatan alam yang luar biasa dengan penalaran logis. Kemungkinan itu termasuk dalam bab yang sesuai dari "Awal".
Gaya gravitasi mempengaruhi penerbangan inti
Mari kita misalkan bahwa di gunung yang sangat tinggi, begitu tinggi sehingga puncaknya sudah keluar dari atmosfer, kita telah memasang artileri raksasa. Larasnya ditempatkan sangat sejajar dengan permukaan bola dunia dan ditembakkan. Menggambarkan busur intinya jatuh ke tanah.
Kami meningkatkan muatan, meningkatkan kualitas bubuk mesiu, dengan satu atau lain cara kami membuat inti bergerak dengan kecepatan lebih tinggi setelah tembakan berikutnya. Busur yang digambarkan oleh inti menjadi lebih datar. Inti jatuh lebih jauh dari kaki gunung kita.
Kami juga meningkatkan muatan dan menembak. Nukleus terbang di sepanjang lintasan yang begitu lembut sehingga turun sejajar dengan permukaan bola dunia. Inti tidak bisa lagi jatuh ke Bumi: dengan kecepatan yang sama dengan jatuhnya, Bumi keluar dari bawahnya. Dan, setelah menggambarkan cincin di sekitar planet kita, inti kembali ke titik awal.
Pistol bisa dilepas sementara itu. Lagi pula, penerbangan inti di seluruh dunia akan memakan waktu lebih dari satu jam. Dan kemudian inti akan dengan cepat menyapu puncak gunung dan pergi ke lingkaran baru di sekitar Bumi. Jatuh, jika, seperti yang kita sepakati, inti tidak mengalami hambatan udara, itu tidak akan pernah bisa.
Kecepatan inti untuk ini harus mendekati 8 km/detik. Dan jika Anda meningkatkan kecepatan penerbangan inti? Ini pertama akan terbang di busur, lebih lembut dari kelengkungan permukaan bumi, dan mulai menjauh dari Bumi. Pada saat yang sama, kecepatannya di bawah pengaruh gravitasi bumi akan berkurang.
Dan, akhirnya, berbalik, itu akan mulai, seolah-olah, jatuh kembali ke Bumi, tetapi akan terbang melewatinya dan tidak akan lagi menyelesaikan lingkaran, tetapi elips. Inti akan bergerak mengelilingi Bumi dengan cara yang persis sama dengan Bumi bergerak mengelilingi Matahari, yaitu, sepanjang elips, di salah satu fokus di mana pusat planet kita akan berada.
Jika kita semakin meningkatkan kecepatan awal inti, elips akan menjadi lebih meregang. Dimungkinkan untuk meregangkan elips ini sedemikian rupa sehingga nukleus akan mencapai orbit bulan atau bahkan lebih jauh. Tetapi sampai kecepatan awal inti ini melebihi 11,2 km/s, ia akan tetap menjadi satelit Bumi.
Nukleus, yang menerima kecepatan lebih dari 11,2 km / s saat ditembakkan, akan selamanya terbang menjauh dari Bumi sepanjang lintasan parabola. Jika elips adalah kurva tertutup, maka parabola adalah kurva yang memiliki dua cabang hingga tak terhingga. Bergerak sepanjang elips, tidak peduli seberapa memanjangnya, kita pasti akan kembali ke titik awal secara sistematis. Bergerak sepanjang parabola, kita tidak akan pernah kembali ke titik awal.
Tapi, setelah meninggalkan Bumi dengan kecepatan ini, nukleus belum bisa terbang hingga tak terhingga. Gravitasi Matahari yang kuat akan membelokkan lintasan penerbangannya, menutup sekelilingnya seperti lintasan planet. Inti akan menjadi saudara perempuan Bumi, sebuah planet kecil di keluarga planet kita sendiri.
Untuk mengarahkan nukleus ke luar sistem planet, untuk mengatasi gaya tarik matahari, perlu untuk mengatakan kecepatan lebih dari 16,7 km / s, dan mengarahkannya sehingga kecepatan gerak Bumi sendiri ditambahkan ke kecepatan ini. .
Kecepatan sekitar 8 km / s (kecepatan ini tergantung pada ketinggian gunung dari mana senjata kami menembak) disebut kecepatan melingkar, kecepatan dari 8 hingga 11,2 km / s berbentuk elips, dari 11,2 hingga 16,7 km / s berbentuk parabola , dan di atas angka ini - kecepatan yang membebaskan.
Di sini harus ditambahkan bahwa nilai yang diberikan dari kecepatan ini hanya berlaku untuk Bumi. Jika kita hidup di Mars, kecepatan melingkar akan jauh lebih mudah untuk kita capai - hanya sekitar 3,6 km / s di sana, dan kecepatan parabola hanya sedikit lebih dari 5 km / s.
Di sisi lain, akan jauh lebih sulit untuk mengirim nukleus pada penerbangan luar angkasa dari Jupiter daripada dari Bumi: kecepatan melingkar di planet ini adalah 42,2 km / s, dan kecepatan parabola bahkan 61,8 km / s!
Akan sangat sulit bagi penghuni Matahari untuk meninggalkan dunia mereka (jika, tentu saja, hal seperti itu bisa ada). Kecepatan melingkar raksasa ini harus 437,6, dan kecepatan pemisahan - 618,8 km / s!
Jadi Newton pada akhir abad ke-17, seratus tahun sebelum penerbangan pertama dari balon udara panas yang diisi dengan udara hangat oleh saudara-saudara Montgolfier, dua ratus tahun sebelum penerbangan pertama pesawat Wright bersaudara, dan hampir seperempat dari satu milenium sebelum lepas landas dari roket cair pertama, menunjukkan jalan ke langit untuk satelit dan pesawat ruang angkasa.
Gaya gravitasi melekat di setiap bola
Dengan menggunakan hukum gravitasi planet yang tidak diketahui ditemukan, hipotesis kosmogonik tentang asal usul tata surya diciptakan. Kekuatan utama alam, yang mengendalikan bintang, planet, apel di taman, dan molekul gas di atmosfer, telah ditemukan dan dijelaskan secara matematis.
Tapi kita tidak tahu mekanisme gravitasi universal. Gravitasi Newton tidak menjelaskan, tetapi secara visual mewakili keadaan gerakan planet saat ini.
Kita tidak tahu apa yang menyebabkan interaksi semua benda alam semesta. Dan tidak dapat dikatakan bahwa Newton tidak tertarik dengan alasan ini. Selama bertahun-tahun ia merenungkan kemungkinan mekanismenya.
Omong-omong, ini memang kekuatan yang sangat misterius. Sebuah kekuatan yang memanifestasikan dirinya melalui ratusan juta kilometer ruang, tanpa formasi material apa pun pada pandangan pertama, yang dengannya seseorang dapat menjelaskan transfer interaksi.
hipotesis Newton
Dan Newton terpaksa hipotesa tentang keberadaan eter tertentu yang diduga memenuhi seluruh Alam Semesta. Pada 1675, ia menjelaskan daya tarik ke Bumi dengan fakta bahwa eter yang mengisi seluruh Semesta mengalir ke pusat Bumi dalam aliran yang berkelanjutan, menangkap semua objek dalam gerakan ini dan menciptakan gaya gravitasi. Aliran eter yang sama mengalir ke Matahari dan, menyeret planet-planet, komet, memastikan lintasan elipsnya...
Itu bukan hipotesis yang sangat meyakinkan, meskipun benar-benar logis secara matematis. Tapi sekarang, pada tahun 1679, Newton membuat hipotesis baru yang menjelaskan mekanisme gravitasi. Kali ini dia menganugerahi eter dengan sifat memiliki konsentrasi yang berbeda di dekat planet dan jauh dari mereka. Semakin jauh dari pusat planet, semakin padat eter. Dan ia memiliki sifat memeras semua benda material dari lapisan yang lebih padat menjadi yang kurang padat. Dan semua tubuh terjepit ke permukaan bumi.
Pada 1706, Newton dengan tajam menyangkal keberadaan eter. Pada 1717 ia kembali lagi ke hipotesis memeras eter.
Otak Newton yang cerdik memperebutkan solusi dari misteri besar dan tidak menemukannya. Ini menjelaskan lemparan tajam dari sisi ke sisi. Newton pernah berkata:
Saya tidak membuat hipotesis.
Dan meskipun, karena kami hanya dapat memverifikasi, ini tidak sepenuhnya benar, kami pasti dapat menyatakan sesuatu yang lain: Newton mampu dengan jelas membedakan hal-hal yang tak terbantahkan dari hipotesis goyah dan kontroversial. Dan di Elemen ada formula hukum besar, tetapi tidak ada upaya untuk menjelaskan mekanismenya.
Fisikawan hebat itu mewariskan teka-teki ini kepada manusia masa depan. Dia meninggal pada tahun 1727.
Itu belum terpecahkan bahkan sampai hari ini.
Diskusi tentang esensi fisik hukum Newton memakan waktu dua abad. Dan mungkin diskusi ini tidak akan membahas esensi hukum, jika dia menjawab dengan tepat semua pertanyaan yang diajukan kepadanya.
Namun faktanya seiring berjalannya waktu ternyata hukum ini tidak universal. Bahwa ada kasus-kasus ketika dia tidak bisa menjelaskan fenomena ini atau itu. Mari kita beri contoh.
Gaya gravitasi dalam perhitungan Seeliger
Yang pertama adalah paradoks Seeliger. Mempertimbangkan Alam Semesta tak terhingga dan terisi secara seragam dengan materi, Seeliger mencoba menghitung, menurut hukum Newton, gaya gravitasi universal yang diciptakan oleh seluruh massa tak terhingga besar Alam Semesta tak terhingga di beberapa titik di dalamnya.
Itu bukan tugas yang mudah dari sudut pandang matematika murni. Setelah mengatasi semua kesulitan dari transformasi yang paling kompleks, Seeliger menemukan bahwa gaya gravitasi universal yang diinginkan sebanding dengan jari-jari Alam Semesta. Dan karena jari-jari ini sama dengan tak terhingga, maka gaya gravitasi harus sangat besar. Namun, kami tidak melihat ini dalam praktik. Ini berarti bahwa hukum gravitasi universal tidak berlaku untuk seluruh alam semesta.
Namun, penjelasan lain untuk paradoks juga mungkin. Sebagai contoh, kita dapat berasumsi bahwa materi tidak memenuhi seluruh Semesta secara merata, tetapi kepadatannya secara bertahap berkurang dan, akhirnya, di suatu tempat yang sangat jauh tidak ada materi sama sekali. Tetapi membayangkan gambaran seperti itu berarti mengakui kemungkinan adanya ruang tanpa materi, yang umumnya tidak masuk akal.
Kita dapat berasumsi bahwa gaya gravitasi melemah lebih cepat daripada kuadrat jarak meningkat. Tapi ini menimbulkan keraguan pada harmoni mengejutkan dari hukum Newton. Tidak, dan penjelasan ini tidak memuaskan para ilmuwan. Paradoks tetap menjadi paradoks.
Pengamatan pergerakan Merkurius
Fakta lain, aksi gaya gravitasi universal, yang tidak dijelaskan oleh hukum Newton, membawa pengamatan gerakan Merkurius- paling dekat dengan planet ini. Perhitungan yang tepat menurut hukum Newton menunjukkan bahwa perehelion - titik elips di mana Merkurius bergerak paling dekat dengan Matahari - harus bergeser 531 detik busur dalam 100 tahun.
Dan para astronom telah menemukan bahwa pergeseran ini sama dengan 573 detik busur. Kelebihan ini - 42 detik busur - juga tidak dapat dijelaskan oleh para ilmuwan, hanya menggunakan rumus yang muncul dari hukum Newton.
Dia menjelaskan paradoks Seeliger, dan perpindahan perhelion Merkurius, dan banyak fenomena paradoks lainnya dan fakta yang tidak dapat dijelaskan Albert Einstein, salah satu fisikawan terhebat, jika bukan terhebat sepanjang masa. Di antara hal-hal kecil yang mengganggu adalah pertanyaan tentang angin halus.
Eksperimen oleh Albert Michelson
Tampaknya pertanyaan ini tidak secara langsung menyangkut masalah gravitasi. Dia berhubungan dengan optik, dengan cahaya. Lebih tepatnya, untuk definisi kecepatannya.
Astronom Denmark adalah orang pertama yang menentukan kecepatan cahaya. Olaf Remer menyaksikan gerhana bulan Jupiter. Ini terjadi pada awal 1675.
fisikawan Amerika Albert Michelson pada akhir abad ke-18, ia melakukan serangkaian penentuan kecepatan cahaya di bawah kondisi terestrial, menggunakan peralatan yang telah ia rancang.
Pada tahun 1927, ia memberikan kecepatan cahaya sebagai 299796 + 4 km/s, yang merupakan akurasi yang sangat baik untuk waktu itu. Tapi inti masalahnya berbeda. Pada tahun 1880 ia memutuskan untuk menyelidiki angin halus. Dia ingin akhirnya menetapkan keberadaan eter itu sendiri, dengan kehadirannya mereka mencoba menjelaskan transmisi interaksi gravitasi dan transmisi gelombang cahaya.
Michelson mungkin adalah eksperimenter paling luar biasa pada masanya. Dia memiliki peralatan yang sangat baik. Dan dia hampir yakin akan sukses.
Inti dari pengalaman
Sebuah pengalaman dikandung seperti ini. Bumi bergerak pada orbitnya dengan kecepatan sekitar 30 km/detik.. Bergerak melalui udara. Ini berarti bahwa kecepatan cahaya dari sumber yang berada di depan penerima relatif terhadap gerakan bumi harus lebih besar daripada dari sumber yang ada di sisi lain. Dalam kasus pertama, kecepatan angin halus harus ditambahkan ke kecepatan cahaya; dalam kasus kedua, kecepatan cahaya harus dikurangi dengan nilai ini.
Dia membagi sinar menjadi dua aliran yang sama dan mengarahkannya ke arah yang saling tegak lurus: di sepanjang meridian dan di sepanjang paralel. Dipantulkan dari cermin, sinar kembali. Jika balok yang berjalan sejajar mengalami pengaruh angin halus, ketika ditambahkan ke balok meridional, seharusnya timbul pinggiran interferensi, gelombang kedua balok akan bergeser sefasa.
Namun, sulit bagi Michelson untuk mengukur jalur kedua sinar dengan akurasi yang sangat tinggi sehingga keduanya persis sama. Oleh karena itu, ia membangun peralatan sehingga tidak ada pinggiran interferensi, dan kemudian memutarnya 90 derajat.
Balok meridional menjadi latitudinal dan sebaliknya. Jika ada angin halus, garis-garis hitam dan terang akan muncul di bawah lensa mata! Tapi mereka tidak. Mungkin, saat memutar perangkat, ilmuwan memindahkannya.
Dia mengaturnya pada siang hari dan memperbaikinya. Lagi pula, selain fakta itu, ia juga berputar di sekitar sumbu. Dan oleh karena itu, pada waktu yang berbeda dalam sehari, sinar garis lintang menempati posisi yang berbeda relatif terhadap angin halus yang datang. Sekarang, ketika peralatan benar-benar tidak bergerak, orang dapat diyakinkan akan keakuratan eksperimen.
Tidak ada lagi pinggiran interferensi. Eksperimen itu dilakukan berkali-kali, dan Michelson, dan semua fisikawan pada waktu itu, tercengang bersamanya. Angin halus tidak terdeteksi! Cahaya merambat ke segala arah dengan kecepatan yang sama!
Tidak ada yang bisa menjelaskan hal ini. Michelson mengulangi percobaan itu lagi dan lagi, memperbaiki peralatan, dan akhirnya mencapai akurasi pengukuran yang hampir luar biasa, urutan besarnya lebih besar dari yang diperlukan untuk keberhasilan percobaan. Dan sekali lagi tidak ada!
Eksperimen oleh Albert Einstein
Langkah besar berikutnya dalam pengetahuan tentang gaya gravitasi telah melakukan Albert Einstein.
Albert Einstein pernah ditanya:
Bagaimana Anda sampai pada teori relativitas khusus Anda? Dalam keadaan apa Anda menemukan ide cemerlang? Ilmuwan itu menjawab: “Saya selalu merasa bahwa inilah masalahnya.
Mungkin dia tidak mau berterus terang, mungkin dia ingin menyingkirkan lawan bicara yang menyebalkan itu. Tetapi sulit untuk membayangkan bahwa gagasan Einstein tentang hubungan antara waktu, ruang, dan kecepatan adalah bawaan.
Tidak, tentu saja, pada awalnya ada firasat, seterang kilat. Kemudian pembangunan dimulai. Tidak, tidak ada kontradiksi dengan fenomena yang diketahui. Dan kemudian lima halaman penuh formula itu muncul, yang diterbitkan dalam jurnal fisik. Halaman yang membuka era baru dalam fisika.
Bayangkan sebuah pesawat ruang angkasa terbang melintasi ruang angkasa. Kami akan segera memperingatkan Anda: kapal luar angkasa itu sangat aneh, jenis yang belum pernah Anda baca dalam cerita fiksi ilmiah. Panjangnya 300 ribu kilometer, dan kecepatannya, yah, katakanlah, 240 ribu km / s. Dan pesawat ruang angkasa ini terbang melewati salah satu platform perantara di luar angkasa, tanpa berhenti di sana. Dengan kecepatan penuh.
Salah satu penumpang berdiri di dek kapal luar angkasa dengan arloji. Dan Anda dan saya, pembaca, berdiri di atas platform - panjangnya harus sesuai dengan ukuran kapal luar angkasa, yaitu 300 ribu kilometer, jika tidak maka tidak akan bisa menempel padanya. Dan kami juga memiliki arloji di tangan kami.
Kami memperhatikan bahwa pada saat haluan kapal luar angkasa menyusul tepi belakang platform kami, sebuah lentera menyala di atasnya, menerangi ruang di sekitarnya. Sedetik kemudian, seberkas cahaya mencapai tepi depan platform kami. Kami tidak meragukan hal ini, karena kami mengetahui kecepatan cahaya, dan kami telah berhasil menentukan dengan tepat momen yang sesuai pada jam. Dan di kapal luar angkasa...
Tapi kapal luar angkasa juga terbang menuju berkas cahaya. Dan kami benar-benar melihat bahwa cahaya menerangi buritannya pada saat itu berada di suatu tempat di dekat tengah peron. Kami jelas melihat bahwa pancaran cahaya tidak menutupi 300 ribu kilometer dari haluan ke buritan kapal.
Tetapi para penumpang di dek kapal luar angkasa yakin akan hal lain. Mereka yakin bahwa balok mereka menutupi seluruh jarak dari haluan ke buritan 300 ribu kilometer. Bagaimanapun, dia menghabiskan satu detik penuh untuk itu. Mereka juga merekamnya dengan sangat akurat di jam tangan mereka. Dan bagaimana mungkin sebaliknya: lagi pula, kecepatan cahaya tidak bergantung pada kecepatan sumbernya ...
Bagaimana? Kami melihat satu hal dari platform tetap, dan yang lain untuk mereka di dek kapal luar angkasa? Apa masalahnya?
teori relativitas Einstein
Perlu segera diperhatikan: teori relativitas Einstein pada pandangan pertama, itu benar-benar bertentangan dengan gagasan kita tentang struktur dunia. Kita bisa mengatakan bahwa itu juga bertentangan dengan akal sehat, karena kita terbiasa menyajikannya. Ini telah terjadi berkali-kali dalam sejarah sains.
Tetapi penemuan kebulatan Bumi bertentangan dengan akal sehat. Bagaimana orang bisa hidup di sisi yang berlawanan dan tidak jatuh ke dalam jurang?
Bagi kami, kebulatan Bumi adalah fakta yang tidak diragukan lagi, dan dari sudut pandang akal sehat, asumsi lain tidak ada artinya dan liar. Tapi mundurlah dari waktu Anda, bayangkan penampilan pertama dari ide ini, dan Anda akan mengerti betapa sulitnya untuk menerimanya.
Nah, apakah lebih mudah untuk mengakui bahwa Bumi tidak bergerak, tetapi terbang di sepanjang lintasannya puluhan kali lebih cepat daripada bola meriam?
Semua ini adalah rongsokan akal sehat. Oleh karena itu, fisikawan modern tidak pernah merujuknya.
Sekarang kembali ke teori relativitas khusus. Dunia mengenalinya untuk pertama kalinya pada tahun 1905 dari sebuah artikel yang ditandatangani dengan nama yang kurang dikenal - Albert Einstein. Dan dia baru berusia 26 tahun saat itu.
Einstein membuat asumsi yang sangat sederhana dan logis dari paradoks ini: dari sudut pandang seorang pengamat di peron, lebih sedikit waktu yang berlalu di dalam mobil yang bergerak daripada yang diukur oleh jam tangan Anda. Di dalam mobil, perjalanan waktu melambat dibandingkan dengan waktu di peron stasioner.
Hal-hal yang cukup menakjubkan secara logis mengikuti dari asumsi ini. Ternyata seseorang yang bepergian untuk bekerja di trem, dibandingkan dengan pejalan kaki yang menempuh jalan yang sama, tidak hanya menghemat waktu karena kecepatan, tetapi juga berjalan lebih lambat baginya.
Namun, jangan mencoba untuk mempertahankan masa muda abadi dengan cara ini: bahkan jika Anda menjadi pengemudi kereta dan menghabiskan sepertiga dari hidup Anda di trem, dalam 30 tahun Anda akan mendapatkan hampir sepersejuta detik. Agar keuntungan dalam waktu menjadi terlihat, perlu untuk bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya.
Ternyata peningkatan kecepatan benda tercermin dalam massanya. Semakin dekat kecepatan tubuh dengan kecepatan cahaya, semakin besar massanya. Pada kecepatan tubuh yang sama dengan kecepatan cahaya, massanya sama dengan tak terhingga, yaitu lebih besar dari massa Bumi, Matahari, Galaksi, seluruh Alam Semesta kita ... Ini adalah berapa banyak massa dapat terkonsentrasi di batu bulat sederhana, mempercepatnya menjadi kecepatan
Sveta!
Ini memberlakukan batasan yang tidak memungkinkan benda apapun untuk mengembangkan kecepatan yang sama dengan kecepatan cahaya. Lagi pula, ketika massa tumbuh, semakin sulit untuk membubarkannya. Dan massa tak terbatas tidak dapat digerakkan oleh gaya apa pun.
Namun, alam telah membuat pengecualian yang sangat penting terhadap hukum ini untuk seluruh kelas partikel. Misalnya untuk foton. Mereka bisa bergerak dengan kecepatan cahaya. Lebih tepatnya, mereka tidak bisa bergerak dengan kecepatan lain. Tidak terpikirkan untuk membayangkan foton yang tidak bergerak.
Ketika diam, ia tidak memiliki massa. Juga, neutrino tidak memiliki massa diam, dan mereka juga dikutuk untuk penerbangan tak terkendali abadi melalui ruang angkasa dengan kecepatan maksimum yang mungkin di Semesta kita, tanpa menyalip cahaya dan mengikutinya.
Bukankah benar bahwa setiap konsekuensi dari teori relativitas khusus yang kami sebutkan itu mengejutkan, paradoks! Dan masing-masing, tentu saja, bertentangan dengan "akal sehat"!
Tapi inilah yang menarik: tidak dalam bentuk konkretnya, tetapi sebagai posisi filosofis yang luas, semua konsekuensi luar biasa ini telah diprediksi oleh para pendiri materialisme dialektis. Apa implikasi ini katakan? Tentang hubungan yang menghubungkan energi dan massa, massa dan kecepatan, kecepatan dan waktu, kecepatan dan panjang suatu benda yang bergerak...
Penemuan saling ketergantungan Einstein, seperti semen (lebih:), menghubungkan bersama tulangan, atau batu fondasi, menghubungkan bersama hal-hal dan fenomena yang sebelumnya tampak independen satu sama lain dan menciptakan fondasi yang untuk pertama kalinya dalam sejarah ilmu pengetahuan itu memungkinkan untuk membangun bangunan yang harmonis. Bangunan ini adalah representasi dari bagaimana alam semesta kita bekerja.
Tapi pertama-tama, setidaknya beberapa kata tentang teori relativitas umum, juga dibuat oleh Albert Einstein.
Tapi satu perasaan tidak membuktikan apa-apa. Bagaimanapun, sensasi mencoba meyakinkan kita bahwa Matahari bergerak di langit mengelilingi Bumi yang tidak bergerak, bahwa semua bintang dan planet berada pada jarak yang sama dari kita, di cakrawala, dll.
Para ilmuwan mengalami sensasi untuk verifikasi eksperimental. Bahkan Newton memikirkan identitas aneh dari kedua fenomena tersebut. Dia mencoba memberi mereka karakteristik numerik. Setelah mengukur gravitasi dan , dia yakin bahwa nilainya selalu sama satu sama lain.
Dari bahan apa pun dia membuat pendulum pabrik percontohan: dari perak, timah, kaca, garam, kayu, air, emas, pasir, gandum. Hasilnya sama.
Prinsip kesetaraan, yang sedang kita bicarakan, adalah dasar dari teori relativitas umum, meskipun interpretasi modern dari teori tersebut tidak lagi membutuhkan prinsip ini. Menghilangkan deduksi matematis yang mengikuti prinsip ini, mari kita lanjutkan langsung ke beberapa konsekuensi dari teori relativitas umum.
Kehadiran massa materi yang besar sangat mempengaruhi ruang di sekitarnya. Ini mengarah pada perubahan seperti itu di dalamnya, yang dapat didefinisikan sebagai ketidakhomogenan ruang. Ketidakhomogenan ini mengarahkan pergerakan massa apa pun yang dekat dengan benda yang menarik.
Biasanya menggunakan analogi seperti itu. Bayangkan sebuah kanvas direntangkan dengan kuat pada bingkai yang sejajar dengan permukaan bumi. Letakkan beban berat di atasnya. Ini akan menjadi massa besar kami yang menarik. Dia, tentu saja, akan menekuk kanvas dan berakhir di beberapa reses. Sekarang gulingkan bola di atas kanvas ini sedemikian rupa sehingga bagian dari jalurnya terletak di sebelah massa yang menarik. Bergantung pada bagaimana bola akan diluncurkan, tiga opsi dimungkinkan.
- Bola akan terbang cukup jauh dari ceruk yang dibuat oleh defleksi kanvas dan tidak akan mengubah gerakannya.
- Bola akan menyentuh ceruk, dan garis gerakannya akan menekuk ke arah massa yang menarik.
- Bola akan jatuh ke dalam lubang ini, tidak akan bisa keluar darinya, dan akan membuat satu atau dua putaran di sekitar massa gravitasi.
Bukankah benar bahwa opsi ketiga dengan sangat indah memodelkan penangkapan oleh bintang atau planet dari benda asing yang diterbangkan sembarangan ke bidang daya tarik mereka?
Dan kasus kedua adalah pembengkokan lintasan sebuah benda yang terbang dengan kecepatan lebih besar dari kecepatan tangkap yang mungkin! Kasus pertama mirip dengan terbang di luar jangkauan praktis medan gravitasi. Ya, praktis, karena secara teoritis medan gravitasi tidak terbatas.
Tentu saja, ini adalah analogi yang sangat jauh, terutama karena tidak ada yang benar-benar dapat membayangkan defleksi ruang tiga dimensi kita. Apa arti fisik dari defleksi, atau kelengkungan ini, seperti yang sering mereka katakan, tidak ada yang tahu.
Ini mengikuti dari teori relativitas umum bahwa setiap benda material dapat bergerak dalam medan gravitasi hanya sepanjang garis lengkung. Hanya secara khusus, kasus khusus kurva berubah menjadi garis lurus.
Sinar cahaya juga mematuhi aturan ini. Bagaimanapun, itu terdiri dari foton yang memiliki massa tertentu dalam penerbangan. Dan medan gravitasi memiliki efeknya, juga pada molekul, asteroid, atau planet.
Kesimpulan penting lainnya adalah bahwa medan gravitasi juga mengubah jalannya waktu. Di dekat massa besar yang menarik, dalam medan gravitasi kuat yang diciptakan olehnya, perjalanan waktu harus lebih lambat daripada menjauhinya.
Anda tahu, dan teori relativitas umum penuh dengan kesimpulan paradoks yang dapat menjungkirbalikkan ide-ide kita tentang "akal sehat" berulang kali!
Keruntuhan gravitasi
Mari kita bicara tentang fenomena alam kosmik yang menakjubkan - tentang keruntuhan gravitasi (kompresi katastropik). Fenomena ini terjadi dalam akumulasi materi yang sangat besar, di mana gaya gravitasi mencapai besaran yang sangat besar sehingga tidak ada gaya lain yang ada di alam yang dapat menahannya.
Ingat rumus terkenal Newton: semakin besar gaya gravitasi, semakin kecil kuadrat jarak antara benda-benda gravitasi. Jadi, semakin padat formasi material, semakin kecil ukurannya, semakin cepat gaya gravitasi meningkat, semakin tak terelakkan pelukan destruktif mereka.
Ada teknik licik yang digunakan alam untuk berjuang dengan kompresi materi yang tampaknya tak terbatas. Untuk melakukan ini, ia menghentikan jalannya waktu di bidang aksi gaya gravitasi super raksasa, dan massa materi yang terbelenggu, seolah-olah, dimatikan dari Semesta kita, membeku dalam mimpi lesu yang aneh.
Yang pertama dari "lubang hitam" kosmos ini mungkin telah ditemukan. Menurut asumsi ilmuwan Soviet O. Kh. Huseynov dan A. Sh. Novruzova, itu adalah delta Gemini - bintang ganda dengan satu komponen tak terlihat.
Komponen yang terlihat memiliki massa 1,8 matahari, dan "pasangan" yang tidak terlihat seharusnya, menurut perhitungan, empat kali lebih besar daripada yang terlihat. Tetapi tidak ada jejaknya: tidak mungkin melihat ciptaan alam yang paling menakjubkan, "lubang hitam".
Ilmuwan Soviet Profesor K.P. Stanyukovich, seperti yang mereka katakan, "di ujung pena", menunjukkan melalui konstruksi teoretis murni bahwa partikel "materi beku" bisa sangat beragam ukurannya.
- Formasi raksasanya mungkin, mirip dengan quasar, terus memancarkan energi sebanyak 100 miliar bintang di Galaksi kita.
- Gumpalan yang jauh lebih sederhana dimungkinkan, sama dengan hanya beberapa massa matahari. Baik itu maupun objek lain dapat muncul dengan sendirinya dari materi biasa, bukan materi "tidur".
- Dan formasi dari kelas yang sama sekali berbeda dimungkinkan, sepadan dalam massa dengan partikel elementer.
Agar mereka muncul, pertama-tama perlu untuk menundukkan materi yang membuat mereka mencapai tekanan raksasa dan mendorongnya ke batas-batas bola Schwarzschild - bola di mana waktu bagi pengamat eksternal berhenti sepenuhnya. Dan bahkan jika setelah itu tekanan dihilangkan, partikel-partikel yang waktunya telah berhenti akan terus ada secara independen dari Semesta kita.
plankeon
Plankeon adalah kelas partikel yang sangat istimewa. Mereka memiliki, menurut K.P. Stanyukovich, properti yang sangat menarik: mereka membawa materi dalam diri mereka sendiri dalam bentuk yang tidak berubah, seperti jutaan dan miliaran tahun yang lalu. Melihat ke dalam plankeon, kita bisa melihat materi seperti pada saat kelahiran alam semesta kita. Menurut perhitungan teoretis, ada sekitar 1080 plankeon di alam semesta, kira-kira satu plankeon dalam kubus ruang dengan sisi 10 sentimeter. Ngomong-ngomong, pada saat yang sama dengan Stanyukovich dan (terlepas dari dia, hipotesis plankeon diajukan oleh Akademisi M.A. Markov. Hanya Markov yang memberi mereka nama yang berbeda - pepatah.
Sifat khusus plankeon juga dapat digunakan untuk menjelaskan transformasi partikel elementer yang terkadang paradoks. Diketahui bahwa ketika dua partikel bertabrakan, fragmen tidak pernah terbentuk, tetapi partikel elementer lainnya muncul. Ini benar-benar menakjubkan: di dunia biasa, memecahkan vas, kita tidak akan pernah mendapatkan cangkir utuh atau bahkan mawar. Tetapi misalkan di kedalaman setiap partikel elementer ada plankeon, satu atau beberapa, dan terkadang banyak plankeon.
Pada saat tumbukan partikel, "kantong" plankeon yang terikat erat terbuka sedikit, beberapa partikel akan "jatuh" ke dalamnya, dan bukannya "melompat keluar" yang kita anggap telah muncul selama tumbukan. Pada saat yang sama, plankeon, sebagai akuntan yang rajin, akan memastikan semua "hukum konservasi" yang diadopsi di dunia partikel elementer.
Nah, apa hubungannya mekanisme gravitasi universal dengannya?
"Bertanggung jawab" untuk gravitasi, menurut hipotesis K. P. Stanyukovich, adalah partikel kecil, yang disebut graviton, terus menerus dipancarkan oleh partikel elementer. Graviton jauh lebih kecil daripada yang terakhir, seperti setitik debu yang menari di bawah sinar matahari lebih kecil dari bola dunia.
Radiasi graviton mematuhi sejumlah keteraturan. Secara khusus, mereka lebih mudah terbang ke wilayah ruang angkasa itu. Yang mengandung lebih sedikit graviton. Ini berarti bahwa jika ada dua benda langit di ruang angkasa, keduanya akan memancarkan graviton secara dominan “ke luar”, dengan arah yang berlawanan satu sama lain. Ini menciptakan impuls yang menyebabkan tubuh saling mendekat, saling menarik.
Meninggalkan partikel elementernya, graviton membawa sebagian massa bersamanya. Tidak peduli seberapa kecil mereka, hilangnya massa tidak bisa tidak terlihat seiring waktu. Tapi waktunya luar biasa besar. Dibutuhkan sekitar 100 miliar tahun untuk semua materi di alam semesta berubah menjadi medan gravitasi.
