Newton adalah orang pertama yang menetapkan bahwa jatuhnya sebuah batu di Bumi, pergerakan planet mengelilingi Matahari, pergerakan Bulan mengelilingi Bumi disebabkan oleh gaya atau interaksi gravitasi.
Interaksi antar benda pada jarak jauh dilakukan melalui medan gravitasi yang diciptakan oleh mereka. Berkat sejumlah fakta eksperimental, Newton mampu menetapkan ketergantungan gaya tarik-menarik antara dua benda pada jarak di antara keduanya. Hukum Newton, yang disebut hukum tarik-menarik universal, menyatakan bahwa dua benda tertarik satu sama lain dengan gaya yang sebanding dengan perkalian massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara keduanya. Hukum itu disebut universal atau universal, karena menggambarkan interaksi gravitasi antara sepasang benda apa pun di alam semesta yang memiliki massa. Kekuatan-kekuatan ini sangat lemah, tetapi tidak ada penghalang bagi mereka.
Hukum secara harfiah adalah:
Gravitasi
Bola dunia melaporkan percepatan yang sama g = 9,8m/s2 untuk semua benda yang jatuh ke Bumi, yang disebut percepatan jatuh bebas. Dan ini berarti Bumi bekerja, menarik, semua benda dengan gaya yang disebut gravitasi. Ini adalah jenis khusus gaya gravitasi universal. Gaya gravitasi adalah 
, tergantung pada massa tubuh m, diukur dalam kilogram (kg). Nilai g = 9,8m/s2 diambil sebagai perkiraan; pada garis lintang dan garis bujur yang berbeda, nilainya sedikit berubah karena fakta bahwa:
- jari-jari Bumi bervariasi dari kutub ke ekuator (yang menyebabkan penurunan nilai g di ekuator sebesar 0,18%);
- efek sentrifugal yang disebabkan oleh rotasi bergantung pada garis lintang geografis (mengurangi nilainya sebesar 0,34%).
Tanpa bobot
Misalkan sebuah benda jatuh di bawah pengaruh gravitasi. Kekuatan lain tidak menindakinya. Gerakan ini disebut jatuh bebas. Pada periode ketika hanya Fstrand yang bekerja pada tubuh, tubuh akan berada dalam keadaan tanpa bobot. Saat jatuh bebas, berat badan seseorang hilang.
Berat adalah gaya yang digunakan benda untuk meregangkan suspensi atau bekerja pada penyangga horizontal.
Keadaan tanpa bobot dialami oleh penerjun payung saat melompat, seseorang saat lompat ski, penumpang pesawat jatuh ke dalam lubang udara. Kami merasa tanpa bobot hanya untuk waktu yang sangat singkat, hanya beberapa detik. Tetapi astronot di pesawat ruang angkasa yang terbang di orbit dengan mesin mati mengalami keadaan tanpa bobot untuk waktu yang lama. Pesawat ruang angkasa dalam keadaan jatuh bebas, dan benda berhenti bekerja pada penopang atau penangguhan - mereka tidak berbobot.
satelit bumi buatan
Dimungkinkan untuk mengatasi gravitasi Bumi jika tubuh memiliki kecepatan tertentu. Dengan menggunakan hukum gravitasi, seseorang dapat menentukan kecepatan di mana benda bermassa m, yang berputar dalam orbit melingkar mengelilingi planet, tidak akan jatuh di atasnya dan akan menjadi satelitnya. Pertimbangkan gerak tubuh dalam lingkaran di sekitar Bumi. Tubuh dipengaruhi oleh gaya gravitasi dari Bumi. Dari hukum kedua Newton kita memiliki:
Karena benda bergerak dalam lingkaran dengan percepatan sentripetal:
Dimana r adalah jari-jari orbit lingkaran, R = 6400 km adalah jari-jari Bumi, dan h adalah ketinggian di atas permukaan bumi tempat satelit bergerak. Gaya F yang bekerja pada benda bermassa m sama dengan 
, di mana Mz = 5,98 * 1024kg adalah massa Bumi.
Kita punya: 
. Mengekspresikan kecepatan 
dia akan dipanggil kosmik pertama adalah kecepatan terendah, yang komunikasinya dengan tubuh, ia menjadi satelit buatan Bumi (AES).
Ini juga disebut melingkar. Kami mengambil ketinggian sama dengan 0 dan menemukan kecepatan ini, kira-kira sama dengan: 
Itu sama dengan kecepatan satelit yang berputar mengelilingi Bumi dalam orbit melingkar tanpa adanya hambatan atmosfer. 
Terlihat dari rumus bahwa kecepatan satelit tidak bergantung pada massanya, artinya benda apa pun bisa menjadi satelit buatan.
Jika Anda memberi tubuh kecepatan yang lebih besar, maka itu akan mengatasi gravitasi bumi.
Kecepatan kosmik kedua disebut kecepatan terendah, yang memungkinkan benda mengatasi gravitasi bumi tanpa pengaruh gaya tambahan apa pun dan menjadi satelit Matahari.
Kecepatan ini disebut parabola, sesuai dengan lintasan parabola benda di medan gravitasi bumi (jika tidak ada hambatan atmosfer). Itu dapat dihitung dari rumus: 
Di sini r adalah jarak dari pusat Bumi ke lokasi peluncuran.
Di permukaan bumi 
. Ada satu kecepatan lagi, yang dengannya tubuh dapat meninggalkan tata surya dan menjelajahi ruang angkasa.
Kecepatan kosmik ketiga, kecepatan terendah yang memungkinkan pesawat ruang angkasa mengatasi gravitasi Matahari dan meninggalkan tata surya.
Kecepatan ini 
Dengan hukum apa Anda akan menggantung saya?
- Dan kami menggantung semua orang menurut satu hukum - hukum gravitasi universal.
Hukum gravitasi
Fenomena gravitasi adalah hukum gravitasi universal. Dua benda bekerja satu sama lain dengan gaya yang berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka dan berbanding lurus dengan produk massa mereka.
Secara matematis, kita dapat mengungkapkan hukum besar ini dengan rumus
Gravitasi bekerja pada jarak yang sangat jauh di alam semesta. Tetapi Newton berpendapat bahwa semua benda saling tertarik. Apakah benar ada dua benda yang saling tarik menarik? Bayangkan saja, diketahui bahwa Bumi menarik Anda duduk di kursi. Tapi pernahkah Anda memikirkan fakta bahwa komputer dan mouse saling menarik? Atau pensil dan pulpen di atas meja? Dalam hal ini, kami mengganti massa pena, massa pensil ke dalam rumus, membaginya dengan kuadrat jarak di antara keduanya, dengan mempertimbangkan konstanta gravitasi, kami memperoleh gaya tarik-menarik timbal baliknya. Tapi, itu akan keluar sangat kecil (karena massa pena dan pensil yang kecil) sehingga kita tidak merasakan kehadirannya. Hal lain adalah jika menyangkut Bumi dan kursi, atau Matahari dan Bumi. Massa itu signifikan, artinya kita sudah bisa mengevaluasi efek gaya.
Mari kita pikirkan tentang percepatan jatuh bebas. Ini adalah operasi dari hukum tarik-menarik. Di bawah aksi suatu gaya, tubuh mengubah kecepatan semakin lambat, semakin besar massanya. Akibatnya, semua benda jatuh ke Bumi dengan percepatan yang sama.
Apa penyebab dari kekuatan unik yang tak terlihat ini? Sampai saat ini, keberadaan medan gravitasi diketahui dan dibuktikan. Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang sifat medan gravitasi dalam materi tambahan tentang topik tersebut.
Pikirkan tentang apa itu gravitasi. Dari mana asalnya? Apa yang diwakilinya? Lagi pula, tidak mungkin planet memandang Matahari, melihat seberapa jauh jaraknya, menghitung kuadrat kebalikan dari jarak sesuai dengan hukum ini?
Arah gravitasi
Ada dua benda, katakanlah benda A dan B. Benda A menarik benda B. Gaya yang digunakan benda A dimulai pada benda B dan diarahkan ke benda A. Yaitu, ia "mengambil" benda B dan menariknya ke dirinya sendiri . Tubuh B "melakukan" hal yang sama dengan tubuh A.
Setiap tubuh tertarik oleh bumi. Bumi "mengambil" tubuh dan menariknya ke tengahnya. Oleh karena itu, gaya ini akan selalu diarahkan secara vertikal ke bawah, dan diterapkan dari pusat gravitasi benda, yang disebut gravitasi.
Hal utama yang harus diingat
Beberapa metode eksplorasi geologis, prediksi pasang surut, dan baru-baru ini, perhitungan pergerakan satelit buatan dan stasiun antarplanet. Perhitungan awal posisi planet-planet.
Bisakah kita membuat percobaan seperti itu sendiri, dan tidak menebak apakah planet, benda tertarik?
Pengalaman langsung seperti itu dibuat Cavendish (Henry Cavendish (1731-1810) - fisikawan dan kimiawan Inggris) menggunakan perangkat yang ditunjukkan pada gambar. Idenya adalah untuk menggantungkan tongkat dengan dua bola pada benang kuarsa yang sangat tipis dan kemudian membawa dua bola timah besar ke sampingnya. Daya tarik bola akan memuntir benang sedikit – sedikit, karena gaya tarik menarik antar benda biasa sangat lemah. Dengan bantuan instrumen seperti itu, Cavendish dapat mengukur secara langsung gaya, jarak, dan besaran kedua massa dan, dengan demikian, menentukan konstanta gravitasi G.
Penemuan unik konstanta gravitasi G, yang menjadi ciri medan gravitasi di ruang angkasa, memungkinkan untuk menentukan massa Bumi, Matahari, dan benda langit lainnya. Oleh karena itu, Cavendish menyebut pengalamannya "menimbang Bumi".
Menariknya, berbagai hukum fisika memiliki beberapa ciri umum. Mari beralih ke hukum listrik (gaya Coulomb). Gaya listrik juga berbanding terbalik dengan kuadrat jarak, tetapi sudah di antara muatan, dan tanpa sadar muncul pemikiran bahwa pola ini memiliki makna yang dalam. Hingga saat ini, belum ada yang mampu menghadirkan gravitasi dan listrik sebagai dua manifestasi berbeda dari esensi yang sama.
Gaya di sini juga bervariasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak, tetapi perbedaan besarnya gaya listrik dan gaya gravitasi sangat mencolok. Dalam mencoba menetapkan sifat umum gravitasi dan listrik, kami menemukan keunggulan gaya listrik atas gaya gravitasi sehingga sulit dipercaya bahwa keduanya memiliki sumber yang sama. Bagaimana Anda bisa mengatakan bahwa yang satu lebih kuat dari yang lain? Bagaimanapun, itu semua tergantung pada berapa massa dan berapa muatannya. Memperdebatkan seberapa kuat gravitasi bekerja, Anda tidak berhak mengatakan: "Mari kita ambil massa dengan ukuran ini dan itu," karena Anda memilihnya sendiri. Tetapi jika kita mengambil apa yang Alam sendiri tawarkan kepada kita (angka dan ukurannya sendiri, yang tidak ada hubungannya dengan inci, tahun, ukuran kita), maka kita dapat membandingkan. Kami akan mengambil partikel bermuatan dasar, seperti, misalnya, elektron. Dua partikel elementer, dua elektron, karena muatan listrik saling tolak dengan gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara mereka, dan karena gravitasi mereka tertarik satu sama lain lagi dengan gaya berbanding terbalik dengan kuadrat jarak jarak.
Pertanyaan: Berapa perbandingan gaya gravitasi dengan gaya listrik? Gravitasi terkait dengan tolakan listrik seperti halnya angka dengan 42 nol. Ini sangat membingungkan. Dari mana datangnya jumlah sebesar itu?
Orang mencari faktor besar ini dalam fenomena alam lainnya. Mereka melalui segala macam angka besar, dan jika Anda menginginkan angka besar, mengapa tidak mengambil, katakanlah, rasio diameter alam semesta dengan diameter proton - yang mengejutkan, ini juga angka dengan 42 nol. Dan mereka berkata: mungkinkah koefisien ini sama dengan perbandingan diameter proton dengan diameter alam semesta? Ini adalah pemikiran yang menarik, tetapi saat alam semesta mengembang secara bertahap, konstanta gravitasi juga harus berubah. Meskipun hipotesis ini belum terbantahkan, kami tidak memiliki bukti yang mendukungnya. Sebaliknya, beberapa bukti menunjukkan bahwa konstanta gravitasi tidak berubah dengan cara ini. Jumlah yang sangat besar ini tetap menjadi misteri hingga hari ini.
Einstein harus memodifikasi hukum gravitasi sesuai dengan prinsip relativitas. Prinsip pertama mengatakan bahwa jarak x tidak dapat diatasi secara instan, sedangkan menurut teori Newton, gaya bekerja secara instan. Einstein harus mengubah hukum Newton. Perubahan ini, penyempurnaan sangat kecil. Salah satunya adalah ini: karena cahaya memiliki energi, energi setara dengan massa, dan semua massa menarik, cahaya juga menarik dan, oleh karena itu, melewati Matahari, harus dibelokkan. Inilah yang sebenarnya terjadi. Gaya gravitasi juga sedikit diubah dalam teori Einstein. Tetapi perubahan yang sangat kecil dalam hukum gravitasi ini cukup untuk menjelaskan beberapa ketidakteraturan yang tampak dalam gerakan Merkurius.
Fenomena fisik dalam mikrokosmos tunduk pada hukum lain selain fenomena di dunia skala besar. Timbul pertanyaan: bagaimana gravitasi memanifestasikan dirinya dalam dunia skala kecil? Teori gravitasi kuantum akan menjawabnya. Tapi belum ada teori gravitasi kuantum. Orang belum berhasil menciptakan teori gravitasi yang sepenuhnya konsisten dengan prinsip mekanika kuantum dan prinsip ketidakpastian.
Menurut hukum Newton, gerak benda dengan percepatan hanya mungkin terjadi di bawah pengaruh gaya. Karena benda yang jatuh bergerak dengan percepatan yang diarahkan ke bawah, kemudian dipengaruhi oleh gaya tarik-menarik ke Bumi. Tetapi tidak hanya Bumi yang memiliki kemampuan untuk bekerja pada semua benda dengan gaya tarik-menarik. Isaac Newton menyarankan bahwa gaya tarik-menarik bekerja di antara semua benda. Kekuatan ini disebut gaya gravitasi atau gravitasi kekuatan.
Setelah memperluas hukum yang ditetapkan - ketergantungan gaya tarik benda ke Bumi pada jarak antara benda dan massa benda yang berinteraksi, diperoleh sebagai hasil pengamatan - ditemukan Newton pada tahun 1682 hukum gravitasi:Semua benda tertarik satu sama lain, gaya gravitasi universal berbanding lurus dengan produk massa benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka:
Vektor gaya gravitasi universal diarahkan sepanjang garis lurus yang menghubungkan benda-benda. Faktor proporsionalitas G disebut konstanta gravitasi (konstanta gravitasi universal) dan sama dengan
.
gravitasi disebut gaya tarik-menarik yang bekerja dari Bumi pada semua benda:
.
Membiarkan 
adalah massa bumi, dan 
adalah jari-jari bumi. Pertimbangkan ketergantungan percepatan jatuh bebas pada ketinggian kenaikan di atas permukaan bumi:
Berat badan. Tanpa bobot
Berat badan - gaya yang digunakan benda untuk menekan penyangga atau suspensi karena daya tarik benda ini ke tanah. Bobot bodi diterapkan pada penyangga (suspensi). Besarnya berat badan tergantung pada bagaimana tubuh bergerak dengan penyangga (suspensi).
Berat badan, mis. gaya yang digunakan benda pada penyangga, dan gaya elastis yang digunakan penyangga pada benda, sesuai dengan hukum ketiga Newton, sama dalam nilai absolut dan berlawanan arah.
Jika benda diam pada penyangga horizontal atau bergerak secara seragam, hanya gaya gravitasi dan gaya elastis dari sisi penyangga yang bekerja padanya, oleh karena itu berat benda sama dengan gaya gravitasi (tetapi gaya ini diterapkan pada badan yang berbeda):
.
Dengan gerak yang dipercepat, berat benda tidak akan sama dengan gaya gravitasi. Pertimbangkan gerak tubuh dengan massa m di bawah aksi gravitasi dan elastisitas dengan percepatan. Menurut hukum II Newton:
Jika percepatan benda diarahkan ke bawah, maka berat benda lebih kecil dari gaya gravitasi; jika percepatan benda diarahkan ke atas, maka semua benda lebih besar dari gaya gravitasi.
Peningkatan berat badan yang disebabkan oleh gerakan penyangga atau suspensi yang dipercepat disebut kelebihan muatan.
Jika benda jatuh bebas, maka dari rumus * maka berat benda adalah nol. Hilangnya beban selama gerakan penyangga dengan percepatan jatuh bebas disebut tanpa bobot.
Keadaan tanpa bobot diamati di pesawat terbang atau pesawat ruang angkasa saat mereka bergerak dengan percepatan jatuh bebas, terlepas dari kecepatan pergerakannya. Di luar atmosfer bumi, saat mesin jet dimatikan, hanya gaya gravitasi universal yang bekerja pada pesawat ruang angkasa. Di bawah pengaruh gaya ini, pesawat ruang angkasa dan semua benda di dalamnya bergerak dengan percepatan yang sama; oleh karena itu, fenomena tanpa bobot teramati di kapal.
Gerakan tubuh di bawah pengaruh gravitasi. Pergerakan satelit buatan. kecepatan kosmik pertama
Jika modulus perpindahan benda jauh lebih kecil daripada jarak ke pusat bumi, maka gaya gravitasi universal selama gerakan dapat dianggap konstan, dan gerakan benda dipercepat secara seragam. Kasus paling sederhana dari gerak benda di bawah aksi gravitasi adalah jatuh bebas dengan kecepatan awal nol. Dalam hal ini, benda bergerak dengan percepatan jatuh bebas menuju pusat bumi. Jika ada kecepatan awal yang tidak diarahkan secara vertikal, maka benda bergerak sepanjang lintasan melengkung (parabola, jika hambatan udara tidak diperhitungkan).
Pada kecepatan awal tertentu, benda yang terlempar secara tangensial ke permukaan bumi, di bawah pengaruh gravitasi tanpa adanya atmosfer, dapat bergerak melingkari Bumi tanpa jatuh di atasnya dan tanpa menjauh darinya. Kecepatan ini disebut kecepatan kosmik pertama, dan tubuh bergerak dengan cara ini - satelit bumi buatan (AES).
Mari kita tentukan kecepatan kosmik pertama untuk Bumi. Jika sebuah benda di bawah pengaruh gravitasi bergerak mengelilingi Bumi secara seragam dalam lingkaran, maka percepatan jatuh bebas adalah percepatan sentripetalnya:
.
Oleh karena itu kecepatan kosmik pertama adalah
.
Kecepatan kosmik pertama untuk benda langit mana pun ditentukan dengan cara yang sama. Percepatan jatuh bebas pada jarak R dari pusat benda langit dapat ditentukan dengan menggunakan hukum kedua Newton dan hukum gravitasi universal:
.
Oleh karena itu, kecepatan kosmik pertama pada jarak R dari pusat benda langit bermassa M sama dengan
.
Untuk meluncurkan satelit ke orbit dekat Bumi, pertama-tama harus dikeluarkan dari atmosfer. Oleh karena itu, pesawat luar angkasa diluncurkan secara vertikal. Pada ketinggian 200 - 300 km dari permukaan bumi, di mana atmosfer dijernihkan dan hampir tidak berpengaruh pada pergerakan satelit, roket berbelok dan memberi tahu satelit tentang kecepatan kosmik pertama dalam arah tegak lurus terhadap vertikal.
Kita semua berjalan di Bumi karena itu menarik kita. Jika Bumi tidak menarik semua benda di permukaannya, maka kita, setelah menolaknya, akan terbang ke luar angkasa. Tapi ini tidak terjadi, dan semua orang tahu tentang keberadaan gravitasi terestrial.
Apakah kita menarik bumi? Luna menarik!
Apakah kita menarik bumi ke arah kita? Pertanyaan konyol, bukan? Tapi mari kita lihat. Apakah Anda tahu apa pasang surut di laut dan samudra? Setiap hari, air meninggalkan pantai, berkeliaran selama beberapa jam, dan kemudian, seolah-olah tidak terjadi apa-apa, kembali lagi.
Jadi airnya saat ini tidak diketahui di mana, melainkan kira-kira di tengah lautan. Di sana terbentuk sesuatu seperti gunung air. Luar biasa, bukan? Air yang cenderung menyebar tidak hanya mengalir sendiri, tetapi juga membentuk pegunungan. Dan di pegunungan ini banyak sekali air terkonsentrasi.
Pertimbangkan saja volume total air yang menjauh dari pantai saat air surut, dan Anda akan mengerti bahwa kita berbicara tentang jumlah yang sangat besar. Tetapi jika ini terjadi, pasti ada alasannya. Dan ada alasannya. Alasannya terletak pada fakta bahwa bulan menarik air ini.
Saat berputar mengelilingi Bumi, Bulan melewati lautan dan menarik air laut ke arahnya. Bulan berputar mengelilingi bumi karena tertarik oleh bumi. Tapi, ternyata dia sendiri sekaligus menarik Bumi ke dirinya sendiri. Bumi, bagaimanapun, terlalu besar untuknya, tetapi pengaruhnya cukup untuk menggerakkan air di lautan.
Gaya dan hukum gravitasi universal: konsep dan rumus
Dan sekarang mari kita melangkah lebih jauh dan berpikir: jika dua benda besar, berada di dekatnya, keduanya saling menarik, bukankah logis untuk berasumsi bahwa benda yang lebih kecil juga akan saling menarik? Apakah hanya karena mereka jauh lebih kecil dan daya tariknya kecil?
Ternyata anggapan ini benar sekali. Tentu saja di antara semua benda di Semesta terdapat gaya tarik-menarik atau, dengan kata lain, gaya gravitasi universal.
Isaac Newton adalah orang pertama yang menemukan dan merumuskan fenomena semacam itu dalam bentuk hukum. Hukum gravitasi universal mengatakan: semua benda tertarik satu sama lain, sedangkan gaya tarikannya berbanding lurus dengan massa masing-masing benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka:
F = G * (m_1 * m_2) / r^2 ,
di mana F adalah nilai vektor gaya tarik-menarik antar benda, m_1 dan m_2 adalah massa benda-benda ini, r adalah jarak antar benda, G adalah konstanta gravitasi.
Konstanta gravitasi secara numerik sama dengan gaya yang ada di antara benda bermassa 1 kg, yang terletak pada jarak 1 meter. Nilai ini ditemukan secara eksperimental: G=6.67*〖10〗^(-11) N* m^2⁄〖kg〗^2 .
Kembali ke pertanyaan awal kita, "Apakah kita menarik Bumi?", kita dapat dengan yakin menjawab "ya". Menurut hukum ketiga Newton, kita menarik Bumi dengan gaya yang persis sama seperti Bumi menarik kita. Gaya ini dapat dihitung dari hukum gravitasi universal.
Dan menurut hukum kedua Newton, pengaruh benda satu sama lain oleh gaya apa pun dinyatakan dalam bentuk percepatan yang diberikan satu sama lain. Tetapi percepatan yang diberikan tergantung pada massa benda.
Massa bumi sangat besar, dan memberi kita percepatan jatuh bebas. Dan massa kita dapat diabaikan dibandingkan dengan Bumi, oleh karena itu percepatan yang kita berikan ke Bumi praktis nol. Itulah mengapa kita tertarik pada Bumi dan berjalan di atasnya, bukan sebaliknya.
Bukan hanya yang paling misterius kekuatan alam tetapi juga yang paling kuat.
Manusia dalam perjalanan menuju kemajuan
Secara historis, memang demikian Manusia saat Anda bergerak maju jalur kemajuan menguasai kekuatan alam yang semakin kuat. Dia mulai ketika dia tidak memiliki apa-apa selain tongkat di tinjunya dan kekuatan fisiknya sendiri.
Tapi dia bijak, dan dia menggunakan kekuatan fisik hewan untuk melayaninya, menjadikan mereka peliharaan. Kuda mempercepat larinya, unta membuat padang pasir bisa dilewati, gajah membuat hutan berawa. Tetapi kekuatan fisik dari hewan terkuat sekalipun sangat kecil dibandingkan dengan kekuatan alam.
Orang pertama menaklukkan elemen api, tetapi hanya dalam versi yang paling lemah. Awalnya - selama berabad-abad - dia hanya menggunakan kayu sebagai bahan bakar - jenis bahan bakar dengan energi yang sangat rendah. Beberapa saat kemudian, dia belajar menggunakan energi angin dari sumber energi ini, seorang pria mengangkat sayap putih layarnya ke udara - dan sebuah kapal ringan terbang seperti burung di atas ombak.
Perahu layar di atas ombak
Dia memaparkan bilah kincir angin ke hembusan angin - dan batu-batu berat dari batu gilingan berputar, alu menir berderak. Tetapi jelas bagi semua orang bahwa energi jet udara masih jauh dari terkonsentrasi. Selain itu, baik layar maupun kincir angin takut akan hembusan angin: badai merobek layar dan menenggelamkan kapal, badai mematahkan sayap dan membalikkan pabrik.
Belakangan, manusia mulai menaklukkan air yang mengalir. Roda bukan hanya perangkat yang paling primitif yang mampu mengubah energi air menjadi gerakan rotasi, tetapi juga yang paling lemah dibandingkan berbagai perangkat lainnya.
Manusia bergerak maju di tangga kemajuan dan membutuhkan lebih banyak energi.
Dia mulai menggunakan jenis bahan bakar baru - peralihan ke pembakaran batu bara telah meningkatkan intensitas energi satu kilogram bahan bakar dari 2500 kkal menjadi 7000 kkal - hampir tiga kali lipat. Kemudian tibalah saatnya untuk minyak dan gas. Sekali lagi, kandungan energi dari 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 hitungan menit.
Pada tahun 1954, pembangkit listrik tenaga nuklir Soviet pertama di dunia mulai beroperasi, mengubah tenaga uranium menjadi tenaga 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 yang begitu luar biasa.
Uranium bukan satu-satunya bahan bakar nuklir. Jenis bahan bakar yang lebih kuat sudah digunakan - isotop hidrogen.
Sayangnya, manusia belum mampu menaklukkan nyala nuklir hidrogen-helium. Dia tahu bagaimana menyalakan apinya yang membara untuk sesaat, 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 fusi 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 kekuasaan manusia atas kekuatan alam yang akan datang?
TIDAK! Di depan - penguasaan bentuk energi gravitasi. Itu bahkan dikemas dengan lebih hati-hati oleh alam daripada energi fusi hidrogen-helium sekalipun. Saat 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 kami 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), kami belum bisa mengatakan apa-apa tentang perincian pembangkit listrik semacam itu (mesin roket, reaktor fisik).
Gaya gravitasi universal pada asal-usul kelahiran galaksi
Gaya gravitasi universal adalah asal-usul kelahiran galaksi dari materi prestellar, seperti yang diyakini oleh akademisi V.A. Ambartsumyan. Itu juga memadamkan bintang-bintang yang telah menghabiskan waktunya, menghabiskan bahan bakar bintang yang diberikan kepada mereka saat lahir.
Ya, lihat sekeliling: segala sesuatu di Bumi sebagian besar dikendalikan oleh gaya ini.
Dialah yang menentukan struktur berlapis planet kita - pergantian litosfer, hidrosfer, dan atmosfer. Dialah yang menyimpan lapisan gas udara yang tebal, di dasarnya dan berkat itu kita semua ada.
Jika tidak ada gravitasi, Bumi akan segera keluar dari orbitnya mengelilingi Matahari, dan bola dunia itu sendiri akan hancur berantakan oleh gaya sentrifugal. Sulit untuk menemukan sesuatu yang, pada tingkat tertentu, tidak bergantung pada gaya gravitasi universal.
Tentu saja, para filsuf kuno, orang-orang yang sangat jeli, tidak bisa tidak memperhatikan bahwa batu yang dilempar ke atas selalu kembali. Plato pada abad ke-4 SM menjelaskan hal ini dengan fakta bahwa semua zat di alam semesta cenderung ke tempat sebagian besar zat serupa terkonsentrasi: batu yang terlempar jatuh ke tanah atau jatuh ke dasar, air yang tumpah merembes ke kolam terdekat atau ke sungai yang menuju ke laut , asap api mengalir ke awan kerabatnya.
Murid Plato, Aristoteles, mengklarifikasi bahwa semua benda memiliki sifat khusus berat dan ringan. Benda berat - batu, logam - mengalir ke pusat alam semesta, cahaya - api, asap, uap - ke pinggiran. Hipotesis yang menjelaskan beberapa fenomena yang terkait dengan gaya gravitasi universal ini telah ada selama lebih dari 2 ribu tahun.
Ilmuwan tentang gaya gravitasi
Mungkin yang pertama mengajukan pertanyaan gaya gravitasi benar-benar ilmiah, adalah kejeniusan Renaisans - Leonardo da Vinci. Leonardo menyatakan bahwa gravitasi bukan hanya karakteristik Bumi, bahwa ada banyak pusat gravitasi. Dan dia juga mengemukakan bahwa gaya gravitasi bergantung pada jarak ke pusat gravitasi.
Karya Copernicus, Galileo, Kepler, Robert Hooke semakin mendekatkan diri pada gagasan hukum gravitasi universal, namun 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 menjadi master sains.
Ishak Newton Segala sesuatu yang mengikuti adalah kekayaan karya ilmiah yang tak ada habisnya. Tetapi karya utamanya adalah "Prinsip Matematika Filsafat Alam", yang diterbitkan pada tahun 1687 dan biasanya disebut "Awal". Di dalam merekalah yang hebat dirumuskan. Mungkin semua orang mengingatnya sejak 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 pendahulu Newton, tetapi belum diberikan kepada siapa pun secara keseluruhan. Kejeniusan Newton diperlukan untuk menyusun pecahan-pecahan ini menjadi satu kesatuan untuk menyebarkan daya tarik Bumi ke Bulan, dan Matahari - ke seluruh sistem planet.
Dari hukum gravitasi universal, Newton memperoleh semua hukum gerak 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 dengan tiga benda atau lebih) 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, sangat besar adalah langkah yang diambil oleh Newton.
Pemopuler 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-buang waktu hari ini untuk menyangkal legenda yang indah ini. Dan, rupanya, Newton memahami kekuatan besar alam melalui penalaran logis. Kemungkinan besar itu dimasukkan dalam bab "Awal" yang sesuai.
Gaya gravitasi mempengaruhi penerbangan inti
Misalkan di gunung yang sangat tinggi, begitu tinggi sehingga puncaknya sudah keluar dari atmosfer, kita telah memasang artileri raksasa. Larasnya ditempatkan sejajar dengan permukaan 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 dijelaskan oleh inti menjadi lebih rata. 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 lolos dari bawahnya. Dan, setelah mendeskripsikan cincin di sekitar planet kita, intinya kembali ke titik keberangkatan.
Sementara itu, pistol bisa dilepas. Lagi pula, penerbangan inti di seluruh dunia akan memakan waktu lebih dari satu jam. Dan kemudian intinya 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, tidak akan pernah bisa.
Kecepatan inti untuk ini harus mendekati 8 km/detik. Dan jika Anda meningkatkan kecepatan penerbangan inti? Pertama-tama ia akan terbang membentuk 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, ia akan mulai, seolah-olah, jatuh kembali ke Bumi, tetapi ia akan terbang melewatinya dan tidak lagi membentuk lingkaran, melainkan elips. Inti akan bergerak mengelilingi Bumi dengan cara yang persis sama seperti 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 mencapai orbit bulan atau bahkan lebih jauh. Namun hingga kecepatan awal nukleus ini melebihi 11,2 km/detik, nukleus ini akan tetap menjadi satelit Bumi.
Nukleus, yang menerima kecepatan lebih dari 11,2 km / s saat ditembakkan, akan selamanya terbang menjauh dari Bumi di sepanjang lintasan parabola. Jika elips adalah kurva tertutup, maka parabola adalah kurva yang memiliki dua cabang menuju tak terhingga. Bergerak di 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 terbatas. Gravitasi Matahari yang kuat akan membengkokkan lintasan penerbangannya, menutup dirinya sendiri 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 tarikan matahari, perlu dikatakan kecepatannya lebih dari 16,7 km / s, dan mengarahkannya sehingga kecepatan gerak Bumi sendiri ditambahkan ke kecepatan ini. .
Kecepatan sekitar 8 km / dtk (kecepatan ini bergantung pada ketinggian gunung tempat senjata kita menembak) disebut kecepatan melingkar, kecepatan dari 8 hingga 11,2 km / dtk berbentuk elips, dari 11,2 hingga 16,7 km / dtk 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 tinggal di Mars, kecepatan melingkar akan jauh lebih mudah untuk kita capai - hanya ada sekitar 3,6 km / detik, dan kecepatan parabola hanya sedikit lebih dari 5 km / detik.
Di sisi lain, akan jauh lebih sulit untuk mengirim nukleus dalam 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, dunia seperti itu bisa ada). Kecepatan melingkar raksasa ini seharusnya 437,6, dan kecepatan pisah - 618,8 km / s!
Jadi Newton pada akhir abad ke-17, seratus tahun sebelum penerbangan pertama balon udara panas yang diisi udara hangat oleh Montgolfier bersaudara, 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 bidang
Dengan menggunakan hukum gravitasi planet tak dikenal ditemukan, hipotesis kosmogonik tentang asal usul tata surya dibuat. 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 gerak planet saat ini.
Kami tidak tahu apa yang menyebabkan interaksi semua benda di Semesta. Dan tidak bisa dikatakan Newton tidak tertarik dengan alasan ini. Selama bertahun-tahun dia merenungkan kemungkinan mekanismenya.
Ngomong-ngomong, ini memang kekuatan yang sangat misterius. Sebuah kekuatan yang memanifestasikan dirinya melalui ruang ratusan juta kilometer, tanpa formasi material apa pun pada pandangan pertama, dengan bantuan yang dapat menjelaskan transfer interaksi.
hipotesis Newton
DAN Newton terpaksa hipotesa tentang keberadaan eter tertentu yang diduga memenuhi seluruh Semesta. Pada tahun 1675, dia menjelaskan ketertarikan pada Bumi dengan fakta bahwa eter yang mengisi seluruh Semesta mengalir deras ke pusat Bumi dalam aliran yang terus menerus, 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. Namun kini, pada tahun 1679, Newton membuat hipotesis baru yang menjelaskan mekanisme gravitasi. Kali ini dia menganugerahi eter dengan sifat memiliki konsentrasi berbeda di dekat planet dan jauh darinya. Semakin jauh dari pusat planet, eter dianggap semakin padat. Dan ia memiliki sifat memeras semua benda material dari lapisan yang lebih padat menjadi lapisan yang kurang padat. Dan semua benda terjepit ke permukaan bumi.
Pada 1706, Newton dengan tajam menyangkal keberadaan eter. Pada 1717 dia kembali lagi ke hipotesis pemerasan eter.
Otak cerdik Newton memperebutkan solusi dari misteri besar dan tidak menemukannya. Ini menjelaskan lemparan tajam dari sisi ke sisi. Newton biasa mengatakan:
Saya tidak membuat hipotesis.
Dan meskipun, karena kami hanya dapat memverifikasi, ini tidak sepenuhnya benar, kami pasti dapat menyatakan hal lain: Newton dapat dengan jelas membedakan hal-hal yang tidak dapat disangkal dari hipotesis yang tidak stabil dan kontroversial. Dan di dalam Elements terdapat rumusan hukum agung, namun tidak ada upaya untuk menjelaskan mekanismenya.
Fisikawan hebat mewariskan teka-teki ini kepada manusia masa depan. Dia meninggal pada tahun 1727.
Itu belum terpecahkan bahkan hari ini.
Diskusi tentang esensi fisik hukum Newton memakan waktu dua abad. Dan mungkin diskusi ini tidak akan menyentuh inti dari hukum, jika dia menjawab dengan tepat semua pertanyaan yang diajukan kepadanya.
Namun faktanya lama kelamaan ternyata hukum ini tidak universal. Bahwa ada kalanya 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 tidak terbatas dan diisi secara seragam dengan materi, Seeliger mencoba menghitung, menurut hukum Newton, gaya gravitasi universal yang diciptakan oleh seluruh massa Alam Semesta tak terbatas yang sangat besar di beberapa titik di dalamnya.
Itu bukanlah 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 Semesta. Dan karena jari-jari ini sama dengan tak terhingga, gaya gravitasi pasti sangat besar. Namun, kami tidak melihat ini dalam praktiknya. Artinya hukum gravitasi universal tidak berlaku untuk seluruh alam semesta.
Namun, penjelasan lain untuk paradoks juga dimungkinkan. Misalnya, kita dapat berasumsi bahwa materi tidak mengisi seluruh Semesta secara merata, tetapi kerapatannya berangsur-angsur 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 pada umumnya tidak masuk akal.
Kita dapat berasumsi bahwa gaya gravitasi melemah lebih cepat daripada peningkatan kuadrat jarak. Tetapi hal ini menimbulkan keraguan atas keharmonisan yang mengejutkan dari hukum Newton. Tidak, dan penjelasan ini tidak memuaskan para ilmuwan. Paradoks tetap menjadi paradoks.
Pengamatan pergerakan Merkurius
Fakta lain yang dibawa oleh aksi gaya gravitasi universal, yang tidak dijelaskan oleh hukum Newton pengamatan gerak Merkurius- paling dekat dengan planet ini. Perhitungan 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 dengan menggunakan rumus yang muncul dari hukum Newton.
Dia menjelaskan paradoks Seeliger, dan perpindahan perhelion Merkurius, dan banyak fenomena paradoks lainnya serta fakta yang tidak dapat dijelaskan. Albert Einstein, salah satu fisikawan terhebat, jika bukan fisikawan 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, definisi kecepatannya.
Astronom Denmark adalah orang pertama yang menentukan kecepatan cahaya. Olaf Remer menyaksikan gerhana bulan-bulan Jupiter. Ini terjadi pada awal 1675.
fisikawan Amerika Albert Michelson pada akhir abad ke-18, dia melakukan serangkaian penentuan kecepatan cahaya dalam kondisi terestrial, dengan menggunakan peralatan yang dia rancang.
Pada tahun 1927, dia memberikan kecepatan cahaya sebagai 299796 + 4 km/dtk, yang merupakan akurasi yang sangat baik pada masa itu. Tetapi esensi masalahnya berbeda. Pada tahun 1880 dia memutuskan untuk menyelidiki angin halus. Dia ingin akhirnya menetapkan keberadaan eter itu, yang dengannya mereka mencoba menjelaskan transmisi interaksi gravitasi dan transmisi gelombang cahaya.
Michelson mungkin adalah eksperimen paling luar biasa pada masanya. Dia memiliki peralatan yang sangat baik. Dan dia hampir yakin akan sukses.
Esensi pengalaman
Pengalaman dikandung seperti ini. Bumi bergerak dalam orbitnya dengan kecepatan sekitar 30 km/detik.. Bergerak melalui udara. Ini berarti bahwa kecepatan cahaya dari sumber yang berada di depan penerima relatif terhadap gerak bumi harus lebih besar daripada dari sumber yang berada di sisi lain. Dalam kasus pertama, kecepatan angin halus harus ditambahkan ke kecepatan cahaya, dalam kasus kedua, kecepatan cahaya harus dikurangi dengan nilai ini.
Tentu saja, kecepatan Bumi dalam orbitnya mengelilingi Matahari hanya sepersepuluh ribu kecepatan cahaya. Menemukan istilah sekecil itu sangat sulit, tetapi Michelson disebut raja presisi karena suatu alasan. Dia menggunakan cara yang cerdik untuk menangkap perbedaan kecepatan sinar cahaya yang "sulit dipahami".
Dia membagi balok menjadi dua aliran yang sama dan mengarahkannya ke arah yang saling tegak lurus: di sepanjang meridian dan di sepanjang paralel. Dipantulkan dari cermin, sinarnya kembali. Jika balok yang berjalan paralel mengalami pengaruh angin halus, ketika ditambahkan ke balok meridional, pinggiran interferensi seharusnya muncul, gelombang kedua balok akan bergeser fase.
Namun, sulit bagi Michelson untuk mengukur jalur kedua sinar dengan sangat akurat sehingga keduanya persis sama. Oleh karena itu, ia membangun peralatan tersebut agar tidak ada pinggiran yang mengganggu, lalu memutarnya 90 derajat.
Sinar meridional menjadi garis lintang dan sebaliknya. Jika ada angin halus, garis-garis hitam dan terang akan muncul di bawah lensa mata! Tapi ternyata tidak. Mungkin, saat memutar perangkat, ilmuwan memindahkannya.
Dia mengaturnya pada siang hari dan memperbaikinya. Lagi pula, selain fakta itu, ia juga berputar di sekitar porosnya. Dan oleh karena itu, pada waktu yang berbeda dalam sehari, balok lintang menempati posisi yang berbeda relatif terhadap angin halus yang datang. Sekarang, ketika peralatan benar-benar tidak bergerak, seseorang dapat diyakinkan tentang keakuratan eksperimen tersebut.
Tidak ada pinggiran gangguan lagi. Eksperimen itu dilakukan berkali-kali, dan Michelson, serta semua fisikawan pada masa itu, tercengang. Angin halus tidak terdeteksi! Cahaya bergerak ke segala arah dengan kecepatan yang sama!
Tidak ada yang bisa menjelaskan hal ini. Michelson mengulangi percobaan itu berulang kali, menyempurnakan 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 pengetahuan tentang gaya gravitasi telah melakukan Albert Einstein.
Albert Einstein pernah ditanya:
Bagaimana Anda sampai pada teori relativitas khusus Anda? Dalam situasi apa Anda mendapatkan ide cemerlang? Ilmuwan itu menjawab: “Bagi saya selalu seperti ini masalahnya.
Mungkin dia tidak mau terus terang, mungkin dia ingin menyingkirkan lawan bicara yang menyebalkan itu. Tetapi sulit membayangkan bahwa gagasan Einstein tentang hubungan antara waktu, ruang, dan kecepatan adalah bawaan.
Tidak, tentu saja, 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 di cerita fiksi ilmiah. Panjangnya 300 ribu kilometer, dan kecepatannya, katakanlah, 240 ribu km / s. Dan pesawat luar angkasa ini terbang melewati salah satu platform perantara di luar angkasa, tanpa berhenti di sana. Dengan kecepatan penuh.
Salah satu penumpang berdiri di geladak 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 dapat menempel padanya. Dan kami juga memiliki jam tangan di tangan kami.
Kami memperhatikan bahwa pada saat haluan kapal luar angkasa menangkap tepi belakang platform kami, sebuah lentera menyala di atasnya, menerangi ruang yang mengelilinginya. Sedetik kemudian, seberkas cahaya mencapai tepi depan platform kami. Kami tidak meragukan 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 itu juga terbang menuju berkas cahaya. Dan kami benar-benar melihat bahwa cahaya menerangi buritannya pada saat ia berada di suatu tempat di dekat tengah peron. Kami benar-benar melihat bahwa pancaran cahaya tidak menempuh jarak 300 ribu kilometer dari haluan hingga buritan kapal.
Tapi penumpang di geladak kapal luar angkasa yakin akan hal lain. Mereka yakin pancaran mereka menempuh seluruh jarak dari haluan hingga buritan sejauh 300 ribu kilometer. Bagaimanapun, dia menghabiskan satu detik penuh untuk itu. Mereka juga merekamnya dengan sangat akurat di jam tangan mereka. Dan bagaimana bisa sebaliknya: bagaimanapun juga, kecepatan cahaya tidak bergantung pada kecepatan sumbernya ...
Bagaimana? Kami melihat satu hal dari platform tetap, dan hal lain dari mereka di geladak kapal luar angkasa? Apa masalahnya?
teori relativitas Einstein
Perlu dicatat segera: teori relativitas Einstein pada pandangan pertama, itu benar-benar bertentangan dengan gagasan kita yang sudah mapan tentang struktur dunia. Kita dapat mengatakan bahwa itu juga bertentangan dengan akal sehat, seperti yang biasa kita sajikan. Ini telah terjadi berkali-kali dalam sejarah sains.
Tetapi penemuan kebulatan Bumi bertentangan dengan akal sehat. Bagaimana orang bisa hidup di seberang dan tidak jatuh ke dalam jurang?
Bagi kami, kebulatan Bumi adalah fakta yang tidak diragukan lagi, dan dari sudut pandang akal sehat, asumsi lain apa pun tidak ada artinya dan liar. Tetapi mundurlah dari waktu Anda, bayangkan kemunculan pertama ide ini, dan Anda akan mengerti betapa sulitnya menerimanya.
Nah, apakah lebih mudah untuk mengakui bahwa Bumi bukannya tidak bergerak, tetapi terbang di sepanjang lintasannya puluhan kali lebih cepat daripada bola meriam?
Semua ini adalah reruntuhan akal sehat. 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 oleh 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 dalam mobil yang bergerak daripada yang diukur oleh jam tangan Anda. Di dalam mobil, perjalanan waktu melambat dibandingkan dengan waktu di platform stasioner.
Hal-hal yang cukup menakjubkan secara logis mengikuti asumsi ini. Ternyata seseorang yang bepergian untuk bekerja dengan trem, dibandingkan dengan pejalan kaki yang berjalan dengan cara yang sama, tidak hanya menghemat waktu karena kecepatannya, tetapi juga berjalan lebih lambat untuknya.
Namun, jangan mencoba mempertahankan awet muda dengan cara ini: bahkan jika Anda menjadi pengemudi kereta dan menghabiskan sepertiga hidup Anda di trem, dalam 30 tahun Anda akan memperoleh hampir sepersejuta detik. Agar perolehan waktu menjadi nyata, Anda perlu bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya.
Ternyata peningkatan kecepatan benda tercermin dari massanya. Semakin dekat kecepatan benda dengan kecepatan cahaya, semakin besar massanya. Pada kecepatan benda 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 dikonsentrasikan dalam batu bulat sederhana, mempercepatnya menjadi cepat
Sveta!
Ini memberlakukan batasan yang tidak memungkinkan benda material apa pun untuk mengembangkan kecepatan yang setara dengan kecepatan cahaya. Lagi pula, seiring bertambahnya massa, semakin sulit untuk membubarkannya. Dan massa tak terhingga 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.
Saat diam, ia tidak memiliki massa. Selain itu, neutrino tidak memiliki massa diam, dan mereka juga dikutuk untuk penerbangan abadi tanpa batas melalui ruang angkasa dengan kecepatan semaksimal mungkin di Alam Semesta kita, tanpa menyalip cahaya dan mengikutinya.
Bukankah setiap konsekuensi dari teori relativitas khusus yang kami cantumkan mengejutkan, paradoks! Dan masing-masing, tentu saja, bertentangan dengan "akal sehat"!
Tapi inilah yang menarik: bukan dalam bentuknya yang konkret, tetapi sebagai posisi filosofis yang luas, semua konsekuensi menakjubkan ini telah diramalkan oleh para pendiri materialisme dialektika. Apa implikasi ini katakan? Tentang hubungan yang menghubungkan energi dan massa, massa dan kecepatan, kecepatan dan waktu, kecepatan dan panjang benda bergerak…
Penemuan Einstein tentang saling ketergantungan, seperti semen (selengkapnya :), menghubungkan tulangan bersama, atau batu pondasi, menghubungkan bersama benda-benda dan fenomena yang sebelumnya tampak tidak bergantung satu sama lain dan menciptakan landasan yang untuk pertama kalinya dalam sejarah sains didirikan. mungkin 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, yang juga diciptakan oleh Albert Einstein.
Albert Einstein Nama ini - teori relativitas umum - tidak sepenuhnya sesuai dengan isi teori yang akan dibahas. Ini menetapkan saling ketergantungan antara ruang dan materi. Rupanya akan lebih tepat menyebutnya teori ruang-waktu, atau teori gravitasi.
Tetapi nama ini telah berkembang sangat dekat dengan teori Einstein sehingga bahkan mengajukan pertanyaan untuk menggantinya sekarang tampak tidak senonoh bagi banyak ilmuwan.
Teori relativitas umum menetapkan saling ketergantungan antara materi dan waktu dan ruang yang mengandungnya. Ternyata ruang dan waktu tidak hanya tidak dapat dibayangkan sebagai eksis yang terpisah dari materi, tetapi sifat-sifatnya juga bergantung pada materi yang mengisinya.
Titik awal diskusi
Oleh karena itu, seseorang hanya dapat menentukan titik awal diskusi dan menarik beberapa kesimpulan penting.
Di awal perjalanan luar angkasa, bencana tak terduga menghancurkan perpustakaan, dana film, dan gudang pikiran lainnya, ingatan orang-orang yang terbang melintasi angkasa. Dan sifat planet asalnya dilupakan dalam pergantian abad. Bahkan hukum gravitasi universal pun dilupakan, karena roket terbang di ruang intergalaksi yang hampir tidak terasa.
Namun, mesin kapal bekerja dengan sangat baik, pasokan energi di baterainya praktis tidak terbatas. Sebagian besar waktu, kapal bergerak dengan inersia, dan penghuninya terbiasa dengan bobot. Namun terkadang mereka menyalakan mesin dan memperlambat atau mempercepat pergerakan kapal. Ketika nosel jet berkobar ke dalam kehampaan dengan nyala api yang tidak berwarna dan kapal bergerak dengan kecepatan yang dipercepat, penduduk merasa tubuh mereka menjadi berat, mereka terpaksa berjalan mengelilingi kapal, dan tidak terbang melewati koridor.
Dan sekarang penerbangan hampir selesai. Kapal terbang ke salah satu bintang dan jatuh ke orbit planet yang paling cocok. Kapal luar angkasa keluar, berjalan di atas tanah hijau segar, terus-menerus mengalami perasaan berat yang sama, yang biasa terjadi sejak kapal bergerak dengan kecepatan yang dipercepat.
Tapi planet ini bergerak secara merata. Itu tidak bisa terbang ke arah mereka dengan percepatan konstan 9,8 m/s2! Dan mereka memiliki asumsi pertama bahwa medan gravitasi (gaya gravitasi) dan percepatan memberikan efek yang sama, dan mungkin memiliki sifat yang sama.
Tidak ada orang sezaman kita yang melakukan penerbangan yang begitu lama, tetapi banyak orang merasakan fenomena "menimbang" dan "meringankan" tubuh mereka. Lift biasa, saat bergerak dengan kecepatan yang dipercepat, menciptakan sensasi ini. Saat turun, Anda tiba-tiba merasakan penurunan berat badan, saat naik, sebaliknya, lantai menekan kaki Anda dengan kekuatan lebih dari biasanya.
Tapi satu perasaan tidak membuktikan apapun. Lagipula, 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 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 rapat pada bingkai yang sejajar dengan permukaan bumi. Taruh beban berat di atasnya. Ini akan menjadi massa penarik besar kita. Dia, tentu saja, akan membengkokkan kanvas dan berakhir di beberapa tempat istirahat. Sekarang gulingkan bola di atas kanvas ini sedemikian rupa sehingga bagian jalurnya terletak di sebelah massa yang menarik. Bergantung pada bagaimana bola akan diluncurkan, tiga opsi dimungkinkan.
- Bola akan terbang cukup jauh dari ceruk yang diciptakan oleh defleksi kanvas dan tidak akan mengubah pergerakannya.
- Bola akan menyentuh ceruk, dan garis pergerakannya akan membengkok ke arah massa yang menarik.
- Bola akan jatuh ke dalam lubang ini, tidak akan bisa keluar darinya, dan akan membuat satu atau dua putaran mengelilingi massa gravitasi.
Bukankah benar bahwa opsi ketiga dengan sangat indah memodelkan penangkapan oleh bintang atau planet dari benda asing yang diterbangkan secara sembarangan ke bidang daya tariknya?
Dan kasus kedua adalah pembengkokan lintasan tubuh 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 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 benda material apa pun dapat bergerak dalam medan gravitasi hanya di sepanjang garis lengkung. Hanya dalam 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 berpengaruh padanya, juga pada molekul, asteroid, atau planet.
Kesimpulan penting lainnya adalah medan gravitasi juga mengubah arah waktu. Di dekat massa penarik yang besar, dalam medan gravitasi kuat yang diciptakannya, perjalanan waktu seharusnya lebih lambat daripada menjauhinya.
Anda lihat, dan teori relativitas umum penuh dengan kesimpulan paradoks yang dapat menjungkirbalikkan gagasan kita tentang "akal sehat" lagi dan lagi!
Keruntuhan gravitasi
Mari kita bicara tentang fenomena luar biasa yang bersifat kosmik - 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 Newton yang terkenal: semakin besar gaya gravitasi, semakin kecil kuadrat jarak antara benda-benda yang tertarik. Jadi, semakin padat formasi material, semakin kecil ukurannya, semakin cepat gaya gravitasi meningkat, semakin tak terelakkan pelukan destruktifnya.
Ada teknik licik yang digunakan alam untuk melawan kompresi materi yang tampaknya tak terbatas. Untuk melakukan ini, ia menghentikan jalannya waktu di bidang aksi gaya gravitasi supergiant, 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 "pasangannya" yang tidak terlihat, menurut perhitungan, harus empat kali lebih masif daripada yang terlihat. Tapi 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 dimungkinkan, mirip dengan quasar, terus memancarkan energi sebanyak yang dipancarkan oleh 100 miliar bintang di Galaksi kita.
- Gumpalan yang jauh lebih sederhana dimungkinkan, sama dengan hanya beberapa massa matahari. Baik objek tersebut maupun objek lainnya dapat muncul dengan sendirinya dari materi biasa, bukan materi "tidur".
- Dan formasi dari kelas yang sama sekali berbeda dimungkinkan, sepadan dengan massanya dengan partikel elementer.
Agar mereka muncul, pertama-tama perlu tunduk pada materi yang membuat mereka mencapai tekanan raksasa dan mendorongnya ke batas lingkup Schwarzschild - sebuah lingkup di mana waktu bagi pengamat eksternal berhenti sepenuhnya. Dan bahkan jika setelah itu tekanannya dihilangkan, partikel-partikel yang waktunya telah berhenti akan terus ada secara independen dari Alam Semesta kita.
plankeon
Plankeon adalah kelas partikel yang sangat spesial. Mereka memiliki, menurut K.P. Stanyukovich, sifat yang sangat menarik: mereka membawa materi dalam diri mereka dalam bentuk yang tidak berubah, seperti jutaan dan milyaran tahun yang lalu. Melihat ke dalam plankeon, kita dapat melihat materi sebagaimana adanya pada saat kelahiran alam semesta kita. Menurut perhitungan teoretis, ada sekitar 1080 plankeon di alam semesta, kira-kira satu plankeon dalam ruang kubus 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 - maximon.
Sifat khusus plankeon juga dapat digunakan untuk menjelaskan transformasi paradoks partikel dasar. Diketahui bahwa ketika dua partikel bertabrakan, fragmen tidak pernah terbentuk, tetapi partikel elementer lainnya muncul. Ini sungguh menakjubkan: di dunia biasa, memecahkan vas, kita tidak akan pernah mendapatkan cangkir utuh atau bahkan mawar. Tetapi misalkan di kedalaman setiap partikel elementer terdapat plankeon, satu atau beberapa, dan terkadang banyak plankeon.
Pada saat partikel bertabrakan, "kantong" plankeon yang diikat erat terbuka sedikit, beberapa partikel akan "jatuh" ke dalamnya, dan bukannya "melompat" yang kita anggap muncul selama tumbukan. Pada saat yang sama, plankeon, sebagai akuntan yang rajin, akan memastikan semua "hukum konservasi" diadopsi di dunia partikel dasar.
Nah, apa hubungannya dengan mekanisme gravitasi universal?
"Bertanggung jawab" atas gravitasi, menurut hipotesis K. P. Stanyukovich, adalah partikel-partikel kecil, yang disebut graviton, yang terus menerus dipancarkan oleh partikel elementer. Graviton jauh lebih kecil daripada yang terakhir, seperti setitik debu yang menari-nari 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 luar angkasa, keduanya akan memancarkan graviton terutama "ke luar", dengan arah yang berlawanan satu sama lain. Ini menciptakan dorongan yang menyebabkan tubuh saling mendekat, menarik satu sama lain.
