ההיסטוריה של גילוי חוק הכבידה האוניברסלית - תיאור, תכונות ועובדות מעניינות. אייזק ניוטון על כוח הכבידה

מאמר זה יתמקד בהיסטוריה של גילוי חוק הכבידה האוניברסלית. כאן נתוודע למידע הביוגרפי מחייו של המדען שגילה את הדוגמה הפיזיקלית הזו, נשקול את הוראותיה העיקריות, הקשר עם כוח המשיכה הקוונטי, מהלך ההתפתחות ועוד ועוד.

גָאוֹן

סר אייזק ניוטון הוא מדען אנגלי. בשלב מסוים, הוא הקדיש תשומת לב ומאמץ רבים למדעים כמו פיזיקה ומתמטיקה, וגם הביא הרבה דברים חדשים למכניקה ולאסטרונומיה. הוא נחשב בצדק לאחד ממייסדי הפיזיקה הראשונים במודל הקלאסי שלה. הוא המחבר של העבודה הבסיסית "עקרונות מתמטיים של פילוסופיה טבעית", שם הציג מידע על שלושת חוקי המכניקה וחוק הכבידה האוניברסלית. אייזק ניוטון הניח את היסודות של המכניקה הקלאסית עם עבודות אלה. הוא גם פיתח טיפוס אינטגרלי, תורת האור. הוא גם תרם רבות לאופטיקה הפיזיקלית ופיתח תיאוריות רבות אחרות בפיזיקה ובמתמטיקה.

חוֹק

חוק הכבידה האוניברסלית ותולדות גילויו הולכים אחורה בזמן, צורתו הקלאסית היא חוק המתאר את האינטראקציה של טיפוס כבידה שאינו חורג ממסגרת המכניקה.

המהות שלו הייתה שהאינדיקטור של כוח F של משיכה הכבידה הנובעת בין 2 גופים או נקודות של חומר m1 ו-m2, המופרדים זה מזה במרחק מסוים r, הוא פרופורציונלי לשני מחווני המסה והוא ביחס הפוך לריבוע של המרחק בין הגופים:

F = G, כאשר בסמל G נסמן את קבוע הכבידה השווה ל-6.67408(31).10 -11 m 3 /kgf 2.

כוח המשיכה של ניוטון

לפני שנבחן את ההיסטוריה של גילוי חוק הכבידה האוניברסלית, בואו נסתכל מקרוב על המאפיינים הכלליים שלו.

בתיאוריה שיצר ניוטון, כל הגופים בעלי מסה גדולה חייבים ליצור סביבם שדה מיוחד, המושך אליו עצמים אחרים. זה נקרא שדה הכבידה, ויש לו פוטנציאל.

גוף בעל סימטריה כדורית יוצר שדה מחוץ לעצמו, בדומה לזה שנוצר על ידי נקודה חומרית מאותה מסה הממוקמת במרכז הגוף.

כיוון המסלול של נקודה כזו בשדה הכבידה, שנוצר על ידי גוף בעל מסה גדולה בהרבה, מציית. עצמים של היקום, כמו למשל כוכב לכת או כוכב שביט, מצייתים לו גם הם, נעים לאורך אליפסה או היפרבולה. התחשבות בעיוות שיוצרים גופים מסיביים אחרים נלקחת בחשבון באמצעות הוראות תיאוריית ההפרעות.

ניתוח דיוק

לאחר שניוטון גילה את חוק הכבידה האוניברסלית, היה צריך לבדוק אותו ולהוכיח אותו פעמים רבות. לשם כך בוצעו מספר חישובים ותצפיות. לאחר שהגענו להסכמה עם הוראותיו ובהתבסס על דיוק המדד שלו, צורת האומדן הניסיונית משמשת אישור ברור ל-GR. מדידת אינטראקציות קוואדרופול של גוף שמסתובב, אך האנטנות שלו נותרות ללא תנועה, מראה לנו שתהליך הגדלת ה-δ תלוי בפוטנציאל r - (1 + δ) , במרחק של מספר מטרים והוא בגבול (2.1 ± 6.2) .10 -3 . מספר אישורים מעשיים נוספים אפשרו לקבוע חוק זה וללבוש צורה אחת, ללא כל שינויים. בשנת 2007, דוגמה זו נבדקה מחדש במרחק של פחות מסנטימטר (55 מיקרון-9.59 מ"מ). בהתחשב בטעויות הניסוי, המדענים בחנו את טווח המרחק ולא מצאו סטיות ברורות בחוק זה.

תצפית על מסלול הירח ביחס לכדור הארץ אישרה גם היא את תוקפו.

מרחב אוקלידי

תורת הכבידה הקלאסית של ניוטון קשורה למרחב האוקלידי. השוויון בפועל עם דיוק גבוה מספיק (10 -9) של מדדי המרחק במכנה של השוויון שנדון לעיל מראה לנו את הבסיס האוקלידי של המרחב של המכניקה הניוטונית, עם צורה פיזיקלית תלת מימדית. בנקודה כזו בחומר, השטח של משטח כדורי הוא פרופורציונלי בדיוק לריבוע הרדיוס שלו.

נתונים מההיסטוריה

שקול סיכום קצר של ההיסטוריה של גילוי חוק הכבידה האוניברסלית.

רעיונות הועלו על ידי מדענים אחרים שחיו לפני ניוטון. אפיקורוס, קפלר, דקארט, רוברבל, גאסנדי, הויגנס ואחרים ביקרו בהרהורים על זה. קפלר הציג את ההנחה שכוח הכבידה עומד ביחס הפוך למרחק מכוכב השמש ויש לו תפוצה רק במישורים האקליפטיים; לפי דקארט, זה היה תוצאה של פעילות מערבולות בעובי האתר. הייתה סדרה של ניחושים שהכילו השתקפות של הניחושים הנכונים לגבי התלות במרחק.

מכתב מניוטון להאלי הכיל מידע כי הוק, רן וביו איסמאל היו קודמיו של סר אייזק עצמו. אולם איש לפניו לא הצליח לחבר בבירור, בעזרת שיטות מתמטיות, את חוק הכבידה והתנועה הפלנטרית.

ההיסטוריה של גילוי חוק הכבידה האוניברסלית קשורה קשר הדוק לעבודה "עקרונות מתמטיים של הפילוסופיה הטבעית" (1687). בעבודה זו הצליח ניוטון לגזור את החוק המדובר הודות לחוק האמפירי של קפלר, שכבר היה ידוע באותה תקופה. הוא מראה לנו ש:

• צורת התנועה של כל כוכב לכת גלוי מעידה על נוכחותו של כוח מרכזי;
• כוח המשיכה של הסוג המרכזי יוצר מסלולים אליפטיים או היפרבוליים.

על התיאוריה של ניוטון

בחינה של ההיסטוריה הקצרה של גילוי חוק הכבידה האוניברסלית יכולה להצביע גם על מספר הבדלים שמייחדים אותה מהשערות קודמות. ניוטון עסק לא רק בפרסום הנוסחה המוצעת של התופעה הנבדקת, אלא גם הציע מודל מסוג מתמטי בצורה הוליסטית:

• עמדה על חוק הכבידה;
• עמדה על חוק התנועה;
• שיטתיות של שיטות מחקר מתמטי.

שלישייה זו הצליחה לחקור אפילו את התנועות המורכבות ביותר של עצמים שמימיים במידה מדויקת למדי, ובכך יצרה את הבסיס למכניקה השמימית. עד לתחילת פעילותו של איינשטיין במודל זה, לא נדרשה נוכחות של מערך תיקונים יסודי. רק מנגנון מתמטי היה צריך להשתפר משמעותית.

חפץ לדיון

החוק שהתגלה והמוכח הפך, לאורך המאה השמונה-עשרה, לנושא ידוע של מחלוקת אקטיבית ובדיקה מדוקדקת. עם זאת, המאה הסתיימה בהסכמה כללית עם הנחותיו והצהרותיו. באמצעות חישובי החוק ניתן היה לקבוע במדויק את נתיבי תנועת הגופים בגן עדן. בדיקה ישירה נעשתה בשנת 1798. הוא עשה זאת באמצעות איזון מסוג פיתול עם רגישות רבה. בהיסטוריה של גילוי חוק הכבידה האוניברסלי, יש לתת מקום מיוחד לפרשנויות שהציג פויסון. הוא פיתח את מושג פוטנציאל הכבידה ואת משוואת פואסון, שבאמצעותה ניתן היה לחשב את הפוטנציאל הזה. מודל מסוג זה אפשר לחקור את שדה הכבידה בנוכחות התפלגות שרירותית של החומר.

היו קשיים רבים בתיאוריה של ניוטון. העיקרי שבהם יכול להיחשב כחוסר ההסבר של פעולה ארוכת טווח. לא הייתה תשובה מדויקת לשאלה כיצד נשלחים כוחות משיכה דרך חלל ואקום במהירות אינסופית.

"אבולוציה" של החוק

במהלך מאתיים השנים הבאות, ואף יותר מכך, נעשו ניסיונות של פיזיקאים רבים להציע דרכים שונות לשיפור התיאוריה של ניוטון. מאמצים אלה הסתיימו בניצחון בשנת 1915, כלומר יצירת תורת היחסות הכללית, אשר נוצרה על ידי איינשטיין. הוא הצליח להתגבר על כל מכלול הקשיים. בהתאם לעקרון ההתכתבות, התאוריה של ניוטון התבררה כקירוב לתחילת העבודה על תיאוריה בצורה כללית יותר, אותה ניתן ליישם בתנאים מסוימים:

1. הפוטנציאל של הטבע הגרביטציוני לא יכול להיות גדול מדי במערכות הנחקרות. מערכת השמש היא דוגמה לעמידה בכל הכללים לתנועת גרמי השמיים. התופעה הרלטיביסטית מוצאת את עצמה בביטוי מורגש של תזוזה של הפריהליון.
2. האינדיקטור של מהירות התנועה בקבוצת מערכות זו אינו משמעותי בהשוואה למהירות האור.

ההוכחה לכך שבשדה כבידה נייח חלש חישובי GR לובשים צורה של ניוטונים היא נוכחות של פוטנציאל כבידה סקלרי בשדה נייח בעל מאפייני כוח המובעים חלש, המסוגל לעמוד בתנאי משוואת פואסון.

קנה מידה קוונטי

עם זאת, בהיסטוריה, לא התגלית המדעית של חוק הכבידה האוניברסלית, ולא תורת היחסות הכללית יכלו לשמש בתור תורת הכבידה הסופית, שכן שתיהן אינן מתארות כראוי את התהליכים של סוג הכבידה בסולם הקוונטי. ניסיון ליצור תורת כבידה קוונטית היא אחת המשימות החשובות ביותר של הפיזיקה העכשווית.

מנקודת המבט של כוח הכבידה הקוונטי, האינטראקציה בין עצמים נוצרת על ידי חילופי גרביטונים וירטואליים. בהתאם לעקרון אי הוודאות, פוטנציאל האנרגיה של גרביטונים וירטואליים עומד ביחס הפוך למרווח הזמן בו הוא התקיים, מנקודת הפליטה של ​​עצם אחד ועד לנקודת הזמן שבה הוא נקלט בנקודה אחרת.

לאור זאת, מסתבר שבסקאלה קטנה של מרחקים, האינטראקציה של גופים גוררת חילופי גרביטונים מסוג וירטואלי. הודות לשיקולים אלו, ניתן לסיים את ההוראה בדבר חוק הפוטנציאל של ניוטון ותלותו בהתאם להדדיות של מידתיות ביחס למרחק. האנלוגיה בין חוקי קולומב וניוטון מוסברת בכך שמשקל הגרביטונים שווה לאפס. למשקל של פוטונים יש אותה משמעות.

אשליה

בתכנית הלימודים בבית הספר, התשובה לשאלה מההיסטוריה, כיצד גילה ניוטון את חוק הכבידה האוניברסלית, היא סיפורו של פרי תפוח נופל. לפי אגדה זו, הוא נפל על ראשו של מדען. עם זאת, זוהי תפיסה שגויה רווחת, ולמעשה, הכל הצליח להסתדר ללא מקרה דומה של פגיעת ראש אפשרית. ניוטון עצמו אישר לפעמים את המיתוס הזה, אבל למעשה החוק לא היה גילוי ספונטני ולא הגיע בפרץ של תובנה רגעית. כפי שנכתב לעיל, הוא פותח במשך זמן רב והוצג לראשונה בעבודות על "עקרונות המתמטיקה", שהופיעו בציבור ב-1687.

מבנה שדה הכבידה אינו נובע מגודל המסה של כוכב הלכת. להיפך, עוצמתו של שדה כבידה זה (כאחד מסוגי הכבידה), המתבטאת בגודל מטען השדה (האצת הנפילה החופשית), היא שיוצרת את המסה של כוכב הלכת.

וזה מדגיש שוב את האבסורד שבביטוי כוח הכבידה על ידי הנוסחה, המכונה בתיאוריה הפיזיקלית המסורתית נוסחת הכבידה האוניברסלית, באמצעות השוויון: Fт. \u003d m * g \u003d G * (m * Mz) / R 2, כאשר "R" הוא רדיוס כדור הארץ בתוספת גובה הגוף מעל פני כדור הארץ, ו-Mz הוא מסת כדור הארץ, אך למעשה מציין את משקלו (שזה שוב אבסורד).

שימו לב לעובדה שבנוסף לקביעת "מסה" של כדור הארץ מהשוויון הנ"ל, מטען שדה הכבידה (האצת הנפילה החופשית) מתבטא ממנו גם בצורה "g \u003d G * Mz / Rz . 2", קורא לנוסחה כזו מעין ביטוי עצמאי להאצת הנפילה החופשית. יחד עם זאת, נשכח שתאוצת הכבידה מתבטאת כמובן ללא כל התחשבות במסות, על בסיס הנוסחה למסלול הנפילה של הגוף" gt²/2" (ו זעל אודותט²/4בפיזיקה של ההבחנה) ו- מהנוסחה של מטוטלת מסתובבת ( זo=4piר/T 2).

מבוסס על הנוסחה האבסורדית g=G*Mz/Rz. 2, בהתאם, נגזרה גם נוסחת שוורצשילד האבסורדית, הקובעת שכוכבים נוטים להתכווץ ובעתיד לקריסה כבידתית כלשהי. אמירה אבסורדית כזו הובילה לתיאוריה האבסורדית של כמה "חורים שחורים". וכל האבסורד הללו באים לידי ביטוי על רקע העובדות של ירידה במשקל הגופים בהתקרבם למרכז כדור הארץ ו- עצמאות אופי נפילת הגופים ממסה שלהם.

למרות העובדה שניוטון, בשל זמנו, לא הכיר את עובדת השדות הפיזיקליים, הוא למעשה ייעד את מבנה הכבידה האוניברסלי ככוח או ביטוי חיצוני של כל המבנה הקוסמי המרחבי-זמני. אחרי הכל, הוא חשף את התלות של גדלים של מטעני החלל של הסיבוב (המכונה תאוצת הסיבוב הצנטריפטלי לירח ותאוצת הנפילה החופשית של כדור הארץ) בריבוע הרדיוס שביניהם מבלי לקחת בחשבון את המסות.

תלות מרחבית מבנית כזו, מבטא את אינטראקציית הכוח החיצוני הממוקדת הדדית של שדות והוא חוק הכבידה האוניברסלית. אבל, בהתחשב באינטראקציות של גופים, ולא בשדות המציינים גופים ומטענים בודדים, I. ניוטון גם ביטא את חוק הכבידה האוניברסלית לא באופן סיבובי ומבני, אלא ליניארי ומתמטי: המכפלה של מטעני הכבידה של גופים (מאוחר יותר הוחלפו במסה ).

המטענים הללו בחוק קולומב הם כבר מטענים חשמליים, ובניסוי קוונדיש הם מטענים מולקולריים חיצוניים של גופים. והנה ההחלפה הנוספת של מטעני הכבידה של I. ניוטון, המציינים את השדה החיצוני או המאפיין המרחבי (כולל גוף ספציפי) במסות, המאפיינות את השדה הפנימי המאפיין כבר אך ורק של גופים, והובילו לאבסורד של השוויון "Fт. \u003d m * g \u003d G * (m * Mz) / R 2 ".

אחרי הכל, מסה (שלא ממש נבדלת בפיזיקה המסורתית מכוח הכבידה) היא היווצרות נגזרת מהמטען המולקולרי הפנימי של חומר הגוף. לפיכך, על העיוות הראשוני של חוק הכבידה האוניברסלית, המתבטא בשיקול מבני ליניארי ולא סיבובי של כוח, הוטל עיוות כבר בצורה של החלפה של המושג החיצוני של מטען כבידה במושג הפיזיקלי הפנימי של מסה.

זה הביא לעיוות כפול של חוק הכבידה האוניברסלית. בהקשר זה, אין לזה שום קשר להיווצרות כוח הכבידה, שכן ראשית, כוח הכבידה או הכבידה האוניברסליים פירושם שיקול מבני מבחינה סיבובית ולא ליניארי של כוח. ושנית, השיקול הליניארי של הכוח אינו מבטא את המאפיין הפנימי של גופים ואת האינטראקציה השדה הפנימית, אלא את האינטראקציה המרחבית-שדה החיצונית של מטענים כבידה (על ידי התחשבות במאפיין השדה הסיבובי שלהם, בממד התאוצה הסיבובית).

ואכן, לכוח הכבידה, הפועל רק על גופים קוסמיים גדולים, ולא בחלל, אין שום קשר לעולם או לכוח הכבידה האוניברסלי. היווצרות כוח הכבידה מתייחסת כמובן לכוח הכבידה, אבל - כבר בעקיפין דרך המסה.

במקביל, היווצרות כוח הכבידה, כמו גם כוח כלשהו, בהתבסס על השוואת מטענים שדה סיבוביים על ידי ניוטון עצמו, יש צורך לשקול לא וקטורים ליניאריים או לינאריים, אלא וקטורים מבניים או ספירליים סיבובית. החוק השלישי של ניוטון מדבר גם על השדה או המקור הכדורי של הכוח, כמו וקטורים ספירליים של פעולה ותגובה.

ונתיב הנפילה של הגוף עצמו, שהופך לוקטור הכבידה, הוא אורך מעגל מפותח עם רדיוס השווה לקשת של חצי עיגול המתואר על ידי הרדיוס הממוצע של כדור הארץ. לפיכך, בבחינת חוק הכבידה האוניברסלית, המתייחס למרחב השדה ההיקפי-מרכזי הדדי ולביטוי הסיבובי-מבני של הכוח, הותר לשלבו עם ביטוי ליניארי של כוח (לדוגמה, בחוק קולומב וב ביטוי דומה לכוח של כדורי עופרת אינטראקציה חיצונית-מולקולרית מאת G. Cavendish).

וביטוי הכוח הזה כבר מתייחס למרחב המעבר טרום-מסתי (תופס כ-20% מכל הנפח הקוסמי הנצפה) ולכן מתייחס ל ביטוי של מבנה הכבידה העולמי או הכוח החיצוני, אבל לא לחוק הכבידה האוניברסלית. ואז ייעוד הכוח הליניארי הזה שולב עם ביטוי הכבידה (ולא בצורה של "F=m*g0", אלא בצורה של "F=m*g" מבלי להבחין בין המשמעות של האצת נפילה חופשית ומשמעות המושג מסה). כוח הכבידה, על אחת כמה וכמה, אינו מתייחס לחוק הכבידה האוניברסלית, המציין רק ישירות את מרחב המסה או את מרחב המסות, התופס רק בסביבות 5%מכל הנפח הקוסמי הנצפה.

ורק במרחב ההמוני הקווים הכדוריים האוניברסליים מקבלים היקפי, ולאחר מכן עקמומיות ישר. לכן, קו ישר, באופן מוזר, פירושו הגדול ביותר, אבל - דווקא העקמומיות המרחבית.

כמו כן, I. ניוטון, מתוקף תקופתו, ראה קטגוריה אוניברסלית או אוניברסאליות, שיוצאת רק מהסביבה הארצית, מחמשת האחוזים המצוינים. בזמן הנוכחי של חקר החלל, תפיסה כזו של כוח הכבידה ושל חוק הכבידה האוניברסלי כבר לא מקובלת.

לא רק הכי מסתורי איתני הטבעאבל גם הכי חזק.

איש בדרך להתקדמות

היסטורית, זה היה בן אנושככל שאתה מתקדם נתיבים של התקדמותהשתלט על כוחות הטבע החזקים יותר מתמיד. הוא התחיל כשהיה לו רק מקל באגרופו והכוח הפיזי שלו.

אבל הוא היה חכם, והוא הביא את הכוח הפיזי של בעלי החיים לשירותו, והפך אותם לבית. הסוס האיץ את ריצתו, הגמל הפך את המדבר לעביר, הפיל את הג'ונגל הביצות. אבל הכוחות הפיזיים של אפילו בעלי החיים החזקים ביותר קטנים לאין שיעור בהשוואה לכוחות הטבע.

האדם הראשון הכניע את יסוד האש, אבל רק בגרסאותיו המוחלשות ביותר. בתחילה - במשך מאות שנים - הוא השתמש רק בעץ כדלק - סוג דלק בעל אנרגיה נמוכה מאוד. מעט מאוחר יותר, הוא למד להשתמש באנרגיית הרוח ממקור האנרגיה הזה, אדם הרים את הכנף הלבנה של המפרש לאוויר – וספינה קלה עפה כמו ציפור מעל הגלים.

סירת מפרש על הגלים

הוא חשף את להבי טחנת הרוח למשבי הרוח - והאבנים הכבדות של אבני הריחיים הסתובבו, עלי הגריסים קישקשו. אבל ברור לכולם שהאנרגיה של מטוסי האוויר רחוקה מלהיות מרוכזת. בנוסף, גם המפרש וגם טחנת הרוח פחדו ממכות רוח: הסופה קרעה את המפרשים והטביעה את הספינות, הסופה שברה את הכנפיים והפכה את הטחנות.

גם מאוחר יותר, החל האדם לכבוש את המים הזורמים. הגלגל הוא לא רק המכשיר הפרימיטיבי ביותר המסוגל להמיר את אנרגיית המים לתנועה סיבובית, אלא גם בעל הכוח הנמוך ביותר בהשוואה לאלה השונים.

האדם התקדם בסולם ההתקדמות והיה זקוק ליותר ויותר אנרגיה.
הוא החל להשתמש בסוגי דלק חדשים - כבר המעבר לשריפת פחם העלה את עוצמת האנרגיה של קילוגרם דלק מ-2500 קק"ל ל-7000 קק"ל - כמעט פי שלושה. ואז הגיע הזמן לנפט וגז. שוב, תכולת האנרגיה של כל קילוגרם של דלק מאובנים גדלה פי אחד וחצי עד פעמיים.

מנועי קיטור הוחלפו בטורבינות קיטור; גלגלי הטחנה הוחלפו בטורבינות הידראוליות. ואז הושיט האיש את ידו אל אטום האורניום הבקיע. עם זאת, לשימוש הראשון בסוג חדש של אנרגיה היו השלכות טרגיות - הלהבה הגרעינית של הירושימה ב-1945 שרפה 70 אלף לבבות אנושיים בתוך דקות.

ב-1954 נכנסה לפעולה תחנת הכוח הגרעינית הסובייטית הראשונה בעולם, והפכה את כוח האורניום לכוח הקרינה של זרם חשמלי. ויש לציין שק"ג אורניום מכיל פי שני מיליון יותר אנרגיה מקילוגרם מהנפט הטוב ביותר.

זו הייתה אש חדשה ביסודה, שניתן לכנותה פיזיקלית, כי פיזיקאים הם שחקרו את התהליכים המובילים להולדת כמויות כה נפלאות של אנרגיה.
אורניום אינו הדלק הגרעיני היחיד. כבר נעשה שימוש בסוג חזק יותר של דלק - איזוטופי מימן.

למרבה הצער, האדם עדיין לא הצליח להכניע את הלהבה הגרעינית מימן-הליום. הוא יודע איך להצית לרגע את האש הכול-בוערת שלו, להצית את התגובה בפצצת מימן בהבזק של פיצוץ אורניום. אבל קרוב יותר ויותר, מדענים רואים כור מימן, שייצור זרם חשמלי כתוצאה מהיתוך של גרעינים של איזוטופי מימן לגרעיני הליום.

שוב, כמות האנרגיה שאדם יכול לקחת מכל קילוגרם דלק תגדל כמעט פי עשרה. אך האם הצעד הזה יהיה האחרון בהיסטוריה הקרובה של כוח האדם על איתני הטבע?

לֹא! קדימה - השליטה בצורת הכבידה של האנרגיה. הוא ארוז באופן זהיר יותר מטבעו אפילו מהאנרגיה של היתוך מימן-הליום. כיום זוהי צורת האנרגיה המרוכזת ביותר שאדם יכול אפילו לנחש לגביה.

שום דבר נוסף עדיין לא נראה שם, מעבר לקצה החוד של המדע. ולמרות שאנו יכולים לומר בביטחון שתחנות כוח יעבדו עבור אדם, יעבדו אנרגיית כבידה לזרם חשמלי (או אולי לזרם גז שעף מתוך פיית מנוע סילון, או לתוך הטרנספורמציה המתוכננת של האטומים בכל מקום של סיליקון וחמצן לאטומים של מתכות נדירות במיוחד), אנחנו עדיין לא יכולים לומר דבר על הפרטים של תחנת כוח כזו (מנוע רקטי, כור פיזי).

כוח הכבידה האוניברסלי במקורות לידת הגלקסיות

כוח הכבידה האוניברסלי נמצא במקורות לידת הגלקסיותמחומר יוקרתי, כפי שאקדמאי V.A. Ambartsumyan משוכנע. זה גם מכבה את הכוכבים ששרפו את זמנם, לאחר שהוציאו את הדלק הכוכבי שהוקצה להם בלידה.

כן, תסתכל סביב: כל דבר על פני כדור הארץ נשלט במידה רבה על ידי הכוח הזה.

היא זו שקובעת את המבנה השכבתי של הפלנטה שלנו - החלפת הליתוספירה, ההידרוספירה והאטמוספירה. היא זו שמחזיקה שכבה עבה של גזי אוויר, שבתחתיתה ובזכותה כולנו קיימים.

אם לא היה כוח משיכה, כדור הארץ היה פורץ מיד ממסלולו סביב השמש, והכדור עצמו היה מתפרק, נקרע על ידי כוחות צנטריפוגליים. קשה למצוא משהו שלא יהיה, במידה זו או אחרת, תלוי בכוח הכבידה האוניברסלי.

כמובן, הפילוסופים העתיקים, אנשים מאוד שומרי מצוות, לא יכלו שלא לשים לב שאבן שנזרקה כלפי מעלה תמיד חוזרת. אפלטון במאה ה-4 לפני הספירה הסביר זאת בכך שכל חומרי היקום נוטים למקום שבו מרוכזים רוב החומרים הדומים: אבן שנזרקה נופלת לקרקע או יורדת לקרקעית, מים שנשפכו מחלחלים לבריכה הקרובה או לתוך נהר העושה את דרכו אל הים, עשן של אש זוהר אל ענני משפחתו.

תלמידו של אפלטון, אריסטו, הבהיר שלכל הגופים יש תכונות מיוחדות של כבדות וקלילות. גופים כבדים - אבנים, מתכות - ממהרים למרכז היקום, אור - אש, עשן, אדים - לפריפריה. השערה זו, המסבירה חלק מהתופעות הקשורות לכוח הכבידה האוניברסלי, קיימת כבר יותר מאלפיים שנה.

מדענים על כוח הכבידה

כנראה הראשון להעלות את השאלה של כוח המשיכהממש מדעי, היה הגאון של הרנסנס - לאונרדו דה וינצ'י. לאונרדו הכריז שכבידה אופיינית לא רק לכדור הארץ, אלא שיש הרבה מרכזי כובד. והוא גם הציע שכוח הכובד תלוי במרחק למרכז הכובד.

יצירותיהם של קופרניקוס, גלילאו, קפלר, רוברט הוק התקרבו יותר ויותר לרעיון חוק הכבידה האוניברסלית, אך בניסוחו הסופי חוק זה קשור לנצח בשמו של אייזק ניוטון.

אייזק ניוטון על כוח הכבידה

נולד ב-4 בינואר 1643. הוא סיים את לימודיו באוניברסיטת קיימברידג', הפך לרווק, ואז - מאסטר במדעים.

כל מה שאחריו הוא עושר אינסופי של יצירות מדעיות. אבל עבודתו העיקרית היא "העקרונות המתמטיים של הפילוסופיה הטבעית", שפורסם ב-1687 ונקרא בדרך כלל פשוט "התחלות". בהם מנוסח הגדול. בטח כולם זוכרים אותו מהתיכון.

כל הגופים נמשכים זה לזה בכוח שהוא ביחס ישר למכפלת המסות של הגופים הללו וביחס הפוך לריבוע המרחק ביניהם ...

קודמיו של ניוטון יכולים לצפות כמה הוראות של ניסוח זה, אך הוא עדיין לא נמסר לאיש בשלמותו. היה צורך בגאונותו של ניוטון כדי להרכיב את השברים הללו למכלול אחד על מנת להפיץ את המשיכה של כדור הארץ לירח, והשמש - לכל המערכת הפלנטרית.

מחוק הכבידה האוניברסלית, ניוטון שאב את כל חוקי התנועה של כוכבי הלכת, שהתגלו קודם לכן על ידי קפלר. הם פשוט היו ההשלכות שלו. יתרה מכך, ניוטון הראה שלא רק חוקי קפלר, אלא גם סטיות מחוקים אלו (בעולם של שלושה גופים או יותר) הם תוצאה של כבידה אוניברסלית... זה היה ניצחון גדול של המדע.

נראה היה שכוח הטבע העיקרי, המניע את העולמות, התגלה לבסוף ותואר מתמטית, הכוח שאליו כפופות מולקולות האוויר, התפוחים והשמש. ענק, ענק לאין שיעור היה הצעד שעשה ניוטון.

הפופולארי הראשון של עבודתו של מדען מבריק, הסופר הצרפתי פרנסואה מארי ארואה, המפורסם בעולם תחת השם הבדוי וולטייר, אמר שניוטון ניחש לפתע את קיומו של חוק הקרוי על שמו כשהביט בתפוח נופל.

ניוטון עצמו מעולם לא הזכיר את התפוח הזה. ובקושי שווה לבזבז היום זמן על הפרכת האגדה היפה הזו. וככל הנראה, ניוטון הגיע להבין את כוחו הגדול של הטבע על ידי חשיבה לוגית. סביר להניח שהוא נכלל בפרק המקביל של "התחלות".

כוח הכבידה משפיע על מעוף הגרעין

נניח שעל הר גבוה מאוד, כל כך גבוה שפסגתו כבר יצאה מהאטמוספירה, הקמנו כלי ארטילרי ענק. הקנה שלו הוצב מקביל לחלוטין לפני השטח של הגלובוס ונורה. תיאור הקשת הליבה נופלת על הקרקע.

אנחנו מגבירים את המטען, משפרים את איכות אבק השריפה, בדרך זו או אחרת אנו מבצעים את הליבה לזוז במהירות גבוהה יותר לאחר הירייה הבאה. הקשת המתוארת על ידי הליבה הופכת שטוחה יותר. הליבה נופלת הרבה יותר רחוק מרגלי ההר שלנו.

אנחנו גם מגבירים את המטען ויורים. הגרעין עף לאורך מסלול כה עדין שהוא יורד במקביל לפני השטח של הגלובוס. הליבה כבר לא יכולה ליפול לכדור הארץ: באותה מהירות שבה הוא נופל, כדור הארץ בורח מתחתיו. ולאחר שתיאר את הטבעת סביב הפלנטה שלנו, הליבה חוזרת לנקודת המוצא.

ניתן להסיר את האקדח בינתיים. אחרי הכל, הטיסה של הגרעין מסביב לגלובוס תארך יותר משעה. ואז הליבה תטאטא במהירות את ראש ההר ותעבור למעגל חדש סביב כדור הארץ. סתיו, אם, כפי שסיכמנו, הליבה לא תחווה שום התנגדות אוויר, היא לעולם לא תוכל.

מהירות הליבה עבור זה צריכה להיות קרובה ל-8 ק"מ לשנייה. ואם תגביר את מהירות הטיסה של הליבה? תחילה הוא יעוף בקשת, עדינה יותר מהעקמומיות של פני כדור הארץ, ויתחיל להתרחק מכדור הארץ. במקביל, מהירותו בהשפעת כוח המשיכה של כדור הארץ תרד.

ולבסוף, בהסתובב, הוא יתחיל, כביכול, ליפול בחזרה לכדור הארץ, אבל הוא יעוף על פניו ולא ישלים עוד מעגל, אלא אליפסה. הליבה תנוע סביב כדור הארץ בדיוק באותו האופן שבו נע כדור הארץ סביב השמש, כלומר לאורך אליפסה, באחד המוקדים שלו יהיה ממוקם מרכז כוכב הלכת שלנו.

אם נגביר עוד יותר את המהירות ההתחלתית של הגרעין, האליפסה תתברר כנמתחת יותר. אפשר למתוח אליפסה זו בצורה כזו שהגרעין יגיע למסלול הירח או אפילו הרבה יותר רחוק. אבל עד שהמהירות ההתחלתית של הגרעין הזה תעלה על 11.2 ק"מ לשנייה, הוא יישאר לוויין של כדור הארץ.

הגרעין, שקיבל מהירות של למעלה מ-11.2 קמ"ש בעת ירי, יעוף לנצח מכדור הארץ לאורך מסלול פרבולי. אם אליפסה היא עקומה סגורה, אז פרבולה היא עקומה שיש לה שני ענפים העוברים עד אינסוף. לנוע לאורך אליפסה, לא משנה כמה היא עשויה להיות מוארכת, בהכרח נחזור באופן שיטתי לנקודת ההתחלה. נעים לאורך פרבולה, לעולם לא נחזור לנקודת ההתחלה.

אבל, לאחר שעזב את כדור הארץ במהירות זו, הגרעין עדיין לא יוכל לעוף עד אינסוף. כוח הכבידה העוצמתי של השמש יכופף את מסלול טיסתה, יסגור סביב עצמו כמו מסלול של כוכב לכת. הליבה תהפוך לאחותו של כדור הארץ, כוכב לכת זעיר במשפחת כוכבי הלכת שלנו.

כדי לכוון את הגרעין אל מחוץ למערכת הפלנטרית, כדי להתגבר על משיכה השמש, יש צורך לומר לו מהירות של יותר מ-16.7 קמ"ש, ולכוון אותו כך שמהירות התנועה של כדור הארץ עצמו תתווסף למהירות זו. .

מהירות של כ-8 קמ"ש (מהירות זו תלויה בגובה ההר שממנו יורה האקדח שלנו) נקראת מהירות מעגלית, מהירויות מ-8 עד 11.2 קמ"ש הן אליפטיות, מ-11.2 עד 16.7 ק"מ לשנייה הן פרבוליות, ומעל המספר הזה - מהירויות משחררות.

כאן יש להוסיף כי הערכים הנתונים של מהירויות אלו תקפים רק עבור כדור הארץ. אם היינו חיים על מאדים, היה לנו הרבה יותר קל להשיג את המהירות המעגלית - שם היא רק כ-3.6 ק"מ לשנייה, והמהירות הפרבולית היא רק מעט יותר מ-5 ק"מ לשנייה.

מצד שני, יהיה הרבה יותר קשה לשלוח את הגרעין לטיסת חלל מצדק מאשר מכדור הארץ: המהירות המעגלית על כוכב הלכת הזה היא 42.2 ק"מ לשנייה, והמהירות הפרבולית היא אפילו 61.8 ק"מ לשנייה!

יהיה קשה ביותר לתושבי השמש לעזוב את עולמם (אם, כמובן, כזה יכול להתקיים). המהירות המעגלית של הענק הזה צריכה להיות 437.6, ומהירות ההפרדה - 618.8 קמ"ש!

אז ניוטון בסוף המאה ה-17, מאה שנים לפני הטיסה הראשונה של הכדור פורח שהתמלא באוויר חם על ידי האחים מונטגולפייר, מאתיים שנה לפני הטיסות הראשונות של המטוס של האחים רייט, וכמעט רבע. של מילניום לפני ההמראה של הרקטות הנוזליות הראשונות, הצביע על הדרך לשמיים עבור לוויינים וחלליות.

כוח הכבידה טבוע בכל תחום

על ידי שימוש ב חוק הכבידהכוכבי לכת לא ידועים התגלו, נוצרו השערות קוסמוגוניות של מקור מערכת השמש. כוחו העיקרי של הטבע, השולט בכוכבים, כוכבי הלכת, התפוחים בגן ומולקולות הגז באטמוספירה, התגלה ותואר מתמטית.

אבל אנחנו לא מכירים את מנגנון הכבידה האוניברסלית. הכבידה הניוטונית אינה מסבירה, אלא מייצגת חזותית את המצב הנוכחי של תנועה פלנטרית.

איננו יודעים מה גורם לאינטראקציה של כל גופי היקום. ואי אפשר לומר שניוטון לא התעניין בסיבה הזו. במשך שנים רבות הוא הרהר במנגנון האפשרי שלו.

אגב, זה אכן כוח מסתורי ביותר. כוח שמתבטא במאות מיליוני קילומטרים של מרחב, נטול כל תצורות חומריות במבט ראשון, בעזרתו ניתן היה להסביר את העברת האינטראקציה.

ההשערות של ניוטון

ו ניוטוןנקטו הַשׁעָרָהעל קיומו של אתר מסוים שממלא לכאורה את היקום כולו. בשנת 1675, הוא הסביר את המשיכה לכדור הארץ בכך שהאתר הממלא את היקום כולו ממהר למרכז כדור הארץ בזרמים רציפים, לוכד את כל העצמים בתנועה זו ויוצר כוח כבידה. אותה זרימה של אתר ממהרת אל השמש וגוררת את כוכבי הלכת, השביטים, מבטיחה את המסלולים האליפטיים שלהם...

זו לא הייתה השערה משכנעת במיוחד, אם כי הגיונית לחלוטין מבחינה מתמטית. אבל כעת, ב-1679, יצר ניוטון השערה חדשה המסבירה את מנגנון הכבידה. הפעם הוא מעניק לאתר את התכונה שיש לו ריכוז שונה ליד כוכבי הלכת ורחוק מהם. ככל שמתרחק ממרכז הפלנטה, האתר כביכול צפוף יותר. ויש לו את התכונה לסחוט את כל גופי החומר מתוך השכבות הצפופות יותר שלהם לשכבות פחות צפופות. וכל הגופים נדחסים אל פני כדור הארץ.

בשנת 1706, ניוטון מכחיש בחריפות את עצם קיומו של האתר. ב-1717 הוא חוזר שוב להשערת האתר הסוחט החוצה.

המוח הגאוני של ניוטון נלחם על פתרון התעלומה הגדולה ולא מצא אותו. זה מסביר זריקה חדה כזו מצד לצד. ניוטון נהג לומר:

אני לא מעלה השערות.

ולמרות שכפי שרק הצלחנו לאמת, זה לא לגמרי נכון, אנחנו בהחלט יכולים לקבוע משהו אחר: ניוטון הצליח להבחין בבירור בין דברים שאין עליהם עוררין מהשערות לא יציבות ושנויות במחלוקת. וביסודות יש נוסחה של החוק הגדול, אבל אין ניסיון להסביר את המנגנון שלו.
הפיזיקאי הגדול הוריש את החידה הזו לאיש העתיד. הוא נפטר בשנת 1727.
זה לא נפתר גם היום.

הדיון על המהות הפיזית של חוק ניוטון ארך מאתיים שנה. ואולי הדיון הזה לא היה נוגע לעצם מהותו של החוק, אילו יענה בדיוק על כל השאלות שהופנו אליו.

אבל עובדה היא שעם הזמן התברר שהחוק הזה אינו אוניברסלי. שיש מקרים שהוא לא יכול להסביר תופעה כזו או אחרת. בואו ניתן דוגמאות.

כוח הכבידה בחישוביו של סיליגר

הראשון שבהם הוא הפרדוקס של סיליגר. בהתחשב ביקום כאינסופי ומלא בחומר באופן אחיד, ניסה סיליגר לחשב, על פי חוק ניוטון, את כוח הכבידה האוניברסלי שנוצר על ידי כל המסה הגדולה לאין שיעור של היקום האינסופי בנקודה כלשהי בו.

זו הייתה משימה לא קלה מנקודת מבט של מתמטיקה טהורה. לאחר שהתגבר על כל הקשיים של הטרנספורמציות המורכבות ביותר, מצא סיליג'ר שהכוח הרצוי של הכבידה האוניברסלית הוא פרופורציונלי לרדיוס של היקום. ומכיוון שהרדיוס הזה שווה לאינסוף, אז כוח הכבידה חייב להיות גדול לאין שיעור. עם זאת, איננו רואים זאת בפועל. המשמעות היא שחוק הכבידה האוניברסלי אינו חל על היקום כולו.

עם זאת, אפשריים גם הסברים אחרים לפרדוקס. לדוגמה, אנו יכולים להניח שחומר אינו ממלא באופן שווה את כל היקום, אך צפיפותו פוחתת בהדרגה ולבסוף, במקום רחוק מאוד אין חומר כלל. אבל לדמיין תמונה כזו פירושו להודות באפשרות של קיומו של חלל ללא חומר, וזה בדרך כלל אבסורדי.

אפשר להניח שכוח הכבידה נחלש מהר יותר משגדל ריבוע המרחק. אבל זה מטיל ספק בהרמוניה המפתיעה של חוק ניוטון. לא, וההסבר הזה לא סיפק את המדענים. הפרדוקס נשאר פרדוקס.

תצפיות על תנועתו של מרקורי

עובדה נוספת, פעולת כוח הכבידה האוניברסלית, שאינה מוסברת על ידי חוק ניוטון, הביאה תצפית על תנועתו של מרקורי- הכי קרוב לכוכב הלכת. חישובים מדויקים לפי חוק ניוטון הראו שהפרהליון - נקודת האליפסה שלאורכה נעה מרקורי הקרובה ביותר לשמש - צריכה לעבור ב-531 שניות קשת תוך 100 שנים.

ואסטרונומים מצאו שהשינוי הזה שווה ל-573 שניות קשת. גם את העודף הזה - 42 שניות קשת - לא ניתן היה להסביר על ידי מדענים, תוך שימוש רק בנוסחאות הנובעות מחוק ניוטון.

הוא הסביר גם את הפרדוקס של סיליג'ר, וגם את עקירת הפרהליון של מרקורי, ועוד תופעות פרדוקסליות רבות ועובדות בלתי מוסברות אלברט איינשטיין, אחד הפיזיקאים הגדולים, אם לא הגדול בכל הזמנים. בין הדברים הקטנים והמעצבנים הייתה השאלה של רוח ערכית.

ניסויים מאת אלברט מיכלסון

נראה היה ששאלה זו אינה נוגעת ישירות לבעיית הכבידה. הוא התייחס לאופטיקה, לאור. ליתר דיוק, להגדרת המהירות שלו.

האסטרונום הדני היה הראשון שקבע את מהירות האור. אולף רמרצופה בליקוי הירחים של צדק. זה קרה כבר בשנת 1675.

פיזיקאי אמריקאי אלברט מיכלסוןבסוף המאה ה-18, הוא ערך סדרה של קביעות של מהירות האור בתנאים יבשתיים, באמצעות המנגנון שתכנן.

בשנת 1927, הוא נתן את מהירות האור 299796 + 4 קמ"ש, שהיה דיוק מצוין לאותם זמנים. אבל מהות העניין שונה. בשנת 1880 הוא החליט לחקור את הרוח האתרית. הוא רצה לבסס לבסוף את קיומו של אותו אתר, שבנוכחותו ניסו להסביר גם את העברת האינטראקציה הגרביטציונית וגם את העברת גלי האור.

מיכלסון היה כנראה הנסיין המדהים ביותר בתקופתו. היה לו ציוד מעולה. והוא היה כמעט בטוח בהצלחה.

מהות הניסיון

חוויההוגה כך. כדור הארץ נע במסלולו במהירות של כ-30 ק"מ לשנייה.. נע באוויר. המשמעות היא שמהירות האור ממקור שנמצא לפני המקלט ביחס לתנועת כדור הארץ חייבת להיות גדולה יותר מאשר ממקור שנמצא בצד השני. במקרה הראשון, יש להוסיף את מהירות הרוח האתרית למהירות האור; במקרה השני, מהירות האור חייבת לרדת בערך זה.

כמובן שמהירות כדור הארץ במסלולו סביב השמש היא רק אלפית ממהירות האור. קשה מאוד למצוא מונח קטן כל כך, אבל מיכלסון נקרא מלך הדיוק מסיבה כלשהי. הוא השתמש בדרך גאונית כדי לתפוס את ההבדל ה"חמקמק" במהירויות של קרני האור.

הוא פיצל את האלומה לשני זרמים שווים וכיוון אותם לכיוונים מאונכים זה לזה: לאורך המרידיאן ולאורך המקביל. שהשתקפו מהמראות, חזרו הקרניים. אם האלומה העוברת לאורך ההקבלה חוותה את השפעת הרוח האתרית, כאשר היא נוספה לאלומת המרידיונל, היו צריכים להיווצר שולי הפרעה, הגלים של שתי הקורות היו מוזזים בשלב.

עם זאת, היה קשה למיכלסון למדוד את הנתיבים של שתי הקרניים בדיוק רב כל כך, כך שהם היו זהים לחלוטין. לכן, הוא בנה את המנגנון כך שלא יהיו שולי הפרעה, ואז סובב אותו ב-90 מעלות.

קרן המרידיונל הפכה לרוחב ולהיפך. אם יש רוח אתרית, פסים שחורים ובהירים צריכים להופיע מתחת לעינית! אבל הם לא היו. אולי, כשסובב את המכשיר, המדען הזיז אותו.

הוא הקים את זה בצהריים ותיקן את זה. אחרי הכל, חוץ מזה, הוא גם מסתובב סביב ציר. ולפיכך, בזמנים שונים של היום, אלומת הרוחב תופסת מיקום שונה ביחס לרוח האתרית המתקרבת. כעת, כאשר המנגנון הוא ללא תנועה לחלוטין, אפשר להיות משוכנעים בדיוק של הניסוי.

שוב לא היו שולי הפרעות. הניסוי בוצע פעמים רבות, ומיכלסון, ואיתו כל הפיזיקאים של אז, נדהמו. הרוח הארצית לא זוהתה! האור נע לכל הכיוונים באותה מהירות!

אף אחד לא הצליח להסביר את זה. מיכלסון חזר על הניסוי שוב ושוב, שיפר את הציוד, ולבסוף השיג דיוק מדידה כמעט מדהים, בסדר גודל גדול מהנדרש להצלחת הניסוי. ושוב כלום!

ניסויים מאת אלברט איינשטיין

הצעד הגדול הבא פנימה ידע על כוח הכבידהעשה אלברט איינשטיין.
אלברט איינשטיין נשאל פעם:

איך הגעת לתורת היחסות המיוחדת שלך? באילו נסיבות הגעת לרעיון מבריק? המדען ענה: "תמיד נראה לי שזה המצב.

אולי הוא לא רצה להיות גלוי, אולי רצה להיפטר מבן השיח המעצבן. אבל קשה לדמיין שהרעיון של איינשטיין על הקשרים בין זמן, מרחב ומהירות היה מולד.

לא, כמובן, בהתחלה הייתה תחושה, בהירה כמו ברק. ואז התחילה הפיתוח. לא, אין סתירות עם תופעות ידועות. ואז הופיעו חמשת העמודים המלאים בנוסחאות, שפורסמו בכתב עת פיזי. דפים שפתחו עידן חדש בפיזיקה.

דמיינו ספינת חלל טסה בחלל. נזהיר אותך מיד: ספינת הכוכבים מאוד מוזרה, מהסוג שלא קראת עליה בסיפורי מדע בדיוני. אורכו הוא 300 אלף ק"מ, ומהירותו היא, ובכן, נניח, 240 אלף קמ"ש. והחללית הזו עפה על פני אחת מפלטפורמות הביניים בחלל, מבלי לעצור בה. במלוא המהירות.

אחד הנוסעים עומד על סיפון ספינת החלל עם שעון. ואתה ואני, הקורא, עומדים על במה - אורכה חייב להתאים לגודלה של ספינת חלל, כלומר 300 אלף קילומטרים, אחרת היא לא תוכל להיצמד אליה. ויש לנו גם שעון בידיים.

אנו שמים לב שברגע שבו החרטום של ספינת החלל הדביק את הקצה האחורי של הרציף שלנו, הבהב עליו פנס שהאיר את החלל המקיף אותו. שנייה לאחר מכן, קרן אור הגיעה לקצה הקדמי של הרציף שלנו. אנחנו לא מפקפקים בכך, כי אנחנו יודעים את מהירות האור, והצלחנו לזהות בדיוק את הרגע המתאים בשעון. ועל ספינת כוכבים...

אבל גם ספינת הכוכבים טסה לעבר אלומת האור. ודי בהחלט ראינו שהאור האיר את הירכתיים שלו ברגע שהוא היה איפשהו קרוב לאמצע הרציף. בהחלט ראינו שקרן האור לא מכסה 300 אלף קילומטרים מהחרטום ועד ירכתי הספינה.

אבל הנוסעים על סיפון ספינת החלל בטוחים במשהו אחר. הם בטוחים שהקורה שלהם כיסתה את כל המרחק מחרטום ועד ירכתיים של 300 אלף קילומטרים. אחרי הכל, הוא השקיע בזה שנייה שלמה. גם הם רשמו את זה בצורה מדויקת לחלוטין על השעונים שלהם. ואיך יכול להיות אחרת: אחרי הכל, מהירות האור אינה תלויה במהירות המקור...

איך זה? אנחנו רואים דבר אחד מפלטפורמה קבועה, ואחר להם על סיפון ספינת חלל? מה הבעיה?

תורת היחסות של איינשטיין

יש לציין מיד: תורת היחסות של איינשטייןבמבט ראשון, זה סותר לחלוטין את הרעיון הקבוע שלנו לגבי מבנה העולם. אפשר לומר שזה גם סותר את השכל הישר, כפי שאנחנו רגילים להציג אותו. זה קרה פעמים רבות בהיסטוריה של המדע.

אבל גילוי הכדוריות של כדור הארץ היה מנוגד לשכל הישר. איך אנשים יכולים לחיות בצד הנגדי ולא ליפול לתהום?

עבורנו, הכדוריות של כדור הארץ היא עובדה ללא ספק, ומנקודת המבט של השכל הישר, כל הנחה אחרת היא חסרת משמעות ופראית. אבל צא אחורה מזמנך, דמיינו את ההופעה הראשונה של הרעיון הזה, ותבינו כמה קשה יהיה לקבל אותו.

ובכן, האם היה קל יותר להודות שכדור הארץ אינו חסר תנועה, אלא טס לאורך מסלולו מהר עשרות מונים מכדור תותח?

כל אלה היו הריסות השכל הישר. לכן, פיזיקאים מודרניים אף פעם לא מתייחסים אליו.

כעת נחזור לתורת היחסות המיוחדת. העולם זיהה אותה לראשונה בשנת 1905 ממאמר חתום בשם לא ידוע - אלברט איינשטיין. והוא היה אז רק בן 26.

איינשטיין הניח הנחה מאוד פשוטה והגיונית מתוך הפרדוקס הזה: מנקודת מבטו של צופה על הרציף, במכונית נוסעת חלף פחות זמן ממה שמדד שעון היד שלך. במכונית חלף הזמן הואט בהשוואה לזמן על הרציף הנייח.

דברים מדהימים למדי נבעו באופן הגיוני מההנחה הזו. התברר שאדם שנוסע לעבודה בחשמלית, בהשוואה להולך רגל שנוסע באותה הדרך, לא רק חוסך זמן בגלל המהירות, אלא גם הולך לו לאט יותר.

עם זאת, אל תנסה לשמר כך את הנעורים הנצחיים: גם אם תהפוך לנהג כרכרה ותבלה שליש מחייך בחשמלית, בעוד 30 שנה תרוויח בקושי יותר ממיליונית השנייה. כדי שהרווח בזמן יהיה מורגש, יש צורך לנוע במהירות הקרובה למהירות האור.

מסתבר שהעלייה במהירות של גופים באה לידי ביטוי במסה שלהם. ככל שמהירות הגוף קרובה יותר למהירות האור, כך מסתו גדולה יותר. במהירות של גוף השווה למהירות האור, המסה שלו שווה לאינסוף, כלומר, היא גדולה מהמסה של כדור הארץ, השמש, הגלקסיה, כל היקום שלנו... זו כמה מסה יכול להיות מרוכז באבן מרצפת פשוטה, ולהאיץ אותה למהירות
סווטה!

הדבר מטיל מגבלה שאינה מאפשרת לשום גוף חומרי לפתח מהירות השווה למהירות האור. אחרי הכל, ככל שהמסה גדלה, קשה יותר ויותר לפזר אותה. ואי אפשר להזיז מסה אינסופית בשום כוח.

עם זאת, הטבע עשה חריג חשוב מאוד לחוק זה עבור מחלקה שלמה של חלקיקים. למשל, לפוטונים. הם יכולים לנוע במהירות האור. ליתר דיוק, הם לא יכולים לנוע בשום מהירות אחרת. לא יעלה על הדעת לדמיין פוטון חסר תנועה.

כשהוא נייח, אין לו מסה. כמו כן, לנייטרינו אין מסת מנוחה, והם גם נידונים לטיסה נצחית חסרת מעצורים בחלל במהירות המקסימלית האפשרית ביקום שלנו, מבלי לעקוף את האור ולעמוד בו.

האין זה נכון שכל אחת מההשלכות של תורת היחסות המיוחדת הרשומה על ידינו היא מפתיעה, פרדוקסלית! וכל אחד, כמובן, מנוגד ל"שכל הישר"!

אבל הנה מה שמעניין: לא בצורתו הקונקרטית, אלא כעמדה פילוסופית רחבה, כל ההשלכות המדהימות הללו ניבאו על ידי מייסדי המטריאליזם הדיאלקטי. מה אומרות ההשלכות הללו? על הקשרים המחברים בין אנרגיה ומסה, מסה ומהירות, מהירות וזמן, מהירות ואורך של עצם נע...

גילוי התלות ההדדית של איינשטיין, כמו מלט (עוד:), חיבור חיזוק, או אבני יסוד, חיבר יחד דברים ותופעות שנראו בעבר בלתי תלויים זה בזה ויצרו את הבסיס שעליו היה לראשונה בתולדות המדע. אפשר לבנות בניין הרמוני. הבניין הזה הוא ייצוג של איך היקום שלנו עובד.

אבל קודם, לפחות כמה מילים על תורת היחסות הכללית, שיצרה גם אלברט איינשטיין.

השם הזה - תורת היחסות הכללית - לא לגמרי תואם את תוכנה של התיאוריה, עליה נדון. הוא מבסס תלות הדדית בין מרחב וחומר. כנראה שיהיה נכון יותר לקרוא לזה תורת המרחב-זמן, או תורת הכבידה.

אבל השם הזה צמח כל כך קרוב לתיאוריה של איינשטיין, שאפילו העלאת השאלה של החלפתו נראית כעת מגונה בעיני מדענים רבים.

תורת היחסות הכללית ביססה את התלות ההדדית בין החומר לבין הזמן והמרחב המכילים אותו. התברר שלא רק שאי אפשר לדמיין את המרחב והזמן כקיימים בנפרד מהחומר, אלא שתכונותיהם תלויות גם בחומר הממלא אותם.

נקודת מוצא לדיון

לכן, אפשר רק לפרט נקודת מוצא לדיוןולהסיק כמה מסקנות חשובות.

בתחילת המסע בחלל, אסון בלתי צפוי הרס את הספרייה, קרן הסרטים ומאגרים אחרים של המוח, זכרם של אנשים שעפים בחלל. וטבעו של כוכב הלכת הילידים נשכח בשינוי של מאות שנים. אפילו חוק הכבידה האוניברסלית נשכח, כי הרקטה טסה בחלל הבין-גלקטי, שם היא כמעט ואינה מורגשת.

עם זאת, מנועי הספינה עובדים מעולה, אספקת האנרגיה בסוללות היא כמעט בלתי מוגבלת. רוב הזמן, הספינה נעה באינרציה, ותושביה רגילים לחוסר משקל. אבל לפעמים הם מפעילים את המנועים ומאטים או מאיצים את תנועת הספינה. כאשר חרירי סילון בוערים לתוך הריק בלהבה חסרת צבע והספינה נעה בקצב מואץ, התושבים מרגישים שגופם הופך לכבד משקל, הם נאלצים להסתובב בספינה, ולא לעוף במסדרונות.

ועכשיו הטיסה קרובה לסיום. הספינה טסה עד לאחד הכוכבים ונופלת למסלולי כוכב הלכת המתאים ביותר. ספינות הכוכבים יוצאות החוצה, צועדות על קרקע ירוקה ורעננה, חוות כל הזמן את אותה תחושת כבדות, המוכרת מהתקופה שבה הספינה נעה בקצב מואץ.

אבל כדור הארץ נע בצורה שווה. הוא לא יכול לעוף לעברם בתאוצה קבועה של 9.8 מ'/שנ'2! ויש להם ההנחה הראשונה ששדה הכבידה (כוח הכבידה) והתאוצה נותנים את אותו אפקט, ואולי יש להם אופי משותף.

אף אחד מבני דורנו הארציים לא היה בטיסה כה ארוכה, אבל אנשים רבים חשו בתופעה של "השקלול" ו"הבהרת" גופם. כבר מעלית רגילה, כשהיא נעה בקצב מואץ, יוצרת את התחושה הזו. כאשר יורדים, אתה מרגיש ירידה פתאומית במשקל; בעת עלייה, להיפך, הרצפה לוחצת על הרגליים שלך בעוצמה רבה מהרגיל.

אבל תחושה אחת לא מוכיחה כלום. אחרי הכל, תחושות מנסות לשכנע אותנו שהשמש נעה בשמיים סביב כדור הארץ ללא תנועה, שכל הכוכבים וכוכבי הלכת נמצאים באותו מרחק מאיתנו, ברקיע וכו'.

מדענים הכניסו את התחושות לאימות ניסיוני. אפילו ניוטון חשב על הזהות המוזרה של שתי התופעות. הוא ניסה לתת להם מאפיינים מספריים. לאחר שמדד את הכבידה ו-, הוא היה משוכנע שהערכים שלהם תמיד שווים זה לזה.

מכל החומרים שיצר את המטוטלות של מפעל הטייס: מכסף, עופרת, זכוכית, מלח, עץ, מים, זהב, חול, חיטה. התוצאה הייתה זהה.

עקרון השקילות, שעליו אנו מדברים, הוא הבסיס לתורת היחסות הכללית, למרות שהפרשנות המודרנית של התיאוריה אינה זקוקה עוד לעיקרון זה. בהשמטת המסקנות המתמטיות הנובעות מעיקרון זה, הבה נמשיך ישירות לכמה השלכות של תורת היחסות הכללית.

נוכחותם של מסות גדולות של חומר משפיעה מאוד על המרחב שמסביב. זה מוביל לשינויים כאלה בו, שניתן להגדיר כאי-הומוגניות של החלל. אי-הומוגניות אלו מכוונות את התנועה של כל המסה הקרובה לגוף המושך.

בדרך כלל פונים לאנלוגיה כזו. תארו לעצמכם קנבס מתוח בחוזקה על מסגרת מקבילה לפני השטח של כדור הארץ. שימו עליו משקל כבד. זו תהיה מסת המשיכה הגדולה שלנו. היא, כמובן, תכופף את הקנבס ותגיע להפסקה כלשהי. כעת גלגלו את הכדור על הבד הזה בצורה כזו שחלק מהנתיב שלו נמצא ליד המסה המושכת. תלוי איך הכדור ישוגר, שלוש אפשרויות אפשריות.

1. הכדור יעוף מספיק רחוק מהשקע שנוצר כתוצאה מהסטת הקנבס ולא ישנה את תנועתו.
2. הכדור ייגע בשקע, וקווי התנועה שלו יתכופפו לעבר המסה המושכת.
3. הכדור ייפול לתוך החור הזה, לא יוכל לצאת ממנו, ויעשה סיבוב אחד או שניים סביב המסה המשיכה.

האין זה נכון שהאופציה השלישית מדגמנת בצורה יפה מאוד את לכידת כוכב או כוכב לכת של גוף זר המוטס ברישול לשדה המשיכה שלהם?

והמקרה השני הוא כיפוף המסלול של גוף שעף במהירות גדולה ממהירות הלכידה האפשרית! המקרה הראשון דומה לטיסה מחוץ לטווח המעשי של שדה הכבידה. כן, זה מעשי, כי באופן תיאורטי שדה הכבידה הוא בלתי מוגבל.

כמובן שזו אנלוגיה רחוקה מאוד, בעיקר בגלל שאף אחד לא באמת יכול לדמיין את הסטייה של המרחב התלת מימדי שלנו. מה המשמעות הפיזית של הסטייה הזו, או העקמומיות, כפי שאומרים לעתים קרובות, אף אחד לא יודע.

מתורת היחסות הכללית עולה שכל גוף חומרי יכול לנוע בשדה כבידה רק לאורך קווים מעוקלים. רק במקרים מיוחדים, העקומה הופכת לקו ישר.

גם קרן האור מצייתת לכלל זה. אחרי הכל, הוא מורכב מפוטונים בעלי מסה מסוימת בטיסה. ושדה הכבידה משפיע עליו, כמו גם על מולקולה, אסטרואיד או כוכב לכת.

מסקנה חשובה נוספת היא ששדה הכבידה משנה גם את מהלך הזמן. ליד מסה מושכת גדולה, בשדה כבידה חזק שנוצר על ידה, חלוף הזמן צריך להיות איטי יותר מאשר הרחק ממנה.

אתה מבין, ותורת היחסות הכללית טומנת בחובה מסקנות פרדוקסליות שיכולות להפוך את הרעיונות שלנו על "השכל הישר" שוב ושוב!

קריסת כבידה

בואו נדבר על תופעה מדהימה בעלת אופי קוסמי - על קריסת כבידה (דחיסה קטסטרופלית). תופעה זו מתרחשת בהצטברויות עצומות של חומר, שבהן כוחות הכבידה מגיעים לגדלים כה עצומים, שאף כוחות אחרים הקיימים בטבע אינם יכולים לעמוד בפניהם.

זכרו את הנוסחה המפורסמת של ניוטון: ככל שכוח הכבידה גדול יותר, הריבוע של המרחק בין גופים כבידה קטן יותר. לפיכך, ככל שהיווצרות החומר הופכת צפופה יותר, ככל שגודלו קטן יותר, כוחות הכבידה גדלים מהר יותר, כך חיבוקם ההרסני הוא בלתי נמנע יותר.

ישנה טכניקה ערמומית שבה הטבע נאבק בדחיסת החומר הבלתי מוגבלת לכאורה. לשם כך, הוא עוצר את עצם מהלך הזמן בתחום הפעולה של כוחות כבידה ענקיים, והמוני החומר הכבולים, כביכול, כבויים מהיקום שלנו, קפואים בחלום רדום מוזר.

הראשון מבין ה"חורים השחורים" הללו של הקוסמוס כנראה כבר התגלה. על פי ההנחה של המדענים הסובייטים O. Kh Huseynov ו A. Sh Novruzova, זוהי דלתא מזל תאומים - כוכב כפול עם מרכיב אחד בלתי נראה.

למרכיב הגלוי יש מסה של 1.8 שמש, ו"שותפו" הבלתי נראה צריך להיות, על פי חישובים, מסיבי פי ארבעה מזה הנראה לעין. אבל אין לזה עקבות: אי אפשר לראות את היצירה המדהימה ביותר של הטבע, "החור השחור".

המדען הסובייטי פרופסור K.P. Stanyukovich, כמו שאומרים, "על קצה עט", הראה באמצעות מבנים תיאורטיים גרידא שחלקיקים של "חומר קפוא" יכולים להיות מגוונים מאוד בגודלם.

• תצורות הענק שלו אפשריות, בדומה לקוואזרים, המקרינות ברציפות אנרגיה רבה כמו שמקרינים כל 100 מיליארד הכוכבים של הגלקסיה שלנו.
• יתכנו גושים הרבה יותר צנועים, השווים רק לכמה מסות שמש. גם אלה וגם חפצים אחרים יכולים להתעורר בעצמם מחומר רגיל, לא "ישן".
• ואפשרויות תצורות של מעמד שונה לחלוטין, בהתאמה במסה לחלקיקים יסודיים.

על מנת שיקומו, יש צורך קודם כל להכפיף את החומר המרכיב אותם ללחץ עצום ולהסיע אותו אל גבולות תחום השוורצשילד - תחום שבו זמן למתבונן חיצוני נעצר לחלוטין. וגם אם לאחר מכן הלחץ אפילו יוסר, החלקיקים שעבורם נעצר הזמן ימשיכו להתקיים ללא תלות ביקום שלנו.

פלנקונים

פלנקונים הם סוג מאוד מיוחד של חלקיקים. יש להם, לפי ק.פ. סטניוקוביץ', תכונה מעניינת ביותר: הם נושאים חומר בעצמם בצורה ללא שינוי, כפי שהיה לפני מיליוני ומיליארדי שנים. בהסתכלות פנימה של הפלנקאון, יכולנו לראות את החומר כפי שהיה בזמן הולדת היקום שלנו. על פי חישובים תיאורטיים, ישנם כ-1080 פלנקונים ביקום, בקירוב פלנקון אחד בקוביית חלל עם צלע של 10 סנטימטרים. אגב, במקביל לסטניוקוביץ' ו(בלי קשר אליו, השערת הפלקיונים הועלתה על ידי האקדמיה מ.א. מרקוב. ​​רק מרקוב נתן להם שם אחר - מקסימונים.

מאפיינים מיוחדים של פלנקונים יכולים לשמש גם כדי להסביר טרנספורמציות פרדוקסליות לפעמים של חלקיקים אלמנטריים. ידוע שכאשר שני חלקיקים מתנגשים, רסיסים לעולם אינם נוצרים, אלא נוצרים חלקיקים יסודיים אחרים. זה באמת מדהים: בעולם הרגיל, לשבור אגרטל, לעולם לא נקבל כוסות שלמות או אפילו רוזטות. אבל נניח שבעומקו של כל חלקיק יסודי יש פלנקאון, אחד או כמה, ולפעמים הרבה פלקיונים.

ברגע התנגשות חלקיקים, ה"שקית" הקשורה בחוזקה של הפלנקאון נפתחת מעט, חלקיקים "ייפלו" לתוכו, ובמקום "יקפצו החוצה" אלו שנחשבים לנו שקמו במהלך ההתנגשות. במקביל, הפלנקיון, כרואה חשבון חרוץ, יבטיח את כל "חוקי השימור" שננקטו בעולם החלקיקים האלמנטריים.
ובכן, מה הקשר למנגנון הכבידה האוניברסלית?

"אחראים" לכבידה, על פי השערתו של ק.פ. סטניוקוביץ', הם חלקיקים זעירים, מה שנקרא גרביטונים, הנפלטים באופן רציף על ידי חלקיקים יסודיים. גרביטונים קטנים בהרבה מהאחרונים, כמו שגרגר אבק שרוקד בקרן שמש קטן יותר מהכדור.

קרינת הגרוויטונים מצייתת למספר חוקיות. בפרט, קל יותר לטוס לאותו אזור בחלל. שמכיל פחות גרביטונים. המשמעות היא שאם יש שני גרמי שמים בחלל, שניהם יקרינו גרביטונים בעיקר "לחוץ", בכיוונים מנוגדים זה לזה. זה יוצר דחף שגורם לגופים להתקרב זה לזה, למשוך זה את זה.

למרות העובדה שכוח המשיכה הוא האינטראקציה החלשה ביותר בין עצמים ביקום, חשיבותו בפיזיקה ובאסטרונומיה היא עצומה, שכן היא מסוגלת להשפיע על עצמים פיזיים בכל מרחק בחלל.

אם אתה חובב אסטרונומיה, בטח חשבת על השאלה מה זה מושג כמו כוח משיכה או חוק הכבידה האוניברסלית. כוח הכבידה הוא אינטראקציה בסיסית אוניברסלית בין כל העצמים ביקום.

גילוי חוק הכבידה מיוחס לפיזיקאי האנגלי המפורסם אייזק ניוטון. כנראה, רבים מכם מכירים את סיפורו של תפוח שנפל על ראשו של מדען מפורסם. עם זאת, אם אתה מסתכל לעומק ההיסטוריה, אתה יכול לראות שהנוכחות של כוח הכבידה חשבה הרבה לפני תקופתו על ידי פילוסופים ומדענים מהעת העתיקה, למשל, אפיקורוס. אף על פי כן, היה זה ניוטון שתיאר לראשונה את האינטראקציה הגרביטציונית בין גופים פיזיקליים במסגרת המכניקה הקלאסית. התיאוריה שלו פותחה על ידי מדען מפורסם אחר - אלברט איינשטיין, שבתורת היחסות הכללית שלו תיאר בצורה מדויקת יותר את השפעת הכבידה במרחב, כמו גם את תפקידה ברצף המרחב-זמן.

חוק הכבידה האוניברסלית של ניוטון אומר שכוח המשיכה הכבידה בין שתי נקודות מסה המופרדות במרחק הוא פרופורציונלי הפוך לריבוע המרחק ויחסי ישיר לשתי המסות. כוח הכבידה הוא ארוך טווח. כלומר, ללא קשר לאופן שבו גוף בעל מסה נע, במכניקה הקלאסית פוטנציאל הכבידה שלו יהיה תלוי אך ורק במיקומו של עצם זה ברגע נתון בזמן. ככל שהמסה של עצם גדולה יותר, כך שדה הכבידה שלו גדול יותר - כוח הכבידה שלו חזק יותר. לעצמים קוסמיים כמו גלקסיות, כוכבים וכוכבי לכת יש את כוח המשיכה הגדול ביותר ובהתאם לכך, שדות כבידה חזקים למדי.

שדות כבידה

שדה הכבידה של כדור הארץ

שדה הכבידה הוא המרחק שבו מתרחשת אינטראקציית הכבידה בין עצמים ביקום. ככל שהמסה של עצם גדולה יותר, שדה הכבידה שלו חזק יותר - כך ההשפעה שלו על גופים פיזיקליים אחרים בתוך חלל מסוים בולטת יותר. שדה הכבידה של עצם הוא פוטנציאלי. המהות של ההצהרה הקודמת היא שאם נכניס את האנרגיה הפוטנציאלית של משיכה בין שני גופים, היא לא תשתנה לאחר שהאחרון ינוע לאורך קו מתאר סגור. מכאן יוצא עוד חוק מפורסם של שימור של סכום האנרגיה הפוטנציאלית והקינטית במעגל סגור.

בעולם החומרי יש חשיבות רבה לשדה הכבידה. הוא מוחזק על ידי כל העצמים החומריים ביקום בעלי מסה. שדה הכבידה יכול להשפיע לא רק על החומר, אלא גם על האנרגיה. בשל השפעתם של שדות הכבידה של עצמים גדולים כל כך בחלל כמו חורים שחורים, קוואזרים וכוכבים על-מסיביים נוצרות מערכות שמש, גלקסיות וצבירים אסטרונומיים אחרים, המאופיינים במבנה לוגי.

הנתונים המדעיים העדכניים ביותר מראים כי ההשפעה המפורסמת של התפשטות היקום מבוססת גם על חוקי האינטראקציה הגרביטציונית. בפרט, התפשטות היקום מתאפשרת על ידי שדות כבידה רבי עוצמה, הן העצמים הקטנים והן הגדולים ביותר שלו.

קרינת כבידה במערכת בינארית

קרינת כבידה או גל כבידה הוא מונח שהוכנס לראשונה לפיזיקה ולקוסמולוגיה על ידי המדען המפורסם אלברט איינשטיין. קרינת כבידה בתורת הכבידה נוצרת על ידי תנועה של עצמים חומריים בעלי תאוצה משתנה. בזמן האצת העצם, גל הכבידה, כביכול, "מתנתק" ממנו, מה שמוביל לתנודות בשדה הכבידה במרחב שמסביב. זה נקרא אפקט גל הכבידה.

למרות שגלי כבידה חזויים על ידי תורת היחסות הכללית של איינשטיין, כמו גם תיאוריות אחרות של כוח הכבידה, הם מעולם לא זוהו ישירות. זה נובע בעיקר מהקטנות המופלגת שלהם. עם זאת, ישנן עדויות נסיבתיות באסטרונומיה שיכולות לאשר את ההשפעה הזו. לפיכך, ניתן לראות את ההשפעה של גל כבידה על הדוגמה של התקרבות כוכבים בינארים. תצפיות מאשרות שקצב ההתקרבות של כוכבים בינארים תלוי במידה מסוימת באובדן האנרגיה של עצמים בחלל אלה, המושקעת ככל הנראה על קרינת כבידה. מדענים יוכלו לאשר באופן אמין השערה זו בעתיד הקרוב בעזרת דור חדש של טלסקופים מתקדמים LIGO ו-VIRGO.

בפיזיקה המודרנית, ישנם שני מושגים של מכניקה: קלאסי וקוונטי. מכניקת הקוונטים נגזרה יחסית לאחרונה והיא שונה מהותית מהמכניקה הקלאסית. במכניקת הקוונטים, לאובייקטים (קוואנטה) אין מיקומים ומהירויות מוגדרות, הכל כאן מבוסס על הסתברות. כלומר, עצם יכול לתפוס מקום מסוים במרחב בנקודת זמן מסוימת. אי אפשר לקבוע בצורה מהימנה לאן הוא יעבור הלאה, אלא רק במידת סבירות גבוהה.

השפעה מעניינת של כוח הכבידה היא שהיא יכולה לכופף את רצף המרחב-זמן. התיאוריה של איינשטיין אומרת שבמרחב שמסביב לחבורה של אנרגיה או כל חומר חומרי, המרחב-זמן מתעקל. בהתאם לכך משתנה מסלולם של חלקיקים הנופלים תחת השפעת שדה הכבידה של חומר זה, מה שמאפשר לחזות את מסלול תנועתם במידת הסתברות גבוהה.

תיאוריות של כוח הכבידה

כיום, מדענים מכירים למעלה מתריסר תיאוריות שונות של כוח הכבידה. הם מחולקים לתיאוריות קלאסיות ואלטרנטיביות. הנציג המפורסם ביותר של הראשון הוא תורת הכבידה הקלאסית מאת אייזק ניוטון, שהומצאה על ידי הפיזיקאי הבריטי המפורסם עוד ב-1666. המהות שלו טמונה בעובדה שגוף מסיבי במכניקה מייצר סביבו שדה כבידה, המושך אליו עצמים קטנים יותר. בתורו, לאחרונים יש גם שדה כבידה, כמו לכל אובייקט חומרי אחר ביקום.

התיאוריה הפופולרית הבאה של כוח הכבידה הומצאה על ידי המדען הגרמני המפורסם בעולם אלברט איינשטיין בתחילת המאה ה-20. איינשטיין הצליח לתאר בצורה מדויקת יותר את כוח המשיכה כתופעה, וגם להסביר את פעולתה לא רק במכניקה הקלאסית, אלא גם בעולם הקוונטים. תורת היחסות הכללית שלו מתארת ​​את היכולת של כוח כמו כוח משיכה להשפיע על רצף המרחב-זמן, כמו גם על מסלולם של חלקיקים יסודיים במרחב.

בין התיאוריות האלטרנטיביות של כוח הכבידה, התיאוריה הרלטיביסטית, שהומצאה על ידי בן ארצנו, הפיזיקאי המפורסם א.א. לוגונוב. בניגוד לאיינשטיין, לוגונוב טען שכוח המשיכה אינו שדה כוח פיזי גיאומטרי, אלא שדה כוח פיזי חזק למדי. בין התיאוריות האלטרנטיביות של כוח הכבידה, ידועות גם סקלריות, בימטריות, מעין-לינאריות ואחרות.

1. לאנשים שהיו בחלל וחזרו לכדור הארץ, די קשה בהתחלה להתרגל לכוח ההשפעה הכבידה של הפלנטה שלנו. לפעמים זה לוקח כמה שבועות.
2. הוכח שגוף האדם במצב של חוסר משקל יכול לאבד עד 1% ממסת מח העצם בחודש.
3. מבין כוכבי הלכת, למאדים יש את כוח המשיכה הנמוך ביותר במערכת השמש, ולצדק יש את הגדול ביותר.
4. חיידקי הסלמונלה המוכרים, שהם הגורמים למחלות מעיים, מתנהגים בצורה פעילה יותר במצב של חוסר משקל ועלולים לגרום הרבה יותר נזק לגוף האדם.
5. מבין כל העצמים האסטרונומיים הידועים ביקום, לחורים השחורים יש את כוח הכבידה הגדול ביותר. חור שחור בגודל של כדור גולף יכול להיות בעל אותו כוח כבידה כמו כל כוכב הלכת שלנו.
6. כוח הכבידה על כדור הארץ אינו זהה בכל פינות הפלנטה שלנו. לדוגמה, באזור מפרץ ההדסון בקנדה, הוא נמוך יותר מאשר באזורים אחרים של הגלובוס.

כפי שדמות מקלסיקות הקולנוע הסובייטיות נהגה לומר, "האם לא הגיע הזמן, חבריי, שנשתובב בוויליאם אייזק, האם אתם מבינים, אה, את שייקספיר וניוטון שלנו?"

אני חושב שהגיע הזמן.

ניוטון נחשב לאחד המוחות המדעיים הגדולים בהיסטוריה של האנושות. "העקרונות המתמטיים של הפילוסופיה הטבעית" הם שהניחו את היסוד ל"תפיסת העולם המדעית", שהתפתחה בהדרגה למטריאליזם מיליטנטי, שהפך לבסיס הפרדיגמה המדעית במשך מאות שנים.

הזכות לייחודיות של האמת נטענה על ידי "ידע מדויק" על תופעות העולם הסובב. חוק הכבידה האוניברסלית של אייזק ניוטון הפך לבסיס ל"ידע המדויק והבלתי הפיך" הזה. זהו זה על הבסיס שנפגע! - בואו נראה שאין חוק כבידה בטבע, למעשה, וכל הבניין של הפיזיקה המודרנית בנוי אפילו לא על חול, אלא על ביצה.

על מנת להדגים את חוסר העקביות של השערתו של ניוטון לגבי המשיכה ההדדית של החומר, די בחריג אחד בודד. ניתן כמה, ונתחיל מהברור ביותר והקל לאימות - עם תנועת הירח במסלולו. נוסחאות המוכרות לכל אחד מהקורס בתיכון, והחישוב זמין לתלמיד כיתה ה'. ניתן לקחת את הנתונים לחישוב לפחות מויקיפדיה, ולאחר מכן לבדוק מול ספרי עיון מדעיים.

על פי החוק, תנועת גרמי השמיים במסלולים נובעת מכוח המשיכה בין מסות הגופים וממהירות הגופים זה לזה. אז בואו נראה לאן מכוונת תוצאת כוחות המשיכה מכדור הארץ ומהשמש, הפועלת על הירח ברגע שבו הירח טס בין כדור הארץ לשמש (לפחות ברגע של ליקוי חמה).

כוח המשיכה, כפי שאתה יודע, נקבע על ידי הנוסחה:

G - קבוע כבידה

m, M - מסת גוף

R - מרחק בין גופים

קח מספרי עיון:

קבוע כבידה, שווה ל-6.6725 × 10 −11 m³ / (ק"ג s² בקירוב).

מסת הירח - 7.3477 × 10 22 ק"ג

מסת השמש - 1.9891 × 10 30 ק"ג

מסת כדור הארץ - 5.9737 × 10 24 ק"ג

מרחק בין כדור הארץ לירח = 380,000,000 מ'

מרחק בין הירח לשמש = 149,000,000,000 מ'

החלפת נתונים אלה בנוסחה, נקבל:

כוח המשיכה בין כדור הארץ לירח = 6.6725×10 - 11 x 7.3477 x 10 22 x 5.9737 x 10 24 / 380000000 2 = 2.028 x 10 20ח

כוח המשיכה בין הירח לשמש =6.6725×10 - 11 x 7.3477 10 22 x 1.9891 10 30 / 149000000000 2 = 4.39 x 10 20 H

לפיכך, על פי נתונים וחישובים מדעיים קפדניים, כוח המשיכה בין השמש לירח, בזמן מעבר הירח בין כדור הארץ לשמש, גבוה יותר מפי שניים מאשר בין כדור הארץ לירח. . ואז הירח צריך להמשיך את דרכו במסלול סביב השמש, אם אותו חוק של כבידה אוניברסלית היה נכון. כלומר, החוק שכתב ניוטון לירח אינו גזירה.

אנו מציינים גם שהירח אינו מראה את תכונותיו האטרקטיביות ביחס לכדור הארץ: אפילו בתקופת לפלס, מדענים היו מבולבלים מהתנהגות הגאות והשפל בים, שאינם תלויים בירח בשום צורה.

עוד עובדה אחת. הירח, שנע סביב כדור הארץ, יצטרך להשפיע על מסלולו של האחרון - לגרור את כדור הארץ מצד לצד עם כוח המשיכה שלו, כתוצאה מכך, מסלול כדור הארץ צריך להיות מזגזג, מרכז המסה של מערכת הירח-כדור הארץ צריך לנוע אך ורק לאורך אליפסה:

אבל, למרבה הצער, שום דבר כזה לא נמצא, למרות ששיטות מודרניות מאפשרות את התזוזה הזו לצד השמש ובחזרה, במהירות של כ-12 מטר לשנייה, להתבסס בצורה מהימנה. לו רק היה קיים באמת.

כמו כן, לא נרשמה ירידה במשקל הגופות בטבילה במכרות עמוקים במיוחד.

הניסיון הראשון לבחון את תורת הכבידה ההמונית נעשה בחוף האוקיינוס ​​ההודי, שם, מצד אחד, יש את רכס האבן הגבוה בעולם בהרי ההימלאיה, ומצד שני קערת אוקיינוס ​​מלאה בהרבה פחות. מים מסיביים. אבל, אבוי. קו האינסט לכיוון ההימלאיה אינו סוטה!

יתרה מכך, מכשירים אולטרה רגישים - מדי כבידה - אינם מזהים הבדל בכוח המשיכה של גוף בדיקה באותו גובה מעל ההרים או מעל הים - גם אם יש עומק של מספר קילומטרים. ואז העולם המדעי, כדי להציל את התיאוריה המורגלת, מצא תמיכה בה - אומרים שהסיבה לכך היא "איזוסטזיס" - אומרים שיש סלעים צפופים יותר מתחת לים, וסלעים רופפים מתחת להרים, והצפיפות שלהם היא בדיוק כזו שתתאים לכל דבר מתחת לתשובה שהמדען צריך. זה רק שיר!

אבל אם זו הייתה הדוגמה היחידה בעולם המדעי להתאמת המציאות הסובבת לרעיונות של בעלים גבוהי מצח לגביה. אפשר גם לתת דוגמה בולטת ל"חלקיק יסודי" שהומצא - הניטרינו, שהומצא כדי להסביר את "הפגם ההמוני" בפיזיקה הגרעינית. עוד קודם לכן, הם הגיעו עם "חום ההתגבשות הסמוי" בהנדסת חום.

אבל אנחנו סוטים מ"כבידה אוניברסלית". דוגמה נוספת למקום שבו התחזיות של תיאוריה זו לא מצליחות לזהות היא היעדר לוויינים מותקנים מהימנים סביב אסטרואידים. עננים עפים על פני השמים, אבל לאף אחד מהם אין לוויינים! ניסיונות להכניס לוויינים מלאכותיים למסלול של אסטרואידים הסתיימו בכישלון. הניסיון הראשון - הגשושית NEAR הונעה לאסטרואיד ארוס על ידי האמריקאים. מבוזבז. הניסיון השני היה הגשושית Hayabusa ("בז"), היפנים שלחו איטוקאווה לאסטרואיד, וגם מזה לא יצא כלום.

יש עוד הרבה דוגמאות דומות, אבל לא נעמיס בהן את הטקסט. הבה נפנה לבעיה נוספת של ידע מדעי: האם תמיד ניתן לקבוע את האמת באופן עקרוני - לפחות אי פעם בכלל.

לא לא תמיד. בוא ניתן דוגמה המבוססת על אותה "כבידה אוניברסלית". כידוע, מהירות האור היא סופית, כתוצאה מכך, אנו רואים עצמים רחוקים לא היכן שהם נמצאים כרגע, אלא אנו רואים אותם בנקודה שממנה התחילה קרן האור שראינו. כוכבים רבים, אולי בכלל לא, רק האור שלהם נדלק - נושא פרוע. אבל כבידה - כמה מהר היא מתפשטת? אפילו לפלס הצליח לקבוע שכוח המשיכה מהשמש אינו מגיע מהמקום בו אנו רואים אותה, אלא מנקודה אחרת. לאחר ניתוח הנתונים שהצטברו עד אז, לפלס מצא ש"כוח הכבידה" מתפשט מהר יותר מהאור לפחות בשבעה סדרי גודל! מדידות מודרניות דחפו את מהירות התפשטות הכבידה עוד יותר - לפחות 11 סדרי גודל מהר יותר ממהירות האור.

יש חשדות חזקים ש"כוח המשיכה" מתפשט באופן כללי באופן מיידי. אבל אם זה באמת המצב, אז איך לבסס את זה - אחרי הכל, כל מדידה היא בלתי אפשרית תיאורטית ללא איזושהי טעות. אז לעולם לא נדע אם המהירות הזו היא סופית או אינסופית. והעולם בו יש לו גבול והעולם בו הוא בלתי מוגבל הם "שני הבדלים גדולים", ולעולם לא נדע באיזה עולם אנו חיים! זה הגבול שנקבע לידע המדעי. לקבל נקודת מבט זו או אחרת היא משימת האמונה, בלתי רציונלית לחלוטין, שאינה מתאימה לשום היגיון. כמה נוגדת כל היגיון האמונה ב"תמונת העולם המדעית", המבוססת על "חוק הכבידה האוניברסלית", הקיימת רק בראשי זומבים, ושאינה באה לידי ביטוי בעולם הסובב אותנו...

כעת נעזוב את החוק הניוטוני, ולסיכום ניתן דוגמה ברורה לכך שהחוקים שהתגלו על פני כדור הארץ אינם אוניברסליים בשום פנים ואופן עבור שאר היקום.

בואו נסתכל על אותו ירח. רצוי בירח מלא. מדוע הירח נראה כמו דיסק - יותר כמו פנקייק מאשר לחמנייה, שצורתה יש לו.

אחרי הכל, זה כדור, והכדור, אם הוא מואר מהצד של הצלם, נראה בערך כך: במרכז - בוהק, ואז התאורה תיפול, התמונה כהה יותר כלפי קצוות הדיסק.

בירח התאורה בשמיים אחידה - גם במרכז וגם לאורך הקצוות מספיק להסתכל לשמיים. אפשר להשתמש במשקפת טובה או במצלמה עם "זום אופטי חזק", דוגמה לצילום כזה מובאת בתחילת הכתבה. זה צולם עם זום פי 16. ניתן לעבד תמונה זו בכל עורך גרפי, ולהגדיל את הניגודיות כדי לוודא שהכל נכון. יתרה מכך, הבהירות בקצוות הדיסק בחלק העליון והתחתון אפילו מעט גבוהה יותר מאשר במרכז, שם, לפי התיאוריה, היא צריכה להיות מקסימלית.

כאן יש לנו דוגמה לכך שחוקי האופטיקה על הירח ועל כדור הארץ שונים לחלוטין! מסיבה כלשהי, הירח מחזיר את כל האור הנכנס לעבר כדור הארץ. אין לנו סיבה להרחיב את הקביעות המתגלות בתנאי כדור הארץ לכל היקום. זה לא עובדה ש"קבועים" פיזיים הם למעשה קבועים ואינם משתנים עם הזמן.

כל האמור לעיל מראה שה"תיאוריות" של "חורים שחורים", "בוזונים של היגס" ועוד הרבה יותר אינן אפילו מדע בדיוני, אלא פשוט שטויות, יותר מהתיאוריה שכדור הארץ נשענת על צבים, פילים ולווייתנים...