重力

最も神秘的なだけでなく、 自然の力しかし、最も強力です。

進歩の途上にある男

歴史的には、人間あなたが前に進むにつれて 進歩の道ますます強力な自然の力をマスターしました。彼は、拳に棒しかなく、自分の体力しかないときに始めました。

しかし、彼は賢明で、動物の体力を自分の奉仕にもたらし、家畜にしました。馬は走りを加速させ、ラクダは砂漠を通行可能にし、ゾウは湿地のジャングルを走り抜けました。しかし、最も強い動物の物理的な力は、自然の力に比べれば計り知れないほど小さいものです。

最初の人は火の要素を征服しましたが、それは最も弱体化されたバージョンでのみでした. 当初、何世紀にもわたって、彼は燃料として木材のみを使用していました。しばらくして、彼はこのエネルギー源から風力エネルギーを使用することを学び、男が帆の白い翼を空中に持ち上げました-そして光の船が波の上を鳥のように飛んだ.

波の上のヨット

彼は風車の刃を突風にさらしました-そして、ひき臼の重い石が回転し、ひき割りの乳棒がガタガタ鳴りました。しかし、エアジェットのエネルギーが集中していないことは誰の目にも明らかです。さらに、帆と風車の両方が風の吹き込みを恐れていました。嵐は帆を引き裂き、船を沈め、嵐は翼を壊し、風車をひっくり返しました。

その後も、人間は流れる水を征服し始めました。ホイールは、水のエネルギーを回転運動に変換できる最も原始的なデバイスであるだけでなく、さまざまなデバイスと比較して最もパワー不足です.

人間は進歩のはしごを前に進んでおり、ますます多くのエネルギーを必要としていました。
彼は新しいタイプの燃料を使い始めました - すでに石炭の燃焼への移行により、燃料 1 キログラムのエネルギー強度が 2500 kcal から 7000 kcal に増加しました - ほぼ 3 倍。その後、石油とガスの時代が来ました。繰り返しになりますが、化石燃料 1 キログラムあたりのエネルギー含有量は 1.5 倍から 2 倍に増加しています。

蒸気エンジンは蒸気タービンに置き換えられました。ミルホイールは水力タービンに置き換えられました。すると男は核分裂性ウラン原子に手を伸ばした。しかし、新しいタイプのエネルギーの最初の使用は悲劇的な結果をもたらしました。1945 年の広島の核の炎は、数分で 7 万人の心臓を焼き尽くしました。

1954 年、世界初のソ連の原子力発電所が稼働し、ウランの力を電流の放射力に変えました。また、ウラン 1 キログラムには、最高級の石油 1 キログラムの 200 万倍のエネルギーが含まれていることに注意してください。

それは物理的とも言える根本的に新しい火でした。なぜなら、そのような驚くべき量のエネルギーの誕生に至るプロセスを研究したのは物理学者だったからです。
核燃料はウランだけではありません。より強力なタイプの燃料、水素同位体がすでに使用されています。

残念ながら、人間はまだ水素ヘリウムの核炎を抑えることができていません。彼は、ウラン爆発のフラッシュで水素爆弾の反応に火をつけて、全焼火を一時的に点火する方法を知っています。しかし、科学者たちはますます近づいて、水素同位体の核がヘリウム核に融合する結果として電流を生成する水素原子炉を見ています。

繰り返しになりますが、1 キログラムの燃料から人が取り出せるエネルギー量は、ほぼ 10 倍になります。しかし、このステップは、自然の力に対する人間の力の今後の歴史の最後になるのでしょうか?

いいえ！前方 - エネルギーの重力形態の習得。それは、水素-ヘリウム核融合のエネルギーよりも、自然に慎重にパッケージ化されています. 今日、それは人が推測することさえできる最も集中した形のエネルギーです.

科学の最先端を超えて、そこにはまだ何も見えていません。そして、発電所は人のために働くと自信を持って言うことができますが、重力エネルギーを電流に処理します（または、ジェットエンジンのノズルから飛び出すガスの流れに、またはシリコンと酸素の遍在する原子の計画された変換に変換します）。超レアメタルの原子に）、そのような発電所（ロケットエンジン、物理的な原子炉）の詳細についてはまだ何も言えません。

銀河誕生の起源における万有引力

万有引力は銀河誕生の原点アカデミアのV.A.アンバーツミアンが確信しているように、前星物質から。また、誕生時に割り当てられた星の燃料を使い果たし、時間を使い果たした星を消滅させます。

はい、周りを見回してください。地球上のすべては、この力によって大部分制御されています。

私たちの惑星の層状構造、つまりリソスフェア、水圏、大気の交替を決定するのは彼女です。空気ガスの厚い層を維持しているのは彼女であり、その底にあり、おかげで私たち全員が存在しています。

重力がなければ、地球はすぐに太陽の周りの軌道から外れ、地球自体が遠心力によって引き裂かれ、バラバラになります。万有引力にある程度依存しないものを見つけるのは困難です。

もちろん、非常に観察力のある古代の哲学者たちは、上に投げられた石が必ず戻ってくることに気づかずにはいられませんでした。紀元前 4 世紀のプラトンは、宇宙のすべての物質は、類似した物質のほとんどが集中する傾向があるという事実によってこれを説明しました。投げられた石は地面に落ちるか底に沈み、こぼれた水は近くの池に染み込みます。海へと続く川の中に、火の煙がその類縁の雲へと押し寄せる。

プラトンの弟子であるアリストテレスは、すべての物体には重さと軽さという特別な性質があることを明らかにしました。重い物体 - 石、金属 - は宇宙の中心に駆けつけ、光 - 火、煙、蒸気 - は周辺に向かいます。万有引力に関連する現象のいくつかを説明するこの仮説は、2000 年以上前から存在していました。

重力についての科学者

おそらく最初に問題を提起したのは重力本当に科学的で、ルネッサンスの天才、レオナルド・ダ・ヴィンチでした。レオナルドは、重力は地球だけの特徴ではなく、多くの重心があると宣言しました。そして彼はまた、重力は重心までの距離に依存することを示唆しました。

コペルニクス、ガリレオ、ケプラー、ロバート・フックの作品は、万有引力の法則のアイデアにますます近づきましたが、その最終的な定式化では、この法則はアイザック・ニュートンの名前に永遠に関連付けられています。

重力についてのアイザック・ニュートン

1643年1月4日生まれ。彼はケンブリッジ大学を卒業し、学士号を取得した後、科学の修士号を取得しました。

アイザック・ニュートン

それに続くものはすべて、無限の科学的成果です。しかし、彼の主な著作は「自然哲学の数学的原理」であり、1687 年に出版され、通常は単に「ビギニングス」と呼ばれています。偉人が定式化されるのは彼らの中にあります。おそらく誰もが高校時代の彼を覚えているでしょう。

すべての物体は、これらの物体の質量の積に正比例し、それらの間の距離の2乗に反比例する力で互いに引き付けられます...

この定式化のいくつかの規定は、ニュートンの前任者によって予期されていた可能性がありますが、その全体はまだ誰にも与えられていません. ニュートンの天才は、地球の魅力を月に、太陽を惑星系全体に広げるために、これらの断片を単一の全体に組み立てる必要がありました。

万有引力の法則から、ニュートンはケプラーによって以前に発見された惑星の運動のすべての法則を導き出しました。それらは単にその結果でした。さらに、ニュートンは、ケプラーの法則だけでなく、これらの法則からの逸脱（3つ以上の物体の世界）も万有引力の結果であることを示しました...これは科学の大きな勝利でした。

世界を動かしている自然の主な力がついに発見され、数学的に記述されたように見えました。空気の分子、リンゴ、太陽が影響を受ける力です。巨大な、計り知れない巨大さは、ニュートンが踏み出した一歩でした。

優秀な科学者の著作を最初に普及させたフランスの作家フランソワ・マリー・アルエは、ヴォルテールというペンネームで世界的に有名であり、ニュートンは落ちてくるリンゴを見て、彼にちなんで名付けられた法則の存在を突然推測したと述べています。

ニュートン自身は、このリンゴについて言及したことはありません。そして今日、この美しい伝説の反駁に時間を費やす価値はほとんどありません。そして、どうやら、ニュートンは論理的な推論によって自然の偉大な力を理解するようになった. 「始まり」の対応する章に含まれていた可能性があります。

重力は核の飛行に影響を与える

頂上がすでに大気圏外にあるほど高い非常に高い山に、巨大な大砲を設置したとします。その銃身は球体の表面と厳密に平行に配置され、発射されました。アークの説明 コアが地面に落ちる.

チャージを増やし、火薬の品質を向上させ、何らかの方法で、次のショットの後にコアをより高速に動かします。コアによって描かれる弧はより平らになります。コアは山のふもとからはるかに離れています。

また、チャージを増やして撃ちます。原子核は、地球の表面に平行に下降するような穏やかな軌道に沿って飛行します。コアはもはや地球に落下できません。コアが落下するのと同じ速度で、地球はコアの下から脱出します。そして、私たちの惑星の周りのリングを説明した後、コアは出発点に戻ります。

その間に銃を取り外すことができます。結局のところ、核が地球を一周するには 1 時間以上かかります。そして、コアは山の頂上を素早く一掃し、地球の周りの新しい円に行きます. 私たちが同意したように、コアが空気抵抗を受けない場合、落下することはありません。

このための中心速度は 8 km/秒に近いはずです。そして、コアの飛行速度を上げると？最初は地球の表面の曲率よりも緩やかな弧を描いて飛行し、地球から離れ始めます。同時に、地球の重力の影響下での速度が低下します。

そして最後に、向きを変えると、いわば地球に戻り始めますが、それを通り過ぎて飛行し、円ではなく楕円になります。コアは、地球が太陽の周りを移動するのとまったく同じ方法で、つまり、地球の中心が位置する焦点の1つである楕円に沿って地球の周りを移動します。

核の初速度をさらに上げると、楕円はさらに引き伸ばされます。核が月の軌道に到達するか、それよりもはるかに遠くまで到達するように、この楕円を伸ばすことができます。しかし、この原子核の初速度が 11.2 km/s を超えるまでは、地球の衛星のままです。

発射時に秒速11.2km以上の速度を受けた原子核は、放物線の軌道に沿って永遠に地球から離れていきます。楕円が閉じた曲線である場合、放物線は無限に向かう 2 つの枝を持つ曲線です。楕円に沿って移動すると、それがどんなに長くても、必然的に体系的に出発点に戻ります。放物線に沿って移動すると、原点に戻ることはありません。

しかし、この速度で地球を離れた核は、まだ無限に飛ぶことができません。太陽の強力な引力は、その飛行の軌道を曲げ、惑星の軌道のように自身の周りを閉じます。コアは、地球の姉妹、つまり私たち自身の惑星ファミリーの小さな惑星になります。

核を惑星系の外に向けるには、太陽の引力に打ち勝つために、16.7km/s以上の速度を伝え、この速度に地球自身の運動の速度が加わるように向ける必要があります.

約8 km / sの速度（この速度は、銃が発射される山の高さによって異なります）は円速度と呼ばれ、8〜11.2 km / sの速度は楕円形で、11.2〜16.7 km / sは放物線です。この数値を超えると、速度が解放されます。

ここで、これらの速度の与えられた値は地球に対してのみ有効であることを追加する必要があります。私たちが火星に住んでいた場合、円周速度は達成するのがはるかに簡単になります.火星では約3.6 km / sにすぎず、放物線速度は5 km / sをわずかに上回っています.

一方、木星から核を宇宙飛行で送るのは、地球からよりもはるかに困難です。この惑星の円周速度は 42.2 km / s であり、放物線速度は 61.8 km / s です。

太陽の住人が自分たちの世界を離れることは最も難しいでしょう（もちろん、そのようなものが存在する可能性がある場合）。この巨人の円周速度は 437.6 で、分離速度は 618.8 km / s です。

ニュートンは 17 世紀末、モンゴルフィエ兄弟が熱気球で熱気球を飛ばす 100 年前、ライト兄弟の飛行機が初飛行した 200 年前、最初の液体ロケットが離陸する 1,000 年前に、人工衛星や宇宙船の空への道が示されました。

重力はすべての球体に固有のものです

使用することで 重力の法則未知の惑星が発見され、太陽系の起源に関する宇宙仮説が作成されました。星、惑星、庭のリンゴ、大気中のガス分子を制御する自然の主な力が発見され、数学的に記述されています。

しかし、万有引力のメカニズムはわかっていません。ニュートン重力は説明できませんが、惑星運動の現在の状態を視覚的に表しています。

宇宙のすべての物体の相互作用を引き起こす原因はわかっていません。そして、ニュートンがこの理由に興味を持っていなかったとは言えません。何年もの間、彼はその可能性のあるメカニズムについて熟考しました。

ところで、これは非常に不思議な力です。何億キロメートルもの空間を通して現れる力は、一見したところ物質的な形成がなく、相互作用の伝達を説明できる助けを借りています。

ニュートンの仮説

と ニュートン頼った仮説宇宙全体を満たすとされる特定のエーテルの存在について。 1675年、彼は地球への引力を、宇宙全体を満たすエーテルが連続的な流れで地球の中心に押し寄せ、この動きですべての物体を捕らえ、重力を生み出すという事実によって説明しました. 同じエーテルの流れが太陽に流れ込み、惑星や彗星を引きずりながら、楕円軌道を確実にします...

絶対に数学的に論理的な仮説ではありますが、これはあまり説得力のあるものではありませんでした。しかし今、1679 年に、ニュートンは重力のメカニズムを説明する新しい仮説を作成しました。今回、彼はエーテルに、惑星の近くと遠くで異なる濃度を持つという特性を与えます。惑星の中心から遠くなるほど、エーテルの密度が高くなると考えられています。また、すべての物体を密度の高い層から密度の低い層に絞り出す特性があります。そして、すべての体が地球の表面に押し出されます。

1706 年、ニュートンはエーテルの存在そのものをきっぱりと否定しました。 1717 年に、彼は再びイーサを絞り出すという仮説に戻った。

ニュートンの独創的な頭脳は、大いなる謎の解決をめぐって戦い、それを見つけられませんでした。これは、そのような鋭い投げを左右に説明します。ニュートンはかつてこう言いました：

仮説は立てません。

そして、私たちが確認できただけなので、これは完全に真実ではありませんが、間違いなく別のことを述べることができます.ニュートンは、議論の余地のないものと、不安定で物議を醸す仮説とを明確に区別することができました. そして、要素には偉大な法則の公式がありますが、そのメカニズムを説明する試みはありません.
偉大な物理学者は、このなぞなぞを未来の人に残しました。彼は 1727 年に亡くなりました。
今日でも解決していません。

ニュートンの法則の物理的本質に関する議論には 2 世紀かかりました。そして、彼が彼に出されたすべての質問に正確に答えたなら、おそらくこの議論は法律の本質には関係しないでしょう.

しかし、問題の事実は、時間が経つにつれて、この法律は普遍的ではないことが判明したということです. 彼がこれまたはその現象を説明できない場合があること。例を挙げましょう。

Seeliger の計算における重力

これらの最初のものは、ゼーリガーのパラドックスです。宇宙は無限であり、一様に物質で満たされていると考えて、ゼーリガーは、ニュートンの法則に従って、無限の宇宙のある点で無限に大きな質量全体によって生み出される万有引力を計算しようとしました。

純粋数学の観点からは、これは簡単な作業ではありませんでした。最も複雑な変換のすべての困難を克服したシーリガーは、万有引力の望ましい力が宇宙の半径に比例することを発見しました。そして、この半径は無限に等しいので、重力は無限大でなければなりません。ただし、これは実際には見られません。これは、万有引力の法則が宇宙全体に当てはまるわけではないことを意味します。

ただし、パラドックスの他の説明も可能です。たとえば、物質は宇宙全体を均等に満たしていないと仮定できますが、その密度は徐々に減少し、最終的には非常に遠く離れた場所には物質がまったくありません。しかし、そのような絵を想像することは、物質のない空間の存在の可能性を認めることを意味し、それは一般的にばかげています.

重力は、距離の 2 乗が増加するよりも速く弱まると仮定できます。しかし、これはニュートンの法則の驚くべき調和に疑問を投げかけます。いいえ、この説明は科学者を満足させませんでした。パラドックスはパラドックスのままでした。

水星の動きの観測

別の事実として、ニュートンの法則では説明できない万有引力の作用が、 水星の動きの観測- 惑星に最も近い。ニュートンの法則による正確な計算では、近日点 (水星が太陽に最も接近する楕円の点) が 100 年間で 531 秒角移動するはずであることが示されました。

天文学者は、このシフトが 573 秒角に相当することを発見しました。この過剰 - 42 秒角 - も、ニュートンの法則から生じる式のみを使用して、科学者によって説明できませんでした。

彼は、ゼーリガーのパラドックスと水星の近日点の変位、および他の多くの逆説的な現象と不可解な事実の両方を説明しました。 アルバート・アインシュタイン、史上最高の物理学者ではないにしても、最高の物理学者の一人。厄介なささいなことの中に次の質問がありました 空気のような風.

アルバート・マイケルソンによる実験

この質問は、重力の問題に直接関係していないように思われました。彼は光学、光に関係していました。より正確には、その速度の定義に。

デンマークの天文学者は、光の速度を最初に決定しました。 オラフ・レーマー木星の衛星の日食を見ています。これは1675年に起こりました。

アメリカの物理学者 アルバート・マイケルソン 18 世紀の終わりに、彼は、彼が設計した装置を使用して、地球条件下での光の速度の一連の決定を行いました。

1927 年に、彼は光速を 299796 + 4 km/s として与えましたが、これは当時としては優れた精度でした。しかし、問題の本質は異なります。 1880 年、彼は空気のような風を調査することにしました。彼は最終的にその存在そのものを確立したいと考えていました。その存在によって、重力相互作用の伝達と光波の伝達の両方を説明しようとしました。

マイケルソンは、おそらく彼の時代で最も注目すべき実験者でした。彼は優れた装備を持っていました。そして、彼は成功することをほぼ確信していました。

経験の本質

経験このように考案されました。 地球は公転軌道を秒速約30kmで動いています。. 空気中を移動します。これは、地球の動きに対して受信機の前方にある光源からの光の速度が、反対側にある光源からの光の速度よりも大きくなければならないことを意味します。最初のケースでは、空気のような風の速度を光速に加算する必要があり、2 番目のケースでは、光速をこの値だけ減少させる必要があります。