Tyngdkraften

Inte bara de mest mystiska naturens krafter men också den mest kraftfulla.

Man på väg mot framsteg

Historiskt sett har det varit det mänsklig när du går framåt framstegsvägar bemästrade naturens allt starkare krafter. Han började när han inte hade något annat än en käpp i näven och sin egen fysiska styrka.

Men han var vis, och han tog djurens fysiska styrka till sin tjänst och gjorde dem tama. Hästen påskyndade sin löpning, kamelen gjorde öknen framkomlig, elefanten den sumpiga djungeln. Men de fysiska krafterna hos även de starkaste djuren är omåttligt små jämfört med naturens krafter.

Den första personen underkuvade elementet eld, men bara i dess mest försvagade versioner. Till en början – under många århundraden – använde han endast ved som bränsle – en mycket lågenergikrävande typ av bränsle. Något senare lärde han sig att använda vindenergi från denna energikälla, en man lyfte seglets vita vinge i luften – och ett lätt skepp flög som en fågel över vågorna.

Segelbåt på vågorna

Han utsatte väderkvarnens blad för vindbyarna - och kvarnstenarnas tunga stenar snurrade, grynens stötar skramlade. Men det är uppenbart för alla att luftstrålarnas energi är långt ifrån koncentrerad. Dessutom var både seglet och väderkvarnen rädda för vindslag: stormen slet seglen och sänkte skeppen, stormen bröt vingarna och välte kvarnarna.

Ännu senare började människan erövra det strömmande vattnet. Hjulet är inte bara den mest primitiva av enheter som kan omvandla energin från vatten till roterande rörelse, utan också den mest underdrivna jämfört med olika.

Människan rörde sig framåt på framstegsstegen och behövde mer och mer energi.
Han började använda nya typer av bränsle - redan övergången till att bränna kol ökade energiintensiteten för ett kilo bränsle från 2500 kcal till 7000 kcal - nästan tre gånger. Sedan var det dags för olja och gas. Återigen har energiinnehållet i varje kilo fossilt bränsle ökat med en och en halv till två gånger.

Ångmaskiner ersattes av ångturbiner; kvarnhjul ersattes av hydrauliska turbiner. Sedan sträckte mannen ut sin hand mot den klyvbara uranatomen. Men den första användningen av en ny typ av energi fick tragiska konsekvenser - kärnvapenflamman i Hiroshima 1945 brände 70 tusen människohjärtan inom några minuter.

1954 togs världens första sovjetiska kärnkraftverk i drift, vilket förvandlade kraften från uran till strålningskraften från elektrisk ström. Och det bör noteras att ett kilo uran innehåller två miljoner gånger mer energi än ett kilo av den bästa oljan.

Det var en i grunden ny eld, som kunde kallas fysisk, eftersom det var fysiker som studerade de processer som ledde till födelsen av sådana fantastiska mängder energi.
Uran är inte det enda kärnbränslet. En mer kraftfull typ av bränsle används redan - väteisotoper.

Tyvärr har människan ännu inte kunnat dämpa väte-helium-kärnflamman. Han vet hur han för ett ögonblick tänder sin helt brinnande eld och sätter eld på reaktionen i en vätebomb med en blixt från en uraniumexplosion. Men närmare och närmare ser forskare en vätereaktor, som kommer att generera en elektrisk ström som ett resultat av fusionen av kärnor av väteisotoper till heliumkärnor.

Återigen kommer mängden energi som en person kan ta från varje kilo bränsle att öka nästan tio gånger. Men kommer detta steg att bli det sista i den kommande historien om mänsklig makt över naturens krafter?

Inte! Framåt - behärskning av gravitationsformen av energi. Det är ännu mer försiktigt förpackat av naturen än ens energin från väte-heliumfusion. Idag är det den mest koncentrerade formen av energi som en person till och med kan gissa sig till.

Inget vidare är ännu synligt där, bortom vetenskapens framkant. Och även om vi med säkerhet kan säga att kraftverk kommer att fungera för en person, bearbeta gravitationsenergi till elektrisk ström (eller kanske till en ström av gas som flyger ut ur ett jetmotormunstycke, eller till den planerade omvandlingen av de allestädes närvarande kisel- och syreatomerna till atomer av ultrasällsynta metaller), kan vi ännu inte säga något om detaljerna i ett sådant kraftverk (raketmotor, fysisk reaktor).

Den universella gravitationens kraft vid ursprunget till galaxernas födelse

Den universella gravitationskraften är ursprunget till galaxernas födelse från prestellär materia, vilket akademikern V.A. Ambartsumyan är övertygad om. Det släcker också stjärnorna som har bränt ut sin tid, efter att ha använt det stjärnbränsle som tilldelats dem vid födseln.

Ja, se dig omkring: allt på jorden styrs till stor del av denna kraft.

Det är hon som bestämmer den skiktade strukturen på vår planet - växlingen av litosfären, hydrosfären och atmosfären. Det är hon som håller ett tjockt lager av luftgaser, i botten av vilket och tack vare vilket vi alla finns.

Om det inte fanns någon gravitation skulle jorden omedelbart bryta sig ur sin omloppsbana runt solen, och själva jordklotet skulle falla isär, sliten sönder av centrifugalkrafter. Det är svårt att hitta något som inte i en eller annan grad skulle vara beroende av den universella gravitationskraften.

Naturligtvis kunde de gamla filosoferna, mycket observanta människor, inte undgå att lägga märke till att en sten som kastas uppåt alltid kommer tillbaka. Platon på 300-talet f.Kr. förklarade detta med att alla ämnen i universum tenderar till där de flesta liknande ämnen är koncentrerade: en kastad sten faller till marken eller går till botten, utspillt vatten sipprar in i närmaste damm eller in i en flod som tar sig till havet rusar röken från en eld till dess släktmoln.

En elev till Platon, Aristoteles, klargjorde att alla kroppar har speciella egenskaper av tyngd och lätthet. Tunga kroppar - stenar, metaller - rusar till universums centrum, ljus - eld, rök, ångor - till periferin. Denna hypotes, som förklarar några av de fenomen som är förknippade med den universella gravitationskraften, har funnits i mer än 2 tusen år.

Forskare om tyngdkraften

Förmodligen den första att ta upp frågan om tyngdkraften riktigt vetenskapligt, var renässansens geni - Leonardo da Vinci. Leonardo förkunnade att gravitationen är karakteristisk inte bara för jorden, att det finns många tyngdpunkter. Och han föreslog också att tyngdkraften beror på avståndet till tyngdpunkten.

Verken av Copernicus, Galileo, Kepler, Robert Hooke förde närmare och närmare idén om lagen om universell gravitation, men i sin slutliga formulering är denna lag för alltid förknippad med namnet Isaac Newton.

Isaac Newton om tyngdkraften

Född 4 januari 1643. Han tog examen från University of Cambridge, blev kandidat, sedan - en master of science.

Allt som följer är en oändlig mängd vetenskapliga verk. Men hans huvudsakliga verk är "Naturfilosofins matematiska principer", publicerad 1687 och vanligtvis kallad "Begynnelser". Det är i dem som det stora formuleras. Förmodligen minns alla honom från gymnasiet.

Alla kroppar attraheras av varandra med en kraft som är direkt proportionell mot produkten av dessa kroppars massor och omvänt proportionell mot kvadraten på avståndet mellan dem ...

Vissa bestämmelser i denna formulering kunde förutses av Newtons föregångare, men den har ännu inte getts till någon i sin helhet. Newtons geni behövdes för att sätta ihop dessa fragment till en enda helhet för att sprida jordens attraktion till månen och solen - till hela planetsystemet.

Från lagen om universell gravitation härledde Newton alla planeternas rörelselagar, upptäckta tidigare av Kepler. De var helt enkelt dess konsekvenser. Dessutom visade Newton att inte bara Keplers lagar, utan även avvikelser från dessa lagar (i en värld av tre eller fler kroppar) är resultatet av universell gravitation ... Detta var en stor vetenskapens triumf.

Det verkade som om naturens huvudkraft, som förflyttar världarna, äntligen upptäcktes och beskrevs matematiskt, den kraft som luftmolekylerna, äpplena och solen är föremål för. Jätte, omåttligt enormt var det steg som Newton tog.

Den första populariseringen av en briljant vetenskapsmans arbete, den franske författaren Francois Marie Arouet, världsberömd under pseudonymen Voltaire, sa att Newton plötsligt gissade existensen av en lag uppkallad efter honom när han tittade på ett fallande äpple.

Newton själv nämnde aldrig detta äpple. Och det är knappast värt att slösa tid idag på vederläggningen av denna vackra legend. Och uppenbarligen kom Newton att förstå naturens stora kraft genom logiska resonemang. Det är troligt att det ingick i motsvarande kapitel i "Början".

Tyngdkraften påverkar kärnans flykt

Låt oss anta att vi på ett mycket högt berg, så högt att dess topp redan är ur atmosfären, har satt upp en gigantisk artilleripjäs. Dess pipa placerades strikt parallellt med jordklotet och avfyrades. Beskriver bågen kärnan faller till marken.

Vi ökar laddningen, förbättrar kvaliteten på krutet, på ett eller annat sätt får vi kärnan att röra sig i högre hastighet efter nästa skott. Bågen som beskrivs av kärnan blir plattare. Kärnan faller mycket längre från foten av vårt berg.

Vi ökar också laddningen och skjuter. Kärnan flyger längs en så mjuk bana att den går ner parallellt med jordklotet. Kärnan kan inte längre falla till jorden: med samma hastighet som den faller, flyr jorden under den. Och efter att ha beskrivit ringen runt vår planet, återgår kärnan till utgångspunkten.

Pistolen kan tas bort under tiden. När allt kommer omkring kommer kärnans flygning runt jorden att ta mer än en timme. Och sedan kommer kärnan snabbt att svepa över toppen av berget och gå till en ny cirkel runt jorden. Fall, om, som vi kommit överens om, kärnan inte upplever något luftmotstånd kommer den aldrig att kunna göra det.

Kärnhastigheten för detta bör vara nära 8 km/sek. Och om du ökar hastigheten på kärnans flygning? Den kommer först att flyga i en båge, mildare än krökningen på jordens yta, och börja röra sig bort från jorden. Samtidigt kommer dess hastighet under påverkan av jordens gravitation att minska.

Och slutligen, när den vänder sig om, börjar den liksom falla tillbaka till jorden, men den kommer att flyga förbi den och kommer inte längre att slutföra en cirkel, utan en ellips. Kärnan kommer att röra sig runt jorden på exakt samma sätt som jorden rör sig runt solen, nämligen längs en ellips, i ett av fokusen vars centrum av vår planet kommer att ligga.

Om vi ​​ökar kärnans initiala hastighet ytterligare kommer ellipsen att visa sig vara mer sträckt. Det är möjligt att sträcka ut denna ellips på ett sådant sätt att kärnan når månbanan eller till och med mycket längre. Men tills den här kärnans initiala hastighet överstiger 11,2 km/s kommer den att förbli en jordens satellit.

Kärnan, som fick en hastighet på över 11,2 km/s när den avfyrades, kommer för alltid att flyga bort från jorden längs en parabolisk bana. Om en ellips är en sluten kurva, så är en parabel en kurva som har två grenar som går till oändligheten. När vi rör oss längs en ellips, oavsett hur långsträckt den kan vara, kommer vi oundvikligen systematiskt att återgå till utgångspunkten. När vi rör oss längs en parabel kommer vi aldrig tillbaka till utgångspunkten.

Men efter att ha lämnat jorden med denna hastighet kommer kärnan ännu inte att kunna flyga till oändligheten. Solens kraftfulla gravitation kommer att böja banan för dess flygning, sluta runt sig själv som en planets bana. Kärnan kommer att bli jordens syster, en liten planet i vår egen familj av planeter.

För att rikta kärnan utanför planetsystemet, för att övervinna solattraktionen, är det nödvändigt att berätta för den en hastighet på mer än 16,7 km/s och rikta den så att hastigheten för jordens egen rörelse läggs till denna hastighet .

En hastighet på cirka 8 km/s (denna hastighet beror på höjden på berget från vilket vår pistol skjuter) kallas cirkulär hastighet, hastigheter från 8 till 11,2 km/s är elliptiska, från 11,2 till 16,7 km/s är paraboliska, och över detta nummer - befriande hastigheter.

Här bör det tilläggas att de givna värdena för dessa hastigheter endast gäller för jorden. Om vi ​​bodde på Mars skulle den cirkulära hastigheten vara mycket lättare för oss att uppnå - det är bara cirka 3,6 km/s där, och parabolhastigheten är bara något mer än 5 km/s.

Å andra sidan skulle det vara mycket svårare att skicka kärnan på en rymdflygning från Jupiter än från jorden: cirkelhastigheten på denna planet är 42,2 km / s, och den paraboliska hastigheten är till och med 61,8 km / s!

Det skulle vara svårast för invånarna i solen att lämna sin värld (om en sådan kunde finnas). Cirkelhastigheten för denna jätte bör vara 437,6 och separationshastigheten - 618,8 km / s!

Så Newton i slutet av 1600-talet, hundra år före den första flygningen av varmluftsballongen fylld med varm luft av bröderna Montgolfier, tvåhundra år före de första flygningarna av bröderna Wrights flygplan, och nästan en fjärdedel av ett årtusende innan de första flytande raketerna lyfte, pekade vägen mot himlen för satelliter och rymdskepp.

Tyngdkraften är inneboende i varje sfär

Genom att använda tyngdlagen okända planeter upptäcktes, kosmogoniska hypoteser om solsystemets ursprung skapades. Naturens huvudkraft, som kontrollerar stjärnorna, planeterna, äpplena i trädgården och gasmolekylerna i atmosfären, har upptäckts och matematiskt beskrivits.

Men vi känner inte till mekanismen för universell gravitation. Newtonsk gravitation förklarar inte, men representerar visuellt det nuvarande tillståndet för planetrörelser.

Vi vet inte vad som orsakar interaktionen mellan alla kroppar i universum. Och det kan inte sägas att Newton inte var intresserad av detta skäl. I många år funderade han över dess möjliga mekanism.

Förresten, detta är verkligen en extremt mystisk kraft. En kraft som manifesterar sig genom hundratals miljoner kilometer av rymden, utan materiella formationer vid första anblicken, med vars hjälp man skulle kunna förklara överföringen av interaktion.

Newtons hypoteser

Och newton tillgripit hypotes om existensen av en viss eter som påstås fylla hela universum. År 1675 förklarade han attraktionen till jorden med det faktum att etern som fyller hela universum rusar till jordens centrum i kontinuerliga strömmar, fångar alla objekt i denna rörelse och skapar en gravitationskraft. Samma flöde av eter rusar till solen och drar planeterna, kometerna och säkerställer deras elliptiska banor...

Det var inte en särskilt övertygande, om än absolut matematiskt logisk hypotes. Men nu, 1679, skapade Newton en ny hypotes som förklarar gravitationsmekanismen. Den här gången ger han etern egenskapen att ha en annan koncentration nära planeterna och långt ifrån dem. Ju längre bort från planetens centrum, desto tätare är etern. Och den har egenskapen att klämma ut alla materialkroppar ur sina tätare lager till mindre täta. Och alla kroppar pressas ut till jordens yta.

År 1706 förnekar Newton skarpt själva existensen av etern. År 1717 återvänder han åter till hypotesen om att etern skulle pressas ut.

Newtons geniala hjärna slogs om lösningen av det stora mysteriet och hittade den inte. Detta förklarar sådana skarpa kast från sida till sida. Newton brukade säga:

Jag gör inga hypoteser.

Och även om, som vi bara har kunnat verifiera, detta inte är helt sant, kan vi definitivt konstatera något annat: Newton kunde tydligt skilja saker som är obestridliga från instabila och kontroversiella hypoteser. Och i elementen finns en formel för den stora lagen, men det finns inget försök att förklara dess mekanism.
Den store fysikern testamenterade denna gåta till framtidens man. Han dog 1727.
Det är inte löst än idag.

Diskussionen om den fysiska essensen av Newtons lag tog två århundraden. Och kanske skulle denna diskussion inte röra själva kärnan i lagen, om han svarade på exakt alla frågor som ställdes till honom.

Men faktum är att det med tiden visade sig att denna lag inte är universell. Att det finns fall då han inte kan förklara det eller det fenomenet. Låt oss ge exempel.

Tyngdkraften i Seeligers beräkningar

Den första av dessa är Seeligers paradox. Med tanke på att universum var oändligt och enhetligt fyllt med materia, försökte Seeliger, enligt Newtons lag, beräkna den universella gravitationskraften som skapas av hela det oändligt stora massan av det oändliga universum någon gång i det.

Det var ingen lätt uppgift ur den rena matematikens synvinkel. Efter att ha övervunnit alla svårigheter med de mest komplexa transformationerna fann Seeliger att den önskade kraften för universell gravitation är proportionell mot universums radie. Och eftersom denna radie är lika med oändlighet, måste gravitationskraften vara oändligt stor. Det ser vi dock inte i praktiken. Det betyder att lagen om universell gravitation inte gäller för hela universum.

Men andra förklaringar till paradoxen är också möjliga. Till exempel kan vi anta att materia inte jämnt fyller hela universum, men dess densitet minskar gradvis och slutligen någonstans väldigt långt borta finns det ingen materia alls. Men att föreställa sig en sådan bild innebär att erkänna möjligheten av existensen av rymden utan materia, vilket i allmänhet är absurt.

Vi kan anta att tyngdkraften försvagas snabbare än kvadraten på avståndet ökar. Men detta kastar tvivel på den överraskande harmonin i Newtons lag. Nej, och denna förklaring tillfredsställde inte forskarna. Paradoxen förblev en paradox.

Observationer av Merkurius rörelse

Ett annat faktum, verkan av den universella gravitationskraften, som inte förklaras av Newtons lag, väckte observation av Merkurius rörelse- närmast planeten. Exakta beräkningar enligt Newtons lag visade att perehelion – den punkt på ellipsen längs med vilken Merkurius rör sig närmast solen – bör förskjutas med 531 bågsekunder på 100 år.

Och astronomer har funnit att denna förskjutning är lika med 573 bågsekunder. Detta överskott - 42 bågsekunder - kunde inte heller förklaras av forskare, med endast formler som härrör från Newtons lag.

Han förklarade både Seeligers paradox och förskjutningen av Merkurius perhelion och många andra paradoxala fenomen och oförklarliga fakta Albert Einstein, en av de största, om inte den största fysiker genom tiderna. Bland de irriterande småsakerna var frågan om eterisk vind.

Experiment av Albert Michelson

Det verkade som om denna fråga inte direkt rörde gravitationsproblemet. Han förhöll sig till optik, till ljus. Mer exakt, till definitionen av dess hastighet.

Den danske astronomen var den första som bestämde ljusets hastighet. Olaf Remer titta på förmörkelsen av Jupiters månar. Detta hände redan 1675.

Amerikansk fysiker Albert Michelson i slutet av 1700-talet genomförde han en serie bestämningar av ljusets hastighet under markförhållanden, med hjälp av den apparat han hade designat.

1927 gav han ljusets hastighet till 299796 + 4 km/s, vilket var en utmärkt noggrannhet för den tiden. Men sakens väsen är annorlunda. 1880 bestämde han sig för att undersöka den eteriska vinden. Han ville slutligen fastställa existensen av just den etern, genom vars närvaro de försökte förklara både överföringen av gravitationsinteraktion och överföringen av ljusvågor.

Michelson var förmodligen den mest anmärkningsvärda experimentatorn på sin tid. Han hade utmärkt utrustning. Och han var nästan säker på framgång.

Essensen av erfarenhet

En upplevelse var tänkt så här. Jorden rör sig i sin omloppsbana med en hastighet av cirka 30 km/sek.. Rör sig genom luften. Det betyder att ljusets hastighet från en källa som är före mottagaren i förhållande till jordens rörelse måste vara högre än från en källa som är på andra sidan. I det första fallet måste den eteriska vindens hastighet adderas till ljusets hastighet, i det andra fallet måste ljusets hastighet minska med detta värde.

Han delade strålen i två lika stora strömmar och riktade dem i ömsesidigt vinkelräta riktningar: längs meridianen och längs parallellen. Reflekterade från speglarna kom strålarna tillbaka. Om strålen som går längs parallellen upplevde inverkan av den eteriska vinden, när den lades till meridionalstrålen, borde interferensfransar ha uppstått, vågorna hos de två strålarna skulle ha skiftats i fas.

Det var dock svårt för Michelson att mäta de båda strålarnas banor med så stor noggrannhet att de var exakt likadana. Därför byggde han apparaten så att det inte fanns några interferensfransar och vände den sedan 90 grader.

Meridionalstrålen blev latitudinell och vice versa. Om det blåser en eterisk vind bör svarta och ljusa ränder synas under okularet! Men det var de inte. Kanske flyttade forskaren på enheten när han vände den.

Han satte upp den vid middagstid och fixade den. När allt kommer omkring, förutom det, roterar den också runt sin axel. Och därför, vid olika tidpunkter på dygnet, intar den latitudinella strålen en annan position i förhållande till den kommande etervinden. Nu, när apparaten är strikt orörlig, kan man vara övertygad om experimentets noggrannhet.

Det fanns inga störningskanter igen. Experimentet genomfördes många gånger och Michelson, och med honom alla dåtidens fysiker, blev förvånade. Den eteriska vinden upptäcktes inte! Ljuset färdades åt alla håll med samma hastighet!

Ingen har kunnat förklara detta. Michelson upprepade experimentet gång på gång, förbättrade utrustningen och uppnådde slutligen en nästan otrolig mätnoggrannhet, en storleksordning större än vad som var nödvändigt för att experimentet skulle lyckas. Och återigen ingenting!

Experiment av Albert Einstein

Nästa stora steg in kunskap om tyngdkraften gjorde Albert Einstein.
Albert Einstein fick en gång frågan:

Hur kom du fram till din speciella relativitetsteori? Under vilka omständigheter kom du på en briljant idé? Vetenskapsmannen svarade: "Det verkade alltid för mig att så är fallet.

Kanske ville han inte vara uppriktig, kanske ville han bli av med den irriterande samtalspartnern. Men det är svårt att föreställa sig att Einsteins idé om sambanden mellan tid, rum och hastighet var medfödd.

Nej, naturligtvis, först fanns det en aning, ljus som en blixt. Sedan började utvecklingen. Nej, det finns inga motsägelser med kända fenomen. Och så dök de fem sidorna fulla av formler upp, som publicerades i en fysisk tidskrift. Sidor som öppnade en ny era inom fysiken.

Föreställ dig ett rymdskepp som flyger genom rymden. Vi kommer att varna dig omedelbart: rymdskeppet är mycket märkligt, den sorten du inte har läst om i science fiction-berättelser. Dess längd är 300 tusen kilometer, och dess hastighet är, ja, låt oss säga, 240 tusen km / s. Och detta rymdskepp flyger förbi en av de mellanliggande plattformarna i rymden, utan att stanna vid den. I full fart.

En av passagerarna står på rymdskeppets däck med en klocka. Och du och jag, läsare, står på en plattform - dess längd måste motsvara storleken på ett rymdskepp, det vill säga 300 tusen kilometer, annars kommer det inte att kunna hålla sig till det. Och vi har också en klocka i händerna.

Vi märker att i det ögonblick då rymdskeppets fören kom ikapp den bakre kanten av vår plattform, blinkade en lykta på den, som upplyste utrymmet som omgav den. En sekund senare nådde en ljusstråle framkanten av vår plattform. Vi tvivlar inte på detta, eftersom vi känner till ljusets hastighet och vi har lyckats peka ut exakt motsvarande ögonblick på klockan. Och på ett rymdskepp...

Men rymdskeppet flög också mot ljusstrålen. Och vi såg ganska definitivt att ljuset lyste upp aktern i det ögonblicket när det var någonstans nära mitten av plattformen. Vi såg definitivt att ljusstrålen inte täckte 300 tusen kilometer från fören till aktern på fartyget.

Men passagerarna på rymdskeppets däck är säkra på något annat. De är säkra på att deras stråle täckte hela sträckan från fören till aktern på 300 tusen kilometer. Han ägnade trots allt en hel sekund åt det. De registrerade det också helt exakt på sina klockor. Och hur kunde det vara annorlunda: trots allt beror ljusets hastighet inte på källans hastighet ...

Hur så? Vi ser en sak från en fast plattform, och en annan för dem på däcket på ett rymdskepp? Vad är problemet?

Einsteins relativitetsteori

Det bör omedelbart noteras: Einsteins relativitetsteori vid första anblicken motsäger det absolut vår etablerade idé om världens struktur. Vi kan säga att det också strider mot sunt förnuft, eftersom vi är vana vid att presentera det. Detta har hänt många gånger i vetenskapens historia.

Men upptäckten av jordens sfäriska karaktär stred mot sunt förnuft. Hur kan människor leva på motsatt sida och inte falla i avgrunden?

För oss är jordens sfäricitet ett otvivelaktigt faktum, och ur sunt förnufts synvinkel är alla andra antaganden meningslösa och vilda. Men ta ett steg tillbaka från din tid, föreställ dig det första uppträdandet av denna idé, och du kommer att förstå hur svårt det skulle vara att acceptera det.

Tja, var det lättare att erkänna att jorden inte är orörlig, utan flyger längs sin bana dussintals gånger snabbare än en kanonkula?

Alla dessa var vrak av sunt förnuft. Därför hänvisar moderna fysiker aldrig till det.

Nu tillbaka till den speciella relativitetsteorin. Världen kände igen henne för första gången 1905 från en artikel signerad med ett föga känt namn - Albert Einstein. Och han var bara 26 år då.

Einstein gjorde ett mycket enkelt och logiskt antagande av denna paradox: ur en observatörs synvinkel på plattformen har det gått mindre tid i en bil i rörelse än vad ditt armbandsur uppmätt. I bilen saktade tidens gång ner jämfört med tiden på den stillastående perrongen.

Helt fantastiska saker följde logiskt från detta antagande. Det visade sig att en person som åker till jobbet i en spårvagn, i jämförelse med en fotgängare som går samma väg, inte bara sparar tid på grund av hastigheten, utan det går också långsammare för honom.

Försök dock inte att bevara den eviga ungdomen på detta sätt: även om du blir vagnschaufför och tillbringar en tredjedel av ditt liv i en spårvagn, kommer du om 30 år knappast vinna mer än en miljondels sekund. För att vinsten i tid ska bli märkbar är det nödvändigt att röra sig med en hastighet nära ljusets hastighet.

Det visar sig att ökningen av kropparnas hastighet återspeglas i deras massa. Ju närmare en kropps hastighet ljusets hastighet, desto större massa. Med en kropps hastighet som är lika med ljusets hastighet är dess massa lika med oändligheten, det vill säga den är större än jordens, solens, galaxens, hela vårt universums massa ... Det här är hur mycket massa kan koncentreras i en enkel kullersten och accelerera den till hastighet
Sveta!

Detta medför en begränsning som inte tillåter någon materiell kropp att utveckla en hastighet som är lika med ljusets hastighet. När allt kommer omkring, när massan växer, blir det svårare och svårare att skingra den. Och en oändlig massa kan inte förflyttas av någon kraft.

Naturen har dock gjort ett mycket viktigt undantag från denna lag för en hel klass av partiklar. Till exempel för fotoner. De kan röra sig med ljusets hastighet. Mer exakt kan de inte röra sig i någon annan hastighet. Det är otänkbart att föreställa sig en orörlig foton.

När den är stillastående har den ingen massa. Dessutom har neutriner ingen vilomassa, och de är också dömda till en evig ohämmad flygning genom rymden med högsta möjliga hastighet i vårt universum, utan att gå om ljuset och hänga med i det.

Är det inte sant att var och en av konsekvenserna av den speciella relativitetsteorin som listas av oss är överraskande, paradoxala! Och varje, naturligtvis, strider mot "sunt förnuft"!

Men här är det som är intressant: inte i sin konkreta form, utan som en bred filosofisk position, förutspåddes alla dessa fantastiska konsekvenser av den dialektiska materialismens grundare. Vad säger dessa implikationer? Om kopplingarna som sammanbinder energi och massa, massa och hastighet, hastighet och tid, hastighet och längd hos ett rörligt föremål...

Einsteins upptäckt av ömsesidigt beroende, som cement (mer:), koppla samman armering, eller grundstenar, kopplade ihop saker och fenomen som tidigare verkat oberoende av varandra och skapade den grund på vilken det för första gången i vetenskapens historia låg möjligt att bygga en harmonisk byggnad. Denna byggnad är en representation av hur vårt universum fungerar.

Men först, åtminstone några ord om den allmänna relativitetsteorin, också skapad av Albert Einstein.

Men en känsla bevisar ingenting. Förnimmelser försöker trots allt övertyga oss om att solen rör sig på himlen runt den orörliga jorden, att alla stjärnor och planeter är på samma avstånd från oss, på himlavalvet, etc.

Forskare utsatte förnimmelser för experimentell verifiering. Till och med Newton tänkte på de två fenomenens märkliga identitet. Han försökte ge dem numeriska egenskaper. Efter att ha mätt gravitations- och , var han övertygad om att deras värden alltid är strikt lika med varandra.

Av vilket material han än gjorde pilotanläggningens pendlar: av silver, bly, glas, salt, trä, vatten, guld, sand, vete. Resultatet blev detsamma.

Likvärdighetsprincipen, som vi talar om, är grunden för den allmänna relativitetsteorin, även om den moderna tolkningen av teorin inte längre behöver denna princip. Om vi ​​utelämnar de matematiska slutsatserna som följer av denna princip, låt oss gå direkt vidare till några konsekvenser av den allmänna relativitetsteorin.

Närvaron av stora massor av materia påverkar i hög grad det omgivande utrymmet. Det leder till sådana förändringar i det, som kan definieras som inhomogeniteter i rymden. Dessa inhomogeniteter styr rörelsen av alla massor som är nära den attraherande kroppen.

Tillgriper vanligtvis en sådan analogi. Föreställ dig en duk spänd hårt på en ram parallell med jordens yta. Lägg en tung vikt på det. Detta kommer att bli vår stora attraktionsmassa. Hon kommer såklart att böja duken och hamna i någon fördjupning. Rulla nu bollen över denna duk på ett sådant sätt att en del av dess bana ligger bredvid den attraherande massan. Beroende på hur bollen kommer att lanseras är tre alternativ möjliga.

1. Bollen kommer att flyga tillräckligt långt från fördjupningen som skapas av dukens avböjning och kommer inte att ändra dess rörelse.
2. Bollen kommer att vidröra fördjupningen, och linjerna för dess rörelse kommer att böjas mot den attraherande massan.
3. Bollen kommer att falla in i detta hål, kommer inte att kunna ta sig ur det och kommer att göra ett eller två varv runt den graviterande massan.

Är det inte sant att det tredje alternativet mycket vackert modellerar fångsten av en stjärna eller planet av en främmande kropp som slarvigt flugit in i deras attraktionsfält?

Och det andra fallet är böjningen av banan för en kropp som flyger med en hastighet som är högre än den möjliga fångsthastigheten! Det första fallet liknar att flyga utanför gravitationsfältets praktiska räckvidd. Ja, det är praktiskt, för teoretiskt sett är gravitationsfältet obegränsat.

Naturligtvis är detta en mycket avlägsen analogi, främst för att ingen riktigt kan föreställa sig avböjningen av vårt tredimensionella rum. Vad är den fysiska innebörden av denna avböjning, eller krökning, som de ofta säger, ingen vet.

Det följer av den allmänna relativitetsteorin att vilken materiell kropp som helst kan röra sig i ett gravitationsfält endast längs krökta linjer. Endast i speciella fall förvandlas kurvan till en rak linje.

Ljusstrålen följer också denna regel. Den består trots allt av fotoner som har en viss massa under flygning. Och gravitationsfältet har sin effekt på det, såväl som på en molekyl, en asteroid eller en planet.

En annan viktig slutsats är att gravitationsfältet också förändrar tidens gång. Nära en stor attraherande massa, i ett starkt gravitationsfält som skapas av den, bör tiden gå långsammare än borta från den.

Du förstår, och den allmänna relativitetsteorin är fylld av paradoxala slutsatser som kan kullkasta våra idéer om "sunt förnuft" om och om igen!

Gravitationskollaps

Låt oss prata om ett fantastiskt fenomen av kosmisk natur - om gravitationskollaps (katastrofisk kompression). Detta fenomen uppstår i gigantiska ansamlingar av materia, där gravitationskrafter når så enorma magnituder att inga andra krafter som finns i naturen kan motstå dem.

Kom ihåg Newtons berömda formel: ju större gravitationskraften är, desto mindre är kvadraten på avståndet mellan graviterande kroppar. Således, ju tätare materialbildningen blir, ju mindre dess storlek, desto snabbare ökar gravitationskrafterna, desto mer oundviklig är deras destruktiva omfamning.

Det finns en listig teknik genom vilken naturen kämpar med den till synes gränslösa komprimeringen av materia. För att göra detta stoppar den själva tidsförloppet i verkningssfären för supergigantiska gravitationskrafter, och de fjättrade materiamassorna stängs så att säga av från vårt universum, frusna i en märklig slö dröm.

Det första av dessa "svarta hål" i kosmos har förmodligen redan upptäckts. Enligt antagandet av de sovjetiska forskarna O. Kh. Huseynov och A. Sh. Novruzova är det Gemini-deltat - en dubbelstjärna med en osynlig komponent.

Den synliga komponenten har en massa på 1,8 solenergi, och dess osynliga "partner" ska enligt beräkningar vara fyra gånger mer massiv än den synliga. Men det finns inga spår av det: det är omöjligt att se naturens mest fantastiska skapelse, det "svarta hålet".

Den sovjetiske vetenskapsmannen professor K.P. Stanyukovich, som de säger, "på spetsen av en penna", visade genom rent teoretiska konstruktioner att partiklarna av "frusen materia" kan vara mycket olika i storlek.

• Dess gigantiska formationer är möjliga, liknande kvasarer, som kontinuerligt strålar ut lika mycket energi som alla 100 miljarder stjärnor i vår galax utstrålar.
• Mycket mer blygsamma klumpar är möjliga, lika med endast ett fåtal solmassor. Både dessa och andra föremål kan själva uppstå från vanlig, inte "sovande" materia.
• Och formationer av en helt annan klass är möjliga, proportionell i massa med elementarpartiklar.

För att de ska uppstå är det nödvändigt att först utsätta materien som gör dem upp för ett gigantiskt tryck och driva in det i gränserna för Schwarzschild-sfären – en sfär där tiden för en extern betraktare stannar helt av. Och även om trycket efter det till och med tas bort, kommer partiklarna för vilka tiden har stannat att fortsätta att existera oberoende av vårt universum.

plankeoner

Plankeoner är en mycket speciell klass av partiklar. De besitter, enligt K.P. Stanyukovich, en extremt intressant egenskap: de bär materia i sig själva i oförändrad form, som det var för miljoner och miljarder år sedan. När vi tittade inuti plankeonen kunde vi se materia som den var vid tiden för vårt universums födelse. Enligt teoretiska beräkningar finns det cirka 1080 plankeoner i universum, ungefär en plankeon i en kub av rymden med en sida på 10 centimeter. Förresten, samtidigt som Stanyukovich och (oavsett honom, lades hypotesen om plankeoner fram av akademikern M.A. Markov. Bara Markov gav dem ett annat namn - maximons.

Plankeoners speciella egenskaper kan också användas för att förklara ibland paradoxala omvandlingar av elementarpartiklar. Det är känt att när två partiklar kolliderar bildas aldrig fragment utan andra elementarpartiklar uppstår. Detta är verkligen fantastiskt: i den vanliga världen kommer vi aldrig att få hela koppar eller ens rosetter när vi bryter en vas. Men anta att det i djupet av varje elementarpartikel finns en plankeon, en eller flera, och ibland många plankeoner.

I ögonblicket för kollision av partiklar öppnas plankeonens hårt bundna "påse" något, några partiklar kommer att "falla" in i den och istället för att "hoppa ut" de som vi anser ha uppstått under kollisionen. Samtidigt kommer plankeonen, som en flitig revisor, att säkerställa alla "bevarandelagar" som antagits i elementarpartiklarnas värld.
Tja, vad har mekanismen för universell gravitation med det att göra?

"Ansvariga" för gravitationen, enligt K. P. Stanyukovichs hypotes, är små partiklar, de så kallade gravitonerna, som kontinuerligt emitteras av elementarpartiklar. Gravitoner är lika mycket mindre än de senare, som en dammfläck som dansar i en solstråle är mindre än jordklotet.

Strålningen från gravitoner lyder ett antal regelbundenheter. I synnerhet är de lättare att flyga in i den delen av rymden. Som innehåller färre gravitoner. Det betyder att om det finns två himlakroppar i rymden kommer båda att stråla ut gravitoner till övervägande del "utåt", i motsatta riktningar. Detta skapar en impuls som gör att kropparna närmar sig varandra, attraherar varandra.

Gravitonerna lämnar sina elementarpartiklar och bär med sig en del av massan. Oavsett hur små de är kan förlusten av massa inte annat än märkas med tiden. Men tiden är ofattbart enorm. Det kommer att ta cirka 100 miljarder år för all materia i universum att förvandlas till ett gravitationsfält.