Бұл мақала бүкіләлемдік тартылыс заңының ашылу тарихына арналады. Мұнда біз осы физикалық догманы ашқан ғалымның өмірінен алынған өмірбаяндық мәліметтермен танысамыз, оның негізгі ережелерін, кванттық гравитациямен байланысын, даму барысын және т.б. қарастырамыз.
Данышпан
Сэр Исаак Ньютон - Англиядан шыққан ғалым. Кезінде ол физика, математика сияқты ғылымдарға көп көңіл бөліп, күш жұмсады, сонымен қатар механика мен астрономияға көптеген жаңа нәрселер әкелді. Ол заңды түрде оның классикалық үлгісінде физиканың алғашқы негізін салушылардың бірі болып саналады. Ол механиканың үш заңы мен бүкіләлемдік тартылыс заңы туралы мәліметтерді ұсынған «Натурфилософияның математикалық принциптері» атты іргелі еңбектің авторы. Исаак Ньютон осы еңбектерімен классикалық механиканың негізін қалады. Ол дифференциалдық және интегралдық типті есептеулерді, жарық теориясын жасады. Ол физикалық оптикаға да үлкен үлес қосты.және физика мен математиканың басқа да көптеген теорияларын жасады.
Заң
Бүкіләлемдік тартылыс заңы және оның ашылу тарихы 1666 жылдан басталады. Оның классикалық түрі механика шеңберінен шықпайтын гравитациялық типтің өзара әрекеттесуін сипаттайтын заң.
Оның мәні бір-бірінен белгілі r қашықтыққа бөлінген m1 және m2 материяның 2 денелері немесе нүктелері арасында пайда болатын тартылыс күшінің F индикаторы екі массалық көрсеткішке де пропорционалды және денелер арасындағы квадрат қашықтыққа кері пропорционалдық:
F=G, мұндағы G 6-ға тең гравитациялық тұрақтыны білдіреді, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Ньютонның ауырлық күші
Бүкіләлемдік тартылыс заңының ашылу тарихын қарастырмас бұрын, оның жалпы сипаттамаларына тереңірек тоқталайық.
Ньютон жасаған теорияда массасы үлкен барлық денелер айналасында басқа объектілерді өзіне тартатын арнайы өріс тудыруы керек. Ол гравитациялық өріс деп аталады және оның әлеуеті бар.
Сфералық симметриясы бар дене дененің ортасында орналасқан массасы бірдей материалдық нүктеден жасалған өріске ұқсас өз алдынан тыс өріс құрайды.
Массасы әлдеқайда үлкен дене жасаған гравитациялық өрістегі мұндай нүктенің траекториясының бағыты Кеплер заңына бағынады. Ғаламның объектілері, мысалы,планета немесе комета да оған бағынады, эллипс немесе гиперболада қозғалады. Басқа массалық денелер жасайтын бұрмалануларды есепке алу бұзылу теориясының ережелерін қолдану арқылы ескеріледі.
Талдау дәлдігі
Ньютон бүкіләлемдік тартылыс заңын ашқаннан кейін оны бірнеше рет сынап, дәлелдеу керек болды. Ол үшін бірқатар есептеулер мен бақылаулар жүргізілді. Оның ережелерімен келісе отырып және оның көрсеткішінің дәлдігіне сүйене отырып, бағалаудың тәжірибелік нысаны GR-нің нақты дәлелі ретінде қызмет етеді. Айналатын, бірақ оның антенналары қозғалмайтын дененің төрт полюсті өзара әрекеттесуін өлшеу δ ұлғаю процесі r -(1+δ), қашықтықтағы потенциалға байланысты екенін көрсетеді. бірнеше метр және (2, 1±6, 2)•10-3 шегінде орналасқан. Бірқатар басқа да практикалық растаулар бұл заңды өзгертусіз біртұтас формада құруға мүмкіндік берді. 2007 жылы бұл догма сантиметрден (55 микрон-9,59 мм) аз қашықтықта қайта тексерілді. Эксперименттік қателерді ескере отырып, ғалымдар қашықтық диапазонын зерттеп, бұл заңда айқын ауытқуларды таппады.
Айдың Жерге қатысты орбитасын бақылау да оның дұрыстығын растады.
Евклидтік кеңістік
Ньютонның классикалық тартылыс теориясы евклидтік кеңістікпен байланысты. Жоғарыда қарастырылған теңдіктің бөлгішіндегі қашықтық өлшемдерінің жеткілікті жоғары дәлдігі бар нақты теңдігі (10-9) бізге Ньютон механикасы кеңістігінің евклидтік негізін көрсетеді, үш - өлшемді физикалық пішін. ATМатерияның мұндай нүктесіне сфералық беттің ауданы оның радиусының квадратының мәніне дәл пропорционал болады.
Тарихтағы деректер
Бүкіләлемдік тартылыс заңының ашылу тарихының қысқаша мазмұнын қарастырайық.
Идеяларды Ньютонға дейін өмір сүрген басқа да ғалымдар айтқан. Эпикур, Кеплер, Декарт, Роберваль, Гассенди, Гюйгенс және т.б. Кеплер гравитациялық күш Күннің жұлдызынан қашықтығына кері пропорционал және тек эклиптикалық жазықтықта таралады деп ұсынды; Декарттың пікірінше, бұл эфир қалыңдығындағы құйындардың белсенділігінің салдары болды. Қашықтыққа тәуелділік туралы дұрыс болжамдардың көрінісін қамтитын болжамдар қатары болды.
Ньютонның Галлиге жазған хатында сэр Исаактың өзі Гук, Врен және Буйо Исмаэль болғаны туралы ақпарат бар. Алайда оған дейінгі ешкім математикалық әдістерді қолдана отырып, тартылыс заңы мен планеталар қозғалысын нақты байланыстыра алмады.
Бүкіләлемдік тартылыс заңының ашылу тарихы «Натурфилософияның математикалық принциптері» (1687) еңбегімен тығыз байланысты. Бұл жұмыста Ньютон осы уақытқа дейін белгілі болған Кеплердің эмпирикалық заңының арқасында қарастырылып отырған заңды шығара алды. Ол бізге мынаны көрсетеді:
- кез келген көрінетін планетаның қозғалыс формасы орталық күштің бар екенін көрсетеді;
- Орталық түрдегі тартылыс күші эллиптикалық немесе гиперболалық орбиталар құрайды.
Ньютон теориясы туралы
Бүкіләлемдік тартылыс заңының ашылуының қысқаша тарихына шолу сонымен қатар оны алдыңғы гипотезалардан ерекшелендіретін бірқатар айырмашылықтарды көрсете алады. Ньютон қарастырылып отырған құбылыстың ұсынылған формуласын жариялаумен ғана айналысып қоймай, сонымен бірге тұтас формадағы математикалық типтің моделін ұсынды:
- тартылыс заңы туралы ереже;
- қозғалыс заңы туралы ереже;
- математикалық зерттеу әдістерінің жүйесі.
Бұл триада аспан нысандарының ең күрделі қозғалыстарын да дәл зерттей алды, осылайша аспан механикасына негіз болды. Эйнштейннің бұл модельдегі қызметінің басына дейін түзетулердің іргелі жиынтығының болуы талап етілмеді. Тек математикалық аппаратты айтарлықтай жақсарту керек болды.
Талқылауға арналған нысан
Бүкіл XVIII ғасырда ашылған және дәлелденген заң белсенді даулар мен мұқият тексерулердің белгілі тақырыбы болды. Дегенмен, ғасыр оның постулаттары мен мәлімдемелерімен жалпы келісіммен аяқталды. Заңның есептеулерін пайдалана отырып, аспандағы денелердің қозғалыс жолдарын дәл анықтауға мүмкіндік туды. Тікелей тексеруді 1798 жылы Генри Кавендиш жасады. Ол мұны үлкен сезімталдықпен бұралу түріндегі теңгерімді пайдаланып жасады. Бүкіләлемдік тартылыс заңының ашылу тарихында Пуассон енгізген түсіндірулерге ерекше орын бөлу керек. Ол гравитациялық потенциал тұжырымдамасын және Пуассон теңдеуін жасады, оның көмегімен оны есептеуге болады.потенциал. Модельдің бұл түрі гравитациялық өрісті материяның ерікті таралуы жағдайында зерттеуге мүмкіндік берді.
Ньютон теориясында көптеген қиындықтар болды. Ең бастысы, ұзақ мерзімді әрекеттің түсініксіздігі деп санауға болады. Тарту күштері вакуумдық кеңістік арқылы шексіз жылдамдықпен қалай жіберіледі деген сұраққа дәл жауап беру мүмкін болмады.
Заңның "эволюциясы"
Келесі екі жүз жыл, тіпті одан да көп физиктер Ньютон теориясын жетілдірудің әртүрлі жолдарын ұсынуға талпыныс жасады. Бұл күш-жігер 1915 жылы жеңіспен аяқталды, атап айтқанда Эйнштейн жасаған Жалпы салыстырмалылық теориясын құру. Ол барлық қиындықтарды жеңе білді. Сәйкестік принципіне сәйкес Ньютон теориясы белгілі бір шарттарда қолданылуы мүмкін неғұрлым жалпы түрдегі теория бойынша жұмыстың басталуына жуықтау болып шықты:
- Зерттелетін жүйелерде гравитациялық табиғат потенциалы тым үлкен болуы мүмкін емес. Күн жүйесі аспан денелерінің қозғалысының барлық ережелерін сақтаудың мысалы болып табылады. Релятивистік құбылыс перигелий ығысуының айқын көрінісінде болады.
- Бұл жүйелер тобындағы қозғалыс жылдамдығы жарық жылдамдығымен салыстырғанда шамалы.
Әлсіз стационарлық гравитациялық өрісте GR есептеулерінің Ньютондық есептеулер түрінде болатынының дәлелі стационарлық өрісте гравитацияның скалярлық потенциалының болуы болып табылады. Пуассон теңдеуінің шарттарын қанағаттандыруға қабілетті күштердің әлсіз өрнектелген сипаттамалары.
Кванта шкаласы
Бірақ тарихта дүниежүзілік тартылыс заңының ғылыми ашылуы да, жалпы салыстырмалылық теориясы да соңғы гравитациялық теория бола алмайды, өйткені екеуі де кванттық гравитациялық типтегі процестерді адекватты түрде сипаттамайды. масштаб. Кванттық гравитациялық теорияны құру әрекеті қазіргі физиканың ең маңызды міндеттерінің бірі болып табылады.
Кванттық гравитация тұрғысынан объектілер арасындағы өзара әрекеттесу виртуалды гравитондардың алмасуы арқылы жасалады. Белгісіздік принципіне сәйкес виртуалды гравитондардың энергетикалық әлеуеті бір нысанның сәуле шығару нүктесінен басқа нүкте жұтқан уақытқа дейінгі уақыт аралығына кері пропорционал.
Осыны ескере отырып, қашықтықтардың шағын масштабында денелердің өзара әрекеттесуі виртуалды түрдегі гравитондардың алмасуын талап ететіні белгілі болды. Осы пайымдаулардың арқасында Ньютон потенциалы заңы және оның қашықтыққа қатысты пропорционалдылықтың кері әсеріне сәйкес тәуелділігі туралы ережені қорытындылауға болады. Кулон және Ньютон заңдарының ұқсастығы гравитондардың салмағы нөлге тең болуымен түсіндіріледі. Фотондардың салмағы бірдей мағынаға ие.
Алдау
Мектеп бағдарламасында тарихтан сұраққа жауап, қалайНьютон бүкіләлемдік тартылыс заңын ашты, алма жемісінің құлауы туралы әңгіме. Бұл аңыз бойынша ол бір ғалымның басына түскен. Дегенмен, бұл кең таралған қате түсінік, және шын мәнінде, мүмкін болатын бас жарақатының ұқсас жағдайынсыз барлығын жасай алды. Ньютонның өзі кейде бұл мифті растады, бірақ іс жүзінде заң өздігінен ашылған жаңалық емес және бір сәттік түсініктің жарылуымен келген жоқ. Жоғарыда жазылғандай, ол ұзақ уақыт бойы әзірленіп, алғаш рет 1687 жылы көпшілік назарына ұсынылған «Математика принциптері» туралы еңбектерде ұсынылды.
