ეს სტატია ყურადღებას გაამახვილებს უნივერსალური გრავიტაციის კანონის აღმოჩენის ისტორიაზე. აქ გავეცნობით ბიოგრაფიულ ინფორმაციას იმ მეცნიერის ცხოვრებიდან, რომელმაც აღმოაჩინა ეს ფიზიკური დოგმა, განვიხილავთ მის ძირითად დებულებებს, კვანტურ გრავიტაციასთან ურთიერთობას, განვითარების მსვლელობას და ბევრ სხვას.
გენიოსი
სერ ისააკ ნიუტონი არის მეცნიერი ინგლისიდან. ერთ დროს მან დიდი ყურადღება და ძალისხმევა დაუთმო ისეთ მეცნიერებებს, როგორიცაა ფიზიკა და მათემატიკა, ასევე ბევრი ახალი რამ შემოიტანა მექანიკასა და ასტრონომიაში. იგი სამართლიანად ითვლება ფიზიკის ერთ-ერთ პირველ ფუძემდებლად მის კლასიკურ მოდელში. ის არის ავტორი ფუნდამენტური ნაშრომისა „ბუნებრივი ფილოსოფიის მათემატიკური პრინციპები“, სადაც მან წარმოადგინა ინფორმაცია მექანიკის სამი კანონისა და უნივერსალური მიზიდულობის კანონის შესახებ. ისააკ ნიუტონმა ამ ნაშრომებით საფუძველი ჩაუყარა კლასიკურ მექანიკას. მან შეიმუშავა დიფერენციალური და ინტეგრალური ტიპის გაანგარიშება, სინათლის თეორია. მან ასევე დიდი წვლილი შეიტანა ფიზიკურ ოპტიკაში.და შეიმუშავა მრავალი სხვა თეორია ფიზიკასა და მათემატიკაში.
კანონი
უნივერსალური მიზიდულობის კანონი და მისი აღმოჩენის ისტორია 1666 წლით თარიღდება. მისი კლასიკური ფორმა არის კანონი, რომელიც აღწერს გრავიტაციული ტიპის ურთიერთქმედებას, რომელიც არ სცილდება მექანიკის ჩარჩოებს.
მისი არსი იყო ის, რომ გრავიტაციული მიზიდულობის F ძალის მაჩვენებელი, რომელიც წარმოიქმნება m1 და m2 მატერიის 2 სხეულს ან წერტილს შორის, ერთმანეთისგან გარკვეული მანძილით r დაშორებით, პროპორციულია ორივე მასის მაჩვენებლისა და აქვს უკუპროპორციულობა კვადრატებს შორის მანძილის მიმართ:
F=G, სადაც G აღნიშნავს გრავიტაციულ მუდმივას ტოლი 6-ის, 67408(31)•10-11 m3 / კგფ2.
ნიუტონის გრავიტაცია
სანამ განვიხილავთ უნივერსალური მიზიდულობის კანონის აღმოჩენის ისტორიას, მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ მის ზოგად მახასიათებლებს.
ნიუტონის მიერ შექმნილ თეორიაში, ყველა დიდი მასის მქონე სხეულმა უნდა შექმნას სპეციალური ველი მათ გარშემო, რომელიც იზიდავს სხვა ობიექტებს თავისკენ. მას გრავიტაციული ველი ჰქვია და მას აქვს პოტენციალი.
სფერული სიმეტრიის მქონე სხეული ქმნის ველს თავის გარეთ, ისეთივე ველს, რომელიც შექმნილია იმავე მასის მატერიალური წერტილით, რომელიც მდებარეობს სხეულის ცენტრში.
ასეთი წერტილის ტრაექტორიის მიმართულება გრავიტაციულ ველში, რომელიც შექმნილია გაცილებით დიდი მასის მქონე სხეულის მიერ, ემორჩილება კეპლერის კანონს. სამყაროს ობიექტები, როგორიცაა, მაგალითად,პლანეტა ან კომეტა, ასევე დაემორჩილეთ მას, მოძრაობს ელიფსში ან ჰიპერბოლაში. დამახინჯების აღრიცხვა, რომელსაც სხვა მასიური სხეულები ქმნიან, მხედველობაში მიიღება პერტურბაციის თეორიის დებულებების გამოყენებით.
სიზუსტის ანალიზი
მას შემდეგ, რაც ნიუტონმა აღმოაჩინა უნივერსალური მიზიდულობის კანონი, ის მრავალჯერ უნდა გამოეცადა და დაემტკიცებინა. ამისთვის გაკეთდა მთელი რიგი გამოთვლები და დაკვირვებები. მის დებულებებთან შეთანხმების შემდეგ და მისი ინდიკატორის სიზუსტიდან გამომდინარე, შეფასების ექსპერიმენტული ფორმა ემსახურება როგორც GR-ის მკაფიო დადასტურებას. სხეულის ოთხპოლუსიანი ურთიერთქმედების გაზომვა, რომელიც ბრუნავს, მაგრამ მისი ანტენები რჩება სტაციონარული, გვაჩვენებს, რომ δ-ის გაზრდის პროცესი დამოკიდებულია პოტენციალზე r -(1+δ), მანძილზე რამდენიმე მეტრი და მდებარეობს ლიმიტში (2, 1±6, 2)•10-3. არაერთმა სხვა პრაქტიკულმა დადასტურებამ საშუალება მისცა, რომ ეს კანონი დაარსებულიყო და მიეღო ერთიანი ფორმა, ყოველგვარი ცვლილებების გარეშე. 2007 წელს ეს დოგმა ხელახლა შემოწმდა სანტიმეტრზე ნაკლებ მანძილზე (55 მიკრონი-9,59 მმ). ექსპერიმენტული შეცდომების გათვალისწინებით, მეცნიერებმა შეისწავლეს მანძილის დიაპაზონი და ამ კანონში აშკარა გადახრები არ აღმოაჩინეს.
მთვარის ორბიტაზე დაკვირვებამ დედამიწასთან მიმართებაში ასევე დაადასტურა მისი მართებულობა.
ევკლიდური სივრცე
ნიუტონის გრავიტაციის კლასიკური თეორია დაკავშირებულია ევკლიდეს სივრცესთან. მანძილის ზომების საკმარისად მაღალი სიზუსტით (10-9) ფაქტობრივი თანასწორობა ზემოთ განხილული ტოლობის მნიშვნელში გვიჩვენებს ნიუტონის მექანიკის სივრცის ევკლიდეს საფუძველს, სამი - განზომილებიანი ფიზიკური ფორმა. ATმატერიის ასეთ წერტილს, სფერული ზედაპირის ფართობი ზუსტად პროპორციულია მისი რადიუსის კვადრატის მნიშვნელობისა.
მონაცემები ისტორიიდან
მოდით განვიხილოთ უნივერსალური გრავიტაციის კანონის აღმოჩენის ისტორიის მოკლე შინაარსი.
იდეები წამოაყენეს სხვა მეცნიერებმა, რომლებიც ნიუტონამდე ცხოვრობდნენ. ეპიკურუსმა, კეპლერმა, დეკარტმა, რობერვალმა, გასენდიმ, ჰაიგენსმა და სხვებმა მოინახულეს მასზე მოსაზრებები. კეპლერი ვარაუდობს, რომ გრავიტაციული ძალა უკუპროპორციულია მზის ვარსკვლავიდან დაშორებით და აქვს განაწილება მხოლოდ ეკლიპტურ სიბრტყეებზე; დეკარტის აზრით, ეს იყო ეთერის სისქეში მორევების მოქმედების შედეგი. იყო გამოცნობების სერია, რომელიც შეიცავდა სწორი ვარაუდების ასახვას მანძილის დამოკიდებულების შესახებ.
წერილი ნიუტონისგან ჰალეისთვის შეიცავდა ინფორმაციას, რომ თავად სერ ისაკის წინამორბედები იყვნენ ჰუკი, რენი და ბუიო ისმაელი. თუმცა, მანამდე ვერავინ შეძლო ნათლად, მათემატიკური მეთოდების გამოყენებით, დაეკავშირებინა გრავიტაციის კანონი და პლანეტების მოძრაობა.
უნივერსალური მიზიდულობის კანონის აღმოჩენის ისტორია მჭიდრო კავშირშია ნაშრომთან "ბუნების ფილოსოფიის მათემატიკური პრინციპები" (1687 წ.). ამ ნაშრომში ნიუტონმა შეძლო ამ კანონის გამოყვანა კეპლერის ემპირიული კანონის წყალობით, რომელიც იმ დროისთვის უკვე ცნობილი იყო. ის გვაჩვენებს, რომ:
- ნებისმიერი ხილული პლანეტის მოძრაობის ფორმა მიუთითებს ცენტრალური ძალის არსებობაზე;
- ცენტრალური ტიპის მიზიდულობის ძალა ქმნის ელიფსურ ან ჰიპერბოლურ ორბიტებს.
ნიუტონის თეორიის შესახებ
უნივერსალური გრავიტაციის კანონის აღმოჩენის მოკლე ისტორიის მიმოხილვა ასევე შეიძლება მიგვანიშნოს უამრავ განსხვავებაზე, რომლებიც განასხვავებს მას წინა ჰიპოთეზებისგან. ნიუტონი იყო დაკავებული არა მხოლოდ განსახილველი ფენომენის შემოთავაზებული ფორმულის გამოქვეყნებით, არამედ შემოგვთავაზა მათემატიკური ტიპის მოდელი ჰოლისტიკური ფორმით:
- დებულება გრავიტაციის კანონის შესახებ;
- წესდება მოძრაობის კანონის შესახებ;
- სისტემატიკა.
მათემატიკური კვლევის მეთოდების
ამ ტრიადამ შეძლო საკმაოდ ზუსტად გამოეკვლია ციური ობიექტების ყველაზე რთული მოძრაობებიც კი, რითაც საფუძველი შეუქმნა ციურ მექანიკას. ამ მოდელში აინშტაინის საქმიანობის დასაწყისამდე არ იყო საჭირო შესწორებების ფუნდამენტური ნაკრების არსებობა. მხოლოდ მათემატიკური აპარატი უნდა გაუმჯობესებულიყო.
ობიექტი განხილვისთვის
აღმოჩენილი და დადასტურებული სამართალი მთელი მეთვრამეტე საუკუნის განმავლობაში იქცა აქტიური დავებისა და სკრუპულოზური შემოწმების ცნობილი საგანი. თუმცა, საუკუნე დასრულდა მის პოსტულატებთან და განცხადებებთან საერთო შეთანხმებით. კანონის გამოთვლებით შესაძლებელი გახდა ზეცაში სხეულების მოძრაობის გზების ზუსტად დადგენა. პირდაპირი შემოწმება განხორციელდა ჰენრი კავენდიშის მიერ 1798 წელს. მან ეს გააკეთა ტორსიული ტიპის ბალანსის გამოყენებით დიდი მგრძნობელობით. გრავიტაციის უნივერსალური კანონის აღმოჩენის ისტორიაში აუცილებელია განსაკუთრებული ადგილი დაეთმოს პუასონის მიერ შემოტანილ ინტერპრეტაციებს. მან შეიმუშავა გრავიტაციული პოტენციალის კონცეფცია და პუასონის განტოლება, რომლითაც შესაძლებელი გახდა ამის გამოთვლაპოტენციალი. ამ ტიპის მოდელმა შესაძლებელი გახადა გრავიტაციული ველის შესწავლა მატერიის თვითნებური განაწილების არსებობის პირობებში.
ნიუტონის თეორიაში ბევრი სირთულე იყო. მთავარი შეიძლება ჩაითვალოს შორ მანძილზე მოქმედების აუხსნელად. შეუძლებელი იყო ზუსტი პასუხის გაცემა კითხვაზე, თუ როგორ იგზავნება მიზიდულობის ძალები ვაკუუმ სივრცეში უსასრულო სიჩქარით.
კანონის
ევოლუცია
შემდეგი ორასი წლის განმავლობაში და კიდევ უფრო მეტი, ბევრი ფიზიკოსი ცდილობდა შეეთავაზა სხვადასხვა გზები ნიუტონის თეორიის გასაუმჯობესებლად. ეს ძალისხმევა დასრულდა ტრიუმფით 1915 წელს, კერძოდ, ფარდობითობის ზოგადი თეორიის შექმნით, რომელიც შეიქმნა აინშტაინის მიერ. მან შეძლო მთელი სირთულის გადალახვა. კორესპონდენციის პრინციპის შესაბამისად, ნიუტონის თეორია აღმოჩნდა მიახლოება თეორიაზე მუშაობის დასაწყისთან უფრო ზოგადი ფორმით, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას გარკვეულ პირობებში:
- გრავიტაციული ბუნების პოტენციალი არ შეიძლება იყოს ძალიან დიდი შესწავლილ სისტემებში. მზის სისტემა ციური სხეულების მოძრაობის ყველა წესის დაცვის მაგალითია. რელატივისტური ფენომენი აღმოჩნდება პერიჰელიონის ცვლის შესამჩნევ გამოვლინებაში.
- სისტემების ამ ჯგუფში მოძრაობის სიჩქარე უმნიშვნელოა სინათლის სიჩქარესთან შედარებით.
დადასტურება იმისა, რომ სუსტ სტაციონალურ გრავიტაციულ ველში, GR გამოთვლები ნიუტონის ფორმას იღებს, არის გრავიტაციის სკალარული პოტენციალის არსებობა სტაციონარულ ველშიძალების სუსტად გამოხატული მახასიათებლები, რომელსაც შეუძლია დააკმაყოფილოს პუასონის განტოლების პირობები.
კვანტური სკალა
თუმცა, ისტორიაში არც უნივერსალური გრავიტაციის კანონის მეცნიერული აღმოჩენა და არც ფარდობითობის ზოგადი თეორია არ შეიძლება იყოს საბოლოო გრავიტაციული თეორია, რადგან ორივე ადეკვატურად არ აღწერს გრავიტაციული ტიპის პროცესებს კვანტურზე. მასშტაბი. კვანტური გრავიტაციული თეორიის შექმნის მცდელობა თანამედროვე ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი ამოცანაა.
კვანტური გრავიტაციის თვალსაზრისით, ობიექტებს შორის ურთიერთქმედება იქმნება ვირტუალური გრავიტონების ურთიერთგაცვლით. გაურკვევლობის პრინციპის შესაბამისად, ვირტუალური გრავიტონების ენერგეტიკული პოტენციალი უკუპროპორციულია დროის ინტერვალთან, რომელშიც ის არსებობდა, ერთი ობიექტის ემისიის წერტილიდან იმ დრომდე, როდესაც ის სხვა წერტილით შეიწოვება.
ამის გათვალისწინებით, ირკვევა, რომ მცირე დისტანციებზე სხეულების ურთიერთქმედება იწვევს ვირტუალური ტიპის გრავიტონების გაცვლას. ამ მოსაზრებების წყალობით, შესაძლებელია დავასკვნათ დებულება ნიუტონის პოტენციალის კანონისა და მისი დამოკიდებულების შესახებ მანძილის მიმართ პროპორციულობის ურთიერთპროპორციულობის შესაბამისად. კულონისა და ნიუტონის კანონებს შორის ანალოგია აიხსნება იმით, რომ გრავიტონების წონა ნულის ტოლია. ფოტონების წონას იგივე მნიშვნელობა აქვს.
მოტყუება
სასკოლო სასწავლო გეგმაში პასუხი კითხვაზე ისტორიიდან, როგორნიუტონმა აღმოაჩინა უნივერსალური მიზიდულობის კანონი, ეს არის ვაშლის ცვენის ამბავი. ამ ლეგენდის მიხედვით ის მეცნიერს თავზე დაეცა. თუმცა, ეს ფართოდ გავრცელებული მცდარი წარმოდგენაა და, ფაქტობრივად, ყველაფერმა შეძლო თავის შესაძლო ტრავმის მსგავსი შემთხვევის გარეშე. თავად ნიუტონი ხანდახან ადასტურებდა ამ მითს, მაგრამ სინამდვილეში კანონი არ იყო სპონტანური აღმოჩენა და არ მოვიდა მომენტალური გამჭრიახობით. როგორც ზემოთ დაიწერა, იგი დიდი ხნის განმავლობაში იყო შემუშავებული და პირველად იყო წარმოდგენილი შრომებში „მათემატიკის პრინციპებზე“, რომელიც საჯარო გამოფენაზე გამოჩნდა 1687 წელს.
