Ovaj članak će se usredotočiti na povijest otkrića zakona univerzalne gravitacije. Ovdje ćemo se upoznati s biografskim podacima iz života znanstvenika koji je otkrio ovu fizičku dogmu, razmotriti njezine glavne odredbe, odnos s kvantnom gravitacijom, tijek razvoja i još mnogo toga.
Genijalno
Sir Isaac Newton je znanstvenik iz Engleske. Svojedobno je mnogo pažnje i truda posvetio takvim znanostima kao što su fizika i matematika, a također je donio mnogo novih stvari u mehaniku i astronomiju. S pravom se smatra jednim od prvih utemeljitelja fizike u njenom klasičnom modelu. Autor je temeljnog djela "Matematička načela prirodne filozofije", gdje je iznio podatke o tri zakona mehanike i zakonu univerzalne gravitacije. Isaac Newton je ovim djelima postavio temelje klasične mehanike. Razvio je račun diferencijalnog i integralnog tipa, teoriju svjetlosti. Također je dao veliki doprinos fizičkoj optici.i razvio mnoge druge teorije u fizici i matematici.
Zakon
Zakon univerzalne gravitacije i povijest njegovog otkrića datiraju iz 1666. godine. Njegov klasični oblik je zakon koji opisuje interakciju gravitacijske vrste, koja ne izlazi iz okvira mehanike.
Njegova suština bila je u tome da je indikator sile F gravitacijske sile koja nastaje između 2 tijela ili točaka materije m1 i m2, međusobno odvojenih određenom udaljenosti r, proporcionalan oba indikatora mase i ima inverzna proporcionalnost kvadratu udaljenosti između tijela:
F=G, gdje G označava gravitacijsku konstantu jednaku 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Newtonova gravitacija
Prije razmatranja povijesti otkrića zakona univerzalne gravitacije, pogledajmo pobliže njegove opće karakteristike.
U teoriji koju je stvorio Newton, sva tijela s velikom masom moraju generirati posebno polje oko sebe, koje privlači druge objekte k sebi. Zove se gravitacijsko polje i ima potencijal.
Tijelo sferične simetrije tvori polje izvan sebe, slično onome što ga stvara materijalna točka iste mase koja se nalazi u središtu tijela.
Smjer putanje takve točke u gravitacijskom polju, koju stvara tijelo puno veće mase, pokorava se Keplerovom zakonu. Objekti svemira, kao npr.planeta ili kometa, također mu se pokoravaju, krećući se u elipsi ili hiperboli. Obračunavanje izobličenja koje stvaraju druga masivna tijela uzima se u obzir korištenjem odredbi teorije perturbacije.
Analiziranje točnosti
Nakon što je Newton otkrio zakon univerzalne gravitacije, morao se testirati i dokazati višestruko. Za to su napravljeni brojni izračuni i zapažanja. Složivši se s njegovim odredbama i polazeći od točnosti njegovog pokazatelja, eksperimentalni oblik procjene služi kao jasna potvrda GR. Mjerenje kvadrupolnih interakcija tijela koje rotira, ali njegove antene ostaju nepokretne, pokazuje nam da proces povećanja δ ovisi o potencijalu r -(1+δ), na udaljenosti od nekoliko metara i nalazi se u granici (2, 1±6, 2)•10-3. Niz drugih praktičnih potvrda omogućilo je da se ovaj zakon uspostavi i poprimi jedinstven oblik, bez ikakvih izmjena. Godine 2007. ova dogma je ponovno provjerena na udaljenosti manjoj od centimetra (55 mikrona-9,59 mm). Uzimajući u obzir eksperimentalne pogreške, znanstvenici su ispitali raspon udaljenosti i nisu našli očita odstupanja u ovom zakonu.
Promatranje Mjesečeve orbite u odnosu na Zemlju također je potvrdilo njegovu valjanost.
Euklidski prostor
Newtonova klasična teorija gravitacije povezana je s euklidskim prostorom. Stvarna jednakost s dovoljno visokom točnošću (10-9) mjera udaljenosti u nazivniku jednakosti o kojoj smo gore govorili pokazuje nam euklidsku osnovu prostora Newtonove mehanike, s tri -dimenzionalni fizički oblik. NAdo takve točke materije, površina sferne površine točno je proporcionalna vrijednosti kvadrata njenog polumjera.
Podaci iz povijesti
Razmotrimo kratak sažetak povijesti otkrića zakona univerzalne gravitacije.
Ideje su iznijeli drugi znanstvenici koji su živjeli prije Newtona. Epikur, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens i drugi posjetili su razmišljanja o tome. Kepler je sugerirao da je gravitacijska sila obrnuto proporcionalna udaljenosti od zvijezde Sunca i da ima distribuciju samo u ravninama ekliptike; prema Descartesu bila je posljedica djelovanja vrtloga u debljini etera. Postojao je niz nagađanja koja su sadržavala odraz točnih nagađanja o ovisnosti o udaljenosti.
Newtonovo pismo Halleyu sadržavalo je informaciju da su prethodnici samog Sir Isaaca bili Hooke, Wren i Buyo Ismael. Međutim, nitko prije njega nije uspio jasno, matematičkim metodama, povezati zakon gravitacije i gibanja planeta.
Povijest otkrića zakona univerzalne gravitacije usko je povezana s djelom "Matematički principi prirodne filozofije" (1687.). U ovom djelu Newton je uspio izvesti dotični zakon zahvaljujući Keplerovom empirijskom zakonu, koji je do tada već bio poznat. On nam pokazuje da:
- oblik kretanja bilo kojeg vidljivog planeta ukazuje na prisutnost središnje sile;
- Sila privlačenja središnjeg tipa tvori eliptične ili hiperboličke orbite.
O Newtonovoj teoriji
Pregled kratke povijesti otkrića zakona univerzalne gravitacije također nas može ukazati na brojne razlike koje ga izdvajaju od prethodnih hipoteza. Newton je bio angažiran ne samo na objavljivanju predložene formule fenomena koji se razmatra, već je također predložio model matematičke vrste u holističkom obliku:
- odredba o zakonu gravitacije;
- statut o zakonu gibanja;
- sistematika metoda matematičkog istraživanja.
Ova trijada je bila u stanju prilično precizno istražiti čak i najsloženija kretanja nebeskih objekata, stvarajući tako osnovu za nebesku mehaniku. Sve do početka Einsteinove aktivnosti u ovom modelu nije bila potrebna prisutnost temeljnog skupa korekcija. Samo je matematički aparat morao biti značajno poboljšan.
Objekat za raspravu
Otkriveno i dokazano pravo tijekom osamnaestog stoljeća postalo je dobro poznata tema aktivnih sporova i skrupuloznih provjera. No, stoljeće je završilo općim slaganjem s njegovim postulatima i izjavama. Koristeći izračune zakona, bilo je moguće točno odrediti putove kretanja tijela na nebu. Izravnu provjeru napravio je Henry Cavendish 1798. godine. Učinio je to koristeći torzijsku vagu s velikom osjetljivošću. U povijesti otkrića univerzalnog zakona gravitacije potrebno je posebno mjesto izdvojiti interpretacijama koje je uveo Poisson. Razvio je koncept gravitacijskog potencijala i Poissonovu jednadžbu, pomoću koje je to bilo moguće izračunati.potencijal. Ovaj tip modela omogućio je proučavanje gravitacijskog polja u prisutnosti proizvoljne raspodjele materije.
Bilo je mnogo poteškoća u Newtonovoj teoriji. Glavnim bi se mogla smatrati neobjašnjivost dalekometnog djelovanja. Bilo je nemoguće točno odgovoriti na pitanje kako se sile privlačenja šalju kroz vakuumski prostor beskonačnom brzinom.
"Evolucija" zakona
Sljedećih dvjesto godina, pa čak i više, mnogi su fizičari pokušavali predložiti različite načine poboljšanja Newtonove teorije. Ti su napori završili trijumfom 1915. godine, odnosno stvaranjem Opće teorije relativnosti, koju je stvorio Einstein. Uspio je prevladati čitav niz poteškoća. U skladu s načelom korespondencije, Newtonova teorija se pokazala kao aproksimacija početka rada na teoriji u općenitijem obliku, koji se može primijeniti pod određenim uvjetima:
- Potencijal gravitacijske prirode ne može biti prevelik u sustavima koji se proučavaju. Sunčev sustav je primjer poštivanja svih pravila za kretanje nebeskih tijela. Relativistički se fenomen nalazi u vidljivoj manifestaciji pomaka perihela.
- Brzina kretanja u ovoj skupini sustava zanemariva je u usporedbi sa brzinom svjetlosti.
Dokaz da u slabom stacionarnom gravitacijskom polju, GR izračuni imaju oblik Newtonovih je prisutnost skalarnog potencijala gravitacije u stacionarnom polju sslabo izražene karakteristike sila, koje mogu zadovoljiti uvjete Poissonove jednadžbe.
Quanta Scale
Međutim, u povijesti, ni znanstveno otkriće zakona univerzalne gravitacije, niti Opća teorija relativnosti ne bi mogli poslužiti kao konačna gravitacijska teorija, budući da obje ne opisuju na odgovarajući način procese gravitacijskog tipa na kvantnom mjerilo. Pokušaj stvaranja kvantne gravitacijske teorije jedan je od najvažnijih zadataka moderne fizike.
Sa stajališta kvantne gravitacije, interakcija između objekata nastaje izmjenom virtualnih gravitona. U skladu s načelom nesigurnosti, energetski potencijal virtualnih gravitona obrnuto je proporcionalan vremenskom intervalu u kojem je postojao, od točke emitiranja jednog objekta do točke u vremenu u kojoj ga je apsorbirala druga točka.
S obzirom na to, ispada da na maloj skali udaljenosti interakcija tijela podrazumijeva razmjenu gravitona virtualnog tipa. Zahvaljujući tim razmatranjima, moguće je zaključiti odredbu o zakonu Newtonovog potencijala i njegovoj ovisnosti u skladu s recipročnom proporcionalnošću s obzirom na udaljenost. Analogija između Coulombovih i Newtonovih zakona objašnjava se činjenicom da je težina gravitona jednaka nuli. Težina fotona ima isto značenje.
Obmana
U školskom programu odgovor na pitanje iz povijesti, kakoNewton je otkrio zakon univerzalne gravitacije, priča je o plodu jabuke koji pada. Prema ovoj legendi, pao je na glavu znanstvenika. No, riječ je o raširenoj zabludi, a zapravo je sve moglo i bez sličnog slučaja moguće ozljede glave. Sam Newton ponekad je potvrđivao ovaj mit, ali u stvarnosti zakon nije bio spontano otkriće i nije došao u naletu trenutačnog uvida. Kao što je gore napisano, dugo se razvijao i prvi put je predstavljen u djelima o "Načelima matematike", koja su se pojavila na javnom izložbi 1687.
