Acest articol se va concentra pe istoria descoperirii legii gravitației universale. Aici ne vom familiariza cu informațiile biografice din viața omului de știință care a descoperit această dogmă fizică, vom lua în considerare principalele sale prevederi, relația cu gravitația cuantică, cursul dezvoltării și multe altele.
Genius
Sir Isaac Newton este un om de știință din Anglia. La un moment dat, el a dedicat multă atenție și efort unor științe precum fizica și matematica și, de asemenea, a adus o mulțime de lucruri noi mecanicii și astronomiei. El este considerat pe drept unul dintre primii fondatori ai fizicii în modelul său clasic. Este autorul lucrării fundamentale „Principii matematice ale filosofiei naturale”, unde a prezentat informații despre cele trei legi ale mecanicii și legea gravitației universale. Isaac Newton a pus bazele mecanicii clasice cu aceste lucrări. El a dezvoltat calculul de tip diferențial și integral, teoria luminii. De asemenea, a adus contribuții majore la optica fizică.și a dezvoltat multe alte teorii în fizică și matematică.
Lege
Legea gravitației universale și istoria descoperirii sale datează din 1666. Forma sa clasică este o lege care descrie interacțiunea tipului gravitațional, care nu depășește cadrul mecanicii.
Esența sa a fost că indicatorul forței F a tracției gravitaționale care se formează între 2 corpuri sau puncte ale materiei m1 și m2, separate între ele de o anumită distanță r, este proporțional cu ambii indicatori de masă și are o proporționalitate inversă cu distanțele pătrate dintre corpuri:
F=G, unde G indică constanta gravitațională egală cu 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
gravitația lui Newton
Înainte de a lua în considerare istoria descoperirii legii gravitației universale, să aruncăm o privire mai atentă asupra caracteristicilor generale ale acesteia.
În teoria creată de Newton, toate corpurile cu o masă mare trebuie să genereze un câmp special în jurul lor, care atrage alte obiecte spre sine. Se numește câmp gravitațional și are potențial.
Un corp cu simetrie sferică formează un câmp în afara lui, similar cu cel creat de un punct material de aceeași masă situat în centrul corpului.
Direcția traiectoriei unui astfel de punct în câmpul gravitațional, creată de un corp cu o masă mult mai mare, respectă legea lui Kepler. Obiecte ale universului, cum ar fi, de exemplu,planetă sau cometă, ascultă-i de asemenea, mișcându-se într-o elipsă sau hiperbolă. Luarea în considerare a distorsiunii pe care alte corpuri masive o creează este luată în considerare folosind prevederile teoriei perturbațiilor.
Se analizează acuratețea
După ce Newton a descoperit legea gravitației universale, a trebuit să fie testată și dovedită de mai multe ori. Pentru aceasta s-au făcut o serie de calcule și observații. Fiind de acord cu prevederile sale și pornind de la acuratețea indicatorului său, forma experimentală de estimare servește ca o confirmare clară a GR. Măsurarea interacțiunilor cu patru poli ale unui corp care se rotește, dar antenele sale rămân staționare, ne arată că procesul de creștere a δ depinde de potențialul r -(1+δ), la o distanță de câțiva metri și este situat în limită (2, 1±6, 2)•10-3. O serie de alte confirmări practice au permis stabilirea acestei legi și să ia o singură formă, fără modificări. În 2007, această dogmă a fost reverificată la o distanță mai mică de un centimetru (55 microni-9,59 mm). Luând în considerare erorile experimentale, oamenii de știință au examinat intervalul de distanță și nu au găsit abateri evidente în această lege.
Observarea orbitei Lunii în raport cu Pământul a confirmat, de asemenea, valabilitatea acesteia.
Spatiu euclidian
Teoria clasică a gravitației a lui Newton este legată de spațiul euclidian. Egalitatea reală cu o precizie suficient de mare (10-9) a măsurilor de distanță în numitorul egalității discutate mai sus ne arată baza euclidiană a spațiului mecanicii newtoniene, cu trei -forma fizică dimensională. LAcu un astfel de punct al materiei, aria unei suprafețe sferice este exact proporțională cu valoarea pătratului razei sale.
Date din istorie
Să luăm în considerare un scurt rezumat al istoriei descoperirii legii gravitației universale.
Ideile au fost prezentate de alți oameni de știință care au trăit înainte de Newton. Epicur, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens și alții au vizitat reflecții asupra ei. Kepler a sugerat că forța gravitațională este invers proporțională cu distanța de la steaua Soarelui și are distribuție doar în planurile ecliptice; după Descartes, a fost o consecință a activității vârtejurilor în grosimea eterului. A existat o serie de presupuneri care au inclus o reflectare a presupunerilor corecte despre dependența de distanță.
O scrisoare de la Newton către Halley conținea informații că predecesorii lui Sir Isaac însuși erau Hooke, Wren și Buyo Ismael. Cu toate acestea, nimeni înaintea lui nu a reușit să conecteze clar, folosind metode matematice, legea gravitației și mișcarea planetară.
Istoria descoperirii legii gravitației universale este strâns legată de lucrarea „Principii matematice ale filosofiei naturale” (1687). În această lucrare, Newton a putut deriva legea în cauză datorită legii empirice a lui Kepler, care era deja cunoscută în acel moment. El ne arată că:
- forma de mișcare a oricărei planete vizibile indică prezența unei forțe centrale;
- Forța de atracție de tip central formează orbite eliptice sau hiperbolice.
Despre teoria lui Newton
Trecerea în revistă a scurtei istorii a descoperirii legii gravitației universale ne poate indica și o serie de diferențe care o deosebesc de ipotezele anterioare. Newton s-a angajat nu numai în publicarea formulei propuse pentru fenomenul luat în considerare, dar a propus și un model de tip matematic într-o formă holistică:
- dispoziție privind legea gravitației;
- statut privind legea mișcării;
- sistematica metodelor de cercetare matematică.
Această triadă a fost capabilă să investigheze destul de precis chiar și cele mai complexe mișcări ale obiectelor cerești, creând astfel baza pentru mecanica cerească. Până la începutul activității lui Einstein în acest model nu era necesară prezența unui set fundamental de corecții. Numai aparatul matematic trebuia îmbunătățit semnificativ.
Obiect de discuție
Legea descoperită și dovedită de-a lungul secolului al XVIII-lea a devenit un subiect binecunoscut al disputelor active și al verificărilor scrupuloase. Cu toate acestea, secolul s-a încheiat cu un acord general cu postulatele și afirmațiile sale. Folosind calculele legii, a fost posibil să se determine cu exactitate căile de mișcare a corpurilor în cer. O verificare directă a fost făcută de Henry Cavendish în 1798. A făcut asta folosind o balanță de tip torsiune cu o mare sensibilitate. În istoria descoperirii legii universale a gravitației, este necesar să se aloce un loc aparte interpretărilor introduse de Poisson. El a dezvoltat conceptul de potențial gravitațional și ecuația Poisson, cu ajutorul cărora a fost posibil să se calculeze acest lucrupotenţial. Acest tip de model a făcut posibilă studierea câmpului gravitațional în prezența unei distribuții arbitrare a materiei.
Au existat multe dificultăți în teoria lui Newton. Principalul ar putea fi considerat inexplicabilitatea acțiunii la distanță lungă. A fost imposibil să răspund cu exactitate la întrebarea cum forțele de atracție sunt trimise prin spațiul vid cu o viteză infinită.
„Evoluția” legii
Următorii două sute de ani, și chiar mai mult, au fost făcute încercări de mulți fizicieni de a propune diverse modalități de a îmbunătăți teoria lui Newton. Aceste eforturi s-au încheiat cu un triumf în 1915, și anume crearea Teoriei Generale a Relativității, care a fost creată de Einstein. El a reușit să depășească întregul set de dificultăți. În conformitate cu principiul corespondenței, teoria lui Newton s-a dovedit a fi o aproximare a începutului lucrării asupra unei teorii într-o formă mai generală, care poate fi aplicată în anumite condiții:
- Potențialul naturii gravitaționale nu poate fi prea mare în sistemele studiate. Sistemul solar este un exemplu de respectare a tuturor regulilor de mișcare a corpurilor cerești. Fenomenul relativist se regăsește într-o manifestare notabilă a deplasării periheliului.
- Rata de mișcare în acest grup de sisteme este neglijabilă în comparație cu viteza luminii.
Dovada că într-un câmp gravitațional staționar slab, calculele GR iau forma celor newtoniene este prezența unui potențial scalar de gravitație într-un câmp staționar cucaracteristici slab exprimate ale forțelor, care este capabilă să satisfacă condițiile ecuației Poisson.
Scala Quanta
Totuși, în istorie, nici descoperirea științifică a legii gravitației universale, nici Teoria Generală a Relativității nu ar putea servi drept teorie gravitațională finală, deoarece ambele nu descriu în mod adecvat procesele de tip gravitațional asupra cuanticii. scară. O încercare de a crea o teorie gravitațională cuantică este una dintre cele mai importante sarcini ale fizicii moderne.
Din punctul de vedere al gravitației cuantice, interacțiunea dintre obiecte este creată prin schimbul gravitonilor virtuali. În conformitate cu principiul incertitudinii, potențialul energetic al gravitonilor virtuali este invers proporțional cu intervalul de timp în care a existat, de la punctul de emisie de către un obiect până la momentul în care a fost absorbit de un alt punct.
În acest sens, se dovedește că la o scară mică de distanțe, interacțiunea corpurilor implică schimbul de gravitoni de tip virtual. Datorită acestor considerații, este posibil să se încheie prevederea cu privire la legea potențialului lui Newton și a dependenței acestuia în conformitate cu reciproca proporționalității față de distanță. Analogia dintre legile lui Coulomb și Newton se explică prin faptul că greutatea gravitonilor este egală cu zero. Greutatea fotonilor are aceeași semnificație.
Înșelăciune
În programa școlară, răspunsul la o întrebare din istorie, cumNewton a descoperit legea gravitației universale, este povestea unui fruct de măr care căde. Potrivit acestei legende, a căzut pe capul unui om de știință. Cu toate acestea, aceasta este o concepție greșită larg răspândită și, de fapt, totul a putut să se facă fără un caz similar de posibilă rănire la cap. Newton însuși a confirmat uneori acest mit, dar în realitate legea nu a fost o descoperire spontană și nu a venit într-o explozie de perspectivă de moment. După cum s-a scris mai sus, a fost dezvoltat pentru o lungă perioadă de timp și a fost prezentat pentru prima dată în lucrările despre „Principiile matematicii”, care au apărut expuse public în 1687.
