Manusia telah lama mengetahui kuasa yang menyebabkan semua jasad jatuh ke Bumi. Tetapi sehingga abad ke-17. Adalah dipercayai bahawa hanya Bumi yang mempunyai ciri khas untuk menarik badan yang terletak berhampiran permukaannya. Pada tahun 1667, Newton mencadangkan bahawa secara umum daya tarikan bersama bertindak antara semua badan. Dia memanggil pasukan ini sebagai pasukan graviti sejagat.
Newton menemui undang-undang pergerakan jasad. Menurut undang-undang ini, gerakan dengan pecutan hanya mungkin di bawah pengaruh daya. Memandangkan jasad yang jatuh bergerak dengan pecutan, ia mesti digerakkan oleh daya yang diarahkan ke bawah ke arah Bumi.
Mengapa kita tidak perasan tarikan bersama antara badan di sekeliling kita? Mungkin ini dijelaskan oleh fakta bahawa daya tarikan antara mereka terlalu kecil?
Newton dapat menunjukkan bahawa daya tarikan antara jasad bergantung kepada jisim kedua-dua jasad dan, ternyata, mencapai nilai yang ketara hanya apabila badan yang berinteraksi (atau sekurang-kurangnya satu daripadanya) mempunyai cukup jisim besar.
Pecutan jatuh bebas dibezakan oleh ciri ingin tahu bahawa ia tempat ini sama untuk semua badan, untuk badan apa-apa jisim. Sekali pandang ini sangat harta pelik. Lagipun, daripada formula yang menyatakan hukum kedua Newton,
ia berikutan bahawa pecutan jasad harus lebih besar, lebih kecil jisimnya. Jasad dengan jisim rendah mesti jatuh dengan pecutan yang lebih besar daripada jasad dengan jisim besar. Pengalaman telah menunjukkan (lihat § 20) bahawa pecutan jasad yang jatuh bebas tidak bergantung pada jisimnya. Satu-satunya penjelasan, yang boleh didapati dalam menakjubkan ini
hakikatnya, adalah bahawa kuasa yang Bumi menarik jasad adalah berkadar dengan jisimnya i.e.
Malah, dalam kes ini, sebagai contoh, menggandakan jisim juga akan menggandakan daya, tetapi pecutan, yang sama dengan nisbah, akan kekal tidak berubah. Newton membuat satu-satunya kesimpulan yang betul: daya graviti sejagat adalah berkadar dengan jisim badan di mana ia bertindak. Tetapi badan menarik antara satu sama lain. Dan menurut undang-undang ketiga Newton, kuasa-kuasa yang mempunyai nilai mutlak yang sama bertindak ke atas kedua-dua badan penarik. Ini bermakna daya tarikan bersama mestilah berkadar dengan jisim setiap badan yang menarik. Kemudian kedua-dua jasad akan menerima pecutan yang tidak bergantung kepada jisimnya.
Jika daya adalah berkadar dengan jisim setiap jasad yang berinteraksi, maka ini bermakna ia adalah berkadar dengan hasil jisim kedua-dua jasad.
Apa lagi yang bergantung kepada daya tarikan bersama antara dua jasad? Newton mencadangkan bahawa ia harus bergantung pada jarak antara badan. Adalah diketahui dari pengalaman bahawa di dekat Bumi pecutan jatuh bebas adalah sama dan ia adalah sama untuk jasad yang jatuh dari ketinggian 1, 10 atau 100 m Tetapi daripada ini kita belum boleh membuat kesimpulan bahawa pecutan tidak bergantung kepada jarak ke Bumi. Newton percaya bahawa jarak harus dikira bukan dari permukaan Bumi, tetapi dari pusatnya. Tetapi jejari Bumi ialah 6400 km. Oleh itu, jelas bahawa beberapa puluh atau ratusan meter di atas permukaan Bumi tidak dapat mengubah pecutan graviti dengan ketara.
Untuk mengetahui bagaimana jarak antara jasad mempengaruhi daya tarikan bersama mereka, anda perlu tahu dengan jasad pecutan apa yang bergerak pada jarak yang jauh dari permukaan Bumi.
Adalah jelas bahawa sukar untuk mengukur pecutan menegak badan jatuh bebas yang terletak pada ketinggian beberapa ribu kilometer di atas permukaan Bumi. Adalah lebih mudah untuk mengukur pecutan sentripetal jasad yang bergerak mengelilingi Bumi dalam bulatan di bawah pengaruh daya graviti ke arah Bumi. Mari kita ingat bahawa kita menggunakan teknik yang sama semasa mengkaji daya kenyal. Kami mengukur pecutan sentripetal silinder yang bergerak dalam bulatan di bawah pengaruh daya ini.
Dalam mengkaji daya graviti sejagat, alam semula jadi itu sendiri datang untuk membantu ahli fizik dan memungkinkan untuk menentukan pecutan jasad yang bergerak dalam bulatan mengelilingi Bumi. Badan seperti itu satelit semula jadi Bumi - Bulan. Lagipun, jika andaian Newton adalah betul, maka kita mesti menganggap bahawa pecutan sentripetal Bulan semasa ia bergerak dalam bulatan mengelilingi Bumi diberikan oleh daya tarikannya ke Bumi. Jika daya graviti antara Bulan dan Bumi tidak bergantung pada jarak antara mereka, maka pecutan sentripetal Bulan akan sama dengan pecutan.
jatuh bebas jasad berhampiran permukaan bumi. Sebenarnya, pecutan sentripetal yang Bulan bergerak dalam orbitnya adalah sama, seperti yang kita sedia maklum (lihat Latihan 16, Masalah 9), . Dan ini adalah kira-kira 3600 kali kurang daripada pecutan jasad yang jatuh berhampiran Bumi. Pada masa yang sama, diketahui bahawa jarak dari pusat Bumi ke pusat Bulan ialah 384,000 km. Ini adalah 60 kali lebih besar daripada jejari Bumi, iaitu jarak dari pusat Bumi ke permukaannya. Oleh itu, peningkatan jarak antara tarikan badan sebanyak 60 kali membawa kepada penurunan pecutan sebanyak 602 kali. Daripada ini kita boleh membuat kesimpulan bahawa pecutan yang diberikan kepada jasad oleh daya graviti universal, dan oleh itu daya ini sendiri, adalah berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara jasad yang berinteraksi.
Newton membuat kesimpulan ini.
Oleh itu, kita boleh menulis bahawa dua jasad jisim tertarik antara satu sama lain dengan daya nilai mutlak yang dinyatakan oleh formula
di mana jarak antara jasad, y ialah pekali kekadaran, sama untuk semua jasad dalam alam semula jadi. Pekali graviti universal ini dipanggil pemalar graviti.
Formula di atas menyatakan hukum graviti universal yang ditemui oleh Newton:
Semua jasad tertarik antara satu sama lain dengan daya yang berkadar terus dengan hasil darab jisimnya dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antaranya.
Di bawah pengaruh graviti sejagat, kedua-dua planet bergerak mengelilingi Matahari dan satelit buatan mengelilingi Bumi.
Tetapi apakah yang perlu difahami dengan jarak antara badan yang berinteraksi? Mari kita ambil dua badan bentuk sewenang-wenangnya (Gamb. 109). Persoalannya segera timbul: jarak apakah yang harus digantikan ke dalam formula untuk undang-undang graviti sejagat? Jarak antara
titik terjauh permukaan kedua-dua jasad atau, sebaliknya, jarak antara titik terdekat? Atau mungkin jarak antara beberapa titik lain badan?
Ternyata formula (1), menyatakan hukum graviti sejagat, adalah sah apabila jarak antara jasad begitu besar berbanding dengan saiznya sehingga jasad itu boleh dianggap sebagai titik material. Apabila mengira daya graviti antara mereka, Bumi dan Bulan, planet dan Matahari boleh dianggap sebagai titik material.
Jika badan mempunyai bentuk bola, maka walaupun saiznya setanding dengan jarak antara mereka, mereka menarik antara satu sama lain sebagai mata material, terletak di tengah-tengah bola (Gamb. 110). Dalam kes ini, ini adalah jarak antara pusat bola.
Formula (1) juga boleh digunakan apabila mengira daya tarikan antara bola jejari besar dan badan bentuk sewenang-wenangnya saiz kecil terletak berhampiran dengan permukaan bola (Rajah 111). Kemudian dimensi badan boleh diabaikan berbanding dengan jejari bola. Inilah yang kita lakukan apabila kita mempertimbangkan tarikan pelbagai badan ke dunia.
Daya graviti adalah satu lagi contoh daya yang bergantung kepada kedudukan (koordinat) jasad di mana daya ini bertindak, berbanding dengan jasad yang mempunyai kesan. Lagipun, daya graviti bergantung pada jarak antara jasad.
Kita semua berjalan di Bumi kerana ia menarik kita. Jika Bumi tidak menarik semua jasad di permukaannya, maka kita akan menolaknya dan terbang ke angkasa. Tetapi ini tidak berlaku, dan semua orang tahu tentang kewujudan graviti.
Adakah kita menarik Bumi? Bulan menarik!
Adakah kita menarik Bumi kepada diri kita sendiri? Soalan kelakar kan? Tetapi mari kita fikirkan. Adakah anda tahu apakah pasang surut di laut dan lautan? Setiap hari air meninggalkan pantai, berkeliaran di tempat yang tidak diketahui selama beberapa jam, dan kemudian, seolah-olah tiada apa-apa yang berlaku, kembali semula.
Jadi air pada masa ini bukanlah di suatu tempat yang tidak diketahui, tetapi lebih kurang di tengah lautan. Sesuatu seperti gunung air terbentuk di sana. Luar biasa, bukan? Air yang mempunyai sifat menyebar, bukan sahaja mengalir ke bawah, tetapi juga membentuk gunung. Dan di pergunungan ini sejumlah besar air tertumpu.
Anggarkan keseluruhan isipadu air yang bergerak menjauhi pantai semasa air surut, dan anda akan memahaminya kita bercakap tentang tentang kuantiti yang sangat besar. Tetapi jika ini berlaku, mesti ada sebab tertentu. Dan ada sebabnya. Sebabnya terletak pada fakta bahawa air ini tertarik kepada Bulan.
Semasa Bulan beredar mengelilingi Bumi, ia melintasi lautan dan menarik perairan lautan. Bulan beredar mengelilingi Bumi kerana tertarik dengan Bumi. Tetapi ternyata dia sendiri juga menarik Bumi kepada dirinya sendiri. Bumi, bagaimanapun, terlalu besar untuknya, tetapi pengaruhnya cukup untuk menggerakkan air di lautan.
Daya dan undang-undang graviti sejagat: konsep dan formula
Sekarang mari kita pergi lebih jauh dan fikirkan: jika dua badan besar, berada berdekatan, kedua-duanya menarik antara satu sama lain, bukankah logik untuk menganggap bahawa badan yang lebih kecil juga akan menarik antara satu sama lain? Adakah mereka jauh lebih kecil dan daya tarikan mereka akan menjadi kecil?
Ternyata andaian ini benar sekali. Di antara semua badan di Alam Semesta terdapat daya tarikan atau, dengan kata lain, daya graviti sejagat.
Isaac Newton adalah orang pertama yang menemui fenomena ini dan merumuskannya dalam bentuk undang-undang. Undang-undang graviti sejagat menyatakan: semua jasad tertarik antara satu sama lain, dan daya tarikannya adalah berkadar terus dengan jisim setiap jasad dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara mereka:
F = G * (m_1 * m_2) / r^2 ,
di mana F ialah magnitud vektor tarikan antara jasad, m_1 dan m_2 ialah jisim jasad ini, r ialah jarak antara jasad, G ialah pemalar graviti.
Pemalar graviti secara berangka sama dengan daya yang wujud di antara jasad berjisim 1 kg yang terletak pada jarak 1 meter. Nilai ini didapati secara eksperimen: G=6.67*〖10〗^(-11) N* m^2⁄〖kg〗^2.
Berbalik kepada soalan asal kami: "adakah kita menarik Bumi?", kita boleh menjawab dengan yakin: "ya." Menurut undang-undang ketiga Newton, kita menarik Bumi dengan daya yang sama persis dengan Bumi menarik kita. Daya ini boleh dikira daripada undang-undang graviti sejagat.
Dan menurut undang-undang kedua Newton, pengaruh badan terhadap satu sama lain oleh sebarang daya dinyatakan dalam bentuk pecutan yang mereka berikan kepada satu sama lain. Tetapi pecutan yang diberikan bergantung kepada jisim badan.
Jisim Bumi adalah besar, dan ia memberi kita pecutan graviti. Dan jisim kita boleh diabaikan berbanding dengan Bumi, dan oleh itu pecutan yang kita berikan kepada Bumi boleh dikatakan sifar. Inilah sebabnya mengapa kita tertarik kepada Bumi dan berjalan di atasnya, dan bukan sebaliknya.
Sudah tentu semua badan material, kedua-duanya yang terletak secara langsung di Bumi dan yang wujud di Alam Semesta, sentiasa tertarik antara satu sama lain. Hakikat bahawa interaksi ini tidak selalu dapat dilihat atau dirasai hanya menunjukkan bahawa tarikan adalah dalam data kes tertentu agak lemah.
Interaksi antara badan material, yang terdiri daripada mereka usaha berterusan antara satu sama lain, mengikut asas istilah fizikal, dipanggil graviti, manakala fenomena tarikan itu sendiri dipanggil graviti.
Fenomena graviti adalah mungkin kerana terdapat medan graviti di sekeliling mana-mana jasad material (termasuk di sekeliling seseorang). Medan ini adalah jenis jirim yang istimewa, daripada tindakan yang tidak boleh dilindungi dan dengan bantuan satu badan bertindak pada yang lain, menyebabkan pecutan ke arah pusat sumber medan ini. Inilah yang menjadi asas graviti universal, yang dirumuskan pada tahun 1682 oleh naturalis dan ahli falsafah Inggeris I.
Konsep utama undang-undang ini adalah daya graviti, yang, seperti yang disebutkan di atas, tidak lebih daripada hasil pengaruh medan graviti untuk ini atau itu badan material. terletak pada fakta bahawa daya tarikan bersama jasad berlaku di Bumi dan di dalamnya luar angkasa, secara langsung bergantung kepada hasil jisim badan ini dan berada dalam hubungan songsang dari jarak yang memisahkan objek ini.
Oleh itu, daya graviti, definisi yang diberikan oleh Newton sendiri, hanya bergantung pada dua faktor utama - jisim badan yang berinteraksi dan jarak antara mereka.
Pengesahan bahawa fenomena ini bergantung kepada jisim bahan, boleh didapati dengan mengkaji interaksi Bumi dengan badan di sekelilingnya. Tidak lama selepas Newton, seorang lagi saintis terkenal, Galileo, dengan meyakinkan menunjukkan bahawa apabila planet kita memberikan semua badan pecutan yang sama. Ini hanya mungkin jika badan ke arah Bumi secara langsung bergantung kepada jisim badan ini. Malah, dalam kes ini, dengan peningkatan jisim beberapa kali, daya graviti bertindak akan meningkat dengan jumlah yang sama, manakala pecutan akan kekal tidak berubah.
Jika kita meneruskan pemikiran ini dan mempertimbangkan interaksi mana-mana dua badan di permukaan "planet biru", kita boleh membuat kesimpulan bahawa setiap daripada mereka bertindak oleh kuasa yang sama dari "Ibu Bumi" kita. Pada masa yang sama, bergantung pada undang-undang terkenal yang dirumuskan oleh Newton yang sama, kita boleh mengatakan dengan yakin bahawa magnitud daya ini secara langsung akan bergantung kepada jisim badan, oleh itu daya graviti antara jasad ini secara langsung bergantung kepada produk. daripada massa mereka.
Untuk membuktikan bahawa ia bergantung kepada saiz jurang antara badan, Newton terpaksa melibatkan Bulan sebagai "sekutu". Telah lama diketahui bahawa pecutan jasad jatuh ke Bumi adalah lebih kurang sama dengan 9.8 m/s^2, tetapi Bulan berhubung dengan planet kita, hasil daripada beberapa eksperimen, ternyata sama dengan hanya 0.0027 m/s^2.
Oleh itu, daya graviti adalah yang paling penting kuantiti fizikal, yang menerangkan banyak proses yang berlaku di planet kita dan di angkasa lepas.
Sir Isaac Newton, setelah dipukul di kepala dengan epal, menyimpulkan hukum graviti universal, yang menyatakan:
Mana-mana dua jasad tertarik antara satu sama lain dengan daya yang berkadar terus dengan hasil darab jisim jasad itu dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara mereka:
F = (Gm 1 m 2)/R 2, di mana
m1, m2- jisim badan
R- jarak antara pusat badan
G = 6.67 10 -11 Nm 2 /kg- malar
Mari kita tentukan pecutan graviti di permukaan bumi:
F g = m jasad g = (Gm jasad m Bumi)/R 2
R (jejari Bumi) = 6.38 10 6 m
m Bumi = 5.97 10 24 kg
m jasad g = (Gm jasad m Bumi)/R 2 atau g = (Gm Earth)/R 2
Sila ambil perhatian bahawa pecutan akibat graviti tidak bergantung pada jisim badan!
g = 6.67 10 -11 5.97 10 24 /(6.38 10 6) = 398.2/40.7 = 9.8 m/s 2
Kami berkata sebelum ini bahawa graviti ( tarikan graviti) dipanggil berat badan.
Di permukaan Bumi, berat dan jisim badan mempunyai nilai yang sama. Tetapi apabila anda bergerak menjauhi Bumi, berat badan akan berkurangan (kerana jarak antara pusat Bumi dan badan akan meningkat), dan jisim akan kekal malar (kerana jisim ialah ungkapan inersia bagi badan). Jisim diukur dalam kilogram, berat - dalam newton.
Terima kasih kepada daya graviti, jasad angkasa berputar secara relatif antara satu sama lain: Bulan mengelilingi Bumi; Bumi mengelilingi Matahari; Matahari mengelilingi pusat Galaksi kita, dsb. Dalam kes ini, badan dipegang oleh daya emparan, yang disediakan oleh daya graviti.
Perkara yang sama berlaku untuk badan tiruan(satelit) mengorbit Bumi. Bulatan di sekeliling satelit berputar dipanggil orbit.
Dalam kes ini, daya emparan bertindak pada satelit:
F c = (m satelit V 2)/R
Daya graviti:
F g = (Gm satelit m Bumi)/R 2
F c = F g = (m satelit V 2)/R = (Gm satelit m Bumi)/R 2
V2 = (Gm Earth)/R; V = √(Gm Earth)/R
Menggunakan formula ini, anda boleh mengira kelajuan mana-mana badan berputar dalam orbit dengan jejari R mengelilingi Bumi.
Satelit semula jadi Bumi ialah Bulan. Mari kita tentukan kelajuan linearnya dalam orbit:
Jisim bumi = 5.97 10 24 kg
R ialah jarak antara pusat Bumi dan pusat Bulan. Untuk menentukan jarak ini, kita perlu menambah tiga kuantiti: jejari Bumi; jejari Bulan; jarak dari Bumi ke Bulan.
R bulan = 1738 km = 1.74 10 6 m
R bumi = 6371 km = 6.37 10 6 m
R zł = 384400 km = 384.4 10 6 m
Jumlah jarak antara pusat planet: R = 392.5·10 6 m
Kelajuan linear Bulan:
V = √(Gm Earth)/R = √6.67 10 -11 5.98 10 24 /392.5 10 6 = 1000 m/s = 3600 km/j
Bulan bergerak dalam orbit bulat mengelilingi Bumi dengan kelajuan linear V 3600 km/j!
Sekarang mari kita tentukan tempoh revolusi Bulan mengelilingi Bumi. Semasa tempoh orbitnya, Bulan bergerak jauh sama panjang orbit - 2πR. Kelajuan orbit Bulan: V = 2πR/T; di sebelah sana: V = √(Gm Earth)/R:
2πR/T = √(Gm Bumi)/R maka T = 2π√R 3 /Gm Bumi
T = 6.28 √(60.7 10 24)/6.67 10 -11 5.98 10 24 = 3.9 10 5 s
Tempoh orbit Bulan mengelilingi Bumi ialah 2,449,200 saat, atau 40,820 minit, atau 680 jam, atau 28.3 hari.
1. Putaran menegak
Sebelum ini, dalam sarkas terdapat helah yang sangat popular yang dilakukan oleh seorang penunggang basikal (penunggang motosikal). giliran penuh di dalam bulatan yang terletak secara menegak.
Apakah kelajuan minimum yang perlu dimiliki oleh seorang stuntman untuk mengelak daripada jatuh di titik teratas?
Untuk melepasi titik teratas tanpa jatuh, badan mesti mempunyai kelajuan yang mencipta daya emparan yang akan mengimbangi daya graviti.
Daya sentrifugal: F c = mV 2 / R
Graviti: F g = mg
F c = F g ; mV 2 /R = mg; V = √Rg
Sekali lagi, ambil perhatian bahawa berat badan tidak termasuk dalam pengiraan! Sila ambil perhatian bahawa ini adalah kelajuan yang sepatutnya dimiliki oleh badan di bahagian atas!
Mari kita andaikan bahawa terdapat bulatan dengan jejari 10 meter dalam arena sarkas. Mari kita mengira kelajuan selamat untuk helah:
V = √Rg = √10·9.8 = 10 m/s = 36 km/j
Bukan sahaja yang paling misteri kuasa alam, tetapi juga yang paling berkuasa.
Manusia di jalan kemajuan
Dari segi sejarah ternyata begitu Manusia semasa ia bergerak ke hadapan cara kemajuan menguasai kuasa alam yang semakin kuat. Dia bermula apabila dia tidak mempunyai apa-apa selain kayu yang digenggam di penumbuknya dan kekuatan fizikalnya sendiri.
Tetapi dia bijak, dan dia membawa kekuatan fizikal haiwan ke dalam perkhidmatannya, menjadikan mereka dijinakkan. Kuda mempercepatkan lariannya, unta membuat padang pasir boleh dilalui, gajah membuat hutan paya. Tetapi kekuatan fizikal malah haiwan yang paling kuat adalah sangat lemah di hadapan kuasa alam.
Manusia adalah orang pertama yang menundukkan unsur api, tetapi hanya dalam versi yang paling lemah. Pada mulanya - selama berabad-abad - dia hanya menggunakan kayu sebagai bahan api - jenis bahan api yang sangat rendah tenaga. Agak lewat daripada sumber tenaga ini, dia belajar menggunakan tenaga angin, lelaki itu mengangkat sayap putih layar ke udara - dan kapal ringan itu terbang seperti burung melintasi ombak.
Perahu layar di atas ombak
Dia mendedahkan bilahnya kepada tiupan angin kincir angin- dan batu-batu berat kilang-kilang itu mula berputar, dan alu-aluan kilang-kilang bijirin mula berdentum. Tetapi jelas kepada semua orang bahawa tenaga jet udara jauh daripada tertumpu. Di samping itu, kedua-dua layar dan kincir angin takut akan tiupan angin: ribut mengoyakkan layar dan menenggelamkan kapal, ribut mematahkan sayap dan menterbalikkan kilang.
Malah kemudian, manusia mula menakluk air yang mengalir. Roda bukan sahaja peranti paling primitif yang mampu menukar tenaga air menjadi pergerakan putaran, tetapi juga paling kurang berkuasa berbanding dengan pelbagai.
Manusia berjalan ke hadapan di sepanjang tangga kemajuan dan memerlukan segala-galanya kuantiti yang besar tenaga.
Dia mula menggunakan jenis bahan api baru - sudah beralih kepada pembakaran arang meningkatkan keamatan tenaga satu kilogram bahan api daripada 2500 kcal kepada 7000 kcal - hampir tiga kali ganda. Kemudian tiba masanya untuk minyak dan gas. Kandungan tenaga setiap kilogram bahan api fosil sekali lagi meningkat sebanyak satu setengah hingga dua kali ganda.
Enjin wap menggantikan turbin stim; roda kilang digantikan dengan turbin hidraulik. Seterusnya, lelaki itu menghulurkan tangannya ke atom uranium pembelahan. Walau bagaimanapun, penggunaan pertama jenis tenaga baru mempunyai akibat yang tragis - kebakaran nuklear Hiroshima pada tahun 1945 membakar 70 ribu hati manusia dalam masa beberapa minit.
Pada tahun 1954, Soviet pertama di dunia loji kuasa nuklear, mengubah kuasa uranium kepada daya sinaran arus elektrik. Dan perlu diingatkan bahawa satu kilogram uranium mengandungi dua juta kali lebih tenaga daripada satu kilogram minyak terbaik.
Ini adalah api yang pada asasnya baru, yang boleh dipanggil fizikal, kerana ahli fizik yang mengkaji proses yang membawa kepada kelahiran jumlah tenaga yang begitu hebat.
Uranium bukan satu-satunya bahan api nuklear. Jenis bahan api yang lebih berkuasa telah digunakan - isotop hidrogen.
Malangnya, manusia masih belum dapat menundukkan nyalaan nuklear hidrogen-helium. Dia tahu bagaimana untuk menyalakan apinya yang marak untuk seketika, menyalakan tindak balas masuk bom hidrogen kilat letupan uranium. Tetapi ia kelihatan lebih dekat dan lebih dekat dengan saintis dan reaktor hidrogen yang akan melahirkan elektrik hasil daripada percantuman nukleus isotop hidrogen kepada nukleus helium.
Sekali lagi, jumlah tenaga yang boleh diambil oleh seseorang daripada setiap kilogram bahan api akan meningkat hampir sepuluh kali ganda. Tetapi adakah langkah ini akan menjadi yang terakhir dalam sejarah akan datang kuasa manusia ke atas kuasa alam?
Tidak! Di hadapan adalah menguasai bentuk tenaga graviti. Ia lebih berhemat secara semula jadi daripada tenaga gabungan hidrogen-helium. Hari ini ini adalah bentuk tenaga yang paling pekat yang boleh dibayangkan oleh seseorang.
Tiada apa-apa lagi yang dapat dilihat di sana, melangkaui kemajuan sains. Dan walaupun kita dengan yakin boleh mengatakan bahawa loji kuasa akan berfungsi untuk manusia, menukar tenaga graviti kepada arus elektrik (dan mungkin menjadi aliran gas yang keluar dari muncung enjin jet, atau dalam transformasi yang dirancang bagi atom silikon dan oksigen di mana-mana kepada atom logam ultra-jarang), kita masih belum boleh mengatakan apa-apa tentang butiran loji kuasa tersebut (enjin roket, reaktor fizikal).
Daya graviti sejagat pada asal-usul kelahiran Galaksi
Daya graviti sejagat adalah pada asal-usul kelahiran galaksi daripada jirim prabintang, seperti dalam ahli akademik yakin V. A. Ambarsumyan. Ia memadamkan bintang-bintang yang telah menghabiskan masa mereka, setelah menggunakan bahan api bintang yang diberikan semasa lahir.
Lihat sekeliling anda: segala-galanya di Bumi ini sebahagian besarnya dikawal oleh kuasa ini.
Inilah yang menentukan struktur berlapis planet kita - pergantian litosfera, hidrosfera dan atmosfera. Dialah yang memegang lapisan gas udara yang tebal, di bahagian bawahnya dan terima kasih kepada kita semua wujud.
Tanpa graviti, Bumi akan serta-merta jatuh dari orbitnya mengelilingi Matahari, dan dunia itu sendiri akan runtuh, dikoyakkan oleh daya emparan. Sukar untuk mencari apa-apa yang tidak, pada satu darjah atau yang lain, bergantung kepada daya graviti sejagat.
Sudah tentu, ahli falsafah purba, orang yang sangat memerhati, tidak dapat tidak menyedari bahawa batu yang dilemparkan ke atas sentiasa datang kembali. Plato pada abad ke-4 SM menjelaskan ini dengan mengatakan bahawa semua bahan Alam Semesta cenderung ke tempat kebanyakan bahan yang serupa tertumpu: batu yang dilempar jatuh ke tanah atau ke dasar, air yang tumpah meresap ke dalam kolam terdekat atau ke dalam. sungai yang menuju ke laut, asap api menyerbu ke arah awan saudaranya.
Pelajar Plato, Aristotle, menjelaskan bahawa semua badan mempunyai sifat khas berat dan ringan. Badan berat - batu, logam - tergesa-gesa ke pusat Alam Semesta, badan ringan - api, asap, wap - ke pinggir. Hipotesis ini, yang menerangkan beberapa fenomena yang berkaitan dengan daya graviti universal, telah wujud selama lebih daripada 2 ribu tahun.
Para saintis tentang daya graviti sejagat
Mungkin yang pertama menimbulkan persoalan tentang daya graviti sejagat benar-benar saintifik, terdapat seorang genius Renaissance - Leonardo da Vinci. Leonardo mengisytiharkan bahawa graviti tidak unik untuk Bumi, bahawa terdapat banyak pusat graviti. Dan dia juga menyatakan idea bahawa daya graviti bergantung pada jarak ke pusat graviti.
Karya-karya Copernicus, Galileo, Kepler, Robert Hooke membawa lebih dekat dan lebih dekat dengan idea undang-undang graviti sejagat, tetapi dalam perumusan terakhir undang-undang ini selama-lamanya dikaitkan dengan nama Isaac Newton.
Isaac Newton mengenai daya graviti sejagat
Dilahirkan pada 4 Januari 1643 Pancutan air mani Universiti Cambridge, jadi bujang, lepas tu master sains.
Isaac Newton Segala-galanya adalah kekayaan yang tidak berkesudahan karya ilmiah. Tetapi karya utamanya ialah "Prinsip Matematik Falsafah Semula Jadi," diterbitkan pada tahun 1687 dan biasanya dipanggil "Prinsip." Di dalam merekalah yang hebat dirumuskan. Mungkin semua orang ingat dia dari sekolah menengah.
Semua jasad menarik antara satu sama lain dengan daya yang berkadar terus dengan hasil darab jisim jasad ini dan berkadar songsang dengan kuasa dua jarak antara mereka...
Beberapa peruntukan rumusan ini dapat menjangka pendahulu Newton, tetapi tiada siapa yang pernah berjaya mencapainya secara keseluruhan. Newton memerlukan kepandaian untuk mengumpulkan serpihan ini menjadi satu keseluruhan untuk memanjangkan graviti Bumi ke Bulan, dan Matahari ke seluruh sistem planet.
Daripada undang-undang graviti sejagat, Newton menyimpulkan semua undang-undang pergerakan planet yang sebelum ini ditemui oleh Kepler. Mereka ternyata hanya akibatnya. Lebih-lebih lagi, Newton menunjukkan bahawa bukan sahaja undang-undang Kepler, tetapi juga penyelewengan daripada undang-undang ini (dalam dunia tiga atau lebih badan) adalah akibat graviti sejagat... Ini adalah kejayaan besar sains.
Nampaknya ia akhirnya telah ditemui dan diterangkan secara matematik kekuatan utama alam semula jadi, yang menggerakkan dunia, daya yang mengawal molekul udara, epal, dan Matahari. Langkah yang diambil oleh Newton adalah sangat besar, sangat besar.
Pempopularisasi pertama karya saintis cemerlang, penulis Perancis François Marie Arouet, yang terkenal di dunia dengan nama samaran Voltaire, berkata bahawa Newton tiba-tiba menyedari kewujudan undang-undang yang dinamakan sempena namanya apabila dia melihat epal yang jatuh.
Newton sendiri tidak pernah menyebut epal ini. Dan ia tidak berbaloi untuk membuang masa hari ini untuk menyangkal perkara ini lagenda yang cantik. Dan, nampaknya, untuk pemahaman kuasa hebat Newton datang ke alam semula jadi dengan penaakulan logik. Mungkin, ini yang dimasukkan dalam bab "Permulaan" yang sepadan.
Daya graviti sejagat mempengaruhi penerbangan nukleus
Mari kita anggap itu sangat gunung tinggi, begitu tinggi sehingga bahagian atasnya sudah keluar dari atmosfera, kami memasang sekeping artileri gergasi. Tongnya diletakkan selari dengan permukaan glob dan dipecat. Setelah menerangkan arka, teras jatuh ke Bumi.
Kami meningkatkan caj, meningkatkan kualiti serbuk mesiu, dan dalam satu atau lain cara memaksa bola meriam bergerak pada kelajuan yang lebih tinggi selepas pukulan seterusnya. Arka yang diterangkan oleh teras menjadi lebih rata. Teras jatuh lebih jauh dari kaki gunung kita.
Kami juga meningkatkan caj dan menembak. Teras terbang di sepanjang trajektori yang rata sehingga ia turun selari dengan permukaan dunia. Teras tidak lagi boleh jatuh ke Bumi: pada kelajuan yang sama ia berkurangan, Bumi melarikan diri dari bawahnya. Dan, setelah menggambarkan cincin di sekeliling planet kita, teras itu kembali ke titik berlepas.
Pistol boleh dikeluarkan sementara itu. Lagipun, penerbangan teras ke seluruh dunia akan mengambil masa lebih sejam. Dan kemudian teras akan terbang dengan cepat di atas puncak gunung dan berangkat dengan penerbangan baharu mengelilingi Bumi. Jika, seperti yang kita bersetuju, teras tidak mengalami sebarang rintangan udara, ia tidak akan pernah dapat jatuh.
Untuk ini, kelajuan teras hendaklah hampir 8 km/s. Bagaimana jika kita meningkatkan kelajuan penerbangan teras? Mula-mula ia akan terbang dalam lengkok, lebih rata daripada kelengkungan permukaan bumi, dan akan mula bergerak menjauhi Bumi. Pada masa yang sama, kelajuannya akan berkurangan di bawah pengaruh graviti Bumi.
Dan akhirnya, berpusing, ia akan mula jatuh kembali ke Bumi, tetapi akan terbang melepasinya dan menutup bukan bulatan, tetapi elips. Teras akan bergerak mengelilingi Bumi dengan cara yang sama seperti Bumi bergerak mengelilingi Matahari, iaitu di sepanjang elips, di salah satu fokus di mana pusat planet kita akan terletak.
Jika anda meningkatkan lagi kelajuan awal teras, elips akan menjadi lebih renggang. Anda boleh meregangkan elips ini supaya intinya mencapai orbit bulan atau lebih jauh lagi. Tetapi sehingga kelajuan permulaan teras ini tidak akan melebihi 11.2 km/saat, ia akan kekal sebagai satelit Bumi.
Teras, yang menerima kelajuan lebih 11.2 km/saat apabila ditembak, akan selama-lamanya terbang menjauh dari Bumi sepanjang trajektori parabola. Jika elips ialah lengkung tertutup, maka parabola ialah lengkung yang mempunyai dua cabang menuju ke infiniti. Bergerak di sepanjang elips, tidak kira betapa panjangnya, kita pasti akan kembali secara sistematik ke titik permulaan. Bergerak sepanjang parabola, dalam titik permulaan kami tidak akan kembali.
Tetapi, setelah meninggalkan Bumi pada kelajuan ini, teras masih belum dapat terbang ke infiniti. Graviti kuat Matahari akan membengkokkan trajektori penerbangannya, menutupnya di sekelilingnya seperti trajektori sebuah planet. Teras akan menjadi saudara kepada Bumi, sebuah planet kecil yang bebas dalam keluarga planet kita.
Untuk mengarahkan teras ke luar sistem planet, untuk mengatasi graviti suria, anda perlu memberikannya kelajuan lebih 16.7 km/s, dan mengarahkannya supaya kelajuan ditambah pada kelajuan ini pergerakan sendiri Bumi.
Kelajuan kira-kira 8 km/s (kelajuan ini bergantung pada ketinggian gunung dari mana meriam kita menembak) dipanggil kelajuan bulat, kelajuan dari 8 hingga 11.2 km/s adalah elips, dari 11.2 hingga 16.7 km/s adalah parabola , dan di atas nombor ini - pada kelajuan yang membebaskan.
Perlu ditambah di sini bahawa nilai-nilai yang diberikan bagi halaju ini hanya sah untuk Bumi. Jika kita tinggal di Marikh, kelajuan bulat akan lebih mudah dicapai untuk kita - ia hanya kira-kira 3.6 km/s, dan kelajuan parabola hanya lebih tinggi sedikit daripada 5 km/s.
Tetapi menghantar teras ke angkasa dari Musytari akan menjadi lebih sukar daripada dari Bumi: kelajuan bulat di planet ini ialah 42.2 km/s, dan kelajuan parabola ialah 61.8 km/s!
Ia akan menjadi yang paling sukar bagi penduduk Matahari untuk meninggalkan dunia mereka (jika, sudah tentu, ia boleh wujud). Kelajuan bulat gergasi ini sepatutnya 437.6, dan kelajuan pemisah - 618.8 km/s!
Jadi Newton lewat XVII abad, seratus tahun sebelum penerbangan pertama dipenuhi dengan udara hangat belon udara panas saudara Montgolfier, dua ratus tahun sebelum penerbangan pertama pesawat Wright bersaudara dan hampir suku milenium sebelum berlepas roket pendorong cecair pertama, menunjukkan jalan ke langit untuk satelit dan kapal angkasa.
Daya graviti sejagat adalah wujud dalam setiap sfera
Dengan menggunakan hukum graviti sejagat telah terbuka planet yang tidak diketahui, dicipta hipotesis kosmogonik asal usul sistem suria. Kuasa utama alam semula jadi, yang mengawal bintang, planet, epal di taman, dan molekul gas di atmosfera, telah ditemui dan diterangkan secara matematik.
Tetapi kita tidak tahu mekanisme graviti sejagat. Graviti Newtonian tidak menerangkan, tetapi mewakili dengan jelas keadaan sekarang pergerakan planet.
Kita tidak tahu apa yang menyebabkan interaksi semua badan di Alam Semesta. Dan tidak boleh dikatakan bahawa Newton tidak berminat dengan sebab ini. Selama bertahun-tahun dia memikirkan kemungkinan mekanismenya.
By the way, ini sememangnya kuasa yang sangat misteri. Satu kuasa yang menampakkan dirinya melalui ratusan juta kilometer ruang, tanpa pada pandangan pertama sebarang pembentukan material dengan bantuan yang pemindahan interaksi dapat dijelaskan.
hipotesis Newton
DAN Newton terpaksa hipotesis tentang kewujudan eter tertentu yang kononnya memenuhi seluruh Alam Semesta. Pada tahun 1675, beliau menjelaskan tarikan kepada Bumi dengan fakta bahawa eter, yang memenuhi seluruh Alam Semesta, bergegas dalam aliran berterusan ke pusat Bumi, menangkap semua objek dalam pergerakan ini dan mencipta daya graviti. Aliran eter yang sama mengalir ke arah Matahari dan, membawa planet dan komet bersamanya, memastikan trajektori elips mereka...
Ini bukanlah hipotesis yang sangat meyakinkan, walaupun ia benar-benar logik secara matematik. Tetapi kemudian, pada tahun 1679, Newton mencipta hipotesis baru yang menerangkan mekanisme graviti. Kali ini dia memberikan eter sifat mempunyai kepekatan yang berbeza berhampiran planet dan jauh dari mereka. Semakin jauh dari pusat planet, semakin tumpat eter itu. Dan ia mempunyai sifat memerah keluar semua badan material dari lapisan yang lebih padat kepada lapisan yang kurang padat. Dan semua jasad dihimpit keluar ke permukaan Bumi.
Pada tahun 1706, Newton dengan tegas menafikan kewujudan eter. Pada tahun 1717, dia kembali kepada hipotesis penyemperitan eter.
Otak cemerlang Newton bergelut dengan penyelesaiannya rahsia besar dan tidak menjumpainya. Ini menjelaskan lontaran tajam dari sisi ke sisi. Newton suka berkata:
Saya tidak membuat hipotesis.
Dan walaupun, sebaik sahaja kami dapat mengesahkan, ini tidak sepenuhnya benar, sesuatu yang lain boleh dinyatakan dengan pasti: Newton tahu cara membezakan dengan jelas antara perkara yang tidak dapat dipertikaikan dan hipotesis yang tidak mantap dan kontroversi. Dan dalam "Prinsip" terdapat formula untuk undang-undang besar, tetapi tidak ada percubaan untuk menjelaskan mekanismenya.
Ahli fizik yang hebat mewariskan teka-teki ini kepada lelaki masa depan. Beliau meninggal dunia pada tahun 1727.
Ia tidak dapat diselesaikan sehingga hari ini.
Perbincangan tentang intipati fizikal hukum Newton mengambil masa dua abad. Dan mungkin perbincangan ini tidak akan menyentuh intipati undang-undang jika ia menjawab dengan tepat semua soalan yang diajukan mengenainya.
Tetapi hakikatnya, lama-kelamaan ternyata undang-undang ini tidak universal. Bahawa ada kes apabila dia tidak dapat menjelaskan fenomena ini atau itu. Mari beri contoh.
Daya graviti universal dalam pengiraan Seeliger
Yang pertama ialah paradoks Seeliger. Memandangkan Alam Semesta tidak terhingga dan dipenuhi secara seragam dengan jirim, Seeliger cuba mengira, menggunakan hukum Newton, daya graviti sejagat yang dicipta oleh keseluruhan jisim yang tidak terhingga besar. alam semesta yang tidak terhingga pada satu ketika itu.
Ini bukanlah satu tugas yang mudah dari sudut matematik tulen. Setelah mengatasi semua kesukaran transformasi yang paling kompleks, Seeliger menetapkan bahawa daya graviti universal yang dikehendaki adalah berkadar dengan jejari Alam Semesta. Dan oleh kerana jejari ini sama dengan infiniti, maka daya graviti mestilah besar yang tidak terhingga. Walau bagaimanapun, dalam amalan kita tidak memerhatikan ini. Ini bermakna bahawa undang-undang graviti sejagat tidak terpakai kepada seluruh Alam Semesta.
Walau bagaimanapun, penjelasan lain untuk paradoks adalah mungkin. Sebagai contoh, kita boleh mengandaikan bahawa jirim tidak memenuhi seluruh Alam Semesta secara seragam, tetapi ketumpatannya beransur-ansur berkurangan dan, akhirnya, di suatu tempat yang sangat jauh tidak ada jirim sama sekali. Tetapi membayangkan gambar sedemikian bermakna mengakui kemungkinan kewujudan ruang tanpa jirim, yang secara amnya tidak masuk akal.
Kita boleh mengandaikan bahawa daya graviti universal melemah lebih cepat daripada kuasa dua jarak bertambah. Tetapi ini mempersoalkan keharmonian undang-undang Newton yang menakjubkan. Tidak, dan penjelasan ini tidak memuaskan para saintis. Paradoks tetap paradoks.
Pemerhatian pergerakan Mercury
Fakta lain, tindakan daya graviti universal, tidak dijelaskan oleh undang-undang Newton, dibawa pemerhatian pergerakan Mercury- paling dekat dengan planet ini. Pengiraan yang tepat menggunakan hukum Newton menunjukkan bahawa perhelion, titik elips sepanjang Utarid bergerak paling hampir dengan Matahari, harus beralih sebanyak 531 saat lengkok setiap 100 tahun.
Dan ahli astronomi telah menentukan bahawa anjakan ini adalah sama dengan 573 saat lengkok. Lebihan ini - 42 saat arka - juga tidak dapat dijelaskan oleh saintis, hanya menggunakan formula yang timbul daripada hukum Newton.
Dia menjelaskan paradoks Seeliger, peralihan perihelion Mercury, dan banyak lagi fenomena paradoks dan fakta yang tidak dapat dijelaskan Albert Einstein, salah satu yang terhebat, jika bukan yang paling ahli fizik yang hebat sepanjang zaman dan bangsa. Antara perkara kecil yang menjengkelkan ialah persoalan angin halus.
Eksperimen Albert Michelson
Nampaknya soalan ini tidak langsung berkaitan dengan masalah graviti. Dia berkaitan dengan optik, kepada cahaya. Lebih tepat lagi, untuk menentukan kelajuannya.
Kelajuan cahaya pertama kali ditentukan oleh ahli astronomi Denmark Olaf Roemer, memerhatikan gerhana satelit Musytari. Ini berlaku pada tahun 1675.
ahli fizik Amerika Albert Michelson V lewat XVIII abad, menjalankan satu siri penentuan kelajuan cahaya di bawah keadaan daratan, menggunakan radas yang direka bentuknya.
Pada tahun 1927, dia memberikan kelajuan cahaya nilai 299796 + 4 km/s - ini adalah ketepatan yang sangat baik untuk masa itu. Tetapi maksudnya berbeza. Pada tahun 1880, dia memutuskan untuk meneroka angin halus. Dia akhirnya mahu mewujudkan kewujudan eter itu, yang kehadirannya mereka cuba menerangkan kedua-dua penghantaran interaksi graviti dan penghantaran gelombang cahaya.
Michelson mungkin ahli eksperimen yang paling luar biasa pada zamannya. Dia mempunyai peralatan yang sangat baik. Dan dia hampir pasti akan berjaya.
Intipati pengalaman
Pengalaman dimaksudkan dengan cara ini. Bumi bergerak dalam orbitnya pada kelajuan kira-kira 30 km/s. Bergerak melalui eter. Ini bermakna kelajuan cahaya dari sumber yang berdiri di hadapan penerima berbanding dengan pergerakan Bumi mestilah lebih besar daripada dari sumber yang berdiri di sisi lain. Dalam kes pertama, kelajuan angin eterik mesti ditambah kepada kelajuan cahaya; dalam kes kedua, kelajuan cahaya mesti berkurangan dengan jumlah ini.
Sudah tentu, kelajuan orbit Bumi mengelilingi Matahari hanya sepersepuluh ribu kelajuan cahaya. Sangat sukar untuk mengesan istilah kecil itu, tetapi bukan tanpa alasan Michelson digelar raja ketepatan. Dia menggunakan kaedah yang bijak untuk menangkap perbezaan "lusif" dalam kelajuan sinar cahaya.
Dia membelah rasuk kepada dua aliran yang sama dan mengarahkannya ke arah yang saling berserenjang: di sepanjang meridian dan di sepanjang selari. Setelah dipantulkan dari cermin, sinar itu kembali. Jika rasuk yang bergerak sepanjang selari dipengaruhi oleh angin halus, apabila ia ditambah pada rasuk meridional, pinggiran gangguan akan muncul, dan gelombang kedua-dua rasuk akan keluar dari fasa.
Walau bagaimanapun, adalah sukar bagi Michelson untuk mengukur laluan kedua-dua sinar dengan ketepatan yang begitu tinggi supaya ia benar-benar serupa. Jadi dia membina radas supaya tidak ada pinggiran gangguan, dan kemudian memutarnya 90 darjah.
Sinar meridional menjadi latitudin dan begitu juga sebaliknya. Sekiranya terdapat angin eterik, jalur hitam dan terang akan muncul di bawah kanta mata! Tetapi mereka tidak berada di sana. Mungkin, apabila memusing radas, saintis itu menggerakkannya.
Dia memasangnya pada tengah hari dan mengamankannya. Lagipun, sebagai tambahan kepada fakta bahawa ia juga berputar di sekitar paksi. Dan oleh itu dalam masa yang berbeza hari, pancaran latitud menduduki kedudukan yang berbeza berbanding dengan angin halus yang akan datang. Kini, apabila peranti itu tidak bergerak, seseorang boleh yakin dengan ketepatan percubaan.
Tidak ada gangguan lagi. Eksperimen itu dijalankan berkali-kali, dan Michelson, dan dengannya semua ahli fizik pada masa itu, kagum. Tiada angin halus dikesan! Cahaya bergerak ke semua arah pada kelajuan yang sama!
Tiada siapa yang dapat menjelaskan perkara ini. Michelson mengulangi percubaan berulang kali, menambah baik peralatan, dan akhirnya mencapai ketepatan pengukuran yang hampir luar biasa, susunan magnitud yang lebih besar daripada apa yang diperlukan untuk kejayaan eksperimen. Dan sekali lagi tiada apa-apa!
Eksperimen Albert Einstein
Langkah besar seterusnya pengetahuan tentang daya graviti sejagat lakukan Albert Einstein.
Albert Einstein pernah ditanya:
Bagaimana anda datang kepada anda teori khas relativiti? Dalam keadaan apakah idea bernas itu menyerang anda? Saintis itu menjawab: "Saya selalu membayangkan bahawa ini adalah kesnya."
Mungkin dia tidak mahu berterus terang, mungkin dia mahu menyingkirkan teman bicaranya yang menjengkelkan. Tetapi sukar untuk dibayangkan ditemui oleh Einstein idea tentang hubungan antara masa, ruang dan kelajuan adalah semula jadi.
Tidak, sudah tentu, mula-mula satu tekaan melintas, terang seperti kilat. Kemudian perkembangannya bermula. Tidak, tiada percanggahan dengan fenomena yang diketahui. Dan kemudian lima halaman itu, diisi dengan formula, muncul yang diterbitkan jurnal fizikal. Halaman dibuka era baru dalam fizik.
Bayangkan sebuah kapal bintang terbang di angkasa. Biar kami memberi amaran kepada anda dengan segera: kapal angkasa itu sangat unik, sama yang anda perkatakan cerita fantasi belum membacanya. Panjangnya ialah 300 ribu kilometer, dan kelajuannya, katakanlah, 240 ribu km/saat. Dan kapal angkasa ini terbang melepasi salah satu platform perantaraan di angkasa, tanpa berhenti di situ. Pada kelajuan penuh.
Salah seorang penumpangnya berdiri di geladak kapal angkasa dengan jam tangan. Dan anda dan saya, pembaca, berdiri di atas platform - panjangnya mesti sepadan dengan saiz kapal luar angkasa, iaitu 300 ribu kilometer, kerana jika tidak, ia tidak akan dapat mendarat di atasnya. Dan kami juga mempunyai jam tangan di tangan kami.
Kami perhatikan: pada ketika itu, apabila hidung kapal angkasa itu sampai ke pinggir belakang platform kami, tanglung menyala di atasnya, menerangi ruang di sekelilingnya. Sesaat kemudian, pancaran cahaya mencapai tepi hadapan platform kami. Kami tidak mempunyai keraguan tentang ini, kerana kami tahu kelajuan cahaya, dan kami berjaya mengesan dengan tepat momen yang sepadan pada jam. Dan di kapal angkasa...
Tetapi sebuah kapal bintang juga terbang ke arah pancaran cahaya. Dan kami pasti melihat bahawa cahaya itu menerangi buritannya ketika ia berada di suatu tempat berhampiran tengah platform. Kami pasti melihat bahawa pancaran cahaya tidak bergerak 300 ribu kilometer dari haluan ke buritan kapal.
Tetapi penumpang di dek kapal luar angkasa pasti akan sesuatu yang lain. Mereka yakin rasuk mereka meliputi keseluruhan jarak dari haluan ke buritan sejauh 300 ribu kilometer. Lagipun, dia menghabiskan satu saat untuk perkara ini. Mereka juga mengesan ini dengan tepat pada jam tangan mereka. Dan bagaimana mungkin sebaliknya: selepas semua, kelajuan cahaya tidak bergantung pada kelajuan sumber...
Bagaimana pula? Kami melihat satu perkara dari platform pegun, dan mereka melihat sesuatu yang lain di geladak kapal luar angkasa? Apa masalahnya?
Teori relativiti Einstein
Ia harus diperhatikan dengan segera: Teori relativiti Einstein pada pandangan pertama, ia sama sekali bercanggah dengan pemahaman kita yang mantap tentang struktur dunia. Kita boleh mengatakan bahawa ia juga bercanggah dengan akal sehat, kerana kita biasa mewakilinya. Ini telah berlaku lebih daripada sekali dalam sejarah sains.
Tetapi penemuan bentuk sfera Bumi juga bercanggah dengan akal sehat. Bagaimana mereka boleh hidup sebelah bertentangan orang dan tidak jatuh ke dalam jurang?
Bagi kami, sfera Bumi adalah fakta yang tidak diragui, dan dari sudut pandangan akal sebarang andaian lain adalah tidak masuk akal dan liar. Tetapi mundur selangkah dari masa anda, bayangkan penampilan pertama idea ini, dan menjadi jelas betapa sukarnya untuk diterima.
Nah, adakah lebih mudah untuk mengakui bahawa Bumi tidak bergerak, tetapi terbang sepanjang trajektorinya berpuluh-puluh kali lebih pantas daripada bola meriam?
Ini semua adalah kegagalan akal sehat. sebab tu ahli fizik moden tidak pernah merujuk kepadanya.
Sekarang mari kita kembali kepada teori relativiti khas. Dunia mengenalinya buat kali pertama pada tahun 1905 daripada artikel yang ditandatangani oleh beberapa orang nama terkenal- Albert Einstein. Dan dia baru berusia 26 tahun ketika itu.
Einstein membuat andaian yang sangat mudah dan logik dari paradoks ini: dari sudut pandangan pemerhati di platform, lebih sedikit masa berlalu dalam gerabak bergerak daripada yang diukur oleh jam tangan anda. Di dalam gerabak, peredaran masa semakin perlahan berbanding masa di platform pegun.
Perkara-perkara yang benar-benar menakjubkan secara logik mengalir dari andaian ini. Ternyata seseorang yang akan bekerja di atas trem, berbanding dengan pejalan kaki yang berjalan dengan cara yang sama, bukan sahaja menjimatkan masa kerana kelajuan, tetapi ia juga menjadi lebih perlahan untuknya.
Walau bagaimanapun, jangan cuba untuk mengekalkan keremajaan abadi dengan cara ini: walaupun anda menjadi pemandu trem dan menghabiskan satu pertiga daripada hidup anda di atas trem, anda tidak akan mendapat keuntungan dalam 30 tahun. lebih sejuta sekejab. Untuk keuntungan dalam masa menjadi ketara, anda perlu bergerak pada kelajuan yang hampir dengan kelajuan cahaya.
Ternyata peningkatan kelajuan badan dicerminkan dalam jisim mereka. Bagaimana kelajuan yang lebih dekat badan dengan kelajuan cahaya, semakin besar jisimnya. Apabila kelajuan jasad adalah sama dengan kelajuan cahaya, jisimnya adalah sama dengan infiniti, iaitu ia lebih besar daripada jisim Bumi, Matahari, Galaksi, seluruh Alam Semesta kita... Ini adalah jisim yang boleh tertumpu pada batu buntar mudah, mempercepatkannya ke kelajuan
Sveta!
Ini mengenakan had yang tidak membenarkan mana-mana badan material mengembangkan kelajuan, sama dengan kelajuan Sveta. Lagipun, apabila jisim bertambah, ia menjadi semakin sukar untuk mempercepatkannya. Dan jisim tak terhingga tidak boleh dialihkan dari tempatnya oleh sebarang daya.
Walau bagaimanapun, alam semula jadi telah membuat pengecualian yang sangat penting kepada undang-undang ini untuk seluruh kelas zarah. Sebagai contoh, untuk foton. Mereka boleh bergerak pada kelajuan cahaya. Lebih tepat lagi, mereka tidak boleh bergerak pada kelajuan lain. Tidak terfikir untuk membayangkan foton yang tidak bergerak.
Apabila pegun, ia tidak mempunyai jisim. Neutrino juga tidak mempunyai jisim rehat, dan mereka juga dikutuk untuk penerbangan tidak terkawal kekal melalui angkasa pada kelajuan maksimum yang mungkin di Alam Semesta kita, tanpa memotong cahaya atau jatuh di belakangnya.
Tidakkah benar bahawa setiap akibat daripada teori relativiti khas yang telah kami senaraikan adalah mengejutkan dan paradoks! Dan masing-masing, tentu saja, bercanggah dengan "akal sehat"!
Tetapi inilah yang menarik: bukan dalam bentuk khusus mereka, tetapi sebagai kedudukan falsafah yang luas, semua akibat yang menakjubkan ini telah diramalkan oleh pengasas materialisme dialektik. Apakah yang ditunjukkan oleh keputusan ini? Mengenai sambungan yang menghubungkan tenaga dan jisim, jisim dan kelajuan, kelajuan dan masa, kelajuan dan panjang objek yang bergerak...
Penemuan Einstein tentang saling kebergantungan, seperti simen (lebih terperinci:), menghubungkan bersama tetulang, atau batu asas, menyatukan perkara dan fenomena yang sebelum ini kelihatan bebas antara satu sama lain dan mencipta asas yang, buat pertama kalinya dalam sejarah sains , nampaknya boleh membina sebuah bangunan yang harmoni. Bangunan ini adalah idea tentang bagaimana Alam Semesta kita berfungsi.
Tetapi pertama, sekurang-kurangnya beberapa perkataan tentang teori umum relativiti, juga dicipta oleh Albert Einstein.
Albert Einstein Nama ini ialah teori umum kerelatifan - tidak sepadan dengan kandungan teori tentang mana kita akan bercakap. Ia mewujudkan saling kebergantungan antara ruang dan jirim. Nampaknya lebih tepat untuk memanggilnya teori ruang-masa, atau teori graviti.
Tetapi nama ini telah menjadi sangat berkait dengan teori Einstein sehingga menimbulkan persoalan untuk menggantikannya kini kelihatan tidak senonoh kepada ramai saintis.
Teori relativiti umum mewujudkan saling kebergantungan antara jirim dan masa dan ruang yang mengandunginya. Ternyata ruang dan masa bukan sahaja tidak dapat dibayangkan wujud secara berasingan daripada jirim, malah sifatnya juga bergantung kepada perkara yang mengisinya.
Titik permulaan untuk penaakulan
Oleh itu, kami hanya boleh menunjukkan titik permulaan dan memberikan beberapa kesimpulan penting.
Pada mulanya pengembaraan angkasa Malapetaka yang tidak dijangka memusnahkan perpustakaan, koleksi filem dan repositori lain minda dan ingatan orang yang terbang melalui angkasa. Dan sifat planet asli telah dilupakan dalam perubahan berabad-abad. Malah undang-undang graviti sejagat dilupakan, kerana roket itu terbang di ruang antara galaksi, di mana ia hampir tidak dirasai.
Walau bagaimanapun, enjin kapal berfungsi dengan baik, dan bekalan tenaga dalam bateri boleh dikatakan tidak terhad. Paling Dari masa ke masa, kapal itu bergerak dengan inersia, dan penduduknya terbiasa dengan tanpa berat. Tetapi kadangkala mereka menghidupkan enjin dan memperlahankan atau mempercepatkan pergerakan kapal. Apabila muncung jet menyala ke dalam kekosongan dengan nyalaan tidak berwarna dan kapal bergerak dengan kadar yang dipercepatkan, penduduk merasakan bahawa badan mereka menjadi berat, mereka terpaksa berjalan mengelilingi kapal, dan tidak terbang di sepanjang koridor.
Dan kini penerbangan hampir siap. Kapal itu terbang ke salah satu bintang dan jatuh ke orbit planet yang paling sesuai. Kapal angkasa pergi ke luar, berjalan di atas tanah yang diliputi kehijauan segar, terus-menerus mengalami perasaan berat yang sama, biasa sejak kapal itu bergerak dengan laju yang dipercepatkan.
Tetapi planet ini bergerak sama rata. Dia tidak boleh terbang ke arah mereka pecutan berterusan z 9.8 m/saat2! Dan mereka mempunyai andaian pertama bahawa medan graviti (daya graviti) dan pecutan memberikan kesan yang sama, dan mungkin mempunyai sifat yang sama.
Tiada seorang pun daripada orang sezaman kita yang berada dalam penerbangan yang begitu panjang, tetapi ramai yang merasakan fenomena "berat" dan "ringan" badan mereka. Walaupun lif biasa, apabila ia bergerak pada kadar yang dipercepatkan, mewujudkan perasaan ini. Semasa anda turun anda rasa kerugian mengejut berat, apabila mengangkat, sebaliknya, lantai menekan kaki anda dengan kekuatan yang lebih besar daripada biasa.
Tetapi satu perasaan tidak membuktikan apa-apa. Lagipun, sensasi cuba meyakinkan kita bahawa Matahari bergerak melintasi langit mengelilingi Bumi yang tidak bergerak, bahawa semua bintang dan planet berada pada jarak yang sama dari kita, di cakrawala, dsb.
Para saintis telah mengalami sensasi ujian eksperimen. Newton juga memikirkan identiti aneh kedua-dua fenomena itu. Dia cuba memberi mereka ciri berangka. Setelah mengukur graviti dan , dia yakin bahawa nilai mereka sentiasa sama dengan satu sama lain.
Dia membuat pendulum loji perintis daripada semua jenis bahan: perak, plumbum, kaca, garam, kayu, air, emas, pasir, gandum. Hasilnya adalah sama.
Prinsip kesetaraan, yang kita bincangkan, adalah asas kepada teori relativiti umum, walaupun tafsiran moden teori tidak lagi memerlukan prinsip ini. Melangkau kesimpulan matematik yang mengikuti dari prinsip ini, mari kita bergerak terus kepada beberapa akibat teori relativiti umum.
Ketersediaan jisim besar jirim sangat mempengaruhi ruang sekeliling. Ia membawa kepada perubahan sedemikian di dalamnya yang boleh ditakrifkan sebagai heterogeniti ruang. Ketidakhomogenan ini mengarahkan pergerakan mana-mana jisim yang mendapati diri mereka berhampiran badan menarik.
Biasanya mereka menggunakan analogi ini. Bayangkan kanvas diregangkan rapat pada bingkai selari dengan permukaan bumi. Letakkan beban berat di atasnya. Ini akan menjadi jisim menarik kami yang besar. Ia, sudah tentu, akan membengkokkan kanvas dan berakhir dengan beberapa jenis kemurungan. Sekarang gulungkan bola di sepanjang kanvas ini supaya bahagian laluannya terletak di sebelah jisim menarik. Bergantung pada cara bola dilancarkan, terdapat tiga pilihan yang mungkin.
- Bola akan terbang cukup jauh dari lekukan yang dicipta oleh pesongan kanvas dan tidak akan mengubah pergerakannya.
- Bola akan menyentuh kemurungan, dan garisan pergerakannya akan membengkok ke arah jisim menarik.
- Bola akan jatuh ke dalam lubang ini, tidak akan dapat keluar daripadanya, dan akan membuat satu atau dua pusingan mengelilingi jisim graviti.
Bukankah benar bahawa pilihan ketiga sangat cantik memodelkan tangkapan oleh bintang atau planet benda asing yang terbang secara tidak sengaja ke medan tarikan mereka?
Dan kes kedua ialah lenturan trajektori badan yang terbang pada kelajuan yang lebih besar daripada kelajuan yang mungkin menangkap! Kes pertama adalah serupa dengan terbang di luar jangkauan praktikal medan graviti. Ya, tepat praktikal, kerana secara teorinya medan graviti tidak terhad.
Sudah tentu, ini adalah analogi yang sangat jauh, terutamanya kerana tiada siapa yang benar-benar dapat membayangkan pesongan kita ruang tiga dimensi. Apa makna fizikal Tiada siapa yang tahu pesongan ini, atau kelengkungan, seperti yang sering mereka katakan.
Daripada teori relativiti umum, ia mengikuti bahawa mana-mana jasad material boleh bergerak dalam medan graviti hanya di sepanjang garis melengkung. Hanya secara peribadi kes khas lengkung bertukar menjadi garis lurus.
Sinar cahaya juga mematuhi peraturan ini. Lagipun, ia terdiri daripada foton yang mempunyai jisim tertentu dalam penerbangan. Dan medan graviti memberi pengaruh ke atasnya, sama seperti pada molekul, asteroid atau planet.
Satu lagi kesimpulan penting adalah bahawa medan graviti juga mengubah perjalanan masa. Berhampiran jisim menarik yang besar, dalam medan graviti kuat yang dihasilkannya, peredaran masa sepatutnya lebih perlahan daripada jauh daripadanya.
Anda lihat, teori relativiti umum penuh dengan kesimpulan paradoks yang sekali lagi boleh membatalkan idea "akal sehat" kita!
Keruntuhan graviti
Mari kita bercakap tentang fenomena yang menakjubkan, yang mempunyai watak kosmik, adalah mengenai keruntuhan graviti (mampatan bencana). Fenomena ini berlaku di gugusan gergasi jirim, di mana daya graviti mencapai magnitud yang sangat besar sehinggakan tiada daya lain yang wujud dalam alam semula jadi dapat menahannya.
Ingat formula terkenal Newton: semakin besar daya graviti, semakin besar kurang persegi jarak antara jasad graviti. Oleh itu, semakin padat pembentukan bahan, semakin kecil saiznya, semakin cepat daya graviti meningkat, semakin tidak dapat dielakkan pelukan merosakkan mereka.
Terdapat teknik licik yang menggunakan alam semula jadi melawan pemampatan jirim yang kelihatan tidak terhad. Untuk melakukan ini, ia menghentikan peredaran masa dalam sfera tindakan daya graviti supergergasi, dan jisim jirim yang terikat seolah-olah dimatikan dari Alam Semesta kita, beku dalam tidur lesu yang aneh.
Yang pertama daripada "lubang hitam" ini di angkasa mungkin telah ditemui. Menurut andaian saintis Soviet O. Kh Guseinov dan A. Sh Novruzova, ia adalah delta Gemini -. bintang berganda dengan satu komponen yang tidak kelihatan.
Komponen yang boleh dilihat mempunyai jisim 1.8 suria, dan "sahabat" yang tidak kelihatan sepatutnya empat kali lebih besar daripada yang kelihatan, mengikut pengiraan. Tetapi tidak ada kesannya: mustahil untuk melihat penciptaan alam yang paling menakjubkan, "lubang hitam".
Soviet profesor saintis K. P. Stanyukovich, seperti yang mereka katakan, "di hujung pena," dengan semata-mata pembinaan teori menunjukkan bahawa zarah "bahan beku" boleh menjadi sangat pelbagai saiz.
- Pembentukan gergasinya adalah mungkin, serupa dengan quasar, secara berterusan memancarkan tenaga sebanyak semua 100 bilion bintang Galaxy kita.
- Gumpalan yang lebih sederhana, sama dengan hanya beberapa jisim suria, adalah mungkin. Kedua-dua objek boleh timbul sendiri daripada perkara biasa, tidak tidur.
- Dan pembentukan kelas yang sama sekali berbeza adalah mungkin, setanding dalam jisim dengan zarah asas.
Agar mereka timbul, perkara yang membentuk mereka mesti terlebih dahulu tertakluk kepada tekanan gergasi dan didorong ke dalam had sfera Schwarzschild - sfera di mana masa berhenti sepenuhnya untuk pemerhati luar. Dan walaupun selepas ini tekanan dikeluarkan, zarah yang masanya telah berhenti akan terus wujud secara bebas daripada Alam Semesta kita.
Plankeons
Plankeons - benar-benar kelas khas zarah. Mereka telah, menurut K. P. Stanyukovich, sangat harta benda yang menarik: membawa bahan dalam bentuk yang tidak berubah, seperti berjuta-juta dan berbilion tahun dahulu. Melihat ke dalam plankeon, kita akan dapat melihat jirim seperti pada saat kelahiran Alam Semesta kita. Mengikut pengiraan teori, terdapat kira-kira 10 80 papan di Alam Semesta, kira-kira satu papan dalam kubus ruang dengan sisi 10 sentimeter. Dengan cara ini, pada masa yang sama dengan Stanyukovich dan (secara bebas daripadanya), hipotesis mengenai plankeon dikemukakan oleh Academician M.A. Markov Hanya Markov yang memberi mereka nama yang berbeza - maksim.
Seseorang boleh cuba menerangkan transformasi zarah asas yang kadangkala paradoks menggunakan ciri khas plankeon. Adalah diketahui bahawa apabila dua zarah berlanggar, serpihan tidak pernah terbentuk, tetapi yang lain timbul zarah asas. Ini benar-benar menakjubkan: dunia biasa Dengan memecahkan pasu, kita tidak akan mendapat cawan penuh atau bahkan roset. Tetapi andaikan di kedalaman setiap zarah asas terdapat plankeon tersembunyi, satu atau beberapa, dan kadang-kadang banyak plankeon.
Pada saat perlanggaran zarah, "beg" plankeon yang terikat rapat terbuka sedikit, beberapa zarah akan "jatuh" ke dalamnya, dan sebagai balasannya, zarah yang kita anggap timbul semasa perlanggaran akan "terkeluar". Pada masa yang sama, plankeon, seperti akauntan yang bijak, akan memastikan semua "undang-undang pemuliharaan" diterima dalam dunia zarah asas.
Nah, apakah kaitan mekanisme graviti sejagat dengannya?
"Bertanggungjawab" untuk graviti, menurut hipotesis K. P. Stanyukovich, adalah zarah-zarah kecil, yang dipanggil graviton, yang dipancarkan secara berterusan oleh zarah asas. Graviton adalah lebih kecil daripada yang terakhir seperti serpihan debu yang menari masuk sinaran matahari, lebih kecil daripada glob.
Pelepasan graviti mematuhi beberapa undang-undang. Khususnya, mereka terbang dengan lebih mudah ke kawasan angkasa itu. Yang mengandungi lebih sedikit graviti. Ini bermakna jika terdapat dua di angkasa benda angkasa, kedua-duanya akan mengeluarkan graviti yang kebanyakannya "keluar", dalam arah yang bertentangan antara satu sama lain. Ini mewujudkan impuls yang menyebabkan badan mendekat dan menarik antara satu sama lain.
Meninggalkan zarah asas mereka, graviton mengambil sebahagian daripada jisim bersamanya. Tidak kira betapa kecilnya mereka, kehilangan jisim tidak boleh tidak dapat dilihat dari semasa ke semasa. Tetapi kali ini sangat besar. Ia akan mengambil masa kira-kira 100 bilion tahun untuk semua jirim di Alam Semesta untuk bertukar menjadi medan graviti.
Tetapi adakah itu sahaja? Menurut K.P. Stanyukovich, kira-kira 95 peratus daripada jisim jirim tersembunyi dalam papan pelbagai saiz dan berada dalam keadaan tidur yang lesu, tetapi lama kelamaan papan terbuka, dan jumlah jirim "normal" meningkat.