James E. MILLER
Ongezeko kubwa la idadi ya wafanyikazi wachanga wenye nguvu wanaofanya kazi katika uwanja wa kisayansi ni matokeo ya furaha ya upanuzi huo. utafiti wa kisayansi katika nchi yetu, inahimizwa na kuthaminiwa na Serikali ya Shirikisho. Imechoka na kutetemeka wasimamizi wa kisayansi hawa watoto wachanga huachwa kwa hatima yao, na mara nyingi huachwa bila rubani wa kuwaongoza kupitia mitego ya ruzuku ya serikali. Kwa bahati nzuri, wanaweza kuhamasishwa na hadithi ya Sir Isaac Newton, ambaye aligundua sheria mvuto wa ulimwengu wote. Hivi ndivyo ilivyotokea.
Mnamo 1665, Newton mchanga alikua profesa wa hesabu huko Chuo Kikuu cha Cambridge- alma mater wake. Alipenda kazi yake, na uwezo wake kama mwalimu haukuwa na shaka. Walakini, ikumbukwe kwamba huyu hakuwa mtu wa ulimwengu huu kwa njia yoyote au mkaaji asiyefaa wa mnara kutoka. Pembe za Ndovu. Kazi yake katika chuo kikuu haikuwa ya darasani tu: alikuwa mshiriki hai wa Tume ya Ratiba, aliketi juu ya usimamizi wa tawi la chuo kikuu cha Jumuiya ya Vijana ya Kikristo ya Uzaliwa wa Noble, alihudumu katika Kamati ya Msaada ya Dean, kwenye Tume ya Uchapishaji. na tume zingine na zingine ambazo zilikuwa muhimu kwa usimamizi mzuri wa chuo katika karne ya 17 ya mbali. Utafiti wa kina wa kihistoria unaonyesha kwamba katika miaka mitano tu, Newton aliketi kwenye tume 379 ambazo zilichunguza matatizo 7,924 ya maisha ya chuo kikuu, ambayo matatizo 31 yalitatuliwa.
Mara moja (na hii ilikuwa mnamo 1680), baada ya siku yenye shughuli nyingi, mkutano wa tume, uliopangwa saa kumi na moja jioni, haukuwa kabla ya wakati, haukukusanya akidi muhimu, kwa sababu mmoja wa washiriki wa zamani zaidi. wa tume ghafla alikufa kwa uchovu wa neva. Kila dakika maisha ya ufahamu Newton alikuwa amepangwa kwa uangalifu, na kisha ghafla ikawa kwamba hakuwa na la kufanya jioni hiyo, tangu kuanza kwa mkutano wa tume iliyofuata ulipangwa tu usiku wa manane. Hivyo aliamua kutembea kidogo. Matembezi haya mafupi yalibadilisha historia ya ulimwengu.
Ilikuwa ni vuli. Katika bustani za watu wengi raia wema, ambaye aliishi karibu na nyumba ya Newton, miti ilikuwa ikivunjika kwa sababu ya uzito wa tufaha zilizoiva. Kila kitu kilikuwa tayari kwa mavuno. Newton aliona tufaha kitamu sana likianguka chini. Maitikio ya mara moja ya Newton kwa tukio hili—kawaida ya upande wa binadamu wa fikra mkuu—ilikuwa kupanda juu ya ua wa bustani na kuweka tufaha mfukoni mwake. Baada ya kusonga umbali mzuri kutoka kwa bustani, aliuma matunda ya juisi kwa raha.
Hapo ndipo kulipopambazuka kwake. Alipokuwa akitafakari, bila hoja za kimantiki za awali, mawazo yalimwangazia katika ubongo wake kwamba kuanguka kwa tufaha na mwendo wa sayari kwenye mizunguko yao lazima zitii sheria ileile ya ulimwengu. Kabla ya kuwa na muda wa kumaliza apple na kutupa msingi, uundaji wa hypothesis kuhusu sheria ya mvuto wa ulimwengu ulikuwa tayari tayari. Zilikuwa zimesalia dakika tatu kabla ya saa sita usiku, na Newton akaharakisha hadi kwenye mkutano wa Tume ya Kuzuia Uvutaji wa Afyuni Miongoni mwa Wanafunzi wa Asili Ignoble.
Katika wiki zilizofuata, mawazo ya Newton yalirudi tena na tena kwenye nadharia hii. Alitumia dakika adimu za bure kati ya mikutano miwili kupanga mipango ya kuiangalia. Miaka kadhaa ilipita, wakati ambao, kama hesabu za uangalifu zinavyoonyesha, alitumia dakika 63 na sekunde 28 kufikiria juu ya mipango hii. Newton aligundua kuwa kujaribu nadharia yake ilihitaji wakati wa bure zaidi kuliko vile angeweza kutegemea. Baada ya yote, ilikuwa ni lazima kuamua kwa usahihi mkubwa urefu wa shahada moja ya latitudo kwa uso wa dunia na kuvumbua hesabu tofauti.
Kwa kuwa hakuwa na uzoefu katika masuala hayo, alichagua utaratibu rahisi na kuandika barua fupi ya maneno 22 kwa Mfalme Charles, ambapo alielezea hypothesis yake na kuonyesha ni fursa gani kubwa inaahidi ikiwa itathibitishwa. Ikiwa mfalme aliiona barua hii haijulikani, inawezekana kabisa kwamba hakuiona, kwa vile alikuwa amezidiwa. matatizo ya serikali na mipango ya vita vya baadaye. Hata hivyo, hapana shaka kwamba barua hiyo, baada ya kupita njia zinazostahili, iliwafikia wakuu wote wa idara, manaibu wao na manaibu wao waliokuwa na fursa kamili eleza mawazo na mapendekezo yako.
Hatimaye barua ya Newton, pamoja na faili nyingi za maoni iliyokuwa imekusanya njiani, ilifika ofisi ya katibu wa PCEBIR/KINI/PPABI (Tume ya Mipango ya Ukuu wa Utafiti na Maendeleo, Kamati ya Utafiti wa Mawazo Mapya, Ndogo ya Kamati ya Kukandamiza Mawazo dhidi ya Uingereza). Katibu alitambua mara moja umuhimu wa jambo hilo na kulileta mbele ya Kamati Ndogo, ambayo ilipiga kura kumruhusu Newton kutoa ushahidi mbele ya Kamati. Uamuzi huu ulitanguliwa na mjadala mfupi wa mawazo ya Newton ili kuona kama kulikuwa na kitu chochote dhidi ya Uingereza katika nia yake, lakini rekodi ya majadiliano haya, ambayo yalijaza juzuu kadhaa za quarto, inaonyesha wazi kwamba hakuna shaka kubwa iliyomwangukia.
Ushahidi wa Newton kabla ya PCEVIR/KINI unapaswa kupendekezwa kusomwa kwa wanasayansi wote wachanga ambao bado hawajui jinsi ya kuishi wakati wao unapofika. Chuo kilionyesha ustaarabu kwa kumpa likizo ya miezi miwili bila malipo wakati wa vikao vya Kamati, na naibu mkuu wa chuo kwa ajili ya utafiti alimfukuza kwa shauku ya kuagana asirudi bila mkataba "nono". Kikao cha Kamati kilifanyika tarehe milango wazi, na watu wengi sana walikusanyika, lakini baadaye ikawa kwamba wengi wa waliohudhuria walikuwa na mlango mbaya, wakijaribu kufika kwenye mkutano wa KEVORSPVO - Tume ya Ukuu ya Kufichua Upotovu Miongoni mwa Wawakilishi wa Jumuiya ya Juu.
Baada ya Newton kuapishwa na kutangaza kwa uthabiti kwamba yeye si mwanachama wa Upinzani Mwaminifu wa Ukuu wake, hajawahi kuandika vitabu visivyo na maadili, hajawahi kusafiri hadi Urusi au kutongoza wauza maziwa, aliombwa aeleze kwa ufupi kiini cha suala hilo. Katika hotuba nzuri, rahisi na ya wazi ya dakika kumi, iliyotolewa bila kutarajia, Newton alielezea sheria za Kepler na nadharia yake mwenyewe, iliyotokana na kuona tufaha linaloanguka. Kwa wakati huu mmoja wa wajumbe wa Kamati, mtu mahiri na mahiri, mwanaume halisi hatua, alitaka kujua ni njia gani Newton angeweza kutoa ili kuboresha shirika la kukua tufaha nchini Uingereza. Newton alianza kueleza kwamba apple haikuwa sehemu muhimu ya nadharia yake, lakini ilikatishwa na wajumbe kadhaa wa Kamati, ambao kwa kauli moja walionyesha kuunga mkono mradi wa kuboresha tufaha za Kiingereza. Majadiliano hayo yaliendelea kwa majuma kadhaa, ambapo Newton, akiwa na tabia yake ya utulivu na heshima, aliketi na kungoja Kamati ingependa kushauriana naye. Siku moja alichelewa kwa dakika kadhaa kuanza kwa mkutano na akakuta mlango umefungwa. Alibisha hodi kwa makini, hakutaka kuvuruga mawazo ya wajumbe wa Kamati. Mlango ulifunguliwa kidogo, na mlinzi wa lango, akinong'ona kwamba hakuna nafasi, akamrudisha. Newton, ambaye kila mara alitofautishwa na mawazo yake ya kimantiki, alifikia hitimisho kwamba Kamati haikuhitaji tena ushauri wake, na kwa hivyo akarudi chuoni kwake, ambapo alitarajiwa kufanya kazi kwenye tume kadhaa.
Miezi michache baadaye, Newton alishangaa kupokea kifurushi kikubwa cha PCEVIR/KINI. Alipoifungua, aligundua kuwa yaliyomo yalikuwa na fomu nyingi za serikali, nakala tano kila moja. Udadisi wa asili - kipengele kikuu kila mwanasayansi wa kweli - alimlazimisha kusoma kwa uangalifu dodoso hizi. Baada ya kutumia katika utafiti huu muda fulani, alitambua kuwa alikuwa akialikwa kuomba kandarasi ya kufanya utafiti wa kisayansi ili kufafanua uhusiano kati ya namna tufaha zinavyokuzwa, ubora wake na kasi ya kuanguka chini. Lengo kuu Mradi huo, alitambua, ulikuwa wa kutengeneza aina mbalimbali za tufaha ambazo zingeonja tu, bali pia kuanguka chini kwa upole bila kuharibu ngozi. Hii, bila shaka, haikuwa hasa Newton alikuwa akilini alipomwandikia mfalme barua. Lakini alikuwa mtu wa vitendo na alitambua kwamba kwa kufanya kazi juu ya tatizo lililopendekezwa, angeweza kupima wakati huo huo hypothesis yake. Kwa hiyo ataheshimu maslahi ya mfalme na kufanya sayansi kidogo - kwa fedha sawa. Baada ya kufanya uamuzi huu, Newton alianza kujaza fomu bila kusita zaidi.
Siku moja mwaka wa 1865, utaratibu hususa wa kila siku wa Newton ulitatizwa. Siku ya Alhamisi alasiri, alikuwa akijiandaa kupokea tume ya makamu wa rais wa kampuni zilizokuwa sehemu ya harambee ya matunda, wakati habari ambayo ilimtia Newton katika hofu na Uingereza nzima katika majonzi ilipofika kwamba muundo mzima wa tume hiyo ulikuwa. aliuawa wakati wa mgongano mbaya wa makochi ya jukwaa. Newton, kama ilivyokuwa hapo awali, alikuwa na "dirisha" lisilo na mtu na aliamua kuchukua matembezi. Wakati wa matembezi haya, wazo lilimjia (hajui jinsi) juu ya mbinu mpya, ya mapinduzi kabisa ya hesabu, kwa msaada wa ambayo mtu anaweza kutatua shida ya kivutio karibu. nyanja kubwa. Newton alitambua kwamba kutatua tatizo hili kungemruhusu kupima hypothesis yake kwa usahihi zaidi, na mara moja, bila kutumia wino au karatasi, alithibitisha katika akili yake kwamba hypothesis imethibitishwa. Mtu anaweza kufikiria kwa urahisi jinsi alivyofurahishwa na ugunduzi mzuri kama huo.
Hivi ndivyo Serikali ya Ukuu wake ilimuunga mkono na kumtia moyo Newton wakati wa miaka hii mikali ya kazi ya nadharia. Hatutazingatia majaribio ya Newton ya kuchapisha uthibitisho wake, Fr. kutoelewana na wahariri wa Jarida la Wakulima wa bustani na jinsi makala yake yalikataliwa na Mwanaastronomia Amateur na Majarida ya Fizikia ya Akina mama wa nyumbani. Inatosha kusema kwamba Newton alianzisha jarida lake mwenyewe ili kuweza kuchapisha ujumbe kuhusu ugunduzi wake bila vifupisho au upotoshaji.
Imechapishwa katika The American Scientist, 39, No. 1 (1951).
J.E. Miller ni mwenyekiti wa Idara ya Meteorology na Oceanography katika Chuo Kikuu cha New York.
/ mtazamo mfupi wa kihistoria/
Ukuu wa mwanasayansi wa kweli hauko katika vyeo na tuzo ambazo yeye huwekwa alama au kutunukiwa na jumuiya ya ulimwengu, na sio hata katika utambuzi wa huduma zake kwa Ubinadamu, lakini katika uvumbuzi na nadharia ambazo aliacha kwa Ulimwengu. Ugunduzi wa kipekee uliofanywa wakati wetu maisha mkali, maarufu mwanasayansi Isaka Newton ni vigumu kukadiria au kudharau.
Nadharia na uvumbuzi
Isaac Newton alitunga msingi sheria mechanics ya classical , ilifunguliwa sheria ya mvuto wa ulimwengu wote, nadharia iliyokuzwa harakati za miili ya mbinguni, imeundwa misingi ya mechanics ya mbinguni.
Isaac Newton(bila kutegemea Gottfried Leibniz) iliyoundwa nadharia ya tofauti na hesabu muhimu , kufunguliwa mtawanyiko wa mwanga, kupotoka kwa kromatiki, alisoma kuingiliwa na kutofautiana, kuendelezwa nadharia ya mwili Sveta, alitoa dhana iliyounganishwa mwili Na uwakilishi wa wimbi, kujengwa darubini ya kioo.
Nafasi na wakati Newton alizingatiwa kuwa kamili.
Muundo wa kihistoria wa sheria za Newton za mechanics
Sheria ya kwanza ya Newton
Kila mwili unaendelea kudumishwa katika hali ya kupumzika au sare na mwendo wa rectilinear, hadi na kwa muda mrefu kama haijalazimishwa na nguvu zilizotumika kubadili hali hii.
Sheria ya pili ya Newton
KATIKA mfumo wa inertial kuongeza kasi ya kumbukumbu, ambayo inapokea nyenzo uhakika, sawia moja kwa moja na matokeo ya nguvu zote zinazotumika kwake na sawia na wingi wake.
Mabadiliko ya kasi yanalingana na yaliyotumika nguvu ya kuendesha gari na hutokea katika mwelekeo wa mstari wa moja kwa moja ambao nguvu hii hutenda.
Sheria ya tatu ya Newton
Kitendo kila wakati huwa na majibu sawa na kinyume, vinginevyo mwingiliano wa miili miwili kwa kila mmoja ni sawa na kuelekezwa kwa mwelekeo tofauti.
Baadhi ya watu wa wakati wa Newton walimwona alchemist. Alikuwa mkurugenzi Mint, sarafu iliyoanzishwa nchini Uingereza, iliyoongoza jamii Kabla ya Sayuni, alisoma kronolojia ya falme za kale. Kazi nyingi za kitheolojia ( kwa sehemu kubwa ambayo haijachapishwa) iliyojitolea kwa ufafanuzi wa unabii wa Biblia.
Kazi za Newton
– « Nadharia mpya mwanga na maua", 1672 (ujumbe Jumuiya ya Kifalme)
- "Mwendo wa miili katika obiti" (lat. De Motu Corporum katika Gyrum), 1684
- "Kanuni za hisabati za falsafa ya asili" (lat. Philosophiae Naturalis Principia Mathematica), 1687
- "Optics au mkataba juu ya tafakari, refractions, bendings na rangi ya mwanga" (eng. Optik au a risala ya ya tafakari, refractions, inflections na rangi ya mwanga), 1704
- "Kwenye quadrature ya curves" (lat. Njia ya quadratura curvarum), nyongeza kwa "Optics"
- "Uhesabuji wa mistari ya mpangilio wa tatu" (lat. Enumeratio linearum tertii ordinis), nyongeza kwa "Optics"
- "hesabu ya jumla" (lat. Arithmetica Universalis), 1707
- "Uchambuzi kwa kutumia milinganyo na nambari isiyo na kikomo wanachama" (lat. Uchambuzi kwa equationes numero terminorum infinitas), 1711
- "Njia ya Tofauti", 1711
Kulingana na wanasayansi kote ulimwenguni, kazi ya Newton ilikuwa mbele sana kuliko ile ya jumla kiwango cha kisayansi za wakati wake na hazikueleweka kidogo na watu wa wakati wake. Walakini, Newton mwenyewe alisema juu yake mwenyewe: " Sijui jinsi ulimwengu unavyoniona, lakini kwangu mimi naonekana kuwa mvulana tu anayecheza ufukwe wa bahari ambaye hujifurahisha kwa kupata kijiwe chenye rangi nyingi zaidi kuliko zingine, au ganda zuri, huku bahari kuu ya ukweli ikiwa haijagunduliwa mbele yangu. »
Lakini kulingana na imani ya mwanasayansi mkuu, A. Einstein " Newton alikuwa wa kwanza kujaribu kuunda sheria za msingi, ambayo huamua mwendo wa muda wa darasa pana la michakato katika asili na shahada ya juu ukamilifu na usahihi" na “... kwa kazi zake alionyesha kina na ushawishi mkubwa kwa mtazamo mzima wa ulimwengu kwa ujumla. »
Kaburi la Newton lina maandishi yafuatayo:
"Hapa ndipo alipo Sir Isaac Newton, mtukufu ambaye, kwa akili karibu ya kimungu, alikuwa wa kwanza kuthibitisha kwa mwenge wa hisabati mwendo wa sayari, njia za kometi na mawimbi ya bahari. Alichunguza tofauti za mwanga. miale na mali mbalimbali za rangi ambazo zilionekana hapo awali, ambazo hakuna mtu aliyeshuku hapo awali. Mfasiri mwenye bidii, mwenye hekima na mwaminifu wa asili, mambo ya kale na Maandiko Matakatifu, alithibitisha kwa falsafa yake ukuu wa Mwenyezi Mungu, na kwa tabia yake alionyesha usahili wa kiinjilisti. Wacha wanadamu wafurahie kwamba pambo kama hilo la wanadamu lilikuwepo. »
Imetayarishwa Mfano wa Lazaro.
I.Newton ()
Hadithi inayojulikana sana ni kwamba ugunduzi wa Newton wa uvutano wa ulimwengu wote ulichochewa na kuanguka kusikotarajiwa kwa tufaha kutoka kwa mti huko Woolsthorpe. Hadithi hii inaonekana ya kuaminika na sio hadithi. Stekeley anatoa onyesho lifuatalo linalohusiana na uzee wa Newton: “Mchana (huko London, kwa Newton) hali ya hewa ilikuwa ya joto; tuliingia kwenye bustani na kunywa chai chini ya kivuli cha miti kadhaa ya apple; tulikuwa wawili tu. Kwa njia, Sir Isaac aliniambia kuwa alikuwa katika hali ile ile wakati wazo la mvuto lilimtokea kwa mara ya kwanza. Ilisababishwa na tufaha kuanguka akiwa amekaa kwenye mawazo sana. Kwa nini apple daima huanguka kwa wima, alifikiri mwenyewe, kwa nini si kwa upande, lakini daima katikati ya Dunia. Lazima kuwe na nguvu ya kuvutia katika suala kujilimbikizia katikati ya Dunia. Iwapo maada huvuta maada nyingine kwa njia hii, basi lazima kuwe na uwiano wa wingi wake. Kwa hiyo, tufaha huvutia Dunia kama vile Dunia inavyovutia tufaha. Kwa hiyo, lazima kuwe na nguvu inayofanana na ile tunayoita mvuto, inayoenea katika ulimwengu wote mzima.” Kwa sababu fulani, hadithi ya Stekelei ilibakia kujulikana kidogo, lakini usimulizi sawa wa Voltaire kutoka kwa maneno ya mpwa wa Newton ulienea ulimwenguni kote. Nilipenda hadithi hiyo, walianza kuonyesha mti wa tufaha, ambao unadaiwa kuwa ndio sababu ya kutokea kwa “Kanuni,” washairi na wanafalsafa walitumia fumbo la kushukuru, wakilinganisha tufaha la Newton na tufaha lililomuua Adamu, au na tufaha. Paris; watu mbali na sayansi walipenda mechanics rahisi kuibuka kwa tata wazo la kisayansi. Bado kuna watu wachache ambao wanajua kuhusu Newton tu kile kinachohusiana na hadithi hii kuhusu tufaha. Hakuna sababu ya kutilia shaka kwamba Newton alikuwa akifanya kazi juu ya mvuto mwaka wa 1666. Hii ilikuwa kazi nyingine tu, na watu wengi walipendezwa nayo wakati huo. Katika barua kwa Halley mnamo 1686, Newton anaandika kwa uthibitisho kwamba tayari mnamo 1665 au 1666 aligundua kutoka kwa sheria za Kepler kwamba nguvu ya mvuto lazima ipungue kwa uwiano wa kinyume na mraba wa umbali kati ya miili ya kuvutia. Katika barua nyingine kwa Halley kutoka mwaka huo huo, Newton anaandika yafuatayo: “Katika karatasi zilizoandikwa zaidi ya miaka 15 iliyopita (siwezi kutoa tarehe kamili, lakini kwa vyovyote vile ilikuwa kabla ya kuanza kwa mawasiliano yangu na Oldenburg), nilisema. uwiano ulio kinyume wa quadratic mvuto wa sayari kuelekea Jua kulingana na umbali na kukokotwa. mtazamo sahihi nguvu ya uvutano ya dunia na conatus recedendi (inayojitahidi) ya Mwezi kuelekea katikati ya Dunia, ingawa si kwa usahihi kabisa.” Katika karatasi za Newton, kwa kuongezea, kuna ingizo lifuatalo la kina zaidi: "Katika mwaka huo huo (1666) nilianza kufikiria juu ya uvutano unaoenea hadi kwenye mzunguko wa Mwezi, na nikapata jinsi ya kukadiria nguvu ambayo mpira huzunguka ndani. tufe inabonyeza juu ya uso wa tufe hili. Kutoka kwa sheria ya Kepler kwamba vipindi vya sayari viko katika sehemu moja na nusu hadi umbali kutoka kwa vituo vya obiti zao, niligundua kuwa nguvu zinazoshikilia sayari kwenye obiti zao lazima ziwe ndani. kinyume chake mraba wa umbali wao kutoka kwa vituo vinavyozunguka. Kuanzia hapa nililinganisha nguvu inayohitajika kuiweka Lupa katika obiti yake na nguvu ya uvutano kwenye uso wa Dunia na nikagundua kuwa zilikuwa karibu kufanana. Haya yote yalitokea katika miaka miwili ya tauni, 1665 na 1666, kwa kuwa wakati huo nilikuwa katika kilele cha uwezo wangu wa uvumbuzi na nilifikiria juu ya hesabu na falsafa zaidi kuliko hapo awali. Kwa hali yoyote, ikiwa mnamo 1666 Newton angeweza kupata sheria ya mvuto kutoka kwa sheria za Kepler, basi anapaswa kujua usemi wa nguvu ya katikati, na, kwa kusema, "Kanuni" zilikuwa tayari zimeandikwa na Newton mwanafunzi. Kama ilivyotokea mara kwa mara na Newton, bila sababu dhahiri, swali la mvuto na shida zingine za mitambo ziliwekwa kando kwa muda mrefu, na alizingatia kabisa shida za macho. Inaonekana Newton alirudi kwa mechanics tu karibu 1679, i.e. karibu miaka 15 baadaye. Licha ya uhusiano usio na shaka uliotajwa hapo juu kati ya utafiti wa macho na mitambo ya Newton na wanafizikia wengine, watu wa wakati wake, mabadiliko ya Newton yalikuwa ya ghafla sana. Haikuwa tu kuhusu mabadiliko katika uwanja wa utafiti, lakini pia kuhusu njia mpya. Kutokana na uzoefu Newton alihamia shambani fizikia ya hisabati. Mnamo 1675, Collins alimwandikia Gregory kwamba “makisio ya kihesabu sasa yaonekana kwa Barrow na Newton baada ya kukauka na kutozaa.” Katika miaka ya themanini, wakati wa enzi ya uchapishaji wa Principia, Newton, kinyume chake, alipenda kujiita mtaalam wa hesabu na akatoa jina la kitabu chenyewe - "Msingi wa Hisabati wa Falsafa ya Asili." Newton alichanganya sifa za mjaribio mahiri, mwananadharia na mwanahisabati, lakini katika miaka ya themanini inabidi tutambue mabadiliko ya wazi katika tabia yake ya majaribio kuwa tabia ya matatizo ya hisabati. Newton aliendelea kazi ya kemikali, lakini kwa hakika uzoefu wa kimwili kwa vyovyote vile, alirudi mara chache sana.
Kwa hivyo, harakati za sayari, kwa mfano Mwezi kuzunguka Dunia au Dunia kuzunguka Jua, ni anguko sawa, lakini ni anguko ambalo hudumu kwa muda usiojulikana (kwa hali yoyote, ikiwa tunapuuza ubadilishaji wa nishati kuwa "isiyo ya mitambo." "fomu).
Dhana kuhusu umoja wa visababishi vinavyoongoza harakati za sayari na kuanguka kwa miili ya dunia ilionyeshwa na wanasayansi muda mrefu kabla ya Newton. Inavyoonekana, wa kwanza kueleza waziwazi wazo hili alikuwa mwanafalsafa Mgiriki Anaxagoras, mzaliwa wa Asia Ndogo, aliyeishi Athene karibu miaka elfu mbili iliyopita. Alisema kuwa Mwezi, ikiwa hautasonga, ungeanguka Duniani.
Walakini, nadhani nzuri ya Anaxagoras, inaonekana, haikuwa na athari yoyote ya vitendo katika maendeleo ya sayansi. Alikusudiwa kutoeleweka na watu wa wakati wake na kusahauliwa na vizazi vyake. Wafikiriaji wa zamani na wa zamani, ambao umakini wao ulivutiwa na harakati za sayari, walikuwa mbali sana na tafsiri sahihi (na mara nyingi zaidi kuliko sio yoyote) ya sababu za harakati hii. Baada ya yote, hata Kepler kubwa, ambaye, kwa gharama ya kazi kubwa, aliweza kuunda sheria halisi za hisabati za mwendo wa sayari, aliamini kuwa sababu ya mwendo huu ilikuwa mzunguko wa Jua.
Kulingana na maoni ya Kepler, Jua, linalozunguka, mara kwa mara husukuma sayari kwenye mzunguko. Ukweli, ilibaki haijulikani kwa nini wakati wa mapinduzi ya sayari karibu na Jua hutofautiana na kipindi cha mapinduzi ya Jua karibu. mhimili mwenyewe. Kepler aliandika juu ya hili: "ikiwa sayari hazikuwa na upinzani wa asili, basi haingewezekana kutoa sababu kwa nini hazipaswi kufuata hasa mzunguko wa Jua. Lakini ingawa kwa kweli sayari zote husogea katika mwelekeo ule ule ambao mzunguko wa Jua hufanyika, kasi ya harakati zao sio sawa. Ukweli ni kwamba wanachanganya, kwa idadi fulani, hali ya misa yao wenyewe na kasi ya harakati zao.
Kepler alishindwa kuelewa kwamba sadfa ya mwelekeo wa mwendo wa sayari kuzunguka Jua na mwelekeo wa kuzunguka kwa Jua kuzunguka mhimili wake haihusiani na sheria za mwendo wa sayari, lakini na asili ya mfumo wetu wa jua. Sayari ya bandia inaweza kuzinduliwa kwa mwelekeo wa kuzunguka kwa Jua na dhidi ya mzunguko huu.
Robert Hooke alikuja karibu zaidi kuliko Kepler kwa ugunduzi wa sheria ya mvuto wa miili. Haya hapa ni maneno yake halisi kutoka katika kitabu kiitwacho An Attempt to Study the Motion of the Earth, kilichochapishwa mwaka wa 1674: “Nitakuza nadharia ambayo kwa kila jambo inapatana na kanuni zinazokubalika kwa ujumla za mechanics. Nadharia hii inategemea mawazo matatu: kwanza, kwamba miili yote ya mbinguni, bila ubaguzi, ina mvuto unaoelekezwa kuelekea katikati yao, kwa sababu ambayo huvutia sio sehemu zao tu, bali pia miili yote ya mbinguni ndani ya nyanja yao ya hatua. Kulingana na dhana ya pili, miili yote inayotembea kwa njia ya mstatili na sare itasonga kwa mstari ulionyooka hadi itakapogeuzwa kwa nguvu fulani na kuanza kuelezea trajectories katika mduara, duaradufu, au mkunjo mwingine usio rahisi. Kwa mujibu wa dhana ya tatu, nguvu za kivutio hutenda kwa nguvu zaidi, karibu nao miili ambayo wanafanya iko. Bado sijaweza kuanzisha kwa uzoefu nini digrii mbalimbali kivutio. Lakini tukiendeleza wazo hili zaidi, wanaastronomia wataweza kuamua sheria kulingana na ambayo nyota zote za anga zinasonga.”
Kweli, mtu anaweza kushangaa tu kwamba Hooke mwenyewe hakutaka kushiriki katika maendeleo ya mawazo haya, akitoa mfano wa kuwa busy na kazi nyingine. Lakini mwanasayansi alionekana ambaye alifanya mafanikio katika eneo hili
Historia ya ugunduzi wa Newton wa sheria ya uvutano wa ulimwengu wote inajulikana sana. Kwa mara ya kwanza, wazo kwamba asili ya nguvu zinazofanya jiwe kuanguka na kuamua harakati za miili ya mbinguni ni moja na sawa na Newton mwanafunzi, kwamba mahesabu ya kwanza hayakutoa matokeo sahihi, tangu data. zinazopatikana wakati huo kwa umbali kutoka kwa Dunia hadi Mwezi hazikuwa sahihi, kwamba miaka 16 baadaye habari mpya, iliyosahihishwa kuhusu umbali huu ilionekana. Ili kufafanua sheria za mwendo wa sayari, Newton alitumia sheria za mienendo aliyounda na sheria ya uvutano wa ulimwengu wote ambayo yeye mwenyewe alianzisha.
Aliitaja kanuni ya Kigalilaya ya hali ya hewa kama sheria ya kwanza ya mienendo, ikijumuisha katika mfumo wa sheria za kimsingi - postulates ya nadharia yake.
Wakati huohuo, Newton alilazimika kuondoa kosa la Galileo, ambaye aliamini hivyo mwendo wa sare katika mduara - hii ni harakati ya inertia. Newton alidokeza (na hii ni sheria ya pili ya mienendo) hiyo njia pekee Kubadilisha msogeo wa mwili - thamani au mwelekeo wa kasi - ni kuifanyia kazi kwa nguvu fulani. Katika kesi hii, kasi ambayo mwili husogea chini ya ushawishi wa nguvu ni kinyume chake na wingi wa mwili.
Kulingana na sheria ya tatu ya Newton ya mienendo, "kwa kila tendo daima kuna mwitikio sawa na kinyume."
Kwa kutumia kanuni mara kwa mara - sheria za mienendo, kwanza alihesabu kasi ya katikati ya Mwezi unaposonga katika obiti kuzunguka Dunia, na kisha akaweza kuonyesha kuwa uwiano wa kuongeza kasi hii kwa kuongeza kasi. kuanguka bure miili karibu na uso wa Dunia ni sawa na uwiano wa mraba wa radii ya Dunia na mzunguko wa mwezi. Kutokana na hili Newton alihitimisha kwamba asili ya mvuto na nguvu inayoshikilia Mwezi katika obiti ni sawa. Kwa maneno mengine, kulingana na hitimisho lake, Dunia na Mwezi huvutiwa kwa kila mmoja kwa nguvu kinyume chake na mraba wa umbali kati ya vituo vyao Fg ≈ 1∕r2.
Newton aliweza kuonyesha hivyo maelezo pekee Uhuru wa kuongeza kasi ya kuanguka bure kwa miili kutoka kwa wingi wao ni uwiano wa nguvu ya mvuto kwa wingi.
Akitoa muhtasari wa ugunduzi huo, Newton aliandika hivi: “hakuna shaka kwamba asili ya uvutano kwenye sayari nyingine ni sawa na ya Duniani. Kwa kweli, hebu tufikirie kwamba miili ya dunia imeinuliwa kwenye mzunguko wa Mwezi na kutumwa pamoja na Mwezi, pia bila harakati yoyote, kuanguka kwa Dunia. Kulingana na yale ambayo tayari yamethibitishwa (maana ya majaribio ya Galileo), hakuna shaka kwamba wakati huo huo watapita kwenye nafasi sawa na Mwezi, kwa maana wingi wao unahusiana na wingi wa Mwezi kwa njia sawa. sawasawa na vipimo vyao kwa uzani wake.” Kwa hiyo Newton aligundua na kisha akatunga sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, ambayo kwa haki ni mali ya sayansi.
2. Sifa za nguvu za uvutano.
Moja ya wengi mali ya ajabu nguvu za uvutano za ulimwengu wote, au, kama zinavyoitwa mara nyingi, nguvu za uvutano, tayari zimeonyeshwa kwa jina lilelile lililopewa na Newton: zima. Nguvu hizi, kwa kusema, ni "za ulimwengu wote" kati ya nguvu zote za asili. Kila kitu ambacho kina wingi - na wingi ni asili kwa namna yoyote, aina yoyote ya jambo - lazima kiwe na athari za mvuto. Hata mwanga sio ubaguzi. Ikiwa unaona nguvu za uvutano kwa msaada wa nyuzi ambazo hutoka mwili mmoja hadi mwingine, basi idadi isiyohesabika ya nyuzi kama hizo ingelazimika kupenyeza nafasi mahali popote. Wakati huo huo, ni muhimu kuzingatia kwamba haiwezekani kuvunja thread hiyo na kujikinga na nguvu za mvuto. Hakuna vizuizi kwa mvuto wa ulimwengu wote; radius yao ya hatua haina kikomo (r = ∞). Nguvu za mvuto ni nguvu za masafa marefu. Hii ni " jina rasmi"ya nguvu hizi katika fizikia. Kutokana na hatua ya masafa marefu, mvuto huunganisha miili yote ya Ulimwengu.
Upungufu wa jamaa wa kupungua kwa nguvu na umbali katika kila hatua unaonyeshwa katika hali zetu za kidunia: baada ya yote, miili yote haibadilishi uzito wao wakati wa kuhamishwa kutoka urefu mmoja hadi mwingine (au, kwa usahihi zaidi, hubadilika, lakini sana. insignificantly), haswa kwa sababu na mabadiliko kidogo katika umbali - ndani kwa kesi hii kutoka katikati ya Dunia - nguvu za mvuto kivitendo hazibadilika.
Kwa njia, ni kwa sababu hii kwamba sheria ya kupima nguvu za uvutano na umbali iligunduliwa "angani." Data zote muhimu zilitolewa kutoka kwa astronomia. Mtu haipaswi, hata hivyo, kufikiri kwamba kupungua kwa mvuto na urefu hauwezi kugunduliwa chini ya hali ya duniani. Kwa mfano, saa ya pendulum na kipindi cha oscillation cha sekunde moja, watachelewa kwa karibu sekunde tatu kwa siku ikiwa watainuliwa kutoka chini hadi ghorofa ya juu ya Chuo Kikuu cha Moscow (mita 200) - na hii ni kutokana na kupungua kwa mvuto.
Urefu ambao wanahamia satelaiti za bandia, tayari kulinganishwa na radius ya Dunia, kwa hivyo kuhesabu trajectory yao, kwa kuzingatia mabadiliko ya nguvu. mvuto na umbali ni muhimu kabisa.
Nguvu za mvuto zina mali nyingine ya kuvutia sana na isiyo ya kawaida, ambayo itajadiliwa sasa.
Kwa karne nyingi, sayansi ya zama za kati ilikubali kama fundisho lisilotikisika kauli ya Aristotle kwamba mwili huanguka kwa kasi kadiri uzito wake unavyoongezeka. Hata uzoefu wa kila siku unathibitisha hili: inajulikana kuwa kipande cha fluff huanguka polepole kuliko jiwe. Walakini, kama Galileo aliweza kuonyesha kwa mara ya kwanza, jambo kuu hapa ni kwamba upinzani wa hewa, unaoingia, unapotosha sana picha ambayo ingekuwa ikiwa tu nguvu ya uvutano ya kidunia itachukua hatua kwenye miili yote. Kuna majaribio ya ajabu na kinachojulikana tube Newton, ambayo inafanya uwezekano wa kutathmini kwa urahisi sana jukumu la upinzani hewa. Hapa maelezo mafupi uzoefu huu. Fikiria bomba la kawaida la glasi (ili uweze kuona kinachotokea ndani) ambayo vitu mbalimbali: pellets, vipande vya cork, manyoya au fluffs, nk Ikiwa unageuka tube juu ili yote haya yanaweza kuanguka, basi pellet itawaka haraka, ikifuatiwa na vipande vya cork na, hatimaye, fluff itaanguka vizuri. Lakini hebu jaribu kufuatilia kuanguka kwa vitu sawa wakati hewa inapigwa nje ya bomba. Fluff, baada ya kupoteza polepole yake ya zamani, hukimbia pamoja, kushika kasi na pellet na cork. Hii ina maana kwamba harakati zake zilichelewa kwa upinzani wa hewa, ambayo ilikuwa na athari ndogo juu ya harakati ya kuziba na hata kidogo juu ya harakati ya pellet. Kwa hivyo, ikiwa haikuwa kwa upinzani wa hewa, ikiwa tu nguvu za mvuto wa ulimwengu zilitenda kwa miili - katika kesi fulani, mvuto - basi miili yote ingeanguka sawa, ikiongeza kasi kwa kasi sawa.
Lakini “hakuna jambo jipya chini ya jua.” Miaka elfu mbili iliyopita Lucretius Carus katika yake shairi maarufu"Juu ya Asili ya Vitu" aliandika:
kila kitu kinachoanguka katika hewa adimu,
Inapaswa kuanguka kwa kasi kulingana na uzito wake mwenyewe
Kwa sababu tu maji au hewa ni kiini cha hila
Siwezi kuweka vikwazo katika njia ya mambo ambayo ni sawa,
Lakini kuna uwezekano mkubwa wa kujitolea kwa wale walio na ukali zaidi.
Kinyume chake, siwezi kamwe kufanya chochote mahali popote
Jambo hilo linashikilia utupu na linaonekana kama aina fulani ya usaidizi,
Kwa asili, daima kutoa katika kila kitu.
Kwa hivyo, kila kitu, kukimbilia utupu bila vizuizi,
Kuwa na kasi sawa licha ya tofauti katika uzito.
Bila shaka, maneno haya ya ajabu yalikuwa nadhani kubwa. Ili kugeuza nadhani hii kuwa ya kuaminika sheria imara, ilihitaji majaribio mengi, kuanzia majaribio maarufu Galileo, ambaye alisoma kuanguka kwa mipira ya ukubwa sawa, lakini alifanya ya nyenzo mbalimbali(marumaru, mbao, risasi, nk), na kuishia na vipimo vya kisasa zaidi vya ushawishi wa mvuto kwenye mwanga. Na aina hizi zote za data za majaribio zinaendelea kutuimarisha katika imani kwamba nguvu za uvutano hutoa kasi sawa kwa miili yote; hasa, kuongeza kasi ya kuanguka bure unaosababishwa na mvuto ni sawa kwa miili yote na haitegemei muundo, muundo, au wingi wa miili yenyewe.
Sheria hii inayoonekana kuwa rahisi inaelezea labda kipengele cha kushangaza zaidi cha nguvu za uvutano. Kwa kweli hakuna nguvu zingine zinazoharakisha miili yote kwa usawa, bila kujali wingi wao.
Kwa hivyo, mali hii ya nguvu za mvuto wa ulimwengu wote inaweza kushinikizwa kuwa taarifa moja fupi: nguvu ya mvuto inalingana na wingi wa miili. Tusisitize hilo hapa tunazungumzia kuhusu wingi ambao hufanya kama kipimo cha hali katika sheria za Newton. Inaitwa hata misa ya inert.
Maneno manne "nguvu ya uvutano ni sawia na wingi" yana jambo la kushangaza maana ya kina. Miili mikubwa na midogo, ya moto na baridi, ya kila aina muundo wa kemikali, muundo wowote - wote hupata mwingiliano sawa wa mvuto ikiwa wingi wao ni sawa.
Au labda sheria hii ni rahisi sana? Baada ya yote, Galileo, kwa mfano, aliona kuwa jambo hilo ni dhahiri. Hii hapa hoja yake. Acha miili miwili ya uzani tofauti ianguke. Kulingana na Aristotle, mwili mzito unapaswa kuanguka haraka hata katika utupu. Sasa hebu tuunganishe miili. Kisha, kwa upande mmoja, miili inapaswa kuanguka kwa kasi, kwa kuwa uzito wa jumla umeongezeka. Lakini, kwa upande mwingine, kuongeza sehemu kwa mwili nzito ambayo huanguka polepole zaidi inapaswa kupunguza kasi ya mwili huu. Kuna mkanganyiko ambao unaweza kuondolewa tu ikiwa tunadhania kwamba miili yote iliyo chini ya ushawishi wa mvuto peke yake huanguka kwa kasi sawa. Ni kama kila kitu kiko sawa! Hata hivyo, acheni tufikirie tena kuhusu hoja iliyo hapo juu. Inategemea njia ya kawaida ya uthibitisho "kwa kupingana": kwa kudhani kuwa mwili mzito huanguka kwa kasi zaidi kuliko nyepesi, tumefika kwa kupingana. Na tangu mwanzo kulikuwa na dhana kwamba kuongeza kasi ya kuanguka bure imedhamiriwa na uzito na uzito tu. (Kwa kweli, sio kwa uzito, lakini kwa wingi.)
Lakini hii sio dhahiri kabisa mapema (yaani, kabla ya majaribio). Je, ikiwa kasi hii imedhamiriwa na kiasi cha miili? Au joto? Wacha tufikirie kuwa kuna malipo ya mvuto, sawa na chaji ya umeme na, kama ya mwisho, isiyohusiana kabisa na misa. Kulinganisha na malipo ya umeme inasaidia sana. Hapa ni specks mbili za vumbi kati ya sahani za kushtakiwa za capacitor. Wacha madoa haya ya vumbi malipo sawa, na raia wanahusiana kama 1 hadi 2. Kisha kuongeza kasi lazima kutofautiana kwa sababu ya mbili: majeshi yaliyowekwa na mashtaka ni sawa, na wakati nguvu sawa mwili mara mbili wingi mkubwa huharakisha kwa nusu ya kiwango. Ikiwa unganisha chembe za vumbi, basi, kwa wazi, kuongeza kasi itakuwa na thamani mpya, ya kati. Hakuna mbinu ya kubahatisha bila utafiti wa majaribio nguvu za umeme haziwezi kutoa chochote hapa. Picha itakuwa sawa ikiwa malipo ya mvuto hayakuhusishwa na wingi. Lakini uzoefu tu ndio unaweza kujibu swali la ikiwa uhusiano kama huo upo. Na sasa tunaelewa kuwa ni majaribio ambayo yalithibitisha kuongeza kasi sawa kwa sababu ya mvuto kwa miili yote ambayo kimsingi ilionyesha kuwa chaji ya mvuto (mvuto au uzito mzito) ni sawa na misa isiyo na nguvu.
Uzoefu na uzoefu pekee ndio unaweza kutumika kama msingi wa sheria za kimwili, na kigezo cha uadilifu wao. Wacha tukumbuke angalau majaribio ya usahihi ya kuvunja rekodi yaliyofanywa chini ya uongozi wa V.B. Braginsky katika Chuo Kikuu cha Jimbo la Moscow. Majaribio haya, ambayo usahihi wa karibu 10-12 ulipatikana, mara nyingine tena yalithibitisha usawa wa molekuli nzito na inert.
Ni kwa uzoefu, juu ya upimaji mpana wa maumbile - kutoka kwa kiwango cha kawaida cha maabara ndogo ya mwanasayansi hadi kiwango kikubwa cha ulimwengu - kwamba sheria ya uvutano wa ulimwengu ni msingi, ambayo (kwa muhtasari wa kila kitu kilichosemwa hapo juu) inasema:
Nguvu ya mvuto wa kuheshimiana wa miili yoyote miwili ambayo vipimo vyake ni vidogo sana kuliko umbali kati yao ni sawia na bidhaa ya wingi wa miili hii na inalingana kinyume na mraba wa umbali kati ya miili hii.
Mgawo wa uwiano unaitwa mara kwa mara ya mvuto. Ikiwa tunapima urefu kwa mita, wakati kwa sekunde, na wingi kwa kilo, nguvu ya mvuto itakuwa daima sawa na 6.673 * 10-11, na mwelekeo wake utakuwa m3 / kg * s2 au N * m2 / kg2, kwa mtiririko huo.
G=6.673*10-11 N*m2/kg2
3. Mawimbi ya mvuto.
Katika sheria ya Newton ya mvuto wa ulimwengu wote wakati wa maambukizi mwingiliano wa mvuto hakuna kinachosemwa. Inachukuliwa kuwa hutokea mara moja, bila kujali jinsi umbali kati ya miili inayoingiliana ni kubwa. Mtazamo huu kwa ujumla ni mfano wa wafuasi wa hatua kwa mbali. Lakini kutoka" nadharia maalum relativity” na Einstein, inafuatia kwamba nguvu za uvutano hupitishwa kutoka kwa mwili mmoja hadi mwingine kwa kasi sawa na ishara ya mwanga. Ikiwa mwili fulani unasonga kutoka mahali pake, basi kupindika kwa nafasi na wakati unaosababishwa nayo haubadilika mara moja. Hii itaathiri kwanza ukaribu kutoka kwa mwili, basi mabadiliko yatachukua maeneo ya mbali zaidi na zaidi, na hatimaye, usambazaji mpya wa curvature utaanzishwa katika nafasi, sambamba na nafasi iliyobadilishwa ya mwili.
Na hapa tunakuja kwa shida ambayo imesababisha na inaendelea kusababisha idadi kubwa zaidi migogoro na kutokubaliana - tatizo la mionzi ya mvuto.
Je, mvuto unaweza kuwepo ikiwa hakuna wingi wa kuuunda? Kulingana na Sheria ya Newton- hakika sivyo. Haina maana hata kuuliza swali kama hilo hapo. Walakini, mara tu tulipokubali kuwa ishara za mvuto hupitishwa, ingawa kwa kasi ya juu sana, lakini bado sio isiyo na kipimo, kila kitu kinabadilika sana. Kwa kweli, fikiria kwamba mwanzoni misa inayosababisha mvuto, kwa mfano mpira, ilikuwa imepumzika. Miili yote karibu na mpira itaathiriwa na vikosi vya kawaida vya Newton. Sasa hebu tuondoe mpira kutoka mahali pake pa asili kwa kasi kubwa. Mara ya kwanza, miili ya jirani haitasikia hili. Baada ya yote, nguvu za mvuto hazibadilika mara moja. Inachukua muda kwa mabadiliko katika mkunjo wa nafasi kuenea katika pande zote. Hii ina maana kwamba miili inayozunguka itapata ushawishi sawa wa mpira kwa muda, wakati mpira yenyewe haupo tena (angalau, katika sehemu moja).
Inabadilika kuwa miindo ya nafasi hupata uhuru fulani, kwamba inawezekana kubomoa mwili kutoka kwa eneo la nafasi ambapo ilisababisha miisho, na kwa njia ambayo miindo hii yenyewe, angalau kwa umbali mkubwa, itawezekana. kubaki na kukuza kwa njia yao wenyewe sheria za ndani. Hapa kuna mvuto bila misa ya mvuto! Tunaweza kwenda mbali zaidi. Ikiwa utafanya mpira kuzunguka, basi, kama inavyotokea kutoka kwa nadharia ya Einstein, na kuendelea. Picha ya Newton mvuto, aina ya ripple ni superimposed - mawimbi ya mvuto. Ili kufikiria vizuri mawimbi haya, unahitaji kutumia mfano - filamu ya mpira. Ikiwa sio tu bonyeza kidole chako kwenye filamu hii, lakini wakati huo huo uifanye harakati za oscillatory, basi vibrations hizi zitaanza kupitishwa kando ya filamu iliyopanuliwa kwa pande zote. Hii ni analog ya mawimbi ya mvuto. Mbali zaidi na chanzo, mawimbi hayo ni dhaifu zaidi.
Na sasa wakati fulani tutaacha kuweka shinikizo kwenye filamu. Mawimbi hayataondoka. Watakuwepo kwa kujitegemea, wakieneza zaidi na zaidi kwenye filamu, na kusababisha jiometri kuinama njiani.
Kwa njia sawa kabisa, mawimbi ya curvature ya nafasi - mawimbi ya mvuto - yanaweza kuwepo kwa kujitegemea. Watafiti wengi hupata hitimisho hili kutoka kwa nadharia ya Einstein.
Bila shaka, madhara haya yote ni dhaifu sana. Kwa mfano, nishati iliyotolewa wakati wa mwako wa mechi moja ni kubwa mara nyingi kuliko nishati ya mawimbi ya uvutano inayotolewa na sayari yetu nzima. mfumo wa jua kwa wakati huo huo. Lakini muhimu hapa sio idadi, lakini upande wa kanuni wa suala hilo.
Watetezi wa mawimbi ya uvutano - na wanaonekana kuwa wengi sasa - wanatabiri jambo moja zaidi. jambo la kushangaza; mabadiliko ya mvuto katika chembe kama vile elektroni na positroni (lazima kuzaliwa kwa jozi), protoni, antitroni, nk (Ivanenko, Wheeler, nk).
Inapaswa kuonekana kama hii. Wimbi la mvuto lilifikia eneo fulani la nafasi. Kwa wakati fulani, mvuto huu kwa kasi, kwa ghafla, hupungua na wakati huo huo, sema, jozi ya elektroni-positron inaonekana huko. Vile vile vinaweza kuelezewa kama kupungua kwa ghafla kwa kupindika kwa nafasi na kuzaliwa kwa wakati mmoja kwa jozi.
Kuna majaribio mengi ya kutafsiri hii katika lugha ya kiufundi ya quantum. Chembe huletwa kwa kuzingatia - gravitons, ambayo inalinganishwa na picha isiyo ya quantum wimbi la mvuto. Katika fasihi ya mwili, neno "ubadilishaji wa gravitons kuwa chembe zingine" liko kwenye mzunguko, na mabadiliko haya - mabadiliko ya pande zote - yanawezekana kati ya gravitons na, kimsingi, chembe zingine zozote. Baada ya yote, hakuna chembe zisizo na hisia kwa mvuto.
Hata kama mabadiliko kama haya hayawezekani, ambayo ni, hufanyika mara chache sana, kiwango cha cosmic zinaweza kugeuka kuwa za msingi.
4. Mpindano wa muda wa nafasi kwa nguvu ya uvutano,
"Mfano wa Eddington"
Mfano Mwanafizikia wa Kiingereza Eddington kutoka kwa kitabu "Nafasi, Muda na Mvuto" (kuelezea tena):
"Katika bahari ambayo ina vipimo viwili tu, hapo awali waliishi aina ya samaki bapa. Ilibainika kwamba samaki hao kwa ujumla waliogelea katika mistari iliyonyooka mradi tu hawakukutana na vizuizi vya wazi katika njia yao. Tabia hii ilionekana kuwa ya asili kabisa. Lakini kulikuwa na eneo la ajabu katika bahari; samaki walipoanguka ndani yake, walionekana kulogwa; wengine walipitia eneo hili lakini walibadilisha mwelekeo wa harakati zao, wengine walizunguka eneo hili bila mwisho. Samaki mmoja (karibu Descartes) alipendekeza nadharia ya vortices; alisema kuwa katika eneo hili kuna whirlpools ambayo hufanya kila kitu kinachoingia ndani yao kuzunguka. Baada ya muda, nadharia ya hali ya juu zaidi ilipendekezwa (nadharia ya Newton); walisema kwamba samaki wote wanavutiwa na samaki mkubwa sana - samaki wa jua, aliyelala katikati ya kanda - na hii ilielezea kupotoka kwa njia zao. Mara ya kwanza nadharia hii ilionekana labda ya ajabu kidogo; lakini yuko pamoja usahihi wa ajabu kuthibitishwa na aina mbalimbali za uchunguzi. Samaki wote wamepatikana kuwa na mali hii ya kuvutia, kulingana na ukubwa wao; sheria ya kuvutia (inayofanana na sheria ya mvuto wa ulimwengu) ilikuwa rahisi sana, lakini licha ya hili, ilielezea harakati zote kwa usahihi kwamba usahihi wa utafiti wa kisayansi haujawahi kufikia hapo awali. Kweli, samaki wengine, wakinung'unika, walitangaza kwamba hawakuelewa jinsi hatua hiyo kwa mbali inavyowezekana; lakini kila mtu alikubali kwamba hatua hii ilifanywa na bahari, na kwamba itakuwa rahisi kuelewa wakati asili ya maji itasomwa vyema. Kwa hivyo, karibu kila samaki ambaye alitaka kuelezea mvuto alianza kwa kupendekeza njia ambayo ilienea kupitia maji.
Lakini kulikuwa na samaki ambaye aliangalia mambo kwa njia tofauti. Aligundua ukweli kwamba samaki wakubwa na wadogo kila wakati walitembea kwenye njia zile zile, ingawa inaweza kuonekana kwamba ingechukua nguvu nyingi kuwapotosha samaki wakubwa kutoka kwa njia yake. (Samaki wa jua alitoa kasi sawa kwa miili yote.) Kwa hiyo, badala ya kujaribu, alianza kujifunza kwa undani njia za kusogea kwa samaki na hivyo akapata suluhisho la kushangaza kwa tatizo hilo. Kulikuwa na mahali pa juu ulimwenguni ambapo samaki wa jua walilala. Samaki hawakuweza kutambua hili moja kwa moja kwa sababu walikuwa na pande mbili; lakini wakati samaki katika harakati zake alianguka kwenye mteremko wa mwinuko huu, basi ingawa alijaribu kuogelea kwa mstari ulionyooka, bila hiari yake akageuka kidogo upande. Hii ilikuwa siri ya mvuto wa ajabu au kupindika kwa njia zilizotokea katika eneo la ajabu. »
Mfano huu unaonyesha jinsi kupindwa kwa ulimwengu tunamoishi kunavyoweza kutoa udanganyifu wa mvuto, na tunaona kwamba athari kama mvuto ndiyo njia pekee ya kujipinda kama hiyo.
Kwa kifupi hii inaweza kutengenezwa kwa njia ifuatayo. Kwa kuwa nguvu za uvutano hupindisha njia za miili yote kwa njia ile ile, tunaweza kufikiria mvuto kama mkunjo wa muda wa nafasi.
5. Mvuto Duniani.
Ikiwa unafikiria juu ya jukumu ambalo nguvu za mvuto huchukua katika maisha ya sayari yetu, bahari nzima hufunguka. Na sio bahari tu za matukio, lakini pia bahari kwa maana halisi ya neno. Bahari za maji. bahari ya hewa. Bila mvuto zisingekuwepo.
Wimbi katika bahari, harakati ya kila tone la maji katika mito inayolisha bahari hii, mikondo yote, upepo wote, mawingu, hali ya hewa nzima ya sayari imedhamiriwa na uchezaji wa mambo mawili kuu: shughuli za jua na mvuto.
Mvuto sio tu unashikilia watu, wanyama, maji na hewa duniani, lakini pia huwabana. Ukandamizaji huu kwenye uso wa Dunia sio mkubwa sana, lakini jukumu lake ni muhimu.
Meli inasafiri baharini. Kinachomzuia kuzama kinajulikana na kila mtu. Hii ndio nguvu maarufu ya Archimedes. Lakini inaonekana tu kwa sababu maji yamebanwa na mvuto kwa nguvu inayoongezeka kwa kina kinachoongezeka. Ndani chombo cha anga katika kukimbia hakuna nguvu ya nguvu, kama vile hakuna uzito. Dunia yenyewe imebanwa na nguvu za uvutano hadi misukumo mikubwa sana. Katikati ya Dunia, shinikizo linaonekana kuzidi anga milioni 3.
Chini ya ushawishi kwa muda mrefu nguvu kazi shinikizo chini ya hali hizi, vitu vyote ambavyo tumezoea kuzingatia kuwa ngumu hufanya kama lami au resini. Nyenzo nzito huzama chini (ikiwa unaweza kuita kitovu cha Dunia kwa njia hiyo), na nyenzo nyepesi huelea juu ya uso. Utaratibu huu umekuwa ukiendelea kwa mabilioni ya miaka. Haijaisha, kama ifuatavyo kutoka kwa nadharia ya Schmidt, hata sasa. Mkusanyiko wa vitu vizito katika eneo la katikati mwa Dunia huongezeka polepole.
Kweli, mvuto wa Jua na wa karibu zaidi kwetu unajidhihirishaje Duniani? mwili wa mbinguni Mwezi? Tazama kivutio hiki bila vifaa maalum wakazi wa pwani ya bahari tu wanaweza.
Jua hutenda kwa karibu kwa njia ile ile kwa kila kitu kilicho juu na ndani ya Dunia. Nguvu ambayo Jua humvutia mtu saa sita mchana, wakati yuko karibu zaidi na Jua, ni karibu sawa na nguvu inayofanya juu yake usiku wa manane. Baada ya yote, umbali kutoka kwa Dunia hadi Jua ni kubwa mara elfu kumi kuliko kipenyo cha Dunia, na kuongezeka kwa umbali kwa moja ya elfu kumi wakati Dunia inazunguka nusu ya zamu kuzunguka mhimili wake haibadilishi nguvu ya mvuto. . Kwa hivyo, Jua hutoa kasi ya karibu sawa kwa sehemu zote dunia na miili yote juu ya uso wake. Karibu, lakini bado sio sawa kabisa. Kwa sababu ya tofauti hii, ebb na mtiririko wa bahari hutokea.
Kwa upande wa uso wa dunia unaoelekea Jua, nguvu ya uvutano ni kubwa kidogo kuliko ile inayohitajika kwa harakati ya sehemu hii kwenye obiti ya duaradufu, na kuendelea. upande kinyume Ardhi ni ndogo kwa kiasi fulani. Matokeo yake, kwa mujibu wa sheria za Newton za mechanics, maji katika bahari hupiga kidogo katika mwelekeo unaoelekea Jua, na kwa upande mwingine hupungua kutoka kwenye uso wa Dunia. Nguvu za mawimbi, kama wanasema, huinuka, ikinyoosha ulimwengu na kutoa, kwa kusema, uso wa bahari umbo la ellipsoid.
Umbali mdogo kati ya miili inayoingiliana, ndivyo nguvu za mawimbi zinavyoongezeka. Hii ndiyo sababu Mwezi una ushawishi mkubwa juu ya umbo la bahari ya dunia kuliko Jua. Kwa usahihi zaidi, ushawishi wa mawimbi imedhamiriwa na uwiano wa wingi wa mwili kwa mchemraba wa umbali wake kutoka kwa Dunia; uwiano huu kwa Mwezi ni takriban mara mbili ya ile ya Jua.
Ikiwa hapangekuwa na mshikamano kati ya sehemu za dunia, basi nguvu za mawimbi zingeigawanya.
Labda hii ilitokea kwa moja ya satelaiti za Saturn wakati ilipofika karibu na hii sayari kubwa. Pete hiyo iliyogawanyika ambayo hufanya Saturn kuwa sayari ya ajabu inaweza kuwa uchafu kutoka kwa satelaiti.
Kwa hivyo, uso wa bahari ya dunia ni kama ellipsoid, mhimili mkuu ambao unaelekea Mwezi. Dunia inazunguka kuzunguka mhimili wake. Kwa hivyo, kando ya uso wa bahari kuelekea mwelekeo wa kuzunguka kwa Dunia, inasonga mawimbi ya bahari. Inapokaribia ufuo, wimbi huanza. Katika maeneo mengine kiwango cha maji huongezeka hadi mita 18. Kisha wimbi la maji linaondoka na wimbi huanza kupungua. Kiwango cha maji katika bahari hubadilika, kwa wastani, na muda wa masaa 12. Dakika 25. (nusu siku ya mwezi).
Picha hii rahisi imepotoshwa sana na hatua ya wakati huo huo ya mawimbi ya Jua, msuguano wa maji, upinzani wa bara, na ugumu wa usanidi wa mwambao wa bahari na chini ndani. maeneo ya pwani na athari zingine za kibinafsi.
Ni muhimu kwamba wimbi la mawimbi hupunguza kasi ya mzunguko wa Dunia.
Kweli, athari ni ndogo sana. Zaidi ya miaka 100, siku huongezeka kwa elfu moja ya sekunde. Lakini, ikitenda kwa mabilioni ya miaka, nguvu za kuvunja zitasababisha ukweli kwamba Dunia itageuzwa kuwa Mwezi wakati wote na upande mmoja, na siku za Dunia zitakuwa sawa. mwezi mwandamo. Hii tayari imetokea kwa Luna. Mwezi umepungua sana hivi kwamba kila wakati unaikabili Dunia kwa upande mmoja. Ili "kuangalia". upande wa nyuma Mwezi, ilitubidi kutuma chombo cha anga kuzunguka.
Maisha ya Newton na historia ya uvumbuzi wake imekuwa mada ya umakini wa wanasayansi na wanahistoria. Hata hivyo, kuna ukinzani mwingi katika wasifu wa Newton; Labda hii ni kutokana na ukweli kwamba Newton mwenyewe alikuwa sana mtu wa siri na hata matukio ya kutiliwa shaka na sio ya mara kwa mara yalikuwa wakati wa maisha yake wakati alifungua yake kidogo uso wa kweli, njia yako ya kufikiri, tamaa zako. Wanasayansi bado wanajaribu kuunda upya maisha yake na, muhimu zaidi, kazi yake kutoka kwa karatasi, barua, na kumbukumbu zilizobaki, lakini, kama mmoja wa watafiti wa Kiingereza wa kazi ya Newton alivyosema, "hii ni kazi ya upelelezi."Labda usiri wa Newton, kusita kwake kuruhusu watu wa nje kuingia kwake maabara ya ubunifu na kutoa msukumo kwa kuibuka kwa hadithi ya apple kuanguka. Kwa hali yoyote, kuna kumbukumbu za rafiki wa Newton, Stukeley, ambapo yeye, anayedaiwa kutoka kwa maneno ya Newton mwenyewe, anasema kwamba wazo la mwanasayansi la sheria ya mvuto wa ulimwengu lilikomaa wakati alipoona apple ikianguka kutoka kwa apple. mti hadi ardhini. Hadithi hii ina mizizi thabiti katika historia kwamba mti katika bustani ya Newton ambayo tufaha hili maarufu lilianguka ulikuwa maonyesho ya makumbusho kwa miaka mingi hadi dhoruba ilipouvunja, karibu karne moja. Kila mtu ambaye alikuwa na bahati ya kutembelea mali ya familia ya Newton huko Woolsthorpe, karibu na Cambridge, hakika alitaka kuiangalia. Wakati huo huo, rafiki mwingine wa Newton, Pemberton, alitilia shaka sana uwezekano wa tukio kama hilo. Voltaire maarufu, ambaye alipata habari kutoka kwa mpwa wa Newton, alikuwa na maoni sawa. Baadaye kidogo, Carl Gauss, bora Mwanahisabati wa Ujerumani na mwanaastronomia aliandika hivi kuhusu tufaha lenye sifa mbaya: “Sioni jinsi tukio hili linavyoweza kuharakisha au kuchelewesha ugunduzi huu.” Gauss aliamini kwamba Newton alitunga hadithi ya kimakusudi ili kumwondolea “mhoji mwenye kuudhi, mjinga na asiye na adabu.” Haijulikani alikuwa akifikiria nani - je, alikuwa Stukelei?
Pengine, hadithi ya kweli hakuna mtu anayeweza kurejesha uvumbuzi; mtu anaweza tu kujaribu kutathmini uaminifu wa ukweli fulani na tafsiri zao.
Ni nini kilikuwa na uhakika? Kwamba baada ya kuhitimu kutoka chuo kikuu na kupokea shahada yake ya kwanza, Newton aliondoka Cambridge katika kuanguka kwa 1665 hadi nyumbani kwake Woolsthorpe. Sababu? Janga la tauni ambalo lilikumba Uingereza - katika kijiji bado kuna uwezekano mdogo wa kuambukizwa. Sasa ni vigumu kuhukumu jinsi hatua hii ilikuwa muhimu hatua ya matibabu maono; kwa vyovyote vile, hakuwa mtu wa kupindukia. Ingawa Newton inaonekana alikuwa nayo afya bora- katika uzee wake alibakiza nywele nene, hakuvaa glasi na kupoteza jino moja tu - lakini ni nani anayejua jinsi historia ya fizikia ingetokea ikiwa Newton angebaki jijini.
Nini kingine kilitokea? Bila shaka pia kulikuwa na bustani nyumbani, na katika bustani hiyo kulikuwa na mti wa apple, na ilikuwa vuli, na wakati huu wa mwaka, maapulo, kama unavyojua, mara nyingi huanguka chini. Newton pia alikuwa na mazoea ya kutembea kwenye bustani na kufikiria juu ya shida zilizomsumbua wakati huo; yeye mwenyewe hakuficha hili: "Mimi huweka mada ya utafiti wangu kila wakati akilini mwangu na kungoja kwa subira hadi mtazamo wa kwanza ugeuke polepole. ndani ya mwanga kamili na angavu.” . Kweli, ikiwa tunadhania kwamba ilikuwa wakati huo kwamba mwanga wa sheria mpya ulimwangazia (na sasa tunaweza kudhani hivyo: mwaka wa 1965 barua za Newton zilichapishwa, katika moja ambayo anazungumza moja kwa moja juu ya hili), basi matarajio ya "Nuru kamili ya kung'aa" Ilichukua muda mrefu sana - miaka ishirini. Kwa sababu sheria ya uvutano wa ulimwengu wote ilichapishwa mnamo 1687 tu. Kwa kuongezea, inafurahisha kwamba uchapishaji huu haukufanywa kwa mpango wa Newton; alilazimishwa kutoa maoni yake na mwenzake katika Royal Society, Edmund Halley, mmoja wa "vizuri" wachanga na wenye vipawa zaidi - ndivyo watu ambao walikuwa. "kisasa katika sayansi" ziliitwa wakati huo. Chini ya shinikizo lake, Newton alianza kuandika “Kanuni za Hisabati za Falsafa Asili” yake maarufu. Kwanza, alimtumia Halley risala ndogo, “On Movement.”
Halley, akifahamu mara moja umuhimu kamili wa mawazo ya Newton, alimwendea ili kumshawishi kuyawasilisha kwa undani zaidi. Wakati huo huo, alijichukulia mwenyewe gharama zote za kifedha na shida za uchapishaji. Wakati huu hakulazimika kumshawishi Newton sana: labda wakati huo wa nadra ulikuwa umefika wakati mwanasayansi alihisi hitaji la kutoa maoni yake hadharani. Na ndani ya mwaka mmoja na nusu, aliandika vitabu vyote vitatu vya "Kanuni" zake, ambazo zilichapishwa kikamilifu katika msimu wa joto wa 1687. Na kisha ulimwengu wote, na sio tu washiriki wa Jumuiya ya Kifalme, wanaweza kujifunza kuwa chembe mbili zinavutiwa kwa kila mmoja kwa nguvu inayolingana moja kwa moja na bidhaa ya raia wao na kinyume chake na mraba wa umbali kati yao.
Ndivyo ilivyotokea. Katika mlolongo mzima wa matukio haya, kama unavyoona, hakuna nafasi nyingi iliyobaki kwa bahati, isipokuwa labda janga la tauni. Ikiwa sivyo kwa ajili yake, Newton hangeenda Woolsthorpe, na ni nani anayejua ikiwa huko Cambridge angekuwa na fursa ya kutazama kuanguka kwa apple, na wakati huo wakati mawazo ya mwanasayansi yanangojea tu kushinikiza kwenda mbele. njia mpya kabisa, isiyojulikana. Lakini ikiwa Newton mwenyewe angezingatia hadithi ya tufaha kama ajali ya kufurahisha ambayo ilimpeleka bila kutarajia ugunduzi bora, ikiwa angehisi hivyo kuhusu hilo, je, angengoja miaka ishirini ili kuuambia ulimwengu kuhusu ugunduzi huu?
Walakini, hakuwa na haraka ya kujulisha ulimwengu kuhusu ugunduzi wa bahati mbaya. Ni mnamo 1673 tu, miaka minane baadaye, kwa hivyo, alidokeza kwa njia isiyoeleweka sana katika barua yake kwa mwanasayansi wa Uholanzi Christiaan Huygens kwamba alijua kitu ambacho kilifanya iwezekane kuhesabu ukubwa wa mvuto wa pande zote wa Dunia na Mwezi na Jua. Lakini wazo hilo lilikuwa la kushangaza sana hivi kwamba lilibaki bila kueleweka. Labda Newton kweli alikuwa na nia ya kusema zaidi, lakini labda kwa sababu katika mawasiliano kati ya "virtuosos" alipaswa kuwa wa ajabu, au tu tuhuma au usiri ulifunga nia yake nzuri, lakini ilibaki bila kutimizwa. Ingawa miaka mingi baadaye, Newton alihakikisha kwamba ugunduzi wake ungeweza kukisiwa kwa muda mrefu kutoka kwa barua kwa Huygens.
Mnamo Juni 20, 1886, katika barua kwa Halley kuhusu kitabu cha kwanza cha Principia, Newton anadokeza - tena dokezo! - kwamba tu mwaka jana, yaani, mwaka 1865, aliweza kupata ushahidi kwamba sheria miraba inverse halali si tu katika nafasi, lakini pia katika uso wa Dunia. Ilichukua miaka ishirini kwa wazo la kwanza juu ya utambulisho wa nguvu ya mvuto inayosimamia harakati za sayari kwa nguvu ya uvutano Duniani kujumuishwa katika sheria ya kiasi. Inavyoonekana, Newton hakuona kuwa ni rahisi kuchapisha wazo tupu ambalo halijaungwa mkono na mahesabu, na mwanzoni mahesabu hayakufaulu. Hadithi nyingine iliundwa hata njiani - kwamba mahesabu hayakuungana kwa sababu Newton alitumia thamani mbaya ya radius ya Dunia, na thamani sahihi ilipatikana miaka mingi baadaye, kwa hivyo ilibidi angoje.
Kwa ujumla, tukiangalia kwa makini ni lini sheria ya uvutano wa ulimwengu inaweza kugunduliwa - mtazamo wa jumla angalau - inageuka kuwa inaweza kugunduliwa angalau mapema kama karne ya 3 KK enzi mpya, ilipopendekezwa mara ya kwanza kuwa kupungua na mtiririko wa mawimbi Duniani huathiriwa na Jua na Mwezi. Na kwa hali yoyote, sheria hii inapaswa kuonekana - ikiwa tu apple inayoanguka haitoshi - mnamo 1596, wakati Johannes Kepler alichapisha kazi "Siri ya Ulimwengu", ambapo alisema kwa ujasiri kwamba Mwezi unasonga kwa sababu ya mvuto.
Lakini hata hivyo sheria katika ukali wake usemi wa hisabati haijawahi kutokea, ingawa wanasayansi wakati huo tayari walikuwa na wazo la sheria ya inverse mraba.
Robert Hooke pia alijua juu yake wakati mnamo 1666 aliripoti kwa Jumuiya ya Kifalme juu ya majaribio yaliyothibitisha utegemezi wa uzito wa mwili kwa urefu, na mnamo 1674 alichapisha utafiti "On the Motion of the Earth," ambapo anasema moja kwa moja kwamba "sio. Jua na Mwezi pekee ndio huathiri umbo na mwendo wa Dunia, nayo huathiri mwendo wao, lakini Mercury, Venus, Mars, Jupiter na Zohali pia huathiri mwendo wa Dunia na mvuto wao...” Walakini, mwanzoni, Hooke, kama Newton, hakuthubutu, au tuseme, hakufikiria kupanua hatua ya sheria ya mraba ya kinyume kwa mifano inayozingatiwa na aliamini kuwa nguvu ya hatua huongezeka kwa uwiano wa kinyume na umbali; Mnamo 1680 tu aliamua kuanzisha mraba wa umbali, ambao aliripoti katika barua kwa Newton, lakini ilikuwa ni kuchelewa sana: Newton mwenyewe alikuwa tayari amefanya hivyo.
Kwa neno moja, apple, hata ikiwa ilianguka na hata ikiwa ilichochea dhana ya Newton, haikuchukua jukumu kama hilo. jukumu kubwa katika kuzaliwa kwa sheria mpya, kama hadithi inavyomtaja: lazima ukubali, katika miaka ishirini wazo linaweza kuchukua sura katika akili ya mwanasayansi bila msaada wake wa kuona.
Lakini hata tukidhani nafasi hiyo ilicheza jukumu maarufu katika kutokea kwa wazo, basi miaka ishirini iliyofuata ya kungoja hadi iwekwe katika fomula haitoi sababu ya kuzungumza juu ya urahisi wa ugunduzi wa bahati mbaya.