Denne artikel vil fokusere på historien bag opdagelsen af loven om universel gravitation. Her vil vi stifte bekendtskab med den biografiske information fra videnskabsmandens liv, der opdagede dette fysiske dogme, overveje dets vigtigste bestemmelser, forholdet til kvantetyngdekraften, udviklingsforløbet og meget mere.
Genius
Sir Isaac Newton er en videnskabsmand fra England. På et tidspunkt viede han megen opmærksomhed og indsats til sådanne videnskaber som fysik og matematik og bragte også en masse nye ting til mekanik og astronomi. Han betragtes med rette som en af fysikkens første grundlæggere i dens klassiske model. Han er forfatter til det grundlæggende værk "Mathematical Principles of Natural Philosophy", hvor han præsenterede information om mekanikkens tre love og loven om universel gravitation. Isaac Newton lagde grundlaget for klassisk mekanik med disse værker. Han udviklede calculus for differential- og integr altype, lysteori. Han ydede også store bidrag til fysisk optik.og udviklede mange andre teorier inden for fysik og matematik.
Law
Loven om universel gravitation og historien om dens opdagelse går tilbage til 1666. Dens klassiske form er en lov, der beskriver vekselvirkningen mellem gravitationstypen, som ikke går ud over mekanikkens rammer.
Dens essens var, at indikatoren for kraften F af tyngdekraften, der opstår mellem 2 legemer eller punkter af stof m1 og m2, adskilt fra hinanden med en vis afstand r, er proportional med begge masseindikatorer og har en omvendt proportionalitet til kvadratafstande mellem legemer:
F=G, hvor G angiver gravitationskonstanten lig med 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Newtons tyngdekraft
Før vi overvejer historien om opdagelsen af loven om universel gravitation, lad os se nærmere på dens generelle karakteristika.
I teorien skabt af Newton skal alle legemer med en stor masse generere et særligt felt omkring sig, som tiltrækker andre objekter til sig selv. Det kaldes et gravitationsfelt, og det har potentiale.
Et legeme med sfærisk symmetri danner et felt uden for sig selv, svarende til det, der skabes af et materielt punkt med samme masse placeret i midten af kroppen.
Retningen af et sådant punkts bane i gravitationsfeltet, skabt af et legeme med en meget større masse, adlyder Keplers lov. Universets objekter, som f.eks.planet eller komet, også adlyde ham, bevæger sig i en ellipse eller hyperbel. Der tages højde for den forvrængning, som andre massive kroppe skaber, ved hjælp af bestemmelserne i perturbationsteorien.
Analysernøjagtighed
Efter at Newton havde opdaget loven om universel gravitation, skulle den testes og bevises mange gange. Til dette blev der foretaget en række beregninger og observationer. Efter at være blevet enige med dens bestemmelser og gået ud fra nøjagtigheden af dens indikator, tjener den eksperimentelle form for estimering som en klar bekræftelse af GR. Måling af quadrupol-interaktioner af et legeme, der roterer, men dets antenner forbliver stationære, viser os, at processen med at øge δ afhænger af potentialet r -(1+δ), i en afstand af flere meter og er placeret i grænsen (2, 1±6, 2)•10-3. En række andre praktiske bekræftelser gjorde det muligt at etablere denne lov og antage en enkelt form uden ændringer. I 2007 blev dette dogme kontrolleret igen i en afstand mindre end en centimeter (55 mikron-9,59 mm). Under hensyntagen til de eksperimentelle fejl undersøgte forskerne afstandsområdet og fandt ingen åbenlyse afvigelser i denne lov.
Observation af Månens bane i forhold til Jorden bekræftede også dens gyldighed.
Euklidisk rum
Newtons klassiske tyngdekraftsteori er knyttet til det euklidiske rum. Den faktiske lighed med en tilstrækkelig høj nøjagtighed (10-9) af afstandsmålene i nævneren for ligheden diskuteret ovenfor viser os det euklidiske grundlag for Newtons mekaniks rum, med en tre -dimensionel fysisk form. PÅtil et sådant punkt af stof er arealet af en sfærisk overflade nøjagtigt proportional med værdien af kvadratet af dens radius.
Data fra historik
Lad os overveje et kort resumé af historien bag opdagelsen af loven om universel gravitation.
Idéer blev fremsat af andre videnskabsmænd, der levede før Newton. Epicurus, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens og andre besøgte refleksioner over det. Kepler foreslog, at gravitationskraften er omvendt proportional med afstanden fra Solens stjerne og kun har fordeling i de ekliptiske planer; ifølge Descartes var det en konsekvens af hvirvlernes aktivitet i æterens tykkelse. Der var en række gæt, der indeholdt en afspejling af de korrekte gæt om afhængigheden af afstand.
Et brev fra Newton til Halley indeholdt oplysninger om, at forgængerne til Sir Isaac selv var Hooke, Wren og Buyo Ismael. Men ingen før ham formåede tydeligt ved hjælp af matematiske metoder at forbinde tyngdeloven og planetbevægelsen.
Historien om opdagelsen af loven om universel gravitation er tæt forbundet med værket "Mathematical Principles of Natural Philosophy" (1687). I dette værk var Newton i stand til at udlede den pågældende lov takket være Keplers empiriske lov, som allerede var kendt på det tidspunkt. Han viser os at:
- formen for bevægelse af enhver synlig planet indikerer tilstedeværelsen af en central kraft;
- Trækningskraften af den centrale type danner elliptiske eller hyperbolske baner.
Om Newtons teori
En gennemgang af den korte historie om opdagelsen af loven om universel gravitation kan også pege os på en række forskelle, der adskiller den fra tidligere hypoteser. Newton var ikke kun involveret i offentliggørelsen af den foreslåede formel for det undersøgte fænomen, men foreslog også en model af matematisk type i en holistisk form:
- bestemmelse om tyngdeloven;
- lov om lov om bevægelse;
- systematik af metoder til matematisk forskning.
Denne triade var i stand til ret præcist at undersøge selv de mest komplekse bevægelser af himmellegemer og dermed skabe grundlaget for himmelmekanik. Indtil begyndelsen af Einsteins aktivitet i denne model var tilstedeværelsen af et grundlæggende sæt korrektioner ikke påkrævet. Kun det matematiske apparat skulle forbedres væsentligt.
Genstand til diskussion
Opdaget og bevist lov gennem det attende århundrede blev et velkendt emne for aktive stridigheder og omhyggelige kontroller. Men århundredet sluttede med en generel overensstemmelse med hans postulater og udtalelser. Ved hjælp af lovens beregninger var det muligt nøjagtigt at bestemme stierne for bevægelser af kroppe i himlen. En direkte check blev foretaget af Henry Cavendish i 1798. Han gjorde dette ved at bruge en torsionslignende balance med stor følsomhed. I historien om opdagelsen af den universelle gravitationslov er det nødvendigt at tildele en særlig plads til fortolkningerne introduceret af Poisson. Han udviklede begrebet gravitationspotentialet og Poisson-ligningen, hvormed det var muligt at beregne dettepotentiel. Denne type model gjorde det muligt at studere gravitationsfeltet i nærværelse af en vilkårlig fordeling af stof.
Der var mange vanskeligheder i Newtons teori. Den vigtigste kunne betragtes som uforklarligheden af langdistancehandling. Det var umuligt at svare præcist på spørgsmålet om, hvordan tiltrækningskræfterne sendes gennem vakuumrummet med en uendelig hastighed.
"Udvikling" af loven
De næste to hundrede år, og endnu mere, blev der gjort forsøg af mange fysikere på at foreslå forskellige måder at forbedre Newtons teori på. Disse bestræbelser endte med en triumf i 1915, nemlig skabelsen af den generelle relativitetsteori, som blev skabt af Einstein. Han var i stand til at overvinde hele sættet af vanskeligheder. I overensstemmelse med korrespondanceprincippet viste Newtons teori sig at være en tilnærmelse til begyndelsen af arbejdet med en teori i en mere generel form, som kan anvendes under visse betingelser:
- Tyngekraftens potentiale kan ikke være for stort i de systemer, der undersøges. Solsystemet er et eksempel på overholdelse af alle regler for bevægelse af himmellegemer. Det relativistiske fænomen befinder sig i en mærkbar manifestation af perihelion-skift.
- Bevægelseshastigheden i denne gruppe af systemer er ubetydelig sammenlignet med lysets hastighed.
Bevis for, at GR-beregninger i et svagt stationært gravitationsfelt tager form af Newtonske, er tilstedeværelsen af et skalært gravitationspotentiale i et stationært felt medsvagt udtrykte karakteristika af kræfter, som er i stand til at opfylde betingelserne for Poisson-ligningen.
Quanta Scale
Men i historien kunne hverken den videnskabelige opdagelse af loven om universel gravitation eller den generelle relativitetsteori tjene som den endelige gravitationsteori, da begge ikke i tilstrækkelig grad beskriver processerne af gravitationstypen på kvante vægt. Et forsøg på at skabe en kvantegravitationsteori er en af den moderne fysiks vigtigste opgaver.
Fra kvantetyngdekraftens synspunkt skabes interaktionen mellem objekter ved udveksling af virtuelle gravitoner. I overensstemmelse med usikkerhedsprincippet er virtuelle gravitoners energipotentiale omvendt proportional med det tidsinterval, hvori det eksisterede, fra punktet for emission fra et objekt til det tidspunkt, hvor det blev absorberet af et andet punkt.
I lyset af dette viser det sig, at på en lille skala af afstande indebærer vekselvirkningen mellem kroppe udveksling af virtuelle gravitoner. Takket være disse overvejelser er det muligt at afslutte bestemmelsen om loven om Newtons potentiale og dens afhængighed i overensstemmelse med den gensidige proportionalitet med hensyn til afstand. Analogien mellem lovene i Coulomb og Newton forklares ved, at gravitons vægt er lig nul. Vægten af fotoner har samme betydning.
Bedrag
I skolens læseplan, svaret på et spørgsmål fra historien, hvordanNewton opdagede loven om universel gravitation, er historien om en faldende æblefrugt. Ifølge denne legende faldt den på hovedet af en videnskabsmand. Dette er dog en udbredt misforståelse, og faktisk kunne alt undvære et lignende tilfælde af en mulig hovedskade. Newton selv bekræftede nogle gange denne myte, men i virkeligheden var loven ikke en spontan opdagelse og kom ikke i et udbrud af øjeblikkelig indsigt. Som det blev skrevet ovenfor, blev det udviklet i lang tid og blev præsenteret for første gang i værkerne om "Matematikkens principper", som blev vist offentligt i 1687.
