Ang artikulong ito ay tumutuon sa kasaysayan ng pagtuklas ng batas ng unibersal na grabitasyon. Dito ay makikilala natin ang biographical na impormasyon mula sa buhay ng siyentipiko na nakatuklas ng pisikal na dogma na ito, isaalang-alang ang mga pangunahing probisyon nito, ang kaugnayan sa quantum gravity, ang kurso ng pag-unlad, at marami pang iba.
Genius
Si Sir Isaac Newton ay isang scientist mula sa England. Sa isang pagkakataon, inilaan niya ang maraming atensyon at pagsisikap sa mga agham tulad ng pisika at matematika, at nagdala din ng maraming bagong bagay sa mekanika at astronomiya. Siya ay nararapat na itinuturing na isa sa mga unang tagapagtatag ng pisika sa klasikal na modelo nito. Siya ang may-akda ng pangunahing gawain na "Mathematical Principles of Natural Philosophy", kung saan ipinakita niya ang impormasyon tungkol sa tatlong batas ng mekanika at ang batas ng unibersal na grabitasyon. Inilatag ni Isaac Newton ang mga pundasyon ng klasikal na mekanika sa mga gawaing ito. Binuo niya ang calculus ng differential at integral type, light theory. Gumawa rin siya ng malalaking kontribusyon sa pisikal na optika.at bumuo ng maraming iba pang teorya sa pisika at matematika.
Batas
Ang batas ng unibersal na grabitasyon at ang kasaysayan ng pagtuklas nito ay nagsimula noong 1666. Ang klasikal na anyo nito ay isang batas na naglalarawan sa pakikipag-ugnayan ng uri ng gravitational, na hindi lalampas sa balangkas ng mekanika.
Ang kakanyahan nito ay ang tagapagpahiwatig ng puwersa F ng gravitational pull na nagmumula sa pagitan ng 2 katawan o mga punto ng matter m1 at m2, na pinaghihiwalay sa isa't isa ng isang tiyak na distansya r, ay proporsyonal sa parehong mga tagapagpahiwatig ng masa at may isang baligtad na proporsyonalidad sa mga parisukat na distansya sa pagitan ng mga katawan:
F=G, kung saan ang G ay tumutukoy sa gravitational constant na katumbas ng 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
gravity ni Newton
Bago isaalang-alang ang kasaysayan ng pagtuklas ng batas ng unibersal na grabitasyon, tingnan natin ang mga pangkalahatang katangian nito.
Sa teoryang nilikha ni Newton, ang lahat ng mga katawan na may malaking masa ay dapat bumuo ng isang espesyal na larangan sa kanilang paligid, na umaakit ng iba pang mga bagay sa sarili nito. Tinatawag itong gravitational field, at may potensyal ito.
Ang katawan na may spherical symmetry ay bumubuo ng field sa labas mismo, katulad ng nilikha ng isang materyal na punto ng parehong masa na matatagpuan sa gitna ng katawan.
Ang direksyon ng trajectory ng naturang punto sa gravitational field, na nilikha ng isang katawan na may mas malaking masa, ay sumusunod sa batas ni Kepler. Mga bagay ng uniberso, tulad ng, halimbawa,planeta o kometa, sumunod din sa kanya, gumagalaw sa isang ellipse o hyperbola. Ang pagsasaalang-alang sa pagbaluktot na nilikha ng iba pang malalaking katawan ay isinasaalang-alang gamit ang mga probisyon ng teorya ng perturbation.
Pagsusuri sa katumpakan
Pagkatapos matuklasan ni Newton ang batas ng unibersal na grabitasyon, kailangan itong subukan at patunayan nang maraming beses. Para dito, maraming mga kalkulasyon at obserbasyon ang ginawa. Ang pagkakaroon ng kasunduan sa mga probisyon nito at nagpapatuloy mula sa katumpakan ng tagapagpahiwatig nito, ang pang-eksperimentong anyo ng pagtatantya ay nagsisilbing isang malinaw na kumpirmasyon ng GR. Ang pagsukat ng quadrupole interaction ng isang katawan na umiikot, ngunit ang mga antenna nito ay nananatiling nakatigil, ay nagpapakita sa amin na ang proseso ng pagtaas ng δ ay nakasalalay sa potensyal na r -(1+δ), sa layo na ilang metro at matatagpuan sa limitasyon (2, 1±6, 2)•10-3. Ang ilang iba pang praktikal na kumpirmasyon ay nagpapahintulot sa batas na ito na maitatag at magkaroon ng isang solong anyo, nang walang anumang mga pagbabago. Noong 2007, muling sinuri ang dogma na ito sa layo na wala pang isang sentimetro (55 microns-9.59 mm). Isinasaalang-alang ang mga pang-eksperimentong pagkakamali, sinuri ng mga siyentipiko ang hanay ng distansya at walang nakitang halatang paglihis sa batas na ito.
Ang pag-obserba sa orbit ng Buwan kaugnay ng Earth ay nakumpirma rin ang bisa nito.
Euclidean space
Ang klasikal na teorya ng gravity ni Newton ay naka-link sa Euclidean space. Ang aktwal na pagkakapantay-pantay na may sapat na mataas na katumpakan (10-9) ng mga sukat ng distansya sa denominator ng pagkakapantay-pantay na tinalakay sa itaas ay nagpapakita sa atin ng Euclidean na batayan ng espasyo ng Newtonian mechanics, na may tatlong -dimensional na pisikal na anyo. ATsa ganoong punto ng bagay, ang lugar ng isang spherical surface ay eksaktong proporsyonal sa halaga ng square ng radius nito.
Data mula sa kasaysayan
Ating isaalang-alang ang isang maikling buod ng kasaysayan ng pagtuklas ng batas ng unibersal na grabitasyon.
Ang mga ideya ay iniharap ng ibang mga siyentipiko na nabuhay bago si Newton. Sina Epicurus, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens at iba pa ay bumisita sa mga pagmumuni-muni tungkol dito. Iminungkahi ni Kepler na ang puwersa ng gravitational ay inversely proportional sa distansya mula sa bituin ng Araw at may distribusyon lamang sa mga ecliptic na eroplano; ayon kay Descartes, ito ay bunga ng aktibidad ng mga vortices sa kapal ng eter. Nagkaroon ng serye ng mga hula na naglalaman ng repleksyon ng mga tamang hula tungkol sa pagdepende sa distansya.
Ang isang liham mula kay Newton kay Halley ay naglalaman ng impormasyon na ang mga nauna kay Sir Isaac mismo ay sina Hooke, Wren at Buyo Ismael. Gayunpaman, walang sinumang nauna sa kanya ang malinaw na nakakonekta, gamit ang mga pamamaraan ng matematika, ang batas ng grabidad at paggalaw ng planeta.
Ang kasaysayan ng pagtuklas ng batas ng unibersal na grabitasyon ay malapit na konektado sa akdang "Mathematical Principles of Natural Philosophy" (1687). Sa gawaing ito, nakuha ni Newton ang batas na pinag-uusapan salamat sa empirical na batas ni Kepler, na kilala na noong panahong iyon. Ipinakita niya sa atin na:
- ang anyo ng paggalaw ng anumang nakikitang planeta ay nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng isang sentral na puwersa;
- Ang puwersa ng pang-akit ng gitnang uri ay bumubuo ng mga elliptical o hyperbolic orbit.
Tungkol sa teorya ni Newton
Ang pagrepaso sa maikling kasaysayan ng pagtuklas ng batas ng unibersal na grabitasyon ay maaari ding ituro sa atin ang ilang pagkakaiba na nagbubukod dito sa mga nakaraang hypotheses. Si Newton ay nakikibahagi hindi lamang sa paglalathala ng iminungkahing pormula ng hindi pangkaraniwang bagay na isinasaalang-alang, ngunit nagmungkahi din ng isang modelo ng isang uri ng matematika sa isang holistic na anyo:
- probisyon sa batas ng grabidad;
- batas sa batas ng paggalaw;
- systematics ng mga pamamaraan ng mathematical research.
Nagawa ng triad na ito ang tumpak na pagsisiyasat kahit na ang pinakamasalimuot na paggalaw ng mga celestial na bagay, sa gayon ay lumilikha ng batayan para sa celestial mechanics. Hanggang sa simula ng aktibidad ni Einstein sa modelong ito, hindi kinakailangan ang pagkakaroon ng isang pangunahing hanay ng mga pagwawasto. Ang mathematical apparatus lang ang kailangang pagbutihin nang husto.
Bagay para sa talakayan
Ang natuklasan at napatunayang batas sa buong ikalabing walong siglo ay naging isang kilalang paksa ng mga aktibong pagtatalo at masusing pagsusuri. Gayunpaman, natapos ang siglo sa isang pangkalahatang kasunduan sa kanyang mga postulates at mga pahayag. Gamit ang mga kalkulasyon ng batas, posible na tumpak na matukoy ang mga landas ng paggalaw ng mga katawan sa langit. Isang direktang pagsusuri ang ginawa ni Henry Cavendish noong 1798. Ginawa niya ito gamit ang isang torsion-type na balanse na may mahusay na sensitivity. Sa kasaysayan ng pagtuklas ng unibersal na batas ng grabitasyon, kinakailangan na maglaan ng isang espesyal na lugar sa mga interpretasyong ipinakilala ni Poisson. Binuo niya ang konsepto ng potensyal ng gravitational at ang equation ng Poisson, kung saan posible itong kalkulahinpotensyal. Ang ganitong uri ng modelo ay naging posible na pag-aralan ang gravitational field sa pagkakaroon ng arbitrary na pamamahagi ng bagay.
Maraming kahirapan sa teorya ni Newton. Ang pangunahing isa ay maaaring ituring na hindi maipaliwanag ng pangmatagalang aksyon. Imposibleng tumpak na masagot ang tanong kung paano ipinapadala ang mga puwersa ng pang-akit sa vacuum space sa walang katapusang bilis.
"Ebolusyon" ng batas
Sa susunod na dalawang daang taon, at higit pa, ang mga pagtatangka ay ginawa ng maraming physicist na magmungkahi ng iba't ibang paraan upang mapabuti ang teorya ni Newton. Ang mga pagsisikap na ito ay natapos sa isang tagumpay noong 1915, lalo na ang paglikha ng General Theory of Relativity, na nilikha ni Einstein. Nakaya niyang malampasan ang buong hanay ng mga paghihirap. Alinsunod sa prinsipyo ng pagsusulatan, ang teorya ni Newton ay naging isang approximation sa simula ng trabaho sa isang teorya sa isang mas pangkalahatang anyo, na maaaring ilapat sa ilalim ng ilang mga kundisyon:
- Ang potensyal ng gravitational nature ay hindi maaaring masyadong malaki sa mga sistemang pinag-aaralan. Ang solar system ay isang halimbawa ng pagsunod sa lahat ng mga patakaran para sa paggalaw ng mga celestial body. Ang relativistic phenomenon ay makikita ang sarili sa isang kapansin-pansing pagpapakita ng perihelion shift.
- Ang bilis ng paggalaw sa pangkat ng mga system na ito ay bale-wala kumpara sa bilis ng liwanag.
Patunay na sa isang mahinang nakatigil na gravitational field, ang mga kalkulasyon ng GR ay nasa anyo ng mga Newtonian ay ang pagkakaroon ng isang potensyal na scalar ng grabitasyon sa isang nakatigil na field na maymahinang ipinahayag na mga katangian ng mga puwersa, na nakakatugon sa mga kundisyon ng Poisson equation.
Quanta Scale
Gayunpaman, sa kasaysayan, alinman sa siyentipikong pagtuklas ng batas ng unibersal na grabitasyon, o ang Pangkalahatang Teorya ng Relativity ay hindi maaaring magsilbi bilang panghuling teorya ng gravitational, dahil pareho silang hindi sapat na naglalarawan sa mga proseso ng uri ng gravitational sa quantum sukat. Ang pagtatangkang lumikha ng quantum gravitational theory ay isa sa pinakamahalagang gawain ng modernong pisika.
Mula sa punto ng view ng quantum gravity, ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng mga bagay ay nilikha sa pamamagitan ng pagpapalitan ng mga virtual graviton. Alinsunod sa prinsipyo ng kawalan ng katiyakan, ang potensyal ng enerhiya ng mga virtual na graviton ay inversely proportional sa agwat ng oras kung saan ito umiral, mula sa punto ng paglabas ng isang bagay hanggang sa punto ng oras kung saan ito na-absorb ng isa pang punto.
Dahil dito, lumalabas na sa maliit na sukat ng mga distansya, ang pakikipag-ugnayan ng mga katawan ay nangangailangan ng pagpapalitan ng mga virtual na uri ng graviton. Salamat sa mga pagsasaalang-alang na ito, posibleng tapusin ang probisyon sa batas ng potensyal ni Newton at ang pagtitiwala nito alinsunod sa kapalit ng proporsyonalidad na may kinalaman sa distansya. Ang pagkakatulad sa pagitan ng mga batas ng Coulomb at Newton ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang bigat ng mga graviton ay katumbas ng zero. Ang bigat ng mga photon ay may parehong kahulugan.
Pandaraya
Sa kurikulum ng paaralan, ang sagot sa tanong mula sa kasaysayan, paanoNatuklasan ni Newton ang batas ng unibersal na grabitasyon, ay ang kuwento ng isang bumabagsak na prutas ng mansanas. Ayon sa alamat na ito, nahulog ito sa ulo ng isang siyentipiko. Gayunpaman, ito ay isang malawak na maling kuru-kuro, at sa katunayan, ang lahat ay nagawa nang walang katulad na kaso ng isang posibleng pinsala sa ulo. Si Newton mismo kung minsan ay kinumpirma ang alamat na ito, ngunit sa katotohanan ang batas ay hindi isang kusang pagtuklas at hindi dumating sa isang pagsabog ng panandaliang pananaw. Tulad ng isinulat sa itaas, ito ay binuo sa mahabang panahon at ipinakita sa unang pagkakataon sa mga gawa sa "Principles of Mathematics", na lumabas sa pampublikong display noong 1687.
