Силата на гравитацията. Какъв е законът за всемирното притегляне: формулата на голямото откритие

Въпреки факта, че гравитацията е най-слабото взаимодействие между обектите във Вселената, нейното значение във физиката и астрономията е огромно, тъй като е в състояние да повлияе на физически обекти на всяко разстояние в космоса.

Ако сте любители на астрономията, вероятно сте мислили за въпроса какво е такова понятие като гравитация или закон за всемирното притегляне. Гравитацията е универсално фундаментално взаимодействие между всички обекти във Вселената.

Откриването на закона за гравитацията се приписва на известния английски физик Исак Нютон. Вероятно много от вас знаят историята за една ябълка, паднала върху главата на известен учен. Въпреки това, ако се вгледате дълбоко в историята, можете да видите, че наличието на гравитация е мислено много преди неговата ера от философи и учени от древността, например Епикур. Въпреки това Нютон първи описва гравитационното взаимодействие между физическите тела в рамките на класическата механика. Неговата теория е развита от друг известен учен – Алберт Айнщайн, който в своята обща теория на относителността по-точно описва влиянието на гравитацията в космоса, както и нейната роля в пространствено-времевия континуум.

Законът за всемирното привличане на Нютон казва, че силата на гравитационното привличане между две точки с маса, разделени от разстояние, е обратно пропорционална на квадрата на разстоянието и право пропорционална на двете маси. Силата на гравитацията е далечна. Тоест, независимо от това как се движи тяло с маса, в класическата механика неговият гравитационен потенциал ще зависи изцяло от позицията на този обект в даден момент от времето. Колкото по-голяма е масата на един обект, толкова по-голямо е неговото гравитационно поле - толкова по-мощна е гравитационната сила, която притежава. Такива космически обекти като галактики, звезди и планети имат най-голяма сила на привличане и съответно доста силни гравитационни полета.

Гравитационни полета

Гравитационното поле на Земята

Гравитационното поле е разстоянието, в рамките на което се осъществява гравитационното взаимодействие между обектите във Вселената. Колкото по-голяма е масата на един обект, толкова по-силно е гравитационното му поле - толкова по-забележимо е въздействието му върху други физически тела в определено пространство. Гравитационното поле на даден обект е потенциално. Същността на предишното твърдение е, че ако въведем потенциалната енергия на привличане между две тела, тогава тя няма да се промени, след като последните се движат по затворен контур. От тук произтича друг известен закон за запазване на сумата от потенциална и кинетична енергия в затворена верига.

В материалния свят гравитационното поле е от голямо значение. Притежават го всички материални обекти във Вселената, които имат маса. Гравитационното поле може да влияе не само на материята, но и на енергията. Благодарение на влиянието на гравитационните полета на такива големи космически обекти като черни дупки, квазари и свръхмасивни звезди се формират слънчеви системи, галактики и други астрономически клъстери, които се характеризират с логична структура.

Последните научни данни показват, че известният ефект от разширяването на Вселената също се основава на законите на гравитационното взаимодействие. По-специално, разширяването на Вселената се улеснява от мощни гравитационни полета, както малки, така и най-големите й обекти.

Гравитационно излъчване в двойна система

Гравитационно излъчване или гравитационна вълна е термин, въведен за първи път във физиката и космологията от известния учен Алберт Айнщайн. Гравитационното излъчване в теорията на гравитацията се генерира от движението на материални обекти с променливо ускорение. По време на ускорението на обекта, гравитационната вълна сякаш се „откъсва“ от него, което води до колебания в гравитационното поле в околното пространство. Това се нарича ефект на гравитационната вълна.

Въпреки че гравитационните вълни се предсказват от общата теория на относителността на Айнщайн, както и от други теории за гравитацията, те никога не са били директно открити. Това се дължи преди всичко на изключителната им малка площ. Има обаче косвени доказателства в астрономията, които могат да потвърдят този ефект. По този начин ефектът на гравитационната вълна може да се наблюдава на примера на приближаването на двойни звезди. Наблюденията потвърждават, че скоростта на приближаване на двойните звезди до известна степен зависи от загубата на енергия на тези космически обекти, която вероятно се изразходва за гравитационно излъчване. Учените ще могат надеждно да потвърдят тази хипотеза в близко бъдеще с помощта на ново поколение телескопи Advanced LIGO и VIRGO.

В съвременната физика има две концепции за механика: класическа и квантова. Квантовата механика е получена сравнително наскоро и е фундаментално различна от класическата механика. В квантовата механика обектите (квантите) нямат определени позиции и скорости, тук всичко се основава на вероятност. Тоест един обект може да заема определено място в пространството в определен момент от времето. Невъзможно е надеждно да се определи къде ще се движи след това, но само с голяма степен на вероятност.

Интересен ефект на гравитацията е, че тя може да огъне пространствено-времевия континуум. Теорията на Айнщайн казва, че в пространството около куп енергия или всяка материална субстанция, пространство-времето е извито. Съответно траекторията на частиците, които попадат под влиянието на гравитационното поле на това вещество, се променя, което позволява да се предвиди траекторията на тяхното движение с висока степен на вероятност.

Теории за гравитацията

Днес учените познават над дузина различни теории за гравитацията. Те се делят на класически и алтернативни теории. Най-известният представител на първото е класическата теория за гравитацията на Исак Нютон, която е изобретена от известния британски физик през 1666 г. Същността му се състои в това, че масивно тяло в механиката генерира около себе си гравитационно поле, което привлича по-малки обекти към себе си. От своя страна, последните също имат гравитационно поле, както всички други материални обекти във Вселената.

Следващата популярна теория за гравитацията е изобретена от световноизвестния немски учен Алберт Айнщайн в началото на 20 век. Айнщайн успява да опише по-точно гравитацията като феномен, а също и да обясни нейното действие не само в класическата механика, но и в квантовия свят. Неговата обща теория на относителността описва способността на такава сила като гравитацията да влияе върху пространствено-времевия континуум, както и върху траекторията на елементарните частици в пространството.

Сред алтернативните теории за гравитацията, релативистката теория, която е изобретена от нашия сънародник, известният физик А.А. Логунов. За разлика от Айнщайн, Логунов твърди, че гравитацията не е геометрично, а реално, достатъчно силно физическо силово поле. Сред алтернативните теории за гравитацията са известни още скаларна, биметрична, квазилинейна и др.

1. За хората, които са били в космоса и са се върнали на Земята, в началото е доста трудно да свикнат със силата на гравитационното влияние на нашата планета. Понякога отнема няколко седмици.
2. Доказано е, че човешкото тяло в състояние на безтегловност може да загуби до 1% от масата на костния мозък на месец.
3. Сред планетите Марс има най-малка сила на привличане в Слънчевата система, а Юпитер има най-голяма.
4. Добре познатите бактерии салмонела, които са причинители на чревни заболявания, се държат по-активно в състояние на безтегловност и могат да причинят много повече вреда на човешкото тяло.
5. Сред всички известни астрономически обекти във Вселената черните дупки имат най-голямата гравитационна сила. Черна дупка с размерите на топка за голф може да има същата гравитационна сила като цялата ни планета.
6. Силата на гравитацията на Земята не е еднаква във всички кътчета на нашата планета. Например в района на залива Хъдсън в Канада той е по-нисък, отколкото в други региони на земното кълбо.

Най-важното явление, постоянно изучавано от физиците, е движението. Електромагнитни явления, закони на механиката, термодинамични и квантови процеси - всичко това е широк спектър от фрагменти от Вселената, изучавани от физиката. И всички тези процеси се свеждат по един или друг начин до едно – до.

Във връзка с

Всичко във Вселената се движи. Гравитацията е познато явление за всички хора от детството, родени сме в гравитационното поле на нашата планета, това физическо явление се възприема от нас на най-дълбокото интуитивно ниво и, изглежда, дори не изисква изучаване.

Но, уви, въпросът е защо и Как всички тела се привличат?, остава и до ден днешен неразкрит напълно, въпреки че е проучен нагоре и надолу.

В тази статия ще разгледаме какво е универсалното привличане на Нютон - класическата теория за гравитацията. Въпреки това, преди да преминем към формули и примери, нека поговорим за същността на проблема с привличането и да му дадем определение.

Може би изучаването на гравитацията беше началото на естествената философия (науката за разбиране на същността на нещата), може би естествената философия породи въпроса за същността на гравитацията, но по един или друг начин въпросът за гравитацията на телата интересува се от древна Гърция.

Движението се разбира като същността на чувствените характеристики на тялото или по-скоро тялото се движи, докато наблюдателят го вижда. Ако не можем да измерим, претеглим, почувстваме едно явление, това означава ли, че това явление не съществува? Естествено, не става. И тъй като Аристотел разбира това, започват размисли за същността на гравитацията.

Както се оказа днес, след много десетки векове, гравитацията е в основата не само на привличането на Земята и на привличането на нашата планета, но и в основата на произхода на Вселената и почти всички съществуващи елементарни частици.

Задача за движение

Нека направим мисловен експеримент. Вземете малка топка в лявата си ръка. Да вземем същия отдясно. Нека пуснем дясната топка и тя ще започне да пада надолу. Лявата остава в ръката, все още е неподвижна.

Нека мислено спрем хода на времето. Падащата дясна топка "виси" във въздуха, лявата все още остава в ръката. Дясната топка е надарена с „енергията“ на движение, лявата не. Но каква е дълбоката, значима разлика между тях?

Къде, в коя част на падащата топка пише, че трябва да се движи? Има същата маса, същия обем. Той има същите атоми и те не се различават от атомите на топката в покой. Топка има? Да, това е верният отговор, но как топката знае, че има потенциална енергия, къде е записана в нея?

Това е задачата, поставена от Аристотел, Нютон и Алберт Айнщайн. И тримата брилянтни мислители отчасти решиха този проблем за себе си, но днес има редица проблеми, които трябва да бъдат разрешени.

Нютонова гравитация

През 1666 г. най-големият английски физик и механик И. Нютон открива закон, способен количествено да изчисли силата, поради която цялата материя във Вселената се стреми една към друга. Това явление се нарича универсална гравитация. Когато ви попитат: „Формулирайте закона за всемирното притегляне“, отговорът ви трябва да звучи така:

Силата на гравитационното взаимодействие, която допринася за привличането на две тела, е правопропорционална на масите на тези телаи обратно пропорционална на разстоянието между тях.

важно!Законът за привличането на Нютон използва термина "разстояние". Този термин трябва да се разбира не като разстоянието между повърхностите на телата, а като разстоянието между техните центрове на тежестта. Например, ако две топки с радиуси r1 и r2 лежат една върху друга, тогава разстоянието между техните повърхности е нула, но има сила на привличане. Въпросът е, че разстоянието между техните центрове r1+r2 е различно от нула. В космически мащаб това уточнение не е важно, но за спътник в орбита това разстояние е равно на височината над повърхността плюс радиуса на нашата планета. Разстоянието между Земята и Луната също се измерва като разстоянието между техните центрове, а не като техните повърхности.

За закона на гравитацията формулата е следната:

,

• F е силата на привличане,
• - маси,
• r - разстояние,
• G е гравитационната константа, равна на 6,67 10−11 m³ / (kg s²).

Какво е теглото, ако току-що разгледахме силата на привличане?

Силата е векторна величина, но в закона за всемирното привличане тя традиционно се записва като скалар. Във векторно изображение законът ще изглежда така:

.

Но това не означава, че силата е обратно пропорционална на куба на разстоянието между центровете. Съотношението трябва да се разбира като единичен вектор, насочен от един център към друг:

.

Закон за гравитационното взаимодействие

Тегло и гравитация

След като разгледахме закона за гравитацията, можем да разберем, че няма нищо изненадващо в това, че ние лично чувстваме, че привличането на слънцето е много по-слабо от земното. Масивното Слънце, въпреки че има голяма маса, е много далеч от нас. също е далеч от Слънцето, но се привлича от него, тъй като има голяма маса. Как да намерим силата на привличане на две тела, а именно как да изчислим гравитационната сила на Слънцето, Земята и вас и мен - ще се занимаваме с този въпрос малко по-късно.

Доколкото знаем, силата на гравитацията е:

където m е нашата маса, а g е ускорението на свободното падане на Земята (9,81 m/s 2).

важно!Няма два, три, десет вида сили на привличане. Гравитацията е единствената сила, която определя количествено привличането. Теглото (P = mg) и гравитационната сила са едно и също.

Ако m е нашата маса, M е масата на земното кълбо, R е неговият радиус, тогава гравитационната сила, действаща върху нас, е:

Така, тъй като F = mg:

.

Масите m се съкращават, оставяйки израза за ускорението на свободното падане:

Както можете да видите, ускорението на свободното падане наистина е постоянна стойност, тъй като формулата му включва постоянни стойности - радиуса, масата на Земята и гравитационната константа. Замествайки стойностите на тези константи, ще се уверим, че ускорението на свободното падане е равно на 9,81 m / s 2.

На различни географски ширини радиусът на планетата е малко по-различен, тъй като Земята все още не е перфектна сфера. Поради това ускорението на свободното падане в различните точки на земното кълбо е различно.

Да се ​​върнем към привличането на Земята и Слънцето. Нека се опитаме да докажем с пример, че земното кълбо ни привлича по-силно от Слънцето.

За удобство нека вземем масата на човек: m = 100 kg. Тогава:

• Разстоянието между човек и земното кълбо е равно на радиуса на планетата: R = 6,4∙10 6 m.
• Масата на Земята е: M ≈ 6∙10 24 kg.
• Масата на Слънцето е: Mc ≈ 2∙10 30 kg.
• Разстояние между нашата планета и Слънцето (между Слънцето и човека): r=15∙10 10 m.

Гравитационно привличане между човека и Земята:

Този резултат е доста очевиден от по-прост израз за теглото (P = mg).

Силата на гравитационното привличане между човека и Слънцето:

Както можете да видите, нашата планета ни привлича почти 2000 пъти по-силно.

Как да намерим силата на привличане между Земята и Слънцето? По следния начин:

Сега виждаме, че Слънцето привлича нашата планета повече от милиард милиарди пъти по-силно, отколкото планетата привлича вас и мен.

първа космическа скорост

След като Исак Нютон открива закона за всемирната гравитация, той се интересува от това колко бързо трябва да се хвърли едно тяло, така че то, след като преодолее гравитационното поле, да напусне земното кълбо завинаги.

Вярно, той си го представи малко по-различно, според неговото разбиране това не беше вертикално стояща ракета, насочена към небето, а тяло, което прави хоризонтален скок от върха на планина. Това беше логична илюстрация, защото на върха на планината силата на гравитацията е малко по-малка.

Така че на върха на Еверест ускорението на гравитацията няма да бъде обичайните 9,8 m / s 2, а почти m / s 2. Поради тази причина частиците въздух са толкова разредени, че вече не са толкова прикрепени към гравитацията, колкото тези, които са "паднали" на повърхността.

Нека се опитаме да разберем какво е космическа скорост.

Първата космическа скорост v1 е скоростта, с която тялото напуска повърхността на Земята (или друга планета) и навлиза в кръгова орбита.

Нека се опитаме да разберем числената стойност на това количество за нашата планета.

Нека напишем втория закон на Нютон за тяло, което се върти около планетата по кръгова орбита:

,

където h е височината на тялото над повърхността, R е радиусът на Земята.

В орбита центробежното ускорение действа върху тялото, като по този начин:

.

Масите се намаляват, получаваме:

,

Тази скорост се нарича първа космическа скорост:

Както можете да видите, космическата скорост е абсолютно независима от масата на тялото. Така всеки обект, ускорен до скорост от 7,9 km / s, ще напусне нашата планета и ще влезе в нейната орбита.

първа космическа скорост

Втора космическа скорост

Но дори и да ускорим тялото до първата космическа скорост, няма да можем напълно да прекъснем гравитационната му връзка със Земята. За това е необходима втората космическа скорост. При достигане на тази скорост тялото напуска гравитационното поле на планетатаи всички възможни затворени орбити.

важно!По погрешка често се смята, че за да стигнат до Луната, астронавтите трябва да достигнат втората космическа скорост, тъй като първо трябва да се „изключат“ от гравитационното поле на планетата. Това не е така: двойката Земя-Луна е в гравитационното поле на Земята. Техният общ център на тежестта е вътре в земното кълбо.

За да намерим тази скорост, поставяме задачата малко по-различно. Да предположим, че едно тяло лети от безкрайността към планета. Въпрос: каква скорост ще се постигне на повърхността при кацане (без да се взема предвид атмосферата, разбира се)? Именно тази скорост и ще отнеме тялото да напусне планетата.

Законът за всемирното притегляне. Физика 9 клас

Законът за всемирното притегляне.

Заключение

Научихме, че въпреки че гравитацията е основната сила във Вселената, много от причините за това явление все още са мистерия. Научихме какво представлява универсалната гравитационна сила на Нютон, научихме как да я изчисляваме за различни тела и също така проучихме някои полезни последствия, които произтичат от такова явление като универсалния закон за гравитацията.

Дон ДеЙонг

Гравитацията (или гравитацията) ни държи здраво стъпили на земята и позволява на земята да се върти около слънцето. Благодарение на тази невидима сила дъждът пада на земята, а нивото на водата в океана се повишава и спада всеки ден. Гравитацията поддържа земята в сферична форма и също така предпазва нашата атмосфера от бягство в космоса. Изглежда, че тази сила на привличане, наблюдавана всеки ден, трябва да бъде добре проучена от учените. Но не! В много отношения гравитацията остава най-дълбоката мистерия за науката. Тази мистериозна сила е прекрасен пример за това колко ограничено е съвременното научно познание.

Какво е гравитацията?

Исак Нютон се интересува от този въпрос още през 1686 г. и стига до заключението, че гравитацията е сила на привличане, която съществува между всички обекти. Той разбра, че същата сила, която кара ябълката да падне на земята, е в нейната орбита. Всъщност силата на гравитацията на Земята кара Луната да се отклонява от правия си път с около един милиметър всяка секунда по време на нейното въртене около Земята (Фигура 1). Универсалният закон за гравитацията на Нютон е едно от най-великите научни открития на всички времена.

Гравитацията е "струната", която поддържа обектите в орбита

Снимка 1.Илюстрация на орбитата на луната, която не е начертана в мащаб. Всяка секунда Луната се движи с около 1 км. На това разстояние той се отклонява от правия път с около 1 мм - това се дължи на гравитационното привличане на Земята (пунктирана линия). Луната изглежда постоянно изостава от (или около) земята, точно както планетите около слънцето също падат.

Гравитацията е една от четирите основни природни сили (Таблица 1). Обърнете внимание, че от четирите сили тази сила е най-слабата и все пак е доминираща спрямо големите космически обекти. Както показа Нютон, притегателната гравитационна сила между всеки две маси става все по-малка и по-малка, докато разстоянието между тях става все по-голямо и по-голямо, но никога не достига напълно нула (вижте Дизайна на гравитацията).

Следователно всяка частица в цялата вселена всъщност привлича всяка друга частица. За разлика от силите на слабите и силните ядрени сили, силата на привличане е далекодействаща (табл. 1). Силите на магнитно и електрическо взаимодействие също са сили на далечни разстояния, но гравитацията е уникална с това, че е едновременно далечна и винаги привлекателна, което означава, че никога не може да се изчерпи (за разлика от електромагнетизма, при който силите могат или да привличат, или да отблъскват).

Започвайки с великия учен креационист Майкъл Фарадей през 1849 г., физиците непрекъснато са търсили скритата връзка между силата на гравитацията и силата на електромагнитната сила. В момента учените се опитват да комбинират четирите фундаментални сили в едно уравнение или така наречената „Теория на всичко“, но без успех! Гравитацията остава най-мистериозната и най-малко разбрана сила.

Гравитацията не може да бъде екранирана по никакъв начин. Какъвто и да е съставът на бариерата, тя няма ефект върху привличането между два разделени обекта. Това означава, че в лабораторни условия е невъзможно да се създаде антигравитационна камера. Силата на гравитацията не зависи от химичния състав на обектите, а зависи от тяхната маса, известна ни като тегло (силата на гравитацията върху обект е равна на теглото на този обект - колкото по-голяма е масата, толкова по-голяма е сила или тегло.) Блокове, направени от стъкло, олово, лед или дори стиропор и имащи еднаква маса, ще изпитват (и упражняват) същата гравитационна сила. Тези данни са получени по време на експерименти и учените все още не знаят как те могат да бъдат теоретично обяснени.

Дизайн в гравитацията

Силата F между две маси m 1 и m 2, разположени на разстояние r, може да се запише като формулата F = (G m 1 m 2) / r 2

Където G е гравитационната константа, измерена за първи път от Хенри Кавендиш през 1798 г.1

Това уравнение показва, че гравитацията намалява с увеличаване на разстоянието r между два обекта, но никога не достига напълно нула.

Природата на обратните квадрати на това уравнение е просто спираща дъха. В крайна сметка няма необходима причина гравитацията да действа по този начин. В една неподредена, произволна и развиваща се вселена произволни мощности като r 1.97 или r 2.3 биха изглеждали по-вероятни. Точните измервания обаче показаха точна степен до най-малко пет знака след десетичната запетая, 2,00000. Както каза един изследовател, този резултат изглежда "твърде точно".2 Можем да заключим, че силата на привличане показва точен, създаден дизайн. Всъщност, ако градусът се отклони дори леко от 2, орбитите на планетите и цялата вселена биха станали нестабилни.

Връзки и бележки

1. Технически погледнато, G = 6,672 x 10 –11 Nm 2 kg –2
2. Томпсен, Д., „Много точно за гравитацията“, научни новини 118(1):13, 1980.

И така, какво точно е гравитацията? Как тази сила може да действа в такова огромно, празно космическо пространство? И защо изобщо съществува? Науката никога не е успяла да отговори на тези основни въпроси за законите на природата. Силата на привличане не може да дойде бавно чрез мутация или естествен подбор. Тя е активна от самото начало на съществуването на Вселената. Като всеки друг физичен закон, гравитацията несъмнено е чудесно доказателство за планирано създаване.

Някои учени са се опитали да обяснят гравитацията от гледна точка на невидими частици, гравитони, които се движат между обектите. Други говореха за космически струни и гравитационни вълни. Наскоро учените с помощта на специално създадена лаборатория LIGO (англ. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) успяха да видят само ефекта на гравитационните вълни. Но природата на тези вълни, как физически обектите взаимодействат помежду си на огромни разстояния, променяйки формата си, все още остава голям въпрос за всички. Ние просто не знаем природата на произхода на силата на гравитацията и как тя поддържа стабилността на цялата вселена.

Гравитация и писание

Два пасажа от Библията могат да ни помогнат да разберем природата на гравитацията и физиката като цяло. Първият пасаж, Колосяни 1:17, обяснява, че Христос „Има преди всичко и всичко си струва за Него“. Гръцкият глагол стои (συνισταω sunistao) означава: да се придържате към, да бъдете задържани или държани заедно. Гръцката употреба на тази дума извън Библията означава съд, съдържащ вода. Думата, използвана в книгата Колосяни, е в перфектно време, което обикновено показва настоящо продължаващо състояние, което е възникнало от завършено минало действие. Един от въпросните физически механизми очевидно е силата на привличане, установена от Създателя и безпогрешно поддържана днес. Само си представете: ако силата на гравитацията престане да действа за момент, несъмнено ще настъпи хаос. Всички небесни тела, включително земята, луната и звездите, вече няма да се държат заедно. Целият този час ще бъде разделен на отделни, малки части.

Второто писание, Евреи 1:3, заявява, че Христос "държа всичко със словото на силата си."Слово запазва (φερω pherō) отново описва поддържането или запазването на всичко, включително гравитацията. Слово запазваизползвано в този стих означава много повече от просто задържане на тежест. Той включва контрол върху всички текущи движения и промени във вселената. Тази безкрайна задача се извършва чрез всемогъщото Слово на Господ, чрез което самата вселена е възникнала. Гравитацията, „мистериозната сила“, която остава слабо разбрана дори след четиристотин години изследвания, е едно от проявленията на тази удивителна божествена грижа за Вселената.

Изкривявания на времето и пространството и черни дупки

Общата теория на относителността на Айнщайн разглежда гравитацията не като сила, а като кривина на самото пространство в близост до масивен обект. Светлината, която традиционно следва прави линии, се предвижда да се огъва, докато пътува през извито пространство. Това беше демонстрирано за първи път, когато астрономът сър Артър Едингтън откри промяна във видимата позиция на звезда по време на пълно затъмнение през 1919 г., вярвайки, че светлинните лъчи са огънати от гравитацията на слънцето.

Общата теория на относителността също така прогнозира, че ако едно тяло е достатъчно плътно, неговата гравитация ще изкриви пространството толкова много, че светлината изобщо не може да премине през него. Такова тяло поглъща светлина и всичко останало, което е уловено от силната му гравитация, и се нарича Черна дупка. Такова тяло може да бъде открито само чрез гравитационните му ефекти върху други обекти, чрез силната кривина на светлината около него и чрез силното излъчване, излъчвано от материята, която пада върху него.

Цялата материя в черна дупка е компресирана в центъра, който има безкрайна плътност. „Размерът“ на дупката се определя от хоризонта на събитията, т.е. граница, която обгражда центъра на черна дупка и нищо (дори светлина) не може да избяга от нея. Радиусът на дупката се нарича радиус на Шварцшилд на името на немския астроном Карл Шварцшилд (1873–1916) и се изчислява като R S = 2GM/c 2, където c е скоростта на светлината във вакуум. Ако слънцето попадне в черна дупка, нейният радиус на Шварцшилд ще бъде само 3 км.

Има солидни доказателства, че след като ядреното гориво на масивна звезда се изчерпи, тя вече не може да устои на колапса под собствената си огромна тежест и пада в черна дупка. Смята се, че черни дупки с маса от милиарди слънца съществуват в центровете на галактиките, включително нашата галактика, Млечният път. Много учени вярват, че свръхярките и много далечни обекти, наречени квазари, използват енергията, която се освобождава, когато материята попадне в черна дупка.

Според предсказанията на общата теория на относителността, гравитацията също изкривява времето. Това също е потвърдено от много точни атомни часовници, които работят с няколко микросекунди по-бавно на морското равнище, отколкото в райони над морското равнище, където гравитацията на Земята е малко по-слаба. В близост до хоризонта на събитията това явление е по-забележимо. Ако наблюдаваме часовника на астронавт, който се приближава към хоризонта на събитията, ще видим, че часовникът върви по-бавно. Докато е в хоризонта на събитията, часовникът ще спре, но ние никога няма да можем да го видим. Обратно, астронавтът няма да забележи, че неговият часовник върви по-бавно, но ще види, че нашият часовник работи все по-бързо и по-бързо.

Основната опасност за астронавт близо до черна дупка биха били приливните сили, причинени от гравитацията, която е по-силна върху части от тялото, които са по-близо до черната дупка, отколкото върху части, които са по-далеч от нея. По силата си приливните сили в близост до черна дупка с масата на звезда са по-силни от всеки ураган и лесно разкъсват на малки парчета всичко, което им попадне. Въпреки това, докато гравитационното привличане намалява с квадрата на разстоянието (1/r 2), приливната активност намалява с куба на разстоянието (1/r 3). Следователно, противно на общоприетото схващане, гравитационната сила (включително приливната сила) е по-слаба в хоризонтите на събитията на големите черни дупки, отколкото на малките черни дупки. Така че приливните сили в хоризонта на събитията на черна дупка в наблюдаваното пространство биха били по-малко забележими от най-слабия бриз.

Разширяването на времето от гравитацията близо до хоризонта на събитията е в основата на новия космологичен модел на физика креационист д-р Ръсел Хъмфрис, който той обсъжда в книгата си „Звездна светлина и време“. Този модел може да помогне за решаването на проблема как можем да видим светлината на далечни звезди в една млада вселена. Освен това днес това е научна алтернатива на небиблейската, която се основава на философски предположения, които излизат извън рамките на науката.

Забележка

Гравитацията, „мистериозната сила“, която дори след четиристотин години изследвания остава слабо разбрана...

Исак Нютон (1642–1727)

Снимка: Wikipedia.org

Исак Нютон (1642–1727)

Исак Нютон публикува своите открития за гравитацията и движението на небесните тела през 1687 г. в известната си работа " Математически начала". Някои читатели бързо заключиха, че вселената на Нютон не оставя място за Бог, тъй като сега всичко може да се обясни с уравнения. Но Нютон изобщо не мислеше така, както каза във второто издание на това известно произведение:

„Нашата най-красива слънчева система, планети и комети могат да бъдат само резултат от плана и господството на интелигентно и силно същество.“

Исак Нютон не беше само учен. Освен на науката, той посвещава почти целия си живот на изучаване на Библията. Любимите му библейски книги бяха Данаил и Откровение, които описват Божиите планове за бъдещето. Всъщност Нютон е написал повече теологични, отколкото научни трудове.

Нютон уважаваше други учени като Галилео Галилей. Между другото, Нютон е роден в същата година, в която Галилей умира, през 1642 г. Нютон пише в писмото си: „Ако видях по-далеч от другите, това беше, защото стоях раменегиганти." Малко преди смъртта си, вероятно размишлявайки върху мистерията на гравитацията, Нютон скромно пише: „Не знам как ме възприема светът, но на себе си изглеждам като момче, което си играе на брега на морето, което се забавлява, като търси камъче, което е по-цветно от другите, или красива мида, докато огромен океан от неизследвана истина."

Нютон е погребан в Уестминстърското абатство. Латинският надпис на гроба му завършва с думите: „Нека смъртните се радват, че такова украшение на човешкия род е живяло сред тях“.

Всички небесни тела имат собствена гравитационна сила, включително планетата Земя. Благодарение на тази сила във Вселената се поддържа строг ред, небесните тела остават в своите орбити, спътниците се въртят около планетите, а планетите около своите звезди.

Гравитацията на малките небесни тела има свой собствен обратен ефект върху големите - например приливите и отливите на Земята възникват именно благодарение на спътника на Луната. Хората и предметите остават на повърхността на Земята и поради силата на нейното привличане – гравитацията. Силата на привличането е много интересна за изучаване и затова определено си струва да кажем някои неща за нея.

Гравитация и научни факти

Можете да чуете общо твърдение, което показва, че астронавтите, които са в космоса в своите станции, не изпитват никаква гравитация. Струва си да опровергаем това твърдение: те са засегнати от микрогравитацията, заедно с кораба, който се влияе от привличането на Земята и други небесни тела. В същото време ефектът на гравитацията не е двоен, тази сила не дава противодействие, осъществявайки само привличане. Струва си да се изяснят и други точки:

• Всяка планета има своя сила на привличане. Така че, например, ако вземем Юпитер, тогава тук теглото на всеки обект ще бъде 2,3 пъти повече, отколкото на Земята;
• Въпреки цялата сила на гравитацията, която задържа тежките предмети на повърхността на планетите, предотвратявайки падането им в космоса и въпреки факта, че поддържа реда на небесните тела във Вселената и тяхното движение, тя е най-слабата от четирите основни сили. Електромагнетизмът и двата вида ядрено взаимодействие се проявяват много по-силно;
• Отивайки в космоса, корабите преодоляват силата на земното притегляне. За да направят това, те трябва да поддържат скорост от поне 11,2 километра в секунда;
• Учените се опитват да създадат гравитационен лъч, който би позволил движещи се обекти без контакт, но досега не са постигнати значими практически резултати в тази посока;
• Но обикновен магнит, който виси на метален предмет, може да преодолее тази могъща сила. Не пада и затова преодолява земното притегляне.

Други интересни факти за привличането

Гравитацията е открита от Нютон и много хора знаят забавната легенда за това как една ябълка паднала на главата му. Всъщност не беше. Ученият просто наблюдава процеса на падане на ябълка и след това смята, че луната трябва да бъде привлечена по същия начин. В по-нататъшни размишления се раждат неговите удивителни открития. Самата дума "гравитация" е от латински произход и се превежда като "тежък". Заслужава да се отбележи и следното:

• Гравитацията се простира до неограничени разстояния, с отдалечаване от обекта само отслабва, но не изчезва напълно. Той ще изчезне само ако обект действа от другата страна и ефектът ще има същата сила, тогава гравитацията естествено се анулира;
• Гравитацията може да огъва времето и пространството - това е мислил Айнщайн. Когато разглеждаме неговата теория на относителността, гравитацията ще изглежда като кривина на времето и пространството;
• В квантовата механика няма място за гравитация, въпреки че и трите други сили се появяват там. На практика се оказва, че когато в уравненията се включат гравитационните сили, те стават неправилни. Този парадокс все още не е разрешен.

По този начин силата на привличане, или гравитацията, все още крие много мистерии и до днес - въпреки факта, че всеки може да я почувства в действие през цялото време. И се изследва, отваряйки нови хоризонти пред учените.