Sila gravitacije. Šta je zakon univerzalne gravitacije: formula velikog otkrića

Uprkos činjenici da je gravitacija najslabija interakcija između objekata u svemiru, njena važnost u fizici i astronomiji je ogromna, jer je u stanju da utiče na fizičke objekte na bilo kojoj udaljenosti u svemiru.

Ako volite astronomiju, vjerojatno ste razmišljali o pitanju što je to koncept gravitacije ili zakon univerzalne gravitacije. Gravitacija je univerzalna fundamentalna interakcija između svih objekata u svemiru.

Otkriće zakona gravitacije pripisuje se poznatom engleskom fizičaru Isaaku Njutnu. Vjerovatno mnogi od vas znaju priču o jabuci koja je pala na glavu poznatog naučnika. Ipak, ako pogledate duboko u istoriju, možete vidjeti da su o prisutnosti gravitacije razmišljali mnogo prije njegove ere filozofi i naučnici antike, na primjer, Epikur. Ipak, Newton je prvi opisao gravitacionu interakciju između fizičkih tijela u okviru klasične mehanike. Njegovu teoriju razvio je drugi poznati naučnik - Albert Ajnštajn, koji je u svojoj opštoj teoriji relativnosti preciznije opisao uticaj gravitacije u svemiru, kao i njenu ulogu u prostorno-vremenskom kontinuumu.

Njutnov zakon univerzalne gravitacije kaže da je sila gravitacionog privlačenja između dve tačke mase koje su razdvojene rastojanjem obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti i direktno proporcionalna obema masama. Sila gravitacije je dalekosežna. To jest, bez obzira na to kako se tijelo s masom kreće, u klasičnoj mehanici njegov gravitacijski potencijal ovisit će isključivo o položaju ovog objekta u datom trenutku. Što je veća masa objekta, veće je njegovo gravitaciono polje – to je moćnija gravitaciona sila. Takvi kozmički objekti kao što su galaksije, zvijezde i planete imaju najveću silu privlačenja i, shodno tome, prilično jaka gravitacijska polja.

Polja gravitacije

Zemljino gravitaciono polje

Gravitaciono polje je udaljenost unutar koje se vrši gravitaciona interakcija između objekata u svemiru. Što je masa objekta veća, to je njegovo gravitaciono polje jače – to je uočljiviji njegov uticaj na druga fizička tela unutar određenog prostora. Gravitaciono polje objekta je potencijalno. Suština prethodne tvrdnje je da ako uvedemo potencijalnu energiju privlačenja između dva tijela, ona se neće promijeniti nakon što se potonja kreću duž zatvorene konture. Odavde proizlazi još jedan poznati zakon održanja zbira potencijalne i kinetičke energije u zatvorenom kolu.

U materijalnom svetu gravitaciono polje je od velike važnosti. Posjeduju ga svi materijalni objekti u Univerzumu koji imaju masu. Gravitaciono polje može uticati ne samo na materiju, već i na energiju. Zbog utjecaja gravitacijskih polja tako velikih svemirskih objekata kao što su crne rupe, kvazari i supermasivne zvijezde nastaju solarni sistemi, galaksije i druga astronomska jata, koja se odlikuju logičnom strukturom.

Najnoviji naučni podaci pokazuju da je čuveni efekat širenja Univerzuma takođe zasnovan na zakonima gravitacione interakcije. Konkretno, širenje Univerzuma je olakšano snažnim gravitacionim poljima, kako malih tako i njegovih najvećih objekata.

Gravitaciono zračenje u binarnom sistemu

Gravitaciono zračenje ili gravitacioni talas je termin koji je u fiziku i kosmologiju prvi uveo poznati naučnik Albert Ajnštajn. Gravitacijsko zračenje u teoriji gravitacije nastaje kretanjem materijalnih objekata s promjenjivim ubrzanjem. Tokom ubrzanja objekta, gravitacijski val se, takoreći, "odvaja" od njega, što dovodi do fluktuacija gravitacionog polja u okolnom prostoru. Ovo se zove efekat gravitacionog talasa.

Iako su gravitacioni talasi predviđeni Ajnštajnovom opštom teorijom relativnosti, kao i drugim teorijama gravitacije, oni nikada nisu direktno otkriveni. To je prvenstveno zbog njihove ekstremne male veličine. Međutim, postoje posredni dokazi u astronomiji koji mogu potvrditi ovaj efekat. Dakle, efekat gravitacionog talasa se može posmatrati na primeru približavanja binarnih zvezda. Zapažanja potvrđuju da brzina približavanja binarnih zvijezda u određenoj mjeri ovisi o gubitku energije ovih svemirskih objekata, koja se vjerovatno troši na gravitacijsko zračenje. Ovu hipotezu naučnici će moći pouzdano potvrditi u bliskoj budućnosti uz pomoć nove generacije naprednih teleskopa LIGO i VIRGO.

U modernoj fizici postoje dva koncepta mehanike: klasična i kvantna. Kvantna mehanika je izvedena relativno nedavno i suštinski se razlikuje od klasične mehanike. U kvantnoj mehanici, objekti (kvantovi) nemaju određene pozicije i brzine, ovdje je sve zasnovano na vjerovatnoći. Odnosno, objekat može zauzeti određeno mjesto u prostoru u određenom trenutku. Nemoguće je pouzdano odrediti gdje će se dalje kretati, ali samo s velikim stepenom vjerovatnoće.

Zanimljiv efekat gravitacije je da može savijati prostorno-vremenski kontinuum. Ajnštajnova teorija kaže da je u prostoru oko gomile energije ili bilo koje materijalne supstance prostor-vreme zakrivljeno. Shodno tome, putanja čestica koje padaju pod uticaj gravitacionog polja ove supstance se menja, što omogućava da se sa visokim stepenom verovatnoće predvidi putanja njihovog kretanja.

Teorije gravitacije

Danas naučnici znaju preko desetak različitih teorija gravitacije. Dijele se na klasične i alternativne teorije. Najpoznatiji predstavnik prvog je klasična teorija gravitacije Isaaca Newtona, koju je izmislio poznati britanski fizičar davne 1666. godine. Njegova suština leži u činjenici da masivno tijelo u mehanici stvara oko sebe gravitacijsko polje koje privlači manje objekte k sebi. Zauzvrat, potonji također imaju gravitacijsko polje, kao i svi drugi materijalni objekti u svemiru.

Sljedeću popularnu teoriju gravitacije izmislio je svjetski poznati njemački naučnik Albert Ajnštajn početkom 20. veka. Ajnštajn je uspeo da preciznije opiše gravitaciju kao fenomen, ali i da objasni njeno delovanje ne samo u klasičnoj mehanici, već i u kvantnom svetu. Njegova opšta teorija relativnosti opisuje sposobnost takve sile kao što je gravitacija da utiče na prostorno-vremenski kontinuum, kao i na putanju elementarnih čestica u prostoru.

Među alternativnim teorijama gravitacije, relativistička teorija, koju je izmislio naš sunarodnik, poznati fizičar A.A. Logunov. Za razliku od Ajnštajna, Logunov je tvrdio da gravitacija nije geometrijsko, već stvarno, prilično jako polje fizičke sile. Među alternativnim teorijama gravitacije poznate su i skalarne, bimetrijske, kvazilinearne i druge.

1. Ljudima koji su bili u svemiru i vratili se na Zemlju, u početku je prilično teško naviknuti se na snagu gravitacionog utjecaja naše planete. Ponekad je potrebno nekoliko sedmica.
2. Dokazano je da ljudski organizam u bestežinskom stanju može izgubiti i do 1% mase koštane srži mjesečno.
3. Među planetama, Mars ima najmanju silu privlačenja u Sunčevom sistemu, a Jupiter najveću.
4. Poznate bakterije salmonele, koje su uzročnici crijevnih bolesti, aktivnije se ponašaju u bestežinskom stanju i mogu nanijeti mnogo više štete ljudskom organizmu.
5. Među svim poznatim astronomskim objektima u svemiru, crne rupe imaju najveću gravitacionu silu. Crna rupa veličine loptice za golf mogla bi imati istu gravitacijsku silu kao i cijela naša planeta.
6. Sila gravitacije na Zemlji nije ista u svim krajevima naše planete. Na primjer, u regiji Hudson Bay u Kanadi, niža je nego u drugim regijama svijeta.

Najvažniji fenomen koji fizičari stalno proučavaju je kretanje. Elektromagnetne pojave, zakoni mehanike, termodinamički i kvantni procesi - sve je to širok raspon fragmenata svemira koje proučava fizika. I svi se ti procesi svode, na ovaj ili onaj način, na jedno – na.

U kontaktu sa

Sve se u svemiru kreće. Gravitacija je poznata pojava za sve ljude od djetinjstva, rođeni smo u gravitacijskom polju naše planete, ovaj fizički fenomen percipiramo na najdubljem intuitivnom nivou i, čini se, ne zahtijeva čak ni proučavanje.

Ali, nažalost, postavlja se pitanje zašto i Kako sva tijela privlače jedno drugo?, do danas nije u potpunosti otkriven, iako je proučavan gore-dole.

U ovom članku ćemo razmotriti šta je Newtonova univerzalna privlačnost - klasična teorija gravitacije. Međutim, prije nego što pređemo na formule i primjere, hajde da razgovaramo o suštini problema privlačnosti i damo mu definiciju.

Možda je proučavanje gravitacije bilo početak prirodne filozofije (nauke o razumijevanju suštine stvari), možda je prirodna filozofija dovela do pitanja o suštini gravitacije, ali, na ovaj ili onaj način, pitanje gravitacije tijela zainteresovan za antičku Grčku.

Pokret je shvaćen kao suština senzualnih karakteristika tijela, odnosno tijelo se kretalo dok ga posmatrač vidi. Ako ne možemo izmjeriti, izvagati, osjetiti fenomen, znači li to da taj fenomen ne postoji? Naravno, nije. A pošto je Aristotel ovo shvatio, počela su razmišljanja o suštini gravitacije.

Kako se danas pokazalo, nakon mnogo desetina vekova, gravitacija je osnova ne samo Zemljine privlačnosti i privlačenja naše planete, već i osnova nastanka Univerzuma i gotovo svih postojećih elementarnih čestica.

Zadatak kretanja

Uradimo misaoni eksperiment. Uzmite malu loptu u lijevu ruku. Uzmimo isti sa desne strane. Pustimo desnu loptu i ona će početi da pada. Lijeva ostaje u ruci, i dalje je nepomična.

Zaustavimo mentalno protok vremena. Desna lopta koja pada "visi" u vazduhu, leva i dalje ostaje u ruci. Desna lopta je obdarena "energijom" kretanja, lijeva nije. Ali koja je duboka, značajna razlika između njih?

Gdje, u kom dijelu lopte koja pada piše da se mora kretati? Ima istu masu, isti volumen. Ima iste atome i ne razlikuju se od atoma loptice u mirovanju. Lopta ima? Da, ovo je tačan odgovor, ali kako lopta zna da ima potencijalnu energiju, gdje je u njoj zabilježena?

To je zadatak koji su postavili Aristotel, Newton i Albert Einstein. I sva tri briljantna mislioca su djelimično riješila ovaj problem za sebe, ali danas postoji niz pitanja koja treba riješiti.

Njutnova gravitacija

Godine 1666. najveći engleski fizičar i mehaničar I. Newton otkrio je zakon sposoban da kvantitativno izračuna silu zbog koje sve materije u svemiru teže jedna drugoj. Ovaj fenomen se naziva univerzalna gravitacija. Na pitanje: "Formulirajte zakon univerzalne gravitacije", vaš odgovor bi trebao zvučati ovako:

Sila gravitacijske interakcije koja doprinosi privlačenju dvaju tijela je u direktnoj proporciji sa masama ovih tijela i obrnuto proporcionalna udaljenosti između njih.

Bitan! Newtonov zakon privlačenja koristi termin "udaljenost". Ovaj pojam ne treba shvatiti kao udaljenost između površina tijela, već kao udaljenost između njihovih centara gravitacije. Na primjer, ako dvije kuglice poluprečnika r1 i r2 leže jedna na drugu, tada je udaljenost između njihovih površina nula, ali postoji privlačna sila. Stvar je u tome da je rastojanje između njihovih centara r1+r2 različito od nule. Na kosmičkoj skali, ovo pojašnjenje nije važno, ali za satelit u orbiti, ova udaljenost je jednaka visini iznad površine plus poluprečnik naše planete. Udaljenost između Zemlje i Mjeseca se također mjeri kao udaljenost između njihovih centara, a ne njihovih površina.

Za zakon gravitacije formula je sljedeća:

,

• F je sila privlačenja,
• - mase,
• r - udaljenost,
• G je gravitaciona konstanta, jednaka 6,67 10−11 m³ / (kg s²).

Šta je težina, ako smo upravo uzeli u obzir silu privlačenja?

Sila je vektorska veličina, ali se u zakonu univerzalne gravitacije tradicionalno piše kao skalar. U vektorskoj slici zakon će izgledati ovako:

.

Ali to ne znači da je sila obrnuto proporcionalna kocki udaljenosti između centara. Omjer treba shvatiti kao jedinični vektor usmjeren od jednog centra do drugog:

.

Zakon gravitacione interakcije

Težina i gravitacija

Razmotrivši zakon gravitacije, može se shvatiti da nema ničeg iznenađujućeg u tome što mi lično osjećamo da je privlačnost sunca mnogo slabija od zemljine. Masivno Sunce, iako ima veliku masu, veoma je daleko od nas. takođe daleko od Sunca, ali ga privlači, jer ima veliku masu. Kako pronaći silu privlačenja dvaju tijela, odnosno kako izračunati gravitacijsku silu Sunca, Zemlje i tebe i mene - ovim ćemo se pitanjem baviti malo kasnije.

Koliko znamo, sila gravitacije je:

gdje je m naša masa, a g ubrzanje slobodnog pada Zemlje (9,81 m/s 2).

Bitan! Ne postoje dvije, tri, deset vrsta sila privlačenja. Gravitacija je jedina sila koja kvantificira privlačnost. Težina (P = mg) i gravitaciona sila su jedno te isto.

Ako je m naša masa, M masa globusa, R njegov polumjer, tada je gravitacijska sila koja djeluje na nas:

Dakle, budući da je F = mg:

.

Mase m se poništavaju, ostavljajući izraz za ubrzanje slobodnog pada:

Kao što vidite, ubrzanje slobodnog pada je zaista konstantna vrijednost, jer njegova formula uključuje konstantne vrijednosti - polumjer, masu Zemlje i gravitacijsku konstantu. Zamjenom vrijednosti ovih konstanti osigurat ćemo da je ubrzanje slobodnog pada jednako 9,81 m/s 2.

Na različitim geografskim širinama, radijus planete je nešto drugačiji, jer Zemlja još uvijek nije savršena sfera. Zbog toga je ubrzanje slobodnog pada u različitim tačkama na globusu različito.

Vratimo se na privlačnost Zemlje i Sunca. Pokušajmo na primjeru dokazati da nas globus privlači jače od Sunca.

Radi praktičnosti, uzmimo masu osobe: m = 100 kg. onda:

• Udaljenost između osobe i globusa jednaka je poluprečniku planete: R = 6,4∙10 6 m.
• Masa Zemlje je: M ≈ 6∙10 24 kg.
• Masa Sunca je: Mc ≈ 2∙10 30 kg.
• Udaljenost između naše planete i Sunca (između Sunca i čovjeka): r=15∙10 10 m.

Gravitaciono privlačenje između čoveka i Zemlje:

Ovaj rezultat je prilično očigledan iz jednostavnijeg izraza za težinu (P = mg).

Sila gravitacionog privlačenja između čovjeka i Sunca:

Kao što vidite, naša planeta nas privlači skoro 2000 puta jače.

Kako pronaći silu privlačenja između Zemlje i Sunca? na sljedeći način:

Sada vidimo da Sunce vuče našu planetu više od milijardu milijardi puta jače nego što planeta vuče vas i mene.

prva kosmička brzina

Nakon što je Isaac Newton otkrio zakon univerzalne gravitacije, zainteresirao se koliko brzo tijelo treba baciti da bi ono, savladavši gravitacijsko polje, zauvijek napustilo globus.

Istina, on je to zamišljao malo drugačije, po njegovom shvatanju to nije bila vertikalno stojeća raketa usmerena u nebo, već telo koje horizontalno skače sa vrha planine. To je bila logična ilustracija, jer na vrhu planine, sila gravitacije je nešto manja.

Dakle, na vrhu Everesta, ubrzanje gravitacije neće biti uobičajenih 9,8 m/s 2, već skoro m/s 2. Upravo iz tog razloga što je toliko razrijeđeno, čestice zraka više nisu tako vezane za gravitaciju kao one koje su "pale" na površinu.

Hajde da pokušamo da saznamo šta je kosmička brzina.

Prva kosmička brzina v1 je brzina kojom tijelo napušta površinu Zemlje (ili druge planete) i ulazi u kružnu orbitu.

Pokušajmo saznati brojčanu vrijednost ove količine za našu planetu.

Napišimo drugi Newtonov zakon za tijelo koje se okreće oko planete po kružnoj orbiti:

,

gdje je h visina tijela iznad površine, R je poluprečnik Zemlje.

U orbiti, centrifugalno ubrzanje djeluje na tijelo, i to:

.

Mase se smanjuju, dobijamo:

,

Ova brzina se zove prva kosmička brzina:

Kao što vidite, prostorna brzina je apsolutno nezavisna od mase tijela. Dakle, bilo koji objekt ubrzan do brzine od 7,9 km/s će napustiti našu planetu i ući u njenu orbitu.

prva kosmička brzina

Druga prostorna brzina

Međutim, čak i kada smo ubrzali tijelo do prve kosmičke brzine, nećemo moći u potpunosti prekinuti njegovu gravitacijsku vezu sa Zemljom. Za to je potrebna druga kosmička brzina. Po dostizanju ove brzine, tijelo napušta gravitaciono polje planete i sve moguće zatvorene orbite.

Bitan! Greškom se često veruje da su astronauti, da bi došli do Meseca, morali da dostignu drugu kosmičku brzinu, jer su se prvo morali "isključiti" iz gravitacionog polja planete. Ovo nije tako: par Zemlja-Mjesec je u Zemljinom gravitacionom polju. Njihovo zajedničko težište je unutar globusa.

Da bismo pronašli ovu brzinu, postavili smo problem malo drugačije. Pretpostavimo da tijelo leti iz beskonačnosti na planetu. Pitanje: koja će se brzina postići na površini pri slijetanju (naravno, bez uzimanja u obzir atmosfere)? To je ova brzina i biće potrebno da telo napusti planetu.

Zakon univerzalne gravitacije. Fizika 9 razred

Zakon univerzalne gravitacije.

Zaključak

Saznali smo da iako je gravitacija glavna sila u svemiru, mnogi razlozi za ovaj fenomen su još uvijek misterija. Naučili smo šta je Newtonova univerzalna gravitaciona sila, naučili kako je izračunati za različita tijela, a također smo proučavali neke korisne posljedice koje proizlaze iz takvog fenomena kao što je univerzalni zakon gravitacije.

Don DeYoung

Gravitacija (ili gravitacija) nas drži čvrsto na zemlji i omogućava Zemlji da se okreće oko Sunca. Zahvaljujući ovoj nevidljivoj sili, kiša pada na zemlju, a nivo vode u okeanu svakim danom raste i opada. Gravitacija održava Zemlju u sfernom obliku i također sprječava našu atmosferu da pobjegne u svemir. Čini se da bi ovu silu privlačenja, koja se svakodnevno opaža, naučnici trebali dobro proučiti. Ali ne! Na mnogo načina, gravitacija ostaje najdublja misterija nauke. Ova misteriozna moć je divan primjer koliko je moderno naučno znanje ograničeno.

Šta je gravitacija?

Isaac Newton se za ovo pitanje zanimao još 1686. godine i došao je do zaključka da je gravitacija privlačna sila koja postoji između svih objekata. Shvatio je da je ista sila koja uzrokuje da jabuka padne na zemlju u njenoj orbiti. Zapravo, sila gravitacije Zemlje uzrokuje da Mjesec odstupi od svoje ravne putanje za oko jedan milimetar svake sekunde tokom svoje rotacije oko Zemlje (slika 1). Newtonov univerzalni zakon gravitacije jedno je od najvećih naučnih otkrića svih vremena.

Gravitacija je "žica" koja drži objekte u orbiti

Slika 1. Ilustracija mjesečeve orbite nije nacrtana u mjerilu. U svakoj sekundi, Mjesec se pomjeri oko 1 km. Preko ove udaljenosti odstupa od ravne putanje za oko 1 mm - to je zbog gravitacijske sile Zemlje (isprekidana linija). Čini se da Mjesec stalno zaostaje za (ili oko) Zemlje, baš kao što padaju i planete oko Sunca.

Gravitacija je jedna od četiri fundamentalne sile prirode (Tabela 1). Imajte na umu da je od četiri sile ova sila najslabija, a ipak je dominantna u odnosu na velike svemirske objekte. Kao što je Njutn pokazao, privlačna gravitaciona sila između bilo koje dve mase postaje sve manja i manja kako rastojanje između njih postaje sve veće i veće, ali nikada u potpunosti ne dostiže nulu (vidi Dizajn gravitacije).

Stoga, svaka čestica u cijelom svemiru zapravo privlači svaku drugu česticu. Za razliku od sila slabe i jake nuklearne sile, sila privlačenja je dalekosežna (tablica 1). Sile magnetske i električne interakcije su također sile dugog dometa, ali gravitacija je jedinstvena po tome što je i dugog dometa i uvijek privlačna, što znači da nikada ne može nestati (za razliku od elektromagnetizma, u kojem sile mogu ili privlačiti ili odbijati).

Počevši od velikog kreacionističkog naučnika Majkla Faradaja 1849. godine, fizičari su neprestano tragali za skrivenom vezom između sile gravitacije i sile elektromagnetne sile. Trenutno naučnici pokušavaju spojiti sve četiri fundamentalne sile u jednu jednačinu ili takozvanu „teoriju svega“, ali, bezuspješno! Gravitacija ostaje najmisterioznija i najmanje shvaćena sila.

Gravitacija se ne može zaštititi ni na koji način. Kakav god da je sastav barijere, ona nema uticaja na privlačnost između dva odvojena objekta. To znači da je u laboratoriji nemoguće napraviti antigravitacionu komoru. Sila gravitacije ne zavisi od hemijskog sastava predmeta, već zavisi od njihove mase, kod nas poznate kao težina (sila gravitacije na predmet jednaka je težini tog objekta - što je veća masa, veća je sila ili težina.) Blokovi napravljeni od stakla, olova, leda ili čak stiropora, a koji imaju istu masu, iskusiće (i vršiti) istu gravitacionu silu. Ovi podaci su dobijeni tokom eksperimenata, a naučnici još ne znaju kako se oni teorijski mogu objasniti.

Dizajn u gravitaciji

Sila F između dvije mase m 1 i m 2 koje se nalaze na udaljenosti r može se zapisati kao formula F = (G m 1 m 2) / r 2

Gdje je G gravitacijska konstanta, koju je prvi izmjerio Henry Cavendish 1798.1

Ova jednadžba pokazuje da se gravitacija smanjuje kako udaljenost, r, između dva objekta postaje veća, ali nikada u potpunosti ne dosegne nulu.

Priroda inverznog kvadrata ove jednadžbe jednostavno oduzima dah. Na kraju krajeva, ne postoji neophodan razlog zašto bi gravitacija delovala na ovaj način. U neuređenom, nasumičnom i evoluirajućem univerzumu, proizvoljne moći kao što su r 1,97 ili r 2,3 bi izgledale vjerovatnije. Međutim, tačna mjerenja su pokazala tačnu snagu na najmanje pet decimalnih mjesta, 2,00000. Kao što je jedan istraživač rekao, ovaj rezultat izgleda "previše precizno".2 Možemo zaključiti da sila privlačenja ukazuje na tačan, kreiran dizajn. U stvari, ako bi stepen makar malo odstupio od 2, orbite planeta i čitavog univerzuma bi postale nestabilne.

Linkovi i bilješke

1. Tehnički gledano, G = 6,672 x 10 –11 Nm 2 kg –2
2. Thompsen, D., "Vrlo tačno o gravitaciji", naučne vesti 118(1):13, 1980.

Dakle, šta je zapravo gravitacija? Kako je ova sila u stanju da djeluje u tako ogromnom, praznom svemiru? I zašto uopšte postoji? Nauka nikada nije mogla odgovoriti na ova osnovna pitanja o zakonima prirode. Sila privlačnosti ne može doći polako kroz mutaciju ili prirodnu selekciju. Aktivan je od samog početka postojanja svemira. Kao i svaki drugi fizički zakon, gravitacija je nesumnjivo divan dokaz planiranog stvaranja.

Neki naučnici su pokušali da objasne gravitaciju u terminima nevidljivih čestica, gravitona, koje se kreću između objekata. Drugi su govorili o kosmičkim strunama i gravitacionim talasima. Nedavno su naučnici uz pomoć specijalno kreirane laboratorije LIGO (eng. Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) samo uspeli da vide efekat gravitacionih talasa. Ali priroda ovih valova, kako fizički objekti međusobno djeluju na velikim udaljenostima, mijenjajući svoj oblik, i dalje ostaje veliko pitanje za sve. Jednostavno ne znamo prirodu porijekla sile gravitacije i kako ona održava stabilnost čitavog svemira.

Gravitacija i Sveto pismo

Dva odlomka iz Biblije mogu nam pomoći da razumijemo prirodu gravitacije i fizičke nauke općenito. Prvi odlomak, Kološanima 1:17, objašnjava da je Hristos “Postoji prije svega, i sve mu vrijedi”. Grčki glagol stoji (συνισταω sunistao) znači: držati se, držati ili držati zajedno. Grčka upotreba ove riječi izvan Biblije znači posuda koja sadrži vodu. Riječ koja se koristi u Poslanici Kološanima je u savršenom vremenu, što obično ukazuje na sadašnje stanje koje je nastalo iz završene prošle radnje. Jedan od fizičkih mehanizama koji se koriste je očito sila privlačnosti, koju je stvorio Stvoritelj i koja se nepogrešivo održava i danas. Zamislite samo: kada bi sila gravitacije na trenutak prestala djelovati, nesumnjivo bi nastao haos. Sva nebeska tijela, uključujući Zemlju, Mjesec i zvijezde, više se neće držati zajedno. Sav taj sat bio bi podijeljen u zasebne, male dijelove.

Drugo Sveto pismo, Jevrejima 1:3, izjavljuje da je Hristos "sve drži riječju svoje moći." Riječ čuva (φερω pherō) opet opisuje održavanje ili očuvanje svega, uključujući gravitaciju. Riječ čuva korišteno u ovom stihu znači mnogo više od samog držanja utega. Uključuje kontrolu nad svim tekućim pokretima i promjenama unutar svemira. Ovaj beskrajni zadatak se izvršava kroz svemoćnu Reč Gospodnju, kroz koju je nastao sam univerzum. Gravitacija, "misteriozna sila" koja ostaje slabo shvaćena čak i nakon četiri stotine godina istraživanja, jedna je od manifestacija ove zadivljujuće božanske brige za univerzum.

Distorzije vremena i prostora i crne rupe

Ajnštajnova opšta teorija relativnosti ne posmatra gravitaciju kao silu, već kao zakrivljenost samog prostora u blizini masivnog objekta. Predviđa se da će se svjetlost, koja tradicionalno prati prave linije, savijati dok putuje kroz zakrivljeni prostor. Ovo je prvi put pokazano kada je astronom Sir Arthur Eddington otkrio promjenu u prividnom položaju zvijezde tokom potpunog pomračenja 1919. godine, vjerujući da su svjetlosni zraci savijeni sunčevom gravitacijom.

Opšta teorija relativnosti također predviđa da ako je tijelo dovoljno gusto, njegova gravitacija će toliko iskriviti prostor da svjetlost uopće ne može proći kroz njega. Takvo tijelo upija svjetlost i sve ostalo što je uhvatila njegova snažna gravitacija, a naziva se crna rupa. Takvo tijelo se može otkriti samo po njegovim gravitacijskim efektima na druge objekte, po jakoj zakrivljenosti svjetlosti oko njega i po jakom zračenju koje emituje materija koja pada na njega.

Sva materija unutar crne rupe je komprimirana u centru, koji ima beskonačnu gustinu. "Veličina" rupe je određena horizontom događaja, tj. granica koja okružuje centar crne rupe i ništa (čak ni svjetlost) ne može pobjeći iz nje. Poluprečnik rupe se naziva Schwarzschild radijus, po njemačkom astronomu Karlu Schwarzschildu (1873–1916), i izračunava se kao R S = 2GM/c 2 , gdje je c brzina svjetlosti u vakuumu. Kada bi sunce palo u crnu rupu, njegov Schwarzschildov radijus bio bi samo 3 km.

Postoje čvrsti dokazi da kada nuklearno gorivo masivne zvijezde ponestane, ona više ne može odoljeti da se uruši pod svojom ogromnom težinom i padne u crnu rupu. Vjeruje se da crne rupe s masom od milijardi sunaca postoje u centrima galaksija, uključujući i našu galaksiju, Mliječni put. Mnogi naučnici veruju da super-svetli i veoma udaljeni objekti zvani kvazari koriste energiju koja se oslobađa kada materija padne u crnu rupu.

Prema predviđanjima opšte teorije relativnosti, gravitacija takođe iskrivljuje vreme. To su potvrdili i vrlo precizni atomski satovi, koji na nivou mora rade nekoliko mikrosekundi sporije nego u područjima iznad nivoa mora, gdje je Zemljina gravitacija nešto slabija. U blizini horizonta događaja ovaj fenomen je uočljiviji. Ako posmatramo sat astronauta koji se približava horizontu događaja, videćemo da sat radi sporije. Dok je u horizontu događaja, sat će stati, ali ga nikada nećemo moći vidjeti. S druge strane, astronaut neće primijetiti da njegov sat radi sporije, ali će vidjeti da naš sat radi sve brže i brže.

Glavna opasnost za astronauta u blizini crne rupe bile bi plimne sile, uzrokovane jačom gravitacijom na dijelovima tijela koji su bliže crnoj rupi nego na dijelovima koji su udaljeniji od nje. Po svojoj snazi, plimne sile u blizini crne rupe koja ima masu zvijezde jače su od bilo kojeg uragana i lako kidaju na male komadiće sve što naiđe na njih. Međutim, dok se gravitaciono privlačenje smanjuje sa kvadratom udaljenosti (1/r 2), aktivnost plime opada sa kockom udaljenosti (1/r 3). Stoga je, suprotno popularnom vjerovanju, gravitacijska sila (uključujući silu plime) slabija na horizontima događaja velikih crnih rupa nego na malim crnim rupama. Tako bi plimne sile na horizontu događaja crne rupe u vidljivom prostoru bile manje uočljive od najblažeg povetarca.

Dilatacija vremena gravitacijom u blizini horizonta događaja je osnova novog kosmološkog modela koji je stvorio fizičar kreacije dr. Russell Humphries, o kojem govori u svojoj knjizi Starlight and Time. Ovaj model može pomoći u rješavanju problema kako možemo vidjeti svjetlost udaljenih zvijezda u mladom svemiru. Osim toga, danas je to naučna alternativa nebiblijskoj, koja se zasniva na filozofskim pretpostavkama koje nadilaze okvire nauke.

Bilješka

Gravitacija, "misteriozna sila" koja, čak i nakon četiri stotine godina istraživanja, ostaje slabo shvaćena...

Isak Njutn (1642–1727)

Foto: Wikipedia.org

Isak Njutn (1642–1727)

Isaac Newton objavio je svoja otkrića o gravitaciji i kretanju nebeskih tijela 1687. godine, u svom poznatom djelu " Matematički počeci". Neki čitaoci su brzo zaključili da Njutnov univerzum nije ostavio mesta za Boga, jer se sada sve može objasniti jednačinama. Ali Njutn uopšte nije tako mislio, kao što je rekao u drugom izdanju ovog čuvenog dela:

"Naš najljepši solarni sistem, planete i komete mogu biti samo rezultat plana i dominacije inteligentnog i snažnog bića."

Isak Njutn nije bio samo naučnik. Pored nauke, skoro ceo svoj život posvetio je proučavanju Biblije. Njegove omiljene biblijske knjige bile su Danilo i Otkrivenje, koje opisuju Božje planove za budućnost. Zapravo, Newton je napisao više teoloških djela nego naučnih.

Njutn je poštovao druge naučnike kao što je Galileo Galilej. Inače, Newton je rođen iste godine kada je umro Galileo, 1642. godine. Njutn je u svom pismu napisao: „Ako sam video dalje od drugih, to je bilo zato što sam stajao ramena divovi." Nedugo prije smrti, vjerovatno razmišljajući o misteriji gravitacije, Newton je skromno napisao: „Ne znam kako me svijet doživljava, ali sam sebi činim da sam samo dječak koji se igra na obali mora, koji se zabavlja tražeći šareniji kamenčić od drugih, ili prelijepu školjku, dok ogroman okean neistraženu istinu."

Njutn je sahranjen u Vestminsterskoj opatiji. Latinski natpis na njegovoj grobnici završava se riječima: “Neka se smrtnici raduju što je među njima živio takav ukras ljudske rase”.

Sva nebeska tijela imaju svoju gravitacijsku silu, uključujući i planetu Zemlju. Zahvaljujući toj sili održava se strogi red u svemiru, nebeska tijela ostaju u svojim orbitama, sateliti se okreću oko planeta, a planete oko svojih zvijezda.

Gravitacija malih nebeskih tijela ima svoj obrnuti učinak na velika - na primjer, plime i oseke na Zemlji nastaju upravo zahvaljujući mjesečevom satelitu. Ljudi i predmeti ostaju na površini Zemlje i zbog sile njenog privlačenja - gravitacije. Sila privlačnosti je vrlo zanimljiva za proučavanje i stoga je svakako vrijedno reći neke stvari o njoj.

Gravitacija i naučne činjenice

Možete čuti uobičajenu izjavu koja ukazuje da astronauti koji su u svemiru na svojim stanicama ne doživljavaju nikakvu gravitaciju. Vrijedi opovrgnuti ovu izjavu: na njih, zajedno s brodom, utječe mikrogravitacija, na koju utječe privlačenje Zemlje i drugih nebeskih tijela. Istovremeno, efekat gravitacije nije dvojan, ova sila ne daje kontraakciju, vršeći samo privlačenje. Također je vrijedno pojasniti druge tačke:

• Svaka planeta ima svoju vlastitu silu privlačenja. Dakle, na primjer, ako uzmemo Jupiter, onda će ovdje težina bilo kojeg objekta biti 2,3 puta veća nego na Zemlji;
• I pored sve sile gravitacije, koja drži teške objekte na površini planeta, sprečavajući ih da padnu u svemir, i uprkos činjenici da održava poredak nebeskih tela u Univerzumu i njihovo kretanje, to je najslabija od četiri fundamentalne sile. Elektromagnetizam i oba tipa nuklearne interakcije manifestiraju se mnogo snažnije;
• Odlazeći u svemir, brodovi savladavaju silu zemljine gravitacije. Da bi to učinili, moraju održavati brzinu od najmanje 11,2 kilometara u sekundi;
• Naučnici pokušavaju da stvore gravitacioni snop koji bi omogućio kretanje objekata bez kontakta, ali do sada nisu postignuti značajniji praktični rezultati u tom pravcu;
• Ali običan magnet koji visi na metalnom predmetu može savladati ovu moćnu silu. Ne pada i stoga savladava Zemljinu gravitaciju.

Ostale zanimljive činjenice o atrakcijama

Gravitaciju je otkrio Newton, a mnogi znaju i smiješnu legendu o tome kako mu je jabuka pala na glavu. Zapravo, nije. Naučnik je jednostavno posmatrao proces pada jabuke, a zatim je pomislio da bi na isti način trebalo da bude privučen i mesec. U daljim razmišljanjima, rođena su njegova nevjerovatna otkrića. Sama riječ "gravitacija" je latinskog porijekla i prevodi se kao "teška". Vrijedi napomenuti i sljedeće:

• Gravitacija se proteže na neograničene udaljenosti, s udaljavanjem od objekta samo slabi, ali ne nestaje u potpunosti. Nestaće samo ako objekat deluje na drugoj strani, a efekat će imati istu silu, tada se gravitacija prirodno poništava;
• Gravitacija može savijati vrijeme i prostor - to je mislio Ajnštajn. Kada se razmatra njegova teorija relativnosti, gravitacija će se pojaviti kao zakrivljenost vremena i prostora;
• U kvantnoj mehanici nema mjesta za gravitaciju, iako se tu pojavljuju sve tri druge sile. U praksi se ispostavlja da kada se gravitacione sile uključe u jednačine, one postaju netačne. Ovaj paradoks je još uvijek neriješen.

Dakle, sila privlačnosti, odnosno gravitacije, i dan-danas krije mnoge misterije - uprkos činjenici da je svako može osjetiti u akciji cijelo vrijeme. I istražuje se, otvarajući nove horizonte naučnicima.