แรงโน้มถ่วง กฎแห่งความโน้มถ่วงสากลคืออะไร: สูตรของการค้นพบอันยิ่งใหญ่

แม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเป็นปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอที่สุดระหว่างวัตถุในจักรวาล แต่ความสำคัญของมันในฟิสิกส์และดาราศาสตร์นั้นมีมหาศาล เนื่องจากมันสามารถมีอิทธิพลต่อวัตถุทางกายภาพที่ระยะใดก็ได้ในอวกาศ

หากคุณสนใจเรื่องดาราศาสตร์ คุณอาจสงสัยว่าแนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงหรือกฎแรงโน้มถ่วงสากลคืออะไร แรงโน้มถ่วงคือปฏิสัมพันธ์พื้นฐานสากลระหว่างวัตถุทั้งหมดในจักรวาล

การค้นพบกฎแรงโน้มถ่วงนั้นเกิดจากนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษชื่อไอแซก นิวตัน หลายคนคงทราบเรื่องราวของแอปเปิ้ลที่ตกลงบนหัวของนักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง อย่างไรก็ตาม หากคุณมองให้ลึกเข้าไปในประวัติศาสตร์ คุณจะเห็นว่าการมีอยู่ของแรงโน้มถ่วงนั้นคิดกันมานานก่อนยุคของเขาโดยนักปรัชญาและนักวิทยาศาสตร์ในสมัยโบราณ เช่น Epicurus อย่างไรก็ตาม นิวตันเป็นคนแรกที่อธิบายปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุทางกายภาพภายในกรอบของกลศาสตร์คลาสสิก ทฤษฎีของเขาได้รับการพัฒนาโดยนักวิทยาศาสตร์ชื่อดังอีกคนหนึ่งคือ Albert Einstein ซึ่งในทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาได้อธิบายอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงในอวกาศได้แม่นยำยิ่งขึ้นรวมถึงบทบาทของมันในความต่อเนื่องของกาลอวกาศ

กฎความโน้มถ่วงสากลของนิวตันระบุว่าแรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงระหว่างจุดสองจุดของมวลที่แยกจากกันด้วยระยะทางจะเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะทางและเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลทั้งสอง แรงโน้มถ่วงมีระยะไกล กล่าวคือ ไม่ว่าวัตถุจะเคลื่อนที่อย่างไร ในกลศาสตร์คลาสสิก ศักยภาพแรงโน้มถ่วงของมันจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุนี้ในช่วงเวลาที่กำหนดเท่านั้น ยิ่งวัตถุมีมวลมาก สนามโน้มถ่วงก็จะยิ่งมากขึ้น แรงโน้มถ่วงของวัตถุก็จะยิ่งมีอานุภาพมากขึ้นเท่านั้น วัตถุอวกาศ เช่น กาแล็กซี ดวงดาว และดาวเคราะห์ มีแรงโน้มถ่วงมากที่สุด ดังนั้นจึงมีสนามโน้มถ่วงที่ค่อนข้างแรงด้วย

สนามโน้มถ่วง

สนามโน้มถ่วงของโลก

สนามโน้มถ่วงคือระยะห่างที่ปฏิกิริยาโน้มถ่วงเกิดขึ้นระหว่างวัตถุในจักรวาล ยิ่งวัตถุมีมวลมาก สนามโน้มถ่วงก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น ผลกระทบที่วัตถุมีต่อวัตถุทางกายภาพอื่นๆ ภายในพื้นที่หนึ่งจะสังเกตได้ชัดเจนยิ่งขึ้น สนามโน้มถ่วงของวัตถุมีศักยภาพ สาระสำคัญของข้อความก่อนหน้านี้คือ หากคุณแนะนำพลังงานศักย์แห่งแรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสอง มันจะไม่เปลี่ยนแปลงหลังจากเคลื่อนวัตถุหลังไปตามวงปิด จากที่นี่กฎการอนุรักษ์ที่มีชื่อเสียงอีกข้อหนึ่งเกี่ยวกับผลรวมของศักยภาพและพลังงานจลน์ในวงปิด

ในโลกวัตถุ สนามโน้มถ่วงมีความสำคัญอย่างยิ่ง มันถูกครอบครองโดยวัตถุทางวัตถุทั้งหมดในจักรวาลที่มีมวล สนามโน้มถ่วงสามารถมีอิทธิพลต่อไม่เพียงแต่สสารเท่านั้น แต่ยังส่งผลต่อพลังงานด้วย เป็นเพราะอิทธิพลของสนามโน้มถ่วงของวัตถุจักรวาลขนาดใหญ่ เช่น หลุมดำ ควาซาร์ และดาวมวลมหาศาล ที่ระบบสุริยะ กาแลคซี และกระจุกดาวทางดาราศาสตร์อื่น ๆ ก่อตัวขึ้น ซึ่งมีคุณลักษณะเฉพาะด้วยโครงสร้างเชิงตรรกะ

ข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ล่าสุดแสดงให้เห็นว่าผลกระทบที่มีชื่อเสียงของการขยายตัวของเอกภพก็ขึ้นอยู่กับกฎแห่งปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการขยายตัวของเอกภพได้รับการอำนวยความสะดวกด้วยสนามโน้มถ่วงอันทรงพลัง ทั้งวัตถุขนาดเล็กและใหญ่ที่สุด

รังสีความโน้มถ่วงในระบบเลขฐานสอง

รังสีความโน้มถ่วงหรือคลื่นความโน้มถ่วงเป็นคำที่ถูกนำมาใช้ครั้งแรกในวิชาฟิสิกส์และจักรวาลวิทยาโดยนักวิทยาศาสตร์ชื่อดัง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ การแผ่รังสีความโน้มถ่วงในทฤษฎีความโน้มถ่วงเกิดจากการเคลื่อนที่ของวัตถุวัตถุที่มีความเร่งแปรผัน ในระหว่างการเร่งความเร็วของวัตถุ คลื่นความโน้มถ่วงดูเหมือนจะ "แตกตัว" จากวัตถุนั้น ซึ่งนำไปสู่การสั่นของสนามโน้มถ่วงในอวกาศโดยรอบ สิ่งนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์คลื่นความโน้มถ่วง

แม้ว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์และทฤษฎีแรงโน้มถ่วงอื่นๆ จะทำนายคลื่นความโน้มถ่วงได้ แต่ก็ไม่เคยตรวจพบคลื่นความโน้มถ่วงโดยตรงเลย นี่เป็นสาเหตุหลักมาจากความเล็กที่สุดของพวกเขา อย่างไรก็ตาม ในทางดาราศาสตร์มีหลักฐานทางอ้อมที่สามารถยืนยันผลกระทบนี้ได้ ดังนั้นจึงสามารถสังเกตผลกระทบของคลื่นความโน้มถ่วงได้ในตัวอย่างการบรรจบกันของดาวฤกษ์คู่ การสังเกตยืนยันว่าอัตราการบรรจบกันของดาวฤกษ์คู่นั้นขึ้นอยู่กับการสูญเสียพลังงานจากวัตถุในจักรวาลเหล่านี้ในระดับหนึ่ง ซึ่งสันนิษฐานว่าต้องใช้ไปกับการแผ่รังสีความโน้มถ่วง นักวิทยาศาสตร์จะสามารถยืนยันสมมติฐานนี้ได้อย่างน่าเชื่อถือในอนาคตอันใกล้นี้โดยใช้กล้องโทรทรรศน์ Advanced LIGO และ VIRGO รุ่นใหม่

ในฟิสิกส์ยุคใหม่ มีแนวคิดเกี่ยวกับกลศาสตร์อยู่ 2 แนวคิด: คลาสสิคและควอนตัม กลศาสตร์ควอนตัมได้รับการพัฒนาเมื่อไม่นานมานี้ และมีความแตกต่างโดยพื้นฐานจากกลศาสตร์แบบดั้งเดิม ในกลศาสตร์ควอนตัม วัตถุ (ควอนตัม) ไม่มีตำแหน่งและความเร็วที่แน่นอน ทุกสิ่งที่นี่ขึ้นอยู่กับความน่าจะเป็น นั่นคือวัตถุสามารถครอบครองสถานที่หนึ่งในอวกาศ ณ จุดใดจุดหนึ่งได้ สถานที่ที่เขาจะก้าวต่อไปนั้นไม่สามารถระบุได้อย่างน่าเชื่อถือ แต่มีเพียงความน่าจะเป็นในระดับสูงเท่านั้น

ผลกระทบที่น่าสนใจของแรงโน้มถ่วงก็คือ มันสามารถโค้งงอความต่อเนื่องของกาล-อวกาศได้ ทฤษฎีของไอน์สไตน์ระบุว่าในอวกาศรอบๆ กลุ่มพลังงานหรือสสารใดๆ อวกาศ-เวลาจะโค้งงอ ดังนั้นวิถีโคจรของอนุภาคที่ตกอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามโน้มถ่วงของสารนี้จึงเปลี่ยนไปซึ่งทำให้สามารถทำนายวิถีการเคลื่อนที่ของพวกมันด้วยความน่าจะเป็นในระดับสูง

ทฤษฎีแรงโน้มถ่วง

ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์รู้ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันมากกว่าสิบทฤษฎี แบ่งออกเป็นทฤษฎีคลาสสิกและทฤษฎีทางเลือก ตัวแทนที่มีชื่อเสียงที่สุดของอดีตคือทฤษฎีแรงโน้มถ่วงคลาสสิกโดย Isaac Newton ซึ่งคิดค้นโดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้โด่งดังในปี 1666 สาระสำคัญอยู่ที่ความจริงที่ว่าวัตถุขนาดใหญ่ในกลศาสตร์สร้างสนามโน้มถ่วงรอบ ๆ ตัวมันเองซึ่งดึงดูดวัตถุขนาดเล็กเข้ามาหาตัวมันเอง ในทางกลับกัน วัตถุอย่างหลังก็มีสนามโน้มถ่วงเช่นเดียวกับวัตถุวัตถุอื่นๆ ในจักรวาล

ทฤษฎีแรงโน้มถ่วงยอดนิยมถัดไปถูกคิดค้นโดย Albert Einstein นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันผู้โด่งดังระดับโลกเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 ไอน์สไตน์สามารถอธิบายแรงโน้มถ่วงในฐานะปรากฏการณ์ได้แม่นยำยิ่งขึ้น และยังอธิบายการกระทำของมันไม่เพียงแต่ในกลศาสตร์คลาสสิกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในโลกควอนตัมด้วย ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาอธิบายถึงความสามารถของแรง เช่น แรงโน้มถ่วง ที่มีอิทธิพลต่อความต่อเนื่องของกาล-อวกาศ เช่นเดียวกับวิถีโคจรของอนุภาคมูลฐานในอวกาศ

ในบรรดาทฤษฎีแรงโน้มถ่วงทางเลือก ทฤษฎีสัมพัทธภาพซึ่งคิดค้นโดยเพื่อนร่วมชาติของเราซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ชื่อดัง A.A. อาจสมควรได้รับความสนใจมากที่สุด โลกูนอฟ ต่างจากไอน์สไตน์ โลกูนอฟแย้งว่าแรงโน้มถ่วงไม่ใช่รูปทรงเรขาคณิต แต่เป็นสนามพลังทางกายภาพที่ค่อนข้างแข็งแกร่งและมีอยู่จริง ในบรรดาทฤษฎีทางเลือกอื่นๆ ของแรงโน้มถ่วง ก็ยังเป็นที่ทราบกันดีว่าสเกลาร์ ไบเมตริก ควอซิลิเนียร์ และอื่นๆ

1. สำหรับผู้ที่อยู่ในอวกาศและกลับมายังโลก ในตอนแรกเป็นเรื่องยากมากที่จะทำความคุ้นเคยกับความแข็งแกร่งของอิทธิพลแรงโน้มถ่วงของโลกของเรา บางครั้งอาจใช้เวลาหลายสัปดาห์
2. ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าร่างกายมนุษย์ในสภาวะไร้น้ำหนักสามารถสูญเสียมวลไขกระดูกได้มากถึง 1% ต่อเดือน
3. ในบรรดาดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ ดาวอังคารมีแรงโน้มถ่วงน้อยที่สุด และดาวพฤหัสบดีมีแรงโน้มถ่วงมากที่สุด
4. แบคทีเรียซัลโมเนลลาที่รู้จักกันดีซึ่งเป็นสาเหตุของโรคในลำไส้มีพฤติกรรมแข็งขันมากขึ้นในสภาวะไร้น้ำหนักและสามารถก่อให้เกิดอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ได้มากขึ้น
5. ในบรรดาวัตถุทางดาราศาสตร์ที่รู้จักในจักรวาล หลุมดำมีแรงโน้มถ่วงมากที่สุด หลุมดำที่มีขนาดเท่าลูกกอล์ฟอาจมีแรงโน้มถ่วงเท่ากับดาวเคราะห์ทั้งดวงของเรา
6. แรงโน้มถ่วงบนโลกไม่เท่ากันในทุกมุมของโลก ตัวอย่างเช่น ในภูมิภาคอ่าวฮัดสันของแคนาดา มีค่าต่ำกว่าภูมิภาคอื่นๆ ของโลก

ปรากฏการณ์ที่สำคัญที่สุดที่นักฟิสิกส์ศึกษาอย่างต่อเนื่องคือการเคลื่อนไหว ปรากฏการณ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้า, กฎของกลศาสตร์, กระบวนการทางอุณหพลศาสตร์และควอนตัม - ทั้งหมดนี้เป็นชิ้นส่วนที่หลากหลายของจักรวาลที่ศึกษาโดยฟิสิกส์ และกระบวนการทั้งหมดนี้ลงมาไม่ทางใดก็ทางหนึ่งไปสู่สิ่งหนึ่ง - ถึง

ติดต่อกับ

ทุกสิ่งในจักรวาลเคลื่อนไหว แรงโน้มถ่วงเป็นปรากฏการณ์ทั่วไปสำหรับทุกคนตั้งแต่วัยเด็ก เราเกิดในสนามโน้มถ่วงของโลก เรารับรู้ปรากฏการณ์ทางกายภาพนี้ได้ในระดับสัญชาตญาณที่ลึกที่สุด และดูเหมือนว่าไม่จำเป็นต้องมีการศึกษาด้วยซ้ำ

แต่อนิจจาคำถามคือทำไมและ ร่างกายทั้งหมดดึงดูดกันอย่างไรจนถึงทุกวันนี้ยังไม่มีการเปิดเผยอย่างครบถ้วน แม้ว่าจะมีการศึกษากันอย่างกว้างขวางก็ตาม

ในบทความนี้เราจะดูว่าแรงดึงดูดสากลตามนิวตันซึ่งเป็นทฤษฎีแรงโน้มถ่วงแบบคลาสสิกคืออะไร อย่างไรก็ตาม ก่อนที่จะไปยังสูตรและตัวอย่าง เราจะพูดถึงแก่นแท้ของปัญหาแรงดึงดูดและให้คำจำกัดความ

บางทีการศึกษาแรงโน้มถ่วงอาจกลายเป็นจุดเริ่มต้นของปรัชญาธรรมชาติ (ศาสตร์แห่งการทำความเข้าใจแก่นแท้ของสรรพสิ่ง) บางทีปรัชญาธรรมชาติอาจทำให้เกิดคำถามเกี่ยวกับแก่นแท้ของแรงโน้มถ่วง แต่ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งคำถามเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงของร่างกาย เริ่มสนใจเรื่องกรีกโบราณ.

การเคลื่อนไหวถูกเข้าใจว่าเป็นแก่นแท้ของลักษณะทางประสาทสัมผัสของร่างกาย หรือร่างกายเคลื่อนไหวในขณะที่ผู้สังเกตการณ์มองเห็น หากเราไม่สามารถวัด ชั่งน้ำหนัก หรือรู้สึกถึงปรากฏการณ์ใด ๆ ได้ นั่นหมายความว่าปรากฏการณ์นี้ไม่มีอยู่จริงใช่หรือไม่? โดยธรรมชาติแล้วมันไม่ได้หมายความว่าอย่างนั้น และเนื่องจากอริสโตเติลเข้าใจสิ่งนี้ การไตร่ตรองจึงเริ่มต้นที่แก่นแท้ของแรงโน้มถ่วง

ดังที่ปรากฎในวันนี้ หลังจากหลายสิบศตวรรษ แรงโน้มถ่วงเป็นพื้นฐานไม่เพียงแต่ของแรงโน้มถ่วงและแรงดึงดูดของโลกของเราเท่านั้น แต่ยังเป็นพื้นฐานสำหรับการกำเนิดของจักรวาลและอนุภาคมูลฐานเกือบทั้งหมดที่มีอยู่ด้วย

งานเคลื่อนย้าย

เรามาทำการทดลองทางความคิดกันดีกว่า ลองใช้ลูกบอลเล็ก ๆ ในมือซ้ายของเรา ลองเอาอันเดียวกันทางขวากัน ปล่อยลูกบอลที่ถูกต้องแล้วมันจะเริ่มล้มลง คนซ้ายยังคงอยู่ในมือแต่ยังคงนิ่งเฉย

เรามาหยุดเวลาที่ผ่านไปด้วยจิตใจกันเถอะ ลูกบอลขวาที่ตกลงมา “ค้าง” ในอากาศ ส่วนลูกซ้ายยังคงอยู่ในมือ ลูกบอลด้านขวามี "พลังงาน" ในการเคลื่อนไหวลูกบอลด้านซ้ายไม่มี แต่ความแตกต่างที่ลึกซึ้งและมีความหมายระหว่างพวกเขาคืออะไร?

ตรงไหนของลูกบอลที่ตกลงมาเขียนว่าควรเคลื่อนที่? มีมวลเท่ากันและมีปริมาตรเท่ากัน มันมีอะตอมเหมือนกัน และไม่ต่างจากอะตอมของลูกบอลที่อยู่นิ่ง ลูกบอล มี- ใช่ นี่คือคำตอบที่ถูกต้อง แต่ลูกบอลรู้ได้อย่างไรว่าอะไรมีพลังงานศักย์ และบันทึกไว้ที่ไหน?

นี่เป็นงานที่อริสโตเติล นิวตัน และอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์กำหนดไว้อย่างชัดเจน และนักคิดที่เก่งทั้งสามคนได้แก้ไขปัญหานี้ด้วยตนเองบางส่วน แต่วันนี้มีปัญหาหลายประการที่ต้องได้รับการแก้ไข

แรงโน้มถ่วงของนิวตัน

ในปี ค.ศ. 1666 นักฟิสิกส์และช่างเครื่องชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ที่สุด I. Newton ค้นพบกฎที่สามารถคำนวณแรงในเชิงปริมาณเนื่องจากสสารทั้งหมดในจักรวาลมีแนวโน้มซึ่งกันและกัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าแรงโน้มถ่วงสากล เมื่อถูกถามว่า “กำหนดกฎแรงโน้มถ่วงสากล” คำตอบของคุณควรเป็นดังนี้:

แรงโน้มถ่วงซึ่งก่อให้เกิดแรงดึงดูดของวัตถุทั้งสองนั้นตั้งอยู่ เป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของวัตถุเหล่านี้และแปรผกผันกับระยะห่างระหว่างพวกมัน

สำคัญ!กฎแรงดึงดูดของนิวตันใช้คำว่า "ระยะทาง" คำนี้ไม่ควรเข้าใจว่าเป็นระยะห่างระหว่างพื้นผิวของร่างกาย แต่เป็นระยะห่างระหว่างจุดศูนย์ถ่วง ตัวอย่างเช่น หากลูกบอลสองลูกที่มีรัศมี r1 และ r2 วางซ้อนกัน ระยะห่างระหว่างพื้นผิวของพวกมันจะเป็นศูนย์ แต่มีแรงดึงดูด ประเด็นก็คือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลาง r1+r2 แตกต่างจากศูนย์ ในระดับจักรวาล การชี้แจงนี้ไม่สำคัญ แต่สำหรับดาวเทียมในวงโคจร ระยะนี้จะเท่ากับความสูงเหนือพื้นผิวบวกกับรัศมีของดาวเคราะห์ของเรา ระยะห่างระหว่างโลกกับดวงจันทร์ยังวัดจากระยะห่างระหว่างศูนย์กลาง ไม่ใช่พื้นผิว

สำหรับกฎแรงโน้มถ่วง มีสูตรดังนี้

,

• F – แรงดึงดูด
• – มวลชน
• ร - ระยะทาง
• G – ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงเท่ากับ 6.67·10−11 m³/(kg·s²)

น้ำหนักคืออะไรถ้าเราแค่ดูแรงโน้มถ่วง?

แรงเป็นปริมาณเวกเตอร์ แต่ในกฎแรงโน้มถ่วงสากล โดยทั่วไปจะเขียนเป็นสเกลาร์ ในภาพเวกเตอร์ กฎหมายจะมีลักษณะดังนี้:

.

แต่ไม่ได้หมายความว่าแรงจะแปรผกผันกับกำลังสามของระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลาง ความสัมพันธ์ควรถูกมองว่าเป็นเวกเตอร์หน่วยที่ส่งจากศูนย์กลางหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง:

.

กฎแห่งปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วง

น้ำหนักและแรงโน้มถ่วง

เมื่อพิจารณากฎแห่งแรงโน้มถ่วงแล้วเราสามารถเข้าใจได้ว่าโดยส่วนตัวแล้วเราไม่น่าแปลกใจเลย เรารู้สึกว่าแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์อ่อนกว่าโลกมาก- แม้ว่าดวงอาทิตย์ดวงใหญ่จะมีมวลมาก แต่ก็อยู่ไกลจากเรามาก อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เช่นกัน แต่ถูกดึงดูดเนื่องจากมีมวลมาก วิธีค้นหาแรงโน้มถ่วงของวัตถุทั้งสอง กล่าวคือ วิธีคำนวณแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ โลก และคุณและฉัน เราจะจัดการกับปัญหานี้ในภายหลัง

เท่าที่เราทราบ แรงโน้มถ่วงคือ:

โดยที่ m คือมวลของเรา และ g คือความเร่งของการตกอย่างอิสระของโลก (9.81 m/s 2)

สำคัญ!แรงดึงดูดนั้นไม่มีอยู่สองสามสิบประเภท แรงโน้มถ่วงเป็นแรงเดียวที่ให้ลักษณะแรงดึงดูดเชิงปริมาณ น้ำหนัก (P = มก.) และแรงโน้มถ่วงเป็นสิ่งเดียวกัน

ถ้า m คือมวลของเรา M คือมวลของโลก R คือรัศมีของมัน ดังนั้นแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อเราจะเท่ากับ:

ดังนั้น เนื่องจาก F = mg:

.

มวล m จะลดลง และการแสดงออกของความเร่งของการตกอย่างอิสระยังคงอยู่:

ดังที่เราเห็น ความเร่งของแรงโน้มถ่วงเป็นค่าคงที่อย่างแท้จริง เนื่องจากสูตรของมันประกอบด้วยปริมาณคงที่ เช่น รัศมี มวลของโลก และค่าคงที่แรงโน้มถ่วง เมื่อแทนค่าของค่าคงที่เหล่านี้ เราจะตรวจสอบให้แน่ใจว่าความเร่งของแรงโน้มถ่วงเท่ากับ 9.81 m/s 2

ที่ละติจูดที่ต่างกัน รัศมีของดาวเคราะห์จะแตกต่างกันเล็กน้อย เนื่องจากโลกยังไม่เป็นทรงกลมที่สมบูรณ์แบบ ด้วยเหตุนี้ ความเร่งของการตกอย่างอิสระ ณ จุดต่างๆ ของโลกจึงแตกต่างกัน

กลับมาที่แรงดึงดูดของโลกและดวงอาทิตย์กันเถอะ ลองพิสูจน์ด้วยตัวอย่างว่าโลกดึงดูดคุณและฉันให้แข็งแกร่งกว่าดวงอาทิตย์

เพื่อความสะดวก ลองเอามวลคนมา: m = 100 กก. แล้ว:

• ระยะห่างระหว่างบุคคลกับโลกเท่ากับรัศมีของดาวเคราะห์: R = 6.4∙10 6 ม.
• มวลของโลกคือ: M γ 6∙10 24 กก.
• มวลของดวงอาทิตย์คือ: Mc data 2∙10 30 กก.
• ระยะห่างระหว่างโลกของเรากับดวงอาทิตย์ (ระหว่างดวงอาทิตย์กับมนุษย์): r=15∙10 10 m.

แรงดึงดูดระหว่างมนุษย์กับโลก:

ผลลัพธ์นี้ค่อนข้างชัดเจนจากการแสดงออกที่ง่ายกว่าสำหรับน้ำหนัก (P = มก.)

แรงดึงดูดระหว่างมนุษย์กับดวงอาทิตย์:

ดังที่เราเห็น โลกของเราดึงดูดเราให้แข็งแกร่งขึ้นเกือบ 2,000 เท่า

จะหาแรงดึงดูดระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์ได้อย่างไร? ด้วยวิธีดังต่อไปนี้:

ตอนนี้เราเห็นแล้วว่าดวงอาทิตย์ดึงดูดโลกของเรา ซึ่งแข็งแกร่งกว่าที่โลกดึงดูดคุณและฉันมากกว่าพันล้านพันล้านเท่า

ความเร็วหลบหนีครั้งแรก

หลังจากที่ไอแซก นิวตันค้นพบกฎแรงโน้มถ่วงสากล เขาเริ่มสนใจว่าร่างกายจะต้องถูกโยนออกไปเร็วแค่ไหน เพื่อที่มันจะออกจากโลกไปตลอดกาลหลังจากเอาชนะสนามโน้มถ่วงได้

จริงอยู่ที่เขาจินตนาการว่ามันแตกต่างออกไปเล็กน้อย ในความเข้าใจของเขา มันไม่ใช่จรวดแนวตั้งที่เล็งไปที่ท้องฟ้า แต่เป็นร่างที่กระโดดจากยอดเขาในแนวนอน นี่เป็นภาพประกอบเชิงตรรกะเพราะว่า ที่ด้านบนของภูเขาแรงโน้มถ่วงจะน้อยกว่าเล็กน้อย.

ดังนั้น ที่ยอดเขาเอเวอเรสต์ ความเร่งของการตกอย่างอิสระจะไม่เป็นปกติที่ 9.8 m/s 2 แต่เกือบ m/s 2 ด้วยเหตุนี้เองที่ทำให้อากาศที่นั่นบางมาก อนุภาคอากาศจึงไม่ยึดติดกับแรงโน้มถ่วงอีกต่อไปเหมือนกับที่ "ตกลง" สู่พื้นผิว

ลองหาว่าความเร็วหนีคืออะไร

ความเร็วหลุดพ้นขั้นแรก v1 คือความเร็วที่วัตถุออกจากพื้นผิวโลก (หรือดาวเคราะห์ดวงอื่น) และเข้าสู่วงโคจรเป็นวงกลม

ลองหาค่าตัวเลขของค่านี้สำหรับโลกของเรากัน

ลองเขียนกฎข้อที่สองของนิวตันสำหรับวัตถุที่หมุนรอบดาวเคราะห์ในวงโคจรเป็นวงกลม:

,

โดยที่ h คือความสูงของวัตถุเหนือพื้นผิว R คือรัศมีของโลก

ในวงโคจร วัตถุจะถูกความเร่งจากแรงเหวี่ยง ดังนั้น:

.

มวลลดลง เราได้:

,

ความเร็วนี้เรียกว่าความเร็วหนีแรก:

อย่างที่คุณเห็น ความเร็วหลุดพ้นไม่ขึ้นอยู่กับมวลกายเลย ดังนั้นวัตถุใด ๆ ที่เร่งความเร็วด้วยความเร็ว 7.9 กม. / วินาทีจะออกจากโลกของเราและเข้าสู่วงโคจรของมัน

ความเร็วหลบหนีครั้งแรก

ความเร็วหลบหนีที่สอง

อย่างไรก็ตาม แม้ว่าร่างกายจะเร่งความเร็วจนถึงความเร็วหลุดพ้นครั้งแรก เราก็ไม่สามารถทำลายการเชื่อมต่อแรงโน้มถ่วงของมันกับโลกได้อย่างสมบูรณ์ นี่คือสาเหตุที่เราต้องการความเร็วหนีที่สอง เมื่อความเร็วถึงระดับนี้ร่างกาย ออกจากสนามโน้มถ่วงของดาวเคราะห์และวงโคจรปิดที่เป็นไปได้ทั้งหมด

สำคัญ!มักมีความเชื่อผิดๆ ว่าในการที่จะไปถึงดวงจันทร์ นักบินอวกาศจะต้องไปถึงความเร็วหลบหนีที่สอง เนื่องจากต้อง "ตัดการเชื่อมต่อ" จากสนามโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ก่อน ไม่เป็นเช่นนั้น: คู่โลก-ดวงจันทร์อยู่ในสนามโน้มถ่วงของโลก จุดศูนย์ถ่วงทั่วไปของมันอยู่ภายในโลก

เพื่อหาความเร็วนี้ ลองตั้งโจทย์ให้แตกต่างออกไปหน่อย สมมติว่าร่างกายบินจากระยะอนันต์ไปยังดาวเคราะห์ คำถาม: เมื่อลงจอดบนพื้นผิวจะถึงความเร็วเท่าใด (แน่นอนว่าไม่คำนึงถึงบรรยากาศ)? ความเร็วมันเป็นแบบนี้เอง ร่างกายจะต้องออกจากโลก

กฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากล ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9

กฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากล

บทสรุป

เราได้เรียนรู้ว่าแม้ว่าแรงโน้มถ่วงจะเป็นพลังหลักในจักรวาล แต่เหตุผลหลายประการของปรากฏการณ์นี้ยังคงเป็นปริศนา เราได้เรียนรู้ว่าแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตันคืออะไร เรียนรู้ที่จะคำนวณมันสำหรับวัตถุต่างๆ และยังได้ศึกษาผลที่ตามมาที่เป็นประโยชน์บางอย่างที่ตามมาจากปรากฏการณ์ เช่น กฎแรงโน้มถ่วงสากล

ดอน เดอยัง

แรงโน้มถ่วง (หรือความโน้มถ่วง) ทำให้เราอยู่บนพื้นโลกอย่างมั่นคง และช่วยให้โลกหมุนรอบดวงอาทิตย์ ด้วยพลังที่มองไม่เห็นนี้ ฝนตกลงมาบนโลก และระดับน้ำในมหาสมุทรก็เพิ่มขึ้นและลดลงทุกวัน แรงโน้มถ่วงทำให้โลกมีรูปร่างเป็นทรงกลมและยังป้องกันไม่ให้ชั้นบรรยากาศของเราหลุดออกไปในอวกาศอีกด้วย ดูเหมือนว่าแรงดึงดูดที่สังเกตได้ทุกวันควรได้รับการศึกษาอย่างดีจากนักวิทยาศาสตร์ แต่ไม่มี! ในหลาย ๆ ด้าน แรงโน้มถ่วงยังคงเป็นปริศนาที่ลึกซึ้งที่สุดของวิทยาศาสตร์ พลังลึกลับนี้เป็นตัวอย่างที่น่าทึ่งว่าความรู้ทางวิทยาศาสตร์สมัยใหม่มีจำกัดเพียงใด

แรงโน้มถ่วงคืออะไร?

ไอแซก นิวตันสนใจเรื่องนี้ตั้งแต่ปี 1686 และได้ข้อสรุปว่าแรงโน้มถ่วงคือแรงดึงดูดที่มีอยู่ระหว่างวัตถุทั้งหมด เขาตระหนักว่าแรงแบบเดียวกับที่ทำให้แอปเปิลตกลงสู่พื้นนั้นอยู่ในวงโคจรของมัน ที่จริงแล้ว แรงโน้มถ่วงของโลกทำให้ดวงจันทร์เบี่ยงเบนไปจากเส้นทางตรงของมันประมาณหนึ่งมิลลิเมตรต่อวินาทีในขณะที่มันโคจรรอบโลก (รูปที่ 1) กฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตันเป็นหนึ่งในการค้นพบทางวิทยาศาสตร์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดตลอดกาล

แรงโน้มถ่วงคือ "เชือก" ที่ยึดวัตถุไว้ในวงโคจร

ภาพที่ 1.ภาพประกอบวงโคจรของดวงจันทร์ ไม่ได้วาดเป็นมาตราส่วน ทุกวินาทีดวงจันทร์โคจรไปประมาณ 1 กม. ในระยะทางนี้มันจะเบี่ยงเบนไปจากเส้นทางตรงประมาณ 1 มม. - สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากแรงดึงโน้มถ่วงของโลก (เส้นประ) ดูเหมือนว่าดวงจันทร์จะตกด้านหลัง (หรือรอบ) โลกอยู่ตลอดเวลา เช่นเดียวกับที่ดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์

แรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในสี่พลังพื้นฐานของธรรมชาติ (ตารางที่ 1) โปรดทราบว่าในบรรดาแรงทั้งสี่แรงนี้ แรงนี้เป็นแรงที่อ่อนที่สุด แต่ก็ยังมีมากกว่าเมื่อเทียบกับวัตถุในอวกาศขนาดใหญ่ ดังที่นิวตันแสดงให้เห็น แรงโน้มถ่วงดึงดูดระหว่างมวลสองมวลจะเล็กลงเรื่อยๆ เมื่อระยะห่างระหว่างมวลทั้งสองเพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ แต่ก็ไม่เคยถึงศูนย์เลย (ดู "การออกแบบแรงโน้มถ่วง")

ดังนั้นทุกอนุภาคในจักรวาลจึงดึงดูดอนุภาคอื่นๆ อย่างแท้จริง แรงดึงดูดนั้นมีระยะไกล (ตารางที่ 1) ซึ่งแตกต่างจากแรงของปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่อ่อนและแรง แรงแม่เหล็กและแรงไฟฟ้าก็เป็นแรงในระยะไกลเช่นกัน แต่แรงโน้มถ่วงมีลักษณะเฉพาะตรงที่เป็นทั้งแรงในระยะไกลและน่าดึงดูดอยู่เสมอ ซึ่งหมายความว่ามันจะไม่มีวันหมด (ต่างจากแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งแรงสามารถดึงดูดหรือผลักกัน) .

เริ่มต้นจากนักวิทยาศาสตร์ด้านการสร้างสรรค์ผู้ยิ่งใหญ่ ไมเคิล ฟาราเดย์ ในปี 1849 นักฟิสิกส์ได้ค้นหาความเชื่อมโยงที่ซ่อนอยู่ระหว่างแรงโน้มถ่วงและพลังปฏิสัมพันธ์ทางแม่เหล็กไฟฟ้าอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบัน นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามรวมพลังพื้นฐานทั้งสี่เข้าไว้ในสมการเดียวหรือที่เรียกว่า "ทฤษฎีของทุกสิ่ง" แต่ก็ไม่เกิดประโยชน์! แรงโน้มถ่วงยังคงเป็นพลังที่ลึกลับที่สุดและมีการศึกษาน้อยที่สุด

แรงโน้มถ่วงไม่สามารถป้องกันได้ในทางใดทางหนึ่ง ไม่ว่าองค์ประกอบของพาร์ติชั่นบล็อกจะเป็นอย่างไร ก็ไม่มีผลต่อแรงดึงดูดระหว่างวัตถุสองชิ้นที่แยกจากกัน ซึ่งหมายความว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างห้องต้านแรงโน้มถ่วงในสภาพห้องปฏิบัติการ แรงโน้มถ่วงไม่ได้ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบทางเคมีของวัตถุ แต่ขึ้นอยู่กับมวลของพวกมัน ซึ่งเราเรียกว่าน้ำหนัก (แรงโน้มถ่วงบนวัตถุเท่ากับน้ำหนักของวัตถุนั้น ยิ่งมีมวลมากเท่าใด น้ำหนักก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น แรงหรือน้ำหนัก) บล็อกที่ประกอบด้วยแก้ว ตะกั่ว น้ำแข็ง หรือแม้แต่สไตโรโฟมา และมีมวลเท่ากัน จะประสบ (และออกแรง) แรงโน้มถ่วงแบบเดียวกัน ข้อมูลเหล่านี้ได้มาระหว่างการทดลอง และนักวิทยาศาสตร์ยังไม่รู้ว่าจะอธิบายตามทฤษฎีได้อย่างไร

การออกแบบตามแรงโน้มถ่วง

แรง F ระหว่างมวลสองมวล m 1 และ m 2 ซึ่งอยู่ที่ระยะห่าง r สามารถเขียนได้เป็นสูตร F = (G m 1 m 2)/r 2

โดยที่ G คือค่าคงตัวแรงโน้มถ่วงที่วัดได้ครั้งแรกโดยเฮนรี คาเวนดิชในปี 1798.1

สมการนี้แสดงให้เห็นว่าแรงโน้มถ่วงลดลงเมื่อระยะห่าง r ระหว่างวัตถุสองชิ้นมากขึ้น แต่ไม่เคยถึงศูนย์เลย

ธรรมชาติของกฎกำลังสองผกผันของสมการนี้น่าทึ่งมาก ท้ายที่สุดแล้ว ไม่มีเหตุผลที่จำเป็นว่าทำไมแรงโน้มถ่วงจึงต้องทำหน้าที่เหมือนเดิม ในจักรวาลที่ไม่เป็นระเบียบ สุ่ม และกำลังพัฒนา อำนาจตามอำเภอใจ เช่น r 1.97 หรือ r 2.3 ดูเหมือนจะมีแนวโน้มมากกว่า อย่างไรก็ตาม การวัดที่แม่นยำแสดงกำลังที่แน่นอนถึงทศนิยมอย่างน้อยห้าตำแหน่งที่ 2.00000 ดังที่นักวิจัยคนหนึ่งกล่าวไว้ ดูเหมือนว่าผลลัพธ์นี้ "แม่นยำเกินไป".2 เราสามารถสรุปได้ว่าแรงโน้มถ่วงบ่งบอกถึงการออกแบบที่แม่นยำและสร้างขึ้น ในความเป็นจริง หากระดับเบี่ยงเบนไปจาก 2 เพียงเล็กน้อย วงโคจรของดาวเคราะห์และจักรวาลทั้งหมดก็จะไม่เสถียร

ลิงค์และหมายเหตุ

1. ในทางเทคนิคแล้ว G = 6.672 x 10 –11 Nm 2 กก. –2
2. Thompsen, D., "แม่นยำมากเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วง", ข่าววิทยาศาสตร์ 118(1):13, 1980.

แล้วแรงโน้มถ่วงคืออะไรกันแน่? พลังนี้สามารถปฏิบัติการในพื้นที่ว่างเปล่าอันกว้างใหญ่เช่นนี้ได้อย่างไร? และทำไมมันถึงมีอยู่? วิทยาศาสตร์ไม่เคยสามารถตอบคำถามพื้นฐานเหล่านี้เกี่ยวกับกฎแห่งธรรมชาติได้ แรงดึงดูดไม่สามารถเกิดขึ้นอย่างช้าๆ ผ่านการกลายพันธุ์หรือการคัดเลือกโดยธรรมชาติ มันมีผลตั้งแต่เริ่มแรกของจักรวาล เช่นเดียวกับกฎฟิสิกส์อื่นๆ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าแรงโน้มถ่วงเป็นหลักฐานที่น่าทึ่งของการสร้างสรรค์ตามแผน

นักวิทยาศาสตร์บางคนพยายามอธิบายแรงโน้มถ่วงโดยใช้อนุภาคที่มองไม่เห็น ซึ่งเรียกว่า กราวิตอน ซึ่งเคลื่อนที่ระหว่างวัตถุ คนอื่นๆ พูดถึงเส้นจักรวาลและคลื่นความโน้มถ่วง เมื่อเร็ว ๆ นี้ นักวิทยาศาสตร์ที่ใช้ห้องปฏิบัติการ LIGO ที่สร้างขึ้นเป็นพิเศษ (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) สามารถเห็นได้เฉพาะผลกระทบของคลื่นความโน้มถ่วงเท่านั้น แต่ธรรมชาติของคลื่นเหล่านี้ วิธีที่วัตถุมีปฏิสัมพันธ์กันในระยะทางอันกว้างใหญ่ การเปลี่ยนทิศทางของคลื่นเหล่านี้ ยังคงเป็นคำถามใหญ่สำหรับทุกคน เราเพียงแต่ไม่รู้ที่มาของแรงโน้มถ่วงและวิธีที่มันรักษาเสถียรภาพของจักรวาลทั้งหมด

แรงโน้มถ่วงและพระคัมภีร์

ข้อความสองตอนจากพระคัมภีร์สามารถช่วยให้เราเข้าใจธรรมชาติของแรงโน้มถ่วงและวิทยาศาสตร์กายภาพโดยทั่วไปได้ ข้อความแรก โคโลสี 1:17 อธิบายว่าพระคริสต์ “มีประการแรก และทุกสิ่งขึ้นอยู่กับพระองค์”- กริยาภาษากรีกย่อมาจาก (συνισταω ซูนิสเตา) หมายความว่า ยึดถือ หรือยึดไว้ด้วยกัน การใช้คำนี้ในภาษากรีกนอกพระคัมภีร์หมายถึง เรือที่บรรจุน้ำ- คำที่ใช้ในหนังสือโคโลสีอยู่ในกาลที่สมบูรณ์แบบ ซึ่งโดยทั่วไปบ่งบอกถึงสภาวะที่กำลังดำเนินอยู่ในปัจจุบันซึ่งเกิดขึ้นจากการกระทำในอดีตที่สมบูรณ์ กลไกทางกายภาพประการหนึ่งที่เป็นปัญหาคือพลังแห่งแรงโน้มถ่วงซึ่งสร้างขึ้นโดยผู้สร้างและยังคงรักษาไว้อย่างไม่สิ้นสุดในปัจจุบัน ลองจินตนาการดู: หากแรงโน้มถ่วงหยุดลงชั่วขณะหนึ่ง ความวุ่นวายก็จะตามมาอย่างไม่ต้องสงสัย เทห์ฟากฟ้าทั้งหมด รวมถึงโลก ดวงจันทร์ และดวงดาว จะไม่ถูกรวมเข้าด้วยกันอีกต่อไป ทุกอย่างจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนเล็กๆ แยกกันทันที

ข้อพระคัมภีร์ข้อที่สอง ฮีบรู 1:3 ประกาศว่าพระคริสต์ “พระองค์ทรงรักษาทุกสิ่งด้วยพระวจนะอันทรงฤทธานุภาพของพระองค์”คำ ถือ (φερω ฟีโร) อธิบายอีกครั้งถึงการรองรับหรือการอนุรักษ์ทุกสิ่ง รวมถึงแรงโน้มถ่วงด้วย คำ ถือดังที่ใช้ในข้อนี้ มีความหมายมากกว่าแค่การชั่งน้ำหนัก มันเกี่ยวข้องกับการควบคุมการเคลื่อนไหวและการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดที่เกิดขึ้นภายในจักรวาล ภารกิจที่ไม่มีที่สิ้นสุดนี้ดำเนินการผ่านพระวจนะของพระเจ้าซึ่งมีอำนาจทุกอย่างซึ่งจักรวาลเริ่มดำรงอยู่ แรงโน้มถ่วง ซึ่งเป็น "พลังลึกลับ" ที่ยังคงไม่ค่อยเข้าใจหลังจากการวิจัยสี่ร้อยปี เป็นการแสดงให้เห็นอย่างหนึ่งของการเอาใจใส่อันน่าอัศจรรย์อันศักดิ์สิทธิ์ต่อจักรวาลนี้

การบิดเบือนเวลาและพื้นที่และหลุมดำ

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์มองว่าแรงโน้มถ่วงไม่ใช่แรง แต่เป็นความโค้งของอวกาศที่อยู่ใกล้วัตถุขนาดใหญ่ แสงซึ่งตามธรรมเนียมแล้วเดินตามเส้นตรง คาดว่าจะโค้งงอเมื่อผ่านพื้นที่โค้ง สิ่งนี้แสดงให้เห็นครั้งแรกเมื่อนักดาราศาสตร์ เซอร์ อาเธอร์ เอ็ดดิงตัน ค้นพบการเปลี่ยนแปลงในตำแหน่งปรากฏของดาวฤกษ์ระหว่างคราสเต็มดวงในปี พ.ศ. 2462 โดยเชื่อว่ารังสีของแสงถูกหักเหโดยแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์

ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปยังทำนายด้วยว่าหากวัตถุมีความหนาแน่นเพียงพอ แรงโน้มถ่วงของมันจะบิดเบือนอวกาศมากจนแสงไม่สามารถผ่านเข้าไปได้เลย วัตถุดังกล่าวดูดซับแสงและทุกสิ่งที่ถูกดึงดูดโดยแรงโน้มถ่วงอันแรงกล้าของมัน และเรียกว่าหลุมดำ วัตถุดังกล่าวสามารถตรวจพบได้จากอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่มีต่อวัตถุอื่นๆ โดยการโค้งงออย่างแรงของแสงรอบๆ และโดยการแผ่รังสีที่รุนแรงที่ปล่อยออกมาจากสสารที่ตกลงบนวัตถุนั้น

สสารทั้งหมดในหลุมดำถูกบีบอัดที่ศูนย์กลางซึ่งมีความหนาแน่นไม่สิ้นสุด “ขนาด” ของหลุมถูกกำหนดโดยขอบฟ้าเหตุการณ์ เช่น เส้นแบ่งเขตที่ล้อมรอบใจกลางหลุมดำ และไม่มีสิ่งใด (แม้แต่แสง) ที่จะหลุดพ้นไปได้ รัศมีของหลุมเรียกว่า รัศมีชวาร์สชิลด์ ตามชื่อนักดาราศาสตร์ชาวเยอรมัน คาร์ล ชวาร์ซชิลด์ (พ.ศ. 2416-2459) และคำนวณโดยสูตร RS = 2GM/c 2 โดยที่ c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ หากดวงอาทิตย์ตกลงไปในหลุมดำ รัศมีชวาร์สชิลด์ของมันจะมีรัศมีเพียง 3 กม.

มีหลักฐานที่ดีว่าหลังจากที่ดาวฤกษ์มวลมากหมดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ มันก็ไม่สามารถต้านทานการยุบตัวด้วยน้ำหนักมหาศาลของมันเองและตกลงไปในหลุมดำได้อีกต่อไป เชื่อกันว่าหลุมดำที่มีมวลดวงอาทิตย์หลายพันล้านดวงมีอยู่ที่ใจกลางกาแลคซี รวมถึงกาแล็กซีทางช้างเผือกของเราเองด้วย นักวิทยาศาสตร์หลายคนเชื่อว่าวัตถุที่มีความสว่างมากและอยู่ห่างไกลมากเรียกว่าควาซาร์ควบคุมพลังงานที่ปล่อยออกมาเมื่อสสารตกลงไปในหลุมดำ

ตามคำทำนายของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แรงโน้มถ่วงยังบิดเบือนเวลาอีกด้วย สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากนาฬิกาอะตอมที่แม่นยำมาก ซึ่งทำงานช้ากว่าสองสามไมโครวินาทีที่ระดับน้ำทะเลมากกว่าในพื้นที่ที่อยู่เหนือระดับน้ำทะเล ซึ่งแรงโน้มถ่วงของโลกอ่อนลงเล็กน้อย ใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ ปรากฏการณ์นี้จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนยิ่งขึ้น หากเราดูนาฬิกาของนักบินอวกาศขณะที่เขาเข้าใกล้ขอบฟ้าเหตุการณ์ เราจะเห็นว่านาฬิกาเดินช้าลง เมื่ออยู่ในขอบฟ้าเหตุการณ์ นาฬิกาจะหยุดเดิน แต่เราจะไม่มีวันมองเห็นมัน ในทางกลับกัน นักบินอวกาศจะไม่สังเกตว่านาฬิกาของเขาเดินช้าลง แต่จะเห็นว่านาฬิกาของเราเดินเร็วขึ้นเรื่อยๆ

อันตรายหลักสำหรับนักบินอวกาศที่อยู่ใกล้หลุมดำคือแรงขึ้นน้ำลงที่เกิดจากความจริงที่ว่าแรงโน้มถ่วงมีมากกว่าส่วนต่างๆ ของร่างกายที่อยู่ใกล้กับหลุมดำมากกว่าส่วนที่อยู่ห่างจากหลุมดำ พลังของพลังคลื่นใกล้หลุมดำที่มีมวลดาวฤกษ์นั้นแข็งแกร่งกว่าพายุเฮอริเคนใด ๆ และฉีกทุกสิ่งที่เข้ามาเป็นชิ้นเล็ก ๆ ได้อย่างง่ายดาย อย่างไรก็ตาม ในขณะที่แรงดึงดูดแรงโน้มถ่วงลดลงตามกำลังสองของระยะทาง (1/r 2) อิทธิพลของกระแสน้ำจะลดลงตามกำลังสามของระยะทาง (1/r 3) ดังนั้น ตรงกันข้ามกับความเชื่อทั่วไป แรงโน้มถ่วง (รวมถึงแรงขึ้นน้ำลง) ที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำขนาดใหญ่จะอ่อนกว่าหลุมดำขนาดเล็ก ดังนั้นแรงน้ำขึ้นน้ำลงที่ขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำในอวกาศที่สังเกตได้จะสังเกตเห็นได้น้อยกว่าลมที่พัดเบาที่สุด

การยืดเวลาด้วยแรงโน้มถ่วงใกล้กับขอบฟ้าเหตุการณ์เป็นพื้นฐานของแบบจำลองทางจักรวาลวิทยาใหม่ของนักฟิสิกส์ด้านการสร้างสรรค์ ดร. รัสเซลล์ ฮัมฟรีส์ ซึ่งเขาอธิบายไว้ในหนังสือ Starlight and Time แบบจำลองนี้อาจช่วยแก้ปัญหาว่าเราสามารถมองเห็นแสงของดวงดาวที่อยู่ห่างไกลในจักรวาลอายุน้อยได้อย่างไร นอกจากนี้ ทุกวันนี้ยังเป็นทางเลือกทางวิทยาศาสตร์แทนสิ่งที่ไม่มีในพระคัมภีร์ไบเบิล ซึ่งตั้งอยู่บนสมมติฐานทางปรัชญาที่อยู่นอกเหนือขอบเขตของวิทยาศาสตร์

บันทึก

แรงโน้มถ่วง “พลังลึกลับ” ที่แม้จะค้นคว้ามาสี่ร้อยปี แต่ก็ยังเป็นที่เข้าใจได้ไม่ดีนัก...

ไอแซก นิวตัน (1642–1727)

ภาพ: Wikipedia.org

ไอแซก นิวตัน (1642–1727)

ไอแซก นิวตัน ตีพิมพ์การค้นพบของเขาเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงและการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้าในปี 1687 ในงานที่มีชื่อเสียงของเขา " หลักคณิตศาสตร์- ผู้อ่านบางคนสรุปอย่างรวดเร็วว่าจักรวาลของนิวตันไม่มีที่ว่างสำหรับพระเจ้า เนื่องจากตอนนี้ทุกสิ่งสามารถอธิบายได้โดยใช้สมการ แต่นิวตันไม่คิดเช่นนั้นเลย ดังที่เขากล่าวไว้ในผลงานอันโด่งดังฉบับที่สองนี้:

“ระบบสุริยะ ดาวเคราะห์ และดาวหางที่สวยที่สุดของเรานั้นสามารถเป็นผลมาจากแผนการและการครอบครองของสิ่งมีชีวิตที่ชาญฉลาดและทรงพลังเท่านั้น”

ไอแซก นิวตัน ไม่ใช่แค่นักวิทยาศาสตร์เท่านั้น นอกจากวิทยาศาสตร์แล้ว เขายังอุทิศเวลาเกือบทั้งชีวิตให้กับการศึกษาพระคัมภีร์อีกด้วย หนังสือพระคัมภีร์ที่เขาชื่นชอบคือหนังสือของดาเนียลและหนังสือวิวรณ์ ซึ่งบรรยายถึงแผนการของพระเจ้าสำหรับอนาคต ในความเป็นจริง นิวตันเขียนงานด้านเทววิทยามากกว่างานทางวิทยาศาสตร์

นิวตันให้ความเคารพนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ เช่น กาลิเลโอ กาลิเลอี อย่างไรก็ตาม นิวตันเกิดในปีเดียวกับที่กาลิเลโอเสียชีวิตในปี 1642 นิวตันเขียนในจดหมายของเขาว่า “ถ้าฉันมองเห็นได้ไกลกว่าคนอื่นๆ นั่นก็เพราะฉันยืนอยู่บนนั้น” ไหล่ยักษ์ใหญ่” ไม่นานก่อนที่เขาจะเสียชีวิต อาจสะท้อนถึงความลึกลับของแรงโน้มถ่วง นิวตันเขียนอย่างสุภาพว่า: “ฉันไม่รู้ว่าโลกมองฉันอย่างไร แต่สำหรับตัวฉันเอง ฉันดูเหมือนเป็นแค่เด็กผู้ชายที่เล่นอยู่บนชายฝั่งทะเล และสนุกสนานด้วยการพบก้อนกรวดที่มีสีสันมากกว่าคนอื่นๆ เป็นครั้งคราว หรือเปลือกหอยที่สวยงาม ในขณะที่มหาสมุทรขนาดมหึมา ของความจริงที่ยังไม่ได้สำรวจ"

นิวตันถูกฝังอยู่ในเวสต์มินสเตอร์แอบบีย์ คำจารึกภาษาละตินบนหลุมศพของเขาลงท้ายด้วยคำว่า: “ให้มนุษย์ชื่นชมยินดีที่มีเครื่องประดับแห่งเผ่าพันธุ์มนุษย์อยู่ท่ามกลางพวกเขา”.

เทห์ฟากฟ้าทั้งหมด รวมถึงดาวเคราะห์โลก มีแรงโน้มถ่วงในตัวเอง ต้องขอบคุณพลังนี้ที่ทำให้จักรวาลรักษาความสงบเรียบร้อย เทห์ฟากฟ้ายังคงอยู่ในวงโคจร ดาวเทียมโคจรรอบดาวเคราะห์ และดาวเคราะห์โคจรรอบดาวฤกษ์ของพวกมัน

แรงโน้มถ่วงของเทห์ฟากฟ้าขนาดเล็กมีผลตรงกันข้ามกับวัตถุขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น การขึ้นและลงของกระแสน้ำบนโลกเกิดขึ้นอย่างแม่นยำด้วยดวงจันทร์บริวาร ผู้คนและวัตถุยังคงอยู่บนพื้นผิวโลกเนื่องจากแรงดึงดูดของมัน - แรงโน้มถ่วง แรงโน้มถ่วงค่อนข้างน่าสนใจในการศึกษาดังนั้นจึงคุ้มค่าที่จะบอกบางสิ่งเกี่ยวกับเรื่องนี้

แรงโน้มถ่วงและข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์

คุณจะได้ยินข้อความทั่วไปที่ระบุว่านักบินอวกาศที่อยู่ในอวกาศในสถานีของตนไม่มีแรงโน้มถ่วงใดๆ เป็นสิ่งที่ควรค่าแก่การหักล้างข้อความนี้: พวกเขาประสบกับผลกระทบของแรงโน้มถ่วงน้อยพร้อมกับเรือซึ่งได้รับอิทธิพลจากแรงโน้มถ่วงของโลกและเทห์ฟากฟ้าอื่น ๆ ในเวลาเดียวกัน อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงไม่ได้เป็นแบบคู่ นอกจากนี้ยังควรชี้แจงประเด็นอื่น ๆ ด้วย:

• ดาวเคราะห์แต่ละดวงมีแรงโน้มถ่วงของตัวเอง ตัวอย่างเช่น ถ้าเราจับดาวพฤหัสบดี น้ำหนักของวัตถุใดๆ ที่นี่จะมากกว่าบนโลก 2.3 เท่า
• แม้จะมีพลังแรงโน้มถ่วงทั้งหมดซึ่งเก็บวัตถุหนักไว้บนพื้นผิวของดาวเคราะห์ ป้องกันไม่ให้พวกมันตกลงไปนอกอวกาศ และแม้ว่ามันจะรักษาลำดับของเทห์ฟากฟ้าในจักรวาลและการเคลื่อนที่ของพวกมันก็ตาม มันเป็นพลังพื้นฐานที่อ่อนแอที่สุดในบรรดาพลังพื้นฐานทั้งสี่- แม่เหล็กไฟฟ้าและปฏิกิริยานิวเคลียร์ทั้งสองประเภทแสดงออกมาอย่างมีพลังมากกว่ามาก
• เมื่อเข้าไปในอวกาศ เรือจะเอาชนะแรงโน้มถ่วงของโลกได้ ในการดำเนินการนี้ พวกเขาจะต้องรักษาความเร็วไว้อย่างน้อย 11.2 กิโลเมตรต่อวินาที
• นักวิทยาศาสตร์กำลังพยายามสร้างลำแสงโน้มถ่วงที่จะยอมให้วัตถุเคลื่อนที่ได้โดยไม่ต้องสัมผัสกัน แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีผลลัพธ์เชิงปฏิบัติที่มีนัยสำคัญในทิศทางนี้
• แต่แม่เหล็กธรรมดาที่แขวนอยู่บนวัตถุที่เป็นโลหะสามารถเอาชนะพลังอันทรงพลังนี้ได้ มันไม่ตกจึงเอาชนะแรงโน้มถ่วงได้

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจอื่น ๆ เกี่ยวกับสถานที่ท่องเที่ยว

นิวตันค้นพบแรงโน้มถ่วง และหลายคนรู้ตำนานตลกเกี่ยวกับการที่แอปเปิ้ลหล่นใส่หัวของเขา อันที่จริงนี่ไม่ใช่กรณี นักวิทยาศาสตร์เพียงแค่สังเกตกระบวนการที่แอปเปิ้ลตกลงมา แล้วคิดว่าควรจะดึงดูดดวงจันทร์ในลักษณะเดียวกัน ในการไตร่ตรองเพิ่มเติม การค้นพบที่น่าอัศจรรย์ของเขาถือกำเนิดขึ้น คำว่า "แรงโน้มถ่วง" มีต้นกำเนิดจากภาษาละตินและแปลว่า "หนัก" นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสังเกตดังต่อไปนี้:

• แรงโน้มถ่วงขยายออกไปในระยะทางอันไร้ขีดจำกัดด้วยระยะห่างจากวัตถุ มันก็จะอ่อนลงเท่านั้น แต่ไม่ได้หายไปทั้งหมด มันจะหายไปก็ต่อเมื่อมีวัตถุกระทำในอีกด้านหนึ่ง และการกระแทกมีแรงเท่ากัน แรงโน้มถ่วงจะถูกยกเลิกโดยธรรมชาติ
• แรงโน้มถ่วงสามารถโค้งงอเวลาและพื้นที่ได้ - นี่คือสิ่งที่ไอน์สไตน์เชื่ออย่างแน่นอน เมื่อพิจารณาทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา แรงโน้มถ่วงจะปรากฏเป็นความโค้งของเวลาและพื้นที่
• ไม่มีที่สำหรับแรงโน้มถ่วงในกลศาสตร์ควอนตัม แม้ว่าแรงอื่นๆ ทั้งสามจะปรากฏอยู่ที่นั่นก็ตาม ในทางปฏิบัติ ปรากฎว่าเมื่อมีการรวมแรงโน้มถ่วงไว้ในสมการ พวกมันจะไม่ถูกต้อง ความขัดแย้งนี้ยังไม่ได้รับการแก้ไข

ดังนั้นแรงดึงดูดหรือแรงโน้มถ่วงยังคงซ่อนความลึกลับมากมายมาจนถึงทุกวันนี้ แม้ว่าทุกคนจะสัมผัสได้ถึงการกระทำนั้นตลอดเวลาก็ตาม และกำลังถูกสำรวจ เผยขอบเขตใหม่ๆ สำหรับนักวิทยาศาสตร์