Yer çekimi kuvveti. Evrensel çekim yasası nedir: büyük keşfin formülü

Yerçekiminin evrendeki nesneler arasındaki en zayıf etkileşim olmasına rağmen, uzaydaki herhangi bir mesafedeki fiziksel nesneleri etkileyebildiği için fizik ve astronomideki önemi çok büyüktür.

Astronomi ile ilgileniyorsanız, muhtemelen yerçekimi veya evrensel çekim yasası gibi bir kavramın ne olduğu sorusunu düşünmüşsünüzdür. Yerçekimi, Evrendeki tüm nesneler arasındaki evrensel temel bir etkileşimdir.

Yer çekimi kanununun keşfi ünlü İngiliz fizikçi Isaac Newton'a atfedilir. Muhtemelen çoğunuz ünlü bir bilim adamının başına düşen elmanın hikayesini biliyorsunuzdur. Bununla birlikte, tarihin derinliklerine bakarsanız, yerçekiminin varlığının, antik çağın filozofları ve bilim adamları, örneğin Epikuros tarafından, kendi döneminden çok önce düşünüldüğünü görebilirsiniz. Yine de klasik mekanik çerçevesinde fiziksel cisimler arasındaki çekimsel etkileşimi ilk açıklayan Newton'du. Teorisi, genel görelilik teorisinde yerçekiminin uzaydaki etkisini ve uzay-zaman sürekliliğindeki rolünü daha doğru bir şekilde tanımlayan başka bir ünlü bilim adamı Albert Einstein tarafından geliştirildi.

Newton'un evrensel çekim yasası, birbirinden mesafeyle ayrılan iki kütle noktası arasındaki çekim kuvvetinin, mesafenin karesiyle ters orantılı ve her iki kütleyle doğru orantılı olduğunu söylüyor. Yer çekimi kuvveti uzun menzillidir. Yani, kütlesi olan bir cismin nasıl hareket ettiğine bakılmaksızın, klasik mekanikte onun çekim potansiyeli tamamen bu cismin zamanın belirli bir andaki konumuna bağlı olacaktır. Bir nesnenin kütlesi ne kadar büyük olursa, yerçekimi alanı da o kadar büyük olur; sahip olduğu yerçekimi kuvveti de o kadar güçlü olur. Galaksiler, yıldızlar ve gezegenler gibi kozmik nesneler en büyük çekim gücüne ve buna bağlı olarak oldukça güçlü çekim alanlarına sahiptir.

Yerçekimi alanları

Dünyanın yerçekimi alanı

Yerçekimi alanı, Evrendeki nesneler arasındaki yerçekimi etkileşiminin gerçekleştirildiği mesafedir. Bir nesnenin kütlesi ne kadar büyük olursa, yerçekimi alanı da o kadar güçlü olur; belirli bir alandaki diğer fiziksel cisimler üzerindeki etkisi o kadar belirgin olur. Bir nesnenin çekim alanı potansiyeldir. Önceki ifadenin özü, eğer iki cisim arasına potansiyel çekim enerjisini dahil edersek, ikincisi kapalı bir kontur boyunca hareket ettikten sonra değişmeyecektir. Buradan, kapalı bir devrede potansiyel ve kinetik enerjinin toplamının korunumuna ilişkin bir başka ünlü yasa ortaya çıkar.

Maddi dünyada yerçekimi alanı büyük önem taşımaktadır. Evrendeki kütlesi olan tüm maddi nesneler ona sahiptir. Yerçekimi alanı yalnızca maddeyi değil aynı zamanda enerjiyi de etkileyebilir. Mantıksal bir yapı ile karakterize edilen güneş sistemleri, galaksiler ve diğer astronomik kümeler, kara delikler, kuasarlar ve süper kütleli yıldızlar gibi büyük uzay nesnelerinin yerçekimi alanlarının etkisinden kaynaklanmaktadır.

En son bilimsel veriler, Evrenin genişlemesinin meşhur etkisinin aynı zamanda çekimsel etkileşim yasalarına da dayandığını göstermektedir. Özellikle Evrenin genişlemesi, hem küçük hem de en büyük nesnelerin güçlü çekim alanları tarafından kolaylaştırılır.

İkili sistemde yerçekimi radyasyonu

Yerçekimi radyasyonu veya yerçekimi dalgası, fizik ve kozmolojiye ilk kez ünlü bilim adamı Albert Einstein tarafından tanıtılan bir terimdir. Yerçekimi teorisindeki yerçekimi radyasyonu, maddi nesnelerin değişken ivmeyle hareket etmesiyle üretilir. Nesnenin hızlanması sırasında, yerçekimi dalgası ondan “kırılır”, bu da çevredeki uzaydaki yerçekimi alanında dalgalanmalara yol açar. Buna yerçekimi dalgası etkisi denir.

Yerçekimi dalgaları, Einstein'ın genel görelilik teorisi ve diğer yerçekimi teorileri tarafından tahmin edilmesine rağmen, hiçbir zaman doğrudan tespit edilememiştir. Bu öncelikle aşırı küçüklüklerinden kaynaklanmaktadır. Ancak astronomide bu etkiyi doğrulayabilecek ikinci dereceden kanıtlar var. Böylece ikili yıldızların yaklaşması örneğinde yerçekimi dalgasının etkisi gözlemlenebilir. Gözlemler, ikili yıldızların yaklaşma hızının bir dereceye kadar bu uzay nesnelerinin muhtemelen yerçekimsel radyasyona harcanan enerji kaybına bağlı olduğunu doğrulamaktadır. Bilim insanları, yeni nesil Gelişmiş LIGO ve VIRGO teleskoplarının yardımıyla yakın gelecekte bu hipotezi güvenilir bir şekilde doğrulayabilecekler.

Modern fizikte iki mekanik kavramı vardır: klasik ve kuantum. Kuantum mekaniği nispeten yakın zamanda türetilmiştir ve klasik mekanikten temelde farklıdır. Kuantum mekaniğinde nesnelerin (kuantanın) belirli bir konumu ve hızı yoktur, burada her şey olasılığa dayanmaktadır. Yani bir cisim zamanın belli bir noktasında uzayda belli bir yeri işgal edebilir. Bundan sonra nereye gideceğini güvenilir bir şekilde belirlemek imkansızdır, ancak yalnızca yüksek derecede bir olasılıkla.

Yer çekiminin ilginç bir etkisi de uzay-zaman sürekliliğini bükebilmesidir. Einstein'ın teorisi, bir grup enerjinin veya herhangi bir maddi maddenin etrafındaki uzayda uzay-zamanın kavisli olduğunu söylüyor. Buna göre, bu maddenin yerçekimi alanının etkisi altına giren parçacıkların yörüngesi değişir, bu da hareketlerinin yörüngesini yüksek olasılıkla tahmin etmeyi mümkün kılar.

Yerçekimi teorileri

Bugün bilim insanları bir düzineden fazla farklı yerçekimi teorisini biliyor. Klasik ve alternatif teoriler olarak ikiye ayrılırlar. İlkinin en ünlü temsilcisi, ünlü İngiliz fizikçi tarafından 1666'da icat edilen Isaac Newton'un klasik yerçekimi teorisidir. Özü, mekanikteki devasa bir cismin kendi etrafında, daha küçük nesneleri kendine çeken bir yerçekimi alanı oluşturması gerçeğinde yatmaktadır. Buna karşılık, ikincisi de Evrendeki diğer maddi nesneler gibi bir çekim alanına sahiptir.

Bir sonraki popüler yerçekimi teorisi, 20. yüzyılın başında dünyaca ünlü Alman bilim adamı Albert Einstein tarafından icat edildi. Einstein, yerçekimini bir olgu olarak daha doğru bir şekilde tanımlamayı ve onun eylemini yalnızca klasik mekanikte değil, aynı zamanda kuantum dünyasında da açıklamayı başardı. Genel görelilik teorisi, yerçekimi gibi bir kuvvetin uzay-zaman sürekliliğini ve aynı zamanda uzaydaki temel parçacıkların yörüngesini etkileme yeteneğini açıklar.

Alternatif yerçekimi teorileri arasında yurttaşımız ünlü fizikçi A.A.'nın icat ettiği görelilik teorisi yer almaktadır. Logunov. Logunov, Einstein'ın aksine, yerçekiminin geometrik değil, gerçek, yeterince güçlü bir fiziksel kuvvet alanı olduğunu savundu. Alternatif yerçekimi teorileri arasında skaler, bimetrik, yarı doğrusal ve diğerleri de bilinmektedir.

1. Uzayda bulunup Dünya'ya dönen insanlar için gezegenimizin çekim kuvvetine alışmak ilk başta oldukça zordur. Bazen birkaç hafta sürer.
2. Ağırlıksız durumdaki insan vücudunun ayda kemik iliği kütlesinin% 1'ine kadar kaybedebileceği kanıtlanmıştır.
3. Gezegenler arasında güneş sistemindeki çekim kuvveti en az olan Mars, en büyük olan ise Jüpiter'dir.
4. Bağırsak hastalıklarının nedeni olan bilinen salmonella bakterileri ağırlıksız durumda daha aktif davranır ve insan vücuduna çok daha fazla zarar verebilir.
5. Evrendeki bilinen tüm astronomik nesneler arasında kara delikler en büyük çekim kuvvetine sahiptir. Golf topu büyüklüğünde bir kara delik, tüm gezegenimizle aynı çekim kuvvetine sahip olabilir.
6. Dünyadaki yer çekimi kuvveti gezegenimizin her köşesinde aynı değildir. Örneğin Kanada'nın Hudson Körfezi bölgesinde dünyanın diğer bölgelerine göre daha düşüktür.

Fizikçiler tarafından sürekli incelenen en önemli olgu harekettir. Elektromanyetik olaylar, mekanik yasaları, termodinamik ve kuantum süreçleri - bunların hepsi, fizik tarafından incelenen evrenin çok çeşitli parçalarıdır. Ve tüm bu süreçler şu ya da bu şekilde bir şeye iniyor - -.

Temas halinde

Evrendeki her şey hareket eder. Yerçekimi, çocukluğumuzdan beri tüm insanlar için tanıdık bir olgudur, gezegenimizin yerçekimi alanında doğduk, bu fiziksel olgu bizim tarafımızdan en derin sezgisel düzeyde algılanıyor ve öyle görünüyor ki, çalışma bile gerektirmiyor.

Ama ne yazık ki soru şu: neden ve Tüm bedenler birbirini nasıl çeker? Aşağı yukarı araştırılmış olmasına rağmen bugüne kadar tam olarak açıklanamamıştır.

Bu yazıda Newton'un evrensel çekiciliğinin ne olduğunu - klasik yerçekimi teorisini - ele alacağız. Ancak formüllere ve örneklere geçmeden önce, çekim sorununun özünden bahsedelim ve ona bir tanım verelim.

Belki yerçekiminin incelenmesi doğa felsefesinin (şeylerin özünü anlama bilimi) başlangıcıydı, belki doğa felsefesi yerçekiminin özü sorununu doğurdu, ama öyle ya da böyle cisimlerin yerçekimi sorunu Antik Yunan'a ilgi duyan.

Hareket, bedenin duyusal özelliklerinin özü, daha doğrusu bedenin gözlemcinin gördüğü anda hareket etmesi olarak anlaşıldı. Bir olguyu ölçemiyor, tartamıyor, hissedemiyorsak bu, o olgunun olmadığı anlamına mı gelir? Doğal olarak öyle değil. Ve Aristoteles bunu anladığından beri yerçekiminin özü üzerine düşünceler başladı.

Bugün ortaya çıktığı gibi, onlarca yüzyıl sonra, yerçekimi yalnızca dünyanın ve gezegenimizin çekiciliğinin değil, aynı zamanda Evrenin ve neredeyse tüm mevcut temel parçacıkların kökeninin de temelidir.

Hareket görevi

Bir düşünce deneyi yapalım. Sol elinize küçük bir top alın. Sağdakinin aynısını alalım. Sağdaki topu bırakalım, düşmeye başlayacak. Soldaki elde kalıyor, hâlâ hareketsiz.

Zamanın geçişini zihinsel olarak durduralım. Düşen sağ top havada "asılı kalır", soldaki ise hala elde kalır. Sağ top hareket "enerjisi" ile donatılmıştır, sol top ise değildir. Peki aralarındaki derin, anlamlı fark nedir?

Düşen topun nerede, hangi kısmında hareket etmesi gerektiği yazıyor? Aynı kütleye, aynı hacme sahiptir. Aynı atomlara sahiptir ve hareketsiz bir topun atomlarından farklı değildir. Top sahip olmak? Evet doğru cevap bu ama top potansiyel enerjiye sahip olduğunu nasıl biliyor, nereye kaydediliyor?

Bu Aristoteles, Newton ve Albert Einstein'ın belirlediği görevdir. Ve üç parlak düşünürün hepsi bu sorunu kısmen kendileri için çözdüler, ancak bugün çözülmesi gereken bir takım sorunlar var.

Newton yerçekimi

1666'da, en büyük İngiliz fizikçisi ve tamircisi I. Newton, evrendeki tüm maddelerin birbirine yönelmesini sağlayan kuvveti niceliksel olarak hesaplayabilen bir yasa keşfetti. Bu olaya evrensel çekim denir. "Evrensel çekim yasasını formüle edin" diye sorulduğunda cevabınız şöyle olmalı:

İki cismin çekimine katkıda bulunan yerçekimi etkileşiminin kuvveti bu cisimlerin kütleleriyle doğru orantılı olarak ve aralarındaki mesafeyle ters orantılıdır.

Önemli! Newton'un çekim yasası "uzaklık" terimini kullanır. Bu terim, cisimlerin yüzeyleri arasındaki mesafe olarak değil, ağırlık merkezleri arasındaki mesafe olarak anlaşılmalıdır. Örneğin, yarıçapları r1 ve r2 olan iki top üst üste duruyorsa, yüzeyleri arasındaki mesafe sıfırdır ancak bir çekim kuvveti vardır. Mesele şu ki merkezleri arasındaki mesafe r1+r2 sıfırdan farklı. Kozmik ölçekte bu açıklama önemli değildir ancak yörüngedeki bir uydu için bu mesafe, yüzeyden yükseklik artı gezegenimizin yarıçapına eşittir. Dünya ile Ay arasındaki mesafe de yüzeyleri değil merkezleri arasındaki mesafe olarak ölçülür.

Yer çekimi kanunu için formül aşağıdaki gibidir:

,

• F çekim kuvvetidir,
• - kitleler,
• r - mesafe,
• G, 6,67 · 10−11 m³ / (kg s²)'ye eşit olan yer çekimi sabitidir.

Biraz önce çekim kuvvetini dikkate alırsak ağırlık nedir?

Kuvvet vektörel bir niceliktir ancak evrensel çekim yasasında geleneksel olarak skaler olarak yazılır. Bir vektör resminde yasa şöyle görünecektir:

.

Ancak bu, kuvvetin merkezler arasındaki uzaklığın küpüyle ters orantılı olduğu anlamına gelmez. Oran, bir merkezden diğerine yönlendirilen birim vektör olarak anlaşılmalıdır:

.

Yerçekimi etkileşimi kanunu

Ağırlık ve yerçekimi

Yerçekimi yasasını göz önüne aldığımızda, kişisel olarak bizim olmamızda şaşırtıcı bir şey olmadığı anlaşılabilir. güneşin çekiminin dünyanınkinden çok daha zayıf olduğunu hissediyoruz. Büyük Güneş, büyük bir kütleye sahip olmasına rağmen bizden çok uzaktadır. aynı zamanda Güneş'ten de uzaktadır, ancak büyük bir kütleye sahip olduğu için ona doğru çekilmektedir. İki cismin çekim kuvveti nasıl bulunur, yani Güneş'in, Dünya'nın ve sizin ve benim çekim kuvvetinin nasıl hesaplanacağı - bu konuyu biraz sonra ele alacağız.

Bildiğimiz kadarıyla yer çekimi kuvveti:

burada m kütlemiz, g ise Dünya'nın serbest düşüş ivmesidir (9,81 m/s2).

Önemli!İki, üç, on çeşit çekim kuvveti yoktur. Çekimi ölçen tek kuvvet yerçekimidir. Ağırlık (P = mg) ve çekim kuvveti bir ve aynıdır.

Eğer m bizim kütlemiz, M dünyanın kütlesi, R yarıçapı ise bize etki eden yerçekimi kuvveti:

Böylece, F = mg olduğundan:

.

m kütleleri birbirini götürür ve geriye serbest düşüş ivmesi için ifade kalır:

Gördüğünüz gibi, serbest düşüşün ivmesi aslında sabit bir değerdir, çünkü formülü sabit değerleri içerir - yarıçap, Dünya'nın kütlesi ve yerçekimi sabiti. Bu sabitlerin değerlerini değiştirerek serbest düşüş ivmesinin 9,81 m/s2'ye eşit olmasını sağlayacağız.

Farklı enlemlerde, Dünya hala mükemmel bir küre olmadığı için gezegenin yarıçapı biraz farklıdır. Bu nedenle yerkürenin farklı noktalarındaki serbest düşüşün ivmesi farklıdır.

Dünyanın ve Güneş'in çekiciliğine dönelim. Dünyanın bizi Güneş'ten daha güçlü çektiğini örnekle kanıtlamaya çalışalım.

Kolaylık sağlamak için bir kişinin kütlesini alalım: m = 100 kg. Daha sonra:

• Bir kişi ile dünya arasındaki mesafe gezegenin yarıçapına eşittir: R = 6,4∙10 6 m.
• Dünyanın kütlesi: M ≈ 6∙10 24 kg.
• Güneş'in kütlesi: Mc ≈ 2∙10 30 kg.
• Gezegenimiz ile Güneş arasındaki mesafe (Güneş ile insan arası): r=15∙10 10 m.

İnsan ile Dünya arasındaki çekim kuvveti:

Bu sonuç, ağırlığın daha basit bir ifadesinden (P = mg) oldukça açıktır.

İnsan ile Güneş arasındaki çekim kuvveti:

Gördüğünüz gibi gezegenimiz bizi neredeyse 2000 kat daha güçlü çekiyor.

Dünya ile Güneş arasındaki çekim kuvveti nasıl bulunur? Aşağıdaki şekilde:

Artık Güneş'in gezegenimizi, gezegenin sizi ve beni çekmesinden milyarlarca kat daha güçlü bir şekilde çektiğini görüyoruz.

ilk kozmik hız

Isaac Newton evrensel çekim yasasını keşfettikten sonra, bir cismin yerçekimi alanını aşarak dünyayı sonsuza kadar terk etmesi için ne kadar hızlı fırlatılması gerektiğiyle ilgilenmeye başladı.

Doğru, bunu biraz farklı hayal etti, anlayışına göre bu, gökyüzüne yönlendirilmiş dikey olarak duran bir roket değil, bir dağın tepesinden yatay olarak sıçrayan bir cisimdi. Bu mantıklı bir örnekti çünkü Dağın tepesinde yer çekimi kuvveti biraz daha azdır.

Yani Everest'in tepesinde yerçekiminin ivmesi olağan 9,8 m/s2 değil, neredeyse m/s2 olacaktır. Bu nedenle o kadar seyrekleşmiştir ki, hava parçacıkları artık yüzeye "düşenler" kadar yerçekimine bağlı değildir.

Kozmik hızın ne olduğunu bulmaya çalışalım.

Birinci kozmik hız v1, cismin Dünya'nın (veya başka bir gezegenin) yüzeyinden ayrılıp dairesel bir yörüngeye girdiği hızdır.

Bu miktarın gezegenimiz için sayısal değerini bulmaya çalışalım.

Gezegenin etrafında dairesel bir yörüngede dönen bir cisim için Newton'un ikinci yasasını yazalım:

,

burada h, vücudun yüzey üzerindeki yüksekliğidir, R, Dünya'nın yarıçapıdır.

Yörüngede merkezkaç ivmesi vücuda etki eder, böylece:

.

Kütleler azalırsa şunu elde ederiz:

,

Bu hıza birinci kozmik hız denir:

Gördüğünüz gibi uzay hızı cismin kütlesinden tamamen bağımsızdır. Böylece 7,9 km/s hıza ulaşan herhangi bir cisim gezegenimizi terk ederek yörüngesine girecektir.

ilk kozmik hız

İkinci uzay hızı

Ancak bedeni ilk kozmik hıza kadar hızlandırsak bile, onun Dünya ile olan çekimsel bağlantısını tamamen kesemeyeceğiz. Bunun için ikinci kozmik hıza ihtiyaç vardır. Bu hıza ulaşıldığında vücut gezegenin çekim alanını terk eder ve mümkün olan tüm kapalı yörüngeler.

Önemli! Yanlışlıkla, astronotların Ay'a ulaşmak için ikinci kozmik hıza ulaşmaları gerektiğine inanılıyor, çünkü önce gezegenin çekim alanıyla "bağlantıyı kesmek" zorunda kaldılar. Durum böyle değil: Dünya-Ay çifti Dünya'nın çekim alanındadır. Ortak ağırlık merkezleri yerkürenin içindedir.

Bu hızı bulmak için problemi biraz farklı bir şekilde belirledik. Bir cismin sonsuzluktan bir gezegene uçtuğunu varsayalım. Soru: İniş sırasında yüzeyde hangi hıza ulaşılacak (elbette atmosferi hesaba katmadan)? Bu hız ve bedenin gezegeni terk etmesi gerekecek.

Evrensel çekim yasası. Fizik 9. Sınıf

Evrensel çekim yasası.

Çözüm

Evrendeki ana kuvvet yerçekimi olmasına rağmen, bu olgunun birçok nedeninin hala bir sır olduğunu öğrendik. Newton'un evrensel çekim kuvvetinin ne olduğunu öğrendik, bunun çeşitli cisimler için nasıl hesaplanacağını öğrendik ve ayrıca evrensel çekim yasası gibi bir olgunun yol açtığı bazı yararlı sonuçları inceledik.

Don DeYoung

Yerçekimi (veya yerçekimi) bizi sıkıca yerde tutar ve dünyanın güneşin etrafında dönmesini sağlar. Bu görünmez kuvvet sayesinde yağmur yeryüzüne düşer ve okyanustaki su seviyesi her geçen gün yükselip alçalır. Yerçekimi, dünyayı küresel bir şekilde tutar ve aynı zamanda atmosferimizin uzaya kaçmasını da engeller. Öyle görünüyor ki, her gün gözlemlenen bu çekim kuvvetinin bilim insanları tarafından iyi incelenmesi gerekiyor. Ama hayır! Pek çok açıdan yerçekimi bilimin en derin gizemi olmaya devam ediyor. Bu gizemli güç, modern bilimsel bilginin ne kadar sınırlı olduğunun harika bir örneğidir.

Yerçekimi nedir?

Isaac Newton 1686 gibi erken bir tarihte bu konuyla ilgilendi ve yerçekiminin tüm nesneler arasında var olan çekici bir kuvvet olduğu sonucuna vardı. Elmanın yere düşmesine neden olan kuvvetin aynısının elmanın yörüngesinde olduğunu fark etti. Aslında Dünya'nın çekim kuvveti, Ay'ın Dünya etrafındaki dönüşü sırasında düz yolundan saniyede yaklaşık bir milimetre sapmasına neden olur (Şekil 1). Newton'un Evrensel Yerçekimi Yasası, tüm zamanların en büyük bilimsel keşiflerinden biridir.

Yerçekimi nesneleri yörüngede tutan "iptir"

Resim 1. Ay'ın yörüngesinin ölçeğe göre çizilmemiş bir çizimi. Ay her saniyede yaklaşık 1 km yol kat eder. Bu mesafe boyunca düz yoldan yaklaşık 1 mm sapar - bunun nedeni Dünya'nın yerçekimi kuvvetidir (kesikli çizgi). Tıpkı güneşin etrafındaki gezegenlerin de düşmesi gibi, ay da sürekli olarak dünyanın arkasına (ya da çevresine) düşüyor gibi görünüyor.

Yerçekimi doğanın dört temel kuvvetinden biridir (Tablo 1). Dört kuvvet arasında bu kuvvetin en zayıfı olduğunu ancak yine de büyük uzay nesnelerine göre baskın olduğunu unutmayın. Newton'un gösterdiği gibi, herhangi iki kütle arasındaki çekim kuvveti, aralarındaki mesafe büyüdükçe giderek küçülür, ancak hiçbir zaman tamamen sıfıra ulaşmaz (bkz. Yerçekimi Tasarımı).

Dolayısıyla evrendeki her parçacık aslında diğer tüm parçacıkları çekiyor. Zayıf ve güçlü nükleer kuvvetlerin aksine, çekim kuvveti uzun menzillidir (Tablo 1). Manyetik ve elektriksel etkileşim kuvvetleri de uzun menzilli kuvvetlerdir, ancak yerçekimi hem uzun menzilli hem de her zaman çekici olması açısından benzersizdir, yani asla tükenemez (kuvvetlerin çekebildiği veya itebildiği elektromanyetizmanın aksine).

Fizikçiler, 1849'da büyük yaratılışçı bilim adamı Michael Faraday'dan başlayarak, sürekli olarak yerçekimi kuvveti ile elektromanyetik kuvvetin kuvveti arasındaki gizli bağlantıyı araştırdılar. Şu anda, bilim adamları dört temel kuvveti tek bir denklemde veya sözde "Her Şeyin Teorisi"nde birleştirmeye çalışıyorlar, ancak başarılı olamıyorlar! Yerçekimi hala en gizemli ve en az anlaşılan kuvvettir.

Yerçekimi hiçbir şekilde korunamaz. Bariyerin bileşimi ne olursa olsun, iki ayrı nesne arasındaki çekim üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Bu, laboratuvarda yerçekimine karşı bir oda oluşturmanın imkansız olduğu anlamına gelir. Yerçekimi kuvveti nesnelerin kimyasal bileşimine bağlı değildir, ancak onların bizim ağırlık olarak bildiğimiz kütlesine bağlıdır (bir nesnenin üzerindeki yerçekimi kuvveti, o nesnenin ağırlığına eşittir; kütle ne kadar büyükse, kütle de o kadar büyük olur). kuvvet veya ağırlık.) Camdan, kurşundan, buzdan ve hatta strafordan yapılmış ve aynı kütleye sahip bloklar aynı yerçekimi kuvvetine maruz kalacak (ve uygulayacaktır). Bu veriler deneyler sırasında elde edildi ve bilim adamları bunların teorik olarak nasıl açıklanabileceğini hala bilmiyorlar.

Yerçekiminde Tasarım

R mesafesinde bulunan iki m 1 ve m 2 kütlesi arasındaki F kuvveti, F = (G m 1 m 2) / r 2 formülü olarak yazılabilir.

Burada G, ilk kez 1798'de Henry Cavendish tarafından ölçülen yer çekimi sabitidir.1

Bu denklem, iki nesne arasındaki mesafe (r) büyüdükçe yerçekiminin azaldığını, ancak hiçbir zaman tam olarak sıfıra ulaşmadığını gösterir.

Bu denklemin ters kare doğası tek kelimeyle nefes kesici. Sonuçta yerçekiminin bu şekilde hareket etmesinin hiçbir zorunlu nedeni yoktur. Düzensiz, rastgele ve gelişen bir evrende r 1,97 veya r 2,3 gibi keyfi güçler daha muhtemel görünmektedir. Ancak doğru ölçümler, en az beş ondalık basamağa kadar kesin bir güç gösterdi: 2.00000. Bir araştırmacının söylediği gibi bu sonuç "çok kesin".2 Çekim kuvvetinin doğru, yaratılmış bir tasarımı gösterdiği sonucuna varabiliriz. Hatta derece 2'den biraz bile sapsa, gezegenlerin ve tüm evrenin yörüngeleri kararsız hale gelirdi.

Bağlantılar ve notlar

1. Teknik olarak G = 6,672 x 10 –11 Nm 2 kg –2
2. Thompsen, D., "Yerçekimi konusunda çok doğru", Bilim Haberleri 118(1):13, 1980.

Peki yerçekimi tam olarak nedir? Bu kuvvet bu kadar geniş ve boş bir uzayda nasıl hareket edebiliyor? Peki neden var? Bilim, doğa yasalarıyla ilgili bu temel soruları hiçbir zaman yanıtlayamadı. Çekim gücü mutasyon ya da doğal seçilim yoluyla yavaş yavaş oluşamaz. Evrenin varoluşunun başlangıcından beri aktiftir. Diğer fizik kanunları gibi yer çekimi de şüphesiz planlı bir yaratılışın harika bir kanıtıdır.

Bazı bilim adamları yerçekimini nesneler arasında hareket eden görünmez parçacıklar, gravitonlar aracılığıyla açıklamaya çalıştılar. Diğerleri kozmik sicimlerden ve yerçekimi dalgalarından bahsetti. Son zamanlarda, bilim adamları özel olarak oluşturulmuş bir laboratuvar olan LIGO'nun (Eng. Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi) yardımıyla yalnızca yerçekimi dalgalarının etkisini görmeyi başardılar. Ancak bu dalgaların doğası, nesnelerin büyük mesafelerde birbirleriyle fiziksel olarak nasıl etkileşime girip şekil değiştirdikleri hala herkes için büyük bir soru olmaya devam ediyor. Yerçekimi kuvvetinin kökeninin doğasını ve tüm evrenin istikrarını nasıl sağladığını bilmiyoruz.

Yerçekimi ve Kutsal Yazılar

İncil'den iki pasaj yerçekiminin doğasını ve genel olarak fizik bilimini anlamamıza yardımcı olabilir. İlk pasaj olan Koloseliler 1:17, Mesih'in “Her şeyden önce var ve O’nun için her şey değerlidir”. Yunanca fiil duruyor (συνισταω güneş ışığı) şu anlama gelir: tutunmak, bir arada tutulmak veya bir arada tutulmak. Bu kelimenin Yunanca'da İncil dışında kullanılması şu anlama gelir: su içeren kap. Koloseliler kitabında kullanılan kelime mükemmel zaman kipiyle yazılmıştır ve bu genellikle geçmişte tamamlanmış bir eylemden kaynaklanan ve günümüzde devam eden bir durumu belirtir. Söz konusu fiziksel mekanizmalardan birinin de elbette Yaratıcı tarafından tesis edilen ve günümüzde de sürdürülen çekim kuvveti olduğu açıktır. Sadece hayal edin: Yer çekimi kuvveti bir an için hareket etmeyi bıraksa, şüphesiz kaos ortaya çıkar. Artık dünya, ay ve yıldızlar dahil tüm gök cisimleri bir arada tutulamayacaktı. Bütün bu saat ayrı, küçük parçalara bölünecekti.

İkinci Kutsal Yazı olan İbraniler 1:3, Mesih'in "her şeyi kendi gücünün sözüyle tutar." Kelime tutar (φερω fero) yine yerçekimi dahil her şeyin korunmasını veya korunmasını anlatıyor. Kelime tutar Bu ayette kullanılan ifade, sadece ağırlık taşımaktan çok daha fazlasını ifade etmektedir. Evrende devam eden tüm hareketlerin ve değişikliklerin kontrolünü içerir. Bu sonsuz görev, evrenin kendisinin var olduğu Yüce Rab'bin Sözü aracılığıyla yerine getirilir. Dört yüz yıllık araştırmalardan sonra bile yeterince anlaşılmayan "gizemli güç" olan yerçekimi, evrene duyulan bu şaşırtıcı ilahi ilginin tezahürlerinden biridir.

Zaman ve uzayın çarpıklıkları ve kara delikler

Einstein'ın genel görelilik teorisi, yerçekimini bir kuvvet olarak değil, büyük bir nesnenin yakınındaki uzayın kendisinin eğriliği olarak kabul eder. Geleneksel olarak düz çizgileri takip eden ışığın kavisli uzayda ilerledikçe büküleceği tahmin ediliyor. Bu, ilk kez gökbilimci Sir Arthur Eddington'un 1919'da bir tam tutulma sırasında, ışık ışınlarının güneşin yerçekimi tarafından büküldüğüne inanarak bir yıldızın görünen konumunda bir değişiklik keşfetmesiyle ortaya çıktı.

Genel görelilik aynı zamanda eğer bir cisim yeterince yoğunsa, yerçekiminin uzayı o kadar çarpıtacağını ve ışığın içinden geçemeyeceğini de öngörüyor. Böyle bir cisim, ışığı ve güçlü yerçekimi tarafından yakalanan diğer her şeyi emer ve buna Kara Delik denir. Böyle bir cisim ancak diğer cisimler üzerindeki kütleçekim etkisi, etrafındaki ışığın kuvvetli eğriliği ve üzerine düşen maddenin yaydığı kuvvetli ışınım sayesinde tespit edilebilir.

Kara deliğin içindeki tüm madde, sonsuz yoğunluğa sahip olan merkezde sıkıştırılır. Deliğin "boyutu" olay ufku tarafından belirlenir, yani. kara deliğin merkezini çevreleyen bir sınırdır ve hiçbir şey (ışık bile) bundan kaçamaz. Deliğin yarıçapına, Alman gökbilimci Karl Schwarzschild'e (1873–1916) atfen Schwarzschild yarıçapı adı verilir ve RS = 2GM/c2 şeklinde hesaplanır; burada c, ışığın boşluktaki hızıdır. Güneş bir kara deliğin içine düşseydi, Schwarzschild yarıçapı sadece 3 km olurdu.

Devasa bir yıldızın nükleer yakıtı bittiğinde, kendi devasa ağırlığı altında çökmeye daha fazla dayanamadığına ve bir kara deliğe düştüğüne dair sağlam kanıtlar var. Galaksimiz Samanyolu da dahil olmak üzere galaksilerin merkezlerinde milyarlarca güneş kütlesine sahip kara deliklerin var olduğuna inanılıyor. Pek çok bilim insanı, kuasar adı verilen süper parlak ve çok uzak nesnelerin, madde kara deliğe düştüğünde açığa çıkan enerjiyi kullandığına inanıyor.

Genel göreliliğin öngörülerine göre kütle çekimi aynı zamanda zamanı da bozar. Bu aynı zamanda, deniz seviyesinde, Dünya'nın yerçekiminin biraz daha zayıf olduğu deniz seviyesinin üzerindeki bölgelere göre birkaç mikrosaniye daha yavaş çalışan çok hassas atom saatleri ile de doğrulanmıştır. Olay ufkunun yakınında bu fenomen daha belirgindir. Olay ufkuna yaklaşan bir astronotun saatine baktığımızda saatin daha yavaş çalıştığını görürüz. Olay ufkundayken saat duracak ama biz onu hiçbir zaman göremeyeceğiz. Tam tersine, astronot kendi saatinin daha yavaş çalıştığını fark etmeyecek, ancak bizim saatimizin giderek daha hızlı çalıştığını görecektir.

Bir kara deliğin yakınındaki bir astronot için asıl tehlike, vücudun kara deliğe daha yakın olan kısımlarında, kara deliğe daha uzak kısımlara göre daha güçlü olan yerçekiminin neden olduğu gelgit kuvvetleri olacaktır. Yıldız kütlesindeki bir kara deliğin yakınındaki gelgit kuvvetleri, güçleri açısından herhangi bir kasırgadan daha güçlüdür ve karşılarına çıkan her şeyi kolaylıkla küçük parçalara ayırır. Ancak yer çekimi uzaklığın karesiyle (1/r 2) azalırken, gelgit aktivitesi uzaklığın küpüyle (1/r 3) azalır. Bu nedenle, yaygın inanışın aksine, büyük kara deliklerin olay ufuklarında yerçekimi kuvveti (gelgit kuvveti dahil), küçük kara deliklere göre daha zayıftır. Dolayısıyla, gözlemlenebilir uzaydaki bir kara deliğin olay ufkunda meydana gelen gelgit kuvvetleri, en hafif esintiden bile daha az fark edilir olacaktır.

Olay ufku yakınında yerçekiminin etkisiyle zamanın genişlemesi, yaratılışçı fizikçi Dr. Russell Humphreys'in Starlight and Time adlı kitabında tartıştığı yeni kozmolojik modelinin temelini oluşturuyor. Bu model, genç bir evrende uzak yıldızların ışığını nasıl görebileceğimiz sorununu çözmeye yardımcı olabilir. Ayrıca bugün, bilimin kapsamını aşan felsefi varsayımlara dayanan, İncil dışı olana bilimsel bir alternatiftir.

Not

Yerçekimi, dört yüz yıllık araştırmalardan sonra bile tam olarak anlaşılamayan "gizemli güç"...

Isaac Newton (1642–1727)

Fotoğraf: Wikipedia.org

Isaac Newton (1642–1727)

Isaac Newton, yerçekimi ve gök cisimlerinin hareketi hakkındaki keşiflerini 1687 yılında ünlü eserinde yayınladı: Matematiksel başlangıçlar". Bazı okuyucular, artık her şey denklemlerle açıklanabildiğinden, Newton evreninin Tanrı'ya yer bırakmadığı sonucuna vardılar. Ancak Newton, bu ünlü eserinin ikinci baskısında söylediği gibi, hiç de öyle düşünmüyordu:

"En güzel güneş sistemimiz, gezegenlerimiz ve kuyruklu yıldızlarımız ancak akıllı ve güçlü bir varlığın planı ve hakimiyeti sonucu oluşabilir."

Isaac Newton yalnızca bir bilim adamı değildi. Bilimin yanı sıra neredeyse tüm yaşamını Kutsal Kitabı incelemeye adadı. En sevdiği Kutsal Kitap kitapları, Tanrı'nın gelecekle ilgili planlarını anlatan Daniel ve Vahiy'di. Aslında Newton bilimsel olanlardan çok teolojik eserler yazmıştır.

Newton, Galileo Galilei gibi diğer bilim adamlarına saygılıydı. Bu arada Newton, Galileo'nun öldüğü yıl, yani 1642'de doğdu. Newton mektubunda şunları yazdı: "Başkalarından daha ileriyi görüyorsam bunun nedeni, omuzlar devler." Ölümünden kısa bir süre önce, muhtemelen yerçekiminin gizemi üzerine düşünen Newton alçakgönüllü bir şekilde şunları yazmıştı: “Dünyanın beni nasıl algıladığını bilmiyorum ama ben sadece deniz kıyısında oynayan, diğerlerinden daha renkli bir çakıl taşı ya da güzel bir deniz kabuğu arayarak kendini eğlendiren, devasa bir okyanusun ortasında bir çocuk gibi görünüyorum. keşfedilmemiş gerçek."

Newton, Westminster Manastırı'na gömüldü. Mezarındaki Latince yazı şu sözlerle bitiyor: “Ölümlüler, insan ırkının böyle bir süsünün aralarında yaşadığı için sevinsinler”.

Dünya gezegeni de dahil olmak üzere tüm gök cisimlerinin kendi çekim kuvveti vardır. Evrende katı bir düzenin sağlanması, gök cisimlerinin yörüngelerinde kalması, uyduların gezegenlerin etrafında, gezegenlerin de yıldızlarının etrafında dönmesi bu kuvvet sayesindedir.

Küçük gök cisimlerinin yerçekiminin büyük olanlar üzerinde ters etkisi vardır - örneğin, Dünya'daki gelgitler tam olarak ayın uydusu sayesinde meydana gelir. İnsanlar ve nesneler, çekim gücü olan yerçekimi nedeniyle de Dünya yüzeyinde kalır. Çekim kuvvetinin incelenmesi çok ilginçtir ve bu nedenle onun hakkında bazı şeyler söylemeye kesinlikle değer.

Yerçekimi ve bilimsel gerçekler

Uzayda bulunan astronotların kendi istasyonlarında herhangi bir yer çekimi yaşamadıkları yönünde yaygın bir açıklama duyabilirsiniz. Bu ifadeyi çürütmeye değer: Dünyanın ve diğer gök cisimlerinin çekiciliğinden etkilenen gemi ile birlikte mikro yerçekiminden de etkilenirler. Aynı zamanda yerçekiminin etkisi ikili değildir, bu kuvvet karşı etki yapmaz, yalnızca çekim gerçekleştirir. Diğer noktaları da açıklığa kavuşturmakta fayda var:

• Her gezegenin kendine has bir çekim gücü vardır. Yani örneğin Jüpiter'i alırsak, burada herhangi bir nesnenin ağırlığı Dünya'dakinden 2,3 kat daha fazla olacaktır;
• Ağır cisimleri gezegenlerin yüzeyinde tutan, uzaya düşmelerini engelleyen tüm yerçekimi gücüne ve Evrendeki gök cisimlerinin düzenini ve hareketini sürdürmesine rağmen, dört temel kuvvetin en zayıfıdır. Elektromanyetizma ve nükleer etkileşimin her iki türü de kendilerini çok daha güçlü bir şekilde gösterir;
• Uzaya giden gemiler, dünyanın yerçekimi kuvvetinin üstesinden gelir. Bunu yapabilmek için saniyede en az 11,2 kilometrelik bir hızı korumaları gerekiyor;
• Bilim insanları nesnelerin temas etmeden hareket etmesine olanak sağlayacak bir yerçekimsel ışın yaratmaya çalışıyor ancak şu ana kadar bu yönde kayda değer pratik sonuçlar elde edilemedi;
• Ancak metal bir nesneye asılan sıradan bir mıknatıs bu büyük kuvvetin üstesinden gelebilir. Düşmez ve bu nedenle dünyanın yerçekiminin üstesinden gelir.

Cazibe ile ilgili diğer ilginç gerçekler

Yerçekimi Newton tarafından keşfedildi ve birçok kişi bir elmanın kafasına nasıl düştüğüne dair komik efsaneyi biliyor. Aslında değildi. Bilim adamı sadece bir elmanın düşme sürecini gözlemledi ve ardından ayın da aynı şekilde çekilmesi gerektiğini düşündü. Daha sonraki yansımalarda şaşırtıcı keşifleri doğdu. "Yerçekimi" kelimesinin kendisi Latince kökenlidir ve "ağır" olarak tercüme edilir. Ayrıca şunu da belirtmekte fayda var:

• Yerçekimi sınırsız mesafelere uzanır nesneden uzaklaştıkça yalnızca zayıflar, ancak tamamen kaybolmaz. Yalnızca bir nesne diğer tarafa etki ederse ortadan kaybolacaktır ve etki aynı kuvvete sahip olacaktır, o zaman yerçekimi doğal olarak ortadan kalkar;
• Yerçekimi zamanı ve uzayı bükebilir; Einstein'ın düşündüğü de buydu. Görelilik teorisini ele aldığımızda yerçekimi, zaman ve uzayın bir eğriliği olarak görünecektir;
• Kuantum mekaniğinde yerçekimine yer yoktur, ancak diğer üç kuvvet de orada ortaya çıkar. Pratikte, yerçekimi kuvvetleri denklemlere dahil edildiğinde bunların hatalı hale geldiği ortaya çıktı. Bu paradoks hâlâ çözülmedi.

Bu nedenle, çekim gücü veya yerçekimi, herkesin her zaman eylem halinde hissedebilmesine rağmen, bugün hala birçok gizemi gizlemektedir. Ve araştırılıyor, bilim adamlarına yeni ufuklar açılıyor.