Начальное представление о гравитации мы получаем в школе. Там нам обычно рассказывают о том, что существует такая удивительная сила, которая удерживает всех на Земле, и только благодаря ей мы не улетаем в открытый космос и не ходим вниз головой. На этом веселье практически и заканчивается, ведь в школе нам рассказывают только самые основные и простые вещи. В реальности по поводу всемирного притяжения ведется очень много споров, ученые предлагают новые теории и идеи, и существует намного больше нюансов, чем вы только можете себе представить. В этой подборке вас ждет несколько ну очень интересных фактов и теорий про гравитационное воздействие, которые либо не вошли в школьную программу, либо известны они стали не так давно.
10. Гравитация – это теория, а не доказанный закон
Существует миф, что гравитация - это закон. Если вы попробуете провести онлайн-исследование на эту тему, любой поисковик предложит вам множество ссылок про Закон всемирного тяготения Ньютона. Однако в научной среде законы и теории – это абсолютно разные понятия. Научный закон – это неопровержимый факт, основанный на подтвержденных данных, который четко объясняет суть происходящих явлений. Теория в свою очередь – это своего рода идея, с помощью которой исследователи пробуют объяснить определенные феномены.
Если описывать гравитационное взаимодействие посредством научных терминов, относительно грамотному человеку сразу же становится совершенно ясным, почему всемирное тяготение рассматривается в теоретической плоскости, а не как закон. Поскольку у ученых все еще нет возможности изучить гравитационные силы каждой планеты, спутника, звезды, астероида и атома во Вселенной, мы не имеем никакого права признавать всемирное тяготение законом.
Автоматический зонд Вояджер-1 (Voyager 1) совершил путешествие длиной в 21 миллиард километров, но, оказавшись даже на таком далеком расстоянии от Земли, он едва покинул нашу планетную систему. Полет длился 40 лет и 4 месяца, и за все это время исследователи получили не так уж много данных, чтобы перевести размышления о гравитации из теоретической области в разряд законов. Наша Вселенная слишком велика, и мы пока что знаем слишком мало…
9. В теории о гравитации много пробелов
Мы уже выяснили, что всемирное тяготение – это всего лишь теоретическая концепция. Более того, в этой теории, оказывается, есть еще немало пробелов, которые явно указывают на ее относительную неполноценность. Многие несостыковки были отмечены не просто в пределах нашей Солнечной системы, но даже здесь, на Земле.
Например, согласно теории всемирного тяготения на Луне гравитационная сила Солнца должна ощущаться намного сильнее, чем притяжение Земли. Выходит, что Луна должна вращаться вокруг Солнца, а не вокруг нашей планеты. Но мы то знаем, что Луна – именно наш спутник, и для этого иногда достаточно просто поднять глаза в ночное небо.
В школе нам рассказывали про Исаака Ньютона, которому на голову упало судьбоносное яблоко, вдохновившее его на идею о теории всемирного тяготения. Даже сам Ньютон признавал, что у его теории есть определенные недостатки. В свое время именно Ньютон стал автором нового математического понятия – флюксий (производных), которое и помогло ему в формировании той самой теории тяготения. Флюксии могут прозвучать для вас не так уж и знакомо, но в итоге они плотно вошли в мир точных наук.
Сегодня в математическом анализе часто используется способ дифференциального исчисления, основанный как раз на идеях Ньютона и его коллеги Лейбница. Впрочем, этот раздел математики тоже довольно неполноценен и не лишен своих изъянов.
8. Гравитационные волны
Общая теория относительности Альберта Эйнштейна была предложена в 1915 году. Примерно в это же время появилась и гипотеза о гравитационных волнах. Вплоть до 1974 года существование этих волн оставалось сугубо теоретическим.
Гравитационные волны можно сравнить с рябью на полотне пространственно-временного континуума, которая появляется вследствие масштабных событий во Вселенной. Такими событиями могут быть столкновение черных дыр, перемены в скорости вращения нейтронной звезды или вспышки сверхновой. Когда происходит нечто подобное, гравитационные волны распространяются по пространственно-временному континууму, как рябь по воде от упавшего в нее камня. Эти волны путешествуют по Вселенной со скоростью света. Катастрофические события мы наблюдаем не так часто, поэтому на выявление гравитационных волн у нас уходит много лет. Вот почему на доказательство их существования ученым понадобилось больше 60 лет.
Почти 40 лет ученые изучали первые свидетельства существования гравитационных волн. Как оказалось, эта рябь возникает в процессе слияния двойной системы очень плотных и тяжелых гравитационно связанных звезд, вращающихся вокруг общего центра масс. Со временем компоненты двойной звезды сближаются, и их скорость постепенно снижается, как и было предсказано Эйнштейном в его теории. Величина гравитационных волн настолько невелика, что в 2017 году за их экспериментальное обнаружение даже вручили Нобелевскую премию по физике.
7. Черные дыры и гравитация
Черные дыры – одна из самых больших загадок во Вселенной. Они появляются во время гравитационного коллапса достаточно крупной звезды, которая становится сверхновой. Когда происходит вспышка сверхновой, в космическое пространство выбрасывается значительная масса звездного вещества. Происходящее может спровоцировать в космосе формирование пространственно-временной области, в которой гравитационное поле становится настолько сильным, что даже кванты света не в состоянии покинуть это место (эту черную дыру). Черные дыры образует не гравитация как таковая, но она все же играет ключевую роль в наблюдении и изучении этих областей.
Именно гравитация черных дыр и помогает ученым обнаруживать их во Вселенной. Поскольку гравитационное притяжение бывает невероятно мощным, исследователи иногда могут отмечать его влияние на другие звезды или на газы, окружающие эти области. Когда черная дыра затягивает газы, образуется так называемый аккреционный диск, в котором вещество разгоняется до таких высоких скоростей, что от нагрева оно начинает производить сильнейшее излучение. Это свечение можно зафиксировать и в рентгеновском диапазоне. Именно благодаря аккреционному явлению мы и смогли доказать существование черных дыр (с помощью специальных телескопов). Выходит, что если бы не гравитация, мы бы и не знали о существовании черных дыр.
6. Теория о черной материи и черной энергии
Примерно 68% Вселенной состоит из темной энергии, а 27% отводятся для темной материи. Теоретически. Несмотря на то, что в нашем мире темной материи и темной энергии выделили так много пространства, знаем мы о них ну очень мало.
Нам предположительно известно, что темная энергия обладает целым рядом свойств. Например, руководствуясь все той же теорией гравитации Эйнштейна, ученые предположили, что темная энергия постоянно расширяется. Кстати, изначально ученые полагали, что теория Эйнштейна поможет им доказать, что со временем гравитационное воздействие замедляет расширение Вселенной. Однако в 1998 году данные, полученные космическим телескопом Хаббл (Hubble), дали основание полагать, что Вселенная расширяется только с нарастающей скоростью. Тогда же ученые и пришли к выводу, что теория гравитации не способна объяснить фундаментальные явления, происходящие в нашей Вселенной. Так и появилась гипотеза о существовании темной энергии и темной материи, призванная обосновать ускорение расширения Вселенной.
5. Гравитоны
В школе нам говорят, что гравитация – это сила. Но это может и нечто большее… Не исключено, что гравитацию в будущем будут рассматривать как проявление частицы под названием гравитон.
Гипотетически гравитоны – это безмассовые элементарные частицы, которые испускают гравитационное поле. На сегодняшний день физики пока что не доказали существование этих частиц, но у них есть уже немало теорий о том, почему эти гравитоны непременно должны существовать. Одна из таких теорий гласит, что гравитация – единственная сила (из 4 фундаментальных сил природы или взаимодействий), которую пока что не связали ни с одной элементарной частицей или какой-либо структурной единицей.
Возможно, гравитоны существуют, но распознать их невероятно сложно. Физики предполагают, что гравитационные волны состоят как раз из этих неуловимых частиц. Чтобы выявить гравитационные волны, исследователи провели немало экспериментов, в одном из которых они использовали зеркала и лазеры. Интерферометрический детектор помогает зафиксировать смещения зеркал даже на самые микроскопические расстояния, но, к несчастью, это не позволяет выявить изменения, связанные со столь крошечными частицами, как гравитоны. В теории для подобного эксперимента ученым пригодились бы настолько тяжелые зеркала, что при их обрушении могли бы возникнуть черные дыры.
В общем, в ближайшем будущем обнаружить или доказать существование гравитонов возможным не представляется. Пока что физики наблюдают за Вселенной и надеются, что именно там они найдут ответы на свои вопросы и смогут обнаружить проявления гравитонов где-то вне наземных лабораторий.
4. Теория возникновения червоточин
Червоточины, кротовины или кротовые норы – это еще одна великая загадка Вселенной. Было бы круто попасть в некий космический туннель и совершить путешествие со скоростью света, чтобы добраться до другой галактики в кратчайшие сроки. Эти фантазии уже не раз использовались в фантастических триллерах. Если во Вселенной, действительно, существуют червоточины, такие прыжки могут оказаться вполне возможными. На данный момент у ученых нет никаких доказательств существования кротовых нор, но некоторые физики считают, что эти гипотетические туннели можно создавать с помощью манипуляций с гравитацией.
Общая теория относительности Эйнштейна допускает возможность будоражащих воображение кротовин. Принимая во внимание труды легендарного ученого, другой физик, Людвиг Фламм (Ludwig Flamm), попытался описать, как сила притяжения могла бы исказить временное пространство таким образом, чтобы в нем произошло формирование нового туннеля, мостика между одной областью ткани физической действительности и другой. Конечно же, существуют и другие теории.
3. Планеты тоже оказывают на Солнце гравитационное влияние
Мы уже знаем, что гравитационное поле Солнца влияет на все объекты нашей планетной системы, и именно поэтому все они вращаются вокруг нашей единственной звезды. По такому же принципу и Земля связана с Луной, и именно поэтому Луна вращается вокруг нашей родной планеты.
Однако каждая планета и любое другое небесное тело с достаточной массой в нашей Солнечной системе тоже обладают своими гравитационными полями, которые влияют на Солнце, остальные планеты и все прочие космические объекты. Величина оказываемой силы притяжения зависит от массы объекта и расстояния между небесными телами.
В нашей солнечной системе именно благодаря гравитационному взаимодействию все объекты вращаются по своим заданным орбитам. Самое сильное гравитационное притяжение, конечно же, у Солнца. По большому счету все небесные тела с достаточной массой обладают своим гравитационным полем и оказывают влияние на другие объекты со значительной массой, даже если те находятся на расстоянии нескольких световых лет.
2. Микрогравитация
Все мы не раз видели фотографии космонавтов, парящих по орбитальным станциям или даже выходящих за пределы кораблей в специальных защитных скафандрах. Вы наверняка привыкли считать, что эти ученые обычно кувыркаются в пространстве, не ощущая никакого притяжения, потому что его же там и нет. И будете очень неправы, если так. В космосе тоже есть притяжение. Называть его принято микрогравитацией, ведь оно почти не ощутимо. Именно благодаря микрогравитации космонавты чувствуют себя легкими, как пушинка, и так свободно парят в пространстве. Если бы гравитации не было вовсе, планеты бы попросту не вращались вокруг Солнца, а Луна давно бы покинула Земную орбиту.
Чем дальше объект от центра притяжения, тем сила гравитации слабее. На МКС действует именно микрогравитация, ведь там все объекты находятся намного дальше от гравитационного поля Земли, чем хотя бы и вы прямо здесь сейчас. Гравитация слабеет и на других уровнях. Например, возьмем один отдельный атом. Это настолько крошечная частица вещества, что в ее случае тоже действует довольно скромная гравитационная сила. По мере объединения атомов в группы, эта сила, конечно, растет.
1. Путешествия во времени
Идея путешествий во времени очаровывает человечество уже довольно давно. Многие теории, включая и теорию гравитации, дают надежду полагать, что такие путешествия на самом деле однажды станут возможными. Согласно одной из концепций, гравитация формирует в пространственно-временном континууме некий изгиб, который и заставляет все объекты во Вселенной двигаться по искривленной траектории. В результате в космосе объекты двигаются немного быстрее в сравнении с объектами, находящимися на Земле. Если точнее, то вот вам пример – часы на космических спутниках каждый день опережают ваши домашние будильники на 38 микорсекунд (0.000038 секунды).
Поскольку из-за гравитации в космосе объекты двигаются быстрее, чем на Земле, космонавтов фактически можно признать заодно и путешественниками во времени. Впрочем, путешествие это настолько незначительное, что по возвращении домой ни сами космонавты, ни их близкие не замечают никакой принципиальной разницы. Но это не отменяет одного очень интересного вопроса – возможно ли использовать гравитационное воздействие для путешествий во времени, как это показывают в фантастических кинолентах?
Эта статья уделит внимание истории открытия закона всемирного тяготения. Здесь мы ознакомимся с биографическими сведениями из жизни ученого, открывшего эту физическую догму, рассмотрим ее основные положения, взаимосвязь с квантовой гравитацией, ход развития и многое другое.
Гений
Сэр Исаак Ньютон - ученый родом из Англии. В свое время много внимания и сил уделил таким науками, как физика и математика, а также привнес немало нового в механику и астрономию. По праву считается одним из первых основоположников физики в ее классической модели. Является автором фундаментального труда «Математические начала натуральной философии», где изложил информацию о трех законах механики и законе всемирного тяготения. Исаак Ньютон заложил этими работами основы классической механики. Им было разработано и интегрального типа, световая теория. Он также внес большой вклад в физическую оптику и разработал множество других теорий в области физики и математики.
Закон
Закон всемирного тяготения и история его открытия уходят своим началом в далекий Его классическая форма - это закон, при помощи которого описывается взаимодействие гравитационного типа, не выходящее за пределы рамок механики.
Его суть заключалась в том, что показатель силы F гравитационной тяги, возникающей между 2 телами или точками материи m1 и m2, отделенными друг от друга определенным расстоянием r, соблюдает пропорциональность по отношению к обоим показателям массы и имеет обратную пропорциональность квадрату расстояния между телами:
F = G, где символом G мы обозначаем постоянную гравитации, равную 6,67408(31).10 -11 м 3 /кгс 2 .
Тяготение Ньютона
Прежде чем рассмотреть историю открытия закона всемирного тяготения, ознакомимся более детально с его общей характеристикой.
В теории, созданной Ньютоном, все тела с большой массой должны порождать вокруг себя особое поле, которое притягивает другие объекты к себе. Его называют гравитационным полем, и оно имеет потенциал.
Тело, обладающее сферической симметрией, образует за пределом самого себя поле, аналогичное тому, которое создает материальная точка той же массы, расположенная в центре тела.
Направление траектории такой точки в поле гравитации, созданным телом с гораздо более большой массой, подчиняется Объекты вселенной, такие как, например, планета или комета, также подчиняются ему, двигаясь по эллипсу или гиперболе. Учет искажения, которое создают другие массивные тела, учитывается с помощью положений теории возмущения.
Анализируя точность
После того, как Ньютон открыл закон всемирного тяготения, его необходимо было проверить и доказать множество раз. Для этого совершались ряды расчетов и наблюдений. Придя к согласию с его положениями и исходя из точности его показателя, экспериментальная форма оценивания служит ярким подтверждением ОТО. Измерение квадрупольных взаимодействий тела, что вращается, но антенны его остаются неподвижными, показывают нам, что процесс наращивания δ зависит от потенциала r -(1+δ) , на расстоянии в несколько метров и находится в пределе (2,1±6,2).10 -3 . Ряд других практических подтверждений позволили этому закону утвердиться и принять единую форму, без наличия модификаций. В 2007 г. данную догму перепроверили на расстоянии, меньшем сантиметра (55 мкм-9,59 мм). Учитывая погрешности эксперимента, ученые исследовали диапазон расстояния и не обнаружили явных отклонений в этом законе.
Наблюдение за орбитой Луны по отношению к Земле также подтвердило его состоятельность.
Евклидово пространство
Классическая теория тяготения Ньютона связана с евклидовым пространством. Фактическое равенство с достаточно большой точностью (10 -9) показателей меры расстояния в знаменателе равенства, рассмотренного выше, показывает нам эвклидову основу пространства Ньютоновской механики, с трехмерной физической формой. В такой точке материи площадь сферической поверхности имеет точную пропорциональность по отношению к величине квадрата ее радиуса.
Данные из истории
Рассмотрим краткое содержание истории открытия закона всемирного тяготения.
Идеи выдвигались и другими учеными, живших перед Ньютоном. Размышления о ней посещали Эпикура, Кеплера, Декарта, Роберваля, Гассенди, Гюйгенса и других. Кеплер выдвигал предположение о том, что сила тяготения имеет обратную пропорцию расстоянию от звезды Солнца и распространение имеет лишь в эклиптических плоскостях; по мнению Декарта, она была последствием деятельности вихрей в толще эфира. Существовал ряд догадок, который содержал в себе отражение правильных догадок о зависимости от расстояния.
Письмо от Ньютона Галлею содержало информацию о том, что предшественниками самого сэра Исаака были Гук, Рен и Буйо Исмаэль. Однако до него никому не удалось четко, при помощи математических методов, связать закон тяготения и планетарное движение.
История открытия закона всемирного тяготения тесно связанна с трудом «Математические начала натуральной философии» (1687). В этой работе Ньютон смог вывести рассматриваемый закон благодаря эмпирическому закону Кеплера, уже бывшему к тому времени известным. Он нам показывает, что:
- форма движения любой видимой планеты свидетельствует о наличичи центральной силы;
- сила притяжения центрального типа образует эллиптические или гиперболические орбиты.
О теории Ньютона
Осмотр краткой истории открытия закона всемирного тяготения также может указать нам на ряд отличий, которые выделяли ее на фоне предшествующих гипотез. Ньютон занимался не только публикацией предлагаемой формулы рассматриваемого явления, но и предлагал модель математического типа в целостном виде:
- положение о законе тяготения;
- положение о законе движения;
- систематика методов математических исследований.
Данная триада могла в достаточно точной мере исследовать даже самые сложные движения небесных объектов, таким образом создавая основу для небесной механики. Вплоть до начала деятельности Эйнштейна в данной модели наличие принципиального набора поправок не требовалось. Лишь математические аппараты пришлось значительно улучшить.
Объект для обсуждений
Обнаруженный и доказанный закон в течение всего восемнадцатого века стал известным предметом активных споров и скрупулезных проверок. Однако век завершился общим согласием с его постулатами и утверждениям. Пользуясь расчетами закона, можно было точно определить пути движения тел на небесах. Прямая проверка была совершена в 1798 году. Он сделал это, используя весы крутильного типа с большой чувствительностью. В истории открытия всемирного закона тяготения необходимо выделить особое место толкованиям, введенным Пуассоном. Он разработал понятие потенциала гравитации и Пуассоново уравнение, при помощи которого можно было исчислять данный потенциал. Такой тип модели позволял заниматься исследованием гравитационного поля в условиях наличия произвольного распределения материи.
В теории Ньютона было немало трудностей. Главной из них можно было считать необъяснимость дальнодействия. Нельзя было точно ответить на вопрос о том, как силы притяжения пересылаются сквозь вакуумное пространство с бесконечной скоростью.
«Эволюция» закона
Последующие двести лет, и даже больше, множеством ученых-физиков были предприняты попытки предложить разнообразные способы по усовершенствованию теории Ньютона. Данные усилия окончились триумфом, совершенным в 1915 году, а именно сотворением Общей теории относительности, которую создал Эйнштейн. Он смог преодолеть весь набор трудностей. В согласии с принципом соответствия теория Ньютона оказалась приближением к началу работы над теорией в более общем виде, которое можно применять при наличии определенных условий:
- Потенциал гравитационной природы не может быть слишком большим в исследуемых системах. Солнечная система является примером соблюдения всех правил по движению небесного типа тел. Релятивистское явление находит себя в заметном проявлении смещения перигелия.
- Показатель скорости движения в данной группе систем является незначительным в сравнении со световой скоростью.
Доказательством того, что в слабом стационарном поле гравитации расчеты ОТО принимают форму ньютоновых, служит наличие скалярного потенциала гравитации в стационарном поле со слабо выраженными характеристиками сил, который способен удовлетворить условия уравнения Пуассона.
Масштаб квантов
Однако в истории ни научное открытие закона всемирного тяготения, ни Общая теория относительности не могли служить окончательной гравитационной теорией, поскольку обе недостаточно удовлетворительно описывают процессы гравитационного типа в масштабах квантов. Попытка создания квантово-гравитационной теории является одной из самых главных задач физики современности.
Со точки зрения квантовой гравитации взаимодействие между объектами создается при помощи взаимообмена виртуальными гравитонами. В соответствии с принципом неопределенности, энергетический потенциал виртуальных гравитонов имеет обратную пропорциональность промежутку времени, в котором он существовал, от точки излучения одним объектом до момента времени, в котором его поглотила другая точка.
Ввиду этого получается, что в малом масштабе расстояний взаимодействие тел влечет за собой и обмен гравитонами виртуального типа. Благодаря данным соображениям можно заключить положение о законе потенциала Ньютона и его зависимости в соответствии обратному показателю пропорциональности по отношению к расстоянию. Наличие аналогии между законами Кулона и Ньютона объясняется тем, что вес гравитонов равняется нулю. Это же значение имеет и вес фотонов.
Заблуждение
В школьной программе ответом на вопрос из истории, как Ньютон открыл закон всемирного тяготения, служит история о падающем плоде яблока. Согласно этой легенде, оно свалилось на голову ученому. Однако это - массово распространенное заблуждение, и в действительности все смогло обойтись без подобного случая возможной травмы головы. Сам Ньютон иногда подтверждал данный миф, но в действительности закон не был спонтанным открытием и не пришел в порыве сиюминутного озарения. Как было написано выше, он разрабатывался долгое время и был представлен впервые в трудах о «Математических началах», вышедших на обозрение публике в 1687 году.
Жители планеты Земля воспринимают силу тяжести, как что-то само собой разумеющееся. Известно, что Исаак Ньютон разработал теорию всемирного тяготения благодаря тому, что ему на голову упало яблоко с дерева. Но на самом деле земная гравитация – это нечто куда большее, чем плод, упавший с дерева. В нашем обзоре несколько любопытных фактов об этой силе.
1. Туалетная физика
На Земле люди хотят справить малую нужду, как только их мочевой пузырь заполнится на 1\3 от своего максимального объема. Происходит это из-за действия гравитации на каждого из нас. Именно поэтому космонавты находясь на МКС не испытывают нужды помочится до тех самых пор, пока их мочевой пузырь не будет переполнен.
2. Незатейливая колонизация
Гравитация является очень важным вопросом при колонизации других миров. В теории люди могут жить на планетах, сила гравитации которых отличается от Земной не более, чем в три раза. В противном случае будет нарушена подача крови в головной мозг.
3. Высота гор
В теории, гравитация определяет максимальную высоту формирующихся на планете возвышенностей. Так для Земли (опять-таки в теории) горы не могут превышать высоты в 15 километров.
4. Лунная физика
Во время исторической миссии «Аполлон», высадившиеся на поверхность Луны астронавты проверили там действие теории Галилея об ускорении свободного падения. Оказалось, что на луне предметы вне зависимости от их массы падают быстрее, чем на Земле. Причина тому заключается в отсутствии воздуха и как следствие – сопротивления.
5. Звезда-неудачник
Многие ученые считают Юпитер несостоявшейся звездой. Планета имеет достаточно сильное гравитационное поле для того, чтобы набрать нужную звезде массу, однако имеет недостаточно сильное поле для того, чтобы начать преобразовываться в еще одно светило.
6. Телепортация
Если взять и убрать Солце куда-нибудь за одно мгновение, то солнечная система будет еще некоторое время испытывать на себе действие его гравитационного поля. Для Земли, в теории, это «счастье» длилось бы около 8 минут, после чего небесные тела начали бы терять свои орбиты.
7. Горы на звездах
Если наше Солнце когда-нибудь превратиться в нейтронную звезду, то согласно расчётам ученых, гравитация на нем будет настолько мощной, что высота самой большой горы на его поверхности не смогла бы превысить 5 миллиметров.
8. Скорбное пение звезд
Действие гравитационного поля небесных тел после их исчезновения вовсе не сухая теория. Наша Солнечная система и наша родная планета постоянно испытывают действие гравитационного поля других звезд. Учитывая скорость распространения поля в пространстве, многие из этих звезд перестали существовать уже очень и очень давно.
9. Свечи в космосе
Если зажечь свечу в условиях отсутствия гравитационного поля, то ее огонь будет круглым. Более того, цвет пламени будет синим.
10. Газировка убивает
Пить газированные напитки в условиях отсутствия гравитации определенно точно не стоит. Почему? Все потому, что отсутствие силы тяжести полностью изменяет принцип распространения газов в организме человека. В лучшем случае это может спровоцировать приступ сильнейшей рвоты. Именно поэтому газировку не пьют астронавты на МКС.
Всем тем, кто интересуется наукой, интересно будет узнать и про .
За счет гравитации существует вселенная: все тела притягиваются друг к другу в той или иной степени. И чем больше тело, тем сильнее оно притягивает к себе другие тела. Можно сказать, что гравитация - это своеобразная нитка, которая не позволяет планетам разлететься далеко от Солнца.
Гравитация не дуальна
Интересен тот факт, что нас с детства учат: все имеет оборотную сторону: если предмет врезался в другой предмет, то последний отлетит. Если ты обидел кого-то, то тебя обязательно кто-о тоже обидит. Для гравитации это правило не справедливо: она работает только в одну сторону: гравитация только притягивает и никогда не отталкивает!
NASA работает над созданием луча гравитации
NASA уже не первый год трудится над созданием луча, который бы смог передвигать предметы, создавая притягивающую силу, преодолевая силу гравитации. Это действительно будет прорыв: бесконтактное перемещение объектов.
Нулевой гравитации не существует
Космонавты на космических станциях испытывают не нулевую гравитацию, а микрогравитацию, т.к. они падают с той же скоростью, что и корабль, в котором они находятся.
На Юпитере вес человека удваивается
Также интересным фактом о гравитации является то, что чем больше предмет и чем больше его плотность, тем сильнее он притягивает остальные объекты. Так, например, человек весом 60 килограмм на Юпитере будет весить 142 килограмма (в 2.3 раза больше).
Как выйти из гравитации
Любой объект, который достиг скорости 11,2 километра в секунду может покинуть гравитационный колодец Земли. Именно с этой скоростью земля падает.
Гравитация - это самая слабая фундаментальная сила
Всего в физике 4 фундаментальные силы:
- Гравитация.
- Электромагнетизм.
- Слабое ядерное взаимодействие - распад атомов.
- Сильное ядерное взаимодействие - сила, которая держит атомы вместе.
Магнит с легкостью преодолевает гравитацию
Магнит размером с копейку благодаря своей силе электромагнитного воздействия приклеится к холодильнику и не будет падать, т.е. преодолеет силу гравитации Земли.
Яблоко не падало на голову Ньютону
Исаак Ньютон, увидев, как падает яблоко сделал впоследствии вывод, что на подобии того, как яблоко притягивается к Земле, Луна аналогично притягивается. А так как она далеко, то сила гравитации ослаблена, да еще и постоянно падает, однако упасть ей не дает все та же гравитация, то получается, что Луна просто вращается вокруг Земли.
Яблоко открыло закон обратной квадратичной пропорциональности
Записать закон можно так: F = G * (mM)/r2. А по русски сказать так: объект, удаленный от вас в два раза, оказывает лишь четверть прежнего гравитационного притяжения на вас.
Гравитация безгранична
согласно предыдущему закону, сила гравитации распространяется на любом расстоянии. Просто, чем оно больше, тем она слабее. Не стоит забывать о том, что стоя между двух равнозначных тел гравитацию вы не испытаете, поскольку она уравняется с обоих сторон.
Гравитация означает «тяжелый»
Слово «гравитация» произошло от латинского слова «gravis».
Гравитация не зависит от веса
Если бросить с крыши два мячика одинакового размера, но разного веса, то они упадут одновременно. Поскольку сила гравитации действует на все объекты в равной степени. Большая инерция более тяжёлого объекта аннулирует любую дополнительную скорость, которую он мог бы иметь по сравнению с более лёгким.
Гравитация искривляет пространство и время
Согласно теории относительности Эйнштейна гравитация - это ни что иное, как искривление пространства и времени, из которого состоит вселенная.
Объекты меняют пространство и время вокруг себя
В 2011 году эксперимент NASA «Гравитационного зонда В» доказал, что Земля закручивает вокруг себя вселенную. Можно провести аналогию с деревянным шариком, который плывет по течению реки: он всегда будет крутиться и закручивать воду, поскольку на него действует гравитация Земли, и плюс к этому он обладает собственной гравитацией.
Гравитация меняет направление света
Любой массивный объект, например, стеклянная линза, искривляя пространство вокруг себя, способен перенаправить луч света, который проходит через него. Гравитационные линзы с легкостью увеличивают размер далеких галактик.
Проблема трех тел до сих пор не решена
Если абстрагироваться и представить, что во вселенной всего три тела. А мы знаем, что все тела обладают гравитацией и притягивают к себе другие тела. Как они будут двигаться относительно друг друга?
Есть пять решений этой задачи, однако все они подразумевают, что изначально известны начальная скорость и направление движения каждого тела. В оригинале в качестве тел выступают Солнце, Земля и Луна. Если решить задачу, то можно предположить, откуда возникла вселенная.
Квантовая механика не учитывает гравитацию
Ни в одном уравнении квантовой механики не учитываются силы гравитации, однако все остальные три силы в них присутствуют. Если же включить гравитацию в уравнения, то их равенство мгновенно рушится. Эта одна из крупнейших проблем современной физики.
Гравитационные волны - это лишь предположение
Факты о гравитации говорят, что объекты не могут просто так притягивать друг друга, между ними должна быть связь. Предположительно (почти доказано), эта связь ни что иное, как гравитационные волны. Если человечество сможет их увидеть, то ему откроются миллионы ответов на вопросы о космосе, поскольку оно сможет увидеть все связи между объектами, даже бесконечные.
Здесь, на Земле, мы воспринимаем силу тяжести как нечто само собой разумеющееся — , например, разработал теорию всемирного тяготения благодаря упавшему с дерева яблоку. Но гравитация, которая притягивает объекты друг к другу пропорционально их массе, — это уже нечто большее, чем упавший плод. Перед вами — несколько фактов об этой силе.
1. Всё — в вашей голове
Гравитация на Земле может быть силой довольно постоянной, но наше восприятие порой говорит нам, что это не так. В исследовании 2011-го года говорится, что люди лучше судят о том, как объекты падают на землю, когда сидят вертикально, а не когда, например, лежат на боку.
Это означает, что наше восприятие гравитации меньше основано на визуальных сигналах о направлении силы тяжести и больше зависит от ориентации тела в пространстве. Полученные результаты могут привести к новой стратегии и помочь астронавтам иметь дело с микрогравитацией в космосе.
2. Возвращаться на Землю трудно
Опыт астронавтов показывает, что переход к условиям невесомости и обратно может быть тяжёлым для тела, поскольку при отсутствии гравитации мышцы атрофируются, а кости теряют костную массу. По данным НАСА, астронавты могут потерять до 1% костной массы за месяц в космосе.
Когда астронавты возвращаются на Землю, их телам и мозгу требуется некоторое время для восстановления. Кровяное давление, в космосе распределяющееся равномерно по всему телу, должно снова адаптироваться к земным условиям, в которых сердце должно работать так, чтобы обеспечить приток крови к мозгу.
Иногда для этого астронавтам приходится прилагать значительные усилия: в 2006-м году астронавт Хайдемари Стефанишин-Пайпер упала прямо во время приветственной церемонии на следующий день после возвращения с МКС.
Психологическая адаптация может быть не менее сложной. В 1973-м году астронавт Джек Лоузма с космического корабля «Скайлэб-2» рассказал, что случайно разбил бутылку лосьона после бритья во время первых дней на Земле после месячного пребывания в космосе — он просто отпустил бутылку, забыв, что она упадёт и разобьётся, а не начнёт плавать в пространстве.
3. Для потери веса используйте Плутон
Плутон — не просто планета, это ещё и хороший способ похудеть: человек, вес которого на земле составляет 68 кг, на карликовой планете будет весить не больше 4,5 кг. Противоположный эффект возникнет на Юпитере — там тот же человек будет весить 160,5 кг.
Планета, которую человечество, скорее всего, в ближайшее время посетит, Марс, тоже порадует исследователей ощущением лёгкости: гравитация Марса составляет всего 38% от земной, а это означает, что наш человек весом 68 кг там «похудеет» до 26-ти кг.
4. Гравитация неодинакова даже на Земле
Даже на Земле гравитация не всегда одинакова, поскольку наша планета на самом деле не является идеальной сферой, то и масса её распределена неравномерно, а неравномерная масса означает неравномерную силу тяжести.
Одна из таинственных гравитационных аномалий наблюдается в районе Гудзонова залива в Канаде. Эта область имеет более низкую плотность по сравнению с другими регионами планеты, а исследование 2007-го года показало, что причина тому — в постепенном таянии ледников.
Лёд, который покрывал эту область во время последнего ледникового периода, уже давно растаял, но Земля не полностью восстановилась после этого. Так как сила тяжести на площади пропорциональна массе на поверхности этого региона, то лёд в своё время «подвинул» часть массы Земли. Незначительная деформация земной коры наряду с движением магмы в мантии Земли также объясняет снижение гравитации.
5. Без гравитации некоторые бактерии стали бы смертоноснее
Сальмонеллы — бактерии, обычно становящиеся причиной пищевых отравлений — в условиях микрогравитации становятся в три раза опаснее. Отсутствие гравитации по каким-то причинам изменило активность, по меньшей мере, 167-ми генов сальмонеллы и 73-х их белков. Мыши, которых намеренно кормили в невесомости заражённой сальмонеллой пищей, заболели намного быстрее, хотя бактерий поглотили меньше по сравнению с условиями на Земле.
6. Чёрные дыры в центрах галактик
Названные так потому, что ничто, даже свет, не может избежать попадания в их гравитационное поле, чёрные дыры являются едва ли не самыми разрушительными объектами во Вселенной. В центре нашей галактики находится массивная черная дыра с массой в три млн солнц, однако, согласно теории учёного из Китайского университета Тацуя Инуи, эта чёрная дыра не представляет для нас опасности — она находится слишком далеко и по сравнению с другими чёрными дырами наша Стрелец-А сравнительно небольшая.
Но иногда она устраивает шоу: в 2008-м году Земли достигла вспышка энергии, излучённой около 300-т лет назад, а несколько тыс лет назад небольшое количество вещества (сопоставимое по массе с Меркурием) упало в чёрную дыру, что повлекло за собой другую вспышку.
