Αυτό το άρθρο θα επικεντρωθεί στην ιστορία της ανακάλυψης του νόμου της παγκόσμιας έλξης. Εδώ θα εξοικειωθούμε με τις βιογραφικές πληροφορίες από τη ζωή του επιστήμονα που ανακάλυψε αυτό το φυσικό δόγμα, θα εξετάσουμε τις κύριες διατάξεις του, τη σχέση με την κβαντική βαρύτητα, την πορεία της ανάπτυξης και πολλά άλλα.
Genius
Ο Sir Isaac Newton είναι επιστήμονας από την Αγγλία. Κάποτε, αφιέρωσε μεγάλη προσοχή και προσπάθεια σε επιστήμες όπως η φυσική και τα μαθηματικά, και επίσης έφερε πολλά νέα πράγματα στη μηχανική και την αστρονομία. Δικαίως θεωρείται ένας από τους πρώτους ιδρυτές της φυσικής στο κλασικό της μοντέλο. Είναι συγγραφέας του θεμελιώδους έργου «Mathematical Principles of Natural Philosophy», όπου παρουσίασε πληροφορίες για τους τρεις νόμους της μηχανικής και τον νόμο της παγκόσμιας βαρύτητας. Ο Ισαάκ Νεύτων έθεσε τα θεμέλια της κλασικής μηχανικής με αυτά τα έργα. Ανέπτυξε τον λογισμό διαφορικού και ολοκληρωτικού τύπου, τη θεωρία του φωτός. Έκανε επίσης σημαντική συνεισφορά στη φυσική οπτική.και ανέπτυξε πολλές άλλες θεωρίες στη φυσική και στα μαθηματικά.
Νόμος
Ο νόμος της παγκόσμιας έλξης και η ιστορία της ανακάλυψής του χρονολογούνται από το 1666. Η κλασική του μορφή είναι ένας νόμος που περιγράφει την αλληλεπίδραση του βαρυτικού τύπου, η οποία δεν ξεφεύγει από το πλαίσιο της μηχανικής.
Η ουσία του ήταν ότι ο δείκτης της δύναμης F της βαρυτικής έλξης που προκύπτει μεταξύ 2 σωμάτων ή σημείων ύλης m1 και m2, που χωρίζονται μεταξύ τους με μια ορισμένη απόσταση r, είναι ανάλογος και των δύο δεικτών μάζας και έχει αντιστρόφως αναλογία προς τις τετραγωνικές αποστάσεις μεταξύ των σωμάτων:
F=G, όπου G υποδηλώνει τη σταθερά βαρύτητας ίση με 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
βαρύτητα του Νεύτωνα
Πριν εξετάσουμε την ιστορία της ανακάλυψης του νόμου της παγκόσμιας έλξης, ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στα γενικά χαρακτηριστικά του.
Στη θεωρία που δημιουργήθηκε από τον Νεύτωνα, όλα τα σώματα με μεγάλη μάζα πρέπει να δημιουργήσουν ένα ειδικό πεδίο γύρω τους, το οποίο έλκει άλλα αντικείμενα προς τον εαυτό του. Ονομάζεται βαρυτικό πεδίο και έχει δυνατότητες.
Ένα σώμα με σφαιρική συμμετρία σχηματίζει ένα πεδίο έξω από τον εαυτό του, παρόμοιο με αυτό που δημιουργείται από ένα υλικό σημείο της ίδιας μάζας που βρίσκεται στο κέντρο του σώματος.
Η κατεύθυνση της τροχιάς ενός τέτοιου σημείου στο βαρυτικό πεδίο, που δημιουργείται από ένα σώμα με πολύ μεγαλύτερη μάζα, υπακούει στο νόμο του Κέπλερ. Αντικείμενα του σύμπαντος, όπως, για παράδειγμα,πλανήτη ή κομήτη, υπακούτε επίσης σε αυτόν, κινούμενοι σε έλλειψη ή υπερβολή. Ο υπολογισμός της παραμόρφωσης που δημιουργούν άλλα ογκώδη σώματα λαμβάνεται υπόψη χρησιμοποιώντας τις διατάξεις της θεωρίας των διαταραχών.
Ακρίβεια ανάλυσης
Αφού ο Νεύτωνας ανακάλυψε τον νόμο της παγκόσμιας έλξης, έπρεπε να δοκιμαστεί και να αποδειχθεί πολλές φορές. Για αυτό, έγιναν αρκετοί υπολογισμοί και παρατηρήσεις. Έχοντας συμφωνήσει με τις διατάξεις του και προχωρώντας από την ακρίβεια του δείκτη του, η πειραματική μορφή εκτίμησης χρησιμεύει ως σαφής επιβεβαίωση του ΓΡ. Η μέτρηση των τετραπολικών αλληλεπιδράσεων ενός σώματος που περιστρέφεται, αλλά οι κεραίες του παραμένουν ακίνητες, μας δείχνει ότι η διαδικασία αύξησης του δ εξαρτάται από το δυναμικό r -(1+δ), σε απόσταση αρκετά μέτρα και βρίσκεται στο όριο (2, 1±6, 2)•10-3. Ορισμένες άλλες πρακτικές επιβεβαιώσεις επέτρεψαν να θεσπιστεί αυτός ο νόμος και να λάβει ενιαία μορφή, χωρίς καμία τροποποίηση. Το 2007, αυτό το δόγμα επανελέγχθηκε σε απόσταση μικρότερη από ένα εκατοστό (55 microns-9,59 mm). Λαμβάνοντας υπόψη τα πειραματικά λάθη, οι επιστήμονες εξέτασαν το εύρος της απόστασης και δεν βρήκαν εμφανείς αποκλίσεις σε αυτόν τον νόμο.
Η παρατήρηση της τροχιάς της Σελήνης σε σχέση με τη Γη επιβεβαίωσε επίσης την εγκυρότητά της.
Ευκλείδειος χώρος
Η κλασική θεωρία της βαρύτητας του Νεύτωνα συνδέεται με τον Ευκλείδειο χώρο. Η πραγματική ισότητα με μια αρκετά υψηλή ακρίβεια (10-9) των μέτρων απόστασης στον παρονομαστή της ισότητας που συζητήθηκε παραπάνω μας δείχνει την Ευκλείδεια βάση του χώρου της Νευτώνειας μηχανικής, με τρεις -διαστατική φυσική μορφή. ΣΤΟσε ένα τέτοιο σημείο της ύλης, το εμβαδόν μιας σφαιρικής επιφάνειας είναι ακριβώς ανάλογο με την τιμή του τετραγώνου της ακτίνας της.
Δεδομένα από το ιστορικό
Ας εξετάσουμε μια σύντομη περίληψη της ιστορίας της ανακάλυψης του νόμου της παγκόσμιας έλξης.
Ιδέες προτάθηκαν από άλλους επιστήμονες που έζησαν πριν από τον Νεύτωνα. Ο Επίκουρος, ο Κέπλερ, ο Ντεκάρτ, ο Ρομπερβάλ, ο Γκασέντι, ο Χάιγκενς και άλλοι επισκέφτηκαν προβληματισμούς σχετικά με αυτό. Ο Κέπλερ πρότεινε ότι η βαρυτική δύναμη είναι αντιστρόφως ανάλογη με την απόσταση από το αστέρι του Ήλιου και έχει κατανομή μόνο στα εκλειπτικά επίπεδα. σύμφωνα με τον Descartes, ήταν συνέπεια της δραστηριότητας των στροβίλων στο πάχος του αιθέρα. Υπήρχε μια σειρά εικασιών που περιείχαν μια αντανάκλαση των σωστών εικασιών σχετικά με την εξάρτηση από την απόσταση.
Μια επιστολή από τον Νεύτωνα προς τον Χάλεϋ περιείχε πληροφορίες ότι οι προκάτοχοι του ίδιου του Σερ Ισαάκ ήταν ο Χουκ, ο Ρεν και ο Μπούγιο Ισμαέλ. Ωστόσο, κανείς πριν από αυτόν δεν κατάφερε να συνδέσει ξεκάθαρα, χρησιμοποιώντας μαθηματικές μεθόδους, τον νόμο της βαρύτητας και την κίνηση των πλανητών.
Η ιστορία της ανακάλυψης του νόμου της παγκόσμιας βαρύτητας συνδέεται στενά με το έργο "Mathematical Principles of Natural Philosophy" (1687). Σε αυτό το έργο, ο Νεύτωνας μπόρεσε να αντλήσει τον εν λόγω νόμο χάρη στον εμπειρικό νόμο του Κέπλερ, ο οποίος ήταν ήδη γνωστός εκείνη την εποχή. Μας δείχνει ότι:
- η μορφή κίνησης οποιουδήποτε ορατού πλανήτη υποδηλώνει την παρουσία μιας κεντρικής δύναμης.
- Η δύναμη έλξης του κεντρικού τύπου σχηματίζει ελλειπτικές ή υπερβολικές τροχιές.
Σχετικά με τη θεωρία του Νεύτωνα
Η ανασκόπηση της σύντομης ιστορίας της ανακάλυψης του νόμου της παγκόσμιας έλξης μπορεί επίσης να μας υποδείξει σε μια σειρά διαφορών που τον διαφοροποιούν από προηγούμενες υποθέσεις. Ο Newton ασχολήθηκε όχι μόνο με τη δημοσίευση του προτεινόμενου τύπου του υπό εξέταση φαινομένου, αλλά πρότεινε επίσης ένα μοντέλο μαθηματικού τύπου σε ολιστική μορφή:
- διάταξη για το νόμο της βαρύτητας;
- καθεστώς για το νόμο της κίνησης;
- συστηματική μεθόδων μαθηματικής έρευνας.
Αυτή η τριάδα ήταν σε θέση να διερευνήσει με μεγάλη ακρίβεια ακόμη και τις πιο περίπλοκες κινήσεις των ουράνιων αντικειμένων, δημιουργώντας έτσι τη βάση για την ουράνια μηχανική. Μέχρι την αρχή της δραστηριότητας του Αϊνστάιν σε αυτό το μοντέλο, δεν απαιτούνταν η παρουσία ενός θεμελιώδους συνόλου διορθώσεων. Μόνο η μαθηματική συσκευή έπρεπε να βελτιωθεί σημαντικά.
Αντικείμενο για συζήτηση
Ανακαλύφθηκε και αποδεδειγμένο δίκαιο καθ' όλη τη διάρκεια του δέκατου όγδοου αιώνα έγινε γνωστό αντικείμενο ενεργών διαφωνιών και σχολαστικών ελέγχων. Ωστόσο, ο αιώνας έκλεισε με μια γενική συμφωνία με τα αξιώματα και τις δηλώσεις του. Χρησιμοποιώντας τους υπολογισμούς του νόμου, ήταν δυνατό να προσδιοριστούν με ακρίβεια οι διαδρομές της κίνησης των σωμάτων στον ουρανό. Ένας άμεσος έλεγχος έγινε από τον Henry Cavendish το 1798. Το έκανε αυτό χρησιμοποιώντας μια ζυγαριά τύπου στρέψης με μεγάλη ευαισθησία. Στην ιστορία της ανακάλυψης του παγκόσμιου νόμου της βαρύτητας, είναι απαραίτητο να δοθεί ιδιαίτερη θέση στις ερμηνείες που εισήγαγε ο Poisson. Ανέπτυξε την έννοια του βαρυτικού δυναμικού και της εξίσωσης Poisson, με την οποία ήταν δυνατό να υπολογιστεί αυτόδυνητικός. Αυτός ο τύπος μοντέλου κατέστησε δυνατή τη μελέτη του βαρυτικού πεδίου παρουσία μιας αυθαίρετης κατανομής της ύλης.
Υπήρχαν πολλές δυσκολίες στη θεωρία του Νεύτωνα. Το κυριότερο θα μπορούσε να θεωρηθεί το ανεξήγητο της δράσης μεγάλης εμβέλειας. Ήταν αδύνατο να απαντηθεί με ακρίβεια στο ερώτημα πώς οι δυνάμεις έλξης στέλνονται μέσω του χώρου του κενού με άπειρη ταχύτητα.
"Εξέλιξη" του νόμου
Τα επόμενα διακόσια χρόνια, και ακόμη περισσότερα, έγιναν προσπάθειες από πολλούς φυσικούς να προτείνουν διάφορους τρόπους βελτίωσης της θεωρίας του Νεύτωνα. Αυτές οι προσπάθειες κατέληξαν σε θρίαμβο το 1915, δηλαδή τη δημιουργία της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, η οποία δημιουργήθηκε από τον Αϊνστάιν. Μπόρεσε να ξεπεράσει όλες τις δυσκολίες. Σύμφωνα με την αρχή της αντιστοιχίας, η θεωρία του Νεύτωνα αποδείχθηκε ότι ήταν μια προσέγγιση στην αρχή της εργασίας σε μια θεωρία σε μια πιο γενική μορφή, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί υπό ορισμένες προϋποθέσεις:
- Το δυναμικό της βαρυτικής φύσης δεν μπορεί να είναι πολύ μεγάλο στα υπό μελέτη συστήματα. Το ηλιακό σύστημα είναι ένα παράδειγμα συμμόρφωσης με όλους τους κανόνες για την κίνηση των ουράνιων σωμάτων. Το σχετικιστικό φαινόμενο βρίσκεται σε μια αξιοσημείωτη εκδήλωση μετατόπισης του περιηλίου.
- Ο ρυθμός κίνησης σε αυτήν την ομάδα συστημάτων είναι αμελητέος σε σύγκριση με την ταχύτητα του φωτός.
Απόδειξη ότι σε ένα ασθενές σταθερό βαρυτικό πεδίο, οι υπολογισμοί GR έχουν τη μορφή Νευτώνειων είναι η παρουσία κλιμακωτού δυναμικού βαρύτητας σε ακίνητο πεδίο μεασθενώς εκφρασμένα χαρακτηριστικά δυνάμεων, που είναι ικανά να ικανοποιήσουν τις συνθήκες της εξίσωσης Poisson.
Quanta Scale
Ωστόσο, στην ιστορία, ούτε η επιστημονική ανακάλυψη του νόμου της παγκόσμιας βαρύτητας, ούτε η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας θα μπορούσαν να χρησιμεύσουν ως η τελική θεωρία της βαρύτητας, καθώς και οι δύο δεν περιγράφουν επαρκώς τις διαδικασίες του βαρυτικού τύπου στο κβαντικό κλίμακα. Η προσπάθεια δημιουργίας μιας κβαντικής βαρυτικής θεωρίας είναι ένα από τα πιο σημαντικά καθήκοντα της σύγχρονης φυσικής.
Από την άποψη της κβαντικής βαρύτητας, η αλληλεπίδραση μεταξύ των αντικειμένων δημιουργείται από την εναλλαγή εικονικών βαρυτονίων. Σύμφωνα με την αρχή της αβεβαιότητας, το ενεργειακό δυναμικό των εικονικών βαρβιτονίων είναι αντιστρόφως ανάλογο με το χρονικό διάστημα στο οποίο υπήρχε, από το σημείο εκπομπής από ένα αντικείμενο έως το χρονικό σημείο στο οποίο απορροφήθηκε από ένα άλλο σημείο.
Λαμβάνοντας υπόψη αυτό, αποδεικνύεται ότι σε μια μικρή κλίμακα αποστάσεων, η αλληλεπίδραση των σωμάτων συνεπάγεται την ανταλλαγή εικονικών γραβιτονίων. Χάρη σε αυτές τις σκέψεις, είναι δυνατόν να συναχθεί η διάταξη σχετικά με το νόμο του δυναμικού του Νεύτωνα και την εξάρτησή του σύμφωνα με την αμοιβαία αναλογικότητα ως προς την απόσταση. Η αναλογία μεταξύ των νόμων του Κουλόμπ και του Νεύτωνα εξηγείται από το γεγονός ότι το βάρος των γραβιτονίων είναι ίσο με μηδέν. Το βάρος των φωτονίων έχει την ίδια σημασία.
Απάτη
Στο σχολικό πρόγραμμα σπουδών, η απάντηση σε μια ερώτηση από την ιστορία, πώςΟ Νεύτωνας ανακάλυψε τον νόμο της παγκόσμιας έλξης, είναι η ιστορία ενός φρούτου μήλου που πέφτει. Σύμφωνα με αυτόν τον μύθο, έπεσε στο κεφάλι ενός επιστήμονα. Ωστόσο, αυτή είναι μια ευρέως διαδεδομένη παρανόηση, και στην πραγματικότητα, όλα μπόρεσαν να γίνουν χωρίς παρόμοια περίπτωση πιθανού τραυματισμού στο κεφάλι. Ο ίδιος ο Νεύτωνας επιβεβαίωσε μερικές φορές αυτόν τον μύθο, αλλά στην πραγματικότητα ο νόμος δεν ήταν μια αυθόρμητη ανακάλυψη και δεν ήρθε σε μια έκρηξη στιγμιαίας διορατικότητας. Όπως γράφτηκε παραπάνω, αναπτύχθηκε για μεγάλο χρονικό διάστημα και παρουσιάστηκε για πρώτη φορά στις εργασίες για τις «Αρχές των Μαθηματικών», που εμφανίστηκαν σε δημόσια έκθεση το 1687.
