Ovaj članak će se fokusirati na historiju otkrića zakona univerzalne gravitacije. Ovdje ćemo se upoznati sa biografskim podacima iz života naučnika koji je otkrio ovu fizičku dogmu, razmotriti njene glavne odredbe, odnos s kvantnom gravitacijom, tok razvoja i još mnogo toga.
Genijalno
Sir Isaac Newton je naučnik iz Engleske. Svojevremeno je mnogo pažnje i truda posvetio naukama kao što su fizika i matematika, a donio je i mnogo novih stvari u mehanici i astronomiji. S pravom se smatra jednim od prvih osnivača fizike u njenom klasičnom modelu. Autor je temeljnog djela "Matematički principi prirodne filozofije", gdje je iznio podatke o tri zakona mehanike i zakonu univerzalne gravitacije. Isak Newton je ovim djelima postavio temelje klasične mehanike. Razvio je račun diferencijalnog i integralnog tipa, teoriju svjetlosti. Takođe je dao veliki doprinos fizičkoj optici.i razvio mnoge druge teorije u fizici i matematici.
Zakon
Zakon univerzalne gravitacije i istorija njegovog otkrića datiraju iz 1666. godine. Njegov klasični oblik je zakon koji opisuje interakciju gravitacionog tipa, koja ne izlazi iz okvira mehanike.
Njegova suština je bila da je indikator sile F gravitacionog privlačenja koja nastaje između 2 tijela ili tačaka materije m1 i m2, međusobno razdvojenih određenom udaljenosti r, proporcionalan oba indikatora mase i ima inverzna proporcionalnost kvadratu udaljenosti između tijela:
F=G, gdje G označava gravitacionu konstantu jednaku 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Njutnova gravitacija
Pre razmatranja istorije otkrića zakona univerzalne gravitacije, pogledajmo bliže njegove opšte karakteristike.
U teoriji koju je stvorio Newton, sva tijela sa velikom masom moraju generirati posebno polje oko sebe, koje privlači druge objekte k sebi. To se zove gravitaciono polje i ima potencijal.
Tijelo sa sfernom simetrijom formira polje izvan sebe, slično onom koje stvara materijalna tačka iste mase koja se nalazi u centru tijela.
Pravac putanje takve tačke u gravitacionom polju, koju stvara telo sa mnogo većom masom, poštuje Keplerov zakon. Objekti univerzuma, kao što su npr.planete ili komete, takođe mu se pokoravaju, krećući se u elipsi ili hiperboli. Obračun distorzije koju stvaraju druga masivna tijela uzima se u obzir korištenjem odredbi teorije perturbacije.
Analiziranje tačnosti
Nakon što je Newton otkrio zakon univerzalne gravitacije, morao je biti testiran i dokazan višestruko. Za to su napravljeni brojni proračuni i zapažanja. Nakon što se složio sa njegovim odredbama i polazeći od tačnosti njegovog indikatora, eksperimentalni oblik procjene služi kao jasna potvrda GR. Mjerenje kvadrupolnih interakcija tijela koje rotira, ali njegove antene ostaju nepokretne, pokazuje nam da proces povećanja δ zavisi od potencijala r -(1+δ), na udaljenosti od nekoliko metara i nalazi se u granici (2, 1±6, 2)•10-3. Brojne druge praktične potvrde omogućile su da se ovaj zakon uspostavi i poprimi jedinstven oblik, bez ikakvih izmjena. Godine 2007. ova dogma je ponovo provjerena na udaljenosti manjoj od centimetra (55 mikrona-9,59 mm). Uzimajući u obzir eksperimentalne greške, naučnici su ispitali raspon udaljenosti i nisu našli očigledna odstupanja u ovom zakonu.
Posmatranje mjesečeve orbite u odnosu na Zemlju je također potvrdilo njegovu valjanost.
Euklidski prostor
Njutnova klasična teorija gravitacije povezana je sa euklidskim prostorom. Stvarna jednakost sa dovoljno visokom preciznošću (10-9) mjera udaljenosti u nazivniku jednakosti o kojoj smo gore govorili pokazuje nam euklidsku osnovu prostora Njutnove mehanike, sa tri -dimenzionalni fizički oblik. ATdo takve tačke materije, površina sferne površine je tačno proporcionalna vrednosti kvadrata njenog poluprečnika.
Podaci iz istorije
Razmotrimo kratak sažetak historije otkrića zakona univerzalne gravitacije.
Ideje su iznijeli drugi naučnici koji su živjeli prije Njutna. Epikur, Kepler, Dekart, Roberval, Gasendi, Hajgens i drugi posetili su razmišljanja o tome. Kepler je sugerirao da je gravitacijska sila obrnuto proporcionalna udaljenosti od zvijezde Sunca i da ima distribuciju samo u ravnima ekliptike; prema Descartesu, to je bila posljedica aktivnosti vrtloga u debljini etra. Postojala je serija nagađanja koja su sadržavala odraz tačnih nagađanja o zavisnosti od udaljenosti.
Pismo od Newtona Halleyu sadržavalo je informaciju da su prethodnici samog Sir Isaaca bili Hooke, Wren i Buyo Ismael. Međutim, niko prije njega nije uspio jasno, matematičkim metodama, povezati zakon gravitacije i planetarnog kretanja.
Istorija otkrića zakona univerzalne gravitacije usko je povezana sa radom "Matematički principi prirodne filozofije" (1687). U ovom radu Njutn je uspeo da izvede dotični zakon zahvaljujući Keplerovom empirijskom zakonu, koji je u to vreme već bio poznat. On nam pokazuje da:
- oblik kretanja bilo koje vidljive planete ukazuje na prisustvo centralne sile;
- Sila privlačenja centralnog tipa formira eliptične ili hiperboličke orbite.
O Newtonovoj teoriji
Pregled kratke istorije otkrića zakona univerzalne gravitacije može nas takođe ukazati na brojne razlike koje ga izdvajaju od prethodnih hipoteza. Newton se bavio ne samo objavljivanjem predložene formule fenomena koji se razmatra, već je predložio i model matematičkog tipa u holističkom obliku:
- odredba o zakonu gravitacije;
- statut o zakonu kretanja;
- sistematika metoda matematičkog istraživanja.
Ova trijada je bila u stanju da prilično precizno istraži čak i najsloženija kretanja nebeskih objekata, stvarajući tako osnovu za nebesku mehaniku. Do početka Ajnštajnove aktivnosti u ovom modelu nije bilo potrebno prisustvo fundamentalnog skupa korekcija. Jedino je matematički aparat morao biti značajno poboljšan.
Objekat za diskusiju
Otkriveno i dokazano pravo tokom osamnaestog vijeka postalo je dobro poznat predmet aktivnih sporova i skrupuloznih provjera. Međutim, vijek je završio općim slaganjem s njegovim postulatima i izjavama. Koristeći proračune zakona, bilo je moguće precizno odrediti puteve kretanja tijela na nebu. Direktnu provjeru izvršio je Henry Cavendish 1798. godine. Učinio je to koristeći torzionu vagu sa velikom osjetljivošću. U historiji otkrića univerzalnog zakona gravitacije potrebno je posebno mjesto izdvojiti interpretacijama koje je uveo Poisson. Razvio je koncept gravitacionog potencijala i Poissonovu jednačinu, pomoću koje je bilo moguće izračunati ovopotencijal. Ovaj tip modela je omogućio proučavanje gravitacionog polja u prisustvu proizvoljne distribucije materije.
Bilo je mnogo poteškoća u Njutnovoj teoriji. Glavnim bi se mogla smatrati neobjašnjivost dalekosežne akcije. Bilo je nemoguće tačno odgovoriti na pitanje kako se sile privlačenja šalju kroz vakuumski prostor beskonačnom brzinom.
"Evolucija" zakona
Sljedećih dvije stotine godina, pa čak i više, mnogi fizičari su pokušavali da predlože različite načine poboljšanja Newtonove teorije. Ovi napori su završili trijumfom 1915. godine, odnosno stvaranjem Opšte teorije relativnosti, koju je stvorio Ajnštajn. Bio je u stanju da savlada čitav niz poteškoća. U skladu sa principom korespondencije, ispostavilo se da je Newtonova teorija aproksimacija početku rada na teoriji u opštijem obliku, koji se može primijeniti pod određenim uvjetima:
- Potencijal gravitacione prirode ne može biti prevelik u sistemima koji se proučavaju. Sunčev sistem je primjer poštivanja svih pravila za kretanje nebeskih tijela. Relativistički fenomen nalazi se u primjetnoj manifestaciji pomaka perihela.
- Brzina kretanja u ovoj grupi sistema je zanemarljiva u poređenju sa brzinom svjetlosti.
Dokaz da u slabom stacionarnom gravitacionom polju, GR proračuni imaju oblik njutnovskih je prisustvo skalarnog potencijala gravitacije u stacionarnom polju saslabo izražene karakteristike sila, koja je u stanju da zadovolji uslove Poissonove jednačine.
Quanta Scale
Međutim, u istoriji, ni naučno otkriće zakona univerzalne gravitacije, ni Opšta teorija relativnosti ne bi mogli poslužiti kao konačna gravitaciona teorija, pošto obe ne opisuju adekvatno procese gravitacionog tipa na kvantnom skala. Pokušaj stvaranja kvantne teorije gravitacije jedan je od najvažnijih zadataka moderne fizike.
Sa tačke gledišta kvantne gravitacije, interakcija između objekata nastaje razmenom virtuelnih gravitona. U skladu sa principom nesigurnosti, energetski potencijal virtuelnih gravitona je obrnuto proporcionalan vremenskom intervalu u kojem je postojao, od tačke emisije od strane jednog objekta do tačke u kojoj ga je apsorbovala druga tačka.
S obzirom na to, ispada da na maloj skali udaljenosti, interakcija tijela podrazumijeva razmjenu gravitona virtuelnog tipa. Zahvaljujući ovim razmatranjima, moguće je zaključiti odredbu o zakonu Njutnovog potencijala i njegovoj zavisnosti u skladu sa recipročnom proporcionalnošću u odnosu na udaljenost. Analogija između Coulombovih i Newtonovih zakona objašnjava se činjenicom da je težina gravitona jednaka nuli. Težina fotona ima isto značenje.
Obmana
U školskom programu odgovor na pitanje iz istorije, kakoNewton je otkrio zakon univerzalne gravitacije, priča je o plodu jabuke koji pada. Prema ovoj legendi, pao je na glavu naučnika. Međutim, radi se o raširenoj zabludi, a zapravo je sve moglo i bez sličnog slučaja moguće povrede glave. Sam Njutn je ponekad potvrđivao ovaj mit, ali u stvarnosti zakon nije bio spontano otkriće i nije došao u naletu trenutnog uvida. Kao što je gore napisano, razvijan je dugo vremena i prvi put je predstavljen u radovima o "Principima matematike", koji su se pojavili na javnom izlaganju 1687.
