Bu makale, evrensel yerçekimi yasasının keşfinin tarihine odaklanacak. Burada bu fiziksel dogmayı keşfeden bilim insanının hayatından biyografik bilgilerle tanışacağız, ana hükümlerini, kuantum yerçekimi ile ilişkisini, gelişim seyrini ve çok daha fazlasını ele alacağız.
Dahi
Sir Isaac Newton, İngiltere'den bir bilim adamıdır. Bir zamanlar fizik ve matematik gibi bilimlere çok dikkat ve çaba harcadı ve ayrıca mekanik ve astronomiye birçok yeni şey getirdi. Klasik modelinde haklı olarak fiziğin ilk kurucularından biri olarak kabul edilir. Mekaniğin üç yasası ve evrensel yerçekimi yasası hakkında bilgi sunduğu "Doğal Felsefenin Matematiksel İlkeleri" adlı temel çalışmanın yazarıdır. Isaac Newton bu çalışmalarıyla klasik mekaniğin temellerini atmıştır. Diferansiyel ve integral tipinin hesabını, ışık teorisini geliştirdi. Ayrıca fiziksel optiğe büyük katkılarda bulundu.ve fizik ve matematikte başka birçok teori geliştirdi.
Hukuk
Evrensel yerçekimi yasası ve keşfinin tarihi 1666'ya kadar uzanır. Klasik biçimi, mekaniğin çerçevesinin dışına çıkmayan yerçekimi tipinin etkileşimini anlatan bir yasadır.
Özü, birbirinden belirli bir r uzaklığı ile ayrılan m1 ve m2 maddenin 2 gövdesi veya noktası arasında ortaya çıkan yerçekimi kuvvetinin F kuvvetinin göstergesinin hem kütle göstergesiyle orantılı olması hem de bir kütle göstergesine sahip olmasıdır. cisimler arasındaki uzaklıkların karesiyle ters orantılılık:
F=G, burada G, 6'ya eşit yerçekimi sabitini gösterir, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Newton'un yerçekimi
Evrensel yerçekimi yasasının keşfinin tarihini düşünmeden önce, genel özelliklerine daha yakından bakalım.
Newton tarafından oluşturulan teoride, büyük kütleli tüm cisimler etraflarında diğer cisimleri kendine çeken özel bir alan oluşturmalıdır. Buna yerçekimi alanı denir ve potansiyeli vardır.
Küresel simetriye sahip bir cisim, cismin merkezinde bulunan aynı kütleye sahip bir madde noktasının oluşturduğuna benzer şekilde, kendi dışında bir alan oluşturur.
Kütlesi çok daha büyük olan bir cisim tarafından oluşturulan yerçekimi alanındaki böyle bir noktanın yörüngesinin yönü Kepler yasasına uygundur. Evrenin nesneleri, örneğin,gezegen veya kuyruklu yıldız, bir elips veya hiperbol içinde hareket ederek de ona itaat edin. Diğer büyük kütleli cisimlerin yarattığı bozulmanın hesabı, pertürbasyon teorisinin hükümleri kullanılarak dikkate alınır.
Analizin doğruluğu
Newton evrensel yerçekimi yasasını keşfettikten sonra, defalarca test edilmesi ve kanıtlanması gerekiyordu. Bunun için bir takım hesaplamalar ve gözlemler yapılmıştır. Hükümleri ile anlaşmaya varan ve göstergesinin doğruluğundan yola çıkan deneysel tahmin biçimi, GR'nin açık bir teyidi olarak hizmet eder. Dönen, ancak antenleri sabit kalan bir cismin dört kutuplu etkileşimlerinin ölçümü bize, δ'yi artırma sürecinin, r -(1+δ) potansiyeline bağlı olduğunu gösterir. birkaç metredir ve limit (2, 1±6, 2)•10-3 içinde bulunur. Bir dizi başka pratik doğrulama, bu yasanın herhangi bir değişiklik yapılmadan oluşturulmasına ve tek bir biçim almasına izin verdi. 2007'de bu dogma bir santimetreden (55 mikron-9,59 mm) daha kısa bir mesafede yeniden kontrol edildi. Deneysel hataları hesaba katan bilim adamları, mesafe aralığını incelediler ve bu yasada bariz bir sapma bulamadılar.
Ay'ın Dünya'ya göre yörüngesinin gözlemlenmesi de geçerliliğini doğruladı.
Öklid uzayı
Newton'un klasik yerçekimi teorisi Öklid uzayıyla bağlantılıdır. Yukarıda tartışılan eşitliğin paydasındaki uzaklık ölçülerinin yeterince yüksek bir doğrulukla (10-9) gerçek eşitlik bize Newton mekaniğinin uzayının Öklid temelini gösterir. -boyutlu fiziksel form. ATmaddenin böyle bir noktasına göre, küresel bir yüzeyin alanı, yarıçapının karesinin değeriyle tam olarak orantılıdır.
Geçmişten alınan veriler
Evrensel yerçekimi yasasının keşfinin tarihinin kısa bir özetini ele alalım.
Fikirler, Newton'dan önce yaşayan diğer bilim adamları tarafından ortaya atıldı. Epicurus, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens ve diğerleri bu konudaki düşünceleri ziyaret ettiler. Kepler, yerçekimi kuvvetinin Güneş'in yıldızına olan uzaklığı ile ters orantılı olduğunu ve sadece ekliptik düzlemlerde dağılımı olduğunu öne sürdü; Descartes'a göre, eterin kalınlığındaki girdapların etkinliğinin bir sonucuydu. Mesafeye bağımlılık hakkında doğru tahminlerin bir yansımasını içeren bir dizi tahmin vardı.
Newton'dan Halley'e gönderilen bir mektup, Sir Isaac'in seleflerinin Hooke, Wren ve Buyo Ismael olduğu bilgisini içeriyordu. Bununla birlikte, ondan önce hiç kimse matematiksel yöntemler kullanarak yerçekimi yasasını ve gezegen hareketini net bir şekilde birleştirmeyi başaramadı.
Evrensel yerçekimi yasasının keşfinin tarihi, "Doğal Felsefenin Matematiksel İlkeleri" (1687) çalışmasıyla yakından bağlantılıdır. Bu çalışmada Newton, o zamanlar zaten bilinen Kepler'in ampirik yasası sayesinde söz konusu yasayı türetebilmiştir. Bize şunu gösteriyor:
- herhangi bir görünür gezegenin hareket şekli, merkezi bir kuvvetin varlığını gösterir;
- Merkezi tipin çekim kuvveti eliptik veya hiperbolik yörüngeler oluşturur.
Newton'un teorisi hakkında
Evrensel yerçekimi yasasının keşfinin kısa tarihini gözden geçirmek, onu önceki hipotezlerden ayıran bir dizi farklılığa da işaret edebilir. Newton, yalnızca söz konusu fenomenin önerilen formülünün yayınlanmasıyla değil, aynı zamanda bütünsel bir biçimde matematiksel tipte bir model önerdi:
- yerçekimi kanunu ile ilgili hüküm;
- hareket kanunu kanunu;
- Matematiksel araştırma yöntemlerinin sistematiği.
Bu üçlü, gök cisimlerinin en karmaşık hareketlerini bile oldukça doğru bir şekilde araştırabildi ve böylece gök mekaniğinin temelini oluşturdu. Einstein'ın bu modeldeki etkinliğinin başlangıcına kadar, temel bir düzeltme setinin varlığı gerekli değildi. Yalnızca matematiksel aparatın önemli ölçüde iyileştirilmesi gerekiyordu.
Tartışma için nesne
On sekizinci yüzyıl boyunca keşfedilen ve kanıtlanmış hukuk, aktif anlaşmazlıkların ve titiz kontrollerin iyi bilinen bir konusu haline geldi. Ancak yüzyıl, onun önermeleri ve açıklamalarıyla genel bir mutabakatla sona erdi. Yasanın hesaplamalarını kullanarak, gökteki cisimlerin hareket yollarını doğru bir şekilde belirlemek mümkün oldu. 1798'de Henry Cavendish tarafından doğrudan bir kontrol yapıldı. Bunu, büyük bir hassasiyetle burulma tipi bir terazi kullanarak yaptı. Evrensel yerçekimi yasasının keşfedildiği tarihte, Poisson'un ortaya koyduğu yorumlara özel bir yer ayırmak gerekir. Yerçekimi potansiyeli kavramını ve bunu hesaplamanın mümkün olduğu Poisson denklemini geliştirdi.potansiyel. Bu tür bir model, maddenin keyfi bir dağılımının varlığında yerçekimi alanını incelemeyi mümkün kıldı.
Newton'un teorisinde birçok zorluk vardı. Ana olanı, uzun menzilli eylemin açıklanamazlığı olarak düşünülebilir. Çekim kuvvetlerinin boşluktan sonsuz bir hızla nasıl gönderildiği sorusuna doğru bir şekilde cevap vermek imkansızdı.
Yasanın "Evrimi"
Önümüzdeki iki yüz yıl ve hatta daha fazlası, birçok fizikçi tarafından Newton'un teorisini geliştirmek için çeşitli yollar önermek için girişimlerde bulunuldu. Bu çabalar 1915'te, yani Einstein tarafından yaratılan Genel Görelilik Teorisi'nin yaratılmasıyla bir zaferle sonuçlandı. Tüm zorlukların üstesinden gelmeyi başardı. Karşılık ilkesine uygun olarak, Newton'un teorisi, belirli koşullar altında uygulanabilecek daha genel bir biçimde bir teori üzerinde çalışmanın başlangıcına bir yaklaşım olarak ortaya çıktı:
- Çalışılan sistemlerde yerçekimi doğasının potansiyeli çok büyük olamaz. Güneş sistemi, gök cisimlerinin hareketi için tüm kurallara uymanın bir örneğidir. Göreceli fenomen, kendini günberi kaymasının göze çarpan bir tezahüründe bulur.
- Bu sistem grubundaki hareket hızı, ışık hızına kıyasla ihmal edilebilir.
Zayıf bir durağan yerçekimi alanında, GR hesaplamalarının Newton hesaplamaları biçimini aldığının kanıtı, durağan bir alanda skaler bir yerçekimi potansiyelinin varlığıdır. Poisson denkleminin koşullarını karşılayabilen kuvvetlerin zayıf ifade edilen özellikleri.
Kuanta Ölçeği
Ancak, tarihte, ne evrensel yerçekimi yasasının bilimsel keşfi ne de Genel Görelilik Teorisi, son yerçekimi teorisi olarak hizmet edemezdi, çünkü her ikisi de kuantum üzerindeki yerçekimi tipinin süreçlerini yeterince tanımlamaz. ölçek. Kuantum yerçekimi teorisi yaratma girişimi, modern fiziğin en önemli görevlerinden biridir.
Kuantum yerçekimi açısından, nesneler arasındaki etkileşim sanal gravitonların değiş tokuşu ile yaratılır. Belirsizlik ilkesine göre, sanal gravitonların enerji potansiyeli, bir nesnenin yayma noktasından başka bir nokta tarafından emildiği zaman noktasına kadar var olduğu zaman aralığıyla ters orantılıdır.
Bunun ışığında, küçük bir mesafe ölçeğinde, cisimlerin etkileşiminin sanal tip gravitonların değişimini gerektirdiği ortaya çıktı. Bu düşünceler sayesinde, Newton'un potansiyeli ve bağımlılığı yasasına ilişkin hükmü, mesafeye göre orantılılığın karşılıklılığına uygun olarak sonuçlandırmak mümkündür. Coulomb ve Newton yasaları arasındaki analoji, gravitonların ağırlığının sıfıra eşit olmasıyla açıklanır. Fotonların ağırlığı da aynı anlama gelir.
Aldatma
Okul müfredatında tarihten bir sorunun cevabı, nasılNewton'un evrensel yerçekimi yasasını keşfettiği, düşen bir elma meyvesinin hikayesidir. Bu efsaneye göre, bir bilim adamının kafasına düştü. Bununla birlikte, bu yaygın bir yanlış anlamadır ve aslında, benzer bir olası kafa travması vakası olmadan her şey yapılabilirdi. Newton'un kendisi bazen bu efsaneyi doğruladı, ancak gerçekte yasa kendiliğinden bir keşif değildi ve anlık bir içgörü patlamasıyla gelmedi. Yukarıda yazıldığı gibi, uzun süredir geliştirilmiş ve ilk kez 1687'de halka arz edilen "Matematiğin İlkeleri" konulu çalışmalarda sunulmuştur.
