gravitatsiooni

Hoolimata asjaolust, et gravitatsioon on universumi objektide vaheline nõrgim koostoime, on selle tähtsus füüsikas ja astronoomias tohutu, kuna see suudab mõjutada füüsilisi objekte ruumis mis tahes kaugusel.

Kui teile meeldib astronoomia, mõtlesite ilmselt küsimusele, mis on selline asi nagu gravitatsioon või universaalse gravitatsiooni seadus. Gravitatsioon on universaalne fundamentaalne interaktsioon kõigi universumi objektide vahel.

Gravitatsiooniseaduse avastamine on omistatud kuulsale inglise füüsikule Isaac Newtonile. Tõenäoliselt teavad paljud teist lugu õunast, mis kukkus kuulsale teadlasele pähe. Sellegipoolest, kui vaadata sügavale ajalukku, näete, et gravitatsiooni olemasolule mõtlesid juba ammu enne tema ajastut antiikaja filosoofid ja teadlased, näiteks Epikuros. Sellegipoolest kirjeldas Newton esmakordselt füüsiliste kehade vahelist gravitatsioonilist vastasmõju klassikalise mehaanika raames. Tema teooria töötas välja teine ​​kuulus teadlane - Albert Einstein, kes kirjeldas oma üldises relatiivsusteoorias täpsemalt gravitatsiooni mõju ruumis, aga ka selle rolli aegruumi kontiinumis.

Newtoni universaalse gravitatsiooni seadus ütleb, et gravitatsiooni tõmbejõud kahe vahemaaga eraldatud massipunkti vahel on pöördvõrdeline kauguse ruuduga ja võrdeline mõlema massiga. Gravitatsioonijõud on pikamaa. See tähendab, et hoolimata sellest, kuidas massiga keha liigub, sõltub selle gravitatsioonipotentsiaal klassikalises mehaanikas puhtalt selle objekti asukohast antud ajahetkel. Mida suurem on objekti mass, seda suurem on selle gravitatsiooniväli – seda võimsam on selle gravitatsioonijõud. Sellistel kosmilistel objektidel nagu galaktikad, tähed ja planeedid on suurim tõmbejõud ja vastavalt ka üsna tugevad gravitatsiooniväljad.

Gravitatsiooniväljad

Maa gravitatsiooniväli

Gravitatsiooniväli on kaugus, mille piires toimub gravitatsiooniline vastastikmõju universumi objektide vahel. Mida suurem on objekti mass, seda tugevam on selle gravitatsiooniväli – seda märgatavam on selle mõju teistele füüsilistele kehadele teatud ruumis. Objekti gravitatsiooniväli on potentsiaalselt. Eelmise väite olemus seisneb selles, et kui tutvustada kahe keha vahel potentsiaalset külgetõmbeenergiat, siis see ei muutu pärast seda, kui viimane liigub mööda suletud kontuuri. Siit tuleneb veel üks kuulus suletud ahela potentsiaalse ja kineetilise energia summa jäävuse seadus.

Materiaalses maailmas on gravitatsiooniväljal suur tähtsus. Seda omavad kõik universumi materiaalsed objektid, millel on mass. Gravitatsiooniväli võib mõjutada mitte ainult ainet, vaid ka energiat. Just selliste suurte kosmoseobjektide nagu mustad augud, kvasarid ja ülimassiivsed tähed gravitatsiooniväljade mõjul tekivad päikesesüsteemid, galaktikad ja muud astronoomilised parved, mida iseloomustab loogiline struktuur.

Viimased teaduslikud andmed näitavad, et Universumi kuulus paisumise efekt põhineb ka gravitatsioonilise vastastikmõju seadustel. Eelkõige soodustavad Universumi paisumist võimsad gravitatsiooniväljad, nii väikesed kui ka selle suurimad objektid.

Gravitatsiooniline kiirgus kahendsüsteemis

Gravitatsioonikiirgus ehk gravitatsioonilaine on mõiste, mille võttis füüsikasse ja kosmoloogiasse esmakordselt kasutusele kuulus teadlane Albert Einstein. Gravitatsioonikiirgust tekitab gravitatsiooniteoorias materiaalsete objektide liikumine muutuva kiirendusega. Objekti kiirendamise ajal "rebib" gravitatsioonilaine sellest justkui lahti, mis põhjustab ümbritsevas ruumis gravitatsioonivälja kõikumisi. Seda nimetatakse gravitatsioonilaine efektiks.

Kuigi gravitatsioonilaineid ennustab nii Einsteini üldrelatiivsusteooria kui ka teised gravitatsiooniteooriad, pole neid kunagi otseselt tuvastatud. See on peamiselt tingitud nende äärmisest väiksusest. Siiski on astronoomias kaudseid tõendeid, mis võivad seda mõju kinnitada. Seega saab gravitatsioonilaine mõju jälgida kaksiktähtede lähenemise näitel. Vaatlused kinnitavad, et kaksiktähtede lähenemiskiirus sõltub mingil määral nende kosmoseobjektide energiakadudest, mis eeldatavasti kulub gravitatsioonikiirgusele. Teadlased saavad seda hüpoteesi lähitulevikus usaldusväärselt kinnitada uue põlvkonna Advanced LIGO ja VIRGO teleskoopide abil.

Kaasaegses füüsikas on mehaanika kaks mõistet: klassikaline ja kvant. Kvantmehaanika tuletati suhteliselt hiljuti ja see erineb põhimõtteliselt klassikalisest mehaanikast. Kvantmehaanikas ei ole objektidel (kvantidel) kindlaid asukohti ja kiirusi, siin põhineb kõik tõenäosusel. See tähendab, et objekt võib teatud ajahetkel hõivata ruumis teatud koha. Usaldusväärselt kindlaks teha, kuhu ta järgmisena kolib, on võimatu, kuid ainult suure tõenäosusega.

Gravitatsiooni huvitav mõju on see, et see võib aegruumi kontiinumi painutada. Einsteini teooria ütleb, et energiahulka või mis tahes materiaalset ainet ümbritsevas ruumis on aegruum kõver. Sellest lähtuvalt muutub selle aine gravitatsioonivälja mõju all olevate osakeste trajektoor, mis võimaldab suure tõenäosusega ennustada nende liikumise trajektoori.

Gravitatsiooni teooriad

Tänapäeval teavad teadlased üle tosina erineva gravitatsiooniteooria. Need jagunevad klassikalisteks ja alternatiivseteks teooriateks. Esimese kuulsaim esindaja on Isaac Newtoni klassikaline gravitatsiooniteooria, mille leiutas kuulus Briti füüsik juba 1666. aastal. Selle olemus seisneb selles, et massiivne keha mehaanikas tekitab enda ümber gravitatsioonivälja, mis tõmbab enda poole väiksemaid objekte. Viimastel omakorda on nagu kõigil teistel universumi materiaalsetel objektidel ka gravitatsiooniväli.

Järgmise populaarse gravitatsiooniteooria leiutas maailmakuulus saksa teadlane Albert Einstein 20. sajandi alguses. Einsteinil õnnestus gravitatsiooni kui nähtust täpsemalt kirjeldada ja selgitada ka selle toimet mitte ainult klassikalises mehaanikas, vaid ka kvantmaailmas. Tema üldine relatiivsusteooria kirjeldab sellise jõu nagu gravitatsiooni võimet mõjutada aegruumi kontiinumi, samuti elementaarosakeste trajektoori ruumis.

Alternatiivsetest gravitatsiooniteooriatest väärib ehk enim tähelepanu relativistlik teooria, mille leiutas meie kaasmaalane, kuulus füüsik A.A. Logunov. Erinevalt Einsteinist väitis Logunov, et gravitatsioon ei ole geomeetriline, vaid reaalne, üsna tugev füüsiline jõuväli. Alternatiivsetest gravitatsiooniteooriatest on tuntud ka skalaarne, bimeetriline, kvaasilineaarne jt.

1. Kosmoses viibinud ja Maale naasnud inimestel on algul üsna raske harjuda meie planeedi gravitatsioonilise mõju jõuga. Mõnikord kulub selleks mitu nädalat.
2. On tõestatud, et kaaluta olekus võib inimkeha kaotada kuni 1% luuüdi massist kuus.
3. Planeetidest on Päikesesüsteemis väikseim tõmbejõud Marsil ja kõige suurem Jupiteril.
4. Tuntud salmonellabakterid, mis on soolehaiguste põhjustajad, käituvad kaaluta olekus aktiivsemalt ja võivad inimorganismile palju rohkem kahju tekitada.
5. Kõigist universumi teadaolevatest astronoomilistest objektidest on mustadel aukudel suurim gravitatsioonijõud. Golfipalli suurusel mustal augul võib olla samasugune gravitatsioonijõud kui kogu meie planeedil.
6. Gravitatsioonijõud Maal ei ole meie planeedi kõigis nurkades ühesugune. Näiteks Kanadas Hudsoni lahe piirkonnas on see madalam kui teistes maakera piirkondades.