Gravitatsioonijõud
Mitte ainult kõige salapärasem loodusjõud aga ka kõige võimsam.
Mees edenemise teel
Ajalooliselt on see olnud Inimene kui liigute edasi progressi teed valdas üha võimsamaid loodusjõude. Ta alustas siis, kui tal polnud muud kui kepp rusikas ja enda füüsiline jõud.
Kuid ta oli tark ja tõi oma teenistusse loomade füüsilise jõu, muutes nad koduseks. Hobune kiirendas jooksu, kaamel muutis kõrbe läbitavaks, elevant soise džungli. Kuid ka kõige tugevamate loomade füüsilised jõud on loodusjõududega võrreldes mõõtmatult väikesed.
Esimene inimene allutas tule elemendi, kuid ainult selle kõige nõrgemates versioonides. Esialgu – palju sajandeid – kasutas ta kütusena ainult puitu – väga madala energiatarbega kütust. Mõnevõrra hiljem õppis ta sellest energiaallikast tuuleenergiat kasutama, mees tõstis purje valge tiiva õhku – ja kerge laev lendas linnuna üle lainete.
Purjekas lainetel
Ta paljastas tuuliku labad tuuleiilidele – ja veskikivide rasked kivid keerlesid, kruupide nuiad ragisesid. Kuid kõigile on selge, et õhujugade energia pole kaugeltki kontsentreeritud. Lisaks kartsid nii puri kui tuulik tuulelööke: torm rebis purjed ja uputas laevad, torm murdis tiivad ja pani veskid ümber.
Veel hiljem hakkas inimene voolavat vett vallutama. Ratas pole mitte ainult kõige primitiivsem seadmetest, mis on võimeline muutma vee energiat pöörlevaks liikumiseks, vaid ka kõige vähem võimsam võrreldes erinevate seadmetega.
Inimene liikus progressiredelil edasi ja vajas aina rohkem energiat.
Ta hakkas kasutama uut tüüpi kütust - juba üleminek kivisöe põletamisele suurendas kilogrammi kütuse energiaintensiivsust 2500 kcal-lt 7000 kcal-ni - peaaegu kolm korda. Siis saabus nafta ja gaasi aeg. Jällegi on iga fossiilkütuse kilogrammi energiasisaldus kasvanud poolteist kuni kaks korda.
Aurumasinad asendati auruturbiinidega; veski rattad asendati hüdroturbiinidega. Seejärel sirutas mees käe lõhustuva uraani aatomi poole. Uut tüüpi energia esmakordsel kasutamisel olid aga traagilised tagajärjed – Hiroshima tuumaleek 1945. aastal põletas minutitega 70 tuhat inimsüda.
1954. aastal alustas tööd maailma esimene Nõukogude tuumaelektrijaam, mis muutis uraani võimsuse elektrivoolu kiirgusjõuks. Ja tuleb märkida, et kilogramm uraani sisaldab kaks miljonit korda rohkem energiat kui kilogramm parimat naftat.
See oli põhimõtteliselt uus tulekahju, mida võiks nimetada füüsiliseks, sest just füüsikud uurisid protsesse, mis viisid nii vapustavate energiakoguste tekkeni.
Uraan ei ole ainus tuumakütus. Juba kasutatakse võimsamat tüüpi kütust – vesiniku isotoope.
Kahjuks pole inimene veel suutnud vesiniku-heeliumi tuumaleeki alistada. Ta teab, kuidas oma kõikepõlevat tuld hetkeks süüdata, süüdates vesinikupommi reaktsiooni uraani plahvatuse sähvatusega. Kuid üha lähemalt näevad teadlased vesinikreaktorit, mis tekitab vesiniku isotoopide tuumade heeliumi tuumadeks sulamise tulemusena elektrivoolu.
Jällegi suureneb energiahulk, mida inimene saab igast kütusekilost võtta, peaaegu kümme korda. Kuid kas see samm on viimane inimvõimu eelseisvas ajaloos loodusjõudude üle?
Mitte! Ees – energia gravitatsioonivormi valdamine. See on looduse poolt isegi kaalutletumalt pakitud kui isegi vesiniku ja heeliumi sulandumise energia. Tänapäeval on see kõige kontsentreeritum energiavorm, mille kohta inimene võib isegi aimata.
Midagi kaugemale pole seal veel näha, peale teaduse tipptaseme. Ja kuigi võime kindlalt väita, et elektrijaamad töötavad inimese jaoks, töötledes gravitatsioonienergia elektrivooluks (või võib-olla reaktiivmootori düüsist välja lendavaks gaasijuaks või kõikjal leiduvate räni ja hapniku aatomite kavandatud muundamiseks). üliharuldaste metallide aatomiteks), ei oska me sellise elektrijaama detailide kohta (rakettmootor, füüsiline reaktor) veel midagi öelda.
Universaalse gravitatsiooni jõud galaktikate sünni alguses
Universaalse gravitatsiooni jõud on galaktikate sünni algallikas täheeelsest ainest, nagu on veendunud akadeemik V.A. Ambartsumyan. Samuti kustutab see tähed, mis on oma aja ära põletanud, olles kulutanud neile sündides eraldatud tähekütuse.
Jah, vaadake ringi: kõike Maal juhib suuresti see jõud.
Just tema määrab meie planeedi kihilise struktuuri - litosfääri, hüdrosfääri ja atmosfääri vaheldumise. Just tema hoiab endas paksu õhugaaside kihti, mille põhjas ja tänu millele me kõik eksisteerime.
Kui gravitatsiooni poleks, murduks Maa otsekohe oma orbiidilt ümber Päikese välja ja maakera ise laguneks tsentrifugaaljõudude poolt rebituna. Raske on leida midagi, mis ühel või teisel määral ei sõltuks universaalsest gravitatsioonijõust.
Muidugi ei saanud muistsed filosoofid, väga tähelepanelikud inimesed, märkamata jätta, et ülespoole visatud kivi tuleb alati tagasi. Platon 4. sajandil eKr seletas seda sellega, et kõik Universumi ained kipuvad sinna, kuhu on koondunud suurem osa sarnastest ainetest: visatud kivi kukub maapinnale või läheb põhja, mahaloksunud vesi imbub lähimasse tiiki või jõkke, mis suundub merre, tormab tulesuits selle sugulaspilvedesse.
Platoni õpilane Aristoteles selgitas, et kõigil kehadel on erilised raskus- ja kergusomadused. Rasked kehad – kivid, metallid – tormavad universumi keskmesse, valgus – tuli, suits, aurud – perifeeriasse. See hüpotees, mis selgitab mõningaid universaalse gravitatsioonijõuga seotud nähtusi, on eksisteerinud enam kui 2 tuhat aastat.
Teadlased gravitatsioonijõu kohta
Tõenäoliselt esimene, kes tõstatas küsimuse gravitatsioonijõud tõesti teaduslik, oli renessansiajastu geenius Leonardo da Vinci. Leonardo kuulutas, et gravitatsioon pole iseloomulik mitte ainult Maale, vaid raskuskeskmeid on palju. Ja ta pakkus ka välja, et raskusjõud sõltub raskuskeskme kaugusest.
Koperniku, Galileo, Kepleri, Robert Hooke'i teosed tõid universaalse gravitatsiooniseaduse ideele üha lähemale, kuid lõplikus sõnastuses seostatakse seda seadust igavesti Isaac Newtoni nimega.
Isaac Newton gravitatsioonijõust
Sündis 4. jaanuaril 1643. aastal. Ta lõpetas Cambridge'i ülikooli, temast sai bakalaureus, seejärel magistrikraad.
Isaac Newton Kõik järgnev on lõputu hulk teaduslikke töid. Kuid tema põhiteos on "Loodusfilosoofia matemaatilised põhimõtted", mis avaldati 1687. aastal ja mida tavaliselt nimetatakse lihtsalt "Algusteks". Nendes sõnastatakse suur. Küllap kõik mäletavad teda keskkooliajast.
Kõik kehad tõmbuvad üksteise poole jõuga, mis on otseselt võrdeline nende kehade masside korrutisega ja pöördvõrdeline nendevahelise kauguse ruuduga ...
Newtoni eelkäijad võisid selle sõnastuse mõningaid sätteid ette näha, kuid seda pole veel tervikuna kellelegi antud. Newtoni geeniust oli vaja nende fragmentide koondamiseks ühtseks tervikuks, et levitada Maa külgetõmmet Kuule ja Päikese külgetõmmet kogu planeedisüsteemi.
Universaalse gravitatsiooni seadusest tuletas Newton kõik planeetide liikumisseadused, mille Kepler varem avastas. Need olid lihtsalt selle tagajärjed. Veelgi enam, Newton näitas, et mitte ainult Kepleri seadused, vaid ka kõrvalekalded nendest seadustest (kolme või enama keha maailmas) on universaalse gravitatsiooni tagajärg... See oli teaduse suur triumf.
Tundus, et lõpuks avastati ja matemaatiliselt kirjeldati ka peamine loodusjõud, mis maailmu liigutab, jõud, millele alluvad õhumolekulid, õunad ja Päike. Hiiglaslik, mõõtmatult suur oli Newtoni samm.
Särava teadlase loomingu esimene populariseerija, pseudonüümi Voltaire all maailmakuulus prantsuse kirjanik Francois Marie Arouet ütles, et Newton aimas kukkuvat õuna vaadates ootamatult temanimelise seaduse olemasolu.
Newton ise ei maininud seda õuna kunagi. Ja vaevalt tasub täna selle kauni legendi ümberlükkamisele aega raisata. Ja ilmselt mõistis Newton looduse suurt jõudu loogilise arutlemise abil. Tõenäoliselt sattus see "Alguste" vastavasse peatükki.
Raskusjõud mõjutab tuuma lendu
Oletame, et väga kõrgele mäele, nii kõrgele, et selle tipp on juba atmosfäärist väljas, oleme paigaldanud hiiglasliku suurtükiväe. Selle tünn asetati rangelt paralleelselt maakera pinnaga ja tulistati. Kaare kirjeldamine tuum kukub maapinnale.
Suurendame laengut, parandame püssirohu kvaliteeti, ühel või teisel viisil paneme südamiku järgmise lasu järel suurema kiirusega liikuma. Südamiku poolt kirjeldatud kaar muutub lamedamaks. Tuum langeb meie mäe jalamilt palju kaugemale.
Suurendame ka laengut ja tulistame. Tuum lendab mööda nii õrna trajektoori, et laskub maakera pinnaga paralleelselt alla. Tuum ei saa enam Maale langeda: sama kiirusega, millega see langeb, pääseb Maa selle alt välja. Ja pärast meie planeeti ümbritseva rõnga kirjeldamist naaseb tuum lähtepunkti.
Vahepeal saab relva eemaldada. Tuuma lend ümber maakera võtab ju aega üle tunni. Ja siis pühib tuum kiiresti üle mäetipu ja läheb uuele ringile ümber Maa. Kukkumine, kui südamik, nagu kokku leppisime, õhutakistust ei koge, ei saa ta seda kunagi teha.
Põhikiirus selleks peaks olema 8 km/sek lähedal. Ja kui suurendada tuuma lennu kiirust? See lendab esmalt kaares, mis on maapinna kumerusest õrnem, ja hakkab Maast eemalduma. Samal ajal väheneb selle kiirus Maa gravitatsiooni mõjul.
Ja lõpuks, ümber pöörates, hakkab see justkui tagasi Maale langema, kuid lendab sellest mööda ega tee enam ringi, vaid ellipsi. Tuum hakkab ümber Maa liikuma täpselt samamoodi nagu Maa liigub ümber Päikese, nimelt mööda ellipsi, mille ühes fookuses asub meie planeedi keskpunkt.
Kui suurendame tuuma algkiirust veelgi, osutub ellips rohkem venitatuks. Seda ellipsit on võimalik venitada nii, et tuum jõuab Kuu orbiidile või isegi palju kaugemale. Kuid kuni selle tuuma algkiirus ületab 11,2 km/s, jääb see Maa satelliidiks.
Tuum, mis sai vallandamisel kiiruseks üle 11,2 km/s, lendab igaveseks paraboolset trajektoori mööda Maast eemale. Kui ellips on suletud kõver, siis parabool on kõver, millel on kaks haru, mis lähevad lõpmatusse. Liikudes mööda ellipsit, ükskõik kui piklik see ka poleks, pöördume paratamatult süstemaatiliselt tagasi alguspunkti. Mööda parabooli liikudes ei naase me kunagi lähtepunkti.
Kuid sellise kiirusega Maalt lahkudes ei suuda tuum veel lõpmatuseni lennata. Päikese võimas gravitatsioon painutab tema lennu trajektoori, sulgedes enda ümber nagu planeedi trajektoor. Tuumast saab Maa õde, pisike planeet meie enda planeetide perekonnas.
Tuuma suunamiseks planeedisüsteemist väljapoole, Päikese külgetõmbe ületamiseks on vaja talle öelda kiiruseks üle 16,7 km/s ja suunata nii, et sellele kiirusele lisandub ka Maa enda liikumise kiirus. .
Kiirust umbes 8 km/s (see kiirus sõltub mäe kõrgusest, millest meie relv tulistab) nimetatakse ringkiiruseks, kiirused 8–11,2 km/s on elliptilised, 11,2–16,7 km/s on paraboolsed, ja üle selle numbri - vabastavad kiirused.
Siinkohal tuleb lisada, et antud kiiruste väärtused kehtivad ainult Maa kohta. Kui me elaksime Marsil, oleks ümmarguse kiiruse saavutamine palju lihtsam - seal on see vaid umbes 3,6 km / s ja paraboolne kiirus on vaid veidi üle 5 km / s.
Teisalt oleks tuuma saatmine kosmoselennule Jupiterilt palju keerulisem kui Maalt: ringkiirus sellel planeedil on 42,2 km/s ja paraboolkiirus lausa 61,8 km/s!
Päikese elanikel oleks kõige raskem oma maailmast lahkuda (kui selline muidugi eksisteerida saaks). Selle hiiglase ringikujuline kiirus peaks olema 437,6 ja eralduskiirus - 618,8 km / s!
Nii Newton 17. sajandi lõpus, sada aastat enne sooja õhuga täidetud vendade Montgolfieride õhupalli esimest lendu, kakssada aastat enne vendade Wrightide lennuki esimesi lende ja peaaegu veerand aastatuhandet enne esimeste vedelate rakettide õhkutõus, näitas satelliitidele ja kosmoselaevadele teed taevasse.
Gravitatsioonijõud on omane igale sfäärile
Via gravitatsiooni seadus avastati tundmatuid planeete, loodi kosmogoonilised hüpoteesid päikesesüsteemi tekke kohta. Põhiline loodusjõud, mis juhib tähti, planeete, õunu aias ja gaasimolekule atmosfääris, on avastatud ja matemaatiliselt kirjeldatud.
Kuid me ei tea universaalse gravitatsiooni mehhanismi. Newtoni gravitatsioon ei selgita, vaid kujutab visuaalselt planeedi liikumise hetkeseisu.
Me ei tea, mis põhjustab universumi kõigi kehade vastasmõju. Ja ei saa öelda, et Newtonit see põhjus ei huvitanud. Aastaid mõtiskles ta selle võimaliku mehhanismi üle.
Muide, see on tõepoolest äärmiselt salapärane jõud. Jõud, mis avaldub läbi sadade miljonite kilomeetrite pikkuse ruumi, millest esmapilgul puuduvad igasugused materiaalsed moodustised, mille abil saaks seletada vastastikmõju ülekandumist.
Newtoni hüpoteesid
JA newton poole pöördunud hüpotees teatud eetri olemasolust, mis väidetavalt täidab kogu Universumi. 1675. aastal selgitas ta Maa külgetõmmet sellega, et kogu Universumit täitev eeter sööstab pidevate voogudena Maa keskmesse, haarates kinni kõik selles liikumises olevad objektid ja tekitades gravitatsioonijõu. Seesama eetrivool tormab Päikese poole ja tagab planeete, komeete vedades nende elliptilised trajektoorid...
See ei olnud kuigi veenev, kuigi matemaatiliselt absoluutselt loogiline hüpotees. Kuid nüüd, 1679. aastal, lõi Newton uue hüpoteesi, mis selgitab gravitatsioonimehhanismi. Seekord annab ta eetrile omaduse omada erinevat kontsentratsiooni planeetide läheduses ja neist kaugel. Mida kaugemal planeedi keskpunktist, seda tihedam on väidetavalt eeter. Ja sellel on omadus pigistada kõik materiaalsed kehad nende tihedamatest kihtidest välja vähem tihedateks. Ja kõik kehad pigistatakse välja Maa pinnale.
1706. aastal eitab Newton teravalt eetri olemasolu. Aastal 1717 naaseb ta uuesti eetri väljapressimise hüpoteesi juurde.
Newtoni geniaalne aju võitles suure mõistatuse lahenduse üle ega leidnud seda. See seletab sellist teravat küljelt küljele viskamist. Newton tavatses öelda:
Ma ei püstita hüpoteese.
Ja kuigi, nagu me alles oleme suutnud kontrollida, pole see täiesti tõsi, võime kindlasti väita midagi muud: Newton suutis selgelt eristada vaieldamatuid asju ebakindlatest ja vastuolulistest hüpoteesidest. Ja elementides on suure seaduse valem, kuid selle mehhanismi ei püüta selgitada.
Suur füüsik pärandas selle mõistatuse tulevikuinimesele. Ta suri 1727. aastal.
Seda pole lahendatud ka täna.
Arutelu Newtoni seaduse füüsikalise olemuse üle kestis kaks sajandit. Ja võib-olla see arutelu ei puudutakski seaduse põhiolemust, kui ta vastaks täpselt kõigile talle esitatud küsimustele.
Aga tõsiasi on see, et aja jooksul selgus, et see seadus pole universaalne. Et on juhtumeid, kui ta ei oska seda või teist nähtust seletada. Toome näiteid.
Gravitatsioonijõud Seeligeri arvutustes
Esimene neist on Seeligeri paradoks. Pidades Universumit lõpmatuks ja ühtlaselt mateeriaga täidetud, püüdis Seeliger Newtoni seaduse järgi arvutada universaalset gravitatsioonijõudu, mille lõi lõpmatu Universumi kogu lõpmatult suur mass selle mingil hetkel.
Puhta matemaatika seisukohalt polnud see lihtne ülesanne. Olles ületanud kõik kõige keerukamate teisenduste raskused, leidis Seeliger, et soovitud universaalse gravitatsiooni jõud on võrdeline universumi raadiusega. Ja kuna see raadius on võrdne lõpmatusega, siis peab gravitatsioonijõud olema lõpmatult suur. Praktikas me seda aga ei näe. See tähendab, et universaalse gravitatsiooni seadus ei kehti kogu universumi kohta.
Paradoksile on aga võimalikud ka muud seletused. Näiteks võime eeldada, et aine ei täida ühtlaselt kogu Universumit, vaid selle tihedus väheneb järk-järgult ja lõpuks kuskil väga kaugel pole mateeriat üldse. Kuid ette kujutada sellist pilti tähendab tunnistada ruumi olemasolu ilma aineta, mis on üldiselt absurdne.
Võib eeldada, et gravitatsioonijõud nõrgeneb kiiremini, kui kauguse ruut suureneb. Kuid see seab kahtluse alla Newtoni seaduse üllatava harmoonia. Ei, ja see seletus teadlasi ei rahuldanud. Paradoks jäi paradoksiks.
Vaatlused Merkuuri liikumisest
Veel üks tõsiasi, universaalse gravitatsioonijõu mõju, mida Newtoni seadus ei seleta, tõi kaasa Merkuuri liikumise jälgimine- planeedile kõige lähemal. Täpsed arvutused Newtoni seaduse järgi näitasid, et pereheel – ellipsi punkt, mida mööda liigub Merkuur Päikesele kõige lähemale – peaks liikuma 100 aasta jooksul 531 kaaresekundit.
Ja astronoomid on leidnud, et see nihe võrdub 573 kaaresekundiga. Seda ülejääki - 42 kaaresekundit - ei suutnud teadlased ka seletada, kasutades ainult Newtoni seadusest tulenevaid valemeid.
Ta selgitas nii Seeligeri paradoksi kui ka Mercury hellioni nihkumist ja paljusid muid paradoksaalseid nähtusi ja seletamatuid fakte. Albert Einstein, kõigi aegade üks suurimaid, kui mitte suurim füüsik. Tüütute pisiasjade hulgas oli küsimus eeterlik tuul.
Albert Michelsoni katsed
Tundus, et see küsimus ei puuduta otseselt gravitatsiooniprobleemi. Ta oli seotud optika, valgusega. Täpsemalt selle kiiruse definitsioonini.
Taani astronoom oli esimene, kes määras valguse kiiruse. Olaf Remer vaatab Jupiteri kuude varjutust. See juhtus juba 1675. aastal.
Ameerika füüsik Albert Michelson 18. sajandi lõpus viis ta enda konstrueeritud aparatuuri abil läbi rea valguse kiiruse määramisi maapealsetes tingimustes.
1927. aastal andis ta valguse kiiruseks 299796 + 4 km/s, mis oli tolle aja kohta suurepärane täpsus. Kuid asja olemus on erinev. 1880. aastal otsustas ta uurida eeterlikku tuult. Ta tahtis lõpuks kindlaks teha just selle eetri olemasolu, mille olemasoluga püüti seletada nii gravitatsioonilise interaktsiooni kui ka valguslainete ülekannet.
Michelson oli ilmselt oma aja tähelepanuväärseim eksperimenteerija. Tal oli suurepärane varustus. Ja ta oli edus peaaegu kindel.
Kogemuse olemus
Kogemused oli sellisena välja mõeldud. Maa liigub oma orbiidil kiirusega umbes 30 km/sek.. Liigub läbi õhu. See tähendab, et vastuvõtjast eespool olevast allikast lähtuva valguse kiirus Maa liikumise suhtes peab olema suurem kui teisel pool asuvast allikast. Esimesel juhul tuleb valguse kiirusele lisada eetertuule kiirus, teisel juhul peab valguse kiirus selle väärtuse võrra vähenema.
Ta jagas kiire kaheks võrdseks vooluks ja suunas need üksteisega risti: piki meridiaani ja mööda paralleeli. Peeglitest peegeldudes tulid kiired tagasi. Kui mööda paralleeli kulgev kiir kogeks eetertuule mõju, oleks selle meridionaalsele kiirele liitmisel pidanud tekkima interferentsiääred, kahe kiire lained oleksid faasiliselt nihkunud.
Michelsonil oli aga raske mõlema kiire teekonda nii suure täpsusega mõõta, et need oleksid täpselt ühesugused. Seetõttu ehitas ta aparaadi nii, et ei oleks häireid, ja keeras seejärel 90 kraadi.
Meridionaalne tala muutus laiuskraadiks ja vastupidi. Kui puhub eeterlik tuul, peaksid okulaari alla tekkima mustad ja heledad triibud! Aga nad ei olnud. Võib-olla liigutas teadlane seadet keerates seda.
Ta pani selle keskpäeval üles ja parandas ära. Lõppude lõpuks, peale selle, et see pöörleb ka ümber telje. Ja seetõttu on laiuskraadil erinevatel kellaaegadel läheneva eeterliku tuule suhtes erinev asukoht. Nüüd, kui aparaat on rangelt liikumatu, võib katse täpsuses veenduda.
Jälle ei olnud segamisribasid. Katse viidi läbi mitu korda ning Michelson ja koos temaga kõik tolleaegsed füüsikud olid hämmastunud. Eeterlikku tuult ei tuvastatud! Valgus liikus igas suunas ühesuguse kiirusega!
Keegi pole suutnud seda selgitada. Michelson kordas katset ikka ja jälle, täiustas seadmeid ja saavutas lõpuks peaaegu uskumatu mõõtmistäpsuse, suurusjärgu võrra suurema, kui katse õnnestumiseks vaja oli. Ja jälle ei midagi!
Albert Einsteini katsed
Järgmine suur samm sisse teadmised gravitatsioonijõust tegid Albert Einstein.
Albert Einsteinilt küsiti kord:
Kuidas jõudsite oma erirelatiivsusteooriani? Mis asjaoludel tuli teil geniaalne idee? Teadlane vastas: "Mulle on alati tundunud, et see on nii.
Võib-olla ei tahtnud ta olla avameelne, võib-olla tahtis ta tüütust vestluskaaslasest lahti saada. Kuid on raske ette kujutada, et Einsteini ettekujutus aja, ruumi ja kiiruse seostest oli kaasasündinud.
Ei, muidugi, alguses oli küür, hele nagu välk. Siis algas areng. Ei, teadaolevate nähtustega pole vastuolusid. Ja siis ilmusid need viis lehekülge täis valemeid, mis avaldati füüsilises ajakirjas. Leheküljed, mis avasid füüsikas uue ajastu.
Kujutage ette kosmoselaeva, mis lendab läbi kosmose. Hoiatame kohe: tähelaev on väga omapärane, selline, mille kohta te pole ulmelugudest lugenud. Selle pikkus on 300 tuhat kilomeetrit ja kiirus, noh, ütleme, 240 tuhat km / s. Ja see kosmoselaev lendab mööda ühest kosmose vaheplatvormist, peatumata sellel. Täiskiirusel.
Üks reisijatest seisab tähelaeva tekil kellaga. Ja sina ja mina, lugeja, seisame platvormil - selle pikkus peab vastama tähelaeva suurusele, see tähendab 300 tuhandele kilomeetrile, vastasel juhul ei saa see selle külge kinni jääda. Ja käekell on meil ka käes.
Märkame, et hetkel, kui tähelaeva vöör meie platvormi tagumise serva järele jõudis, vilkus sellel latern, mis valgustas seda ümbritsevat ruumi. Sekund hiljem jõudis meie platvormi esiservani valguskiir. Selles me ei kahtle, sest teame valguse kiirust ja oleme suutnud kella pealt täpselt vastava hetke kindlaks määrata. Ja tähelaeval...
Kuid ka tähelaev lendas valgusvihu poole. Ja üsna kindlalt nägime, et tuli valgustas oma ahtrit sel hetkel, kui see oli kuskil platvormi keskpaiga lähedal. Kindlasti nägime, et valgusvihk ei katnud 300 tuhat kilomeetrit vöörist laeva ahtrini.
Kuid reisijad tähelaeva tekil on kindlad milleski muus. Nad on kindlad, et nende kiir kattis kogu 300 tuhande kilomeetri pikkuse vahemaa vöörist ahtrini. Lõppude lõpuks kulutas ta sellele terve sekundi. Ka nemad salvestasid selle oma kelladele täiesti täpselt. Ja kuidas saakski teisiti: lõppude lõpuks ei sõltu valguse kiirus allika kiirusest ...
Kuidas nii? Me näeme üht asja fikseeritud platvormilt ja teist neile tähelaeva tekil? Mis viga?
Einsteini relatiivsusteooria
Tuleb kohe märkida: Einsteini relatiivsusteooria esmapilgul on see absoluutselt vastuolus meie väljakujunenud ettekujutusega maailma struktuurist. Võime öelda, et see läheb vastuollu ka terve mõistusega, nagu oleme harjunud seda esitama. Seda on teaduse ajaloos korduvalt juhtunud.
Kuid Maa sfäärilisuse avastamine oli vastuolus terve mõistusega. Kuidas saavad inimesed elada vastasküljel ja mitte kukkuda kuristikku?
Meie jaoks on Maa sfäärilisus vaieldamatu tõsiasi ja terve mõistuse seisukohalt on igasugune muu oletus mõttetu ja metsik. Kuid astuge oma ajast tagasi, kujutage ette selle idee esmakordset ilmumist ja saate aru, kui raske oleks seda vastu võtta.
No kas oli lihtsam tunnistada, et Maa ei ole liikumatu, vaid lendab mööda oma trajektoori kümneid kordi kiiremini kui kahurikuul?
Kõik need olid terve mõistuse vrakid. Seetõttu ei viita tänapäeva füüsikud sellele kunagi.
Nüüd tagasi erirelatiivsusteooria juurde. Maailm tundis ta esimest korda ära 1905. aastal artikli järgi, millele oli allkirjaks vähetuntud nimi – Albert Einstein. Ja ta oli sel ajal vaid 26-aastane.
Einstein tegi sellest paradoksist väga lihtsa ja loogilise oletuse: platvormil oleva vaatleja seisukohast on liikuvas autos möödunud vähem aega, kui mõõtis teie käekell. Autos aeglustus aja kulg võrreldes seisuga platvormil.
Sellest oletusest järgnesid loogiliselt üsna hämmastavad asjad. Selgus, et trammiga tööle sõitev inimene, võrreldes sama teed kõndiva jalakäijaga, ei hoia kiiruse tõttu mitte ainult aega kokku, vaid see läheb tal ka aeglasemalt.
Kuid ärge püüdke niimoodi säilitada igavest noorust: isegi kui hakkate vankrijuhiks ja veedate kolmandiku oma elust trammis, võidate 30 aastaga vaevalt rohkem kui miljondik sekundit. Selleks, et ajavõit muutuks märgatavaks, on vaja liikuda valguse kiirusele lähedase kiirusega.
Selgub, et kehade kiiruse suurenemine peegeldub nende massis. Mida lähemal on keha kiirus valguse kiirusele, seda suurem on selle mass. Keha kiirusel, mis on võrdne valguse kiirusega, on selle mass võrdne lõpmatusega, see tähendab, et see on suurem kui Maa, Päikese, Galaktika, kogu meie universumi mass ... Nii palju massi saab koondada lihtsasse munakivisse, kiirendades seda kiiruseni
Sveta!
See seab piirangu, mis ei luba ühelgi materiaalsel kehal arendada valguse kiirusega võrdset kiirust. Lõppude lõpuks on massi kasvades seda üha raskem hajutada. Ja lõpmatut massi ei saa liigutada ühegi jõuga.
Loodus on aga teinud sellest seadusest väga olulise erandi tervele osakeste klassile. Näiteks footonite jaoks. Nad võivad liikuda valguse kiirusel. Täpsemalt ei saa nad liikuda muul kiirusel. On mõeldamatu ette kujutada liikumatut footonit.
Statsionaarselt pole sellel massi. Samuti puudub neutriinodel puhkemass ning nad on samuti määratud igavesele ohjeldamatule lennule läbi kosmose meie universumis maksimaalse võimaliku kiirusega, valgust mööda sõitmata ja sellega sammu pidamata.
Kas pole tõsi, et kõik meie poolt loetletud erirelatiivsusteooria tagajärjed on üllatavad, paradoksaalsed! Ja igaüks neist on loomulikult vastuolus "terve mõistusega"!
Kuid siin on huvitav: mitte selle konkreetsel kujul, vaid laia filosoofilise seisukohana ennustasid kõiki neid hämmastavaid tagajärgi dialektilise materialismi rajajad. Mida need tagajärjed ütlevad? Seostest, mis ühendavad omavahel liikuva objekti energia ja massi, massi ja kiirust, kiirust ja aega, kiirust ja pikkust…
Einsteini avastus vastastikusest sõltuvusest, nagu tsement (veel:), mis ühendas omavahel sarruse ehk vundamendikivid, ühendas omavahel asjad ja nähtused, mis varem tundusid üksteisest sõltumatud ning lõi aluse, millele see esimest korda teaduse ajaloos rajati. võimalik ehitada harmooniline hoone. See hoone kujutab endast meie universumi toimimist.
Esmalt aga vähemalt paar sõna üldisest relatiivsusteooriast, mille on samuti loonud Albert Einstein.
Aga üks tunne ei tõesta veel midagi. Meid püüavad ju aistingud veenda, et Päike liigub taevas ümber liikumatu Maa, et kõik tähed ja planeedid on meist samal kaugusel, taevalaotuses jne.
Teadlased kontrollisid aistinguid eksperimentaalselt. Isegi Newton mõtles nende kahe nähtuse kummalisele identiteedile. Ta püüdis anda neile numbrilisi tunnuseid. Olles mõõtnud gravitatsiooni ja , oli ta veendunud, et nende väärtused on alati üksteisega rangelt võrdsed.
Mis tahes materjalidest ta valmistas katsetehase pendlid: hõbedast, pliist, klaasist, soolast, puidust, veest, kullast, liivast, nisust. Tulemus oli sama.
Samaväärsuse põhimõte, millest me räägime, on üldise relatiivsusteooria aluseks, kuigi teooria kaasaegne tõlgendus seda põhimõtet enam ei vaja. Jättes välja sellest põhimõttest tulenevad matemaatilised järeldused, jätkakem otse üldise relatiivsusteooria mõningate tagajärgedega.
Suurte ainemasside olemasolu mõjutab suuresti ümbritsevat ruumi. See toob kaasa sellised muutused selles, mida võib defineerida kui ruumi ebahomogeensust. Need ebahomogeensused juhivad ligitõmbava keha lähedal olevate masside liikumist.
Tavaliselt kasutatakse sellist analoogiat. Kujutage ette lõuendit, mis on maapinnaga paralleelsele raamile tihedalt venitatud. Pange sellele raske raskus. Sellest saab meie suur ligitõmbav mass. Ta muidugi painutab lõuendit ja satub mõnda süvendisse. Nüüd veeretage pall üle selle lõuendi nii, et osa selle teest oleks ligitõmbava massi kõrval. Sõltuvalt sellest, kuidas pall käivitatakse, on võimalikud kolm võimalust.
- Pall lendab lõuendi läbipainde tekitatud süvendist piisavalt kaugele ega muuda selle liikumist.
- Pall puudutab süvendit ja selle liikumisjooned painduvad ligitõmbava massi poole.
- Pall kukub sellesse auku, ei saa sealt välja ja teeb gravitatsioonimassi ümber ühe või kaks pööret.
Kas pole tõsi, et kolmas variant modelleerib väga kaunilt nende tõmbeväljale hooletult lennutatud kõrvalise keha tabamist tähe või planeedi poolt?
Ja teine juhtum on võimalikust püüdmiskiirusest suurema kiirusega lendava keha trajektoori painutamine! Esimene juhtum sarnaneb lendamisega väljaspool gravitatsioonivälja praktilist ulatust. Jah, see on praktiline, sest teoreetiliselt on gravitatsiooniväli piiramatu.
Muidugi on see väga kauge analoogia, eelkõige seetõttu, et keegi ei suuda tegelikult ette kujutada meie kolmemõõtmelise ruumi kõrvalekallet. Mis on selle läbipainde või kõveruse füüsiline tähendus, nagu sageli öeldakse, keegi ei tea.
Üldrelatiivsusteooriast järeldub, et iga materiaalne keha saab gravitatsiooniväljas liikuda ainult mööda kõverjooni. Ainult erijuhtudel muutub kõver sirgeks.
Seda reeglit järgib ka valguskiir. See koosneb ju footonitest, millel on lennu ajal teatud mass. Ja gravitatsiooniväli avaldab sellele oma mõju, nagu ka molekulile, asteroidile või planeedile.
Teine oluline järeldus on see, et ka gravitatsiooniväli muudab aja kulgu. Suure ligitõmbava massi lähedal, selle tekitatud tugevas gravitatsiooniväljas peaks aja kulgemine olema aeglasem kui sellest eemal.
Näete, ja üldine relatiivsusteooria on täis paradoksaalseid järeldusi, mis võivad meie "terve mõistuse" ideed ikka ja jälle ümber lükata!
Gravitatsiooniline kollaps
Räägime hämmastavast nähtusest, millel on kosmiline iseloom – gravitatsioonilisest kollapsist (katastroofiline kokkusurumine). See nähtus esineb hiiglaslikes ainekogumites, kus gravitatsioonijõud saavutavad nii tohutud suurused, et ükski teine looduses eksisteeriv jõud ei suuda neile vastu seista.
Pidage meeles Newtoni kuulsat valemit: mida suurem on gravitatsioonijõud, seda väiksem on gravitatsioonikehade vahelise kauguse ruut. Seega, mida tihedamaks muutub materjalimoodustis, mida väiksemaks muutub see, mida kiiremini suurenevad gravitatsioonijõud, seda vältimatum on nende hävitav embus.
On kaval nipp, millega loodus võitleb mateeria näiliselt piiritu kokkusurumise vastu. Selleks peatab see ülihiiglaslike gravitatsioonijõudude toimesfääris aja kulgemise ning aheldatud ainemassid on justkui meie universumist välja lülitatud, jäätunud kummalisse letargilisse unenäos.
Esimene neist kosmose "mustadest aukudest" on ilmselt juba avastatud. Nõukogude teadlaste O. Kh. Huseynovi ja A. Sh. Novruzova oletuse kohaselt on see Kaksikute delta – kaksiktäht, millel on üks nähtamatu komponent.
Nähtava komponendi mass on 1,8 päikeseenergiat ja selle nähtamatu "partner" peaks arvutuste kohaselt olema nähtavast neli korda massiivsem. Kuid sellest pole jälgi: looduse kõige hämmastavamat loomingut, "musta auku" on võimatu näha.
Nõukogude teadlane professor K. P. Stanyukovitš, nagu öeldakse, "pliiatsi otsas", näitas puhtalt teoreetiliste konstruktsioonide kaudu, et "külmunud aine" osakesed võivad olla väga erineva suurusega.
- Selle hiiglaslikud moodustised on sarnased kvasaritega võimalikud, kiirgades pidevalt sama palju energiat, kui kiirgavad kõik meie galaktika 100 miljardit tähte.
- Võimalikud on palju tagasihoidlikumad klombid, mis on võrdsed vaid mõne päikesemassiga. Nii need kui ka teised objektid võivad tekkida tavalisest, mitte "magavast" ainest.
- Ja võimalikud on ka täiesti erineva klassi moodustised, mis on massilt proportsionaalsed elementaarosakestega.
Nende tekkimiseks on vaja esmalt allutada aine, mis neid paneb hiiglaslikule survele ja suunata see Schwarzschildi sfääri – sfääri, kus välise vaatleja aeg peatub täielikult. Ja isegi kui pärast seda rõhk isegi eemaldatakse, eksisteerivad osakesed, mille jaoks aeg on peatunud, meie universumist sõltumatult edasi.
plankeonid
Plankeonid on väga eriline osakeste klass. K. P. Stanyukovitši sõnul on neil äärmiselt huvitav omadus: nad kannavad ainet endas muutumatul kujul, nagu see oli miljoneid ja miljardeid aastaid tagasi. Plankeoni sisse vaadates nägime mateeriat sellisena, nagu see oli meie universumi sünni ajal. Teoreetiliste arvutuste kohaselt on Universumis umbes 10 80 plankeoni, umbes üks plankeon ruumikuubis, mille külg on 10 sentimeetrit. Muide, samal ajal Stanyukovitšiga ja (temast sõltumatult püstitas plankeonide hüpoteesi akadeemik M. A. Markov. Ainult Markov andis neile teise nime - maksimoonid.
Plankeonide eriomadusi saab kasutada ka elementaarosakeste mõnikord paradoksaalsete teisenemiste selgitamiseks. Teatavasti ei teki kahe osakese põrkumisel kunagi killud, vaid tekivad teised elementaarosakesed. See on tõeliselt hämmastav: tavamaailmas ei saa me vaasi lõhkudes kunagi terveid tasse ega isegi rosette. Kuid oletame, et iga elementaarosakese sügavuses on plankeon, üks või mitu ja mõnikord mitu plankeoni.
Osakeste kokkupõrke hetkel avaneb plankeoni tihedalt seotud "kott" kergelt, sinna "kukkuvad" mõned osakesed ning "hüppavad" välja asemel need, mida meie arvates kokkupõrke käigus tekkinuteks peame. Samas tagab plankeon hoolsa raamatupidajana kõik elementaarosakeste maailmas vastuvõetud "kaitseseadused".
Noh, mis on universaalse gravitatsiooni mehhanismil sellega pistmist?
K. P. Stanyukovitši hüpoteesi kohaselt "vastutavad" gravitatsiooni eest väikesed osakesed, nn gravitonid, mida elementaarosakesed pidevalt kiirgavad. Gravitonid on viimastest sama palju väiksemad, kui päikesekiires tantsiv tolmukübe on väiksem kui maakera.
Gravitonite kiirgus järgib mitmeid seaduspärasusi. Eelkõige on neid lihtsam sellesse ruumi piirkonda lennata. Mis sisaldab vähem gravitoneid. See tähendab, et kui ruumis on kaks taevakeha, kiirgavad mõlemad gravitonid valdavalt “väljapoole”, teineteisele vastupidistes suundades. See tekitab impulsi, mis paneb kehad üksteisele lähenema, üksteist tõmbama.
Jättes oma elementaarosakesed, kannavad gravitonid endaga kaasa osa massist. Ükskõik kui väikesed need ka poleks, ei saa massikadu olla aja jooksul märgatav. Kuid aeg on kujuteldamatult tohutu. Kogu universumi aine gravitatsiooniväljaks muutmiseks kulub umbes 100 miljardit aastat.
