gravitacija

Unatoč činjenici da je gravitacija najslabija interakcija između objekata u svemiru, njezina važnost u fizici i astronomiji je ogromna, budući da može utjecati na fizičke objekte na bilo kojoj udaljenosti u svemiru.

Ako volite astronomiju, vjerojatno ste razmišljali o pitanju što je takav koncept kao gravitacija ili zakon univerzalne gravitacije. Gravitacija je univerzalna temeljna interakcija između svih objekata u Svemiru.

Otkriće zakona gravitacije pripisuje se slavnom engleskom fizičaru Isaacu Newtonu. Vjerojatno mnogi od vas znaju priču o jabuci koja je pala na glavu poznatog znanstvenika. Ipak, ako pogledate duboko u povijest, možete vidjeti da su o prisutnosti gravitacije razmišljali mnogo prije njegove ere filozofi i znanstvenici antike, na primjer, Epikur. Ipak, Newton je prvi opisao gravitacijsku interakciju između fizičkih tijela u okviru klasične mehanike. Njegovu teoriju razvio je drugi poznati znanstvenik - Albert Einstein, koji je u svojoj općoj teoriji relativnosti točnije opisao utjecaj gravitacije u prostoru, kao i njezinu ulogu u prostorno-vremenskom kontinuumu.

Newtonov zakon univerzalne gravitacije kaže da je sila gravitacijskog privlačenja između dviju točaka mase razdvojene udaljenosti obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti i izravno proporcionalna objema masama. Sila gravitacije je dalekosežna. Odnosno, bez obzira na to kako se tijelo s masom giba, u klasičnoj mehanici njegov će gravitacijski potencijal ovisiti isključivo o položaju tog objekta u danom trenutku. Što je veća masa nekog objekta, veće je njegovo gravitacijsko polje – to je moćnija gravitacijska sila. Takvi kozmički objekti kao što su galaksije, zvijezde i planeti imaju najveću silu privlačenja i, prema tome, prilično jaka gravitacijska polja.

Gravitacijska polja

Zemljino gravitacijsko polje

Gravitacijsko polje je udaljenost unutar koje se odvija gravitacijska interakcija između objekata u Svemiru. Što je veća masa objekta, to je jače njegovo gravitacijsko polje – to je uočljiviji njegov utjecaj na druga fizička tijela unutar određenog prostora. Gravitacijsko polje objekta je potencijalno. Bit prethodne tvrdnje je da ako uvedemo potencijalnu energiju privlačenja između dva tijela, ona se neće promijeniti nakon što se potonja kreću duž zatvorene konture. Odavde proizlazi još jedan poznati zakon održanja zbroja potencijalne i kinetičke energije u zatvorenom krugu.

U materijalnom svijetu gravitacijsko polje je od velike važnosti. Posjeduju ga svi materijalni objekti u Svemiru koji imaju masu. Gravitacijsko polje može utjecati ne samo na materiju, već i na energiju. Zbog utjecaja gravitacijskih polja tako velikih svemirskih objekata kao što su crne rupe, kvazari i supermasivne zvijezde nastaju solarni sustavi, galaksije i drugi astronomski klasteri, koji se odlikuju logičnom strukturom.

Najnoviji znanstveni podaci pokazuju da se poznati učinak širenja Svemira također temelji na zakonima gravitacijske interakcije. Konkretno, širenje Svemira olakšavaju snažna gravitacijska polja, kako malih tako i njegovih najvećih objekata.

Gravitacijsko zračenje u binarnom sustavu

Gravitacijsko zračenje ili gravitacijski val pojam je koji je prvi u fiziku i kozmologiju uveo poznati znanstvenik Albert Einstein. Gravitacijsko zračenje u teoriji gravitacije nastaje kretanjem materijalnih objekata s promjenjivim ubrzanjem. Tijekom ubrzanja objekta, gravitacijski val se, takoreći, "odvaja" od njega, što dovodi do fluktuacija u gravitacijskom polju u okolnom prostoru. To se naziva efekt gravitacijskih valova.

Iako su gravitacijski valovi predviđeni Einsteinovom općom teorijom relativnosti, kao i drugim teorijama gravitacije, oni nikada nisu izravno otkriveni. To je prvenstveno zbog njihove ekstremne malenosti. Međutim, postoje posredni dokazi u astronomiji koji mogu potvrditi ovaj učinak. Dakle, učinak gravitacijskog vala može se promatrati na primjeru približavanja binarnih zvijezda. Promatranja potvrđuju da brzina približavanja binarnih zvijezda u određenoj mjeri ovisi o gubitku energije tih svemirskih objekata, koja se vjerojatno troši na gravitacijsko zračenje. Znanstvenici će u bliskoj budućnosti moći pouzdano potvrditi ovu hipotezu uz pomoć nove generacije naprednih teleskopa LIGO i VIRGO.

U modernoj fizici postoje dva pojma mehanike: klasična i kvantna. Kvantna mehanika izvedena je relativno nedavno i bitno se razlikuje od klasične mehanike. U kvantnoj mehanici objekti (kvantovi) nemaju određene pozicije i brzine, ovdje se sve temelji na vjerojatnosti. Odnosno, objekt može zauzeti određeno mjesto u prostoru u određenom trenutku. Nemoguće je pouzdano odrediti kamo će se dalje kretati, ali samo s visokim stupnjem vjerojatnosti.

Zanimljiv učinak gravitacije je da može savijati prostorno-vremenski kontinuum. Einsteinova teorija kaže da je u prostoru oko hrpe energije ili bilo koje materijalne tvari prostor-vrijeme zakrivljeno. Sukladno tome, putanja čestica koje padaju pod utjecaj gravitacijskog polja ove tvari mijenja se, što omogućuje predviđanje putanje njihova kretanja s visokim stupnjem vjerojatnosti.

Teorije gravitacije

Danas znanstvenici poznaju preko desetak različitih teorija gravitacije. Dijele se na klasične i alternativne teorije. Najpoznatiji predstavnik prvoga je klasična teorija gravitacije Isaaca Newtona, koju je izumio poznati britanski fizičar davne 1666. godine. Njegova bit leži u činjenici da masivno tijelo u mehanici stvara oko sebe gravitacijsko polje koje privlači manje objekte k sebi. Zauzvrat, potonji također imaju gravitacijsko polje, kao i svi drugi materijalni objekti u Svemiru.

Sljedeću popularnu teoriju gravitacije izmislio je svjetski poznati njemački znanstvenik Albert Einstein početkom 20. stoljeća. Einstein je uspio točnije opisati gravitaciju kao fenomen, a također i objasniti njezino djelovanje ne samo u klasičnoj mehanici, već i u kvantnom svijetu. Njegova opća teorija relativnosti opisuje sposobnost takve sile kao što je gravitacija da utječe na prostorno-vremenski kontinuum, kao i na putanju elementarnih čestica u prostoru.

Među alternativnim teorijama gravitacije, možda najviše pažnje zaslužuje relativistička teorija, koju je izumio naš sunarodnjak, poznati fizičar A.A. Logunov. Za razliku od Einsteina, Logunov je tvrdio da gravitacija nije geometrijsko, već stvarno, prilično jako polje fizičke sile. Među alternativnim teorijama gravitacije poznate su i skalarne, bimetrične, kvazilinearne i druge.

1. Ljudima koji su bili u svemiru i vratili se na Zemlju, u početku je prilično teško naviknuti se na snagu gravitacijskog utjecaja našeg planeta. Ponekad je potrebno nekoliko tjedana.
2. Dokazano je da ljudsko tijelo u bestežinskom stanju može izgubiti i do 1% mase koštane srži mjesečno.
3. Među planetima, Mars ima najmanju silu privlačenja u Sunčevom sustavu, a Jupiter najveću.
4. Poznate bakterije salmonele, koje su uzročnici crijevnih bolesti, aktivnije se ponašaju u bestežinskom stanju i mogu nanijeti mnogo više štete ljudskom tijelu.
5. Među svim poznatim astronomskim objektima u svemiru, crne rupe imaju najveću gravitacijsku silu. Crna rupa veličine loptice za golf mogla bi imati istu gravitacijsku silu kao i cijeli naš planet.
6. Sila gravitacije na Zemlji nije ista u svim kutovima našeg planeta. Na primjer, u regiji Hudson Bay u Kanadi, niža je nego u drugim regijama svijeta.