Sila gravitacije
Ne samo najtajnovitije sile prirode ali i najmoćniji.
Čovjek na putu napretka
Povijesno gledano, bilo je ljudski dok se krećete naprijed putevi napretka ovladao sve snažnijim silama prirode. Počeo je kada nije imao ništa osim štapa u šaci i vlastite fizičke snage.
Ali bio je mudar i donio je fizičku snagu životinja u svoju službu, čineći ih domaćim. Konj je ubrzao svoj trk, deva je pustinju učinila prohodnom, slon močvarnu džunglu. Ali fizičke snage čak i najjačih životinja nemjerljivo su male u usporedbi sa silama prirode.
Prva osoba podredila je element vatre, ali samo u njegovim najoslabljenijim verzijama. U početku - kroz mnoga stoljeća - koristio je samo drvo kao gorivo - vrlo niskoenergetsku vrstu goriva. Nešto kasnije, naučio je koristiti energiju vjetra iz ovog izvora energije, čovjek je podigao bijelo krilo jedra u zrak - i lagani brod preletio je valove poput ptice.
Jedrilica na valovima
Oštrice vjetrenjače izložio je naletima vjetra - i teško kamenje mlinskog kamenja vrtjelo se, tučak krupice zveckao. Ali svima je jasno da je energija zračnih mlaznica daleko od koncentriranja. Uz to su se i jedro i vjetrenjača bojali udara vjetra: bura je kidala jedra i potapala brodove, oluja je lomila krila i prevrnula mlinove.
Čak i kasnije, čovjek je počeo osvajati tekuću vodu. Kotač nije samo najprimitivniji uređaj koji može pretvoriti energiju vode u rotacijsko gibanje, već i najmanje moćan u usporedbi s raznim.
Čovjek je išao naprijed na ljestvici napretka i trebao mu je sve više energije.
Počeo je koristiti nove vrste goriva - već je prijelaz na izgaranje ugljena povećao energetski intenzitet kilograma goriva s 2500 kcal na 7000 kcal - gotovo tri puta. Onda je došlo vrijeme za naftu i plin. Opet se energetski sadržaj svakog kilograma fosilnog goriva povećao za jedan i pol do dva puta.
Parne strojeve zamijenile su parne turbine; mlinske kotače zamijenjene su hidrauličkim turbinama. Tada je čovjek pružio ruku prema fisijskom atomu urana. Međutim, prva upotreba nove vrste energije imala je tragične posljedice – nuklearni plamen Hirošime 1945. godine spalio je 70 tisuća ljudskih srca u roku od nekoliko minuta.
Godine 1954. puštena je u rad prva svjetska sovjetska nuklearna elektrana, pretvarajući snagu urana u snagu zračenja električne struje. I treba napomenuti da kilogram urana sadrži dva milijuna puta više energije od kilograma najbolje nafte.
Bio je to temeljno novi požar, koji bi se mogao nazvati fizičkim, jer su fizičari proučavali procese koji su doveli do rađanja tako nevjerojatne količine energije.
Uran nije jedino nuklearno gorivo. Već se koristi snažnija vrsta goriva - izotopi vodika.
Nažalost, čovjek još nije uspio pokoriti atomski plamen vodika i helija. On zna kako na trenutak zapaliti svoju svegoruću vatru, zapaliti reakciju u vodikovoj bombi bljeskom eksplozije urana. Ali sve bliže i bliže, znanstvenici vide vodikov reaktor, koji će generirati električnu struju kao rezultat fuzije jezgri vodikovih izotopa u jezgre helija.
Opet će se količina energije koju čovjek može uzeti iz svakog kilograma goriva povećati gotovo deset puta. Ali hoće li ovaj korak biti posljednji u nadolazećoj povijesti ljudske moći nad silama prirode?
Ne! Naprijed - ovladavanje gravitacijskim oblikom energije. Priroda ga je još razboritije pakirala nego čak i energija fuzije vodika i helija. Danas je to najkoncentriraniji oblik energije o kojem čovjek može i pretpostaviti.
Tamo se još ništa više ne vidi, izvan oštrice znanosti. I premda možemo sa sigurnošću reći da će elektrane raditi za čovjeka, prerađujući gravitacijsku energiju u električnu struju (ili možda u mlaz plina koji izlijeće iz mlaznice mlaznog motora, ili u planiranu transformaciju sveprisutnih atoma silicija i kisika u atome ultrarijetkih metala), još ne možemo ništa reći o detaljima takve elektrane (raketni motor, fizički reaktor).
Sila univerzalne gravitacije u podrijetlu rođenja galaksija
Sila univerzalne gravitacije je izvor rođenja galaksija iz predzvjezdane materije, kako je uvjeren akademik V. A. Ambartsumyan. Također gasi zvijezde koje su potrošile svoje vrijeme, potrošivši zvjezdano gorivo koje im je dodijeljeno rođenjem.
Da, pogledajte oko sebe: sve na Zemlji uvelike kontrolira ova sila.
Ona je ta koja određuje slojevitu strukturu našeg planeta - izmjenu litosfere, hidrosfere i atmosfere. Ona je ta koja drži debeli sloj zračnih plinova, na čijem dnu i zahvaljujući kojem svi postojimo.
Da nije bilo gravitacije, Zemlja bi se odmah izbila iz svoje orbite oko Sunca, a sam globus bi se raspao, rastrgan centrifugalnim silama. Teško je pronaći nešto što ne bi, u ovoj ili onoj mjeri, ovisilo o sili univerzalne gravitacije.
Naravno, antički filozofi, vrlo pažljivi ljudi, nisu mogli ne primijetiti da se kamen bačen uvis uvijek vraća. Platon je u 4. stoljeću prije Krista to objasnio činjenicom da sve tvari Svemira teže tamo gdje je koncentrirana većina sličnih tvari: bačeni kamen pada na tlo ili odlazi na dno, prolivena voda curi u najbliži ribnjak ili u rijeku koja se probija prema moru, dim vatre juri na svoje srodne oblake.
Platonov učenik, Aristotel, pojasnio je da sva tijela imaju posebna svojstva težine i lakoće. Teška tijela - kamenje, metali - hrle u središte svemira, svjetlost - vatra, dim, pare - na periferiju. Ova hipoteza, koja objašnjava neke od pojava povezanih sa silom univerzalne gravitacije, postoji više od 2 tisuće godina.
Znanstvenici o sili gravitacije
Vjerojatno prvi koji je postavio pitanje sila gravitacije stvarno znanstven, bio je genij renesanse - Leonardo da Vinci. Leonardo je proglasio da gravitacija nije karakteristična samo za Zemlju, da postoji mnogo centara gravitacije. Također je sugerirao da sila gravitacije ovisi o udaljenosti do centra gravitacije.
Djela Kopernika, Galilea, Keplera, Roberta Hookea sve su bliže i bliže ideji zakona univerzalne gravitacije, ali je u konačnoj formulaciji ovaj zakon zauvijek povezan s imenom Isaaca Newtona.
Isaac Newton o sili gravitacije
Rođen 4. siječnja 1643. godine. Diplomirao je na Sveučilištu Cambridge, postao prvostupnik, zatim - magistar znanosti.
Isaac Newton Sve što slijedi je beskrajno bogatstvo znanstvenih radova. No, njegovo glavno djelo su "Matematička načela prirodne filozofije", objavljena 1687. i obično nazvana jednostavno "Počeci". U njima je formulirano veliko. Vjerojatno ga se svi sjećaju iz srednje škole.
Sva se tijela privlače jedno drugom silom koja je izravno proporcionalna umnošku masa tih tijela i obrnuto proporcionalna kvadratu udaljenosti između njih...
Neke odredbe ove formulacije mogli su predvidjeti Newtonovi prethodnici, ali ona još nikome nije data u cijelosti. Newtonov genij bio je potreban da se ti fragmenti sastave u jedinstvenu cjelinu kako bi se privlačnost Zemlje proširila na Mjesec, a Sunca - na cijeli planetarni sustav.
Iz zakona univerzalne gravitacije Newton je izveo sve zakone gibanja planeta, koje je prije otkrio Kepler. One su jednostavno bile njegove posljedice. Štoviše, Newton je pokazao da su ne samo Keplerovi zakoni, već i odstupanja od tih zakona (u svijetu tri ili više tijela) rezultat univerzalne gravitacije... Ovo je bio veliki trijumf znanosti.
Činilo se da je konačno otkrivena i matematički opisana glavna sila prirode, koja pokreće svjetove, sila kojoj su podložne molekule zraka, jabuke i Sunca. Divovski, neizmjerno golem, bio je korak koji je napravio Newton.
Prvi popularizator djela briljantnog znanstvenika, francuski književnik Francois Marie Arouet, svjetski poznat pod pseudonimom Voltaire, rekao je da je Newton iznenada pogodio postojanje zakona nazvanog po njemu kada je pogledao jabuku koja pada.
Sam Newton nikada nije spomenuo ovu jabuku. I teško da se danas isplati gubiti vrijeme na pobijanje ove lijepe legende. I, očito, Newton je logičkim rasuđivanjem shvatio veliku moć prirode. Vjerojatno je uvršten u odgovarajuće poglavlje "Početaka".
Sila gravitacije utječe na let jezgre
Pretpostavimo da smo na vrlo visokoj planini, toliko visokoj da je njen vrh već izvan atmosfere, postavili gigantski topnički oruđa. Njegova cijev je postavljena strogo paralelno s površinom globusa i ispaljena. Opisivanje luka jezgra pada na tlo.
Povećavamo punjenje, poboljšavamo kvalitetu baruta, na ovaj ili onaj način tjeramo jezgru da se kreće većom brzinom nakon sljedećeg hica. Luk koji opisuje jezgra postaje ravniji. Jezgra pada mnogo dalje od podnožja naše planine.
Također povećavamo naboj i pucamo. Jezgra leti tako blagom putanjom da se spušta paralelno s površinom globusa. Jezgra više ne može pasti na Zemlju: istom brzinom kojom pada, Zemlja bježi ispod nje. I, nakon što je opisao prsten oko našeg planeta, jezgra se vraća na polazišnu točku.
Pištolj se u međuvremenu može ukloniti. Uostalom, let jezgre oko zemaljske kugle trajat će više od sat vremena. A onda će jezgra brzo preći preko vrha planine i otići u novi krug oko Zemlje. Pad, ako, kako smo se dogovorili, jezgra ne doživi nikakav otpor zraka, nikada neće moći.
Osnovna brzina za to bi trebala biti blizu 8 km/s. A ako povećate brzinu leta jezgre? Najprije će letjeti u luku, nježnijem od zakrivljenosti zemljine površine, i početi se udaljavati od Zemlje. Istovremeno će se njegova brzina pod utjecajem Zemljine gravitacije smanjiti.
I, konačno, okrećući se, počet će, takoreći, padati natrag na Zemlju, ali će proletjeti pokraj nje i više neće završiti krug, već elipsu. Jezgra će se kretati oko Zemlje na potpuno isti način kao što se Zemlja kreće oko Sunca, naime po elipsi, u čijem će se jednom od žarišta nalaziti centar našeg planeta.
Ako dodatno povećamo početnu brzinu jezgre, elipsa će se pokazati rastegnutijom. Ovu elipsu je moguće rastegnuti na način da jezgra stigne do lunarne orbite ili čak mnogo dalje. Ali sve dok početna brzina ove jezgre ne prijeđe 11,2 km/s, ona će ostati Zemljin satelit.
Jezgra, koja je pri ispaljivanju dobila brzinu od preko 11,2 km/s, zauvijek će odletjeti od Zemlje paraboličnom putanjom. Ako je elipsa zatvorena krivulja, onda je parabola krivulja koja ima dvije grane koje idu u beskonačnost. Krećući se po elipsi, ma koliko ona bila izdužena, neminovno ćemo se sustavno vraćati na početnu točku. Krećući se po paraboli, nikada se nećemo vratiti na početnu točku.
Ali, napustivši Zemlju ovom brzinom, jezgra još neće moći letjeti u beskonačnost. Snažna gravitacija Sunca savijat će putanju svog leta, zatvarajući se oko sebe poput putanje planeta. Jezgra će postati Zemljina sestra, maleni planet u našoj obitelji planeta.
Da bi se jezgra usmjerila izvan planetarnog sustava, kako bi se prevladala sunčeva privlačnost, potrebno joj je reći brzinu veću od 16,7 km/s i usmjeriti je tako da se ovoj brzini doda i brzina Zemljinog vlastitog gibanja. .
Brzina od oko 8 km/s (ova brzina ovisi o visini planine s koje puca naša puška) naziva se kružna brzina, brzine od 8 do 11,2 km/s su eliptične, od 11,2 do 16,7 km/s su parabolične, a iznad ovog broja – oslobađajuće brzine.
Ovdje treba dodati da zadane vrijednosti ovih brzina vrijede samo za Zemlju. Da živimo na Marsu, kružnu brzinu bi nam bilo puno lakše postići – ona je tamo samo oko 3,6 km/s, a parabolična je tek nešto veća od 5 km/s.
S druge strane, bilo bi puno teže poslati jezgru na svemirski let s Jupitera nego sa Zemlje: kružna brzina na ovom planetu je 42,2 km/s, a parabolična čak 61,8 km/s!
Stanovnicima Sunca bilo bi najteže napustiti svoj svijet (ako bi, naravno, takav mogao postojati). Kružna brzina ovog diva trebala bi biti 437,6, a brzina razdvajanja - 618,8 km / s!
Tako je Newton na kraju 17. stoljeća, sto godina prije prvog leta balona braće Montgolfier ispunjenog toplim zrakom, dvjesto godina prije prvih letova aviona braće Wright, i gotovo četvrt tisućljeća prije polijetanje prvih tekućih raketa, pokazalo je put do neba za satelite i svemirske brodove.
Sila gravitacije je svojstvena svakoj sferi
Preko zakon gravitacije otkriveni su nepoznati planeti, stvorene su kozmogonijske hipoteze o nastanku Sunčevog sustava. Otkrivena je i matematički opisana glavna sila prirode koja upravlja zvijezdama, planetima, jabukama u vrtu i molekulama plina u atmosferi.
Ali mi ne poznajemo mehanizam univerzalne gravitacije. Newtonova gravitacija ne objašnjava, ali vizualno predstavlja trenutno stanje gibanja planeta.
Ne znamo što uzrokuje interakciju svih tijela Svemira. I ne može se reći da Newtona taj razlog nije zanimao. Dugi niz godina razmišljao je o njegovom mogućem mehanizmu.
Usput, ovo je doista iznimno tajanstvena moć. Sila koja se manifestira kroz stotine milijuna kilometara prostora, na prvi pogled lišena ikakvih materijalnih formacija, uz pomoć koje bi se mogao objasniti prijenos interakcije.
Newtonove hipoteze
I Newton pribjegavala hipoteza o postojanju izvjesnog etera koji navodno ispunjava cijeli Svemir. Godine 1675. objasnio je privlačnost Zemlji činjenicom da eter koji ispunjava cijeli svemir juri u središte Zemlje u neprekidnim tokovima, hvatajući sve objekte u tom kretanju i stvarajući gravitacijsku silu. Isti tok etera juri prema Suncu i, vukući planete, komete, osigurava njihove eliptične putanje...
To nije bila baš uvjerljiva, iako apsolutno matematički logična hipoteza. Ali sada, 1679., Newton je stvorio novu hipotezu koja objašnjava mehanizam gravitacije. Ovoga puta on obdaruje eter svojstvom različite koncentracije u blizini planeta i daleko od njih. Što je dalje od središta planeta, to je eter navodno gušći. I ima svojstvo istiskivanja svih materijalnih tijela iz njihovih gušćih slojeva u manje gusta. I sva tijela su istisnuta na površinu Zemlje.
Godine 1706. Newton oštro poriče samo postojanje etera. 1717. ponovno se vraća hipotezi o istiskivanju etera.
Genijalni Newtonov mozak borio se oko rješenja velikog misterija i nije ga pronašao. To objašnjava tako oštro bacanje s jedne strane na drugu. Newton je govorio:
Ne postavljam hipoteze.
I premda, kao što smo tek uspjeli provjeriti, to nije sasvim točno, definitivno možemo ustvrditi nešto drugo: Newton je mogao jasno razlikovati nepobitne stvari od nestabilnih i kontroverznih hipoteza. I u Elementima postoji formula velikog zakona, ali nema pokušaja da se objasni njegov mehanizam.
Veliki fizičar ostavio je ovu zagonetku čovjeku budućnosti. Umro je 1727. godine.
To ni danas nije riješeno.
Rasprava o fizičkoj biti Newtonovog zakona trajala je dva stoljeća. A možda se ova rasprava ne bi ticala same suštine zakona, kad bi točno odgovorio na sva postavljena pitanja.
Ali činjenica je da se s vremenom pokazalo da ovaj zakon nije univerzalan. Da ima slučajeva kada ne može objasniti ovu ili onu pojavu. Navedimo primjere.
Sila gravitacije u Seeligerovim proračunima
Prvi od njih je Seeligerov paradoks. Smatrajući da je Univerzum beskonačan i jednoliko ispunjen materijom, Seeliger je pokušao izračunati, prema Newtonovom zakonu, univerzalnu gravitacijsku silu koju stvara cijela beskonačno velika masa beskonačnog Svemira u nekim njegovim točkama.
To nije bio lak zadatak sa stajališta čiste matematike. Prevladavši sve poteškoće najsloženijih transformacija, Seeliger je otkrio da je željena sila univerzalne gravitacije proporcionalna polumjeru Svemira. A budući da je ovaj polumjer jednak beskonačnosti, onda gravitacijska sila mora biti beskonačno velika. Međutim, to ne vidimo u praksi. To znači da zakon univerzalne gravitacije ne vrijedi za cijeli svemir.
Međutim, moguća su i druga objašnjenja paradoksa. Na primjer, možemo pretpostaviti da materija ne ispunjava ravnomjerno cijeli Svemir, ali se njezina gustoća postupno smanjuje i, konačno, negdje vrlo daleko nema materije. Ali zamisliti takvu sliku znači priznati mogućnost postojanja prostora bez materije, što je općenito apsurdno.
Možemo pretpostaviti da sila gravitacije slabi brže nego što raste kvadrat udaljenosti. Ali to dovodi u sumnju iznenađujući sklad Newtonovog zakona. Ne, i ovo objašnjenje nije zadovoljilo znanstvenike. Paradoks je ostao paradoks.
Promatranja kretanja Merkura
Još jedna činjenica, djelovanje sile univerzalne gravitacije, koje nije objašnjeno Newtonovim zakonom, donijelo je promatranje kretanja Merkura- najbliže planetu. Točni izračuni prema Newtonovom zakonu pokazali su da bi se perehelion - točka elipse duž koje se Merkur kreće najbliže Suncu - trebao pomaknuti za 531 lučnu sekundu u 100 godina.
A astronomi su otkrili da je taj pomak jednak 573 lučne sekunde. Taj višak - 42 lučne sekunde - znanstvenici također nisu mogli objasniti, koristeći samo formule koje proizlaze iz Newtonovog zakona.
Objasnio je i Seeligerov paradoks, i pomak Merkurovog perhelija, i mnoge druge paradoksalne pojave i neobjašnjive činjenice Albert Einstein, jedan od najvećih, ako ne i najveći fizičar svih vremena. Među dosadnim sitnicama bilo je i pitanje o eterični vjetar.
Eksperimenti Alberta Michelsona
Činilo se da se ovo pitanje ne tiče izravno problema gravitacije. On se odnosio na optiku, na svjetlo. Točnije, na definiciju njegove brzine.
Danski astronom bio je prvi koji je odredio brzinu svjetlosti. Olaf Remer promatrajući pomrčinu Jupiterovih mjeseci. To se dogodilo već 1675. godine.
američki fizičar Albert Michelson krajem 18. stoljeća proveo je niz određivanja brzine svjetlosti u zemaljskim uvjetima, koristeći aparat koji je dizajnirao.
Godine 1927. dao je brzinu svjetlosti kao 299796 + 4 km/s, što je bila izvrsna točnost za ono vrijeme. Ali bit stvari je drugačija. Godine 1880. odlučio je istražiti eterični vjetar. Želio je konačno utvrditi postojanje samog etera, čija je prisutnost pokušala objasniti i prijenos gravitacijske interakcije i prijenos svjetlosnih valova.
Michelson je vjerojatno bio najistaknutiji eksperimentator svog vremena. Imao je izvrsnu opremu. I bio je gotovo siguran u uspjeh.
Bit iskustva
Iskustvo bio zamišljen ovako. Zemlja se kreće u svojoj orbiti brzinom od oko 30 km/sec.. Kreće se zrakom. To znači da brzina svjetlosti iz izvora koji je ispred prijemnika u odnosu na gibanje Zemlje mora biti veća nego iz izvora koji je s druge strane. U prvom slučaju, brzina eteričnog vjetra mora se dodati brzini svjetlosti; u drugom slučaju, brzina svjetlosti se mora smanjiti za tu vrijednost.
Podijelio je snop na dva jednaka toka i usmjerio ih u međusobno okomitim smjerovima: duž meridijana i uz paralelu. Odražene od zrcala, zrake su se vratile. Da je snop koji ide paralelno iskusio utjecaj eteričnog vjetra, kada bi se dodao meridijalnom snopu, trebale su se pojaviti interferencijske rubove, valovi dviju zraka bili bi pomaknuti u fazi.
Međutim, Michelsonu je bilo teško izmjeriti putanje obiju zraka s tako velikom točnošću tako da su bile potpuno iste. Stoga je napravio aparat tako da nema rubova smetnji, a zatim ga okrenuo za 90 stupnjeva.
Meridijanski snop postao je širinski i obrnuto. Ako je eteričan vjetar, ispod okulara bi se trebale pojaviti crne i svijetle pruge! Ali nisu bili. Možda ga je znanstvenik, okrećući uređaj, pomaknuo.
Postavio ga je u podne i popravio. Uostalom, osim činjenice, on se također rotira oko svoje osi. I stoga, u različito doba dana, širinska zraka zauzima drugačiji položaj u odnosu na nadolazeći eterični vjetar. Sada, kada je aparat strogo nepomičan, može se uvjeriti u točnost pokusa.
Opet nije bilo smetnji. Eksperiment je izveden mnogo puta, a Michelson, a s njim i svi tadašnji fizičari, bili su zadivljeni. Eterični vjetar nije otkriven! Svjetlost je putovala u svim smjerovima istom brzinom!
Nitko to nije uspio objasniti. Michelson je ponavljao eksperiment iznova i iznova, poboljšao opremu i na kraju postigao gotovo nevjerojatnu točnost mjerenja, red veličine veću nego što je bilo potrebno za uspjeh eksperimenta. I opet ništa!
Eksperimenti Alberta Einsteina
Sljedeći veliki korak znanje o sili gravitacije učinio Albert Einstein.
Alberta Einsteina su jednom pitali:
Kako ste došli do svoje posebne teorije relativnosti? Pod kojim okolnostima ste došli na briljantnu ideju? Znanstvenik je odgovorio: “Uvijek mi se činilo da je to tako.
Možda nije želio biti iskren, možda se želio riješiti dosadnog sugovornika. No, teško je zamisliti da je Einsteinova ideja o povezanosti vremena, prostora i brzine bila urođena.
Ne, naravno, isprva je postojao predosjećaj, sjajan poput munje. Tada je počeo razvoj. Ne, nema proturječnosti s poznatim pojavama. A onda se pojavilo onih pet stranica punih formula, koje su objavljene u fizičkom časopisu. Stranice koje su otvorile novu eru u fizici.
Zamislite svemirski brod koji leti kroz svemir. Odmah ćemo vas upozoriti: zvjezdani brod je vrlo neobičan, kakav niste čitali u znanstvenofantastičnim pričama. Duljina mu je 300 tisuća kilometara, a brzina je, recimo, 240 tisuća km/s. I ovaj svemirski brod leti pokraj jedne od međuplatforma u svemiru, ne zaustavljajući se na njoj. Punom brzinom.
Jedan od putnika stoji na palubi zvjezdanog broda sa satom. A ti i ja, čitatelju, stojimo na platformi - njezina duljina mora odgovarati veličini zvjezdanog broda, odnosno 300 tisuća kilometara, inače se neće moći zalijepiti za nju. A u rukama imamo i sat.
Primjećujemo da je u trenutku kada je pramac zvjezdanog broda sustigao stražnji rub naše platforme, na njemu bljesnuo fenjer koji je osvjetljavao prostor koji ga okružuje. Sekundu kasnije, snop svjetla stigao je do prednjeg ruba naše platforme. U to ne sumnjamo, jer znamo brzinu svjetlosti i uspjeli smo točno odrediti odgovarajući trenutak na satu. I na zvjezdanom brodu...
Ali zvjezdani je brod također poletio prema snopu svjetlosti. I sasvim sigurno smo vidjeli da joj je svjetlo obasjalo krmu u trenutku kada se nalazila negdje blizu sredine platforme. Definitivno smo vidjeli da snop svjetlosti nije prešao 300 tisuća kilometara od pramca do krme broda.
Ali putnici na palubi zvjezdanog broda sigurni su u nešto drugo. Sigurni su da je njihova zraka prešla cijelu udaljenost od pramca do krme od 300 tisuća kilometara. Uostalom, na to je potrošio cijelu sekundu. I oni su to apsolutno točno zabilježili na svojim satovima. A kako bi drugačije: na kraju krajeva, brzina svjetlosti ne ovisi o brzini izvora ...
Kako to? Vidimo jedno s fiksne platforme, a drugo njima na palubi zvjezdanog broda? Što je bilo?
Einsteinova teorija relativnosti
Treba odmah napomenuti: Einsteinova teorija relativnosti na prvi pogled, apsolutno je u suprotnosti s našom ustaljenom idejom o strukturi svijeta. Možemo reći da je u suprotnosti i sa zdravim razumom, kako smo ga navikli predstavljati. To se dogodilo mnogo puta u povijesti znanosti.
Ali otkriće sferičnosti Zemlje bilo je protivno zdravom razumu. Kako ljudi mogu živjeti na suprotnoj strani i ne pasti u ponor?
Za nas je sferičnost Zemlje nedvojbena činjenica, a sa stajališta zdravog razuma, svaka druga pretpostavka je besmislena i divlja. Ali odmaknite se od svog vremena, zamislite prvu pojavu ove ideje i shvatit ćete koliko bi je bilo teško prihvatiti.
Pa, je li bilo lakše priznati da Zemlja nije nepomična, već leti svojom putanjom desetke puta brže od topovske kugle?
Sve su to bile olupine zdravog razuma. Stoga ga moderni fizičari nikada ne spominju.
Sada se vratimo na specijalnu teoriju relativnosti. Svijet ju je prvi put prepoznao 1905. godine iz članka koji potpisuje malo poznato ime - Albert Einstein. A on je tada imao samo 26 godina.
Einstein je iz ovog paradoksa napravio vrlo jednostavnu i logičnu pretpostavku: sa stajališta promatrača na platformi, u automobilu u pokretu prošlo je manje vremena nego što je izmjerio vaš ručni sat. U automobilu je protok vremena usporen u odnosu na vrijeme na stacionarnoj platformi.
Iz ove pretpostavke logično su slijedile prilično nevjerojatne stvari. Pokazalo se da osoba koja putuje na posao u tramvaju, u usporedbi s pješakom koji hoda istim putem, ne samo da štedi vrijeme zbog brzine, već mu to ide i sporije.
No, ne pokušavajte na taj način očuvati vječnu mladost: čak i ako postanete vozač kočije i provedete trećinu života u tramvaju, za 30 godina dobit ćete jedva više od milijuntinke sekunde. Da bi dobitak u vremenu postao primjetan, potrebno je kretati se brzinom bliskom brzini svjetlosti.
Ispada da se povećanje brzine tijela odražava u njihovoj masi. Što je brzina tijela bliža brzini svjetlosti, to je veća njegova masa. Pri brzini tijela jednakoj brzini svjetlosti, njegova masa je jednaka beskonačnosti, odnosno veća je od mase Zemlje, Sunca, Galaksije, cijelog našeg Svemira... Toliko je masa može se koncentrirati u jednostavnoj kaldrmi, ubrzavajući je do brzine
Sveta!
To nameće ograničenje koje ne dopušta nijednom materijalnom tijelu da razvije brzinu jednaku brzini svjetlosti. Uostalom, kako masa raste, postaje je sve teže raspršiti. A beskonačnu masu ne može pomaknuti nijedna sila.
Međutim, priroda je napravila vrlo važnu iznimku od ovog zakona za cijelu klasu čestica. Na primjer, za fotone. Mogu se kretati brzinom svjetlosti. Točnije, ne mogu se kretati ni jednom drugom brzinom. Nezamislivo je zamisliti nepomični foton.
Kada miruje, nema masu. Također, neutrini nemaju masu mirovanja, a osuđeni su i na vječni neobuzdani let kroz svemir maksimalnom mogućom brzinom u našem Svemiru, bez prestizanja svjetlosti i hvatanja za njom.
Nije li istina da je svaka od nas navedenih posljedica specijalne teorije relativnosti iznenađujuća, paradoksalna! I svaki je, naravno, suprotan „zdravom razumu“!
Ali evo što je zanimljivo: ne u svom konkretnom obliku, već kao širokom filozofskom stajalištu, sve te nevjerojatne posljedice predvidjeli su utemeljitelji dijalektičkog materijalizma. Što govore ove implikacije? O vezama koje međusobno povezuju energiju i masu, masu i brzinu, brzinu i vrijeme, brzinu i duljinu objekta koji se kreće...
Einsteinovo otkriće međuovisnosti, poput cementa (više:), povezujući zajedno armaturu, ili kamen temeljac, povezivalo je stvari i pojave koje su se prije činile neovisnima jedna o drugoj i stvorilo temelj na kojemu je prvi put u povijesti znanosti bilo moguće izgraditi skladnu zgradu. Ova zgrada je prikaz kako naš svemir funkcionira.
Ali prvo, barem nekoliko riječi o općoj teoriji relativnosti, koju je također stvorio Albert Einstein.
Gravitacijski kolaps
Razgovarajmo o nevjerojatnom fenomenu koji ima kozmički karakter - o gravitacijskom kolapsu (katastrofalni kompresiji). Taj se fenomen događa u gigantskim nakupinama materije, gdje gravitacijske sile dosežu tako ogromne veličine da im se nijedna druga sila koja postoji u prirodi ne može oduprijeti.
Sjetite se poznate Newtonove formule: što je veća sila gravitacije, manji je kvadrat udaljenosti između tijela koja gravitiraju. Dakle, što materijalna formacija postaje gušća, što je manja njezina veličina, što brže rastu gravitacijske sile, to je neizbježnije njihov razorni zagrljaj.
Postoji lukava tehnika kojom se priroda bori s naizgled neograničenim sabijanjem materije. Da bi to učinio, zaustavlja sam tijek vremena u sferi djelovanja supergigantskih gravitacijskih sila, a okovane mase materije su, takoreći, isključene iz našeg Svemira, zamrznute u čudnom letargičnom snu.
Prva od ovih "crnih rupa" kozmosa vjerojatno je već otkrivena. Prema pretpostavci sovjetskih znanstvenika O. Kh. Huseynova i A. Sh. Novruzova, to je delta Blizanaca - dvostruka zvijezda s jednom nevidljivom komponentom.
Vidljiva komponenta ima masu 1,8 solara, a njen nevidljivi "partner" trebao bi, prema izračunima, biti četiri puta masivniji od vidljive. Ali tome nema tragova: nemoguće je vidjeti najnevjerojatnije stvaranje prirode, "crnu rupu".
Sovjetski znanstvenik profesor K.P. Stanyukovich, kako kažu, "na vrhu olovke", pokazao je kroz čisto teorijske konstrukcije da čestice "smrznute tvari" mogu biti vrlo raznolike veličine.
- Moguće su njegove gigantske formacije, slične kvazarima, koje neprekidno zrače onoliko energije koliko zrače svih 100 milijardi zvijezda naše Galaksije.
- Moguće su mnogo skromnije nakupine, jednake samo nekoliko solarnih masa. I ti i drugi objekti mogu nastati iz obične, a ne "uspavane" materije.
- A moguće su formacije sasvim druge klase, razmjerne mase s elementarnim česticama.
Da bi nastali, potrebno je materiju koja ih čini najprije podvrgnuti gigantskom pritisku i otjerati u sferu Schwarzschilda – sferu u kojoj vrijeme za vanjskog promatrača potpuno staje. Čak i ako se nakon toga pritisak čak i ukloni, čestice za koje je vrijeme stalo nastavit će postojati neovisno o našem Svemiru.
plankeoni
Plankeoni su vrlo posebna klasa čestica. Oni imaju, prema K.P. Stanyukovichu, izuzetno zanimljivo svojstvo: nose materiju u sebi u nepromijenjenom obliku, kakav je bio prije milijune i milijarde godina. Gledajući unutar plankeona, mogli smo vidjeti materiju kakva je bila u vrijeme rođenja našeg svemira. Prema teoretskim proračunima, u svemiru postoji oko 1080 plankeona, otprilike jedan plankeon u kocki prostora sa stranom od 10 centimetara. Inače, u isto vrijeme kad i Stanjukovič i (neovisno o njemu hipotezu o plankeonima iznio je akademik M.A. Markov. Samo im je Markov dao drugačije ime - maksimoni.
Posebna svojstva plankeona također se mogu koristiti za objašnjenje ponekad paradoksalnih transformacija elementarnih čestica. Poznato je da kada se dvije čestice sudaraju, nikada ne nastaju fragmenti, već nastaju druge elementarne čestice. Ovo je doista nevjerojatno: u običnom svijetu, razbijajući vazu, nikada nećemo dobiti cijele šalice ili čak rozete. Ali pretpostavimo da u dubini svake elementarne čestice postoji plankeon, jedan ili nekoliko, a ponekad i mnogo plankeona.
U trenutku sudara čestica, čvrsto zavezana "vreća" plankeona se lagano otvara, neke će čestice "pasti" u nju, a umjesto "iskočiti" one za koje smatramo da su nastale tijekom sudara. Plankeon će ujedno, kao vrijedni računovođa, osigurati sve “zakone očuvanja” usvojene u svijetu elementarnih čestica.
Pa, kakve veze s tim ima mehanizam univerzalne gravitacije?
"Odgovorne" za gravitaciju, prema hipotezi K.P. Stanyukovicha, su sitne čestice, takozvani gravitoni, koje kontinuirano emitiraju elementarne čestice. Gravitoni su toliko manji od potonjeg, kao što je zrnca prašine koja pleše u sunčevoj zraki manja od globusa.
Zračenje gravitona pokorava se nizu pravilnosti. Konkretno, lakše im je letjeti u to područje svemira. Koji sadrži manje gravitona. To znači da ako se u svemiru nalaze dva nebeska tijela, oba će zračiti gravitone pretežno "na van", u smjerovima koji su suprotni jedan drugome. To stvara impuls koji uzrokuje da se tijela približe jedno drugom, da se privlače.
Napuštajući svoje elementarne čestice, gravitoni sa sobom odnose dio mase. Koliko god mali bili, gubitak mase s vremenom ne može biti vidljiv. Ali vrijeme je nezamislivo ogromno. Trebat će oko 100 milijardi godina da se sva materija u svemiru pretvori u gravitacijsko polje.
