Pogledajte što je "Gravitacija" u drugim rječnicima:

Gravitacijska interakcija

Najjednostavniji zadatak nebeske mehanike je gravitacijska interakcija dvaju točkastih ili sfernih tijela u praznom prostoru. Ovaj problem u okviru klasične mehanike rješava se analitički u zatvorenom obliku; rezultat njegova rješenja često se formulira u obliku Keplerova tri zakona.

Kako se broj tijela u interakciji povećava, problem postaje mnogo kompliciraniji. Dakle, već poznati problem tri tijela (tj. gibanje triju tijela s masama različitim od nule) ne može se analitički riješiti u općem obliku. Kod numeričkog rješenja, međutim, nestabilnost rješenja u odnosu na početne uvjete nastupa prilično brzo. Kada se primijeni na Sunčev sustav, ova nestabilnost onemogućuje točno predviđanje kretanja planeta na razmjerima većim od stotinu milijuna godina.

U nekim posebnim slučajevima moguće je pronaći približno rješenje. Najvažniji je slučaj kada je masa jednog tijela znatno veća od mase drugih tijela (primjeri: Sunčev sustav i dinamika Saturnovih prstenova). U ovom slučaju, u prvoj aproksimaciji, možemo pretpostaviti da svjetlosna tijela ne interagiraju jedno s drugim i da se kreću duž Keplerovih putanja oko masivnog tijela. Interakcije između njih mogu se uzeti u obzir u okviru teorije perturbacija i usrednjavati ih tijekom vremena. U tom slučaju mogu nastati netrivijalne pojave, kao što su rezonancije, atraktori, slučajnost itd. Dobar primjer takvih pojava je složena struktura Saturnovih prstenova.

Unatoč pokušajima da se točno opiše ponašanje sustava velikog broja privučenih tijela približno iste mase, to se ne može učiniti zbog fenomena dinamičkog kaosa.

Jaka gravitacijska polja

U jakim gravitacijskim poljima, kao i pri kretanju u gravitacijskom polju s relativističkim brzinama, počinju se pojavljivati ​​učinci opće teorije relativnosti (GR):

• promjena geometrije prostor-vremena;
  • kao posljedica toga, odstupanje zakona gravitacije od Newtonovog;
  • au ekstremnim slučajevima - pojava crnih rupa;
• potencijalno kašnjenje povezano s konačnom brzinom širenja gravitacijskih perturbacija;
  • kao posljedica toga pojava gravitacijskih valova;
• nelinearni učinci: gravitacija teži interakciji sama sa sobom, pa princip superpozicije u jakim poljima više ne vrijedi.

Gravitacijsko zračenje

Jedno od važnih predviđanja opće relativnosti je gravitacijsko zračenje, čije prisustvo još nije potvrđeno izravnim opažanjima. Međutim, postoje jaki neizravni dokazi u prilog njegovom postojanju, a to su: gubici energije u bliskim binarnim sustavima koji sadrže kompaktne gravitirajuće objekte (kao što su neutronske zvijezde ili crne rupe), posebice u poznatom PSR B1913 + 16 sustavu (Hulse-Taylor pulsar) - dobro se slažu s GR modelom, u kojem se ova energija odnosi gravitacijskim zračenjem.

Gravitacijsko zračenje mogu generirati samo sustavi s promjenjivim kvadrupolnim ili većim multipolnim momentima, ta činjenica sugerira da je gravitacijsko zračenje većine prirodnih izvora usmjereno, što uvelike otežava njegovu detekciju. Snaga gravitacije n-polni izvor je proporcionalan ako je multipol električnog tipa, i - ako je multipol magnetskog tipa, gdje je v je karakteristična brzina izvora u sustavu zračenja, i c je brzina svjetlosti. Dakle, dominantni moment će biti kvadrupolni moment električnog tipa, a snaga odgovarajućeg zračenja jednaka je:

gdje je tenzor kvadrupolnog momenta raspodjele mase sustava zračenja. Konstanta (1/W) omogućuje procjenu reda veličine snage zračenja.

Od 1969. (Weberovi eksperimenti ( Engleski)), pokušavaju se izravno detektirati gravitacijsko zračenje. U SAD-u, Europi i Japanu trenutno djeluje nekoliko zemaljskih detektora (LIGO, VIRGO, TAMA ( Engleski), GEO 600), kao i projekt svemirskog gravitacijskog detektora LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Zemaljski detektor u Rusiji razvija se u Znanstvenom centru za istraživanje gravitacijskih valova "Dulkyn" Republike Tatarstan.

Suptilni učinci gravitacije

Mjerenje zakrivljenosti svemira u Zemljinoj orbiti (crtež umjetnika)

Osim klasičnih učinaka gravitacijskog privlačenja i dilatacije vremena, opća teorija relativnosti predviđa postojanje i drugih manifestacija gravitacije, koje su u zemaljskim uvjetima vrlo slabe i stoga je njihovo otkrivanje i eksperimentalna provjera stoga vrlo teško. Donedavno se prevladavanje ovih poteškoća činilo izvan mogućnosti eksperimentatora.

Među njima se posebno može navesti otpor inercijalnih referentnih okvira (ili Lense-Thirringov efekt) i gravitomagnetsko polje. Godine 2005. NASA-ina Gravity Probe B provela je eksperiment neviđene točnosti za mjerenje ovih učinaka u blizini Zemlje. Obrada dobivenih podataka provedena je do svibnja 2011. godine i potvrdila postojanje i veličinu učinaka geodetske precesije i otpora inercijalnih referentnih okvira, iako s točnošću nešto manjom od prvotno pretpostavljene.

Nakon intenzivnog rada na analizi i izdvajanju mjerne buke, konačni rezultati misije objavljeni su na konferenciji za novinare na NASA-TV 4. svibnja 2011. i objavljeni u Physical Review Letters. Izmjerena vrijednost geodetske precesije bila je −6601,8±18,3 milisekundi lukova godišnje, i efekt otpora - −37,2±7,2 milisekundi lukova po godini (usporedi s teoretskim vrijednostima od −6606,1 mas/godina i −39,2 mas/godina).

Klasične teorije gravitacije

Zbog činjenice da su kvantni učinci gravitacije iznimno mali čak i pod najekstremnijim eksperimentalnim i promatračkim uvjetima, još uvijek nema pouzdanih opažanja o njima. Teorijske procjene pokazuju da se u velikoj većini slučajeva može ograničiti na klasičan opis gravitacijske interakcije.

Postoji moderna kanonska klasična teorija gravitacije - opća teorija relativnosti, te mnoge hipoteze i teorije različitog stupnja razvoja koje je rafiniraju, natječući se jedna s drugom. Sve ove teorije daju vrlo slična predviđanja unutar aproksimacije u kojoj se trenutno provode eksperimentalni testovi. Sljedeće su neke od glavnih, najrazvijenijih ili najpoznatijih teorija gravitacije.

Opća teorija relativnosti

U standardnom pristupu opće teorije relativnosti (GR), gravitacija se u početku ne smatra interakcijom sila, već manifestacijom zakrivljenosti prostor-vremena. Dakle, u općoj relativnosti, gravitacija se tumači kao geometrijski efekt, a prostor-vrijeme se razmatra u okviru neeuklidske Riemannove (točnije, pseudo-Riemannove) geometrije. Gravitacijsko polje (generalizacija Newtonovog gravitacijskog potencijala), koji se ponekad naziva i gravitacijskim poljem, u općoj relativnosti identificira se s tenzorskim metričkim poljem - metrikom četverodimenzionalnog prostora-vremena, a jakost gravitacijskog polja - s afinom povezanost prostora-vremena, određena metrikom.

Standardni zadatak opće relativnosti je odrediti komponente metričkog tenzora, koji zajedno određuju geometrijska svojstva prostora-vremena, prema poznatoj raspodjeli izvora energije i impulsa u četverodimenzionalnom koordinatnom sustavu koji se razmatra. Zauzvrat, poznavanje metrike omogućuje izračunavanje gibanja ispitnih čestica, što je ekvivalentno poznavanju svojstava gravitacijskog polja u danom sustavu. U vezi s tenzorskom prirodom GR jednadžbi, kao i sa standardnim temeljnim opravdanjem njezine formulacije, vjeruje se da gravitacija također ima tenzorski karakter. Jedna od posljedica je da gravitacijsko zračenje mora biti barem kvadrupolnog reda.

Poznato je da postoje poteškoće u općoj relativnosti zbog nepromjenjivosti energije gravitacijskog polja, budući da se ta energija ne opisuje tenzorom i može se teoretski odrediti na različite načine. U klasičnoj općoj relativnosti također se javlja problem opisivanja interakcije spin-orbita (budući da spin proširenog objekta također nema jedinstvenu definiciju). Vjeruje se da postoje određeni problemi s jedinstvenošću rezultata i opravdanošću konzistentnosti (problem gravitacijskih singulariteta).

Međutim, GR je eksperimentalno potvrđen sve do nedavno (2012.). Osim toga, mnogi alternativni einsteinovskom, ali standardni za modernu fiziku, pristupi formulaciji teorije gravitacije dovode do rezultata koji se podudara s općom relativnošću u niskoenergetskoj aproksimaciji, koja je sada jedina dostupna za eksperimentalnu provjeru.

Einstein-Cartan teorija

Teorija Einstein-Cartan (EC) razvijena je kao proširenje GR, uključujući interno opis utjecaja na prostor-vrijeme, osim energije-impulsa, također i okretanje objekata. U teoriji EC uvodi se afina torzija, a umjesto pseudo-Riemannove geometrije za prostor-vrijeme koristi se Riemann-Cartanova geometrija. Kao rezultat, oni prelaze s metričke teorije na afinu teoriju prostora-vremena. Rezultirajuće jednadžbe za opisivanje prostora-vremena dijele se u dvije klase. Jedan od njih je sličan općoj relativnosti, s tom razlikom što tenzor zakrivljenosti uključuje komponente s afinom torzijom. Druga klasa jednadžbi definira odnos između tenzora torzije i spinskog tenzora tvari i zračenja. Rezultirajuće korekcije opće relativnosti u uvjetima suvremenog svemira toliko su male da čak ni hipotetski načini za njihovo mjerenje još nisu vidljivi.