powaga

Pomimo tego, że grawitacja jest najsłabszym oddziaływaniem między obiektami we wszechświecie, jej znaczenie w fizyce i astronomii jest ogromne, ponieważ jest w stanie wpływać na obiekty fizyczne w dowolnej odległości w kosmosie.

Jeśli lubisz astronomię, prawdopodobnie zastanawiałeś się nad pytaniem, czym jest grawitacja lub prawo powszechnego ciążenia. Grawitacja to uniwersalna fundamentalna interakcja między wszystkimi obiektami we Wszechświecie.

Odkrycie prawa grawitacji przypisuje się słynnemu angielskiemu fizykowi Izaakowi Newtonowi. Zapewne wielu z Was zna historię jabłka, które spadło na głowę słynnego naukowca. Niemniej jednak, jeśli zajrzymy głęboko w historię, można zauważyć, że o obecności grawitacji myśleli na długo przed jego erą filozofowie i naukowcy starożytności, na przykład Epikur. Niemniej jednak to Newton jako pierwszy opisał oddziaływanie grawitacyjne między ciałami fizycznymi w ramach mechaniki klasycznej. Jego teorię opracował inny znany naukowiec – Albert Einstein, który w swojej ogólnej teorii względności dokładniej opisał wpływ grawitacji w przestrzeni, a także jej rolę w kontinuum czasoprzestrzennym.

Prawo powszechnego ciążenia Newtona mówi, że siła przyciągania grawitacyjnego między dwoma punktami masy oddzielonymi odległością jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości i wprost proporcjonalna do obu mas. Siła grawitacji jest dalekosiężna. Oznacza to, że niezależnie od tego, jak porusza się ciało o masie, w mechanice klasycznej jego potencjał grawitacyjny będzie zależał wyłącznie od położenia tego obiektu w danym momencie. Im większa masa obiektu, tym większe jest jego pole grawitacyjne - tym silniejsza ma siła grawitacyjna. Takie obiekty kosmiczne jak galaktyki, gwiazdy i planety mają największą siłę przyciągania, a co za tym idzie, dość silne pola grawitacyjne.

Pola grawitacyjne

Pole grawitacyjne Ziemi

Pole grawitacyjne to odległość, w której zachodzi grawitacyjna interakcja między obiektami we Wszechświecie. Im większa masa obiektu, tym silniejsze jest jego pole grawitacyjne - tym bardziej zauważalny jest jego wpływ na inne ciała fizyczne w określonej przestrzeni. Pole grawitacyjne obiektu jest potencjalnie. Istotą poprzedniego stwierdzenia jest to, że jeśli wprowadzimy potencjalną energię przyciągania między dwa ciała, to nie zmieni się ona po tym, jak te ostatnie przesuną się po zamkniętym konturze. Stąd wyłania się kolejne słynne prawo zachowania sumy energii potencjalnej i kinetycznej w obwodzie zamkniętym.

W świecie materialnym ogromne znaczenie ma pole grawitacyjne. Posiadają ją wszystkie obiekty materialne we Wszechświecie, które mają masę. Pole grawitacyjne może wpływać nie tylko na materię, ale także na energię. To właśnie pod wpływem pól grawitacyjnych tak dużych obiektów kosmicznych jak czarne dziury, kwazary i supermasywne gwiazdy powstają układy słoneczne, galaktyki i inne gromady astronomiczne, które charakteryzują się logiczną strukturą.

Najnowsze dane naukowe pokazują, że słynny efekt ekspansji Wszechświata opiera się również na prawach oddziaływania grawitacyjnego. W szczególności ekspansję Wszechświata ułatwiają potężne pola grawitacyjne, zarówno małe, jak i jego największe obiekty.

Promieniowanie grawitacyjne w układzie binarnym

Promieniowanie grawitacyjne lub fala grawitacyjna to termin wprowadzony do fizyki i kosmologii przez słynnego naukowca Alberta Einsteina. Promieniowanie grawitacyjne w teorii grawitacji generowane jest przez ruch obiektów materialnych ze zmiennym przyspieszeniem. Podczas przyspieszania obiektu fala grawitacyjna niejako „odrywa się” od niego, co prowadzi do fluktuacji pola grawitacyjnego w otaczającej przestrzeni. Nazywa się to efektem fali grawitacyjnej.

Chociaż fale grawitacyjne są przewidziane przez ogólną teorię względności Einsteina, a także inne teorie grawitacji, nigdy nie zostały bezpośrednio wykryte. Wynika to przede wszystkim z ich ekstremalnej małości. Jednak istnieją poszlakowe dowody w astronomii, które mogą potwierdzić ten efekt. Zatem efekt fali grawitacyjnej można zaobserwować na przykładzie zbliżania się gwiazd podwójnych. Obserwacje potwierdzają, że tempo zbliżania się gwiazd podwójnych zależy w pewnym stopniu od utraty energii tych obiektów kosmicznych, która prawdopodobnie jest zużywana na promieniowanie grawitacyjne. Naukowcy będą mogli wiarygodnie potwierdzić tę hipotezę w niedalekiej przyszłości za pomocą nowej generacji teleskopów Advanced LIGO i VIRGO.

We współczesnej fizyce istnieją dwie koncepcje mechaniki: klasyczna i kwantowa. Mechanika kwantowa powstała stosunkowo niedawno i zasadniczo różni się od mechaniki klasycznej. W mechanice kwantowej obiekty (kwanty) nie mają określonych pozycji i prędkości, tutaj wszystko opiera się na prawdopodobieństwie. Oznacza to, że przedmiot może w określonym czasie zajmować określone miejsce w przestrzeni. Nie da się wiarygodnie określić, dokąd przeniesie się dalej, ale tylko z dużym prawdopodobieństwem.

Ciekawym efektem grawitacji jest to, że może naginać kontinuum czasoprzestrzeni. Teoria Einsteina mówi, że w przestrzeni wokół wiązki energii lub jakiejkolwiek materialnej substancji czasoprzestrzeń jest zakrzywiona. W związku z tym zmienia się trajektoria cząstek znajdujących się pod wpływem pola grawitacyjnego tej substancji, co pozwala z dużym prawdopodobieństwem przewidzieć trajektorię ich ruchu.

Teorie grawitacji

Dziś naukowcy znają kilkanaście różnych teorii grawitacji. Dzielą się na teorie klasyczne i alternatywne. Najbardziej znanym przedstawicielem tej pierwszej jest klasyczna teoria grawitacji Izaaka Newtona, wymyślona przez słynnego brytyjskiego fizyka w 1666 roku. Jego istota polega na tym, że masywne ciało w mechanice wytwarza wokół siebie pole grawitacyjne, które przyciąga do siebie mniejsze obiekty. Z kolei te ostatnie również mają pole grawitacyjne, jak wszystkie inne obiekty materialne we Wszechświecie.

Kolejna popularna teoria grawitacji została wymyślona przez światowej sławy niemieckiego naukowca Alberta Einsteina na początku XX wieku. Einsteinowi udało się dokładniej opisać grawitację jako zjawisko, a także wyjaśnić jej działanie nie tylko w mechanice klasycznej, ale także w świecie kwantowym. Jego ogólna teoria względności opisuje zdolność takiej siły jak grawitacja do wpływania na kontinuum czasoprzestrzenne, a także trajektorię cząstek elementarnych w przestrzeni.

Wśród alternatywnych teorii grawitacji chyba najwięcej uwagi zasługuje teoria relatywistyczna, którą wymyślił nasz rodak, słynny fizyk A.A. Logunow. W przeciwieństwie do Einsteina, Logunov twierdził, że grawitacja nie jest geometrycznym, ale rzeczywistym, dość silnym fizycznym polem sił. Wśród alternatywnych teorii grawitacji znane są również teorie skalarne, bimetryczne, quasi-liniowe i inne.

1. Ludziom, którzy byli w kosmosie i wrócili na Ziemię, początkowo dość trudno jest przyzwyczaić się do siły grawitacyjnego wpływu naszej planety. Czasami zajmuje to kilka tygodni.
2. Udowodniono, że organizm człowieka w stanie nieważkości może tracić miesięcznie do 1% masy szpiku.
3. Spośród planet Mars ma najmniejszą siłę przyciągania w Układzie Słonecznym, a Jowisz ma największą.
4. Dobrze znane bakterie salmonelli, które są przyczyną chorób jelit, aktywniej zachowują się w stanie nieważkości i mogą wyrządzić znacznie więcej szkód organizmowi ludzkiemu.
5. Spośród wszystkich znanych obiektów astronomicznych we wszechświecie, czarne dziury mają największą siłę grawitacyjną. Czarna dziura wielkości piłki golfowej może mieć taką samą siłę grawitacyjną jak cała nasza planeta.
6. Siła grawitacji na Ziemi nie jest taka sama we wszystkich zakątkach naszej planety. Na przykład w regionie Zatoki Hudsona w Kanadzie jest on niższy niż w innych regionach globu.