Den här artikeln kommer att fokusera på historien om upptäckten av lagen om universell gravitation. Här kommer vi att bekanta oss med den biografiska informationen från livet för forskaren som upptäckte denna fysiska dogm, överväga dess huvudsakliga bestämmelser, förhållandet till kvantgravitationen, utvecklingens gång och mycket mer.
Genius
Sir Isaac Newton är en vetenskapsman från England. En gång ägnade han mycket uppmärksamhet och ansträngningar åt sådana vetenskaper som fysik och matematik, och tog också med sig en hel del nya saker till mekanik och astronomi. Han anses med rätta vara en av fysikens första grundare i dess klassiska modell. Han är författare till det grundläggande verket "Mathematical Principles of Natural Philosophy", där han presenterade information om mekanikens tre lagar och den universella gravitationens lag. Isaac Newton lade grunden till klassisk mekanik med dessa verk. Han utvecklade kalkylen för differential- och integr altyp, ljusteori. Han gjorde också stora bidrag till fysisk optik.och utvecklade många andra teorier inom fysik och matematik.
Law
Lagen om universell gravitation och historien om dess upptäckt går tillbaka till 1666. Dess klassiska form är en lag som beskriver växelverkan mellan gravitationstypen, som inte går utanför mekanikens ramar.
Dess kärna var att indikatorn för kraften F för gravitationskraften som uppstår mellan 2 kroppar eller punkter av materia m1 och m2, separerade från varandra med ett visst avstånd r, är proportionell mot båda massindikatorerna och har en omvänd proportionalitet till kvadratavstånden mellan kroppar:
F=G, där G betecknar gravitationskonstanten lika med 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Newtons gravitation
Innan vi överväger historien om upptäckten av lagen om universell gravitation, låt oss ta en närmare titt på dess allmänna egenskaper.
I teorin skapad av Newton måste alla kroppar med stor massa generera ett speciellt fält runt dem, som attraherar andra föremål till sig. Det kallas ett gravitationsfält, och det har potential.
En kropp med sfärisk symmetri bildar ett fält utanför sig själv, liknande det som skapas av en materiell punkt med samma massa som ligger i kroppens mitt.
Riktningen för en sådan punkts bana i gravitationsfältet, skapad av en kropp med mycket större massa, lyder Keplers lag. Universums föremål, som t.ex.planet eller komet, också lyda honom, röra sig i en ellips eller hyperbel. Redovisning av förvrängningen som andra massiva kroppar skapar tas i beaktande med hjälp av bestämmelserna i störningsteorin.
Analyser noggrannhet
Efter att Newton upptäckte lagen om universell gravitation, måste den testas och bevisas många gånger om. För detta gjordes ett antal beräkningar och observationer. Efter att ha kommit överens med dess bestämmelser och utgående från riktigheten av dess indikator, fungerar den experimentella formen av uppskattning som en tydlig bekräftelse på GR. Mätning av kvadrupolinteraktioner hos en kropp som roterar, men dess antenner förblir stationära, visar oss att processen att öka δ beror på potentialen r -(1+δ), på ett avstånd av flera meter och ligger inom gränsen (2, 1±6, 2)•10-3. Ett antal andra praktiska bekräftelser gjorde att denna lag kunde fastställas och anta en enda form, utan några ändringar. 2007 kontrollerades denna dogm på nytt på ett avstånd mindre än en centimeter (55 mikron-9,59 mm). Med hänsyn till de experimentella felen undersökte forskarna avståndsområdet och fann inga uppenbara avvikelser i denna lag.
Observation av månens bana i förhållande till jorden bekräftade också dess giltighet.
Euklidiskt rymd
Newtons klassiska gravitationsteori är kopplad till det euklidiska rummet. Den faktiska jämlikheten med en tillräckligt hög noggrannhet (10-9) för avståndsmåtten i nämnaren för den ovan diskuterade likheten visar oss den euklidiska grunden för den newtonska mekanikens rymd, med en tre -dimensionell fysisk form. PÅtill en sådan punkt av materia är arean av en sfärisk yta exakt proportionell mot värdet på kvadraten på dess radie.
Data från historik
Låt oss överväga en kort sammanfattning av historien bakom upptäckten av lagen om universell gravitation.
Idéer lades fram av andra forskare som levde före Newton. Epicurus, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens och andra besökte reflektioner kring den. Kepler föreslog att gravitationskraften är omvänt proportionell mot avståndet från solens stjärna och har distribution endast i ekliptikplanen; enligt Descartes var det en följd av virvlarnas aktivitet i eterns tjocklek. Det fanns en serie gissningar som innehöll en reflektion av de korrekta gissningarna om beroendet av avstånd.
Ett brev från Newton till Halley innehöll information om att föregångarna till Sir Isaac själv var Hooke, Wren och Buyo Ismael. Men ingen före honom lyckades tydligt, med matematiska metoder, koppla tyngdlagen och planetrörelsen.
Historien om upptäckten av den universella gravitationens lag är nära förknippad med verket "Mathematical Principles of Natural Philosophy" (1687). I detta arbete kunde Newton härleda lagen i fråga tack vare Keplers empiriska lag, som var känd redan vid den tiden. Han visar oss att:
- formen av rörelse för vilken synlig planet som helst indikerar närvaron av en central kraft;
- Attraktionskraften av den centrala typen bildar elliptiska eller hyperboliska banor.
Om Newtons teori
En genomgång av den korta historien om upptäckten av lagen om universell gravitation kan också peka på ett antal skillnader som skiljer den från tidigare hypoteser. Newton var inte bara engagerad i publiceringen av den föreslagna formeln för fenomenet i fråga, utan föreslog också en modell av matematisk typ i en holistisk form:
- bestämmelse om tyngdlagen;
- lagstiftning om rörelselagen;
- systematik av metoder för matematisk forskning.
Denna triad kunde ganska noggrant undersöka även de mest komplexa rörelserna av himmelska föremål och skapade därmed grunden för himlamekaniken. Fram till början av Einsteins aktivitet i denna modell krävdes inte närvaron av en grundläggande uppsättning korrigeringar. Endast den matematiska apparaten behövde förbättras avsevärt.
Objekt för diskussion
Upptäckt och beprövad lag under 1700-talet blev ett välkänt ämne för aktiva tvister och noggranna kontroller. Århundradet slutade dock med en allmän överenskommelse med hans postulat och uttalanden. Med hjälp av lagens beräkningar var det möjligt att exakt bestämma vägarna för rörelser av kroppar i himlen. En direkt kontroll gjordes av Henry Cavendish 1798. Han gjorde detta med en torsionsliknande balans med stor känslighet. I historien om upptäckten av den universella gravitationslagen är det nödvändigt att tilldela en speciell plats till tolkningarna som introducerades av Poisson. Han utvecklade begreppet gravitationspotential och Poisson-ekvationen, med vilka det var möjligt att beräkna dettapotential. Denna typ av modell gjorde det möjligt att studera gravitationsfältet i närvaro av en godtycklig fördelning av materia.
Det fanns många svårigheter i Newtons teori. Den viktigaste kan betraktas som oförklarligheten av långdistansåtgärder. Det var omöjligt att exakt svara på frågan om hur attraktionskrafterna skickas genom vakuumrymden med oändlig hastighet.
"Evolution" av lagen
De kommande tvåhundra åren, och ännu mer, gjordes försök av många fysiker att föreslå olika sätt att förbättra Newtons teori. Dessa ansträngningar slutade i en triumf 1915, nämligen skapandet av den allmänna relativitetsteorin, som skapades av Einstein. Han kunde övervinna hela uppsättningen av svårigheter. I enlighet med korrespondensprincipen visade sig Newtons teori vara en approximation till början av arbetet med en teori i en mer allmän form, som kan tillämpas under vissa förutsättningar:
- Potentialen av gravitationsnatur kan inte vara för stor i de system som studeras. Solsystemet är ett exempel på överensstämmelse med alla regler för himlakroppars rörelse. Det relativistiska fenomenet befinner sig i en märkbar manifestation av perihelionförskjutning.
- Rörelsehastigheten i denna grupp av system är försumbar jämfört med ljusets hastighet.
Bevis på att GR-beräkningar i ett svagt stationärt gravitationsfält tar formen av Newtonska är närvaron av en skalär gravitationspotential i ett stationärt fält medsvagt uttryckta egenskaper hos krafter, som kan uppfylla villkoren för Poisson-ekvationen.
Quanta Scale
Men i historien kunde varken den vetenskapliga upptäckten av lagen om universell gravitation eller den allmänna relativitetsteorin fungera som den slutliga gravitationsteorin, eftersom båda inte på ett adekvat sätt beskriver gravitationstypens processer på kvantet. skala. Ett försök att skapa en kvantgravitationsteori är en av den moderna fysikens viktigaste uppgifter.
Från kvantgravitationens synvinkel skapas interaktionen mellan objekt genom utbytet av virtuella gravitoner. I enlighet med osäkerhetsprincipen är energipotentialen för virtuella gravitoner omvänt proportionell mot tidsintervallet där den existerade, från punkten för emission av ett objekt till den tidpunkt då det absorberades av en annan punkt.
Med tanke på detta visar det sig att på en liten skala av avstånd innebär växelverkan mellan kroppar utbyte av gravitoner av virtuell typ. Tack vare dessa överväganden är det möjligt att slutföra bestämmelsen om lagen om Newtons potential och dess beroende i enlighet med ömsesidig proportionalitet med avseende på avstånd. Analogin mellan Coulombs och Newtons lagar förklaras av det faktum att gravitonernas vikt är lika med noll. Vikten av fotoner har samma betydelse.
Deception
I skolans läroplan, svaret på en fråga från historien, hurNewton upptäckte lagen om universell gravitation, är historien om en fallande äppelfrukt. Enligt denna legend föll den på huvudet på en vetenskapsman. Detta är dock en utbredd missuppfattning, och i själva verket kunde allt klara sig utan ett liknande fall av en eventuell huvudskada. Newton själv bekräftade ibland denna myt, men i verkligheten var lagen inte en spontan upptäckt och kom inte i en explosion av momentan insikt. Som det skrevs ovan utvecklades det under lång tid och presenterades för första gången i arbetet med "Matematikens principer", som visades offentligt 1687.
