Համընդհանուր ձգողության օրենքի հայտնաբերման պատմությունը - նկարագրություն, առանձնահատկություններ և հետաքրքիր փաստեր

2024 Հեղինակ: Angel Austin | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-17 05:30

Այս հոդվածը կկենտրոնանա համընդհանուր ձգողության օրենքի հայտնաբերման պատմության վրա: Այստեղ մենք կծանոթանանք այս ֆիզիկական դոգման հայտնաբերած գիտնականի կյանքի կենսագրական տեղեկություններին, կդիտարկենք դրա հիմնական դրույթները, կապը քվանտային գրավիտացիայի հետ, զարգացման ընթացքը և շատ ավելին։

Հանճար

Սըր Իսահակ Նյուտոնը գիտնական է Անգլիայից: Ժամանակին նա մեծ ուշադրություն և ջանք է նվիրել այնպիսի գիտություններին, ինչպիսիք են ֆիզիկան և մաթեմատիկան, ինչպես նաև շատ նոր բաներ բերեց մեխանիկայի և աստղագիտության մեջ: Նա իրավամբ համարվում է ֆիզիկայի առաջին հիմնադիրներից մեկը նրա դասական մոդելում։ Հեղինակ է «Բնական փիլիսոփայության մաթեմատիկական սկզբունքները» հիմնարար աշխատության, որտեղ տեղեկություններ է ներկայացրել մեխանիկայի երեք օրենքների և համընդհանուր ձգողության օրենքի մասին։ Այս աշխատություններով Իսահակ Նյուտոնը դրեց դասական մեխանիկայի հիմքերը։ Մշակել է դիֆերենցիալ և ինտեգրալ տիպի հաշվարկը՝ լույսի տեսությունը։ Նա նաև մեծ ներդրում ունեցավ ֆիզիկական օպտիկայի մեջ։և մշակել է ֆիզիկայի և մաթեմատիկայի բազմաթիվ այլ տեսություններ:

Օրենք

Համընդհանուր ձգողության օրենքը և դրա հայտնաբերման պատմությունը սկսվում են 1666 թվականից: Նրա դասական ձևը օրենք է, որը նկարագրում է գրավիտացիոն տիպի փոխազդեցությունը, որը դուրս չի գալիս մեխանիկայի շրջանակներից:

Դրա էությունն այն էր, որ ձգողականության F ուժի ցուցիչը, որն առաջանում է m1 և m2 նյութի 2 մարմինների կամ կետերի միջև՝ միմյանցից որոշակի հեռավորությամբ r, համաչափ է երկու զանգվածի ցուցիչներին և ունի հակադարձ համեմատականություն մարմինների միջև քառակուսի հեռավորություններին.

F=G, որտեղ G-ը նշանակում է գրավիտացիոն հաստատուն, որը հավասար է 6-ի, 67408(31)•10^-11 m³ / կգֆ².

Նյուտոնի ձգողականություն

Նախքան համընդհանուր ձգողության օրենքի հայտնաբերման պատմությունը քննարկելը, եկեք ավելի մանրամասն նայենք դրա ընդհանուր բնութագրերին:

Նյուտոնի ստեղծած տեսության մեջ մեծ զանգված ունեցող բոլոր մարմինները պետք է իրենց շուրջ առաջացնեն հատուկ դաշտ, որը դեպի իրեն է ձգում այլ առարկաներ։ Այն կոչվում է գրավիտացիոն դաշտ և ունի ներուժ։

Գնդաձև սիմետրիա ունեցող մարմինն իրենից դուրս դաշտ է կազմում, որը նման է մարմնի կենտրոնում գտնվող նույն զանգվածի նյութական կետի կողմից ստեղծված դաշտին:

Գրավիտացիոն դաշտում նման կետի հետագծի ուղղությունը, որը ստեղծվել է շատ ավելի մեծ զանգված ունեցող մարմնի կողմից, ենթարկվում է Կեպլերի օրենքին։ Տիեզերքի օբյեկտները, ինչպիսիք են, օրինակ,մոլորակ կամ գիսաստղ, նույնպես ենթարկվեք նրան՝ շարժվելով էլիպսով կամ հիպերբոլայով։ Հաշվի առնելով այն աղավաղումը, որը ստեղծում են այլ զանգվածային մարմինները, հաշվի է առնվում՝ օգտագործելով խաթարման տեսության դրույթները:

Վերլուծում ճշգրտությունը

Այն բանից հետո, երբ Նյուտոնը հայտնաբերեց համընդհանուր ձգողության օրենքը, այն պետք է բազմիցս փորձարկվեր և ապացուցվեր: Դրա համար արվել են մի շարք հաշվարկներ ու դիտարկումներ։ Համաձայնվելով դրա դրույթների հետ և ելնելով դրա ցուցիչի ճշգրտությունից՝ գնահատման փորձարարական ձևը ծառայում է որպես ԳՌ-ի հստակ հաստատում։ Մարմնի քառաբևեռ փոխազդեցությունների չափումը, որը պտտվում է, բայց նրա ալեհավաքները մնում են անշարժ, ցույց է տալիս մեզ, որ δ-ի մեծացման գործընթացը կախված է r ^-(1+δ) պոտենցիալից՝ հեռավորության վրա: մի քանի մետր և գտնվում է սահմանում (2, 1±6, 2)•10^-3: Մի շարք այլ գործնական հաստատումներ թույլ տվեցին, որ այս օրենքը հաստատվի և ստանա միասնական ձև՝ առանց որևէ փոփոխության։ 2007 թվականին այս դոգման կրկին ստուգվել է մեկ սանտիմետրից պակաս հեռավորության վրա (55 մկմ-9,59 մմ): Հաշվի առնելով փորձարարական սխալները՝ գիտնականները ուսումնասիրել են հեռավորության միջակայքը և այս օրենքում ակնհայտ շեղումներ չեն հայտնաբերել։

Լուսնի ուղեծրի դիտարկումը Երկրի նկատմամբ նույնպես հաստատեց դրա վավերականությունը։

Էվկլիդյան տարածություն

Նյուտոնի գրավիտացիայի դասական տեսությունը կապված է Էվկլիդեսյան տարածության հետ: Վերը քննարկված հավասարության հայտարարում հեռավորության չափումների փաստացի հավասարությունը բավական բարձր ճշգրտությամբ (10^-9) ցույց է տալիս մեզ Նյուտոնյան մեխանիկայի տարածության էվկլիդեսյան հիմքը՝ երեքով. - ծավալային ֆիզիկական ձև: ATնյութի նման կետին գնդաձև մակերևույթի մակերեսը ճիշտ համաչափ է նրա շառավիղի քառակուսու արժեքին:

Տվյալներ պատմությունից

Եկեք դիտարկենք համընդհանուր ձգողության օրենքի հայտնաբերման պատմության համառոտ ամփոփումը:

Գաղափարներ առաջ քաշեցին այլ գիտնականներ, ովքեր ապրել են Նյուտոնից առաջ: Էպիկուրը, Կեպլերը, Դեկարտը, Ռոբերվալը, Գասենդին, Հյուգենսը և ուրիշներ այցելեցին դրա մասին մտորումներ։ Կեպլերը ենթադրեց, որ գրավիտացիոն ուժը հակադարձ համեմատական է Արեգակի աստղից հեռավորությանը և ունի բաշխում միայն խավարածրի հարթություններում. ըստ Դեկարտի՝ դա եթերի հաստության մեջ հորձանուտների ակտիվության հետեւանք էր։ Կային մի շարք ենթադրություններ, որոնք պարունակում էին հեռավորությունից կախվածության վերաբերյալ ճիշտ ենթադրությունների արտացոլում:

Նյուտոնից Հալլիին ուղղված նամակը պարունակում էր տեղեկություն, որ սըր Իսահակի նախորդներն էին Հուկը, Ռենը և Բույո Իսմայելը: Սակայն նրանից առաջ ոչ ոքի չի հաջողվել հստակորեն, օգտագործելով մաթեմատիկական մեթոդները, կապել ձգողության օրենքը և մոլորակների շարժումը։

Համընդհանուր ձգողության օրենքի հայտնաբերման պատմությունը սերտորեն կապված է «Բնական փիլիսոփայության մաթեմատիկական սկզբունքները» (1687) աշխատության հետ։ Այս աշխատանքում Նյուտոնը կարողացավ ստանալ խնդրո առարկա օրենքը Կեպլերի էմպիրիկ օրենքի շնորհիվ, որն արդեն հայտնի էր այդ ժամանակ: Նա ցույց է տալիս մեզ, որ.

• ցանկացած տեսանելի մոլորակի շարժման ձևը ցույց է տալիս կենտրոնական ուժի առկայությունը;
• Կենտրոնական տիպի ձգողական ուժը ձևավորում է էլիպսաձև կամ հիպերբոլիկ ուղեծրեր։

Նյուտոնի տեսության մասին

Համընդհանուր ձգողության օրենքի հայտնաբերման համառոտ պատմությունը վերանայելը կարող է նաև մեզ ցույց տալ մի շարք տարբերություններ, որոնք այն առանձնացնում են նախորդ վարկածներից: Նյուտոնը զբաղվում էր ոչ միայն դիտարկվող երևույթի առաջարկվող բանաձևի հրապարակմամբ, այլ նաև առաջարկեց մաթեմատիկական տիպի մոդել ամբողջական ձևով.

• դրույթ գրավիտացիայի օրենքի մասին;
• կանոնադրություն շարժման օրենքի մասին;
• մաթեմատիկական հետազոտության մեթոդների համակարգ.

Այս եռյակը կարողացավ բավականին ճշգրիտ ուսումնասիրել երկնային մարմինների նույնիսկ ամենաբարդ շարժումները՝ այդպիսով հիմք ստեղծելով երկնային մեխանիկայի համար: Մինչև այս մոդելում Էյնշտեյնի գործունեության սկիզբը շտկումների հիմնարար հավաքածուի առկայությունը պարտադիր չէր։ Միայն մաթեմատիկական ապարատը պետք է զգալիորեն կատարելագործվեր։

Քննարկման առարկա

Հայտնաբերված և ապացուցված իրավունքը տասնութերորդ դարում դարձավ ակտիվ վեճերի և մանրակրկիտ ստուգումների հայտնի առարկա: Սակայն դարն ավարտվեց նրա պոստուլատների ու հայտարարությունների ընդհանուր համաձայնությամբ։ Օգտվելով օրենքի հաշվարկներից՝ հնարավոր եղավ ճշգրիտ որոշել դրախտում մարմինների շարժման ուղիները։ Ուղղակի ստուգում է կատարվել Հենրի Քավենդիշի կողմից 1798 թ. Նա դա արեց՝ օգտագործելով մեծ զգայունությամբ ոլորման տիպի հավասարակշռություն: Ձգողության համընդհանուր օրենքի հայտնաբերման պատմության մեջ անհրաժեշտ է հատուկ տեղ հատկացնել Պուասոնի կողմից ներկայացված մեկնաբանություններին։ Նա մշակեց գրավիտացիոն պոտենցիալի հայեցակարգը և Պուասոնի հավասարումը, որով հնարավոր եղավ հաշվարկել դաներուժ. Այս տեսակի մոդելը հնարավորություն տվեց ուսումնասիրել գրավիտացիոն դաշտը նյութի կամայական բաշխման առկայության դեպքում:

Նյուտոնի տեսության մեջ շատ դժվարություններ կային: Հիմնականը կարելի էր համարել հեռահար գործողության անբացատրելիությունը։ Անհնար էր ճշգրիտ պատասխանել այն հարցին, թե ինչպես են ձգողական ուժերը ուղարկվում վակուումային տարածության միջով անսահման արագությամբ:

Օրենքի «էվոլյուցիա»

Հաջորդ երկու հարյուր տարիները, և նույնիսկ ավելին, բազմաթիվ ֆիզիկոսների կողմից փորձեր արվեցին առաջարկել Նյուտոնի տեսությունը բարելավելու տարբեր ուղիներ: Այս ջանքերն ավարտվեցին հաղթանակով 1915 թվականին, մասնավորապես Հարաբերականության ընդհանուր տեսության ստեղծմամբ, որը ստեղծվել էր Էյնշտեյնի կողմից: Նա կարողացավ հաղթահարել դժվարությունների ամբողջ շարքը։ Համապատասխանության սկզբունքի համաձայն՝ Նյուտոնի տեսությունը պարզվեց, որ մոտարկում է տեսության վրա աշխատանքի սկզբին ավելի ընդհանուր ձևով, որը կարող է կիրառվել որոշակի պայմաններում.

1. Գրավիտացիոն բնույթի ներուժը չի կարող չափազանց մեծ լինել ուսումնասիրվող համակարգերում: Արեգակնային համակարգը երկնային մարմինների շարժման բոլոր կանոններին համապատասխանության օրինակ է։ Ռելյատիվիստական ֆենոմենը հայտնվում է պերիհելիոնի տեղաշարժի նկատելի դրսևորման մեջ։
2. Շարժման արագությունը համակարգերի այս խմբի մեջ չնչին է լույսի արագության համեմատ:

Ապացույցը, որ թույլ անշարժ գրավիտացիոն դաշտում GR-ի հաշվարկները ստանում են նյուտոնյանների ձև, անշարժ դաշտում ձգողականության սկալյար ներուժի առկայությունը.ուժերի թույլ արտահայտված բնութագրերը, որոնք ի վիճակի են բավարարել Պուասոնի հավասարման պայմանները։

Քվանտային սանդղակ

Սակայն պատմության մեջ ոչ համընդհանուր ձգողության օրենքի գիտական բացահայտումը, ոչ էլ Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը չեն կարող ծառայել որպես վերջնական գրավիտացիոն տեսություն, քանի որ երկուսն էլ համարժեքորեն չեն նկարագրում գրավիտացիոն տիպի գործընթացները քվանտի վրա։ սանդղակ. Քվանտային գրավիտացիոն տեսություն ստեղծելու փորձը ժամանակակից ֆիզիկայի ամենակարևոր խնդիրներից մեկն է։

Քվանտային գրավիտացիայի տեսանկյունից օբյեկտների փոխազդեցությունը ստեղծվում է վիրտուալ գրավիտոնների փոխանակման արդյունքում։ Համաձայն անորոշության սկզբունքի՝ վիրտուալ գրավիտոնների էներգետիկ ներուժը հակադարձ համեմատական է այն ժամանակային միջակայքին, որում այն գոյություն է ունեցել՝ մեկ օբյեկտի արտանետման կետից մինչև այն ժամանակի այն կետը, երբ այն կլանվել է մեկ այլ կետով:

Սա հաշվի առնելով՝ պարզվում է, որ հեռավորությունների փոքր մասշտաբով մարմինների փոխազդեցությունը ենթադրում է վիրտուալ տիպի գրավիտոնների փոխանակում։ Այս նկատառումների շնորհիվ կարելի է եզրակացնել Նյուտոնի ներուժի օրենքի և դրա կախվածության մասին դրույթը հեռավորության նկատմամբ համաչափության փոխադարձության համաձայն: Կուլոնի և Նյուտոնի օրենքների անալոգիան բացատրվում է նրանով, որ գրավիտոնների քաշը հավասար է զրոյի։ Ֆոտոնների քաշը նույն նշանակությունն ունի։

Խաբեություն

Դպրոցական ծրագրում պատմությունից հարցի պատասխանը, թե ինչպեսՆյուտոնը հայտնաբերեց համընդհանուր ձգողության օրենքը, խնձորի ընկնող պտուղի պատմությունն է: Ըստ այս լեգենդի՝ այն ընկել է գիտնականի գլխին։ Այնուամենայնիվ, սա տարածված թյուր կարծիք է, և իրականում ամեն ինչ կարողացավ անել առանց գլխի հնարավոր վնասվածքի նմանատիպ դեպքի։ Ինքը՝ Նյուտոնը, երբեմն հաստատում էր այս առասպելը, բայց իրականում օրենքը ինքնաբուխ հայտնագործություն չէր և չէր գալիս ակնթարթային խորաթափանցության մեջ: Ինչպես գրվեց վերևում, այն երկար ժամանակ մշակվել և առաջին անգամ ներկայացվել է «Մաթեմատիկայի սկզբունքների» աշխատություններում, որոնք հանրային ցուցադրության են հայտնվել 1687 թվականին։