KAS ATRADO SUNKUMĄ?

Send

Keturios pagrindinės jėgos valdo visas sąveikas Visatoje. Tai silpnos branduolinės jėgos, stiprios branduolinės jėgos, elektromagnetizmas ir gravitacija. Iš jų sunkiausia yra paslaptingiausia gravitacija. Nors kurį laiką buvo suprantama, kaip šis fizikos dėsnis veikia makro mastu - valdant mūsų Saulės sistemą, galaktikas ir superklasterius, - kaip jis sąveikauja su kitomis trimis pagrindinėmis jėgomis, išlieka paslaptis.

Natūralu, kad žmonės nuo neatmenamų laikų turėjo pagrindinį supratimą apie šią jėgą. Kalbant apie šiuolaikinį gravitacijos supratimą, kreditas yra skolingas vienam žmogui, kuris iššifravo jo savybes ir tai, kaip jis valdo visus didelius ir mažus dalykus, - seras Izaokas Newtonas. Šio 17-ojo amžiaus anglų fiziko ir matematiko dėka mūsų supratimas apie Visatą ir ją valdančius įstatymus amžiams bus pakeistas.

Nors mes visi esame susipažinę su ikonišku žmogaus, sėdinčio po obelimi ir turinčio vieną kritimą ant galvos, įvaizdžiu, Newtono teorijos apie sunkumą taip pat atspindėjo daugelį metų trunkančių tyrimų, kurie savo ruožtu buvo paremti šimtmečiais sukauptomis žiniomis, kulminaciją. Jis šias teorijas pristatytų savo magnum opus, „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“ („Matematiniai gamtos filosofijos principai“), pirmą kartą išleista 1687 m.

Šiame tome Niutonas išdėstė tai, kas bus žinoma kaip jo trys judesio įstatymai, kurie buvo išvesti iš Johaneso Keplerio „Planetinio judėjimo įstatymai“ ir jo paties matematinio gravitacijos aprašymo. Šie įstatymai padėtų klasikinės mechanikos pagrindą ir liktų neginčijami šimtmečius - iki XX amžiaus ir Einsteino reliatyvumo teorijos atsiradimo.

Fizika iki XVII a.

17-asis amžius buvo labai palankus metas mokslams, turėdamas didelių proveržių matematikos, fizikos, astronomijos, biologijos ir chemijos srityse. Vieni iš didžiausių šio laikotarpio pokyčių yra Nicolauso Koperniko sukurtas heliocentrinis Saulės sistemos modelis, novatoriškas darbas su teleskopais ir Galileo Galilei stebėjimo astronomija bei modernios optikos kūrimas.

Taip pat tuo laikotarpiu Johanesas Kepleris sukūrė savo Planetų judėjimo įstatymus. Šie įstatymai, suformuluoti tarp 1609 ir 1619 m., Apibūdino tuomet žinomų planetų (Merkurijaus, Veneros, Žemės, Marso, Jupiterio ir Saturno) judėjimą aplink Saulę. Jie pareiškė, kad:

Planetos juda aplink Saulę elipsėmis, kai Saulė yra viename židinyje
Linija, jungianti Saulę su planeta, vienodais laikais apvažiuoja vienodus plotus.
Planetos orbitinio periodo kvadratas yra proporcingas vidutinio atstumo nuo saulės, esančios elipsės (arba, kitaip tariant, „pusiau pagrindinės ašies“) elipsės viduryje, atstumui iki pusės (mažiausios ir trečiosios galios), kubiui (3 galia). didžiausias atstumas nuo saulės).

Šie įstatymai išsprendė likusias matematines problemas, iškeltas Koperniko heliocentrinio modelio, taip pašalindamos visas abejones, kad tai buvo teisingas Visatos modelis. Remdamasis jais, seras Izaokas Niutonas pradėjo svarstyti apie gravitaciją ir jos poveikį planetų orbitoms.

Trys Niutono įstatymai:

1678 m. Niutonas patyrė visišką nervų suirimą dėl perdėto darbo ir su kolegės astronomo Roberto Hooke'o įniršio. Kitus kelerius metus jis atsisakė susirašinėjimo su kitais mokslininkais, išskyrus atvejus, kai jie tai inicijavo, ir vėl domėjosi mechanika ir astronomija. 1680-81 m. Žiemą kometos pasirodymas, apie kurią jis susirašinėjo su Johnu Flamsteedu (Anglijos karališkasis astronomas), taip pat atnaujino susidomėjimą astronomija.

Peržiūrėjęs Keplerio judesio įstatymus, Niutonas sukūrė matematinį įrodymą, kad planetų orbitų elipsinė forma atsiras dėl Centripetalio jėgos, atvirkščiai proporcingos spindulio vektoriaus kvadratui. Newton šiuos rezultatus perdavė Edmondui Halley („Haley’s Comet“ atradėjas) ir Karališkajai draugijai De motu corporum in gyr.

Šiame trakte, išleistame 1684 m., Buvo sėkla to, ką Niutonas išplės, kad sudarytų savo magnum opus, „Philosophiae Naturalis Principia Mathematica“. Šiame traktate, kuris buvo paskelbtas 1687 m. Liepą, buvo trys Niutono judėjimo įstatymai, kuriuose teigiama:

Žiūrint iš inercinio atskaitos rėmo, objektas arba lieka ramybėje, arba toliau juda pastoviu greičiu, nebent jis veikiamas išorinės jėgos.
Objekto išorinių jėgų (F) vektorinė suma yra lygi masei (m) to objekto, padauginto iš objekto pagreičio vektoriaus (a). Matematiškai tai išreiškiama taip: F =ma
Kai vienas kūnas daro jėgą antram kūnui, antrasis kūnas tuo pačiu metu sukelia jėgos, lygios dydžiui ir priešingas pirmajam kūnui.

Šie įstatymai kartu apibūdino bet kurio objekto, jį veikiančių jėgų ir atsirandančio judesio santykį, padėdami pagrindą klasikinei mechanikai. Įstatymai taip pat leido Niutonui apskaičiuoti kiekvienos planetos masę, Žemės išlyginimą ties poliais ir pūtimą ties pusiauju bei tai, kaip Saulės ir Mėnulio gravitacinis traukimas sukuria Žemės potvynius.

Tame pačiame darbe Niutonas pristatė į skaičiavimą panašų geometrinės analizės metodą, naudodamas „pirmąjį ir paskutinįjį santykį“, nustatė garso greitį ore (remdamasis Boyle'io dėsniu), apskaitė lygiadienių procesiją (kuri, jo manymu, buvo Mėnulio gravitacinio patrauklumo Žemei rezultatas), inicijavo Mėnulio judėjimo nelygumų gravitacinį tyrimą, pateikė kometų orbitų nustatymo teoriją ir daug daugiau.

Niutonas ir „Apple incidentas“:

Pasakojimas apie Newtoną, kuris sugalvojo savo visuotinės gravitacijos teoriją dėl to, kad ant galvos nukrito obuolys, tapo populiariosios kultūros kuokšteline. Ir nors dažnai buvo teigiama, kad istorija yra apokrifinė ir Niutonas nė akimirkos nesugalvojo savo teorijos, pats Niutonas daug kartų pasakojo istoriją ir tvirtino, kad įvykis jį įkvėpė.

Be to, istoriją patvirtino Williamo Stukeley - anglų dvasininko, antikaro ir kolegos Karališkosios draugijos nario - rašymai. Tačiau užuot komiškas obuolio, smogiančio Niutonui į galvą, vaizdavimas, Stukeley aprašė savo Sir Izaoko Newtono gyvenimo prisiminimai (1752) pokalbis, kuriame Niutonas aprašė apmąstęs gravitacijos prigimtį stebėdamas obuolio kritimą.

„... mes ėjome į sodą ir gėrėme Thea po kai kurių programėlių šešėliu; tik jis, ir aš pats. Tarp kitų diskursų, jis man pasakė, jis buvo atsidūręs tokioje pačioje situacijoje, kaip ir anksčiau, kai jo galvoje kilo mintis apie gravitaciją. „Kodėl tas obuolys visada turėtų nusileisti statmenai žemei“, - galvojo jis sau; proga nukritus obuoliui ... “

Johnas Conduittas, Niutono padėjėjas Karališkojoje monetų kalykloje (kuris galų gale ištekėjo už dukterėčios) taip pat aprašė pasakojimą apie savo pasakojimą apie Niutono gyvenimą. Anot Conduitt, incidentas įvyko 1666 m., Kai Niutonas keliavo susitikti su savo motina Lincolnshire. Vaikščiodamas sode, jis svarstė, kaip gravitacijos įtaka buvo nutolusi toli už žemės, atsakinga už obelų kritimą ir Mėnulio orbitą.

Panašiai Voltaire'as rašė savo Esė apie epinę poeziją (1727), kad Niutonas pirmą kartą pagalvojo apie gravitacijos sistemą, eidamas savo sode ir stebėdamas, kaip nuo medžio krenta obelis. Tai atitinka Niutono pastabas iš 1660-ųjų, kurios parodo, kad jis susidūrė su mintimi, kaip antžeminė gravitacija, atvirkštine kvadrato proporcija, tęsiasi iki Mėnulio.

Tačiau jam prireiks dar dviejų dešimtmečių, kad jis išsamiai išplėstų savo teorijas, kad sugebėjo pasiūlyti matematinius įrodymus, kaip parodyta Principia. Kai tai buvo baigta, jis padarė išvadą, kad ta pati jėga, kuri priverčia objektą nukristi ant žemės, yra atsakinga už kitus orbitos judesius. Taigi jis jį pavadino „visuotine gravitacija“.

Teigiama, kad įvairūs medžiai yra „obelis“, kurį apibūdina Niutonas. Granthamo karalių mokykla teigia, kad jų mokykla įsigijo originalų medį, jį iškeldino ir po kelerių metų nuvežė į mokyklos direktoriaus sodą. Tačiau „National Trust“, kuris pasitiki Woolsthorpe dvaru (kuriame užaugo Niutonas), tvirtina, kad medis vis dar gyvena jų sode. Originalus medžio palikuonis gali būti matomas augant už pagrindinių Trejybės koledžo vartų Kembridže, žemiau kambario, kuriame gyveno Niutonas, kai jis ten studijavo.

Niutono darbas turės didžiulį poveikį mokslams, nes jo principai išliks kanonu ateinančius 200 metų. Tai taip pat informavo apie visuotinės gravitacijos, kuri tapo pagrindiniu šiuolaikinės astronomijos pagrindu, koncepciją, kuri nebus peržiūrėta iki XX amžiaus - atradus kvantinę mechaniką ir Einšteino bendrojo reliatyvumo teoriją.

„Space Magazine“ esame parašę daug įdomių straipsnių apie gravitaciją. Štai kas buvo seras Izaokas Niutonas, kas buvo Galileo Galilei ?, kas yra gravitacijos jėga? Ir kas yra gravitacinė konstanta?

Astronomijos aktoriai turi keletą gerų epizodų šia tema. Štai 37 epizodas: gravitacinis objektyvas ir 102 epizodas: gravitacija,

Šaltiniai: