Тази статия ще се фокусира върху историята на откриването на закона за универсалното привличане. Тук ще се запознаем с биографичната информация от живота на учения, открил тази физическа догма, ще разгледаме основните й положения, връзката с квантовата гравитация, хода на развитие и много други.
Гений
Сър Исак Нютон е учен от Англия. По едно време той отдели много внимание и усилия на такива науки като физика и математика, а също така донесе много нови неща в механиката и астрономията. Той с право се смята за един от първите създатели на физиката в нейния класически модел. Автор е на фундаменталния труд "Математически принципи на естествената философия", където представя информация за трите закона на механиката и закона за всемирното привличане. С тези произведения Исак Нютон положи основите на класическата механика. Той разработи смятане от диференциален и интегрален тип, теория на светлината. Той също така има голям принос към физическата оптика.и разработи много други теории във физиката и математиката.
Закон
Законът за всемирното привличане и историята на неговото откриване датират от 1666 г. Класическата му форма е закон, който описва взаимодействието на гравитационния тип, което не излиза извън рамките на механиката.
Същността му беше, че индикаторът за силата F на гравитационното притегляне, възникваща между 2 тела или точки от материя m1 и m2, разделени едно от друго на определено разстояние r, е пропорционален на двата масови индикатора и има обратно пропорционалност на квадратните разстояния между телата:
F=G, където G означава гравитационната константа, равна на 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Гравитация на Нютон
Преди да разгледаме историята на откриването на закона за универсалната гравитация, нека разгледаме по-отблизо неговите общи характеристики.
В теорията, създадена от Нютон, всички тела с голяма маса трябва да генерират специално поле около себе си, което привлича други обекти към себе си. Нарича се гравитационно поле и има потенциал.
Тяло със сферична симетрия образува поле извън себе си, подобно на това, създадено от материална точка със същата маса, разположена в центъра на тялото.
Посоката на траекторията на такава точка в гравитационното поле, създадена от тяло с много по-голяма маса, се подчинява на закона на Кеплер. Обекти на Вселената, като напр.планета или комета, също му се подчиняват, движейки се по елипса или хипербола. Отчитането на изкривяването, което създават други масивни тела, се взема предвид с помощта на разпоредбите на теорията на смущенията.
Анализиране на точността
След като Нютон открива закона за всемирното притегляне, той трябваше да бъде тестван и доказан многократно. За целта бяха направени редица изчисления и наблюдения. След като се съгласи с неговите разпоредби и изхождайки от точността на неговия индикатор, експерименталната форма на оценка служи като ясно потвърждение на GR. Измерването на квадруполните взаимодействия на тяло, което се върти, но неговите антени остават неподвижни, ни показва, че процесът на увеличаване на δ зависи от потенциала r -(1+δ), на разстояние от няколко метра и се намира в граница (2, 1±6, 2)•10-3. Редица други практически потвърждения позволиха този закон да бъде установен и да приеме единна форма, без никакви модификации. През 2007 г. тази догма беше препроверена на разстояние по-малко от сантиметър (55 микрона-9,59 мм). Като взеха предвид експерименталните грешки, учените изследваха диапазона на разстоянието и не откриха очевидни отклонения в този закон.
Наблюдението на орбитата на Луната спрямо Земята също потвърди неговата валидност.
Евклидово пространство
Класическата теория на гравитацията на Нютон е свързана с евклидовото пространство. Действителното равенство с достатъчно висока точност (10-9) на мерките за разстояние в знаменателя на равенството, обсъдено по-горе, ни показва евклидовата основа на пространството на нютоновата механика, с три -измерна физическа форма. ATдо такава точка на материята, площта на сферична повърхност е точно пропорционална на стойността на квадрата на нейния радиус.
Данни от историята
Нека разгледаме кратко обобщение на историята на откриването на закона за универсалното гравитиране.
Идеите бяха предложени от други учени, живели преди Нютон. Епикур, Кеплер, Декарт, Робервал, Гасенди, Хюйгенс и други посетиха разсъждения върху него. Кеплер предполага, че гравитационната сила е обратно пропорционална на разстоянието от звездата на Слънцето и има разпределение само в равнините на еклиптиката; според Декарт е следствие от дейността на вихри в дебелината на етера. Имаше серия от предположения, които съдържаха отражение на правилните предположения относно зависимостта от разстоянието.
Писмо от Нютон до Халей съдържаше информация, че предшествениците на самия сър Исак са Хук, Рен и Бюйо Исмаел. Никой преди него обаче не успяваше ясно, използвайки математически методи, да свърже закона за гравитацията и планетарното движение.
Историята на откриването на закона за всемирното притегляне е тясно свързана с работата "Математически принципи на естествената философия" (1687). В тази работа Нютон е успял да изведе въпросния закон благодарение на емпиричния закон на Кеплер, който вече е бил известен по това време. Той ни показва, че:
- формата на движение на всяка видима планета показва наличието на централна сила;
- Силата на привличане от централния тип образува елиптични или хиперболични орбити.
За теорията на Нютон
Прегледът на кратката история на откриването на закона за универсалната гравитация може също да ни насочи към редица разлики, които го отличават от предишните хипотези. Нютон се занимава не само с публикуването на предложената формула на разглежданото явление, но също така предлага модел от математически тип в холистична форма:
- разпоредба относно закона за гравитацията;
- устав за закона за движение;
- систематика на методите на математически изследвания.
Тази триада беше в състояние доста точно да изследва дори най-сложните движения на небесни обекти, като по този начин създаде основата за небесната механика. До началото на дейността на Айнщайн в този модел не се изискваше наличието на фундаментален набор от корекции. Само математическият апарат трябваше да бъде значително подобрен.
Обект за обсъждане
Откритият и доказан закон през осемнадесети век става добре известен обект на активни спорове и стриктни проверки. Векът обаче завършва с общо съгласие с неговите постулати и твърдения. Използвайки изчисленията на закона, беше възможно да се определят точно пътищата на движение на телата в небето. Директна проверка е направена от Хенри Кавендиш през 1798 г. Той направи това с помощта на везни от торсионен тип с голяма чувствителност. В историята на откриването на универсалния закон за гравитацията е необходимо да се отдели специално място на интерпретациите, въведени от Поасон. Той разработи концепцията за гравитационния потенциал и уравнението на Поасон, с което е възможно да се изчисли товапотенциал. Този тип модел направи възможно изследването на гравитационното поле в присъствието на произволно разпределение на материята.
Имаше много трудности в теорията на Нютон. Основният може да се счита за необяснимостта на действието на далечни разстояния. Беше невъзможно да се отговори точно на въпроса как силите на привличане се изпращат през вакуумното пространство с безкрайна скорост.
"Еволюция" на закона
Следващите двеста години и дори повече, бяха направени опити от много физици да предложат различни начини за подобряване на теорията на Нютон. Тези усилия завършват с триумф през 1915 г., а именно създаването на Общата теория на относителността, която е създадена от Айнщайн. Той успя да преодолее целия набор от трудности. В съответствие с принципа на съответствие, теорията на Нютон се оказа приближение към началото на работа по теория в по-общ вид, който може да се приложи при определени условия:
- Потенциалът на гравитационната природа не може да бъде твърде голям в изследваните системи. Слънчевата система е пример за спазване на всички правила за движение на небесните тела. Релативисткият феномен се оказва в забележимо проявление на изместване на перихелий.
- Скоростта на движение в тази група системи е незначителна в сравнение със скоростта на светлината.
Доказателство, че в слабо стационарно гравитационно поле, GR изчисленията приемат формата на нютонови е наличието на скаларен потенциал на гравитацията в неподвижно поле сслабо изразена характеристика на силите, която е в състояние да удовлетвори условията на уравнението на Поасон.
Quanta Scale
В историята обаче нито научното откритие на закона за универсалната гравитация, нито Общата теория на относителността биха могли да послужат като окончателна гравитационна теория, тъй като и двете не описват адекватно процесите от гравитационния тип върху квантовата мащаб. Опитът за създаване на квантова гравитационна теория е една от най-важните задачи на съвременната физика.
От гледна точка на квантовата гравитация, взаимодействието между обектите се създава чрез обмен на виртуални гравитони. В съответствие с принципа на неопределеността енергийният потенциал на виртуалните гравитони е обратно пропорционален на интервала от време, в който е съществувал, от точката на излъчване от един обект до момента във времето, в който е бил погълнат от друга точка.
С оглед на това се оказва, че в малък мащаб от разстояния взаимодействието на телата води до обмен на гравитони от виртуален тип. Благодарение на тези съображения е възможно да се заключи разпоредбата за закона за потенциала на Нютон и неговата зависимост в съответствие с реципрочната пропорционалност по отношение на разстоянието. Аналогията между законите на Кулон и Нютон се обяснява с факта, че теглото на гравитоните е равно на нула. Теглото на фотоните има същото значение.
Измама
В училищната програма, отговорът на въпрос от историята, какНютон открива закона за всемирното привличане, е историята на падащ плод от ябълка. Според тази легенда тя паднала върху главата на учен. Това обаче е широко разпространено погрешно схващане и всъщност всичко можеше да мине без подобен случай на възможна травма на главата. Самият Нютон понякога потвърждаваше този мит, но в действителност законът не беше спонтанно откритие и не дойде в изблик на моментно прозрение. Както беше написано по-горе, той се разработва дълго време и е представен за първи път в трудовете по „Принципите на математиката“, които се появяват на публично изложение през 1687 г.
