중력은 우주에서 가장 강력한 힘이며, 우주의 구조를 결정하는 우주의 네 가지 기본 토대 중 하나입니다. 한 번, 그녀 덕분에, 행성, 별 및 전체 은하계가 생겨났습니다. 오늘날 지구는 궤도를 도는 동안 끊임없이 태양을 여행합니다.
이 매력은 일상 생활에서 매우 중요합니다. 이 보이지 않는 힘 덕분에 우리 세계의 바다는 물결이 나서 강은 흐르고 비는 물방울이 떨어집니다. 어린 시절부터 우리 몸과 주변 물건의 무게를 느낍니다. 우리 경제 활동에 대한 중력의 영향은 엄청납니다.
중력의 첫 번째 이론은 XVII 세기 말에 Isaac Newton에 의해 만들어졌습니다. 그의 세계 법칙 (World Law of Worldwide)은 고전 역학의 틀 내에서 이러한 상호 작용을 설명합니다. 이 현상은 아인슈타인이 지난 세기 초에 발표 한 그의 상대성 이론에 대해 더 광범위하게 기술되었다. 초미립자의 힘으로 일어나는 과정은 양자 이론을 설명해야하지만 아직 만들어지지 않았습니다.
오늘날 우리는 뉴턴 때보 다 중력의 본질에 대해 많이 알고 있습니다. 그러나 수세기의 연구에도 불구하고 여전히 현대 물리학의 걸림돌입니다. 기존의 중력 이론에서는 많은 흰 반점이 있으며, 우리는 여전히 그 원인을 정확히 이해하지 못한다. 그리고 물론, 우리는 중력의 힘을 통제 할 수 없으므로 반 중력이나 부양은 공상 과학 소설의 페이지에만 오랫동안 존재할 것입니다.
뉴튼의 머리에 무엇이 떨어졌습니까?
사람들은 언제나 사물을 땅에 끌어들이는 무력의 본질에 대해 생각했지만 Isaac Newton은 17 세기에만 비밀의 베일을 들어 올렸습니다. 그의 돌파구를위한 기초는 케플러와 갈릴레오 - 천체의 움직임을 연구 한 뛰어난 과학자들의 작품을 놓았다.
폴란드 천문학 자 코페르니쿠스 (Cospernicus)는 뉴턴의 세계 법칙 (Newtonian Law of the World) 이전의 또 다른 1 세기 반 세기 전에 "우주의 아버지가 모든 입자를 타고난 자연스러운 경향, 즉 하나의 전체로 결합하여 구형 체를 형성하는 것"이라고 믿었다. 데카르트는 세계 에테르의 섭동의 결과로 끌어 당김을 고려했다. 그리스 철학자이자 과학자 인 Aristotle은 질량이 몸이 떨어지는 속도에 영향을 미친다고 확신했습니다. 그리고 16 세기가 끝날 무렵 갈릴레오 갈릴레이 만이 이것이 사실이 아니라는 것을 증명했습니다. 공기 저항이 없다면 모든 물체가 같은 방식으로 가속됩니다.
머리와 사과에 관한 일반적인 전설과는 달리, 뉴튼은 20 년 이상 동안 중력의 본질을 이해하려고했습니다. 그의 중력 법칙은 모든 시대와 사람들의 가장 중요한 과학적 발견 중 하나입니다. 그것은 보편적이며 천체의 궤도를 계산하고 우리 주변의 물체의 행동을 정확하게 묘사 할 수 있습니다. 천국의 고전 이론은 천체 역학의 기초를 놓았다. 뉴튼의 세 법칙은 과학자들에게 문자 그대로 "펜 끝에"새로운 행성을 발견 할 수있는 기회를주었습니다. 결국, 인간은 지구 중력을 극복하고 우주로 날아갈 수있었습니다. 그들은 모든 자연 현상이 일반적인 물리적 규칙에 의해 상호 연결되고 통제되는 우주의 물질적 단일체의 철학적 개념하에 엄격한 과학적 기반을 가져 왔습니다.
뉴튼은 시체를 서로 끌어 당기는 힘을 계산하는 수식을 발표 한 것이 아니라 수학적 분석을 포함하는 완벽한 모델을 만들었습니다. 이러한 이론적 인 결론은 가장 현대적인 방법을 사용하는 것을 포함하여 실제로 반복적으로 확인되었습니다.
뉴턴 이론에서 어떤 물질적 대상이라도 중력이라고 불리는 인력을 생성합니다. 또한, 힘은 두 물체의 질량에 비례하고 그 사이의 거리에 반비례합니다.
F = (Gm1 m2) / r2
G는 중력 상수로, 6.67 × 10-11 m³ / (kg · s²)입니다. 그는 1798 년에 Henry Cavendish를 처음으로 계산할 수있었습니다.
일상 생활과 적용 분야에서 지구가 육체를 끌어 당기는 힘을 무게라고합니다. 우주의 어떤 두 물질적 인 물체 사이의 인력은 중력이 단순한 단어입니다.
매력의 힘은 물리학의 4 가지 근본적인 상호 작용 중 가장 약한 것이지만, 그 특징으로 인해 항성계와 은하의 움직임을 조절할 수 있습니다 :
- 이 매력은 어느 거리에서나 작용합니다. 이것은 중력과 강하고 약한 핵 상호 작용의 주된 차이입니다. 거리가 멀어 질수록 그 작용은 감소하지만 결코 0이되지 않으므로 은하의 다른 끝에있는 두 개의 원자조차도 상호 효과가 있다고 말할 수 있습니다. 그것은 매우 작습니다.
- 중력은 보편적입니다. 인력의 분야는 어떤 물질적 인 몸에도 내재되어 있습니다. 과학자들은 아직 우리 행성이나 우주에서이 유형의 상호 작용에 참여하지 않는 대상을 발견하지 못했습니다. 그래서 우주의 삶에서 중력의 역할은 엄청납니다. 이것은 전자기 상호 작용과는 다른데, 그 영향은 우주 프로세스에서 미미합니다. 왜냐하면 대부분의 신체가 전기적으로 중립이기 때문입니다. 중력 세력은 제한되거나 선별 될 수 없습니다.
- 그것은 물질뿐만 아니라 에너지에서도 작용합니다. 그를 위해, 물체의 화학적 조성은 중요하지 않으며, 질량 만이 역할을한다.
뉴턴 공식을 사용하면 인력을 쉽게 계산할 수 있습니다. 예를 들어 달의 중력은 위성보다 몇 배나 작습니다. 우리 위성의 질량이 비교적 작기 때문입니다. 그러나 바다에서 규칙적인 썰물과 흐름을 형성하는 것만으로 충분합니다. 지구에서 자유 낙하 가속도는 약 9.81 m / s2입니다. 그리고 폴에서는 적도보다 다소 크다.
과학의 발전을위한 엄청난 중요성에도 불구하고 뉴턴의 법칙에는 연구자들에게 안주하지 않은 여러 가지 약점이있었습니다. 엄청난 거리에서 절대적으로 빈 공간을 통해 중력이 어떻게 작용하는지는 분명하지 않았습니다. 또한 뉴턴의 법칙과 모순되는 점차적으로 자료가 축적되기 시작했다. 예를 들어, 중력 역설 또는 수성의 근일성의 변위. 보편적 인 침략 이론은 정련을 필요로한다는 것이 명백 해졌다. 이 영예는 독일의 뛰어난 물리학자인 알버트 아인슈타인 (Albert Einstein)의 많은 사람들에게 떨어졌습니다.
상대성 이론의 매력과 이론
중력의 본질에 대해 논하는 뉴턴의 거부 ( "나는 가설을 고안하지 않는다")는 그의 개념의 명백한 약점이었다. 당연히, 다음 해에는 많은 중력 이론이 나타났습니다.
그들 대부분은 소위 유체 역학 모델에 속해 있었는데, 이것은 어떤 속성을 가진 중간 물질과 물질적 인 물체의 기계적 상호 작용의 출현을 정당화하려고 시도했다. "진공", "에테르", "중력 플럭스 (graviton flux)"등이 연구원들에 의해 다르게 부름을 받았다.이 경우 신체 사이의 인력은 물질 또는 스크린 된 흐름에 의해 흡수되었을 때이 물질의 변화로 인해 발생했다. 실제로 이러한 모든 이론에는 하나의 심각한 단점이있었습니다. 중력의 거리 의존성을 정확하게 예측하기 위해서는 "에테르"또는 "중력 플럭스"에 상대적으로 움직이는 시체의 감속으로 이어져야했습니다.
아인슈타인은 다른 각도에서이 문제에 접근했습니다. 그의 일반 상대성 이론 (GTR)에서 중력은 힘의 상호 작용이 아니라 시공 자체의 속성으로 간주됩니다. 질량이있는 물체는 곡률로 이어 지므로 끌림이 발생합니다. 이 경우 중력은 비 유클리드 기하학의 틀에서 고려되는 기하학적 효과입니다.
간단히 말해, 시공간 연속체는 물질을 움직이게하여 물질에 영향을줍니다. 그리고 그것은 차례로 공간에 영향을 미치고, 그를 "구부리는"방법을 가르칩니다.
인력의 힘은 소우주에서 작용하지만, 초미립자 수준에서는 정전기 상호 작용에 비해 영향이 미미합니다. 물리학 자들은 빅뱅 이후의 첫 순간 (10-43 초)에는 중력 적 상호 작용이 다른 것들보다 열등하지 않다라고 생각한다.
현재, 일반 상대성 이론에서 제안 된 중력의 개념은 대다수의 과학 공동체에 의해 수용되고 수많은 실험의 결과에 의해 확인되는 주요 작업 가설이다.
아인슈타인은 중력의 놀라운 효과를 예견했으며, 그 중 대부분은 이미 확인되었습니다. 예를 들어, 거대한 몸체가 광선을 굴절시키고 심지어 시간의 흐름을 늦출 수있는 가능성. 후자의 현상은 GLONASS 및 GPS와 같은 위성 항법 시스템을 운영 할 때 반드시 고려되어야합니다. 그렇지 않으면 수일 내에 오류가 수십 킬로미터가됩니다.
또한 아인슈타인 이론의 결과는 중력장과 관성 참조 시스템의 관성 (Lense-Thirring 효과라고도 함)과 같은 중력의 미묘한 영향이라고도합니다. 이러한 힘의 발현은 너무 약해서 오랫동안 발견 될 수 없었다. 2005 년에만 NASA의 독특한 Gravity Probe B 사명 덕분에 Lense-Thirring 효과가 확인되었습니다.
최근의 중력 방사선 또는 가장 근본적인 발견
중력 파는 빛의 속도로 전파하는 기하학적 시공간 구조의 진동입니다. 이 현상의 존재는 또한 일반적인 상대성 이론에서 Einstein에 의해 예측되었지만 힘의 약함으로 인해 그 크기는 매우 작아서 오랜 시간 동안 발견 될 수 없었다. 간접적 인 증거 만이 방사선의 존재에 찬성한다고 말했다.
이러한 파동은 비대칭 가속으로 움직이는 물체를 생성합니다. 과학자들은 그것들을 "시공간 파문"이라고 묘사합니다. 그러한 방사선의 가장 강력한 근원은 은하와 충돌하는 두 가지 물체로 구성된 시스템입니다. 후자의 전형적인 예는 블랙홀 또는 중성자 별의 융합이다. 이러한 과정에서 중력 복사열은 시스템 전체 질량의 50 % 이상을 통과 할 수 있습니다.
중력파는 2 개의 LIGO 관측소를 사용하여 2015 년에 처음 발견되었습니다. 거의 즉시,이 사건은 최근 수십 년 동안 물리학에서 가장 큰 발견의 지위를 받았다. 2017 년 노벨상을 수상했습니다. 그 후, 과학자들은 여러 번 중력 방사선을 고칠 수있었습니다.
실험적인 확인이 있기 훨씬 전인 지난 세기의 70 년대로 돌아가서 과학자들은 중거리 방사선을 사용하여 장거리 통신을 수행 할 것을 제안했습니다. 그것의 의심 할 여지없는 이점은 흡수되지 않고 어떤 물질을 통과하는 높은 능력입니다. 그러나 현재로서는 이러한 파장의 발생과 수신에 엄청난 어려움이 있기 때문에 거의 불가능합니다. 예, 중력의 본질에 대한 진정한 지식은 충분하지 않습니다.
오늘날 LIGO와 마찬가지로 전 세계 다른 국가에 여러 곳의 설치가 있으며 새로운 건물이 건설 중입니다. 가까운 장래에 중력 복사에 대해 더 많이 배우게 될 것 같습니다.
세계의 넓음과 창조의 이유에 대한 대안 이론들
현재 중력의 지배적 인 개념은 GR이다. 그것은 실험 데이터와 관찰의 기존 배열 전체와 일치합니다. 동시에, 그것은 분명히 약점과 논란의 포인트가 많기 때문에 중력의 성질을 설명하는 새로운 모델을 창조하려는 시도는 멈추지 않는다.
지금까지 개발 된 세계적인 인식의 모든 이론은 여러 주요 그룹으로 나눌 수있다.
- 표준;
- 대안;
- 양자;
- 단일 필드 이론.
XIX 세기에 새로운 세계 개념을 만들려고 시도했다. 여러 저자들은 에테르 또는 빛의 미립 이론을 포함했다. 그러나 GR의 출현은 이러한 탐험을 끝장 내었다. 발표 후 과학자들의 목표가 바뀌 었습니다. 이제는 입자의 뒤쪽, 우주의 팽창 등과 같은 새로운 자연 현상을 포함하여 아인슈타인 모델을 개선하기위한 노력이있었습니다.
1980 년대 초 물리학 자들은 GTR을 핵심 부분으로 포함하는 개념을 제외하고 실험적으로 모든 개념을 거부했습니다. 이때 유망한 "유행 이론"을 보게되었습니다. 그러나 이러한 가설에 대한 경험있는 확인은 발견되지 않았다. 지난 수십 년 동안 과학은 상당한 수준에 도달했으며 광범위한 경험적 데이터를 축적 해 왔습니다. 오늘날, 중력의 대안 이론을 창조하려는 시도는 주로 "암흑 물질", "인플레이션", "암흑 에너지"와 같은 개념과 관련된 우주론 연구에 의해 촉발되었습니다.
현대 물리학의 주요 과제 중 하나는 양자 이론과 일반 상대성 이론이라는 두 가지 기본 방향의 통일입니다. 과학자들은 매력을 다른 유형의 상호 작용과 연관시켜 "모든 것에 대한 이론"을 만듭니다. 이것은 중력 상호 작용에 대한 양자 묘사를 시도하는 물리학의 한 분야 인 양자 중력이하는 일과 정확히 같습니다. 이 방향의 한 부분은 루프 중력의 이론입니다.
적극적이고 장기적인 노력에도 불구하고이 목표는 아직 달성되지 못했습니다. 그리고 문제는이 작업의 복잡성조차도 아닙니다. 단순히 양자 이론의 기초와 GR이 완전히 다른 패러다임이라는 것입니다. 양자 역학은 일반적인 시공간의 배경에 작용하는 물리적 시스템과 함께 작동합니다. 그리고 상대성 이론에서는 시공간 자체가 고전적인 시스템의 매개 변수에 따라 역동적 인 구성 요소입니다.
세계의 과학적 가설과 함께 현대 물리학과는 거리가 먼 이론도 있습니다. 불행히도, 최근에 그런 "오푸스"는 서점의 인터넷과 선반에 막 침수되었습니다. 그러한 작품의 일부 저자들은 일반적으로 중력이 존재하지 않는다는 것을 독자에게 알리고 Newton과 Einstein의 법칙은 발명품이자 신비화이다.
그 예로 뉴턴이 세계의 법칙을 발견하지 못했다고 주장하는 "과학자"니콜라이 레바 쇼프 (Nikolai Levashov)의 연구가있다. 행성과 달, 태양계 만이 태양계에 중력을 가지고 있다고 주장한다. 이 "러시아 과학자"의 증거는 아주 이상합니다. 그 중 하나는 2000 년에 일어난 소행성 에로스 (Eros)에 대한 미국 NEAR Shoemaker 탐사선의 비행입니다. 탐사선과 천체 사이의 매력이 없다는 이유로 Levashov는 뉴턴의 작품에 대한 허위 사실과 사람의 중력에 대한 진실을 숨기는 물리학 자들의 음모에 대한 증거를 고려한다.
사실, 우주선은 성공적으로 임무를 완수했습니다. 첫째, 소행성 궤도에 들어가서 그 표면에 연착륙했습니다.
인공 중력과 그것이 필요한 이유
두 가지 개념은 중력과 관련이 있으며, 현재의 이론적 지위에도 불구하고 일반 대중에게 잘 알려져 있습니다. 이 반 중력과 인공 중력.
반 중력은 중력을 중화시키는 과정으로, 중력을 크게 감소 시키거나 반발력으로 대체 할 수 있습니다. 이 기술을 습득하면 교통, 항공, 우주 공간 탐사에서 진정한 혁명을 일으키고 우리 삶 전체를 근본적으로 변화시킬 수 있습니다. 그러나 현재 반 중력의 가능성은 이론적 인 확인조차 없다. 또한, GTR에 기초하여,이 현상은 우리의 우주에 부정적인 질량이 존재할 수 없기 때문에 가능하지 않습니다. 앞으로 우리는 중력에 대해 더 많이 배우고이 원리를 바탕으로 항공기를 만드는 법을 배울 수 있습니다.
인공 중력은 기존 중력의 인위적 변화입니다. 오늘날 우리는 그러한 기술이 필요하지 않지만 장기간 우주 여행을 시작한 후에는 상황이 바뀔 것입니다. 그리고 그 것이 우리의 생리학입니다. 수백만 년의 진화에 의해 지구의 일정한 중력에 익숙한 인체는 중력 감소의 효과에 대해 매우 부정적입니다. 달의 중력 조건 (지구의 6 배보다 약함)에서도 오래 머무르면 슬픈 결과를 초래할 수 있습니다. 매력의 환영은 관성과 같은 다른 물리적 힘을 사용하여 만들 수 있습니다. 그러나 이러한 옵션은 복잡하고 비용이 많이 듭니다. В настоящий момент искусственная гравитация не имеет даже теоретических обоснований, очевидно, что ее возможная практическая реализация - это дело весьма отдаленного будущего.
Сила тяжести - это понятие, известное каждому еще со школьной скамьи. Казалось бы, ученые должны были досконально исследовать этот феномен! Но гравитация так и остается глубочайшей тайной для современной науки. И это можно назвать прекрасным примером того, насколько ограничены знания человека о нашем огромном и замечательном мире.
