Makala haya yataangazia historia ya ugunduzi wa sheria ya uvutano wa ulimwengu wote. Hapa tutafahamiana na habari za wasifu kutoka kwa maisha ya mwanasayansi aliyegundua fundisho hili la kimwili, fikiria masharti yake makuu, uhusiano na mvuto wa quantum, mwendo wa maendeleo, na mengi zaidi.
Genius
Sir Isaac Newton ni mwanasayansi kutoka Uingereza. Wakati mmoja, alijitolea sana na bidii kwa sayansi kama vile fizikia na hesabu, na pia alileta mambo mengi mapya kwa mechanics na unajimu. Anachukuliwa kuwa mmoja wa waanzilishi wa kwanza wa fizikia katika mtindo wake wa kitamaduni. Yeye ndiye mwandishi wa kazi ya msingi "Kanuni za Hisabati za Falsafa ya Asili", ambapo aliwasilisha habari kuhusu sheria tatu za mechanics na sheria ya mvuto wa ulimwengu. Isaac Newton aliweka misingi ya mechanics ya kitambo na kazi hizi. Alitengeneza hesabu ya aina tofauti na muhimu, nadharia nyepesi. Pia alitoa mchango mkubwa kwa macho ya kimwili.na kuendeleza nadharia nyingine nyingi katika fizikia na hisabati.
Sheria
Sheria ya uvutano wa ulimwengu wote na historia ya ugunduzi wake ilianza 1666. Umbo lake la kitamaduni ni sheria inayoelezea mwingiliano wa aina ya uvutano, ambayo haiendi zaidi ya mfumo wa mekanika.
Kiini chake kilikuwa kwamba kiashirio cha nguvu F ya mvuto wa mvuto unaotokea kati ya miili 2 au nukta za maada m1 na m2, zikitenganishwa kutoka kwa kila mmoja kwa umbali fulani r, ni sawia na viashirio vyote viwili na ina uwiano kinyume na umbali wa mraba kati ya miili:
F=G, ambapo G inaashiria mvuto thabiti sawa na 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
mvuto wa Newton
Kabla ya kuzingatia historia ya ugunduzi wa sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, hebu tuangalie kwa karibu sifa zake za jumla.
Katika nadharia iliyoundwa na Newton, miili yote iliyo na misa kubwa lazima itengeneze uwanja maalum unaowazunguka, ambao huvutia vitu vingine kwa yenyewe. Inaitwa uga wa mvuto, na ina uwezo.
Mwili wenye ulinganifu wa duara huunda uga nje yenyewe, sawa na ule ulioundwa na ncha ya nyenzo ya uzito sawa iliyoko katikati ya mwili.
Mwelekeo wa mwelekeo wa sehemu kama hiyo katika uwanja wa mvuto, iliyoundwa na mwili wenye uzito mkubwa zaidi, hutii sheria ya Kepler. Vitu vya ulimwengu, kama, kwa mfano,sayari au comet, pia kumtii, kusonga katika duaradufu au hyperbola. Uhasibu wa upotoshaji ambao mashirika mengine makubwa huunda huzingatiwa kwa kutumia masharti ya nadharia ya upotoshaji.
Kuchanganua usahihi
Baada ya Newton kugundua sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, ilibidi kujaribiwa na kuthibitishwa mara nyingi. Kwa hili, idadi ya mahesabu na uchunguzi ulifanywa. Baada ya kukubaliana na vifungu vyake na kuendelea kutoka kwa usahihi wa kiashiria chake, fomu ya majaribio ya makadirio hutumika kama uthibitisho wazi wa GR. Kipimo cha mwingiliano wa quadrupole ya mwili unaozunguka, lakini antena zake hubakia tuli, hutuonyesha kuwa mchakato wa kuongeza δ unategemea uwezo wa r -(1+δ), kwa umbali wa mita kadhaa na iko katika kikomo (2, 1±6, 2)•10-3. Idadi ya uthibitisho mwingine wa vitendo uliruhusu sheria hii kuanzishwa na kuchukua fomu moja, bila marekebisho yoyote. Mnamo 2007, nadharia hii iliangaliwa tena kwa umbali chini ya sentimita (55 microns-9.59 mm). Kwa kuzingatia makosa ya majaribio, wanasayansi walichunguza masafa na hawakupata hitilafu dhahiri katika sheria hii.
Uchunguzi wa mzunguko wa Mwezi kuhusiana na Dunia pia ulithibitisha uhalali wake.
Nafasi ya Euclidean
Nadharia ya asili ya Newton ya mvuto inaunganishwa na anga ya Euclidean. Usawa halisi wenye usahihi wa juu wa kutosha (10-9) wa vipimo vya umbali katika kipunguzo cha usawa kilichojadiliwa hapo juu hutuonyesha msingi wa Euclidean wa nafasi ya mechanics ya Newton, na tatu. -umbo la kimaumbile. KATIKAkwa uhakika kama huo, eneo la uso wa duara ni sawia kabisa na thamani ya mraba wa radius yake.
Data kutoka historia
Hebu tufikirie muhtasari mfupi wa historia ya ugunduzi wa sheria ya uvutano wa ulimwengu wote.
Mawazo yalitolewa na wanasayansi wengine walioishi kabla ya Newton. Epicurus, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens na wengine walitembelea tafakari juu yake. Kepler alipendekeza kuwa nguvu ya uvutano inawiana kinyume na umbali kutoka kwa nyota ya Jua na ina mgawanyo tu katika ndege za ecliptic; kulingana na Descartes, ilikuwa ni matokeo ya shughuli za vortices katika unene wa ether. Kulikuwa na mfululizo wa makadirio ambayo yalikuwa na kiakisi cha makadirio sahihi kuhusu utegemezi wa umbali.
Barua kutoka kwa Newton kwenda kwa Halley ilikuwa na habari kwamba watangulizi wa Sir Isaac mwenyewe walikuwa Hooke, Wren na Buyo Ismael. Hata hivyo, hakuna mtu kabla yake aliyeweza kwa uwazi, kwa kutumia mbinu za hisabati, kuunganisha sheria ya mvuto na mwendo wa sayari.
Historia ya ugunduzi wa sheria ya uvutano wa ulimwengu wote inahusishwa kwa karibu na kazi "Kanuni za Hisabati za Falsafa Asilia" (1687). Katika kazi hii, Newton aliweza kupata sheria inayohusika kutokana na sheria ya majaribio ya Kepler, ambayo ilikuwa tayari inajulikana wakati huo. Anatuonyesha kwamba:
- muundo wa mwendo wa sayari yoyote inayoonekana inaonyesha kuwepo kwa nguvu kuu;
- Nguvu ya mvuto ya aina ya kati huunda mizunguko ya duara au yaiboliki.
Kuhusu nadharia ya Newton
Kukagua historia fupi ya ugunduzi wa sheria ya uvutano wa ulimwengu wote pia kunaweza kutuelekeza kwa idadi kadhaa ya tofauti zinazoitofautisha na dhana za awali. Newton hakuhusika tu katika uchapishaji wa fomula iliyopendekezwa ya jambo linalozingatiwa, lakini pia alipendekeza mfano wa aina ya hisabati katika fomu kamili:
- sharti juu ya sheria ya uvutano;
- sheria ya sheria ya mwendo;
- utaratibu wa mbinu za utafiti wa hisabati.
Utatu huu uliweza kuchunguza kwa usahihi kabisa misogeo changamano zaidi ya vitu vya angani, hivyo basi kuunda msingi wa ufundi wa angani. Hadi mwanzo wa shughuli za Einstein katika mfano huu, uwepo wa seti ya msingi ya marekebisho haukuhitajika. Vifaa vya hisabati pekee vilipaswa kuboreshwa kwa kiasi kikubwa.
Kitu cha majadiliano
Sheria iliyogunduliwa na kuthibitishwa katika karne yote ya kumi na nane ikawa mada inayojulikana sana ya migogoro inayoendelea na ukaguzi wa uangalifu. Walakini, karne iliisha na makubaliano ya jumla na maoni na taarifa zake. Kutumia mahesabu ya sheria, iliwezekana kuamua kwa usahihi njia za harakati za miili mbinguni. Cheki ya moja kwa moja ilifanywa na Henry Cavendish mnamo 1798. Alifanya hivyo kwa kutumia usawa wa aina ya msokoto kwa usikivu mkubwa. Katika historia ya ugunduzi wa sheria ya ulimwengu ya mvuto, ni muhimu kutenga mahali maalum kwa tafsiri zilizoletwa na Poisson. Aliendeleza dhana ya uwezo wa mvuto na equation ya Poisson, ambayo iliwezekana kuhesabu hiiuwezo. Aina hii ya modeli ilifanya iwezekane kusoma uga wa mvuto mbele ya usambaaji kiholela wa mata.
Kulikuwa na matatizo mengi katika nadharia ya Newton. Ya kuu inaweza kuzingatiwa kutoeleweka kwa hatua ya masafa marefu. Haikuwezekana kujibu kwa usahihi swali la jinsi nguvu za kivutio zinavyotumwa kupitia nafasi ya utupu kwa kasi isiyo na kikomo.
"Mageuzi" ya sheria
Miaka mia mbili iliyofuata, na hata zaidi, majaribio yalifanywa na wanafizikia wengi kupendekeza njia mbalimbali za kuboresha nadharia ya Newton. Juhudi hizi zilimalizika kwa ushindi mnamo 1915, ambayo ni uundaji wa Nadharia ya Jumla ya Uhusiano, ambayo iliundwa na Einstein. Aliweza kushinda seti nzima ya shida. Kwa mujibu wa kanuni ya mawasiliano, nadharia ya Newton iligeuka kuwa makadirio ya mwanzo wa kazi ya nadharia katika fomu ya jumla zaidi, ambayo inaweza kutumika chini ya hali fulani:
- Uwezo wa asili ya uvutano hauwezi kuwa mkubwa sana katika mifumo inayochunguzwa. Mfumo wa jua ni mfano wa kufuata sheria zote za harakati za miili ya mbinguni. Hali ya uhusiano inajipata katika udhihirisho dhahiri wa mabadiliko ya perihelion.
- Kiwango cha mwendo katika kundi hili la mifumo si kidogo ikilinganishwa na kasi ya mwanga.
Uthibitisho kwamba katika uwanja dhaifu wa uvutano uliosimama, hesabu za GR huchukua fomu za Newtonian ni kuwepo kwa uwezekano wa uvutano wa sayari katika uwanja wa tuli nasifa dhaifu za nguvu, ambazo zinaweza kukidhi masharti ya mlinganyo wa Poisson.
Quanta Scale
Walakini, katika historia, si ugunduzi wa kisayansi wa sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, au Nadharia ya Jumla ya Uhusiano inaweza kutumika kama nadharia ya mwisho ya uvutano, kwa kuwa zote mbili hazielezi vya kutosha michakato ya aina ya uvutano kwenye quantum. mizani. Jaribio la kuunda nadharia ya uvutano ya quantum ni mojawapo ya kazi muhimu zaidi za fizikia ya kisasa.
Kutoka kwa mtazamo wa mvuto wa quantum, mwingiliano kati ya vitu huundwa kwa kubadilishana kwa gravitons pepe. Kwa mujibu wa kanuni ya kutokuwa na uhakika, uwezo wa nishati wa gravitoni dhahania huwiana kinyume na muda ambao ilikuwepo, kutoka kiwango cha utoaji wa kitu kimoja hadi wakati ambapo kilimezwa na nukta nyingine.
Kwa kuzingatia hili, inabadilika kuwa kwa kiwango kidogo cha umbali, mwingiliano wa miili unajumuisha ubadilishanaji wa gravitoni za aina pepe. Shukrani kwa mazingatio haya, inawezekana kuhitimisha utoaji wa sheria ya uwezo wa Newton na utegemezi wake kwa mujibu wa usawa wa uwiano kwa heshima na umbali. Ulinganisho kati ya sheria za Coulomb na Newton unaelezewa na ukweli kwamba uzito wa gravitons ni sawa na sifuri. Uzito wa fotoni una maana sawa.
Udanganyifu
Katika mtaala wa shule, jibu la swali kutoka kwa historia, vipiNewton aligundua sheria ya uvutano wa ulimwengu wote, ni hadithi ya tunda la tufaha linaloanguka. Kulingana na hadithi hii, ilianguka juu ya kichwa cha mwanasayansi. Walakini, hii ni dhana potofu iliyoenea, na kwa kweli, kila kitu kiliweza kufanya bila kesi kama hiyo ya jeraha la kichwa linalowezekana. Newton mwenyewe wakati mwingine alithibitisha hadithi hii, lakini kwa kweli sheria haikuwa ugunduzi wa hiari na haikuja kwa ufahamu wa muda mfupi. Kama ilivyoandikwa hapo juu, ilitengenezwa kwa muda mrefu na iliwasilishwa kwa mara ya kwanza katika kazi za "Kanuni za Hisabati", ambazo zilionekana kwenye onyesho la umma mnamo 1687.
