ไม่เพียงแต่ลึกลับที่สุดของ พลังแห่งธรรมชาติแต่ยังทรงพลังที่สุดอีกด้วย
มนุษย์บนเส้นทางแห่งความก้าวหน้า
ในอดีตปรากฎว่า มนุษย์ขณะที่มันเคลื่อนไปข้างหน้า แนวทางความก้าวหน้าเชี่ยวชาญพลังแห่งธรรมชาติที่ทรงพลังยิ่งขึ้น เขาเริ่มต้นเมื่อเขาไม่มีอะไรเลยนอกจากไม้ที่กำหมัดและกำลังกายของเขาเอง แต่เขาเป็นคนฉลาด และเขานำกำลังของสัตว์มารับใช้ ทำให้พวกมันกลายเป็นบ้าน ม้าเร่งวิ่ง อูฐทำให้ทะเลทรายผ่านไปได้ ช้างทำให้ป่าพรุ แต่ความแข็งแกร่งทางกายภาพของแม้แต่สัตว์ที่แข็งแกร่งที่สุดก็ยังน้อยมากเมื่อเทียบกับพลังแห่งธรรมชาติ มนุษย์เป็นคนแรกที่พิชิตธาตุไฟได้ แต่เฉพาะในรูปแบบที่อ่อนแอที่สุดเท่านั้น ในตอนแรก - เป็นเวลาหลายศตวรรษ - เขาใช้เฉพาะไม้เป็นเชื้อเพลิงซึ่งเป็นเชื้อเพลิงประเภทพลังงานต่ำมาก ต่อมาเขาเรียนรู้ที่จะใช้แหล่งพลังงานนี้เพื่อใช้พลังงานของลม ชายคนนั้นยกปีกสีขาวของใบเรือขึ้นไปในอากาศ - และเรือแสงก็บินเหมือนนกข้ามคลื่น เรือใบบนคลื่น เขานำดาบไปสัมผัสกับลมกระโชกแรง กังหันลม - และก้อนหินหนักของโม่ก็เริ่มหมุน และสากของโรงสีข้าวก็เริ่มสั่น แต่เป็นที่ชัดเจนสำหรับทุกคนว่าพลังงานของไอพ่นยังห่างไกลจากความเข้มข้น นอกจากนี้ ทั้งใบเรือและกังหันลมต่างก็กลัวลมพัด พายุฉีกใบเรือจมเรือ พายุหักปีกและพลิกคว่ำโรงสี ในเวลาต่อมา มนุษย์ก็เริ่มพิชิตน้ำที่ไหล วงล้อไม่เพียง แต่เป็นอุปกรณ์ดั้งเดิมที่สุดที่สามารถแปลงพลังงานของน้ำให้เป็นการเคลื่อนที่แบบหมุนได้ แต่ยังมีพลังน้อยที่สุดเมื่อเปรียบเทียบกับประเภทต่างๆ มนุษย์ก้าวไปข้างหน้าตามบันไดแห่งความก้าวหน้าและต้องการพลังงานมากขึ้นเรื่อยๆ เขาเริ่มใช้เชื้อเพลิงประเภทใหม่ - การเปลี่ยนมาใช้ถ่านหินแล้วทำให้ความเข้มของพลังงานของเชื้อเพลิงหนึ่งกิโลกรัมจาก 2,500 กิโลแคลอรีเป็น 7,000 กิโลแคลอรี - เกือบสามครั้ง แล้วเวลาก็มาถึงสำหรับน้ำมันและก๊าซ ปริมาณพลังงานของเชื้อเพลิงฟอสซิลแต่ละกิโลกรัมเพิ่มขึ้นอีกครั้งหนึ่งถึงครึ่งถึงสองเท่า เครื่องยนต์ไอน้ำเข้ามาแทนที่กังหันไอน้ำ ล้อโรงสีถูกแทนที่ด้วยกังหันไฮดรอลิก ต่อไป ชายคนนั้นยื่นมือไปที่อะตอมยูเรเนียมที่ฟิชชัน อย่างไรก็ตาม การใช้พลังงานชนิดใหม่ครั้งแรกมีผลกระทบที่น่าเศร้า - ไฟนิวเคลียร์ที่ฮิโรชิมาในปี 2488 ได้เผาทำลายหัวใจมนุษย์ 70,000 ดวงภายในไม่กี่นาที ในปีพ.ศ. 2497 โรงไฟฟ้านิวเคลียร์แห่งแรกของโลกของสหภาพโซเวียตได้เปิดใช้งาน โดยเปลี่ยนพลังของยูเรเนียมให้เป็นพลังการแผ่รังสีของกระแสไฟฟ้า และควรสังเกตว่ายูเรเนียมหนึ่งกิโลกรัมมีพลังงานมากกว่าน้ำมันที่ดีที่สุดหนึ่งกิโลกรัมถึงสองล้านเท่า นี่เป็นไฟใหม่โดยพื้นฐานซึ่งอาจเรียกได้ว่าเป็นทางกายภาพเพราะเป็นนักฟิสิกส์ที่ศึกษากระบวนการที่นำไปสู่การกำเนิดพลังงานจำนวนมหาศาลเช่นนี้ ยูเรเนียมไม่ใช่เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เพียงอย่างเดียว มีการใช้เชื้อเพลิงประเภทที่ทรงพลังกว่านี้แล้ว - ไอโซโทปไฮโดรเจน น่าเสียดายที่มนุษย์ยังไม่สามารถปราบเปลวไฟนิวเคลียร์ไฮโดรเจน-ฮีเลียมได้ เขารู้วิธีจุดไฟที่ลุกไหม้ทั้งหมดของเขาชั่วขณะ โดยจุดชนวนปฏิกิริยาในระเบิดไฮโดรเจนด้วยการระเบิดของยูเรเนียม แต่นักวิทยาศาสตร์ยังเห็นเครื่องปฏิกรณ์ไฮโดรเจนเข้ามาใกล้มากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งจะสร้างกระแสไฟฟ้าอันเป็นผลมาจากการหลอมรวมของนิวเคลียสไอโซโทปไฮโดรเจนให้เป็นนิวเคลียสของฮีเลียม ขอย้ำอีกครั้งว่าปริมาณพลังงานที่บุคคลสามารถรับได้จากเชื้อเพลิงแต่ละกิโลกรัมจะเพิ่มขึ้นเกือบสิบเท่า แต่ขั้นตอนนี้จะเป็นขั้นตอนสุดท้ายในประวัติศาสตร์ที่จะมาถึงเกี่ยวกับอำนาจของมนุษยชาติเหนือพลังแห่งธรรมชาติหรือไม่? เลขที่! ข้างหน้าคือการเรียนรู้รูปแบบพลังงานความโน้มถ่วง มันถูกบรรจุไว้โดยธรรมชาติอย่างรอบคอบยิ่งกว่าพลังงานฟิวชันไฮโดรเจน-ฮีเลียมอีกด้วย ปัจจุบันนี่คือรูปแบบพลังงานที่เข้มข้นที่สุดที่บุคคลสามารถจินตนาการได้ ยังไม่มีอะไรปรากฏให้เห็นอีกนอกจากความล้ำสมัยของวิทยาศาสตร์ และถึงแม้ว่าเราจะพูดได้อย่างมั่นใจว่าโรงไฟฟ้าจะทำงานเพื่อมนุษย์ โดยเปลี่ยนพลังงานความโน้มถ่วงให้เป็นกระแสไฟฟ้า (และบางทีอาจเป็นกระแสก๊าซที่หนีออกจากหัวฉีดของเครื่องยนต์ไอพ่น หรือเป็นการเปลี่ยนแปลงตามแผนของอะตอมของซิลิคอนและออกซิเจนที่แพร่หลาย เป็นอะตอมของโลหะหายากพิเศษ) เรายังไม่สามารถพูดอะไรเกี่ยวกับรายละเอียดของโรงไฟฟ้าดังกล่าวได้ (เครื่องยนต์จรวด เครื่องปฏิกรณ์ทางกายภาพ)แรงโน้มถ่วงสากล ณ จุดกำเนิดกาแล็กซี
แรงโน้มถ่วงสากลอยู่ที่จุดกำเนิดของการกำเนิดกาแลคซีจากสสารก่อนดวงดาว ดังที่นักวิชาการ V.A. Ambartsumyan เชื่อมั่น มันดับดาวฤกษ์ที่เผาเวลาของมันจนหมดแล้วโดยการใช้เชื้อเพลิงดาวฤกษ์ที่พวกมันให้มาตั้งแต่แรกเกิดจนหมด นักฟิสิกส์หลายคนอธิบายการมีอยู่ของควาซาร์โดยการแทรกแซงของแรงโน้มถ่วงสากล (รายละเอียดเพิ่มเติม :) มองไปรอบๆ: บนโลกนี้ ทุกสิ่งส่วนใหญ่ถูกควบคุมโดยแรงนี้ นี่คือสิ่งที่กำหนดโครงสร้างชั้นของโลกของเรา - การสลับของเปลือกโลก, อุทกสเฟียร์และบรรยากาศ เธอคือผู้ถือก๊าซอากาศชั้นหนาซึ่งอยู่ด้านล่างสุดและต้องขอบคุณที่เราทุกคนมีอยู่ หากไม่มีแรงโน้มถ่วง โลกก็จะหลุดออกจากวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ทันที และโลกเองก็จะแตกสลายด้วยแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ เป็นการยากที่จะค้นหาสิ่งใดๆ ที่ไม่ขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วงสากลในระดับหนึ่งหรืออย่างอื่น แน่นอนว่านักปรัชญาโบราณซึ่งเป็นผู้ช่างสังเกตมากอดไม่ได้ที่จะสังเกตว่าก้อนหินที่ถูกโยนขึ้นไปมักจะกลับมาเสมอ เพลโตในศตวรรษที่ 4 ก่อนคริสต์ศักราช อธิบายสิ่งนี้โดยกล่าวว่าสสารทั้งหมดในจักรวาลมีแนวโน้มที่จะเป็นที่ซึ่งสสารที่คล้ายกันส่วนใหญ่มีความเข้มข้น เช่น ก้อนหินที่ถูกโยนตกลงสู่พื้นหรือตกลงไปด้านล่าง น้ำที่หกรั่วไหลจะไหลลงสู่สระน้ำที่ใกล้ที่สุดหรือเข้าไปใน แม่น้ำไหลไปสู่ทะเล ควันไฟพลุ่งพล่านไปทางเมฆหมอก อริสโตเติล นักเรียนของเพลโต ชี้แจงว่าร่างกายทุกชนิดมีคุณสมบัติพิเศษคือความหนักและเบา วัตถุหนัก - หิน, โลหะ - พุ่งเข้าหาใจกลางจักรวาล, วัตถุเบา - ไฟ, ควัน, ไอระเหย - ไปยังขอบนอก สมมติฐานนี้ซึ่งอธิบายปรากฏการณ์บางอย่างที่เกี่ยวข้องกับแรงโน้มถ่วงสากลนั้นมีมานานกว่า 2 พันปีแล้วนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงสากล
อาจเป็นคนแรกที่ถามคำถามเกี่ยวกับ แรงโน้มถ่วงสากลในทางวิทยาศาสตร์อย่างแท้จริง มีอัจฉริยะแห่งยุคฟื้นฟูศิลปวิทยา - Leonardo da Vinci เลโอนาร์โดประกาศว่าแรงโน้มถ่วงไม่ได้มีลักษณะเฉพาะของโลก แต่มีจุดศูนย์ถ่วงหลายแห่ง และเขายังแสดงความคิดที่ว่าแรงโน้มถ่วงนั้นขึ้นอยู่กับระยะห่างถึงจุดศูนย์ถ่วงด้วย ผลงานของโคเปอร์นิคัส, กาลิเลโอ, เคปเลอร์, โรเบิร์ตฮุคทำให้แนวคิดเรื่องกฎแรงโน้มถ่วงสากลเข้าใกล้มากขึ้น แต่ในการกำหนดขั้นสุดท้ายกฎนี้มีความเกี่ยวข้องตลอดไปกับชื่อของไอแซกนิวตันไอแซก นิวตัน กับแรงโน้มถ่วงสากล
เกิดเมื่อวันที่ 4 มกราคม 1643 เขาสำเร็จการศึกษาจากมหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ สำเร็จการศึกษาระดับปริญญาตรี และปริญญาโทสาขาวิทยาศาสตร์
ไอแซก นิวตัน. ทุกสิ่งที่ตามมาคืองานทางวิทยาศาสตร์มากมายไม่รู้จบ แต่งานหลักของเขาคือ “หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ” ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1687 และมักเรียกง่ายๆ ว่า “หลักการ” อยู่ในนั้นความยิ่งใหญ่ถูกกำหนดไว้แล้ว ทุกคนคงจำเขาได้ตั้งแต่สมัยมัธยม วัตถุทั้งหมดดึงดูดซึ่งกันและกันด้วยแรงที่เป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวลของวัตถุเหล่านี้ และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง...ข้อกำหนดบางประการของสูตรนี้สามารถคาดการณ์รุ่นก่อนๆ ของนิวตันได้ แต่ก็ไม่มีใครประสบความสำเร็จในการบรรลุเป้าหมายดังกล่าวทั้งหมด นิวตันต้องใช้ความอัจฉริยะในการรวบรวมชิ้นส่วนเหล่านี้ให้เป็นชิ้นเดียวเพื่อขยายแรงโน้มถ่วงของโลกไปยังดวงจันทร์ และดวงอาทิตย์ไปยังระบบดาวเคราะห์ทั้งหมด จากกฎแรงโน้มถ่วงสากล นิวตันอนุมานกฎการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ทั้งหมดที่เคปเลอร์ค้นพบก่อนหน้านี้ พวกเขากลายเป็นเพียงผลที่ตามมา ยิ่งไปกว่านั้น นิวตันแสดงให้เห็นว่าไม่เพียงแต่กฎของเคปเลอร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเบี่ยงเบนจากกฎเหล่านี้ (ในโลกที่มีวัตถุสามวัตถุขึ้นไป) เป็นผลมาจากแรงโน้มถ่วงสากล... นี่เป็นชัยชนะครั้งยิ่งใหญ่ของวิทยาศาสตร์ ดูเหมือนว่าพลังหลักแห่งธรรมชาติที่ขับเคลื่อนโลกได้ถูกค้นพบและอธิบายทางคณิตศาสตร์แล้วในที่สุด ซึ่งเป็นพลังที่ควบคุมโมเลกุลของอากาศ แอปเปิล และดวงอาทิตย์ ก้าวที่นิวตันทำนั้นยิ่งใหญ่และใหญ่โตเหลือคณานับ นักเขียนชาวฝรั่งเศส François Marie Arouet ผู้โด่งดังคนแรกในผลงานของนักวิทยาศาสตร์ผู้โด่งดังระดับโลกภายใต้นามแฝงวอลแตร์กล่าวว่านิวตันตระหนักถึงการมีอยู่ของกฎหมายที่ตั้งชื่อตามเขาทันทีเมื่อเขามองดูแอปเปิ้ลที่ร่วงหล่น นิวตันเองก็ไม่เคยเอ่ยถึงแอปเปิลชนิดนี้เลย และวันนี้แทบจะไม่คุ้มค่าที่จะเสียเวลาเพื่อหักล้างตำนานที่สวยงามนี้ และเห็นได้ชัดว่านิวตันเข้าใจถึงพลังอันยิ่งใหญ่ของธรรมชาติผ่านการให้เหตุผลเชิงตรรกะ อาจเป็นเพราะสิ่งนี้รวมอยู่ในบท "จุดเริ่มต้น" ที่เกี่ยวข้อง
แรงโน้มถ่วงสากลส่งผลต่อการเคลื่อนที่ของนิวเคลียส
สมมุติว่าบนภูเขาที่สูงมาก สูงจนยอดไม่อยู่ในชั้นบรรยากาศอีกต่อไป เราก็ได้ติดตั้งปืนใหญ่ขนาดมหึมา ลำกล้องของมันถูกวางขนานกับพื้นผิวโลกอย่างเคร่งครัดแล้วยิงออกไป อธิบายส่วนโค้งแล้ว แกนกลางตกลงสู่พื้นโลก- เราเพิ่มประจุปรับปรุงคุณภาพของดินปืนและบังคับให้ลูกกระสุนปืนใหญ่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่สูงขึ้นไม่ทางใดก็ทางหนึ่งหลังจากนัดถัดไป ส่วนโค้งที่แกนกลางอธิบายไว้จะเรียบขึ้น แกนกลางตกลงไปไกลจากตีนภูเขาของเรามาก เรายังเพิ่มการชาร์จและการยิงอีกด้วย แกนกลางบินไปตามวิถีโคจรแบนจนตกลงมาขนานกับพื้นผิวโลก แกนกลางไม่สามารถตกลงสู่พื้นโลกได้อีกต่อไป: ด้วยความเร็วเดียวกันกับที่มันลดลง โลกจะหลุดออกจากใต้นั้น และเมื่อบรรยายถึงวงแหวนรอบโลกของเราแล้ว แกนกลางก็กลับไปยังจุดเริ่มต้น ในระหว่างนี้ก็สามารถถอดปืนออกได้ ท้ายที่สุดแล้ว การบินของแกนกลางทั่วโลกจะใช้เวลานานกว่าหนึ่งชั่วโมง จากนั้นแกนกลางจะบินข้ามยอดเขาอย่างรวดเร็วและออกเดินทางรอบโลกครั้งใหม่ ตามที่เราตกลงไว้ หากแกนกลางไม่ได้รับแรงต้านจากอากาศใดๆ ก็จะไม่สามารถตกลงมาได้ สำหรับสิ่งนี้ ความเร็วแกนกลางควรอยู่ใกล้ 8 กม./วินาที จะเกิดอะไรขึ้นถ้าเราเพิ่มความเร็วในการบินของแกนกลาง? ขั้นแรกมันจะบินเป็นโค้งแบนกว่าส่วนโค้ง พื้นผิวโลก และจะเริ่มเคลื่อนตัวออกไปจากโลก ในเวลาเดียวกัน ความเร็วของมันจะลดลงภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงของโลก และในที่สุดเมื่อหมุนไปรอบ ๆ มันจะเริ่มตกลงสู่พื้นโลก แต่จะบินผ่านมันไปและปิดไม่ใช่วงกลม แต่เป็นวงรี แกนกลางจะเคลื่อนที่รอบโลกในลักษณะเดียวกับที่โลกเคลื่อนที่รอบดวงอาทิตย์ กล่าวคือ ตามแนววงรี ที่จุดโฟกัสจุดใดจุดหนึ่งซึ่งจุดศูนย์กลางของโลกของเราตั้งอยู่ หากคุณเพิ่มความเร็วเริ่มต้นของแกนกลางอีก วงรีจะยืดออกมากขึ้น มีความเป็นไปได้ที่จะยืดวงรีนี้เพื่อให้แกนกลางไปถึงวงโคจรของดวงจันทร์หรือไกลออกไปอีกมาก แต่จนกว่าความเร็วเริ่มต้นของแกนกลางนี้จะเกิน 11.2 กม./วินาที มันก็จะยังคงเป็นดาวเทียมของโลก แกนกลางซึ่งได้รับความเร็วมากกว่า 11.2 กม./วินาที เมื่อยิงออกไป จะบินออกไปจากโลกไปตลอดกาลในวิถีโคจรพาราโบลา หากวงรีเป็นเส้นโค้งปิด พาราโบลาก็คือเส้นโค้งที่มีกิ่งก้านสองกิ่งไปจนถึงอนันต์ การเคลื่อนที่ไปตามวงรีไม่ว่าจะยาวแค่ไหนเราก็จะกลับสู่จุดเริ่มต้นอย่างเป็นระบบอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ เมื่อเคลื่อนที่ไปตามพาราโบลา เราจะไม่กลับไปยังจุดเริ่มต้นอีก แต่เมื่อออกจากโลกด้วยความเร็วเท่านี้ แกนกลางก็ยังไม่สามารถบินไปสู่อนันต์ได้ แรงโน้มถ่วงอันทรงพลังของดวงอาทิตย์จะทำให้วิถีการบินของมันโค้งงอ และปิดมันรอบตัวเองเหมือนกับวิถีของดาวเคราะห์ แกนกลางจะกลายเป็นน้องสาวของโลก ซึ่งเป็นดาวเคราะห์ดวงเล็กที่เป็นอิสระในตระกูลดาวเคราะห์ของเรา เพื่อที่จะควบคุมแกนกลางให้อยู่เหนือระบบดาวเคราะห์ เพื่อเอาชนะแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ จำเป็นต้องให้ความเร็วมากกว่า 16.7 กม./วินาที และกำหนดทิศทางเพื่อเพิ่มความเร็วของการเคลื่อนที่ของโลกเองเข้ากับความเร็วนี้ ความเร็วประมาณ 8 กม./วินาที (ความเร็วนี้ขึ้นอยู่กับความสูงของภูเขาที่ปืนใหญ่ของเรายิง) เรียกว่า ความเร็วแบบวงกลม ความเร็วจาก 8 ถึง 11.2 กม./วินาที เป็นแบบวงรี จาก 11.2 ถึง 16.7 กม./วินาที เป็นแบบพาราโบลา และสูงกว่าจำนวนนี้ - ด้วยความเร็วปลดปล่อย ควรเพิ่มที่นี่ว่าค่าที่กำหนดของความเร็วเหล่านี้ใช้ได้กับโลกเท่านั้น หากเราอาศัยอยู่บนดาวอังคาร ความเร็วแบบวงกลมจะบรรลุได้ง่ายกว่ามากสำหรับเรา ซึ่งอยู่ที่ประมาณ 3.6 กม./วินาทีเท่านั้น และความเร็วพาราโบลาจะสูงกว่า 5 กม./วินาทีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น แต่การส่งแกนกลางสู่อวกาศจากดาวพฤหัสบดีนั้นยากกว่าจากโลกมาก ความเร็ววงกลมบนโลกนี้คือ 42.2 กม./วินาที และความเร็วพาราโบลาอยู่ที่ 61.8 กม./วินาที! มันจะเป็นเรื่องยากที่สุดสำหรับชาวดวงอาทิตย์ที่จะออกจากโลกของพวกเขา (หากเป็นเช่นนั้นอาจมีอยู่จริง) ความเร็วเป็นวงกลมของยักษ์ตัวนี้ควรเป็น 437.6 และความเร็วแยกตัว - 618.8 กม./วินาที! ดังนั้นของนิวตัน ปลาย XVIIศตวรรษ หนึ่งร้อยปีก่อนการบินครั้งแรกของบอลลูนของพี่น้องมงต์โกลฟิเยร์ที่เต็มไปด้วยอากาศอุ่น สองร้อยปีก่อนการบินครั้งแรกของเครื่องบินของพี่น้องไรท์ และเกือบหนึ่งในสี่ของสหัสวรรษก่อนการบินขึ้นของจรวดขับเคลื่อนด้วยของเหลวลำแรก มันแสดงให้เห็นหนทางสู่ท้องฟ้าสำหรับดาวเทียมและยานอวกาศแรงโน้มถ่วงสากลมีอยู่ในทุกทรงกลม
โดยการใช้ กฎแรงโน้มถ่วงสากลมีการค้นพบดาวเคราะห์ที่ไม่รู้จักและมีการสร้างสมมติฐานเกี่ยวกับจักรวาลเกี่ยวกับต้นกำเนิดของระบบสุริยะ พลังหลักของธรรมชาติซึ่งควบคุมดวงดาว ดาวเคราะห์ แอปเปิ้ลในสวน และโมเลกุลก๊าซในชั้นบรรยากาศ ได้ถูกค้นพบและอธิบายทางคณิตศาสตร์แล้ว แต่เราไม่รู้กลไกของแรงโน้มถ่วงสากล แรงโน้มถ่วงของนิวตันไม่ได้อธิบาย แต่แสดงให้เห็นอย่างชัดเจน สถานะปัจจุบันการเคลื่อนไหวของดาวเคราะห์ เราไม่รู้ว่าอะไรเป็นสาเหตุของการมีปฏิสัมพันธ์ของวัตถุทั้งหมดในจักรวาล และไม่อาจกล่าวได้ว่านิวตันไม่สนใจเหตุผลนี้ เป็นเวลาหลายปีที่เขาไตร่ตรองถึงกลไกที่เป็นไปได้ของมัน อย่างไรก็ตาม นี่เป็นพลังที่ลึกลับอย่างยิ่งจริงๆ พลังที่แสดงออกผ่านอวกาศหลายร้อยล้านกิโลเมตร ปราศจากการก่อตัวของวัตถุใด ๆ เมื่อมองแวบแรก ซึ่งสามารถอธิบายการถ่ายโอนปฏิสัมพันธ์ได้สมมติฐานของนิวตัน
และ นิวตันหันไปใช้ สมมติฐานเกี่ยวกับการมีอยู่ของอีเทอร์บางตัวที่คาดว่าจะเต็มทั้งจักรวาล ในปี ค.ศ. 1675 เขาอธิบายแรงดึงดูดของโลกโดยข้อเท็จจริงที่ว่าอีเทอร์ซึ่งเต็มจักรวาลทั้งหมดพุ่งเป็นกระแสต่อเนื่องไปยังใจกลางโลกจับวัตถุทั้งหมดในการเคลื่อนไหวนี้และสร้างแรงโน้มถ่วง การไหลของอีเธอร์แบบเดียวกันพุ่งเข้าหาดวงอาทิตย์และนำดาวเคราะห์และดาวหางไปด้วย ทำให้เกิดความมั่นใจในวิถีวงรีของพวกมัน... นี่ไม่ได้เป็นสมมติฐานที่น่าเชื่อมากนัก แม้ว่าจะเป็นไปตามตรรกะทางคณิตศาสตร์ก็ตาม แต่แล้วในปี ค.ศ. 1679 นิวตันได้สร้างสมมติฐานใหม่ซึ่งอธิบายกลไกของแรงโน้มถ่วง คราวนี้เขาให้คุณสมบัติอีเธอร์ในการมีความเข้มข้นต่างกันใกล้ดาวเคราะห์และอยู่ห่างจากพวกมัน ยิ่งอยู่ห่างจากใจกลางดาวเคราะห์มากเท่าใด อีเทอร์ก็จะยิ่งหนาแน่นมากขึ้นเท่านั้น และมีคุณสมบัติในการบีบวัตถุทั้งหมดออกจากชั้นที่หนาแน่นกว่าให้เป็นวัตถุที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า และวัตถุทั้งหมดก็ถูกบีบออกสู่พื้นผิวโลก ในปี ค.ศ. 1706 นิวตันปฏิเสธอย่างรุนแรงถึงการมีอยู่ของอีเทอร์ ในปี ค.ศ. 1717 เขากลับไปสู่สมมติฐานของการอัดอีเทอร์อีกครั้ง สมองอันชาญฉลาดของนิวตันพยายามไขปริศนาอันยิ่งใหญ่นี้แต่ไม่พบมัน สิ่งนี้อธิบายการขว้างอันเฉียบคมจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง นิวตันชอบพูดว่า:ฉันไม่ตั้งสมมติฐานและแม้ว่าทันทีที่เราสามารถตรวจสอบได้ สิ่งนี้ไม่เป็นความจริงทั้งหมด แต่ก็มีอย่างอื่นที่สามารถระบุได้อย่างแน่นอน: นิวตันรู้วิธีแยกแยะอย่างชัดเจนระหว่างสิ่งที่เถียงไม่ได้กับสมมติฐานที่ไม่มั่นคงและเป็นที่ถกเถียงกัน และใน “หลักการ” มีสูตรสำหรับกฎอันยิ่งใหญ่ แต่ไม่มีความพยายามที่จะอธิบายกลไกของมัน นักฟิสิกส์ผู้ยิ่งใหญ่มอบปริศนานี้ให้กับชายแห่งอนาคต เขาเสียชีวิตในปี ค.ศ. 1727 มันยังไม่ได้รับการแก้ไขจนถึงทุกวันนี้ การอภิปรายเกี่ยวกับสาระสำคัญทางกายภาพของกฎของนิวตันใช้เวลาสองศตวรรษ และบางทีการสนทนานี้อาจไม่เกี่ยวข้องกับแก่นแท้ของกฎหมายหากตอบคำถามทุกข้อที่ถูกถามอย่างแน่นอน แต่ความจริงของเรื่องนี้ก็คือเมื่อเวลาผ่านไปปรากฎว่ากฎหมายนี้ไม่เป็นสากล มีหลายกรณีที่เขาไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์นี้หรือปรากฏการณ์นั้นได้ ลองยกตัวอย่าง
แรงโน้มถ่วงสากลในการคำนวณของ Seeliger
ประการแรกคือ Seeliger Paradox เมื่อพิจารณาว่าจักรวาลเต็มไปด้วยสสารที่ไม่มีที่สิ้นสุดและสม่ำเสมอ Seeliger พยายามคำนวณตามกฎของนิวตัน แรงโน้มถ่วงสากลที่สร้างขึ้นโดยมวลขนาดใหญ่อย่างไม่สิ้นสุดทั้งหมดของจักรวาลที่ไม่มีที่สิ้นสุด ณ จุดใดจุดหนึ่ง นี่ไม่ใช่เรื่องง่ายจากมุมมองของคณิตศาสตร์ล้วนๆ หลังจากเอาชนะความยากลำบากทั้งหมดของการเปลี่ยนแปลงที่ซับซ้อนที่สุด Seeliger พบว่าแรงโน้มถ่วงสากลที่ต้องการนั้นเป็นสัดส่วนกับรัศมีของจักรวาล และเนื่องจากรัศมีนี้เท่ากับอนันต์ แรงโน้มถ่วงจึงต้องมีขนาดใหญ่เป็นอนันต์ อย่างไรก็ตาม ในทางปฏิบัติ เราไม่ได้สังเกตสิ่งนี้ ซึ่งหมายความว่ากฎแรงโน้มถ่วงสากลใช้ไม่ได้กับทั้งจักรวาล อย่างไรก็ตาม คำอธิบายอื่นๆ สำหรับความขัดแย้งนี้ก็เป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น เราสามารถสรุปได้ว่าสสารไม่ได้เติมเต็มทั่วทั้งเอกภพอย่างสม่ำเสมอ แต่ความหนาแน่นของสสารนั้นค่อยๆ ลดลง และท้ายที่สุด ก็ไม่มีสสารใดๆ เลย ณ ที่ใดที่หนึ่งซึ่งห่างไกลออกไปมาก แต่การจินตนาการถึงภาพดังกล่าวหมายถึงการยอมรับความเป็นไปได้ของการมีอยู่ของอวกาศโดยไม่มีสสาร ซึ่งโดยทั่วไปแล้วเป็นเรื่องไร้สาระ เราสามารถสรุปได้ว่าแรงโน้มถ่วงสากลอ่อนตัวลงเร็วกว่ากำลังสองของระยะทางที่เพิ่มขึ้น แต่สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถามถึงความสอดคล้องอันน่าทึ่งของกฎของนิวตัน ไม่ และคำอธิบายนี้ไม่เป็นที่พอใจของนักวิทยาศาสตร์ ความขัดแย้งยังคงเป็นความขัดแย้งการสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวพุธ
ข้อเท็จจริงอีกประการหนึ่งคือการกระทำของแรงโน้มถ่วงสากลซึ่งไม่ได้อธิบายไว้ในกฎของนิวตันนำมาซึ่ง การสังเกตการเคลื่อนที่ของดาวพุธ- ใกล้โลกมากที่สุด การคำนวณที่แม่นยำโดยใช้กฎของนิวตันแสดงให้เห็นว่าเพอร์ฮีเลียนซึ่งเป็นจุดที่ดาวพุธเคลื่อนที่ใกล้กับดวงอาทิตย์มากที่สุด ควรเปลี่ยนไป 531 อาร์ควินาทีต่อ 100 ปี และนักดาราศาสตร์ได้พิจารณาแล้วว่าการกระจัดนี้มีค่าเท่ากับ 573 อาร์ควินาที นักวิทยาศาสตร์ไม่สามารถอธิบายส่วนที่เกินมานี้ - 42 อาร์ควินาทีได้ โดยใช้เพียงสูตรที่เกิดจากกฎของนิวตันเท่านั้น อธิบายความขัดแย้งของ Seeliger การเปลี่ยนแปลงจุดใกล้ดวงอาทิตย์ของดาวพุธ และปรากฏการณ์ที่ขัดแย้งกันอื่นๆ อีกมากมาย และข้อเท็จจริงที่อธิบายไม่ได้ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์หนึ่งในนักฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุด หากไม่ใช่นักฟิสิกส์ที่ยิ่งใหญ่ที่สุดตลอดกาล ท่ามกลางสิ่งเล็กๆ น้อยๆ ที่น่ารำคาญก็คือคำถามของ ลมไม่มีตัวตน.การทดลองของอัลเบิร์ต มิเชลสัน
ดูเหมือนว่าคำถามนี้ไม่ได้เกี่ยวข้องกับปัญหาแรงโน้มถ่วงโดยตรง เขาเกี่ยวข้องกับทัศนศาสตร์กับแสง แม่นยำยิ่งขึ้นเพื่อกำหนดความเร็ว ความเร็วแสงถูกกำหนดครั้งแรกโดยนักดาราศาสตร์ชาวเดนมาร์ก โอลาฟ โรเมอร์สังเกตคราสของดาวเทียมของดาวพฤหัสบดี เรื่องนี้เกิดขึ้นในปี 1675 นักฟิสิกส์ชาวอเมริกัน อัลเบิร์ต มิเชลสันในตอนท้ายของศตวรรษที่ 18 เขาได้ดำเนินการกำหนดความเร็วแสงภายใต้สภาพพื้นดินหลายครั้ง โดยใช้อุปกรณ์ที่เขาออกแบบ ในปี 1927 เขาให้ความเร็วแสงเป็นค่า 299796 + 4 กม./วินาที ซึ่งถือเป็นความแม่นยำที่ยอดเยี่ยมในสมัยนั้น แต่ประเด็นมันแตกต่างออกไป ในปี 1880 เขาตัดสินใจสำรวจสายลมที่ไม่มีตัวตน ในที่สุดเขาก็ต้องการสร้างการดำรงอยู่ของอีเธอร์นั้น ซึ่งพวกเขาพยายามอธิบายทั้งการส่งผ่านปฏิสัมพันธ์แรงโน้มถ่วงและการส่งผ่านคลื่นแสง มิเชลสันอาจเป็นนักทดลองที่น่าทึ่งที่สุดในยุคของเขา เขามีอุปกรณ์ที่ยอดเยี่ยม และเขาเกือบจะประสบความสำเร็จอย่างแน่นอนแก่นแท้ของประสบการณ์
ประสบการณ์ตั้งใจไว้อย่างนี้ โลกเคลื่อนที่ในวงโคจรด้วยความเร็วประมาณ 30 กม./วินาที- เคลื่อนที่ผ่านอีเทอร์ ซึ่งหมายความว่าความเร็วแสงจากแหล่งกำเนิดที่อยู่ด้านหน้าเครื่องรับสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของโลกจะต้องมากกว่าความเร็วแสงจากแหล่งกำเนิดที่ยืนอยู่อีกด้านหนึ่ง ในกรณีแรกจะต้องเพิ่มความเร็วของลมอีเทอร์ริกเข้ากับความเร็วแสง ในกรณีที่สอง ความเร็วแสงจะต้องลดลงตามจำนวนนี้
การเคลื่อนที่ของโลกในวงโคจรรอบดวงอาทิตย์ แน่นอนว่าความเร็วของวงโคจรของโลกรอบดวงอาทิตย์นั้นเป็นเพียงหนึ่งในหมื่นของความเร็วแสงเท่านั้น เป็นเรื่องยากมากที่จะตรวจจับคำเล็ก ๆ เช่นนี้ แต่ไม่ใช่เพื่ออะไรที่มิเชลสันถูกเรียกว่าราชาแห่งความแม่นยำ เขาใช้วิธีการอันชาญฉลาดเพื่อจับภาพความแตกต่าง "เล็กน้อย" ของความเร็วของแสง เขาแบ่งลำแสงออกเป็นสองกระแสเท่า ๆ กันและชี้ทิศทางในทิศทางตั้งฉากซึ่งกันและกัน: ตามแนวเส้นลมปราณและตามแนวขนาน เมื่อสะท้อนจากกระจกแล้วรังสีก็กลับมา หากลำแสงที่เคลื่อนที่ไปตามเส้นขนานได้รับอิทธิพลจากลมที่ไม่มีตัวตน เมื่อเพิ่มเข้าไปในลำแสงเที่ยง ขอบสัญญาณรบกวนจะปรากฏขึ้น และคลื่นของลำแสงทั้งสองจะไม่อยู่ในเฟส อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องยากสำหรับมิเชลสันที่จะวัดเส้นทางของรังสีทั้งสองด้วยความแม่นยำอย่างยิ่งเพื่อให้รังสีทั้งสองมีความเหมือนกันทุกประการ เขาจึงสร้างอุปกรณ์นี้ขึ้นมาเพื่อไม่ให้มีขอบมารบกวน แล้วจึงหมุนมัน 90 องศา รังสีเมริเดียนกลายเป็นเส้นรุ้งและในทางกลับกัน หากมีลมอีเทอร์ริก แถบสีดำและสีอ่อนควรปรากฏใต้ช่องมองภาพ! แต่พวกเขาไม่ได้อยู่ที่นั่น บางทีเมื่อหมุนอุปกรณ์นักวิทยาศาสตร์ก็ขยับมัน เขาตั้งมันไว้ตอนเที่ยงและรักษาความปลอดภัยไว้ ท้ายที่สุดแล้วนอกเหนือจากความจริงที่ว่ามันยังหมุนรอบแกนด้วย ดังนั้นในช่วงเวลาที่ต่างกันของวัน ลำแสงละติจูดจึงอยู่ในตำแหน่งที่แตกต่างเมื่อเทียบกับลมที่ไม่มีตัวตนที่กำลังจะมาถึง ตอนนี้ เมื่ออุปกรณ์ไม่มีการเคลื่อนไหวใดๆ อย่างเคร่งครัด คุณสามารถมั่นใจได้ในความแม่นยำของการทดสอบ ไม่มีการรบกวนอีกต่อไป มีการทดลองหลายครั้งและมิเชลสันและนักฟิสิกส์ทุกคนในยุคนั้นก็ประหลาดใจ ไม่พบลมไม่มีตัวตน! แสงเคลื่อนที่ไปทุกทิศทุกทางด้วยความเร็วเท่ากัน! ไม่มีใครสามารถอธิบายเรื่องนี้ได้ มิเชลสันทำการทดลองซ้ำแล้วซ้ำอีก ปรับปรุงอุปกรณ์ และในที่สุดก็ได้รับความแม่นยำในการวัดที่แทบจะเหลือเชื่อ ซึ่งเป็นลำดับความสำคัญที่มากกว่าที่จำเป็นสำหรับความสำเร็จของการทดลอง และไม่มีอะไรอีกแล้ว! การทดลองของอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์
ก้าวใหญ่ต่อไป ความรู้เรื่องแรงโน้มถ่วงสากลทำ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์- ครั้งหนึ่ง อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ เคยถูกถาม:- คุณรู้จักทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษของคุณได้อย่างไร? ความคิดที่ยอดเยี่ยมนี้โจมตีคุณภายใต้สถานการณ์ใด นักวิทยาศาสตร์ตอบว่า “ฉันคิดมาตลอดว่าเป็นเช่นนั้น”บางทีเขาอาจไม่ต้องการพูดตรงๆ บางทีเขาอาจต้องการกำจัดคู่สนทนาที่น่ารำคาญของเขา แต่เป็นเรื่องยากที่จะจินตนาการว่าแนวคิดเรื่องการเชื่อมโยงระหว่างเวลา พื้นที่ และความเร็วที่ไอน์สไตน์ค้นพบนั้นมีมาแต่กำเนิด ไม่ แน่นอน ก่อนอื่นการคาดเดาก็ฉายแวววาวราวกับสายฟ้าแลบ จากนั้นการพัฒนาก็เริ่มขึ้น ไม่ ไม่มีความขัดแย้งกับปรากฏการณ์ที่ทราบ จากนั้นทั้งห้าหน้านั้น เต็มไปด้วยสูตร ก็ปรากฏว่าตีพิมพ์ในวารสารฟิสิกส์ เพจที่เปิดศักราชใหม่ในวิชาฟิสิกส์ ลองนึกภาพยานอวกาศที่บินอยู่ในอวกาศ ให้เราเตือนคุณทันที: เอ็นเตอร์ไพรส์นั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวมาก ชนิดที่คุณไม่เคยอ่านในเรื่องนิยายวิทยาศาสตร์ ความยาวของมันคือ 300,000 กิโลเมตร และความเร็วคือ 240,000 กิโลเมตรต่อวินาที และยานอวกาศลำนี้บินผ่านหนึ่งในแพลตฟอร์มระดับกลางในอวกาศโดยไม่หยุดที่มัน ด้วยความเร็วเต็มที่ ผู้โดยสารคนหนึ่งกำลังยืนอยู่บนดาดฟ้ายานอวกาศพร้อมกับนาฬิกาข้อมือ และคุณและฉันผู้อ่านกำลังยืนอยู่บนแท่น - ความยาวของมันจะต้องสอดคล้องกับขนาดของยานอวกาศนั่นคือ 300,000 กิโลเมตร เพราะไม่เช่นนั้นจะไม่สามารถลงจอดบนนั้นได้ และเรามีนาฬิกาอยู่ในมือด้วย เราสังเกตเห็น: ในขณะนั้น เมื่อจมูกของยานอวกาศไปถึงขอบด้านหลังของชานชาลาของเรา ตะเกียงก็ฉายแวววาวบนนั้น เพื่อให้แสงสว่างแก่พื้นที่โดยรอบ วินาทีต่อมา ลำแสงก็มาถึงขอบด้านหน้าของชานชาลาของเรา เราไม่สงสัยในเรื่องนี้เลย เพราะเรารู้ความเร็วแสง และเราสามารถตรวจจับช่วงเวลาที่สอดคล้องกันบนนาฬิกาได้อย่างแม่นยำ และบนยานอวกาศ... แต่ยานอวกาศก็ยังบินเข้าหาลำแสงด้วย และแน่นอนที่สุดเราเห็นแล้วว่าแสงนั้นส่องสว่างอย่างเข้มงวดในขณะที่มันอยู่ที่ไหนสักแห่งใกล้ตรงกลางชานชาลา เราเห็นได้อย่างแน่นอนว่าลำแสงไม่ได้เดินทาง 300,000 กิโลเมตรจากหัวเรือถึงท้ายเรือ แต่ผู้โดยสารบนดาดฟ้ายานอวกาศกลับมั่นใจในสิ่งอื่น พวกเขามั่นใจว่าลำแสงของพวกเขาครอบคลุมระยะทางทั้งหมดตั้งแต่หัวเรือถึงท้ายเรือ 300,000 กิโลเมตร ท้ายที่สุดเขาใช้เวลาทั้งวินาทีกับเรื่องนี้ พวกเขายังตรวจพบสิ่งนี้บนนาฬิกาได้อย่างแม่นยำอีกด้วย และมันจะเป็นอย่างอื่นไปได้อย่างไร: ความเร็วแสงไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วของแหล่งกำเนิด... เป็นไปได้ยังไง? เราเห็นสิ่งหนึ่งจากแท่นที่อยู่นิ่ง และพวกเขาเห็นอย่างอื่นบนดาดฟ้ายานอวกาศใช่ไหม เกิดอะไรขึ้น?
ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์
ควรสังเกตทันที: ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์เมื่อมองแวบแรก มันขัดแย้งกับความเข้าใจที่เรากำหนดไว้เกี่ยวกับโครงสร้างของโลกโดยสิ้นเชิง เราสามารถพูดได้ว่ามันขัดแย้งกับสามัญสำนึกเช่นกัน เนื่องจากเราคุ้นเคยกับการเป็นตัวแทนของมัน สิ่งนี้เกิดขึ้นมากกว่าหนึ่งครั้งในประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ แต่การค้นพบรูปร่างทรงกลมของโลกก็ขัดแย้งกับสามัญสำนึกเช่นกัน พวกเขาจะมีชีวิตอยู่ได้อย่างไร ฝั่งตรงข้ามคนแล้วไม่ตกสู่เหว? สำหรับเรา ความเป็นทรงกลมของโลกนั้นเป็นความจริงที่ไม่ต้องสงสัย และจากมุมมองของสามัญสำนึก ข้อสันนิษฐานอื่นใดก็ไม่มีความหมายและแปลกประหลาด แต่ลองย้อนเวลากลับไป ลองจินตนาการถึงการปรากฏตัวครั้งแรกของแนวคิดนี้ และจะชัดเจนว่าการยอมรับนั้นยากเพียงใด จะง่ายกว่าไหมที่จะยอมรับว่าโลกไม่ได้นิ่งเฉย แต่บินไปตามวิถีของมันเร็วกว่าลูกกระสุนปืนใหญ่หลายสิบเท่า สิ่งเหล่านี้ล้วนเป็นความล้มเหลวของสามัญสำนึก นั่นเป็นเหตุผล นักฟิสิกส์สมัยใหม่ไม่เคยอ้างถึงมัน ตอนนี้เรากลับมาที่ทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ โลกจำเธอได้เป็นครั้งแรกในปี 1905 จากบทความที่ลงนามโดยคนเพียงไม่กี่คน ชื่อที่มีชื่อเสียง- อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์. และตอนนั้นเขาอายุเพียง 26 ปีเท่านั้น ไอน์สไตน์ตั้งสมมติฐานที่เรียบง่ายและสมเหตุสมผลจากความขัดแย้งนี้: จากมุมมองของผู้สังเกตการณ์บนแท่น เวลาผ่านไปในรถม้าเคลื่อนที่น้อยกว่าที่วัดโดยคุณ นาฬิกาข้อมือ - ในรถม้า กาลเวลาผ่านไปช้าลงเมื่อเทียบกับเวลาบนแท่นที่อยู่กับที่ สิ่งที่น่าทึ่งอย่างยิ่งเกิดขึ้นจากสมมติฐานนี้อย่างมีเหตุผล ปรากฎว่าคนที่ไปทำงานบนรถรางเมื่อเปรียบเทียบกับคนเดินเท้าที่เดินในลักษณะเดียวกัน ไม่เพียงช่วยประหยัดเวลาเนื่องจากความเร็วเท่านั้น แต่ยังเดินช้าลงอีกด้วย อย่างไรก็ตาม อย่าพยายามรักษาความเยาว์วัยชั่วนิรันดร์ด้วยวิธีนี้ แม้ว่าคุณจะเป็นคนขับรถม้าและใช้เวลาหนึ่งในสามของชีวิตบนรถราง แต่ใน 30 ปี คุณจะมีรายได้มากกว่าหนึ่งล้านวินาที เพื่อให้มองเห็นได้ทันเวลา คุณต้องเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง ปรากฎว่าการเพิ่มขึ้นของความเร็วของร่างกายสะท้อนให้เห็นในมวลของมัน ยิ่งความเร็วของร่างกายเข้าใกล้ความเร็วแสงมากเท่าใด มวลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เมื่อความเร็วของร่างกายเท่ากับความเร็วแสง มวลของมันจะเท่ากับอนันต์ กล่าวคือ มันมากกว่ามวลของโลก ดวงอาทิตย์ กาแล็กซี และจักรวาลทั้งหมดของเรา... นี่คือปริมาณที่มวลสามารถทำได้ มุ่งความสนใจไปที่ก้อนหินปูถนนธรรมดาๆ เร่งความเร็วด้วยความเร็วแสง! สิ่งนี้ทำให้เกิดข้อจำกัดที่ไม่อนุญาตให้วัตถุใดๆ พัฒนาความเร็วเท่ากับความเร็วแสง ท้ายที่สุดแล้ว เมื่อมวลเพิ่มมากขึ้น การเร่งความเร็วก็จะยากขึ้นเรื่อยๆ และมวลอนันต์ไม่สามารถเคลื่อนออกจากที่ของมันได้ด้วยแรงใดๆ อย่างไรก็ตาม ธรรมชาติได้ให้ข้อยกเว้นที่สำคัญมากกับกฎนี้สำหรับอนุภาคทุกประเภท ตัวอย่างเช่น สำหรับโฟตอน พวกมันสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วแสง แม่นยำกว่านั้นคือไม่สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วอื่นได้ เป็นไปไม่ได้ที่จะจินตนาการถึงโฟตอนที่ไม่เคลื่อนไหว เมื่ออยู่กับที่ก็ไม่มีมวล นิวตริโนไม่มีมวลนิ่ง และพวกมันยังถูกประณามให้บินผ่านอวกาศโดยไม่มีการควบคุมชั่วนิรันดร์ด้วยความเร็วสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในจักรวาลของเรา โดยไม่แซงแสงหรือตกข้างหลังมัน ไม่เป็นความจริงหรือที่ผลลัพธ์แต่ละประการของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษที่เราระบุไว้นั้นน่าประหลาดใจและขัดแย้งกัน! และแน่นอนว่าแต่ละอย่างขัดแย้งกับ "สามัญสำนึก"! แต่นี่คือสิ่งที่น่าสนใจ: ไม่ใช่ในรูปแบบเฉพาะเจาะจง แต่เป็นตำแหน่งทางปรัชญากว้างๆ ผลที่ตามมาอันน่าอัศจรรย์ทั้งหมดนี้ถูกทำนายโดยผู้ก่อตั้งลัทธิวัตถุนิยมวิภาษวิธี ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งบอกอะไร? เกี่ยวกับการเชื่อมต่อที่เชื่อมโยงระหว่างพลังงานกับมวล มวลและความเร็ว ความเร็วและเวลา ความเร็วและความยาวของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่... การค้นพบการพึ่งพาซึ่งกันและกันของไอน์สไตน์ เช่น ซีเมนต์ (รายละเอียดเพิ่มเติม :) การเชื่อมต่อกำลังเสริมหรือศิลารากฐานเข้าด้วยกัน สิ่งต่าง ๆ และปรากฏการณ์ที่ดูเหมือนก่อนหน้านี้รวมกันเป็นอิสระจากกันและสร้างพื้นฐานซึ่งเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ของวิทยาศาสตร์ที่เป็นไปได้ที่จะสร้างอาคารที่กลมกลืนกัน อาคารหลังนี้เป็นแนวคิดว่าจักรวาลของเราทำงานอย่างไร แต่ก่อนอื่น อย่างน้อยก็สักสองสามคำเกี่ยวกับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปซึ่งสร้างโดยอัลเบิร์ต ไอน์สไตน์เช่นกัน
อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์. ชื่อนี้ซึ่งเป็นทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปไม่สอดคล้องกับเนื้อหาของทฤษฎีที่จะกล่าวถึงมากนัก มันสร้างความพึ่งพาซึ่งกันและกันระหว่างอวกาศและสสาร ดูเหมือนจะถูกต้องกว่าถ้าเรียกมัน ทฤษฎีอวกาศ-เวลา, หรือ ทฤษฎีแรงโน้มถ่วง- แต่ชื่อนี้มีความเกี่ยวพันกับทฤษฎีของไอน์สไตน์มากจนทำให้เกิดคำถามเรื่องการแทนที่ชื่อนี้ในตอนนี้ก็ดูไม่เหมาะสมสำหรับนักวิทยาศาสตร์หลายคน ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปทำให้เกิดการพึ่งพาซึ่งกันและกันระหว่างสสารกับเวลาและพื้นที่ที่บรรจุสสารอยู่ ปรากฎว่าอวกาศและเวลาไม่เพียงแต่ไม่สามารถจินตนาการได้ว่ามีอยู่แยกจากสสารเท่านั้น แต่คุณสมบัติของพวกมันยังขึ้นอยู่กับสสารที่เติมเต็มด้วย ไอน์สไตน์ตีพิมพ์ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปในปี 1916 และดำเนินการเรื่องนี้มาตั้งแต่ปี 1907 มันไม่สมจริงเลยที่จะพยายามนำเสนอหลายๆ หน้าโดยไม่ใช้สูตรทางคณิตศาสตร์ จุดเริ่มต้นในการให้เหตุผล
ดังนั้นเราจึงสามารถระบุได้เท่านั้น จุดเริ่มต้นและให้ข้อสรุปที่สำคัญบางประการ ในช่วงเริ่มต้นของการเดินทางในอวกาศ ภัยพิบัติที่ไม่คาดคิดได้ทำลายห้องสมุด คอลเลกชันภาพยนตร์ และคลังข้อมูลจิตใจและความทรงจำของผู้คนที่บินผ่านอวกาศ และธรรมชาติของดาวเคราะห์ดวงนี้ถูกลืมไปในช่วงการเปลี่ยนแปลงของศตวรรษ แม้แต่กฎแห่งความโน้มถ่วงสากลก็ถูกลืมไปเพราะจรวดบินไปในอวกาศระหว่างกาแลคซีซึ่งแทบจะไม่รู้สึกเลย อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์ของเรือทำงานได้ดีมาก และการจ่ายพลังงานในแบตเตอรี่นั้นแทบไม่มีขีดจำกัด โดยส่วนใหญ่แล้วเรือจะเคลื่อนที่ตามแรงเฉื่อย และผู้อยู่อาศัยก็คุ้นเคยกับสภาวะไร้น้ำหนัก แต่บางครั้งพวกเขาก็เปิดเครื่องยนต์และชะลอหรือเร่งความเร็วการเคลื่อนที่ของเรือ เมื่อหัวฉีดไอพ่นลุกโชนในความว่างเปล่าด้วยเปลวไฟที่ไม่มีสีและเรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่รวดเร็ว ผู้อยู่อาศัยรู้สึกว่าร่างกายของพวกเขามีน้ำหนักมากขึ้น พวกเขาถูกบังคับให้เดินไปรอบๆ เรือ และไม่บินไปตามทางเดิน และตอนนี้เที่ยวบินก็ใกล้จะเสร็จสมบูรณ์แล้ว เรือบินขึ้นไปบนดาวดวงหนึ่งและตกสู่วงโคจรของดาวเคราะห์ที่เหมาะสมที่สุด ยานอวกาศออกไปข้างนอก เดินบนดินที่ปกคลุมไปด้วยต้นไม้เขียวขจี สัมผัสได้ถึงความรู้สึกหนักอึ้งเดิมๆ อย่างต่อเนื่อง คุ้นเคยตั้งแต่สมัยที่เรือเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว แต่ดาวเคราะห์ก็เคลื่อนที่อย่างเท่าเทียมกัน มันไม่สามารถบินเข้าหาพวกมันด้วยความเร่งคงที่ 9.8 ม./วินาที! และพวกเขามีข้อสันนิษฐานแรกว่าสนามโน้มถ่วง (แรงโน้มถ่วง) และความเร่งให้ผลแบบเดียวกัน และอาจมีลักษณะที่เหมือนกัน ไม่มีผู้ร่วมสมัยบนโลกของเราคนใดที่เดินทางไกลเช่นนี้ แต่หลายคนรู้สึกถึงปรากฏการณ์ของ "ความหนักเบา" และ "การลดน้ำหนัก" ของร่างกายของพวกเขา แม้กระทั่งลิฟต์ธรรมดาๆ เมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร็วก็สร้างความรู้สึกเช่นนี้ได้ เมื่อลงไปคุณจะรู้สึกว่าน้ำหนักลดลงกะทันหัน แต่ในทางกลับกัน พื้นจะกดทับขาของคุณด้วยแรงมากกว่าปกติ แต่ความรู้สึกหนึ่งไม่ได้พิสูจน์อะไรเลย ท้ายที่สุดแล้ว ความรู้สึกพยายามโน้มน้าวเราว่าดวงอาทิตย์เคลื่อนผ่านท้องฟ้ารอบโลกที่ไม่มีการเคลื่อนไหว ดวงดาวและดาวเคราะห์ทั้งหมดอยู่ห่างจากเราในท้องฟ้า ฯลฯ นักวิทยาศาสตร์ได้สัมผัสประสบการณ์ในการทดสอบเชิงทดลอง นิวตันยังนึกถึงอัตลักษณ์อันแปลกประหลาดของปรากฏการณ์ทั้งสองนี้ด้วย เขาพยายามให้คุณลักษณะเชิงตัวเลขแก่พวกเขา เมื่อวัดความโน้มถ่วงแล้ว และ เขาเชื่อมั่นว่าค่าของพวกมันมีค่าเท่ากันอย่างเคร่งครัดเสมอ. เขาสร้างลูกตุ้มของโรงงานนำร่องจากวัสดุทุกชนิด เงิน ตะกั่ว แก้ว เกลือ ไม้ น้ำ ทอง ทราย ข้าวสาลี ผลลัพธ์ก็เหมือนกัน หลักการความเท่าเทียมกันที่เรากำลังพูดถึงอยู่บนพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป แม้ว่าการตีความทฤษฎีสมัยใหม่จะไม่ต้องการหลักการนี้อีกต่อไป ข้ามข้อสรุปทางคณิตศาสตร์ที่ตามมาจากหลักการนี้ ให้เรามุ่งตรงไปยังผลลัพธ์บางประการของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป การมีอยู่ของสสารจำนวนมากส่งผลกระทบอย่างมากต่อพื้นที่โดยรอบ มันนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงที่สามารถกำหนดได้ว่าเป็นความหลากหลายของพื้นที่ ความไม่สอดคล้องกันเหล่านี้กำหนดทิศทางการเคลื่อนที่ของมวลใดๆ ที่พบว่าตัวเองอยู่ใกล้วัตถุที่น่าดึงดูด โดยปกติแล้วพวกเขาจะหันไปใช้การเปรียบเทียบนี้ ลองนึกภาพผืนผ้าใบที่ขึงแน่นบนกรอบขนานกับพื้นผิวโลก วางของหนักไว้บนนั้น นี่จะเป็นมวลดึงดูดขนาดใหญ่ของเรา แน่นอนว่ามันจะงอผืนผ้าใบและจบลงด้วยความหดหู่บางอย่าง ทีนี้หมุนลูกบอลไปตามผืนผ้าใบนี้เพื่อให้ส่วนหนึ่งของเส้นทางอยู่ติดกับมวลที่ดึงดูด ขึ้นอยู่กับวิธีการปล่อยลูกบอล มีสามตัวเลือกที่เป็นไปได้- ลูกบอลจะลอยไปไกลพอสมควรจากการกดทับที่เกิดจากการโก่งตัวของผืนผ้าใบ และจะไม่เปลี่ยนการเคลื่อนที่
- ลูกบอลจะสัมผัสถึงจุดกด และเส้นการเคลื่อนที่ของลูกบอลจะโค้งงอเข้าหามวลดึงดูด
- ลูกบอลจะตกลงไปในหลุมนี้ และไม่สามารถออกไปจากหลุมนั้นได้ และจะหมุนรอบมวลแรงโน้มถ่วงหนึ่งหรือสองครั้ง
การล่มสลายของแรงโน้มถ่วง
เรามาพูดถึงปรากฏการณ์มหัศจรรย์ที่มีลักษณะเป็นจักรวาล - การล่มสลายของแรงโน้มถ่วง (การบีบอัดแบบหายนะ) ปรากฏการณ์นี้เกิดขึ้นจากการสะสมสสารขนาดมหึมา ซึ่งแรงโน้มถ่วงมีความรุนแรงถึงขนาดมหาศาลจนไม่มีแรงอื่นใดในธรรมชาติที่สามารถต้านทานได้ จำสูตรอันโด่งดังของนิวตัน: ยิ่งระยะห่างระหว่างวัตถุที่มีแรงโน้มถ่วงยกกำลังสองน้อยลง แรงโน้มถ่วงก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย ดังนั้น ยิ่งการก่อตัวของวัตถุมีความหนาแน่นมากขึ้น ขนาดของมันก็จะเล็กลง แรงโน้มถ่วงก็จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วมากขึ้นเท่านั้น การโอบกอดการทำลายล้างของพวกมันก็จะยิ่งหลีกเลี่ยงไม่ได้มากขึ้นเท่านั้น มีเทคนิคอันชาญฉลาดที่ธรรมชาติต่อสู้กับการอัดสสารที่ดูเหมือนไม่มีขีดจำกัด เมื่อต้องการทำเช่นนี้ มันจะหยุดเวลาที่ผ่านไปในขอบเขตของการกระทำของแรงโน้มถ่วงขนาดยักษ์ และมวลของสสารที่ถูกผูกไว้ดูเหมือนจะถูกปิดไปจากจักรวาลของเรา กลายเป็นน้ำแข็งในการนอนหลับที่เซื่องซึมอย่างแปลกประหลาด “หลุมดำ” หลุมแรกในอวกาศอาจถูกค้นพบแล้ว ตามสมมติฐานของนักวิทยาศาสตร์โซเวียต O. Kh. Guseinov และ A. Sh. Novruzova มันคือ Delta Gemini ซึ่งเป็นดาวคู่ที่มีองค์ประกอบหนึ่งที่มองไม่เห็น ส่วนประกอบที่มองเห็นได้มีมวล 1.8 เท่าของดวงอาทิตย์ และ “สหาย” ที่มองไม่เห็นของมันควรมีมวลมากกว่าส่วนที่มองเห็นได้สี่เท่า ตามการคำนวณ แต่ไม่มีร่องรอยใด ๆ เลย เป็นไปไม่ได้ที่จะเห็น "หลุมดำ" การสร้างสรรค์ที่น่าอัศจรรย์ที่สุดของธรรมชาติ ศาสตราจารย์ K.P. Stanyukovich นักวิทยาศาสตร์ชาวโซเวียตกล่าวว่า "ที่ปลายปากกาของเขา" ผ่านโครงสร้างทางทฤษฎีล้วนๆ แสดงให้เห็นว่าอนุภาคของ "สสารเยือกแข็ง" สามารถมีขนาดที่หลากหลายมาก- การก่อตัวขนาดยักษ์ของมันเป็นไปได้ คล้ายกับควอซาร์ โดยปล่อยพลังงานอย่างต่อเนื่องมากเท่ากับดาวฤกษ์ 100 พันล้านดวงในกาแล็กซีของเราที่ปล่อยออกมา
- อาจมีกระจุกขนาดเล็กกว่ามากซึ่งมีมวลเท่าดวงอาทิตย์เพียงไม่กี่ดวงเท่านั้น วัตถุทั้งสองสามารถเกิดขึ้นเองได้จากวัตถุธรรมดาที่ไม่หลับใหล
- และการก่อตัวของคลาสที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิงนั้นเป็นไปได้ โดยมีมวลเทียบเคียงกับอนุภาคมูลฐานได้
แพลงก์ออน
ผู้เขียนสมมติฐานตั้งชื่ออนุภาคดังกล่าวเพื่อเป็นเกียรติแก่นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อดัง Max Planck - แพลงก์ออน แพลงก์ออนเป็นอนุภาคประเภทพิเศษโดยสิ้นเชิง พวกเขามีอย่างมากตาม K. P. Stanyukovich คุณสมบัติที่น่าสนใจ: บรรทุกวัตถุในรูปแบบไม่เปลี่ยนแปลงแบบเมื่อหลายล้านพันล้านปีก่อน เมื่อมองเข้าไปในแพลงก์ตอน เราจะสามารถเห็นสสารต่างๆ เหมือนกับตอนกำเนิดจักรวาลของเรา ตามการคำนวณทางทฤษฎี มีแพลงก์ตอนประมาณ 10,80 ตัวในจักรวาล โดยมีแพลงก์ออนประมาณ 1 ตัวอยู่ในลูกบาศก์อวกาศที่มีด้านยาว 10 เซนติเมตร อย่างไรก็ตามพร้อมกับ Stanyukovich และ (โดยอิสระจากเขา) นักวิชาการ M.A. Markov เสนอสมมติฐานเกี่ยวกับแพลงก์ออน มีเพียง Markov เท่านั้นที่ให้ชื่ออื่นแก่พวกเขา - maximons ยังสามารถใช้เพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงที่ขัดแย้งกันในบางครั้ง เป็นที่ทราบกันดีว่าในการชนกันของอนุภาคทั้งสองจะไม่ก่อตัวเป็นเศษเล็กเศษน้อย แต่อนุภาคมูลฐานอื่น ๆ จะเกิดขึ้น นี่เป็นเรื่องที่น่าทึ่งอย่างแท้จริง: ในโลกธรรมดาที่ทำลายแจกันเราจะไม่มีวันได้ถ้วยทั้งหมดหรือแม้แต่ดอกกุหลาบ สมมติว่าในส่วนลึกของอนุภาคมูลฐานแต่ละอันจะมีแพลงก์ตอนหนึ่งหรือหลายตัวซ่อนอยู่ และบางครั้งอาจมีแพลงก์ตอนจำนวนมากชนกัน "ถุง" ที่มัดแน่นของแพลงก์ตอนจะเปิดออกเล็กน้อย อนุภาคบางส่วนจะ "ตกลงไป" และในทางกลับกันสิ่งที่เราคิดว่าเกิดขึ้นระหว่างการปะทะกันก็จะ "โผล่ออกมา" ในเวลาเดียวกัน แพลงก์ออนก็เหมือนกับนักบัญชีที่กระตือรือร้น จะให้ "กฎหมายการอนุรักษ์" ทั้งหมดที่ยอมรับใน โลกแห่งอนุภาคมูลฐาน กลไกของแรงโน้มถ่วงสากลเกี่ยวข้องกับมันอย่างไร ตามสมมติฐานของ K. P. Stanyukovich “ผู้รับผิดชอบ” ต่อแรงโน้มถ่วงนั้นเป็นอนุภาคขนาดเล็กที่เรียกว่า Gravitons ซึ่งปล่อยออกมาอย่างต่อเนื่องจากอนุภาคมูลฐาน Graviton มีขนาดเล็กกว่า Gravitons อย่างหลังมากพอๆ กับจุดฝุ่นที่เต้นระบำในแสงตะวันซึ่งเล็กกว่าลูกโลก การปล่อยแรงโน้มถ่วงเป็นไปตามกฎหลายข้อ โดยเฉพาะอย่างยิ่งพวกมันบินเข้าไปในพื้นที่นั้นได้ง่ายกว่า ซึ่งมีแรงโน้มถ่วงน้อยกว่า ซึ่งหมายความว่าหากมีเทห์ฟากฟ้าสองดวงในอวกาศ ทั้งสองจะปล่อยแรงโน้มถ่วงออกมาเป็นส่วนใหญ่ "ออกไปด้านนอก" ในทิศทางตรงกันข้ามกัน สิ่งนี้สร้างแรงกระตุ้นที่ทำให้ร่างกายเข้ามาใกล้และดึงดูดกัน เมื่อทิ้งอนุภาคมูลฐานไว้ กราวิตอนก็เข้ามาเป็นส่วนหนึ่งของมวลด้วย ไม่ว่าจะมีขนาดเล็กแค่ไหน การสูญเสียมวลก็ไม่สามารถสังเกตเห็นได้เมื่อเวลาผ่านไป แต่ครั้งนี้ยิ่งใหญ่อย่างเหลือเชื่อ จะใช้เวลาประมาณ 100 พันล้านปีกว่าที่สสารทั้งหมดในจักรวาลจะกลายเป็นสนามโน้มถ่วง
สนามแรงโน้มถ่วง แต่นั่นคือทั้งหมดเหรอ? จากข้อมูลของ K.P. Stanyukovich ประมาณ 95 เปอร์เซ็นต์ของมวลของสสารถูกซ่อนอยู่ในแพลงก์ตอนขนาดต่างๆ และอยู่ในสภาวะง่วงนอน แต่เมื่อเวลาผ่านไป แพลงก์ตอนจะเปิดออกและปริมาณของสสาร "ปกติ" จะเพิ่มขึ้น ทำไมหินที่ปล่อยออกมาจากมือของคุณถึงตกลงสู่พื้นโลก? เพราะเขาถูกดึงดูดโดยโลกคุณแต่ละคนจะพูด ในความเป็นจริงหินตกลงสู่พื้นโลกด้วยความเร่งของแรงโน้มถ่วง ดังนั้น แรงที่พุ่งเข้าหาโลกจึงกระทำกับหินจากด้านข้างของโลก ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน หินจะกระทำบนโลกด้วยแรงขนาดเท่ากันที่พุ่งเข้าหาหิน กล่าวอีกนัยหนึ่ง แรงดึงดูดซึ่งกันและกันทำหน้าที่ระหว่างโลกกับหิน
นิวตันเป็นคนแรกที่เดา จากนั้นจึงพิสูจน์อย่างเคร่งครัดว่าสาเหตุที่ทำให้ก้อนหินตกลงมายังโลก การเคลื่อนที่ของดวงจันทร์รอบโลก และดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ก็เหมือนกัน นี่คือแรงโน้มถ่วงที่กระทำระหว่างวัตถุใดๆ ในจักรวาล ต่อไปนี้เป็นแนวทางการให้เหตุผลของเขา ซึ่งระบุไว้ในงานหลักของนิวตันเรื่อง "หลักการทางคณิตศาสตร์ของปรัชญาธรรมชาติ":
“ก้อนหินที่ถูกขว้างในแนวนอนจะเบี่ยงเบนไปภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงจากเส้นทางตรง และเมื่ออธิบายวิถีโคจรโค้งแล้ว ก็จะตกลงสู่พื้นโลกในที่สุด หากขว้างด้วยความเร็วสูง มันจะตกลงไปไกลกว่านี้” (รูปที่ 1)
จากการโต้แย้งเหล่านี้ต่อไป นิวตันได้ข้อสรุปว่าหากไม่ใช่เพื่อการต้านทานอากาศ วิถีของก้อนหินที่โยนลงมาจากภูเขาสูงด้วยความเร็วระดับหนึ่งก็อาจกลายเป็นเช่นนั้นจนไม่สามารถไปถึงพื้นผิวโลกได้เลย แต่ จะเคลื่อนที่ไปรอบ ๆ มัน "เหมือนกับ" วิธีที่ดาวเคราะห์อธิบายวงโคจรของพวกเขาในอวกาศบนท้องฟ้า"
ตอนนี้เราคุ้นเคยกับการเคลื่อนที่ของดาวเทียมรอบโลกมากจนไม่จำเป็นต้องอธิบายความคิดของนิวตันอย่างละเอียดอีกต่อไป
ตามข้อมูลของนิวตัน การเคลื่อนที่ของดวงจันทร์รอบโลกหรือดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ก็เป็นการตกอย่างอิสระเช่นกัน แต่จะเป็นการตกที่คงอยู่เป็นเวลาหลายพันล้านปีโดยไม่หยุด สาเหตุของการ "ตก" ดังกล่าว (ไม่ว่าเราจะพูดถึงการตกของหินธรรมดามายังโลกหรือการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ในวงโคจรของมันจริงๆ) ก็เป็นเพราะแรงโน้มถ่วงสากล พลังนี้ขึ้นอยู่กับอะไร?
การพึ่งพาอาศัยแรงโน้มถ่วงกับมวลของร่างกาย
กาลิเลโอพิสูจน์ว่าในระหว่างการตกอย่างอิสระ โลกให้ความเร่งเท่ากันแก่วัตถุทั้งหมดในสถานที่ที่กำหนด โดยไม่คำนึงถึงมวลของพวกมัน แต่ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน ความเร่งจะแปรผกผันกับมวล เราจะอธิบายได้อย่างไรว่าความเร่งที่ส่งไปยังวัตถุด้วยแรงโน้มถ่วงของโลกนั้นเท่ากันสำหรับวัตถุทั้งหมด สิ่งนี้เป็นไปได้ก็ต่อเมื่อแรงโน้มถ่วงที่มีต่อโลกเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของร่างกาย ในกรณีนี้ การเพิ่มมวล m เช่น เพิ่มขึ้นสองเท่าจะส่งผลให้โมดูลัสแรงเพิ่มขึ้น เอฟเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า และความเร่งซึ่งเท่ากับ \(a = \frac (F)(m)\) จะไม่เปลี่ยนแปลง เมื่อสรุปข้อสรุปเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุใดๆ แล้ว เราสรุปได้ว่าแรงโน้มถ่วงสากลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับมวลของร่างกายที่แรงนี้กระทำ
แต่อย่างน้อยสองร่างก็มีส่วนร่วมในการดึงดูดซึ่งกันและกัน กฎข้อที่สามของนิวตันแต่ละข้อถูกกระทำโดยแรงโน้มถ่วงที่มีขนาดเท่ากัน ดังนั้นแรงแต่ละแรงเหล่านี้จะต้องได้สัดส่วนกับทั้งมวลของวัตถุหนึ่งและมวลของอีกวัตถุหนึ่ง ดังนั้นแรงโน้มถ่วงสากลระหว่างวัตถุทั้งสองจึงเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวล:
\(F \sim m_1 \cdot m_2\)
การพึ่งพาอาศัยแรงโน้มถ่วงกับระยะห่างระหว่างวัตถุ
จากประสบการณ์เป็นที่ทราบกันดีว่าความเร่งของแรงโน้มถ่วงอยู่ที่ 9.8 m/s 2 และวัตถุที่ตกลงมาจากความสูง 1, 10 และ 100 เมตร ก็เช่นเดียวกัน กล่าวคือ ไม่ได้ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างวัตถุกับโลก . ดูเหมือนว่าจะหมายความว่าแรงไม่ได้ขึ้นอยู่กับระยะทาง แต่นิวตันเชื่อว่าระยะทางไม่ควรนับจากพื้นผิว แต่นับจากศูนย์กลางของโลก แต่รัศมีของโลกคือ 6400 กม. เป็นที่ชัดเจนว่าความสูงหลายสิบ ร้อย หรือหลายพันเมตรเหนือพื้นผิวโลกไม่สามารถเปลี่ยนแปลงค่าความเร่งของแรงโน้มถ่วงได้อย่างเห็นได้ชัด
หากต้องการทราบว่าระยะห่างระหว่างวัตถุส่งผลต่อความแข็งแกร่งของแรงดึงดูดซึ่งกันและกันอย่างไร จำเป็นต้องค้นหาว่าวัตถุที่อยู่ห่างจากโลกในระยะทางที่ไกลพอสมควรนั้นมีความเร่งเท่าใด อย่างไรก็ตาม เป็นการยากที่จะสังเกตและศึกษาการตกอย่างอิสระของร่างกายจากความสูงหลายพันกิโลเมตรเหนือพื้นโลก แต่ธรรมชาติเองก็เข้ามาช่วยเหลือที่นี่ และทำให้สามารถระบุความเร่งของร่างกายที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบโลกได้ และแน่นอนว่ามีความเร่งสู่ศูนย์กลาง ซึ่งเกิดจากแรงดึงดูดเดียวกันกับโลก ร่างกายแบบนั้นก็เป็นได้ ดาวเทียมธรรมชาติโลก-ดวงจันทร์. หากแรงดึงดูดระหว่างโลกกับดวงจันทร์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างพวกมัน ความเร่งสู่ศูนย์กลางของดวงจันทร์ก็จะเหมือนกับความเร่งของร่างกายที่ตกลงมาอย่างอิสระใกล้พื้นผิวโลก ในความเป็นจริง ความเร่งสู่ศูนย์กลางของดวงจันทร์คือ 0.0027 เมตร/วินาที 2
มาพิสูจน์กัน- การปฏิวัติของดวงจันทร์รอบโลกเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงระหว่างพวกเขา ประมาณว่าวงโคจรของดวงจันทร์ถือได้ว่าเป็นวงกลม ด้วยเหตุนี้ โลกจึงส่งความเร่งสู่ศูนย์กลางไปยังดวงจันทร์ คำนวณโดยใช้สูตร \(a = \frac (4 \pi^2 \cdot R)(T^2)\) โดยที่ ร– รัศมีวงโคจรของดวงจันทร์ เท่ากับประมาณ 60 รัศมีโลก ตµ 27 วัน 7 ชั่วโมง 43 นาที µ 2.4∙10 6 วินาที – คาบที่ดวงจันทร์โคจรรอบโลก เมื่อพิจารณาว่ารัศมีของโลก ร z γ 6.4∙10 6 m เราพบว่าความเร่งสู่ศูนย์กลางของดวงจันทร์เท่ากับ:
\(a = \frac (4 \pi^2 \cdot 60 \cdot 6.4 \cdot 10^6)((2.4 \cdot 10^6)^2) \ประมาณ 0.0027\) m/s 2.
ค่าความเร่งที่พบจะน้อยกว่าความเร่งของการตกอย่างอิสระของวัตถุที่พื้นผิวโลก (9.8 เมตร/วินาที 2) ประมาณ 3600 = 60 2 เท่า
ดังนั้นการเพิ่มระยะห่างระหว่างร่างกายกับโลก 60 เท่าทำให้ความเร่งที่เกิดจากแรงโน้มถ่วงลดลง และด้วยเหตุนี้ แรงโน้มถ่วงเองก็ 60 2 เท่า
สิ่งนี้นำไปสู่ข้อสรุปที่สำคัญ: ความเร่งที่ส่งให้กับวัตถุด้วยแรงโน้มถ่วงที่มีต่อโลกจะลดลงในสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างถึงศูนย์กลางของโลก
\(F \sim \frac (1)(R^2)\)
กฎแห่งแรงโน้มถ่วง
ในปี ค.ศ. 1667 นิวตันได้กำหนดกฎแรงโน้มถ่วงสากลขึ้นในที่สุด:
\(F = G \cdot \frac (m_1 \cdot m_2)(R^2).\quad (1)\)
แรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวลของวัตถุเหล่านี้ และเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง.
ปัจจัยสัดส่วน ชเรียกว่า ค่าคงที่แรงโน้มถ่วง.
กฎแห่งแรงโน้มถ่วงใช้ได้เฉพาะกับวัตถุที่มีขนาดเล็กน้อยเมื่อเทียบกับระยะห่างระหว่างวัตถุเหล่านั้น กล่าวอีกนัยหนึ่งมันยุติธรรมเท่านั้น สำหรับจุดวัสดุ- ในกรณีนี้ แรงโน้มถ่วงจะพุ่งไปตามแนวเส้นที่เชื่อมจุดเหล่านี้ (รูปที่ 2) แรงชนิดนี้เรียกว่าศูนย์กลาง
การหาแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุที่กำหนดจากอีกวัตถุหนึ่ง ในกรณีที่ไม่สามารถละเลยขนาดของวัตถุได้ ให้ดำเนินการดังนี้ ร่างทั้งสองถูกแบ่งทางจิตออกเป็นองค์ประกอบเล็ก ๆ ซึ่งแต่ละส่วนถือได้ว่าเป็นจุดหนึ่ง โดยการเพิ่มแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อแต่ละองค์ประกอบของวัตถุที่กำหนดจากองค์ประกอบทั้งหมดของวัตถุอื่น เราจะได้แรงที่กระทำต่อองค์ประกอบนี้ (รูปที่ 3) เมื่อทำการดำเนินการดังกล่าวกับแต่ละองค์ประกอบของวัตถุที่กำหนดและเพิ่มแรงที่เกิดขึ้น จะพบแรงโน้มถ่วงทั้งหมดที่กระทำต่อวัตถุนี้ งานนี้เป็นเรื่องยาก
อย่างไรก็ตาม มีกรณีหนึ่งที่สำคัญในทางปฏิบัติเมื่อสูตร (1) ใช้ได้กับเนื้อหาที่ขยายออก สามารถพิสูจน์ได้ว่าวัตถุทรงกลมซึ่งมีความหนาแน่นขึ้นอยู่กับระยะทางถึงศูนย์กลางเท่านั้นเมื่อระยะห่างระหว่างวัตถุเหล่านั้นมากกว่าผลรวมของรัศมีนั้นถูกดึงดูดด้วยแรงซึ่งโมดูลัสถูกกำหนดโดยสูตร (1) ในกรณีนี้ รคือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของลูกบอล
และสุดท้าย เนื่องจากขนาดของวัตถุที่ตกลงบนพื้นโลกมีขนาดเล็กกว่าขนาดของโลกมาก วัตถุเหล่านี้จึงถือเป็นวัตถุปลายแหลมได้ จากนั้นภายใต้ รในสูตร (1) เราควรเข้าใจระยะห่างจากวัตถุที่กำหนดถึงศูนย์กลางของโลก
ระหว่างวัตถุทั้งหมดมีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน ขึ้นอยู่กับร่างกาย (มวล) และระยะห่างระหว่างวัตถุเหล่านั้น
ความหมายทางกายภาพของค่าคงที่แรงโน้มถ่วง
จากสูตร (1) เราพบ
\(G = F \cdot \frac (R^2)(m_1 \cdot m_2)\)
ตามมาว่าถ้าระยะห่างระหว่างวัตถุเป็นตัวเลขเท่ากับความสามัคคี ( ร= 1 ม.) และมวลของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ก็เท่ากับความสามัคคีเช่นกัน ( ม 1 = ม 2 = 1 กก.) ดังนั้นค่าคงตัวแรงโน้มถ่วงจะเท่ากับตัวเลขเท่ากับโมดูลัสแรง เอฟ- ดังนั้น ( ความหมายทางกายภาพ ),
ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงเป็นตัวเลขเท่ากับโมดูลัสของแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุที่มีมวล 1 กิโลกรัมจากอีกวัตถุหนึ่งที่มีมวลเท่ากันที่ระยะห่างระหว่างวัตถุ 1 เมตร.
ใน SI ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงจะแสดงเป็น
.
ประสบการณ์คาเวนดิช
ค่าคงที่แรงโน้มถ่วง ชสามารถพบได้เพียงการทดลองเท่านั้น ในการทำเช่นนี้ คุณจะต้องวัดโมดูลัสแรงโน้มถ่วง เอฟออกฤทธิ์ต่อร่างกายโดยมวล ม 1 จากด้านข้างของวัตถุมีมวล ม 2 ในระยะที่ทราบ รระหว่างร่างกาย
การวัดค่าคงที่แรงโน้มถ่วงครั้งแรกเกิดขึ้นในช่วงกลางศตวรรษที่ 18 ประมาณค่าแม้ว่าจะคร่าวๆ ก็ตาม ชในเวลานั้นเป็นไปได้โดยการพิจารณาแรงดึงดูดของลูกตุ้มต่อภูเขาซึ่งมวลถูกกำหนดโดยวิธีทางธรณีวิทยา
การตรวจวัดค่าคงที่ความโน้มถ่วงที่แม่นยำเกิดขึ้นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2341 โดยนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ จี. คาเวนดิช โดยใช้เครื่องมือที่เรียกว่าสมดุลแรงบิด ความสมดุลของแรงบิดจะแสดงเป็นแผนผังในรูปที่ 4
คาเวนดิชยึดลูกบอลตะกั่วขนาดเล็กสองลูก (เส้นผ่านศูนย์กลางและมวล 5 ซม ม 1 = หนัก 775 กรัม) ที่ปลายอีกด้านของแท่งยาว 2 เมตร ท่อนไม้ถูกแขวนไว้บนลวดเส้นเล็ก สำหรับเส้นลวดนี้จะกำหนดแรงยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นเมื่อบิดเป็นมุมต่างๆ ลูกบอลตะกั่วขนาดใหญ่สองลูก (เส้นผ่านศูนย์กลาง 20 ซม. และชั่งน้ำหนัก) ม 2 = 49.5 กก.) สามารถนำมาไว้ใกล้ลูกบอลเล็กได้ แรงดึงดูดจากลูกบอลขนาดใหญ่ทำให้ลูกบอลขนาดเล็กเคลื่อนที่เข้าหาพวกมัน ในขณะที่ลวดที่ยืดออกบิดเล็กน้อย ระดับการบิดเป็นตัววัดแรงที่กระทำระหว่างลูกบอล มุมของการบิดของเส้นลวด (หรือการหมุนของแกนด้วยลูกบอลเล็ก ๆ ) มีขนาดเล็กมากจนต้องวัดโดยใช้หลอดออปติคอล ผลลัพธ์ที่คาเวนดิชได้รับนั้นแตกต่างเพียง 1% จากค่าคงที่แรงโน้มถ่วงที่ยอมรับในปัจจุบัน:
G หยาบคาย 6.67∙10 -11 (N∙m 2)/กก. 2
ดังนั้น แรงดึงดูดของวัตถุทั้งสองซึ่งมีน้ำหนักข้างละ 1 กิโลกรัม ซึ่งอยู่ห่างจากกัน 1 เมตร จะมีค่าเท่ากันในโมดูลเพียง 6.67∙10 -11 N ซึ่งเป็นแรงที่น้อยมาก เฉพาะในกรณีที่วัตถุที่มีมวลมหาศาลโต้ตอบกัน (หรือ อย่างน้อยมวลของวัตถุใดวัตถุหนึ่งมีขนาดใหญ่) แรงโน้มถ่วงจะมีขนาดใหญ่ ตัวอย่างเช่น โลกดึงดูดดวงจันทร์ด้วยแรง เอฟอยู่ที่ 2∙10 20 น.
แรงโน้มถ่วงเป็น "จุดอ่อน" ที่สุดในบรรดาพลังธรรมชาติทั้งหมด นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าค่าคงตัวโน้มถ่วงมีค่าน้อย แต่ด้วยมวลวัตถุจักรวาลจำนวนมาก แรงโน้มถ่วงสากลจึงมีขนาดใหญ่มาก กองกำลังเหล่านี้ทำให้ดาวเคราะห์ทุกดวงอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์
ความหมายของกฎแรงโน้มถ่วงสากล
กฎแห่งแรงโน้มถ่วงสากลเป็นรากฐานของกลศาสตร์ท้องฟ้า - ศาสตร์แห่งการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ ด้วยความช่วยเหลือของกฎนี้ ตำแหน่งของเทห์ฟากฟ้าในท้องฟ้าล่วงหน้าหลายทศวรรษจะถูกกำหนดด้วยความแม่นยำอย่างยิ่งและคำนวณวิถีของพวกมัน กฎแรงโน้มถ่วงสากลยังใช้ในการคำนวณการเคลื่อนที่ด้วย ดาวเทียมประดิษฐ์ยานพาหนะอัตโนมัติของโลกและระหว่างดาวเคราะห์
การรบกวนการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์- ดาวเคราะห์ไม่ได้เคลื่อนที่ตามกฎของเคปเลอร์อย่างเคร่งครัด กฎของเคปเลอร์จะต้องปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัดสำหรับการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์ดวงหนึ่งเฉพาะในกรณีที่ดาวเคราะห์ดวงนี้โคจรรอบดวงอาทิตย์เท่านั้น แต่ใน ระบบสุริยะมีดาวเคราะห์หลายดวง ล้วนถูกดึงดูดโดยดวงอาทิตย์และกันและกัน ดังนั้นการรบกวนการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์จึงเกิดขึ้น ในระบบสุริยะ การรบกวนมีน้อยเพราะแรงดึงดูดของดาวเคราะห์โดยดวงอาทิตย์นั้นแรงกว่าแรงดึงดูดของดาวเคราะห์ดวงอื่นมาก เมื่อคำนวณตำแหน่งที่ปรากฏของดาวเคราะห์ จะต้องคำนึงถึงการรบกวนด้วย เมื่อทำการปล่อยเทห์ฟากฟ้าเทียมและเมื่อคำนวณวิถีของพวกมันจะใช้ทฤษฎีโดยประมาณของการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้า - ทฤษฎีการก่อกวน
การค้นพบดาวเนปจูน- หนึ่งในตัวอย่างที่โดดเด่นของชัยชนะของกฎแรงโน้มถ่วงสากลคือการค้นพบดาวเคราะห์เนปจูน ในปี พ.ศ. 2324 วิลเลียม เฮอร์เชล นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษได้ค้นพบดาวเคราะห์ยูเรนัส วงโคจรของมันถูกคำนวณและตารางตำแหน่งของดาวเคราะห์นี้ถูกรวบรวมเป็นเวลาหลายปีต่อ ๆ ไป อย่างไรก็ตาม การตรวจสอบตารางนี้ซึ่งดำเนินการในปี 1840 แสดงให้เห็นว่าข้อมูลในตารางนี้แตกต่างจากความเป็นจริง
นักวิทยาศาสตร์แนะนำว่าความเบี่ยงเบนในการเคลื่อนที่ของดาวยูเรนัสนั้นเกิดจากการดึงดูดของดาวเคราะห์ที่ไม่รู้จักซึ่งอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากกว่าดาวยูเรนัส เมื่อทราบความเบี่ยงเบนจากวิถีที่คำนวณได้ (การรบกวนในการเคลื่อนที่ของดาวยูเรนัส) ชาวอังกฤษอดัมส์และชาวฝรั่งเศสเลเวอร์เรียร์โดยใช้กฎแรงโน้มถ่วงสากลคำนวณตำแหน่งของดาวเคราะห์ดวงนี้บนท้องฟ้า อดัมส์คำนวณเสร็จเร็ว แต่ผู้สังเกตการณ์ที่เขาแจ้งผลลัพธ์ให้ทราบก็ไม่รีบร้อนที่จะตรวจสอบ ในขณะเดียวกัน Leverrier เมื่อคำนวณเสร็จแล้วได้ชี้ให้ Halle นักดาราศาสตร์ชาวเยอรมันทราบสถานที่ที่จะมองหาดาวเคราะห์ที่ไม่รู้จัก ในเย็นวันแรกของวันที่ 28 กันยายน พ.ศ. 2389 ฮัลเลอชี้กล้องโทรทรรศน์ไปยังตำแหน่งที่ระบุ และค้นพบดาวเคราะห์ดวงใหม่ เธอชื่อเนปจูน
ในทำนองเดียวกัน ดาวเคราะห์พลูโตถูกค้นพบเมื่อวันที่ 14 มีนาคม พ.ศ. 2473 กล่าวกันว่าการค้นพบทั้งสองครั้งเกิดขึ้น "เพียงปลายปากกา"
ด้วยการใช้กฎแรงโน้มถ่วงสากล คุณสามารถคำนวณมวลของดาวเคราะห์และดาวเทียมของมันได้ อธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ เช่น การขึ้นและลงของน้ำในมหาสมุทร และอื่นๆ อีกมากมาย
แรงโน้มถ่วงสากลนั้นเป็นพลังที่เป็นสากลมากที่สุดในบรรดาพลังแห่งธรรมชาติทั้งหมด พวกมันทำหน้าที่ระหว่างวัตถุใดๆ ที่มีมวล และวัตถุทั้งหมดมีมวล ไม่มีอุปสรรคต่อแรงโน้มถ่วง พวกมันกระทำผ่านร่างกายใดก็ได้
วรรณกรรม
- คิโคอิน ไอ.เค. คิโคอิน เอ.เค. ฟิสิกส์: หนังสือเรียน. สำหรับเกรด 9 เฉลี่ย โรงเรียน – อ.: การศึกษา, 2535. – 191 น.
- ฟิสิกส์: กลศาสตร์. ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10: หนังสือเรียน เพื่อศึกษาฟิสิกส์เชิงลึก / ม.ม. บาลาชอฟ, A.I. โกโมโนวา, เอ.บี. Dolitsky และคนอื่น ๆ ; เอ็ด G.Ya. ไมยากิเชวา. – อ.: อีแร้ง, 2545. – 496 หน้า
ตามกฎของนิวตัน วัตถุสามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร่งได้ภายใต้อิทธิพลของแรงเท่านั้น เพราะ วัตถุที่ตกลงมาจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งที่ชี้ลงด้านล่าง จากนั้นแรงโน้มถ่วงจะกระทำต่อโลก แต่ไม่เพียงแต่โลกเท่านั้นที่มีคุณสมบัติในการออกฤทธิ์ต่อวัตถุทั้งหมดด้วยแรงโน้มถ่วง ไอแซก นิวตัน เสนอว่า มีแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุทั้งหมด กองกำลังเหล่านี้เรียกว่า แรงโน้มถ่วงสากลหรือ แรงโน้มถ่วงกองกำลัง
หลังจากขยายรูปแบบที่กำหนดไว้ - การพึ่งพาแรงดึงดูดของวัตถุบนโลกในระยะห่างระหว่างวัตถุและกับมวลของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งได้มาจากการสังเกต - นิวตันค้นพบในปี 1682 กฎแรงโน้มถ่วงสากล:วัตถุทั้งหมดดึงดูดซึ่งกันและกัน แรงโน้มถ่วงสากลเป็นสัดส่วนโดยตรงกับผลคูณของมวลวัตถุและเป็นสัดส่วนผกผันกับกำลังสองของระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง:
เวกเตอร์ของแรงโน้มถ่วงสากลนั้นพุ่งไปตามเส้นตรงที่เชื่อมระหว่างวัตถุ เรียกว่าปัจจัยสัดส่วน G ค่าคงที่แรงโน้มถ่วง (ค่าคงที่แรงโน้มถ่วงสากล)และเท่ากับ
.
แรงโน้มถ่วงแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุทั้งหมดจากโลกเรียกว่า:
.
อนุญาต 
คือมวลของโลก และ 
– รัศมีของโลก ลองพิจารณาการพึ่งพาความเร่งของการตกอย่างอิสระกับความสูงของการเพิ่มขึ้นเหนือพื้นผิวโลก:
น้ำหนักตัว. ไร้น้ำหนัก
น้ำหนักตัว –แรงที่ร่างกายกดบนส่วนรองรับหรือช่วงล่างเนื่องจากการดึงดูดของร่างกายนี้กับพื้น ใช้น้ำหนักตัวกับส่วนรองรับ (ระบบกันสะเทือน) ปริมาณน้ำหนักตัวขึ้นอยู่กับการเคลื่อนไหวของร่างกายด้วยการรองรับ (ระบบกันสะเทือน)
น้ำหนักตัวเช่น แรงที่ร่างกายกระทำต่อส่วนรองรับและแรงยืดหยุ่นซึ่งส่วนรองรับกระทำต่อร่างกาย ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน มีค่าเท่ากันในค่าสัมบูรณ์และมีทิศทางตรงกันข้าม
หากวัตถุอยู่นิ่งบนแนวรับในแนวนอนหรือเคลื่อนที่สม่ำเสมอ เฉพาะแรงโน้มถ่วงและแรงยืดหยุ่นจากจุดรองรับเท่านั้นที่กระทำต่อวัตถุดังกล่าว ดังนั้น น้ำหนักของร่างกายจึงเท่ากับแรงโน้มถ่วง (แต่แรงเหล่านี้ใช้กับวัตถุที่แตกต่างกัน):
.
เมื่อเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง น้ำหนักของร่างกายจะไม่เท่ากับแรงโน้มถ่วง ลองพิจารณาการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีมวล m ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงและความยืดหยุ่นด้วยความเร่ง ตามกฎข้อที่ 2 ของนิวตัน:
ถ้าความเร่งของร่างกายพุ่งลง น้ำหนักของร่างกายจะน้อยกว่าแรงโน้มถ่วง ถ้าความเร่งของร่างกายพุ่งขึ้น วัตถุทั้งหมดจะมีค่ามากกว่าแรงโน้มถ่วง
การเพิ่มขึ้นของน้ำหนักตัวที่เกิดจากการเคลื่อนที่แบบเร่งของส่วนรองรับหรือระบบกันสะเทือนเรียกว่า โอเวอร์โหลด.
หากร่างกายตกลงอย่างอิสระจากสูตร * จะเป็นไปตามว่าน้ำหนักของร่างกายเป็นศูนย์ การหายไปของน้ำหนักเมื่อส่วนรองรับเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของการตกอย่างอิสระเรียกว่า ความไร้น้ำหนัก.
สภาวะไร้น้ำหนักจะสังเกตได้ในเครื่องบินหรือยานอวกาศเมื่อมันเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของแรงโน้มถ่วง โดยไม่คำนึงถึงความเร็วของการเคลื่อนที่ ภายนอกชั้นบรรยากาศของโลก เมื่อดับเครื่องยนต์ไอพ่น จะมีเพียงแรงโน้มถ่วงสากลเท่านั้นที่กระทำต่อยานอวกาศ ภายใต้อิทธิพลของพลังนี้ ยานอวกาศและวัตถุทั้งหมดในนั้นเคลื่อนที่ด้วยความเร่งเดียวกัน ดังนั้นจึงพบปรากฏการณ์ไร้น้ำหนักบนเรือ
การเคลื่อนไหวของร่างกายภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง การเคลื่อนที่ของดาวเทียมเทียม ความเร็วหลบหนีครั้งแรก
หากโมดูลการเคลื่อนไหวของร่างกายน้อยกว่าระยะห่างจากศูนย์กลางของโลกมาก เราก็สามารถถือว่าแรงโน้มถ่วงสากลระหว่างการเคลื่อนไหวคงที่ และการเคลื่อนไหวของร่างกายจะถูกเร่งอย่างสม่ำเสมอ กรณีที่ง่ายที่สุดของการเคลื่อนไหวของร่างกายภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงคือการล้มอย่างอิสระโดยมีความเร็วเริ่มต้นเป็นศูนย์ ในกรณีนี้ ร่างกายจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่งในการตกอย่างอิสระไปยังศูนย์กลางของโลก หากมีความเร็วเริ่มต้นที่ไม่ได้กำหนดทิศทางในแนวตั้ง ร่างกายจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางโค้ง (พาราโบลา หากไม่คำนึงถึงแรงต้านอากาศ)
ที่ความเร็วเริ่มต้นที่แน่นอน วัตถุที่ถูกโยนสัมผัสกับพื้นผิวโลกภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงในกรณีที่ไม่มีบรรยากาศสามารถเคลื่อนที่เป็นวงกลมรอบโลกได้โดยไม่ล้มหรือเคลื่อนตัวออกจากมัน ความเร็วนี้เรียกว่า ความเร็วหลบหนีครั้งแรกและร่างกายที่เคลื่อนไหวในลักษณะนี้ก็คือ ดาวเทียมโลกเทียม (AES).
ให้เรากำหนดความเร็วหลุดพ้นครั้งแรกของโลก หากวัตถุเคลื่อนที่รอบโลกเป็นวงกลมสม่ำเสมอภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ความเร่งของแรงโน้มถ่วงก็คือความเร่งสู่ศูนย์กลาง:
.
ดังนั้น ความเร็วหลุดพ้นอันแรกจึงเท่ากับ
.
ความเร็วหลุดพ้นครั้งแรกของเทห์ฟากฟ้าใดๆ จะถูกกำหนดในลักษณะเดียวกัน ความเร่งของแรงโน้มถ่วงที่ระยะ R จากศูนย์กลางของเทห์ฟากฟ้าสามารถพบได้โดยใช้กฎข้อที่สองของนิวตันและกฎแรงโน้มถ่วงสากล:
.
ดังนั้น ความเร็วหลุดพ้นครั้งแรกที่ระยะ R จากศูนย์กลางของเทห์ฟากฟ้าที่มีมวล M เท่ากับ
.
หากต้องการส่งดาวเทียมเทียมขึ้นสู่วงโคจรโลกต่ำ จะต้องนำดาวเทียมออกจากชั้นบรรยากาศก่อน นั่นเป็นเหตุผล ยานอวกาศเริ่มต้นในแนวตั้ง ที่ระดับความสูง 200 - 300 กม. จากพื้นผิวโลก ซึ่งบรรยากาศถูกทำให้บริสุทธิ์และแทบไม่มีผลกระทบต่อการเคลื่อนที่ของดาวเทียม จรวดจะทำการเลี้ยวและให้ดาวเทียมมีความเร็วหลุดแรกในทิศทางที่ตั้งฉากกับแนวดิ่ง .
ระหว่างวัตถุใดๆ ในธรรมชาติ ย่อมมีแรงดึงดูดระหว่างกัน แรงโน้มถ่วงสากล(หรือแรงโน้มถ่วง)
ถูกค้นพบโดยไอแซก นิวตัน ในปี ค.ศ. 1682 ตอนที่เขายังอายุ 23 ปี เขาแนะนำว่าแรงที่ทำให้ดวงจันทร์อยู่ในวงโคจรนั้นมีลักษณะเดียวกับแรงที่ทำให้แอปเปิ้ลตกลงสู่พื้นโลก (แรงโน้มถ่วงมก ) มีทิศทางในแนวตั้งอย่างเคร่งครัดสู่ใจกลางโลก - ความเร่งของแรงโน้มถ่วงจะแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากพื้นผิวโลก ที่พื้นผิวโลกในละติจูดกลาง มีค่าประมาณ 9.8 เมตร/วินาที 2 ในขณะที่คุณเคลื่อนตัวออกห่างจากพื้นผิวโลกก
ลดลง – น้ำหนักตัว (ความแข็งแรงของน้ำหนัก)คือแรงที่ร่างกายกระทำต่อรองรับแนวนอนหรือยืดช่วงล่าง สันนิษฐานว่าร่างกายไม่เคลื่อนไหวสัมพันธ์กับการรองรับหรือช่วงล่าง ปล่อยให้ร่างกายนอนอยู่บนโต๊ะแนวนอนโดยไม่มีการเคลื่อนไหวสัมพันธ์กับโลก แสดงด้วยจดหมาย.
ร น้ำหนักและแรงโน้มถ่วงของร่างกายแตกต่างกันโดยธรรมชาติ:
น้ำหนักของร่างกายเป็นการสำแดงการกระทำของแรงระหว่างโมเลกุล และแรงโน้มถ่วงก็เป็นไปตามธรรมชาติของแรงโน้มถ่วง ถ้าเร่งความเร็ว ก = 0 แล้วน้ำหนักจะเท่ากับแรงที่ร่างกายถูกดึงดูดมายังโลก กล่าวคือ ..
[ป] = ยังไม่มีข้อความ
- หากเงื่อนไขแตกต่างออกไป น้ำหนักก็จะเปลี่ยนไป: ถ้าเร่งความเร็ว ก 0 ไม่เท่ากัน แล้วน้ำหนัก P = มก. - แม่ (ลง) หรือ P = มก. + แม่
- (ขึ้น); หากร่างกายล้มอย่างอิสระหรือเคลื่อนไหวด้วยความเร่งในการล้มอย่างอิสระ เช่น- ความเร่งของแรงโน้มถ่วงจะแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับระยะห่างจากพื้นผิวโลก ที่พื้นผิวโลกในละติจูดกลาง มีค่าประมาณ 9.8 เมตร/วินาที 2 ในขณะที่คุณเคลื่อนตัวออกห่างจากพื้นผิวโลกก = 0 ((รูปที่ 2) แล้วน้ำหนักตัวจะเท่ากับ ). พ=0 ความไร้น้ำหนัก.
สภาวะของร่างกายที่น้ำหนักเป็นศูนย์เรียกว่า ในความไร้น้ำหนัก ในมีนักบินอวกาศด้วย ใน
ชั่วขณะหนึ่ง คุณก็พบว่าตัวเองกำลังกระโดดขณะเล่นบาสเก็ตบอลหรือเต้นรำ การทดลองที่บ้าน:ขวดพลาสติก
มีรูที่ก้นบ่อเติมน้ำ เราปล่อยมันออกจากมือของเราจากความสูงระดับหนึ่ง ขณะที่ขวดตกน้ำจะไม่ไหลออกจากรู
บทความยอดนิยม
คำคมที่ชอบจาก
จะป้องกันตัวเองจากมิจฉาชีพที่ปลอมแปลงเอกสารตัวแทนท่องเที่ยวได้อย่างไร?
ทะเบียนผู้ประกอบการทัวร์ของรัฐบาลกลางแบบครบวงจร
รัสเซีย เยอรมนี ทำไมเธอไม่ยืนกรานเรื่องถุงยางอนามัย ทั้งที่เธอไม่เปิดเผยสถานะเอชไอวีของเธอ?