5 fakti par gravitāciju - vienu no noslēpumainākajiem spēkiem Visumā

1. Zemes gravitācija ir vājāka nekā jūsu ledusskapja magnēts

Pasaulē ir četri tā sauktie fundamentālie spēki: spēcīgs kodolspēks, kas nodrošina stabilitāti atomu kodoli, vājš kodols, kas atbild par radioaktīvo sabrukšanu, elektromagnētisko spēku un mūsu mīļoto smagums. Tieši pēdējais pasargā Zemi, citas planētas un zvaigznes, Saules sistēmas un galaktikas no sabrukšanas.

Nu, gravitācija ir vājākais pamatspēks no visiem. Un zinātnieki nesaprot, kāpēc.

Jūs varat teikt: bet gravitācija ir tas, kas virza zvaigznes, galaktikas un citus milzīgus objektus, kā tas var būt vājš? Nu uzlieciet magnētu uz ledusskapja. Tagad atbildiet uz jautājumu, kāpēc mazais ledusskapis viņu piesaista stiprāksnekā visa planēta.

Un vāji un spēcīgi atomu spēki ir pat jaudīgāki par elektromagnētiskajiem. Vismaz magnētu no ledusskapja var izņemt bez ārējas palīdzības, bet cilvēki vēl nav iemācījušies sadalīt atomus ar kailām rokām. Salīdzinājumam: elektriskais spēks starp elektronu un protonu atomā ir aptuveni viens kvintiljons (tas ir viens, kam seko 30 nulles) reizes

stiprāksnekā gravitācijas pievilcība starp tām.

Un tas ir viens no galvenajiem fizikas noslēpumiem. Zinātniekiem ir pieņēmumska Visumam varētu būt mūsu uztverei paslēptas papildu dimensijas. Un gravitācija izplatās caur tiem visiem, savukārt elektromagnētiskie spēki un spēcīgie un vājie kodolspēki ir ierobežoti līdz mūsu četrdimensiju telpa-laikam.

Varbūt pat mūsu gravitācija ietekmē objektiem citos Visumos, ja tādi pastāv. Un mūsu objektus, savukārt, ietekmē to pievilcība. Tas varētu izskaidrot, kāpēc mūsu Visums paplašinās ātrāk nekā gaidīts. Vismaz šādu teoriju ierosina fiziķi, kuriem nepatīk tumšās matērijas un enerģijas teorija.

Bet, neskatoties uz visiem pieņēmumiem, pašlaik nav eksperimentālu pierādījumu, kas to apstiprinātu vai atspēkotu.

2. Gravitācija rada viļņus

Animācija: Dana Berija / NASA

Iedomājieties, ka telpa-laiks ir izstiepts audums. Nu, vai dīķa virsma, ja vēlaties. Masīviem objektiem kustoties kā melniem caurumiem vai neitronu zvaigznēm saplūstot, tie rada deformācijas telpā-laikā, piemēram, auduma krokas. Vai kā viļņi, kas novirzās no vietas, kur akmens iekrita dīķī. Šādi izskatās gravitācijas viļņi.

Protams, līdzība ir nedaudz izstiepta, jo gan audums, gan dīķa virsma ir plakana, un Visums trīsdimensiju, taču zinātnieki vēl nav nākuši klajā ar labākiem piemēriem.

Gravitācijas viļņi atšķiras no skaņas vai gaismas, tāpēc mēs tos nevaram ne dzirdēt, ne redzēt. Tomēr, izmantojot īpašus instrumentus, ko sauc par lāzerinterferometriem, zinātnieki var atrast. Tas ļauj izpētīt tālus masīvus objektus un pētīt kosmiskās parādības, kas notiek visattālākajos Visuma nostūros.

Gravitācijas viļņu esamību pirms simts gadiem paredzēja Alberts Einšteins.

Bet tikai nesen cilvēce ir izstrādājusi un pielietojusi rīkus, lai tos atklātu. Viena no tām ir LIGO lāzerinterferometriskā observatorija. Tā bija viņas pirmā reize 2015 fiksēts gravitācijas viļņi no divu melno caurumu saplūšanas aptuveni 1,3 miljardu gaismas gadu attālumā no Zeme.

Viņi caurlaide cauri visiem šķēršļiem, tostarp tukšumam, un tie nav pakļauti absorbcijai vai atspoguļošanai. Tie arī izplatās visā Visumā ar gaismas ātrumu.

3. Gravitācija uz Zemes nav vienmērīga

Animācija: ESA

Jūs, iespējams, jau esat redzējuši šo animāciju. Tīmeklī klīst mīts, domājams, ka šādi izskatās mūsu planēta bez okeāniem. Bet patiesībā tas nav pašas Zemes modelis, bet gan tās gravitācijas lauka modelis.

Jūs redzat pievilcību stiprāks kur ir liela masa. Un gravitācijas lauks uz Zemes nav vienāds vairāku iemeslu dēļ. Pirmkārt, mūsu planēta nav ideāla bumba. Tas ir nedaudz saplacināts pie poliem un paplašināts pie ekvatora, kā rezultātā masa ir sadalīta nevienmērīgi.

Otrkārt, Zemes virsma ir ļoti nelīdzena. Mums ir augsti kalni, dziļas okeāna tranšejas un citas ainavas formas, kurām ir dažādas masas. Un, treškārt, planētas iekšienē materiāli ir arī sadalīti nevienmērīgi. Visi šie faktori izraisa gravitācijas uz Zemes atšķirību dažādās vietās.

Tas nozīmē, ka dažādās vietās uz mūsu planētas jums būs atšķirīgs svars.

Teiksim, ja jūs ir Kolombo Šrilankā jūsu svars būs nedaudz mazāks nekā tad, ja jūs atrastos Katmandu Nepālā. Indijas okeāns ir viens no reģioniem ar viszemāko relatīvo gravitāciju pasaulē, savukārt smagie Himalaji, gluži pretēji, to palielina.

Vēl viens piemērs: ilgu laiku zinātnieki nesapratakāpēc reģionā ap Hadsona līci Kanādā gravitācija ir vājāka, nekā teorētiski vajadzētu būt. Izrādījās, ka tur kūst gadsimtiem veci ledāji, kuru masa samazinās, un līdz ar to samazinās arī pievilkšanas spēks.

Tāpēc, ja jūs neapmierina skaitlis uz svariem, vienkārši mainiet savu dzīvesvietu un nekavējoties zaudējiet kilogramu vai divus. Tiesa, masa paliks nemainīga, bet svars samazināsies. Fizika.

4. Gravitācija saliek gaismu

Ir viegli redzēt, kā gravitācija ietekmē fiziskos objektus. Pateicoties tam, mēs stingri stāvam uz Zemes un nelidojam kosmosā, āboli krīt no augšas uz leju, Saule griež apļus ap galaktikas kodolu utt.

Taču šis spēks ietekmē ne tikai matēriju, bet arī gaismu. Tāpēc melnie caurumi tā saucamie: tiem ir tik spēcīga gravitācija, ka visa gaisma, ko tie piesaista, nevar atstāt gravitācijas lauku.

Bet dažreiz fotoni nekrīt uz masīva objekta, bet vienkārši lido garām, tikai nedaudz mainot trajektoriju.

Šī parādība zināms piemēram, gravitācijas lēca. Tas notiek tāpēc, ka gravitācija deformē telpu un laiku ap masīviem objektiem, piemēram, zvaigznēm un galaktikām. Un rezultātā gaisma, kas iet garām šiem masīvajiem objektiem, iet pa izliektu ceļu, nevis taisnu līniju.

Gravitācijas lēca bija pirmā prognozēts Alberts Einšteins savā vispārējā relativitātes teorijā. Viņš ierosināja, ka gaisma no attāla objekta salocīsies, kad tā iet garām masīvai zvaigznei, kas atrodas tuvu mums. Viņa teorija tika eksperimentāli apstiprināta Saules aptumsuma laikā 1919. gadā.

Gravitācijas lēca var radīt iespaidīgus efektus, piemēram, "Einšteina gredzeni" vai "krusts". Einšteins" - kad gaisma no tālas galaktikas liecas ap tuvāko, radot gredzenus, pakavus un citu gaismu figūras.

Šī parādība arī ir lietots astronomi, lai pētītu tumšo vielu. Tā kā tas neizstaro gaismu, to nevar tieši novērot. Bet mēs varam noteikt tā klātbūtni, izmantojot gravitācijas lēcu efektus.

5. Bezsvara stāvoklis nav gravitācijas trūkums

Ja jautāsiet pirmajam sastaptam cilvēkam, kāpēc SKS gaisā peld astronauti, viņš, visticamāk, atbildēs, ka kosmosā nav gravitācijas. Tas, protams, tā nav, citādi kā būtu Sv varētu noturēt planētas savās orbītās?

Tāpēc šis paziņojums nepareizi. Iedomājieties, ka atrodaties lidmašīnā un tā pēkšņi sāk nirt. Ja šajā brīdī iemetīsi bumbu, tā, protams, nokritīs. Bet, tā kā lidmašīna arī lido lejā, jums šķitīs, ka rotaļlieta peld gaisā. Tas ir bezsvara stāvoklis. Starp citu, pirms lidošanas kosmosā astronauti tam pielāgojas niršanas lidmašīnās.

NASA darbinieki šādu apmācību dēļus ironiski sauc par Vomit Comet - "vemšanas komētu". Uzminiet, kāpēc.

Tas pats notiek ar astronautiem orbītā. Kosmosa kuģis vai stacija gravitācijas dēļ nepārtraukti tiecas uz Zemi. Bet, tā kā viņi virzās uz priekšu pietiekami ātri, tie nekad nekrīt, bet lido apkārt planētai katrā apgriezienā. Tas rada ilūziju par pievilcības trūkumu, lai gan pareizāk ir šo stāvokli saukt par "mikrogravitāciju".

Patiesībā visa telpa ir gravitācijas caurstrāvota, un kosmosā nav vietas, kur tā nebūtu. Zinātnieki ticuka, lai gan tā izplatīšanās ātrumu ierobežo gaismas ātrums un tā stiprums strauji samazinās līdz ar attālumu no avota, pats darbības diapazons ir bezgalīgs.

Tas nozīmē, ka jūs tagad diezgan ietekmē gravitācijas viļņi no kāda veida melnā cauruma, kas aizņem desmitiem tūkstošu gadu, lai sasniegtu Zemi. Vienkārši to spēks ir ļoti mazs, salīdzinot ar mūsu planētas gravitāciju. Un tas ir labi, zini.