نیروهای گرانشی قانون جاذبه

بین هر جسمی در طبیعت نیرویی از جاذبه متقابل وجود دارد به نام نیروی گرانش جهانی(یا نیروهای گرانشی).

در سال 1682 توسط اسحاق نیوتن کشف شد. زمانی که او هنوز 23 سال داشت، پیشنهاد کرد که نیروهایی که ماه را در مدار آن نگه می‌دارند، همان نیروهایی هستند که باعث سقوط یک سیب به زمین می‌شوند. (جاذبهمیلی گرم ) به طور عمودی هدایت می شودبه مرکز زمین ; بسته به فاصله تا سطح کره زمین، شتاب گرانش متفاوت است. در سطح زمین در عرض های جغرافیایی میانی، مقدار آن حدود 9.8 متر بر ثانیه است. همانطور که از سطح زمین دور می شوید g

کاهش می یابد. – وزن بدن (قدرت وزن)نیرویی است که یک جسم با آن عمل می کندپشتیبانی افقی یا کشش تعلیق. فرض بر این است که بدنبدون حرکت نسبت به تکیه گاه یا تعلیق. اجازه دهید بدن روی یک میز افقی بدون حرکت نسبت به زمین دراز بکشد. با حرف مشخص شده است.

آر وزن و گرانش بدن در ماهیت متفاوت است:

وزن جسم مظهر عمل نیروهای بین مولکولی است و نیروی گرانش ماهیت گرانشی دارد. اگر شتاب a = 0 ، سپس وزن برابر با نیرویی است که جسم با آن به زمین جذب می شود ، یعنی ..

[P] = N

• اگر شرایط متفاوت باشد، وزن تغییر می کند: اگر شتاب الف 0 برابر نیست ، سپس وزن P = mg - ma (پایین) یا P = mg + ma
• (بالا)؛ اگر بدن آزادانه بیفتد یا با شتاب سقوط آزاد حرکت کند، یعنی.; بسته به فاصله تا سطح کره زمین، شتاب گرانش متفاوت است. در سطح زمین در عرض های جغرافیایی میانی، مقدار آن حدود 9.8 متر بر ثانیه است. همانطور که از سطح زمین دور می شوید a = 0 ((شکل 2)، سپس وزن بدن برابر است با ). P=0 حالت جسمی که وزن آن صفر است را می گویند.

بی وزنی دربی وزنی درفضانوردان نیز وجود دارند. در

برای لحظه‌ای، شما هم در حین بازی بسکتبال یا رقصیدن، خودتان را پیدا می‌کنید.

آزمایش خانگی: یک بطری پلاستیکی با سوراخ در پایین با آب پر شده است. از یک ارتفاع مشخص آن را از دستانمان رها می کنیم. وقتی بطری می افتد، آب از سوراخ خارج نمی شود.

مطلقاً تمام اجسام در جهان تحت تأثیر یک نیروی جادویی قرار می گیرند که به نوعی آنها را به زمین (به طور دقیق تر به هسته آن) جذب می کند. هیچ جایی برای فرار، هیچ جایی برای پنهان شدن از گرانش جادویی همه جانبه وجود ندارد: سیارات منظومه شمسی ما نه تنها به خورشید عظیم، بلکه به یکدیگر نیز جذب می شوند، همه اجرام، مولکول ها و کوچکترین اتم ها نیز متقابلاً جذب می شوند. . او که حتی برای بچه های کوچک نیز شناخته می شود، پس از وقف زندگی خود به مطالعه این پدیده، یکی از بزرگترین قوانین - قانون گرانش جهانی را ایجاد کرد.

جاذبه چیست؟

تعریف و فرمول مدتهاست که برای بسیاری شناخته شده است. بیایید به یاد بیاوریم که گرانش کمیت معینی است، یکی از مظاهر طبیعی گرانش جهانی، یعنی: نیرویی که با آن هر جسمی همواره به سمت زمین جذب می شود.

جاذبه با حرف لاتین F gravity نشان داده می شود.

جاذبه: فرمول

چگونه جهت به سمت یک جسم خاص را محاسبه کنیم؟ چه مقادیر دیگری برای این کار باید بدانید؟ فرمول محاسبه گرانش بسیار ساده است. برای اینکه نه تنها آن را بیاموزیم، بلکه آن را نیز درک کنیم، باید از این واقعیت پیش برویم که نیروی گرانش، که همیشه بر یک جسم تأثیر می گذارد، با مقدار کمی (جرم) آن نسبت مستقیم دارد.

واحد گرانش به نام دانشمند بزرگ - نیوتن نامگذاری شده است.

همیشه به شدت به سمت پایین، به سمت مرکز هسته زمین هدایت می شود، به لطف تأثیر آن، همه اجسام با شتاب یکسان به سمت پایین سقوط می کنند. ما پدیده های گرانش را در زندگی روزمره در همه جا و به طور مداوم مشاهده می کنیم:

• اشیایی که به طور تصادفی یا عمداً از دست رها می شوند، لزوماً به زمین (یا به هر سطحی که از سقوط آزاد جلوگیری می کند) سقوط می کنند.
• ماهواره‌ای که به فضا پرتاب می‌شود از سیاره ما تا فاصله نامشخصی عمود بر بالا پرواز نمی‌کند، اما همچنان در مدار می‌چرخد.
• همه رودخانه ها از کوه ها جاری می شوند و نمی توان آنها را برگرداند.
• گاهی اوقات انسان می افتد و مجروح می شود;
• لکه های ریز گرد و غبار روی تمام سطوح می نشیند.
• هوا در نزدیکی سطح زمین متمرکز است.
• حمل کیف سخت؛
• باران از ابرها می چکد، برف و تگرگ می بارد.

همراه با مفهوم "گرانش" از اصطلاح "وزن بدن" استفاده می شود. اگر جسمی روی یک سطح افقی صاف قرار گیرد، وزن و گرانش آن از نظر عددی برابر است، بنابراین، این دو مفهوم اغلب جایگزین می شوند، که اصلا صحیح نیست.

شتاب گرانش

مفهوم "شتاب گرانشی" (به عبارت دیگر، با اصطلاح "نیروی گرانشی" همراه است. فرمول نشان می دهد: برای محاسبه نیروی گرانش، باید جرم را در g ضرب کنید (شتاب گرانش).

"g" = 9.8 نیوتن بر کیلوگرم، این یک مقدار ثابت است. با این حال، اندازه گیری های دقیق تر نشان می دهد که به دلیل چرخش زمین، مقدار شتاب سنت. n یکسان نیست و به عرض جغرافیایی بستگی دارد: در قطب شمال آن = 9.832 نیوتن بر کیلوگرم، و در استوای داغ = 9.78 نیوتن بر کیلوگرم. به نظر می رسد که در نقاط مختلف سیاره، نیروهای گرانش مختلف به سمت اجسام با جرم مساوی هدایت می شوند (فرمول mg هنوز بدون تغییر باقی می ماند). برای محاسبات عملی، تصمیم گرفته شد تا خطاهای جزئی در این مقدار مجاز باشد و از مقدار متوسط ​​9.8 نیوتن بر کیلوگرم استفاده شود.

تناسب چنین کمیتی مانند گرانش (فرمول این را ثابت می کند) به شما امکان می دهد وزن یک جسم را با دینامومتر اندازه گیری کنید (شبیه به یک تجارت معمولی خانگی). لطفاً توجه داشته باشید که دستگاه فقط قدرت را نشان می دهد، زیرا برای تعیین وزن دقیق بدن باید مقدار g منطقه ای مشخص باشد.

آیا گرانش در هر فاصله ای (چه نزدیک و چه دور) از مرکز زمین عمل می کند؟ نیوتن فرض کرد که روی جسمی حتی در فاصله قابل توجهی از زمین عمل می کند، اما مقدار آن به نسبت معکوس مربع فاصله از جسم تا هسته زمین کاهش می یابد.

گرانش در منظومه شمسی

آیا تعریف و فرمولی در مورد سیارات دیگر وجود دارد که مرتبط باقی بماند؟ تنها با یک تفاوت در معنای "g":

• در ماه = 1.62 نیوتن بر کیلوگرم (شش برابر کمتر از زمین).
• در نپتون = 13.5 نیوتن بر کیلوگرم (تقریبا یک و نیم برابر بیشتر از زمین)؛
• در مریخ = 3.73 نیوتن بر کیلوگرم (بیش از دو و نیم برابر کمتر از سیاره ما).
• در زحل = 10.44 نیوتن بر کیلوگرم؛
• روی عطارد = 3.7 نیوتن بر کیلوگرم؛
• در زهره = 8.8 نیوتن بر کیلوگرم؛
• در اورانوس = 9.8 نیوتن بر کیلوگرم (تقریباً مشابه ما)؛
• روی مشتری = 24 نیوتن بر کیلوگرم (تقریباً دو و نیم برابر بیشتر).

اوبی وان کنوبی گفت که قدرت کهکشان را کنار هم نگه می دارد. همین را می توان در مورد جاذبه نیز گفت. واقعیت: گرانش به ما اجازه می دهد تا روی زمین راه برویم، زمین به دور خورشید بچرخد و خورشید به دور سیاهچاله عظیم در مرکز کهکشان ما حرکت کند. چگونه جاذبه را درک کنیم؟ این در مقاله ما مورد بحث قرار گرفته است.

بیایید فوراً بگوییم که در اینجا یک پاسخ صحیح منحصر به فرد برای سؤال "گرانش چیست" پیدا نمی کنید. چون به سادگی وجود ندارد! گرانش یکی از مرموزترین پدیده هایی است که دانشمندان در مورد آن گیج هستند و هنوز نمی توانند ماهیت آن را به طور کامل توضیح دهند.

فرضیه ها و نظرات زیادی وجود دارد. بیش از دوازده نظریه گرانش، جایگزین و کلاسیک وجود دارد. ما به جالب ترین، مرتبط ترین و مدرن ترین آنها خواهیم پرداخت.

آیا هر روز اطلاعات مفیدتر و آخرین اخبار را می خواهید؟ در تلگرام به ما بپیوندید.

گرانش یک تعامل بنیادی فیزیکی است

4 تعامل اساسی در فیزیک وجود دارد. به لطف آنها، جهان دقیقاً همان چیزی است که هست. جاذبه یکی از این فعل و انفعالات است.

تعاملات اساسی:

• جاذبه؛
• الکترومغناطیس؛
• تعامل قوی؛
• تعامل ضعیف

گرانش ضعیف ترین نیروی از چهار نیروی اساسی است.

در حال حاضر، نظریه فعلی که گرانش را توصیف می کند، GTR (نسبیت عام) است. توسط آلبرت اینشتین در سال 1915-1916 پیشنهاد شد.

با این حال، می دانیم که هنوز برای صحبت در مورد حقیقت نهایی خیلی زود است. از این گذشته، چندین قرن قبل از ظهور نسبیت عام در فیزیک، نظریه نیوتن برای توصیف گرانش غالب بود که به طور قابل توجهی گسترش یافت.

در چارچوب نسبیت عام، در حال حاضر توضیح و توصیف همه مسائل مربوط به گرانش غیرممکن است.

قبل از نیوتن، باور عمومی بر این بود که جاذبه در زمین و گرانش در آسمان چیزهای متفاوتی هستند. اعتقاد بر این بود که سیارات بر اساس قوانین ایده آل خود متفاوت از سیارات روی زمین حرکت می کنند.

نیوتن قانون گرانش جهانی را در سال 1667 کشف کرد. البته این قانون حتی در زمان دایناسورها و خیلی زودتر از آن هم وجود داشته است.

فیلسوفان باستان در مورد وجود جاذبه فکر می کردند. گالیله به طور تجربی شتاب گرانش روی زمین را محاسبه کرد و کشف کرد که برای اجسام با هر جرمی یکسان است. کپلر قوانین حرکت اجرام سماوی را مطالعه کرد.

نیوتن موفق شد نتایج مشاهدات خود را فرموله و تعمیم دهد. این چیزی است که او به دست آورد:

دو جسم با نیرویی به نام نیروی گرانشی یا گرانش یکدیگر را جذب می کنند.

فرمول نیروی جاذبه بین اجسام:

G ثابت گرانش، m جرم اجسام، r فاصله بین مراکز جرم اجسام است.

معنای فیزیکی ثابت گرانشی چیست؟ برابر است با نیرویی که اجسام با جرم 1 کیلوگرم هر کدام به یکدیگر وارد می شوند و در فاصله 1 متری از یکدیگر قرار دارند.

طبق نظریه نیوتن، هر جسم میدان گرانشی ایجاد می کند. دقت قانون نیوتن در فواصل کمتر از یک سانتی متر آزمایش شده است. البته برای توده های کوچک این نیروها ناچیز هستند و می توان آنها را نادیده گرفت.

فرمول نیوتن هم برای محاسبه نیروی جاذبه سیارات به خورشید و هم برای اجرام کوچک قابل استفاده است. ما به سادگی متوجه نیرویی نمی شویم که مثلاً توپ های روی میز بیلیارد با آن جذب می شوند. با این وجود، این نیرو وجود دارد و قابل محاسبه است.

نیروی جاذبه بین هر جسمی در جهان عمل می کند. اثر آن به هر فاصله ای گسترش می یابد.

قانون گرانش جهانی نیوتن ماهیت نیروی گرانش را توضیح نمی دهد، بلکه قوانین کمی را وضع می کند. نظریه نیوتن با GTR مغایرتی ندارد. برای حل مسائل عملی در مقیاس زمین و برای محاسبه حرکت اجرام آسمانی کاملاً کافی است.

گرانش در نسبیت عام

با وجود این واقعیت که نظریه نیوتن در عمل کاملاً قابل اجرا است، دارای معایبی است. قانون گرانش جهانی یک توصیف ریاضی است، اما بینشی در مورد ماهیت فیزیکی اساسی اشیا ارائه نمی دهد.

به گفته نیوتن، نیروی گرانش در هر فاصله ای عمل می کند. علاوه بر این، فوراً عمل می کند. با توجه به اینکه سریع ترین سرعت در جهان سرعت نور است، اختلاف وجود دارد. چگونه گرانش می تواند در هر فاصله ای فوراً عمل کند، در حالی که نور نه یک لحظه، بلکه چندین ثانیه یا حتی سال ها طول می کشد تا بر آنها غلبه کند؟

در چارچوب نسبیت عام، گرانش نه به عنوان نیرویی که بر اجسام اثر می کند، بلکه به عنوان انحنای فضا و زمان تحت تأثیر جرم در نظر گرفته می شود. بنابراین، گرانش یک برهمکنش نیرو نیست.

اثر جاذبه چیست؟ بیایید سعی کنیم آن را با استفاده از یک قیاس توصیف کنیم.

بیایید فضا را به شکل یک ورق الاستیک تصور کنیم. اگر یک توپ سبک تنیس را روی آن قرار دهید، سطح آن صاف می ماند. اما اگر وزنه سنگینی را در کنار توپ قرار دهید، سوراخی روی سطح فشار می‌دهد و توپ شروع به غلتیدن به سمت وزنه بزرگ و سنگین می‌کند. این "گرانش" است.

اتفاقا! برای خوانندگان ما اکنون 10٪ تخفیف در نظر گرفته شده است هر نوع کاری

کشف امواج گرانشی

امواج گرانشی توسط آلبرت اینشتین در سال 1916 پیش‌بینی شده بود، اما تنها صد سال بعد، در سال 2015 کشف شدند.

امواج گرانشی چیست؟ بیایید دوباره قیاس کنیم. اگر سنگی را در آب آرام پرتاب کنید، دایره هایی روی سطح آب از جایی که می ریزد ظاهر می شود. امواج گرانشی همان امواج، اختلالات هستند. فقط نه روی آب، بلکه در فضا-زمان جهان.

به جای آب، فضا-زمان وجود دارد و به جای سنگ، مثلاً یک سیاهچاله. هر حرکت شتاب دار جرم یک موج گرانشی ایجاد می کند. اگر اجسام در حالت سقوط آزاد باشند، هنگام عبور موج گرانشی، فاصله بین آنها تغییر می کند.

از آنجایی که گرانش نیروی بسیار ضعیفی است، تشخیص امواج گرانشی با مشکلات فنی زیادی همراه بوده است. فناوری های مدرن تشخیص انفجار امواج گرانشی را تنها از منابع بسیار پرجرم ممکن کرده است.

یک رویداد مناسب برای تشخیص موج گرانشی، ادغام سیاهچاله ها است. متأسفانه یا خوشبختانه، این اتفاق به ندرت رخ می دهد. با این وجود، دانشمندان موفق شدند موجی را ثبت کنند که به معنای واقعی کلمه در فضای کیهان می چرخید.

برای ثبت امواج گرانشی یک آشکارساز به قطر 4 کیلومتر ساخته شد. در طول گذر موج، ارتعاشات آینه ها بر روی تعلیق در خلاء و تداخل نور منعکس شده از آنها ثبت شد.

امواج گرانشی اعتبار نسبیت عام را تایید کرد.

گرانش و ذرات بنیادی

در مدل استاندارد، ذرات بنیادی خاصی مسئول هر برهمکنش هستند. می توان گفت که ذرات حامل برهمکنش ها هستند.

گراویتون، یک ذره فرضی بدون جرم با انرژی، مسئول گرانش است. به هر حال، در مطالب جداگانه ما، در مورد بوزون هیگز که سر و صدای زیادی ایجاد کرده است و سایر ذرات بنیادی بیشتر بخوانید.

در نهایت، در اینجا چند واقعیت جالب در مورد جاذبه وجود دارد.

10 حقیقت در مورد جاذبه

1. برای غلبه بر نیروی گرانش زمین، یک جسم باید 7.91 کیلومتر بر ثانیه سرعت داشته باشد. این اولین سرعت فرار است. کافی است یک جسم (مثلاً یک کاوشگر فضایی) در مدار سیاره حرکت کند.
2. برای فرار از میدان گرانشی زمین، فضاپیما باید حداقل 11.2 کیلومتر بر ثانیه سرعت داشته باشد. این دومین سرعت فرار است.
3. اجرام با قوی ترین گرانش سیاهچاله ها هستند. گرانش آنها به قدری قوی است که حتی نور (فوتون) را نیز جذب می کنند.
4. نیروی گرانش را در هیچ معادله ای از مکانیک کوانتومی نخواهید یافت. واقعیت این است که وقتی می‌خواهید گرانش را در معادلات وارد کنید، ارتباط خود را از دست می‌دهند. این یکی از مهمترین مشکلات فیزیک مدرن است.
5. کلمه جاذبه از کلمه لاتین "gravis" گرفته شده است که به معنای "سنگین" است.
6. هر چه جرم جسم بیشتر باشد، گرانش قوی تر است. اگر فردی که روی زمین 60 کیلوگرم وزن دارد، روی مشتری وزن کند، ترازو 142 کیلوگرم را نشان می دهد.
7. دانشمندان ناسا در حال تلاش برای توسعه پرتو گرانشی هستند که به اجسام اجازه می دهد بدون تماس حرکت کنند و بر نیروی گرانش غلبه کنند.
8. فضانوردان در مدار نیز گرانش را تجربه می کنند. به طور دقیق تر، میکروگرانش. به نظر می رسد که آنها همراه با کشتی که در آن هستند بی وقفه سقوط می کنند.
9. جاذبه همیشه جذب می کند و هرگز دفع نمی کند.
10. سیاهچاله به اندازه یک توپ تنیس، اجسام را با همان نیروی سیاره ما جذب می کند.

حالا شما تعریف گرانش را می دانید و می توانید بگویید که از چه فرمولی برای محاسبه نیروی جاذبه استفاده می شود. اگر سنگ گرانیت علم شما را قوی تر از جاذبه زمین به زمین فشار می دهد، با خدمات دانشجویی ما تماس بگیرید. ما به شما کمک می کنیم تا زیر سنگین ترین بارها به راحتی مطالعه کنید!

با چه قانونی میخوای منو دار بزنی؟
- و ما همه را طبق یک قانون - قانون جاذبه جهانی - آویزان می کنیم.

قانون جاذبه

پدیده گرانش قانون جاذبه جهانی است. دو جسم با نیرویی بر روی یکدیگر عمل می کنند که با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس و با حاصلضرب جرم آنها نسبت مستقیم دارد.

از نظر ریاضی می توانیم این قانون بزرگ را با فرمول بیان کنیم

گرانش در فواصل بسیار زیادی در کیهان عمل می کند. اما نیوتن استدلال کرد که همه اشیاء متقابل جذب می شوند. آیا این درست است که هر دو جسم یکدیگر را جذب می کنند؟ فقط تصور کنید، معلوم است که زمین شما را با نشستن روی یک صندلی جذب می کند. اما آیا تا به حال فکر کرده اید که کامپیوتر و ماوس یکدیگر را جذب می کنند؟ یا یک مداد و خودکار روی میز؟ در این حالت، جرم قلم و جرم مداد را به فرمول تبدیل می کنیم، با در نظر گرفتن ثابت گرانش، بر مجذور فاصله بین آنها تقسیم می کنیم و نیروی جاذبه متقابل آنها را به دست می آوریم. اما آنقدر کوچک خواهد بود (به دلیل کوچک بودن توده های قلم و مداد) که حضور آن را احساس نمی کنیم. وقتی صحبت از زمین و صندلی، یا خورشید و زمین به میان می آید، موضوع متفاوت است. توده ها قابل توجه هستند، به این معنی که ما می توانیم اثر نیرو را از قبل ارزیابی کنیم.

شتاب سقوط آزاد را به یاد بیاوریم. این اثر قانون جذب است. تحت تأثیر نیرو، یک جسم هر چه آهسته تر سرعتش را تغییر دهد، جرم آن بیشتر می شود. در نتیجه تمام اجسام با شتاب یکسان به زمین سقوط می کنند.

چه چیزی باعث این نیروی منحصر به فرد نامرئی می شود؟ امروزه وجود میدان گرانشی شناخته شده و اثبات شده است. شما می توانید در مورد ماهیت میدان گرانشی در مطالب اضافی در مورد موضوع بیشتر بدانید.

در مورد آن فکر کنید، جاذبه چیست؟ از کجاست؟ چیست؟ مطمئناً اینطور نیست که سیاره به خورشید نگاه کند، ببیند چقدر فاصله دارد و بر اساس این قانون مجذور معکوس فاصله را محاسبه کند؟

جهت گرانش

دو جسم وجود دارد، جسم A و B باشد. بدن A جسم B را جذب می کند. نیرویی که جسم A با آن وارد می شود از جسم B شروع می شود و به سمت جسم A هدایت می شود. یعنی جسم B را می گیرد و به سمت آن می کشد. خود بدن B همان کار را با بدن A انجام می دهد.

هر جسمی توسط زمین جذب می شود. زمین بدن را «می گیرد» و به سمت مرکزش می کشد. بنابراین، این نیرو همیشه به صورت عمودی به سمت پایین هدایت می شود و از مرکز ثقل جسم اعمال می شود که به آن نیروی ثقل می گویند.

نکته اصلی که باید به خاطر بسپارید

برخی از روش‌های اکتشاف زمین‌شناسی، پیش‌بینی جزر و مد و اخیراً محاسبه حرکت ماهواره‌های مصنوعی و ایستگاه‌های بین سیاره‌ای. محاسبه پیش فرض موقعیت های سیاره ای

آیا می توانیم خودمان چنین آزمایشی را انجام دهیم و حدس نزنیم که آیا سیارات و اجرام جذب می شوند یا خیر؟

چنین تجربه مستقیم ساخته شده است کاوندیش (هنری کاوندیش (1731-1810) - فیزیکدان و شیمیدان انگلیسی)با استفاده از دستگاه نشان داده شده در شکل ایده این بود که یک میله با دو توپ را به یک نخ کوارتز بسیار نازک آویزان کنیم و سپس دو توپ بزرگ سربی را از کنار به سمت آنها بیاوریم. جاذبه توپ ها نخ را کمی - کمی پیچ و تاب می دهد، زیرا نیروهای جاذبه بین اجسام معمولی بسیار ضعیف هستند. با کمک چنین وسیله ای، کاوندیش توانست مستقیماً نیرو، فاصله و بزرگی هر دو جرم را اندازه گیری کند و در نتیجه تعیین کند. ثابت گرانشی G.

کشف منحصر به فرد ثابت گرانشی G، که مشخصه میدان گرانشی در فضا است، امکان تعیین جرم زمین، خورشید و سایر اجرام آسمانی را فراهم کرد. بنابراین، کاوندیش تجربه خود را "وزن زدن زمین" نامید.

جالب اینجاست که قوانین مختلف فیزیک دارای برخی ویژگی های مشترک هستند. اجازه دهید به قوانین الکتریسیته (نیروی کولن) بپردازیم. نیروهای الکتریکی نیز با مجذور فاصله، اما بین بارها، نسبت معکوس دارند و بی اختیار این فکر به وجود می آید که معنای عمیقی در این الگو نهفته است. تا به حال هیچ کس نتوانسته است گرانش و الکتریسیته را به عنوان دو تجلی متفاوت از یک جوهر تصور کند.

نیرو در اینجا نیز برعکس مجذور فاصله تغییر می کند، اما تفاوت در بزرگی نیروهای الکتریکی و گرانشی قابل توجه است. در تلاش برای تعیین ماهیت کلی گرانش و الکتریسیته، چنان برتری نیروهای الکتریکی بر نیروهای گرانش را کشف می کنیم که باور اینکه هر دو منبع یکسانی دارند دشوار است. چگونه می توان گفت که یکی از دیگری قدرتمندتر است؟ از این گذشته، همه چیز به جرم و بار آن بستگی دارد. هنگام بحث در مورد اینکه گرانش چقدر قوی عمل می کند، حق ندارید بگویید: "بیایید جرمی به اندازه فلان بگیریم"، زیرا خودتان آن را انتخاب می کنید. اما اگر آنچه را که خود طبیعت به ما ارائه می دهد (اعداد و اندازه گیری های خودش، که هیچ ربطی به اینچ، سال ها، و اندازه های ما ندارد) را در نظر بگیریم، آنگاه می توانیم مقایسه کنیم. یک ذره باردار اولیه مانند یک الکترون را می گیریم. دو ذره بنیادی، دو الکترون، در اثر بار الکتریکی، با نیرویی متناسب با مجذور فاصله بین یکدیگر، یکدیگر را دفع می‌کنند و در اثر گرانش دوباره با نیرویی متناسب با مجذور، به یکدیگر جذب می‌شوند. فاصله

سوال: نسبت نیروی گرانش به نیروی الکتریکی چقدر است؟ گرانش به دافعه الکتریکی است همانطور که یک به عددی با 42 صفر است. این باعث عمیق ترین گیجی می شود. چنین عدد عظیمی از کجا می تواند بیاید؟

مردم به دنبال این ضریب عظیم در سایر پدیده های طبیعی هستند. آنها انواع اعداد بزرگ را امتحان می کنند، و اگر به یک عدد بزرگ نیاز دارید، چرا مثلاً نسبت قطر کیهان به قطر یک پروتون را در نظر نگیرید - با کمال تعجب، این نیز عددی با 42 صفر است. و بنابراین می گویند: شاید این ضریب برابر است با نسبت قطر پروتون به قطر جهان؟ این ایده جالبی است، اما با انبساط تدریجی جهان، ثابت گرانشی نیز باید تغییر کند. اگرچه این فرضیه هنوز رد نشده است، اما هیچ مدرکی به نفع آن نداریم. برعکس، برخی شواهد نشان می دهد که ثابت گرانش به این شکل تغییر نکرده است. این عدد عظیم تا به امروز یک راز باقی مانده است.

اینشتین باید قوانین گرانش را مطابق با اصول نسبیت اصلاح می کرد. اولین مورد از این اصول بیان می کند که بر فاصله x نمی توان فوراً غلبه کرد، در حالی که طبق نظریه نیوتن، نیروها فوراً عمل می کنند. انیشتین مجبور شد قوانین نیوتن را تغییر دهد. این تغییرات و شفاف سازی ها بسیار اندک است. یکی از آنها این است: از آنجایی که نور دارای انرژی است، انرژی معادل جرم است و همه جرم ها جذب می شوند، نور نیز جذب می شود و بنابراین عبور از خورشید باید منحرف شود. در واقع اینگونه اتفاق می افتد. نیروی گرانش نیز در نظریه انیشتین اندکی تغییر یافته است. اما این تغییر بسیار جزئی در قانون گرانش برای توضیح برخی از بی نظمی های ظاهری در حرکت عطارد کافی است.

پدیده های فیزیکی در جهان خرد تابع قوانین متفاوتی نسبت به پدیده های جهان در مقیاس بزرگ هستند. این سوال مطرح می شود: گرانش چگونه خود را در دنیای مقیاس های کوچک نشان می دهد؟ نظریه کوانتومی گرانش به آن پاسخ خواهد داد. اما هنوز نظریه کوانتومی گرانش وجود ندارد. مردم هنوز در ایجاد یک نظریه گرانش که کاملاً با اصول مکانیک کوانتومی و با اصل عدم قطعیت سازگار باشد، موفق نبوده اند.

نه تنها مرموزترین نیروهای طبیعت، بلکه قدرتمندترین است.

انسان در مسیر پیشرفت

از نظر تاریخی معلوم شد که انسانهمانطور که به جلو حرکت می کند راه های پیشرفت بر نیروهای قدرتمند طبیعت تسلط یافت. او زمانی شروع کرد که چیزی جز یک چوب در مشتش و قدرت بدنی خودش نداشت. اما او عاقل بود و قدرت بدنی حیوانات را در خدمت خود آورد و آنها را اهلی کرد. اسب دویدن را تند کرد، شتر بیابان را قابل عبور کرد، فیل جنگل باتلاقی را ساخت. اما قدرت بدنی حتی قوی ترین حیوانات در مقایسه با نیروهای طبیعت به طرز بی اندازه اندک است. انسان اولین کسی بود که عنصر آتش را تحت سلطه خود درآورد، اما فقط در ضعیف‌ترین نسخه‌های آن. در ابتدا - برای چندین قرن - او فقط از چوب به عنوان سوخت استفاده کرد - یک نوع سوخت بسیار کم انرژی. مدتی بعد، او یاد گرفت که از این منبع انرژی برای استفاده از انرژی باد استفاده کند، مرد بال سفید بادبان را به هوا بلند کرد - و کشتی سبک مانند پرنده ای در میان امواج پرواز کرد. قایق بادبانی روی امواج او تیغه های آسیاب بادی را در معرض وزش باد قرار داد - و سنگ های سنگین سنگ های آسیاب شروع به چرخیدن کردند و حشرات آسیاب ها شروع به جغجغه کردند. اما برای همه روشن است که انرژی جت های هوایی به دور از تمرکز است. علاوه بر این، هم بادبان و هم آسیاب بادی از ضربات باد می ترسیدند: طوفان بادبان ها را پاره کرد و کشتی ها را غرق کرد، طوفان بال ها را شکست و آسیاب ها را واژگون کرد. حتی بعدها، انسان شروع به غلبه بر آبهای جاری کرد. چرخ نه تنها ابتدایی ترین دستگاهی است که قادر به تبدیل انرژی آب به حرکت چرخشی است، بلکه در مقایسه با انواع مختلف، کم قدرت ترین است. انسان همیشه در امتداد نردبان پیشرفت به جلو می رفت و به انرژی بیشتر و بیشتری نیاز داشت. او شروع به استفاده از انواع جدیدی از سوخت کرد - در حال حاضر انتقال به سوزاندن زغال سنگ شدت انرژی یک کیلوگرم سوخت را از 2500 کیلو کالری به 7000 کیلو کالری افزایش داد - تقریباً سه برابر. بعد نوبت نفت و گاز رسید. محتوای انرژی هر کیلوگرم سوخت فسیلی دوباره یک و نیم تا دو برابر افزایش یافته است. موتورهای بخار جایگزین توربین های بخار شدند. چرخ های آسیاب با توربین های هیدرولیک جایگزین شدند. سپس، مرد دست خود را به سمت اتم اورانیوم در حال شکافت دراز کرد. با این حال، اولین استفاده از نوع جدیدی از انرژی عواقب غم انگیزی داشت - آتش هسته ای هیروشیما در سال 1945 70 هزار قلب انسان را در عرض چند دقیقه سوزاند. در سال 1954، اولین نیروگاه اتمی شوروی جهان به صورت آنلاین راه اندازی شد و قدرت اورانیوم را به نیروی تابشی جریان الکتریکی تبدیل کرد. و باید توجه داشت که یک کیلوگرم اورانیوم دو میلیون برابر بیشتر از یک کیلوگرم بهترین نفت انرژی دارد. این یک آتش‌سوزی اساساً جدید بود که می‌توان آن را فیزیکی نامید، زیرا این فیزیکدانان بودند که فرآیندهایی را که منجر به تولد چنین مقادیر افسانه‌ای انرژی می‌شد مطالعه کردند. اورانیوم تنها سوخت هسته ای نیست. یک نوع سوخت قوی تر در حال حاضر استفاده می شود - ایزوتوپ های هیدروژن. متأسفانه انسان هنوز نتوانسته است شعله هسته ای هیدروژن-هلیوم را تحت سلطه خود درآورد. او می داند که چگونه آتش تمام سوز خود را لحظه ای روشن کند و واکنش بمب هیدروژنی را با انفجار اورانیوم شعله ور کند. اما دانشمندان همچنین شاهد نزدیک‌تر شدن یک راکتور هیدروژنی هستند که در نتیجه ادغام هسته‌های ایزوتوپ‌های هیدروژن به هسته‌های هلیوم، جریان الکتریکی ایجاد می‌کند. باز هم مقدار انرژی که یک فرد می تواند از هر کیلوگرم سوخت بگیرد تقریباً ده برابر می شود. اما آیا این گام آخرین قدم در تاریخ آینده قدرت بشر بر نیروهای طبیعت خواهد بود؟ نه! پیش رو تسلط بر شکل گرانشی انرژی است. حتی از انرژی همجوشی هیدروژن و هلیوم نیز توسط طبیعت محتاطانه تر بسته بندی شده است. امروزه این متمرکزترین شکل انرژی است که یک فرد حتی می تواند تصور کند. هیچ چیز بیشتر در آنجا، فراتر از لبه برش علم، هنوز قابل مشاهده نیست. و اگرچه می‌توانیم با اطمینان بگوییم که نیروگاه‌ها برای انسان‌ها کار می‌کنند، انرژی گرانشی را به جریان الکتریکی (و شاید به جریانی از گاز خارج شده از نازل موتور جت یا تبدیل برنامه‌ریزی‌شده اتم‌های سیلیکون و اکسیژن در همه جا، تبدیل کنند. به اتم های فلزات بسیار کمیاب)، ما هنوز نمی توانیم در مورد جزئیات چنین نیروگاهی (موتور موشک، راکتور فیزیکی) چیزی بگوییم.

نیروی گرانش جهانی در منشاء تولد کهکشان ها

نیروی گرانش جهانی در منشا پیدایش کهکشان ها استهمانطور که آکادمیسین V.A. Ambartsumyan متقاعد شده است از ماده پیش ستاره ای. ستارگانی را که با مصرف سوخت ستاره‌ای که در بدو تولد به آن‌ها داده شده، وقتشان را تمام کرده‌اند، خاموش می‌کند. بسیاری از فیزیکدانان وجود اختروش ها را با دخالت گرانش جهانی توضیح می دهند (جزئیات بیشتر:) به اطراف نگاه کنید: اینجا روی زمین همه چیز تا حد زیادی توسط این نیرو کنترل می شود. این است که ساختار لایه ای سیاره ما را تعیین می کند - تناوب لیتوسفر، هیدروسفر و جو. این اوست که لایه ضخیمی از گازهای هوا را نگه می دارد که در ته آن و به لطف آن همه ما وجود داریم. بدون گرانش، زمین بلافاصله از مدار خود به دور خورشید خارج می‌شود و خود کره نیز از هم می‌پاشد و توسط نیروهای گریز از مرکز از هم می‌پاشد. پیدا کردن چیزی که به یک درجه یا آن درجه وابسته به نیروی گرانش جهانی نباشد دشوار است. البته، فیلسوفان باستان، مردم بسیار آگاه، نمی‌توانستند توجه کنند که سنگی که به سمت بالا پرتاب می‌شود، همیشه برمی‌گردد. افلاطون در قرن چهارم قبل از میلاد این را با گفتن اینکه همه مواد جهان به جایی تمایل دارند که بیشتر مواد مشابه در آن متمرکز شده اند: سنگی که پرتاب شده به زمین می افتد یا به ته می رود، آب ریخته شده به نزدیک ترین حوضچه یا داخل آن نفوذ می کند. رودخانه ای که به دریا راه می یابد، دود آتش به سوی ابرهای همنوعش می تازد. شاگرد افلاطون، ارسطو، تصریح کرد که همه اجسام دارای ویژگی های ویژه سنگینی و سبکی هستند. اجسام سنگین - سنگ ها، فلزات - به سمت مرکز جهان می شتابند، اجسام سبک - آتش، دود، بخارات - به سمت اطراف. این فرضیه که برخی از پدیده های مرتبط با نیروی گرانش جهانی را توضیح می دهد، بیش از 2 هزار سال است که وجود داشته است.

دانشمندان درباره نیروی گرانش جهانی

احتمالاً اولین کسی است که این سوال را مطرح کرده است نیروی گرانش جهانیواقعاً از نظر علمی، یک نابغه از رنسانس وجود داشت - لئوناردو داوینچی. لئوناردو اعلام کرد که گرانش منحصر به زمین نیست و مراکز گرانش زیادی وجود دارد. و همچنین این ایده را بیان کرد که نیروی گرانش به فاصله تا مرکز ثقل بستگی دارد. آثار کوپرنیک، گالیله، کپلر، رابرت هوک بیشتر و بیشتر به ایده قانون گرانش جهانی نزدیک شد، اما در فرمول نهایی خود این قانون برای همیشه با نام اسحاق نیوتن همراه است.

اسحاق نیوتن در مورد نیروی گرانش جهانی

متولد 4 ژانویه 1643. او از دانشگاه کمبریج فارغ التحصیل شد، لیسانس و سپس کارشناسی ارشد علوم شد.
اسحاق نیوتن. هر آنچه در پی می آید، ثروت بی پایانی از کار علمی است. اما کار اصلی او "اصول ریاضی فلسفه طبیعی" است که در سال 1687 منتشر شد و معمولاً به سادگی "اصول" نامیده می شود. در آنهاست که بزرگان فرموله می شود. احتمالا همه او را از دوران دبیرستان به یاد دارند.

همه اجسام با نیرویی که مستقیماً متناسب با حاصلضرب جرم این اجسام است و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد یکدیگر را جذب می کنند.

برخی از مفاد این فرمول‌بندی می‌توانست پیشینیان نیوتن را پیش‌بینی کند، اما هیچ‌کس در دستیابی به آن به طور کامل موفق نشده بود. نابغه نیوتن لازم بود تا این قطعات را در یک کل واحد جمع کند تا گرانش زمین را به ماه و خورشید را به کل منظومه سیاره ای گسترش دهد. از قانون گرانش جهانی، نیوتن تمام قوانین حرکت سیاره ای را که قبلاً توسط کپلر کشف شده بود، استنتاج کرد. آنها به سادگی عواقب آن بودند. علاوه بر این، نیوتن نشان داد که نه تنها قوانین کپلر، بلکه انحرافات از این قوانین (در دنیای سه یا چند جسم) نیز نتیجه گرانش جهانی است... این یک پیروزی بزرگ علم بود. به نظر می‌رسید که سرانجام نیروی اصلی طبیعت که جهان‌ها را به حرکت در می‌آورد، کشف و به صورت ریاضی توصیف شده است، نیرویی که مولکول‌های هوا، سیب‌ها و خورشید را کنترل می‌کند. گامی که نیوتن برداشت، غول آسا و بی اندازه عظیم بود. اولین محبوب کننده آثار دانشمند برجسته، نویسنده فرانسوی فرانسوا ماری آروئه، که با نام مستعار ولتر در جهان شهرت داشت، گفت که نیوتن با نگاه کردن به سیبی که در حال سقوط است، ناگهان متوجه وجود قانونی به نام او شد. خود نیوتن هرگز به این سیب اشاره نکرد. و امروز ارزش هدر دادن وقت برای رد این افسانه زیبا را ندارد. و ظاهراً نیوتن از طریق استدلال منطقی به قدرت عظیم طبیعت پی برد. احتمالاً این بود که در فصل مربوطه "آغاز" گنجانده شد.

نیروی گرانش جهانی بر پرواز هسته تأثیر می گذارد

فرض کنید روی یک کوه بسیار بلند، آنقدر بلند که قله آن دیگر در جو نیست، یک توپخانه غول پیکر نصب کرده ایم. لوله آن کاملاً به موازات سطح کره زمین قرار گرفت و شلیک شد. پس از توصیف قوس، هسته به زمین می افتد . شارژ را افزایش می دهیم، کیفیت باروت را بالا می بریم و گلوله توپ را به هر نحوی مجبور می کنیم بعد از شلیک بعدی با سرعت بیشتری حرکت کند. قوس توصیف شده توسط هسته صاف تر می شود. هسته بسیار دورتر از دامنه کوه ما می افتد. ما همچنین شارژ را افزایش می دهیم و شلیک می کنیم. هسته در امتداد یک مسیر مسطح پرواز می کند که به موازات سطح کره زمین پایین می آید. هسته دیگر نمی تواند به زمین بیفتد: با همان سرعتی که کاهش می یابد، زمین از زیر آن فرار می کند. و با توصیف حلقه ای در اطراف سیاره ما، هسته به نقطه عزیمت باز می گردد. اسلحه را می توان در این فاصله برداشت. از این گذشته، پرواز هسته در سراسر جهان بیش از یک ساعت طول خواهد کشید. و سپس هسته به سرعت بر فراز قله کوه پرواز کرده و به پرواز جدیدی در اطراف زمین خواهد رفت. اگر همانطور که توافق کردیم، هسته هیچ مقاومت هوایی را تجربه نکند، هرگز نمی تواند سقوط کند. برای این کار سرعت هسته باید نزدیک به 8 کیلومتر بر ثانیه باشد. اگر سرعت پرواز هسته را افزایش دهیم چه؟ ابتدا در یک کمان، مسطح تر از انحنای سطح زمین پرواز می کند و شروع به دور شدن از زمین می کند. در عین حال سرعت آن تحت تاثیر گرانش زمین کاهش خواهد یافت. و در نهایت، با چرخش، شروع به سقوط به زمین می کند، اما از کنار آن عبور می کند و نه یک دایره، بلکه یک بیضی را می بندد. هسته دقیقاً به همان روشی که زمین به دور خورشید حرکت می کند، یعنی در امتداد یک بیضی که در یکی از کانون های آن مرکز سیاره ما قرار دارد، در اطراف زمین حرکت می کند. اگر سرعت اولیه هسته را بیشتر افزایش دهید، بیضی کشیده تر می شود. می توان این بیضی را به گونه ای کشید که هسته به مدار ماه یا حتی بسیار بیشتر از آن برسد. اما تا زمانی که سرعت اولیه این هسته از 11.2 کیلومتر بر ثانیه فراتر رود، ماهواره زمین باقی خواهد ماند. هسته ای که هنگام شلیک سرعتی بیش از 11.2 کیلومتر بر ثانیه دریافت می کند، برای همیشه در طول یک مسیر سهموی از زمین دور می شود. اگر بیضی یک منحنی بسته باشد، سهمی منحنی است که دارای دو شاخه است که به سمت بی نهایت می رود. حرکت در امتداد یک بیضی، صرف نظر از اینکه چقدر کشیده باشد، ناگزیر به طور سیستماتیک به نقطه شروع باز خواهیم گشت. با حرکت در امتداد یک سهمی، هرگز به نقطه شروع باز نخواهیم گشت. اما با خروج از زمین با این سرعت، هسته هنوز قادر به پرواز تا بی نهایت نخواهد بود. گرانش قدرتمند خورشید مسیر پرواز آن را خم می کند و مانند مسیر یک سیاره به دور خود می بندد. هسته به خواهر زمین تبدیل خواهد شد، یک سیاره کوچک مستقل در خانواده سیارات ما. برای هدایت هسته به خارج از منظومه سیاره ای، برای غلبه بر گرانش خورشیدی، باید به آن سرعتی بیش از 16.7 کیلومتر بر ثانیه داد و آن را طوری هدایت کرد که سرعت حرکت خود زمین به این سرعت اضافه شود. سرعت حدود 8 کیلومتر در ثانیه (این سرعت بستگی به ارتفاع کوهی دارد که توپ ما از آن شلیک می کند) سرعت دایره ای نامیده می شود، سرعت های 8 تا 11.2 کیلومتر بر ثانیه بیضوی، از 11.2 تا 16.7 کیلومتر در ثانیه سهمی است. و بالاتر از این عدد - با سرعت آزادسازی. در اینجا باید اضافه کرد که مقادیر داده شده این سرعت ها فقط برای زمین معتبر است. اگر ما در مریخ زندگی می‌کردیم، سرعت دایره‌ای برای ما بسیار راحت‌تر قابل دستیابی بود - این سرعت فقط 3.6 کیلومتر بر ثانیه است و سرعت سهموی فقط کمی بیشتر از 5 کیلومتر در ثانیه است. اما فرستادن هسته از مشتری به فضا بسیار دشوارتر از زمین خواهد بود: سرعت دایره ای در این سیاره 42.2 کیلومتر بر ثانیه و سرعت سهموی آن حتی 61.8 کیلومتر در ثانیه است! ترک دنیای خود برای ساکنان خورشید بسیار دشوار خواهد بود (البته اگر چنین چیزی وجود داشته باشد). سرعت دایره ای این غول باید 437.6 باشد و سرعت شکست - 618.8 کیلومتر بر ثانیه! بنابراین، نیوتن در پایان قرن هفدهم، صد سال قبل از اولین پرواز بالون هوای گرم برادران مونتگولفیر، دویست سال قبل از اولین پروازهای هواپیمای برادران رایت، و تقریباً یک ربع هزاره قبل از آن. برخاستن اولین موشک های سوخت مایع، راه را برای ماهواره ها و سفینه های فضایی به آسمان نشان داد.

نیروی گرانش جهانی در هر کره ذاتی است

با استفاده از قانون گرانش جهانیسیارات ناشناخته کشف شدند، فرضیه های کیهانی مبدأ منظومه شمسی ایجاد شد. نیروی اصلی طبیعت که ستارگان، سیارات، سیب‌های باغ و مولکول‌های گاز موجود در جو را کنترل می‌کند، کشف و به صورت ریاضی توصیف شده است. اما مکانیسم گرانش جهانی را نمی دانیم. گرانش نیوتنی توضیح نمی دهد، اما به وضوح وضعیت مدرن حرکت سیاره را نشان می دهد. ما نمی دانیم که چه چیزی باعث تعامل همه اجسام در جهان می شود. و نمی توان گفت نیوتن به این دلیل علاقه ای نداشت. او سال‌ها به مکانیسم احتمالی آن فکر می‌کرد. به هر حال، این در واقع یک قدرت بسیار مرموز است. نیرویی که خود را در صدها میلیون کیلومتر فضا نشان می دهد و در نگاه اول فاقد هر گونه تشکیلات مادی است که به کمک آن می توان انتقال تعامل را توضیح داد.

فرضیه های نیوتن

و نیوتنمتوسل شد فرضیهدر مورد وجود یک اتر خاص که ظاهراً کل جهان را پر می کند. در سال 1675، او جاذبه زمین را با این واقعیت توضیح داد که اتر، که کل جهان را پر می کند، در جریان های مداوم به مرکز زمین می شتابد و تمام اجسام را در این حرکت گرفته و نیروی گرانش ایجاد می کند. همین جریان اتر به سمت خورشید می تازد و سیارات و دنباله دارها را با خود حمل می کند، مسیر بیضی شکل آنها را تضمین می کند... این فرضیه چندان قانع کننده ای نبود، هرچند از نظر ریاضی کاملاً منطقی. اما پس از آن، در سال 1679، نیوتن فرضیه جدیدی برای توضیح مکانیسم گرانش ایجاد کرد. این بار او به اتر این خاصیت را می دهد که غلظت های متفاوتی در نزدیکی سیارات و دور از آنها داشته باشد. هر چه از مرکز سیاره دورتر باشد، ظاهراً اتر متراکم تر است. و این خاصیت را دارد که تمام اجسام مادی را از لایه‌های متراکم‌تر به لایه‌هایی با چگالی کمتر فشرده کند. و تمام اجسام بر روی سطح زمین فشرده می شوند. در سال 1706، نیوتن به شدت وجود اتر را انکار کرد. در سال 1717، او دوباره به فرضیه اکسترود کردن اتر بازگشت. مغز درخشان نیوتن برای حل این معمای بزرگ تلاش کرد و آن را پیدا نکرد. این چنین پرتاب تیز از یک طرف به آن طرف را توضیح می دهد. نیوتن دوست داشت بگوید:

من فرضیه نمیزنم

و اگرچه، به محض اینکه ما توانستیم تأیید کنیم، این کاملاً درست نیست، چیز دیگری را می توان به طور قطع بیان کرد: نیوتن می دانست چگونه به وضوح بین چیزهای غیرقابل انکار و فرضیه های ناپایدار و بحث برانگیز تمایز قائل شود. و در «اصول» فرمولی برای قانون بزرگ وجود دارد، اما هیچ تلاشی برای توضیح مکانیسم آن وجود ندارد. فیزیکدان بزرگ این معما را به مرد آینده وصیت کرد. او در سال 1727 درگذشت. تا به امروز حل نشده است. بحث در مورد ماهیت فیزیکی قانون نیوتن دو قرن طول کشید. و شاید اگر این بحث دقیقاً به تمام سؤالات مطرح شده از آن پاسخ می داد، به اصل قانون مربوط نمی شد. اما واقعیت این است که به مرور زمان مشخص شد که این قانون جهانی نیست. که مواردی وجود دارد که او نمی تواند این یا آن پدیده را توضیح دهد. بیایید مثال بزنیم.

نیروی گرانش جهانی در محاسبات سیلیگر

اولین آنها پارادوکس سیلیگر است. با در نظر گرفتن جهان بی نهایت و به طور یکنواخت پر از ماده، سیلیگر تلاش کرد تا بر اساس قانون نیوتن، نیروی گرانش جهانی را محاسبه کند که توسط کل جرم بی نهایت بزرگ جهان بی نهایت در نقطه ای ایجاد می شود. از نظر ریاضیات محض این کار آسانی نبود. سیلیگر پس از غلبه بر مشکلات پیچیده ترین دگرگونی ها، ثابت کرد که نیروی گرانش جهانی مورد نظر با شعاع کیهان متناسب است. و چون این شعاع برابر با بی نهایت است، پس نیروی گرانش باید بی نهایت زیاد باشد. اما در عمل ما این را رعایت نمی کنیم. این بدان معنی است که قانون گرانش جهانی برای کل جهان اعمال نمی شود. با این حال، توضیحات دیگری برای پارادوکس ممکن است. به عنوان مثال، می توان فرض کرد که ماده به طور یکنواخت کل جهان را پر نمی کند، اما چگالی آن به تدریج کاهش می یابد و در نهایت، در جایی بسیار دور، اصلاً ماده ای وجود ندارد. اما تصور چنین تصویری به معنای اعتراف به امکان وجود فضا بدون ماده است که به طور کلی پوچ است. می توانیم فرض کنیم که نیروی گرانش جهانی سریعتر از افزایش مربع فاصله ضعیف می شود. اما این هماهنگی شگفت انگیز قانون نیوتن را زیر سوال می برد. نه، و این توضیح دانشمندان را راضی نکرد. پارادوکس یک پارادوکس باقی ماند.

مشاهدات حرکت عطارد

واقعیت دیگر، اعمال نیروی گرانش جهانی است که توسط قانون نیوتن توضیح داده نشده است مشاهدات حرکت عطارد- نزدیکترین به سیاره محاسبات دقیق با استفاده از قانون نیوتن نشان داد که پرهلیون - نقطه بیضی که در امتداد آن عطارد به نزدیکترین فاصله به خورشید حرکت می کند - باید 531 ثانیه قوسی در هر 100 سال جابجا شود. و ستاره شناسان تشخیص داده اند که این جابجایی برابر با 573 ثانیه قوسی است. این بیش از حد - 42 ثانیه قوس - نیز نمی تواند توسط دانشمندان، تنها با استفاده از فرمول های ناشی از قانون نیوتن توضیح داده شود. پارادوکس سیلیگر، جابجایی حضیض عطارد و بسیاری از پدیده های متناقض و حقایق غیرقابل توضیح را توضیح داد. آلبرت انیشتینیکی از بزرگترین، اگر نگوییم بزرگترین فیزیکدان تمام دوران. از جمله چیزهای کوچک آزاردهنده این سوال بود باد اثیری.

آزمایشات آلبرت مایکلسون

به نظر می رسید که این سؤال مستقیماً به مشکل گرانش مربوط نمی شود. او با اپتیک، به نور ارتباط داشت. به طور دقیق تر، برای تعیین سرعت آن. سرعت نور ابتدا توسط یک ستاره شناس دانمارکی تعیین شد اولاف رومر، رصد کسوف ماهواره های مشتری. این اتفاق در سال 1675 رخ داد. فیزیکدان آمریکایی آلبرت مایکلسوندر پایان قرن هجدهم، او با استفاده از دستگاهی که طراحی کرده بود، یک سری از تعیین سرعت نور در شرایط زمینی را انجام داد. در سال 1927، او سرعت نور را 299796 + 4 کیلومتر بر ثانیه داد - این دقت عالی برای آن زمان ها بود. اما نکته متفاوت است. در سال 1880، او تصمیم گرفت تا باد اثیری را کشف کند. او می خواست در نهایت وجود همان اتری را ثابت کند که حضور آن سعی کردند هم انتقال برهمکنش گرانشی و هم انتقال امواج نور را توضیح دهند. مایکلسون احتمالاً برجسته‌ترین تجربه‌گر زمان خود بود. او تجهیزات عالی داشت. و تقریباً از موفقیت مطمئن بود.

جوهر تجربه

تجربه کنیداینگونه در نظر گرفته شده بود زمین در مدار خود با سرعتی در حدود 30 کیلومتر بر ثانیه حرکت می کند. از طریق اتر حرکت می کند. این بدان معنی است که سرعت نور منبعی که در مقابل گیرنده ایستاده نسبت به حرکت زمین باید بیشتر از منبعی باشد که در طرف دیگر ایستاده است. در حالت اول، سرعت باد اتری را باید به سرعت نور اضافه کرد، در حالت دوم، سرعت نور باید به این میزان کاهش یابد.
حرکت زمین در مدارش به دور خورشید. البته سرعت گردش زمین به دور خورشید فقط یک ده هزارم سرعت نور است. تشخیص چنین اصطلاح کوچکی بسیار دشوار است، اما بیهوده نیست که مایکلسون را پادشاه دقت می نامیدند. او از روشی هوشمندانه برای ثبت تفاوت «ظریف» در سرعت پرتوهای نور استفاده کرد. او پرتو را به دو جریان مساوی تقسیم کرد و آنها را در جهت های متقابل عمود هدایت کرد: در امتداد نصف النهار و در امتداد موازی. پس از انعکاس از آینه ها، پرتوها برگشتند. اگر پرتوی که در امتداد موازی حرکت می کند تحت تأثیر باد اتری قرار می گرفت، وقتی به یک پرتو نصف النهار اضافه می شد، حاشیه های تداخلی ظاهر می شد و امواج دو پرتو از فاز خارج می شدند. با این حال، برای مایکلسون دشوار بود که مسیرهای هر دو پرتو را با چنین دقت بالایی اندازه گیری کند، به طوری که آنها کاملاً یکسان باشند. بنابراین او دستگاه را طوری ساخت که هیچ حاشیه ای تداخلی نداشته باشد و سپس آن را 90 درجه چرخاند. پرتو نصف النهار عرضی شد و بالعکس. در صورت وجود باد اتری، باید نوارهای سیاه و روشن زیر چشمی ظاهر شود! اما آنها آنجا نبودند. شاید هنگام چرخاندن دستگاه، دانشمند آن را حرکت داد. ظهر راه انداخت و ایمن کرد. از این گذشته، علاوه بر این که حول یک محور نیز می چرخد. و بنابراین، در زمان‌های مختلف روز، پرتو عرض جغرافیایی موقعیت متفاوتی را نسبت به باد اتری که می‌آید اشغال می‌کند. اکنون، زمانی که دستگاه کاملاً بی حرکت است، می توان به صحت آزمایش متقاعد شد. دوباره هیچ حاشیه تداخلی وجود نداشت. این آزمایش بارها انجام شد و مایکلسون و با او تمام فیزیکدانان آن زمان شگفت زده شدند. هیچ باد اتری شناسایی نشد! نور در همه جهات با سرعت یکسان حرکت می کرد! هیچ کس نتوانسته است این را توضیح دهد. مایکلسون آزمایش را بارها و بارها تکرار کرد، تجهیزات را بهبود بخشید و در نهایت به دقت اندازه گیری تقریبا باورنکردنی دست یافت، مرتبه ای بزرگتر از آنچه برای موفقیت آزمایش لازم بود. و باز هم هیچی!

آزمایشات آلبرت انیشتین

قدم بزرگ بعدی دانش نیروی گرانش جهانیانجام داد آلبرت انیشتین. یک بار از آلبرت اینشتین پرسیدند:

- چگونه به نظریه نسبیت خاص خود رسیدید؟ این ایده درخشان در چه شرایطی به ذهن شما خطور کرد؟ دانشمند پاسخ داد: "من همیشه تصور می کردم که چنین است."

شاید او نمی خواست رک باشد، شاید می خواست از شر همکار مزاحم خود خلاص شود. اما تصور اینکه مفهوم ارتباط بین زمان، مکان و سرعت کشف شده توسط انیشتین فطری باشد دشوار است. نه، البته، ابتدا یک حدس زده شد، روشن مانند رعد و برق. سپس توسعه آن آغاز شد. نه، هیچ تناقضی با پدیده های شناخته شده وجود ندارد. و سپس آن پنج صفحه، پر از فرمول، ظاهر شد که در یک مجله فیزیک منتشر شد. صفحاتی که عصر جدیدی را در فیزیک گشودند. تصور کنید یک سفینه فضایی در فضا پرواز می کند. اجازه دهید فوراً به شما هشدار دهیم: کشتی فضایی بسیار منحصر به فرد است، نوعی که هرگز در داستان های علمی تخیلی درباره آن نخوانده اید. طول آن 300 هزار کیلومتر و سرعت آن 240 هزار کیلومتر بر ثانیه است. و این سفینه فضایی از کنار یکی از سکوهای میانی در فضا عبور می کند، بدون اینکه در آن توقف کند. با تمام سرعت. یکی از مسافران آن با ساعتی روی عرشه کشتی ستاره ای ایستاده است. و من و تو، خواننده، روی یک سکو ایستاده ایم - طول آن باید با اندازه کشتی ستاره ای، یعنی 300 هزار کیلومتر مطابقت داشته باشد، زیرا در غیر این صورت نمی تواند روی آن فرود بیاید. و یک ساعت هم در دست داریم. متوجه می شویم: در آن لحظه، هنگامی که دماغه سفینه فضایی به لبه پشتی سکوی ما رسید، یک فانوس بر روی آن چشمک زد و فضای اطراف آن را روشن کرد. یک ثانیه بعد، پرتو نور به لبه جلوی سکوی ما رسید. ما در این شکی نداریم، زیرا سرعت نور را می دانیم و توانستیم لحظه مربوطه را در ساعت به دقت تشخیص دهیم. و روی سفینه... اما سفینه فضایی هم به سمت پرتو نور در حال پرواز بود. و ما قطعاً دیدیم که نور در لحظه ای که جایی نزدیک به وسط سکو بود، پشت خود را روشن کرد. قطعاً دیدیم که پرتو نور 300 هزار کیلومتر از کمان تا انتهای کشتی را طی نکرده است. اما مسافران روی عرشه کشتی فضایی از چیز دیگری مطمئن هستند. آنها مطمئن هستند که پرتو آنها تمام مسافت 300 هزار کیلومتری از کمان تا عقب را پوشش داده است. پس از همه، او یک ثانیه کامل را صرف این موضوع کرد. آنها همچنین کاملاً دقیق این را در ساعت خود تشخیص دادند. و چگونه می تواند غیر از این باشد: از این گذشته، سرعت نور به سرعت منبع بستگی ندارد ... چگونه می تواند باشد؟ ما یک چیز را از یک سکوی ثابت می بینیم، و آنها چیز دیگری را روی عرشه یک کشتی ستاره ای می بینند؟ قضیه چیه؟

نظریه نسبیت انیشتین

فوراً باید توجه داشت: نظریه نسبیت انیشتین در نگاه اول، کاملاً با درک ثابت ما از ساختار جهان در تضاد است. می توان گفت که با عقل سلیم نیز در تضاد است، همانطور که ما به نمایندگی آن عادت داریم. این بیش از یک بار در تاریخ علم اتفاق افتاده است. اما کشف شکل کروی زمین نیز با عقل سلیم در تضاد بود. مردم چگونه می توانند در طرف مقابل زندگی کنند و به ورطه سقوط نکنند؟ برای ما کروی بودن زمین یک واقعیت غیرقابل شک است و از نظر عقل سلیم هر فرض دیگری بی معنی و وحشی است. اما از زمان خود عقب نشینی کنید، اولین ظهور این ایده را تصور کنید، و مشخص می شود که پذیرش آن چقدر دشوار خواهد بود. خوب، آیا اعتراف به این که زمین بی حرکت نیست، بلکه ده ها بار سریعتر از یک گلوله توپ در طول مسیر خود پرواز می کند آسان تر خواهد بود؟ اینها همه شکست عقل سلیم بود. به همین دلیل است که فیزیکدانان مدرن هرگز به آن اشاره نمی کنند. حال به نظریه نسبیت خاص برگردیم. جهان برای اولین بار در سال 1905 از مقاله ای با امضای نام کمی شناخته شده - آلبرت انیشتین در مورد آن مطلع شد. و او در آن زمان تنها 26 سال داشت. انیشتین از این پارادوکس یک فرض بسیار ساده و منطقی کرد: از دید یک ناظر روی سکو، زمان کمتری از اندازه‌گیری شده توسط ساعت مچی شما در کالسکه متحرک گذشته است. در کالسکه سرعت گذر زمان نسبت به زمان روی سکوی ثابت کاهش یافت. چیزهای کاملاً شگفت انگیزی به طور منطقی از این فرض سرچشمه می گیرد. معلوم شد فردی که در تراموا سر کار می رود، در مقایسه با یک عابر پیاده که به همان شیوه راه می رود، نه تنها به دلیل سرعت در زمان صرفه جویی می کند، بلکه برای او کندتر هم پیش می رود. با این حال، سعی نکنید جوانی ابدی را از این طریق حفظ کنید: حتی اگر راننده کالسکه شوید و یک سوم عمر خود را در تراموا بگذرانید، در 30 سال به سختی بیش از یک میلیونیم ثانیه به دست خواهید آورد. برای اینکه افزایش زمان قابل توجه باشد، باید با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت کنید. معلوم می شود که افزایش سرعت اجسام در جرم آنها منعکس می شود. هر چه سرعت جسم به سرعت نور نزدیکتر باشد جرم آن بیشتر می شود. وقتی سرعت یک جسم برابر با سرعت نور باشد، جرم آن برابر بی نهایت است، یعنی از جرم زمین، خورشید، کهکشان، کل کیهان ما بیشتر است... این مقدار جرم می تواند باشد. در یک سنگفرش ساده متمرکز شود و آن را به سرعت نور شتاب دهد! این محدودیتی را تحمیل می کند که به هیچ جسم مادی اجازه نمی دهد سرعتی برابر با سرعت نور ایجاد کند. از این گذشته، با افزایش جرم، شتاب دادن به آن دشوارتر می شود. و جرم نامتناهی را نمی توان با هیچ نیرویی از جای خود حرکت داد. با این حال، طبیعت یک استثنا بسیار مهم از این قانون برای یک کلاس کامل از ذرات قرار داده است. مثلا برای فوتون ها. آنها می توانند با سرعت نور حرکت کنند. به عبارت دقیق تر، آنها نمی توانند با سرعت دیگری حرکت کنند. تصور یک فوتون بی حرکت غیرممکن است. وقتی ساکن است، جرم ندارد. نوترینوها همچنین جرم استراحت ندارند و همچنین محکوم به پرواز کنترل نشده ابدی در فضا با حداکثر سرعت ممکن در جهان ما هستند، بدون اینکه از نور سبقت بگیرند یا از آن عقب بیفتند. آیا این درست نیست که هر یک از پیامدهای نظریه نسبیت خاص که برشمردیم تعجب آور و متناقض است! و البته هر کدام با "عقل سلیم" در تضاد هستند! اما جالب اینجاست: نه در شکل خاص خود، بلکه به عنوان یک موضع فلسفی گسترده، همه این پیامدهای شگفت انگیز توسط بنیانگذاران ماتریالیسم دیالکتیکی پیش بینی شده بود. این نتایج چه چیزی را نشان می دهد؟ درباره اتصالاتی که انرژی و جرم، جرم و سرعت، سرعت و زمان، سرعت و طول یک جسم متحرک را به هم متصل می‌کنند... کشف وابستگی متقابل انیشتین، مانند سیمان (جزئیات بیشتر:)، اتصال آرماتورها یا سنگ‌های پایه به یکدیگر در کنار هم، ظاهراً قبل از این، اشیا و پدیده‌ها مستقل از یکدیگر بودند و مبنایی را ایجاد کردند که برای اولین بار در تاریخ علم، ساختن ساختمانی هماهنگ امکان‌پذیر شد. این ساختمان ایده ای از نحوه عملکرد جهان ما است. اما ابتدا، حداقل چند کلمه در مورد نظریه نسبیت عام، که همچنین توسط آلبرت انیشتین ایجاد شده است. آلبرت اینشتین این نام - نظریه نسبیت عام - کاملاً با محتوای نظریه ای که مورد بحث قرار خواهد گرفت مطابقت ندارد. وابستگی متقابل بین فضا و ماده را ایجاد می کند. ظاهراً نامگذاری آن صحیح تر است نظریه فضا-زمان، یا نظریه گرانش. اما این نام چنان با نظریه انیشتین درهم آمیخته است که حتی طرح سوال جایگزینی آن اکنون برای بسیاری از دانشمندان ناپسند به نظر می رسد. نظریه نسبیت عام وابستگی متقابل بین ماده و زمان و مکان حاوی آن را ایجاد کرد. معلوم شد که فضا و زمان را نه تنها نمی توان جدا از ماده تصور کرد، بلکه خواص آنها به ماده ای که آنها را پر می کند نیز بستگی دارد. اینشتین نظریه نسبیت عام را در سال 1916 منتشر کرد و از سال 1907 روی آن کار می کرد. اینکه سعی کنیم آن را در چند صفحه بدون استفاده از فرمول های ریاضی ارائه کنیم، واقع بینانه نیست.

نقطه شروع برای استدلال

بنابراین، ما فقط می توانیم نشان دهیم نقطه شروعو چند نتیجه گیری مهم ارائه کنید. در آغاز سفر فضایی، یک فاجعه غیرمنتظره کتابخانه، مجموعه فیلم و دیگر مخازن ذهن و حافظه افرادی را که در فضا پرواز می کردند، نابود کرد. و ماهیت سیاره بومی در تغییر قرن ها فراموش شد. حتی قانون گرانش جهانی نیز فراموش شده است، زیرا موشک در فضای بین کهکشانی پرواز می کند، جایی که تقریباً احساس نمی شود. با این حال، موتورهای کشتی عالی کار می کنند و تامین انرژی در باتری ها عملا نامحدود است. بیشتر اوقات کشتی با اینرسی حرکت می کند و ساکنان آن به بی وزنی عادت کرده اند. اما گاهی موتورها را روشن می کنند و حرکت کشتی را کم یا تسریع می کنند. هنگامی که نازل‌های جت با شعله‌ای بی‌رنگ در فضای خالی می‌سوزند و کشتی با سرعتی تند حرکت می‌کند، ساکنان احساس می‌کنند که بدنشان سنگین‌تر می‌شود، مجبور می‌شوند در اطراف کشتی قدم بزنند و در راهروها پرواز نکنند. و اکنون این پرواز به اتمام نزدیک شده است. کشتی به سمت یکی از ستاره ها پرواز می کند و به مدار مناسب ترین سیاره می افتد. سفینه‌های فضایی به بیرون می‌روند، روی خاک پوشیده از فضای سبز تازه قدم می‌زنند، و مدام همان احساس سنگینی را تجربه می‌کنند که از زمانی که کشتی با سرعتی تند حرکت می‌کرد، آشناست. اما سیاره به طور مساوی حرکت می کند. نمی تواند با شتاب ثابت 9.8 متر بر ثانیه به سمت آنها پرواز کند! و فرض اول را دارند که میدان گرانشی (نیروی گرانشی) و شتاب اثر یکسانی دارند و شاید ماهیت مشترکی داشته باشند. هیچ یک از معاصران زمینی ما در چنین پرواز طولانی نبودند، اما بسیاری پدیده "سنگینی" و "سبک شدن" بدن خود را احساس کردند. حتی یک آسانسور معمولی هم وقتی با سرعتی تند حرکت می کند، این حس را ایجاد می کند. هنگام پایین آمدن، هنگام بالا رفتن احساس کاهش وزن ناگهانی می کنید، برعکس، زمین با نیرویی بیشتر از حد معمول به پاهای شما فشار می آورد. اما یک احساس چیزی را ثابت نمی کند. از این گذشته، احساسات سعی می کنند ما را متقاعد کنند که خورشید در سراسر آسمان در اطراف زمین بی حرکت حرکت می کند، که همه ستارگان و سیارات در فاصله یکسانی از ما، در فلک و غیره قرار دارند. دانشمندان احساسات را تحت آزمایش های تجربی قرار داده اند. نیوتن به هویت عجیب این دو پدیده نیز فکر کرد. او سعی کرد به آنها ویژگی های عددی بدهد. او با اندازه گیری گرانش و گرانش متقاعد شد که مقادیر آنها همیشه به شدت با یکدیگر برابر است. آونگ های کارخانه آزمایشی را از انواع مواد نقره، سرب، شیشه، نمک، چوب، آب، طلا، ماسه، گندم ساخت. نتیجه همان شد. اصل هم ارزی، که در مورد آن صحبت می کنیم، اساس نظریه نسبیت عام است، اگرچه تفسیر مدرن نظریه دیگر به این اصل نیاز ندارد. با صرف نظر از نتیجه گیری های ریاضی حاصل از این اصل، اجازه دهید مستقیماً به برخی از پیامدهای نظریه نسبیت عام برویم. وجود توده های بزرگ ماده بر فضای اطراف تأثیر زیادی می گذارد. منجر به تغییراتی در آن می شود که می توان آن را ناهمگونی فضا تعریف کرد. این ناهمگونی ها حرکت هر توده ای را که خود را در نزدیکی جسم جذب کننده می بینند هدایت می کند. معمولاً به این قیاس متوسل می شوند. یک بوم را تصور کنید که محکم روی یک قاب موازی با سطح زمین کشیده شده است. وزنه سنگینی روی آن قرار دهید. این توده بزرگ جذب ما خواهد بود. البته بوم را خم می کند و در نهایت به نوعی افسردگی می رسد. حالا توپ را در امتداد این بوم بغلتانید تا بخشی از مسیر آن در کنار جرم جذب کننده قرار گیرد. بسته به نحوه پرتاب توپ، سه گزینه ممکن وجود دارد.

1. توپ به اندازه کافی از فرورفتگی ایجاد شده در اثر انحراف بوم پرواز می کند و حرکت خود را تغییر نمی دهد.
2. توپ فرورفتگی را لمس می کند و خطوط حرکت آن به سمت جرم جذب کننده خم می شود.
3. توپ در این سوراخ می افتد، نمی تواند از آن خارج شود و یک یا دو چرخش در اطراف جرم گرانشی انجام می دهد.

آیا این درست نیست که گزینه سوم بسیار زیبا از گرفتن یک جسم خارجی توسط ستاره یا سیاره ای که با بی دقتی در میدان جاذبه آنها پرواز می کند، مدل می کند؟ و حالت دوم خم شدن مسیر جسمی است که با سرعتی بیشتر از سرعت گرفتن ممکن پرواز می کند! مورد اول شبیه به پرواز فراتر از محدوده عملی میدان گرانشی است. بله، دقیقاً عملی است، زیرا از نظر تئوری میدان گرانشی نامحدود است. البته، این یک قیاس بسیار دور است، در درجه اول به این دلیل که هیچ کس واقعاً نمی تواند انحراف فضای سه بعدی ما را تصور کند. هیچ کس نمی داند که معنای فیزیکی این انحراف یا خمیدگی، همانطور که اغلب می گویند، چیست. از نظریه نسبیت عام چنین بر می آید که هر جسم مادی فقط در امتداد خطوط منحنی می تواند در میدان گرانشی حرکت کند. فقط در موارد خاص، منحنی به یک خط مستقیم تبدیل می شود. یک پرتو نور نیز از این قانون پیروی می کند. از این گذشته ، از فوتون هایی تشکیل شده است که جرم خاصی در حال پرواز دارند. و میدان گرانشی بر آن تأثیر می گذارد، درست مانند یک مولکول، یک سیارک یا یک سیاره. نتیجه مهم دیگر این است که میدان گرانشی گذر زمان را نیز تغییر می دهد. در نزدیکی یک جرم جذب کننده بزرگ، در میدان گرانشی قوی که ایجاد می کند، گذر زمان باید کندتر از دور از آن باشد. می بینید، نظریه نسبیت عام مملو از نتایج متناقض است که می تواند یک بار دیگر ایده های ما را در مورد "عقل سلیم" واژگون کند!

فروپاشی گرانشی

بیایید در مورد یک پدیده شگفت انگیز صحبت کنیم که شخصیت کیهانی دارد - فروپاشی گرانشی (فشرده سازی فاجعه بار). این پدیده در تجمعات غول پیکر ماده رخ می دهد، جایی که نیروهای گرانشی به قدر عظیمی می رسند که هیچ نیروی دیگری در طبیعت نمی تواند در برابر آنها مقاومت کند. فرمول معروف نیوتن را به خاطر بسپارید: هر چه مجذور فاصله بین اجسام گرانشی کوچکتر باشد، نیروی گرانش بیشتر است. بنابراین، هر چه یک سازند مادی متراکم تر شود، هر چه اندازه آن کوچکتر شود، نیروهای گرانش سریعتر افزایش می یابد، آغوش مخرب آنها اجتناب ناپذیرتر است. یک تکنیک حیله گر وجود دارد که با آن طبیعت با فشرده سازی به ظاهر بی حد و حصر ماده مبارزه می کند. برای انجام این کار، گذر زمان در حوزه عمل نیروهای گرانشی ابرغول را متوقف می‌کند و به نظر می‌رسد توده‌های ماده محدود شده از کیهان ما منجمد شده‌اند و در خواب بی‌حالی عجیبی منجمد شده‌اند. احتمالاً اولین مورد از این "سیاه چاله ها" در فضا قبلاً کشف شده است. با توجه به فرضیه دانشمندان شوروی O. Kh. جرم جزء مرئی برابر با 1.8 خورشیدی است و طبق محاسبات، "همدم" نامرئی آن باید چهار برابر بزرگتر از عنصر مرئی باشد. اما هیچ اثری از آن وجود ندارد: دیدن شگفت انگیزترین خلقت طبیعت، "سیاه چاله" غیرممکن است. دانشمند شوروی، پروفسور K.P. Stanyukovich، همانطور که می گویند، "در نوک قلم خود"، از طریق ساختارهای صرفا نظری، نشان داد که ذرات "ماده یخ زده" می توانند از نظر اندازه بسیار متنوع باشند.

• شکل‌گیری‌های غول‌پیکر آن ممکن است، شبیه به اختروش‌ها، که به‌طور پیوسته به اندازه ۱۰۰ میلیارد ستاره کهکشان ما انرژی ساطع می‌کنند.
• توده های بسیار ساده تر، برابر با چند جرم خورشیدی، ممکن است. هر دو شیء می توانند خود از ماده معمولی و غیر خواب به وجود بیایند.
• و تشکیل یک کلاس کاملاً متفاوت امکان پذیر است که از نظر جرم با ذرات بنیادی قابل مقایسه است.

برای به وجود آمدن آنها، ماده ای که آنها را تشکیل می دهد باید ابتدا تحت فشار غول پیکر قرار گیرد و به محدوده های کره شوارتزشیلد هدایت شود - کره ای که زمان برای یک ناظر خارجی کاملاً متوقف می شود. و حتی اگر پس از این فشار برداشته شود، ذراتی که زمان برای آنها متوقف شده است مستقل از جهان ما به وجود خود ادامه می دهند.

پلانکئون ها

نویسنده این فرضیه چنین ذرات را به افتخار فیزیکدان مشهور آلمانی ماکس پلانک - پلانکئون ها نامگذاری کرد. پلانکئون ها یک کلاس کاملاً ویژه از ذرات هستند. به گفته K. P. Stanyukovich، آنها دارای یک ویژگی بسیار جالب هستند: آنها ماده را به شکلی بدون تغییر حمل می کنند، همانطور که میلیون ها و میلیاردها سال پیش بود. با نگاهی به داخل پلانکئون، می‌توانیم ماده را همانطور که در لحظه تولد کیهان ما بود، ببینیم. طبق محاسبات نظری، حدود 1080 پلانکئون در کیهان وجود دارد، تقریباً یک پلانکئون در مکعبی از فضا با ضلع 10 سانتی‌متر. به هر حال، همزمان با استانیوکوویچ و (به طور مستقل از او)، فرضیه در مورد پلانکئون ها توسط آکادمیک M.A. Markov مطرح شد - فقط مارکوف به آنها نام دیگری داد - از خواص ویژه پلانکئون ها نیز می توان برای توضیح تبدیلات متناقض استفاده کرد از ذرات ابتدایی می‌دانیم که در برخورد دو ذره هرگز تکه‌هایی به وجود نمی‌آیند، اما این واقعاً شگفت‌انگیز است: در دنیای معمولی، شکستن یک گلدان، هرگز نخواهیم داشت فرض کنید در اعماق هر ذره ابتدایی یک پلانکئون، یک یا چند پلانکئون پنهان و گاهی اوقات تعداد زیادی پلانکئون وجود دارد. در آن سقوط خواهد کرد، و در عوض آنهایی که ما فکر می کنیم در طول برخورد به وجود آمده اند، در همان زمان، پلانکئون، مانند یک حسابدار غیور، تمام «قوانین حفاظت» را ارائه خواهد کرد بر اساس فرضیه K. P. Stanyukovich، "مسئول" گرانش ذرات ریز، به اصطلاح گرانش، هستند که به طور مداوم توسط ذرات بنیادی منتشر می شوند. گراویتون ها به همان اندازه کوچکتر از دومی هستند که ذره ای از غبار در حال رقصیدن در یک پرتو خورشید کوچکتر از کره زمین است. انتشار گراویتون ها از قوانین متعددی تبعیت می کند. به ویژه، آنها راحت تر به آن منطقه از فضا پرواز می کنند. که حاوی گراویتون های کمتری است. این بدان معنی است که اگر دو جرم آسمانی در فضا وجود داشته باشد، هر دو گراویتون عمدتاً "به سمت بیرون" در جهت مخالف یکدیگر ساطع می کنند. این یک انگیزه ایجاد می کند که باعث می شود بدن ها به هم نزدیک تر شوند و یکدیگر را جذب کنند. گراویتون ها با ترک ذرات بنیادی خود، بخشی از جرم را با خود می برند. مهم نیست که چقدر کوچک هستند، از دست دادن جرم در طول زمان قابل توجه نیست. اما این زمان به طرز غیرقابل تصوری عظیم است. حدود 100 میلیارد سال طول می کشد تا تمام مواد موجود در کیهان به میدان گرانشی تبدیل شوند.
میدان گرانشی اما آیا این همه است؟ به گفته K.P. Stanyukovich، حدود 95 درصد از جرم ماده در پلانکئون های با اندازه های مختلف پنهان شده است و در حالت بی حالی قرار دارد، اما با گذشت زمان پلانکئون ها باز می شوند و مقدار ماده "عادی" افزایش می یابد.