Dit artikel gaat over de geschiedenis van de ontdekking van de wet van universele zwaartekracht. Hier zullen we kennis maken met de biografische informatie uit het leven van de wetenschapper die dit fysieke dogma ontdekte, de belangrijkste bepalingen ervan bekijken, de relatie met kwantumzwaartekracht, het verloop van de ontwikkeling en nog veel meer.
Genie
Sir Isaac Newton is een wetenschapper uit Engeland. Ooit besteedde hij veel aandacht en moeite aan wetenschappen als natuurkunde en wiskunde, en bracht hij ook veel nieuwe dingen met zich mee voor mechanica en astronomie. Hij wordt terecht beschouwd als een van de eerste grondleggers van de natuurkunde in zijn klassieke model. Hij is de auteur van het fundamentele werk "Mathematical Principles of Natural Philosophy", waarin hij informatie presenteerde over de drie wetten van de mechanica en de wet van universele zwaartekracht. Isaac Newton legde met deze werken de basis van de klassieke mechanica. Hij ontwikkelde de calculus van differentiaal- en integra altype, lichttheorie. Hij heeft ook een belangrijke bijdrage geleverd aan de fysieke optica.en ontwikkelde vele andere theorieën in natuurkunde en wiskunde.
Wet
De wet van universele zwaartekracht en de geschiedenis van de ontdekking dateren uit 1666. De klassieke vorm is een wet die de interactie van het gravitatietype beschrijft, die niet verder gaat dan het raamwerk van de mechanica.
De essentie was dat de indicator van de kracht F van de zwaartekracht die ontstaat tussen 2 lichamen of punten van materie m1 en m2, van elkaar gescheiden door een bepaalde afstand r, evenredig is met beide massa-indicatoren en een omgekeerde evenredigheid met de vierkante afstanden tussen lichamen:
F=G, waarbij G staat voor de zwaartekrachtconstante gelijk aan 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Newtons zwaartekracht
Laten we, voordat we de geschiedenis van de ontdekking van de wet van universele zwaartekracht beschouwen, de algemene kenmerken ervan nader bekijken.
In de theorie van Newton moeten alle lichamen met een grote massa een speciaal veld om zich heen genereren, dat andere objecten naar zich toe trekt. Het wordt een zwaartekrachtveld genoemd en het heeft potentieel.
Een lichaam met sferische symmetrie vormt een veld buiten zichzelf, vergelijkbaar met dat gecreëerd door een materieel punt met dezelfde massa in het midden van het lichaam.
De richting van de baan van zo'n punt in het zwaartekrachtsveld, gecreëerd door een lichaam met een veel grotere massa, gehoorzaamt aan de wet van Kepler. Voorwerpen van het heelal, zoals bijv.planeet of komeet, gehoorzaam hem ook, bewegend in een ellips of hyperbool. Er wordt rekening gehouden met de vervorming die andere massieve lichamen veroorzaken met behulp van de bepalingen van de verstoringstheorie.
Nauwkeurigheid analyseren
Nadat Newton de wet van universele zwaartekracht had ontdekt, moest deze vele malen worden getest en bewezen. Hiervoor zijn een aantal berekeningen en waarnemingen gedaan. Na overeenstemming te hebben bereikt over de bepalingen ervan en uitgaande van de nauwkeurigheid van de indicator, dient de experimentele vorm van schatting als een duidelijke bevestiging van GR. Meting van quadrupoolinteracties van een lichaam dat roteert, maar zijn antennes stationair blijven, laten ons zien dat het proces van toenemende δ afhangt van de potentiaal r -(1+δ), op een afstand van enkele meters en bevindt zich in de limiet (2, 1±6, 2)•10-3. Dankzij een aantal andere praktische bevestigingen kon deze wet zonder enige wijziging in één enkele vorm worden vastgesteld. In 2007 werd dit dogma opnieuw gecontroleerd op een afstand van minder dan een centimeter (55 micron-9,59 mm). Rekening houdend met de experimentele fouten, onderzochten de wetenschappers het afstandsbereik en vonden geen duidelijke afwijkingen in deze wet.
Observatie van de baan van de maan ten opzichte van de aarde bevestigde ook de geldigheid ervan.
Euclidische ruimte
Newtons klassieke zwaartekrachttheorie is gekoppeld aan de Euclidische ruimte. De feitelijke gelijkheid met een voldoende hoge nauwkeurigheid (10-9) van de afstandsmaten in de noemer van de hierboven besproken gelijkheid toont ons de Euclidische basis van de ruimte van de Newtoniaanse mechanica, met een drie -dimensionale fysieke vorm. BIJvoor zo'n punt van materie is het gebied van een bolvormig oppervlak precies evenredig met de waarde van het kwadraat van zijn straal.
Gegevens uit de geschiedenis
Laten we eens kijken naar een korte samenvatting van de geschiedenis van de ontdekking van de wet van universele zwaartekracht.
Ideeën werden naar voren gebracht door andere wetenschappers die vóór Newton leefden. Epicurus, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens en anderen bezochten reflecties erover. Kepler suggereerde dat de zwaartekracht omgekeerd evenredig is met de afstand tot de ster van de zon en alleen in de eclipticavlakken wordt verspreid; volgens Descartes was het een gevolg van de activiteit van draaikolken in de dikte van de ether. Er was een reeks gissingen die een weerspiegeling waren van de juiste gissingen over de afhankelijkheid van afstand.
Een brief van Newton aan Halley bevatte informatie dat de voorgangers van Sir Isaac zelf Hooke, Wren en Buyo Ismael waren. Niemand voor hem slaagde er echter in om, met behulp van wiskundige methoden, de wet van de zwaartekracht en planetaire beweging duidelijk met elkaar te verbinden.
De geschiedenis van de ontdekking van de wet van universele zwaartekracht is nauw verbonden met het werk "Mathematical Principles of Natural Philosophy" (1687). In dit werk kon Newton de wet in kwestie afleiden dankzij de empirische wet van Kepler, die toen al bekend was. Hij laat ons zien dat:
- de vorm van beweging van een zichtbare planeet geeft de aanwezigheid van een centrale kracht aan;
- De aantrekkingskracht van het centrale type vormt elliptische of hyperbolische banen.
Over de theorie van Newton
Het bekijken van de korte geschiedenis van de ontdekking van de wet van universele zwaartekracht kan ons ook wijzen op een aantal verschillen die het onderscheiden van eerdere hypothesen. Newton was niet alleen betrokken bij de publicatie van de voorgestelde formule van het fenomeen in kwestie, maar stelde ook een model voor van een wiskundig type in een holistische vorm:
- bepaling over de wet van de zwaartekracht;
- statuut over de wet van beweging;
- systematiek van methoden van wiskundig onderzoek.
Deze triade was in staat om zelfs de meest complexe bewegingen van hemellichamen vrij nauwkeurig te onderzoeken, en legde zo de basis voor hemelmechanica. Tot het begin van Einsteins activiteit in dit model was de aanwezigheid van een fundamentele reeks correcties niet vereist. Alleen het wiskundige apparaat moest aanzienlijk worden verbeterd.
Object voor discussie
Ontdekt en bewezen recht gedurende de achttiende eeuw werd een bekend onderwerp van actieve geschillen en nauwgezette controles. De eeuw eindigde echter met een algemene overeenstemming met zijn postulaten en uitspraken. Met behulp van de berekeningen van de wet was het mogelijk om de paden van de beweging van lichamen in de hemel nauwkeurig te bepalen. Een directe controle werd gedaan door Henry Cavendish in 1798. Hij deed dit met behulp van een torsie-achtige balans met grote gevoeligheid. In de geschiedenis van de ontdekking van de universele wet van de zwaartekracht is het noodzakelijk om een speciale plaats toe te kennen aan de interpretaties die door Poisson zijn geïntroduceerd. Hij ontwikkelde het concept van de gravitatiepotentiaal en de Poissonvergelijking, waarmee het mogelijk was om dit te berekenenpotentieel. Dit type model maakte het mogelijk om het zwaartekrachtsveld te bestuderen in aanwezigheid van een willekeurige verdeling van materie.
Er waren veel moeilijkheden in de theorie van Newton. De belangrijkste zou kunnen worden beschouwd als de onverklaarbaarheid van actie op lange termijn. Het was onmogelijk om nauwkeurig de vraag te beantwoorden hoe de aantrekkingskrachten met een oneindige snelheid door de vacuümruimte worden gestuurd.
"Evolutie" van de wet
De volgende tweehonderd jaar, en zelfs nog meer, hebben veel natuurkundigen pogingen ondernomen om verschillende manieren voor te stellen om de theorie van Newton te verbeteren. Deze inspanningen eindigden in 1915 in een triomf, namelijk de creatie van de Algemene Relativiteitstheorie, die werd gecreëerd door Einstein. Hij was in staat om de hele reeks moeilijkheden te overwinnen. In overeenstemming met het correspondentieprincipe bleek de theorie van Newton een benadering te zijn van het begin van het werken aan een theorie in een meer algemene vorm, die onder bepaalde voorwaarden kan worden toegepast:
- Het potentieel van de zwaartekracht kan niet te groot zijn in de onderzochte systemen. Het zonnestelsel is een voorbeeld van naleving van alle regels voor de beweging van hemellichamen. Het relativistische fenomeen bevindt zich in een merkbare manifestatie van periheliumverschuiving.
- De bewegingssnelheid in deze groep systemen is verwaarloosbaar in vergelijking met de lichtsnelheid.
Bewijs dat GR-berekeningen in een zwak stationair zwaartekrachtveld de vorm van Newtoniaanse berekeningen aannemen, is de aanwezigheid van een scalair gravitatiepotentieel in een stationair veld metzwak uitgedrukte kenmerken van krachten, die kunnen voldoen aan de voorwaarden van de Poissonvergelijking.
Quantaschaal
In de geschiedenis kunnen noch de wetenschappelijke ontdekking van de wet van de universele zwaartekracht, noch de algemene relativiteitstheorie dienen als de uiteindelijke zwaartekrachttheorie, aangezien beide de processen van het zwaartekrachttype op het kwantum niet adequaat beschrijven schaal. Een poging om een kwantumzwaartekrachttheorie te creëren is een van de belangrijkste taken van de moderne natuurkunde.
Vanuit het oogpunt van kwantumzwaartekracht wordt de interactie tussen objecten gecreëerd door de uitwisseling van virtuele gravitonen. In overeenstemming met het onzekerheidsprincipe is het energiepotentieel van virtuele gravitonen omgekeerd evenredig met het tijdsinterval waarin het bestond, vanaf het punt van emissie door het ene object tot het moment waarop het werd geabsorbeerd door een ander punt.
Met het oog hierop blijkt dat op een kleine schaal van afstanden de interactie van lichamen de uitwisseling van virtuele type gravitonen met zich meebrengt. Dankzij deze overwegingen is het mogelijk om de bepaling over de wet van het potentieel en de afhankelijkheid van Newton af te sluiten in overeenstemming met het wederkerige evenredigheidsbeginsel met betrekking tot afstand. De analogie tussen de wetten van Coulomb en Newton wordt verklaard door het feit dat het gewicht van gravitonen gelijk is aan nul. Het gewicht van fotonen heeft dezelfde betekenis.
Misleiding
In het schoolcurriculum, het antwoord op een vraag uit de geschiedenis, hoeNewton ontdekte de wet van universele zwaartekracht, is het verhaal van een vallende appel. Volgens deze legende viel het op het hoofd van een wetenschapper. Dit is echter een wijdverbreide misvatting, en in feite kon alles zonder een soortgelijk geval van mogelijk hoofdletsel. Newton zelf bevestigde deze mythe soms, maar in werkelijkheid was de wet geen spontane ontdekking en kwam niet in een uitbarsting van kortstondig inzicht. Zoals hierboven geschreven, werd het lange tijd ontwikkeld en werd het voor het eerst gepresenteerd in de werken over de "Principles of Mathematics", die in 1687 voor het publiek verschenen.
