Jismning og‘irlik kuchi

Fizikada tortishish kuchi  – bu massaga ega boʻlgan barcha narsalar oʻrtasida oʻzaro tortishishni keltirib chiqaradigan asosiy oʻzaro taʼsir . Gravitatsiya hozirgacha toʻrtta asosiy oʻzaro taʼsirning eng zaifi boʻlib, kuchli oʻzaro taʼsirdan taxminan 1038 marta, elektromagnit kuchdan 1036 marta va zaif oʻzaro taʼsirdan 1029 marta zaifdir. Natijada, u subatomik zarralar darajasida sezilarli taʼsir koʻrsatmaydi. Biroq, tortishish makroskopik miqyosdagi obyektlar orasidagi eng muhim oʻzaro taʼsir boʻlib, u sayyoralar, yulduzlar, galaktikalar va hatto yorugʻlik harakatini belgilaydi.

Yerda tortishish kuchi jismoniy obyektlarga ogʻirlik beradi va Oyning tortishish kuchi okeanlardagi oy osti toʻlqinlari uchun javobgardir (tegishli antipodal toʻlqin Yer va Oyning bir-birining orbitasidagi inertsiyasidan kelib chiqadi). Gravitatsiya, shuningdek, koʻp muhim biologik funktsiyalarga ega boʻlib, gravitropizm jarayoni orqali oʻsimliklarning oʻsishini boshqarishga yordam beradi va koʻp hujayrali organizmlarda suyuqliklarning aylanishiga taʼsir qiladi.

Koinotdagi asl gazsimon materiya oʻrtasidagi tortishish kuchi uning birlashishiga va yulduzlar hosil boʻlishiga olib keldi, ular oxir-oqibat galaktikalarga aylanadi, shuning uchun tortishish koinotdagi koʻplab yirik tuzilmalar uchun javobgardir. Gravitatsiya cheksiz diapazonga ega. Jismlar uzoqlashgani sari uning taʼsiri zaiflashadi.

Gravitatsiya umumiy nisbiylik nazariyasida (1915-yilda Albert Einstein tomonidan taklif qilingan) eng aniq tasvirlangan boʻlib, u tortishish kuch sifatida emas, balki massaning notekis taqsimlanishidan kelib chiqqan va massalarning geodeziya boʻylab harakatlanishiga sabab boʻlgan fazo-vaqtning egri chizigʻi sifatida tavsiflanadi. chiziqlar. Kosmosdagi bu egrilikning eng ekstremal misoli qora tuynuk boʻlib, undan hech narsa, hatto yorugʻlik ham, qora tuynuk hodisa ufqidan oʻtib keta olmaydi. Biroq, koʻpgina ilovalar uchun tortishish Nyutonning universal tortishish qonuni bilan yaxshi yaqinlashtirilgan boʻlib, u tortishish kuchini har qanday ikkita jismni bir-biriga tortadigan kuch sifatida tavsiflaydi, kattaligi ularning massalari mahsulotiga proportsional va kvadratiga teskari proportsionaldir ular orasidagi masofa:

Bu yerda  – kuch, va  – oʻzaro taʼsir qiluvchi jismlarning massalari,  – massalar markazlari orasidagi masofa va  – tortishish doimiysi .

Zarrachalar fizikasining hozirgi modellari shuni koʻrsatadiki, koinotdagi tortishishning eng qadimgi namunasi, ehtimol, kvant tortishish, oʻta tortishish yoki tortishish yakkalik shaklida, oddiy fazo va vaqt bilan bir qatorda, Plank davrida (10-43 soniyadan keyin) rivojlangan. Koinotning tugʻilishi), ehtimol soxta vakuum, kvant vakuum yoki virtual zarracha kabi dastlabki holatdan, hozircha nomaʼlum tarzda – discusses „Planck time“ and „Planck era“ at the very beginning of the Universe. Olimlar hozirda kvant mexanikasiga mos keladigan tortishish nazariyasini, kvant tortishish nazariyasini ishlab chiqish ustida ishlamoqda, bu tortishish kuchini fizikaning boshqa uchta asosiy oʻzaro taʼsiri bilan umumiy matematik doirada (hamma narsaning nazariyasi) birlashtirishga imkon beradi.

 Taʼriflar 
Gravitatsiya – bu koinotdagi barcha massalar oʻrtasidagi oʻzaro tortishish, shuningdek, tortishish tortishish deb ham ataladi. Yaʼni, sayyora yoki boshqa osmon jismining yuzasida tortishish kuchi.

 Tarix 

 Qadimgi dunyo 
Gravitatsiyaning tabiati va mexanizmi qadimgi olimlarning keng doirasi tomonidan oʻrganilgan. Yunonistonda Aristotel jismlar Yerga qarab qulaganiga ishongan, chunki Yer koinotning markazi boʻlgan va koinotdagi barcha massani oʻziga tortgan. U, shuningdek, yiqilgan jismning tezligi uning ogʻirligi bilan ortishi kerak deb oʻylagan, keyinchalik bu xulosa notoʻgʻri ekanligi isbotlangan. Aristotelning nuqtai nazari butun Qadimgi Yunonistonda keng qabul qilingan boʻlsa-da, Plutarx kabi boshqa mutafakkirlar ham bor edi, ular tortishish kuchi faqat Yerga xos emasligini toʻgʻri bashorat qilganlar.

Qadimgi yunon faylasufi Arximed tortishish kuchini kuch sifatida tushunmasa ham, uchburchakning tortishish markazini kashf etgan. U, shuningdek, agar ikkita teng ogʻirlikning ogʻirlik markazi bir xil boʻlmasa, ikkala ogʻirlikning birgalikdagi ogʻirlik markazi ularning tortishish markazlarini birlashtiruvchi chiziqning oʻrtasida boʻladi, deb taxmin qildi. Ikki asr oʻtgach, Rim muhandisi va arxitektori Vitruviy oʻzining „ Architectura“ asarida tortishish moddaning ogʻirligiga emas, balki uning „tabiatiga“ bogʻliq ekanligini taʼkidladi. Milodiy 6-asrda vizantiyalik iskandariyalik olim Jon Filopon Aristotelning „harakatning davom etishi kuchning davomiy taʼsiriga bogʻliq“ degan nazariyasini oʻz ichiga vaqt oʻtishi bilan kamayib boruvchi sababchi kuchni oʻzgartiruvchi impuls nazariyasini taklif qildi.

Milodiy VII asrda Hindistonda Brahmagupta tortishish jismlarni Yerga tortuvchi jozibador kuch degan fikrni ilgari surgan va uni tasvirlash uchun gurutvākarṣan atamasini ishlatgan.

Qadimgi Yaqin Sharqda gravitatsiya shiddatli munozaralarga sabab boʻlgan. Fors ziyoli Al-Beruniy tortishish kuchi faqat Yerga xos emas deb hisoblagan va u boshqa samoviy jismlar ham tortishish kuchiga ega boʻlishi kerak, deb toʻgʻri taxmin qilgan. Bundan farqli oʻlaroq, Al-Xaziniy Aristotel bilan bir xil pozitsiyani egallab, koinotdagi barcha moddalar Yerning markaziga tortiladi.
thumb| Piza minorasi, bu yerda afsonaga koʻra Galiley jismlarning qulash tezligi boʻyicha tajriba oʻtkazgan.

 Ilmiy inqilob 
16-asr oʻrtalarida turli yevropalik olimlar Aristotelchilarning ogʻirroq jismlarning tezroq tushishi haqidagi fikrini eksperimental ravishda rad etdilar. Xususan, ispaniyalik Dominik ruhoniysi Domingo de Soto 1551-yilda erkin yiqilish paytida jismlar bir xilda tezlashadi, deb yozgan. De Sotoga Italiyadagi boshqa Dominikan ruhoniylari, jumladan Benedetto Varchi, Franchesko Beato, Luka Ghini va Jovan Bellaso tomonidan oʻtkazilgan tajribalar taʼsir koʻrsatgan boʻlishi mumkin, bu Aristotelning tanalarning qulashi haqidagi taʼlimotiga ziddir. XVI asr oʻrtalarida italyan fizigi Giambattista Benedetti oʻziga xos tortishish kuchi tufayli bir xil materialdan yasalgan, ammo turli xil massalarga ega boʻlgan jismlar bir xil tezlikda tushishini daʼvo qilgan maqolalarini nashr etdi. 1586-yilda Delft minorasida oʻtkazilgan tajribada flamand fizigi Saymon Stevin turli oʻlchamdagi va ogʻirlikdagi ikkita toʻp oʻqlari minoradan tushganda bir xil tezlikda tushishini kuzatdi. Nihoyat, 16-asrning oxirida Galileo Galileyning qiyaliklardan pastga aylanayotgan sharlarni sinchiklab oʻlchashi unga tortishish tezlashuvi barcha jismlar uchun bir xil ekanligini qatʼiy aniqlashga imkon berdi. Galiley havo qarshiligi past zichlikli va yuqori sirt maydoniga ega boʻlgan jismlarning atmosferada sekinroq tushishining sababi deb taxmin qildi.

1604-yilda Galiley yiqilayotgan jismning masofasi oʻtgan vaqtning kvadratiga proporsional ekanligini toʻgʻri taxmin qildi. Buni keyinchalik 1640-1650-yillarda italyan olimlari Iesuits Grimaldi va Rikchioli tasdiqladi. Shuningdek, ular mayatnikning tebranishlarini oʻlchash yoʻli bilan Yerning tortishish kuchining kattaligini hisoblab chiqdilarJ. L. Heilbron, Electricity in the 17th and 18th Centuries: A Study of Early Modern Physics (Berkeley: University of California Press, 1979), 180..

 Nyutonning tortishish nazariyasi 
left|thumb| Ingliz fizigi va matematigi, ser Isaak Nyuton (1642-1727)
1684-yilda Nyuton Galley Edmundga "De motu corporum in gyrum " („Orbitadagi jismlarning harakati toʻgʻrisida“) nomli qoʻlyozmani yubordi, u Keplerning sayyoralar harakati qonunlarini fizik asoslab berdi. Xelli qoʻlyozmadan hayratda qoldi va Nyutonni uni kengaytirishga undadi va bir necha yil oʻtgach, Nyuton Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Tabiiy falsafaning matematik asoslari) deb nomlangan yangi kitobni nashr etdi. Ushbu kitobda Nyuton tortishish kuchini universal kuch deb taʼriflab berdi va „sayyoralarni oʻz orblarida ushlab turadigan kuchlar oʻzaro ularning aylanayotgan markazlaridan masofalarining kvadratlari boʻlishi kerak“ deb daʼvo qildi. Keyinchalik bu bayonot quyidagi teskari kvadrat qonuniga qisqartirildi:

Bu yerda  – kuch, va  – oʻzaro taʼsir qiluvchi jismlarning massalari,  – massalar markazlari orasidagi masofa va  – tortishish doimiysi 

Nyutonning Prinsipiyasi ilmiy jamoatchilik tomonidan yaxshi qabul qilindi va uning tortishish qonuni tezda butun Yevropa dunyosiga tarqaldi. Bir asrdan koʻproq vaqt oʻtgach, 1821-yilda, uning tortishish nazariyasi Neptunning mavjudligini bashorat qilish uchun ishlatilganda yanada katta ahamiyat kasb etdi. Oʻsha yili fransuz astronomi Aleksis Buvar ushbu nazariyadan Uran orbitasini modellashtiruvchi jadval yaratish uchun foydalangan, bu sayyoraning haqiqiy traektoriyasidan sezilarli darajada farq qilishi koʻrsatilgan. Ushbu nomuvofiqlikni tushuntirish uchun koʻplab astronomlar Uran orbitasidan tashqarida uning orbitasini buzayotgan katta obyekt boʻlishi mumkinligini taxmin qilishdi. 1846-yilda astronomlar Jon Couch Adams va Urbain Le Verrier Neptunning tungi osmonda joylashishini bashorat qilish uchun mustaqil ravishda Nyuton qonunidan foydalanganlar va sayyora bir kun ichida u yerda kashf etilgan.
 Umumiy nisbiylik 
Oxir-oqibat, astronomlar Merkuriy sayyorasi orbitasida Nyuton nazariyasi bilan izohlab boʻlmaydigan ekssentriklikni payqashdi: orbita perigeliyasi har asrda taxminan 42,98 yoy sekundiga oshib bordi. Bu nomuvofiqlikning eng aniq izohi hali ochilmagan samoviy jism edi (masalan, Quyosh atrofida Merkuriydan ham yaqinroq aylanadigan sayyora), ammo bunday jismni topishga qaratilgan barcha harakatlar samarasiz boʻlib chiqdi. Nihoyat, 1915-yilda Albert Einstein umumiy nisbiylik nazariyasini ishlab chiqdi, u Merkuriy orbitasini aniq modellashtirishga qodir.

Umumiy nisbiylik nazariyasida tortishish taʼsiri kuch oʻrniga fazo-vaqt egriligiga bogʻliq. Einstein bu gʻoyani ekvivalentlik printsipi shaklida oʻynay boshladi, bu kashfiyot keyinchalik u „hayotimdagi eng baxtli fikr“ deb taʼrifladi. Bu nazariyada erkin tushish inersiya harakatiga ekvivalent deb qaraladi, yaʼni erkin tushayotgan inersiya jismlari yerdagi noinersial kuzatuvchilarga nisbatan tezlashadi. Nyuton fizikasidan farqli oʻlaroq, Einstein bu tezlanish obyektga hech qanday kuch qoʻllamasdan sodir boʻlishi mumkinligiga ishondi.

Einstein fazoviy vaqt materiya tomonidan egri ekanligini va erkin tushadigan jismlar egri fazoda mahalliy tekis yoʻllar boʻylab harakatlanishini taklif qildi. Ushbu toʻgʻri yoʻllar geodeziya deb ataladi. Nyutonning birinchi harakat qonunida boʻlgani kabi, Einstein obyektga qoʻllanadigan kuch uni geodeziyadan chetga chiqishiga olib keladi, deb hisoblagan. Masalan, Yer yuzasida turgan odamlarning geodezik yoʻldan yurishiga toʻsqinlik qiladi, chunki Yerning mexanik qarshiligi ularga yuqoriga qarab kuch taʼsir qiladi. Bu fazoda geodeziya boʻylab harakatlanish nima uchun inertial deb hisoblanishini tushuntiradi.

Einsteinning tortishish taʼrifi koʻpchilik fiziklar tomonidan tezda qabul qilindi, chunki u ilgari hayratlanarli boʻlgan eksperimental natijalarning keng doirasini tushuntira oldi. Keyingi yillarda keng koʻlamli tajribalar umumiy nisbiylik gʻoyasini qoʻshimcha qoʻllab-quvvatladi. Bugungi kunda Einsteinning nisbiylik nazariyasi mutlaq aniqlik zarur boʻlgan barcha tortishish hisoblari uchun qoʻllanadi, garchi Nyutonning teskari kvadrat qonuni foydali va juda aniq taxminiy boʻlib qolmoqda.

 

 
 
 
 The Feynman Lectures on Physics Vol. I Ch. 7: The Theory of Gravitation
Turkum:Fizika
Turkum:Mexanika