გრავიტაცია

გრავიტაცია, მსოფლიო მიზიდულობა — უნივერსალური ურთიერთქმედება მატერიის ნებისმიერ სახეთა შორის. არარელატივისტური სხეულების (რომელთა სიჩქარე სინათლის სიჩქარეზე ბევრად ნაკლებია) სუსტი გრავიტაცია ემორჩილება ნიუტონის მსოფლიო მიზიდულობის კანონს, რომელიც ნიუტონმა საბოლოოდ ჩამოაყალიბა 1687 წელს თავის „ნატურალური ფილოსოფიის მათემატიკურ საწყისებში“. ნიუტონის თეორიაში გრავიტაცია ითვლება შორსქმედებად, რომელიც მყისად ვრცელდება, რაც ეწინააღმდეგება ფარდობითობით თეორიას. ფარდობითობით თეორიაზე დაფუძნებული გრავიტაციის თეორია შექმნა ა. აინშტაინმა. 1916 წელს მან საბოლოოდ ჩამოაყალიბა იგი და უწოდა ფარდობითობის ზოგადი თეორია. ამ თეორიამ ძირფესვიანად შეცვალა ჩვენი წარმოდგენა სივრცეზე, დროზე და მათ კავშირზე მატერიასთან. ფარდობითობის ზოგად თეორიაში მოყვანილი იდეების განვითარებისათვის არსებითი მნიშვნელობა ჰქონდა არაევკლიდური გეომეტრიის შემქმნელის ნ. ლობაჩევსკის, ი. ბოლიაის, გ. რიმანისა და კ. გაუსის შრომებს. ნიუტონის კანონის თანახმად, m {\displaystyle m} და M {\displaystyle M} მასის ნებისმიერი ორი მატერიალური ნაწილაკი ურთიერთმიიზიდება ძალით: F = G m M r 2 {\displaystyle F=G{\frac {mM}{r^{2}}}} (1), სადაც r {\displaystyle r} არის ნაწილაკებს შორის მანძილი, G {\displaystyle G} — გრავიტაციული მუდმივა. იგი პირველად გაზომა ჰ. კევენდიშმა 1798 წელს. თანამედროვე მონაცემებით G {\displaystyle G} =(6.673±0.003)·10⁻¹¹ მ³·კგ⁻¹·წმ⁻². ნაწილაკზე სხვა ნაწილაკების მხრივ მოქმედი გრავიტაციის ძალა ნიუტონის თეორიაში უდრის თითოეული ნაწილაკის მხრივ მოქმედი ძალების ვექტორულ ჯამს. ამიტომ (1) კანონი მართებულია აგრეთვე სიმკვრივის სფერული განაწილების მქონე (ამასთან r {\displaystyle r} ცენტრებს შორის მანძილია) სასრული ზომის სფერული სხეულებისათვის, ასევე ნებისმიერი სხეულებისათვის, თუ მათ შორის მანძილი გაცილებით აღემატება მათ ზომებს. ნიუტონის თეორიაში ნაწილაკზე მოქმედი გრავიტაციის ძალა უდრის ნაწილაკის მასის ნამრავლს მიზიდულობის ველის (ანუ გრავიტაციული ველის) g {\displaystyle g} დაძაბულობაზე, რომელიც დამოკიდებული არ არის ნაწილაკის თვისებებზე და აქვს სახე g = − grad ⁡ φ {\displaystyle g=-\operatorname {grad} \varphi } , სადაც φ {\displaystyle \varphi } გრავიტაციული პოტენციალია. (1) ფორმულის თანახმად, წერტილოვანი M {\displaystyle M} მასის ველში φ = − G M r {\displaystyle \varphi =-G{\frac {M}{r}}} (2). ზოგად შემთხვევაში φ {\displaystyle \varphi } ემორჩილება პუასონის განტოლებას: Δ φ = 4 π G ρ {\displaystyle \Delta \varphi =4\pi {G}\rho } (3), სადაც Δ {\displaystyle \Delta } არის ლაპლასის ოპერატორი, ρ {\displaystyle \rho } — მასის სიმკვრივე. ნიოტონის კანონი და ნიუტონის მექანიკა დიდი სიზუსტით აღწერენ პლანეტების, ორმაგი ვარსკვლავების, ვარსკვლავთა გროვების, გალაქტკიკებისა და სხვათა მოძრაობას. ნიუტონის კანონმა საშუალება მისცა მეცნიერებს ეწინასწარმეტყველებინათ პლანეტების — ნეპტუნისა და პლუტონის არსებობა, სირიუსის თანამგზავრი და გამოეთქვათ სხვა სარწმუნო მოსაზრება. ნიუტონის კანონი უშვებს გრავიტაციის მყისიერ გადაცემას, რაც ეწინააღმდეგება ფარდობითობის სპეციალურ თეორიას. ამ თეორიის თანახმად, არავითარ ურთიერთქმედებას არ შეუძლია გავრცელდეს უფრო სწრაფად, ვიდრე სინათლეს ვაკუუმში. ამიტომ (1) ფორმულის კანონი არ აღწერს გრავიტაციის გადაცემას და სარწმუნოა მხოლოდ იმ ველებისათვის, რომლებიც არ აჩქარებენ სხეულებს c {\displaystyle c} სინათლის სიჩქარის რიგის რელატივისტურ სიჩქარეებამდე. ამისათვის საჭიროა შემდეგი უტოლობის შესრულება: δ = | φ | / c 2 ≪ 1 {\displaystyle \delta ={\left|\varphi \right|}/{c^{2}}\ll 1} (4), სადაც, φ {\displaystyle \varphi } გრავიტაციული პოტენციალია. (2) ფორმულის თანახმად, დედამიწის ზედაპირზე δ {\displaystyle \delta } =6·10⁻¹⁰, მზის ზედაპირზე δ {\displaystyle \delta } =4·10⁻⁶, თეთრი ჯუჯების ზედაპირზე δ {\displaystyle \delta } =10⁻³. სამყაროსათვის მთლიანად δ {\displaystyle \delta } არ არის მცირე და ნიუტონის კანონი მისთვის, როგორც მთელისათვის, გამოუყენებელია. ნიუტონის კანონები გამოუყენებელია აგრეთვე გრავიტაციულ ველში სინათლის გავრცელებისათვის, აგრეთვე ტალღური გრავიტაციული ველებისათვის, ე. ი. მიზიდულობის გადაცემის პროცესებისათვის. ამგვარად, ნიუტონის თეორია არასაკმარისია. სწორედ ეს იყო ფარდობითობის ზოგადი თეორიის წარმოშობის ერთ-ერთი მიზეზი. გრავიტაცია ერთ-ერთი ოთხ ფუნდამენტურ ურთიერთქმედებას შორის (დანარჩენი ფუნდამენტური ურთიერთქმედებებია სუსტი ურთიერთქმედება, ძლიერი ურთიერთქმედება და ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება), რომლის მეშვეობითაც მასის მქონე სხეულები ერთმანეთს იზიდავენ. სუსტი ურთიერთქმედება ძლიერი ურთიერთქმედება მსოფლიო მიზიდულობის კანონი წონა ფარდობითობის ზოგადი თეორია ვიკისაწყობში არის გვერდი თემაზე: გრავიტაცია ქართული საბჭოთა ენციკლოპედია, ტ. 3, თბ., 1978. — გვ. 244-246. Halliday, David; Robert Resnick; Kenneth S. Krane (2001). Physics v. 1. New York: John Wiley & Sons. ISBN 0-471-32057-9.  Serway, Raymond A.; Jewett, John W. (2004). Physics for Scientists and Engineers, 6th, Brooks/Cole. ISBN 0-534-40842-7.  Tipler, Paul (2004). Physics for Scientists and Engineers: Mechanics, Oscillations and Waves, Thermodynamics, 5th, W. H. Freeman. ISBN 0-7167-0809-4.