గురుత్వాకర్షణ

గురుత్వాకర్షణ అనగా ద్రవ్యరాశి, శక్తి కలిగిన వస్తువులు ఒకదానినొకటి ఆకర్షించుకునే శక్తి. ఇది విశ్వవ్యాప్తంగా విస్తరించి ఉన్న శక్తి. గ్రహాలు, నక్షత్రాలు, గాలక్సీలు అన్నిటికీ, కాంతికి కూడా గురుత్వ శక్తి ఉంది.

భూమి మీద జీవులు, నిర్జీవ వస్తువులూ నిలబడి ఉన్నాయంటే దానికి కారణం భూమి యొక్క గురుత్వాకర్షణే. భూమి గురుత్వాకర్షణ వలనే వస్తువులకు (ద్రవ్యరాశికి) "బరువు" అనే లక్షణం సంతరిస్తోంది. భూమి మీద ఉన్న ఒక వస్తువు యొక్క బరువు భూమి ఆకర్షణ పైన ఆధార పడి ఉంటుంది. అదే వస్తువు చంద్రుడి మీద ఉంటే దాని ద్రవ్యరాశిలో మార్పు ఉండదు కాని బరువు తక్కువ ఉంటుంది. కారణం చంద్రుడి గురుత్వాకర్షణ శక్తి భూమి కంటే తక్కువ కాబట్టి.

గురుత్వాకర్షణ అనేది ఒక బలం (ఫోర్స్) గాను, అది కేవలం భూమికే పరిమితం కాదనీ, అది విశ్వవ్యాప్తమనీ మొట్టమొదటి సారిగా గుర్తించి, గణితపరంగా సూత్రీకరించినది ఐజాక్ న్యూటన్. న్యూటన్ సార్వత్రిక గురుత్వ సూత్రం ప్రకారం రెండు వస్తువుల మధ్య ఉండే గురుత్వ బలం వాటి ద్రవ్యరాశుల లబ్ధానికి అనులోమానుపాతం లోను, వాటి మధ్య దూరపు వర్గానికి విలోమానుపాతం లోనూ ఉంటుంది. అయితే అసలు ద్రవ్యానికి గురుత్వ శక్తి ఎందుకు కలుగుతుందో న్యూటన్ సూత్రం చెప్పదు. ఐన్‌స్టీన్ సామాన్య సాపేక్ష సిద్ధాంతం ఈ విషయాన్ని వివరిస్తుంది. ఐన్‌స్టీన్ సామాన్య సాపేక్ష సిద్ధాంతం గురుత్వ శక్తిని బలం (ఫోర్స్) గా కాక, ద్రవ్యరాశి కారణంగా స్పేస్‌టైమ్ వంగడమే గురుత్వం అని చెబుతుంది. స్పేస్‌టైమ్ వంపు తిరగడానికి ఒక ఉదాహరణ బ్లాక్‌హోల్. అపారమైన ద్రవ్యరాశి అతి తక్కువ స్థలం వద్ద కేంద్రీకరించబడి ఉండే బ్లాక్‌హోల్‌ లోకి వెళ్ళిన ఏ వస్తువూ - కాంతితో సహా - తప్పించుకోజాలదు.

నాలుగు ప్రాథమిక బలాలైన స్ట్రాంగ్ న్యూక్లియర్ ఫోర్స్, ఎలెక్ట్రో మ్యాగ్నెటిక్ ఫోర్స్, వీక్ న్యూక్లియర్ ఫోర్స్, గురుత్వం లలో గురుత్వం అత్యంత బలహీనమైనది. గురుత్వం స్ట్రాంగ్ న్యూక్లియర్ ఫోర్సులో 1038 వ వంతు, ఎలెక్ట్రో మ్యాగ్నెటిక్ ఫోర్సులో 1036 వ వంతు, వీక్ న్యూక్లియర్ ఫోర్సులో 1029 వ వంతూ ఉంటుంది. ఈ కారణంగా పరమాణువు కంటే చిన్నవైన పదార్థాల స్థాయిలో దీని ప్రభావం గణనీయంగా ఉండదు. Extract of page 133 దీనికి విరుద్ధంగా, ఖగోళ వస్తువుల స్థాయిలో గురుత్వం అత్యంత ప్రభావశీలమైనది. దీని కారణంగానే ఖగోళ వస్తువులు ఏర్పడుతాయి, వాటి ఆకారాన్ని పొందుతాయి, వాటి కక్ష్యలు ఏర్పడుతాయి. గురుత్వ శక్తి కారణంగానే గాలక్సీలు, నక్షత్రాలూ ఏర్పడ్డాయి, సౌర వ్యవస్థ ఏర్పడింది, భూమి తదితర గ్రహాలు సూర్యుడి చుట్టూ పరిభ్రమిస్తున్నాయి. చంద్రుడు భూమి చుట్టూ పరిభ్రమిస్తోంది. సముద్రాల్లో కెరటాలు ఏర్పడుతున్నాయి.

 గురుత్వాకర్షణ సిద్ధాంతపు చరిత్ర 

 ప్రాచీనకాలం 
4వ శతాబ్దం BCలో, గ్రీకు తత్వవేత్త అరిస్టాటిల్ గురుత్వాకర్షణ అనేది భూమి మధ్యలో ఉండే ఒక భారీ వస్తువు యొక్క కదలికగా వర్ణించాడు, బరువు మీద ఆధారపడి ఉండదు కానీ దాని 'స్వభావం'. భారతీయ గణిత శాస్త్రజ్ఞుడు/ఖగోళ శాస్త్రవేత్త బ్రహ్మగుప్తా ( 598 – c. 668 CE) "గురుత్వాకర్షణ శక్తి" అనే పదాన్ని ఉపయోగించి గురుత్వాకర్షణను ఆకర్షణీయమైన శక్తిగా వర్ణించారు భారతీయ గణిత శాస్త్రజ్ఞుడు, ఖగోళ శాస్త్రజ్ఞుడు భాస్కరాచార్య II (c. 1114 – c. 1185) తన సిద్ధాంత శిరోమణి గ్రంథంలోని గోలాధ్యాయ (గోళాకారంపై) విభాగంలో గురుత్వాకర్షణను భూమికి స్వాభావికమైన ఆకర్షణీయమైన ఆస్తిగా వర్ణించాడు

శాస్త్రీయ విప్లవం 
గురుత్వాకర్షణపై ఆధునిక కాలంలో పరిశోధన 16, 17 శతాబ్దాల్లో గెలీలియో గెలీలీతో మొదలైంది. పీసా టవరుపైనుండి బంతులను జారవిడిచి చేసిన ప్రసిద్ధ పరిశోధన ద్వారా వస్తువులన్నింటికీ గురుత్వ త్వరణం సమానంగా ఉంటుందని అతడు చూపించాడు. బరువైన వస్తువులకు గురుత్వ త్వరణం ఎక్కువ ఉంటుందనే అరిస్టాటిల్ భావనకు ఇది విరుద్ధం.Galileo (1638), Two New Sciences, First Day Salviati speaks: "If this were what Aristotle meant you would burden him with another error which would amount to a falsehood; because, since there is no such sheer height available on earth, it is clear that Aristotle could not have made the experiment; yet he wishes to give us the impression of his having performed it when he speaks of such an effect as one which we see." తేలికైన వస్తువులు నిదానంగా కింద పడేందుకు కారణం గాలి నిరోధమని గెలీలియో సిద్ధాంతీకరించాడు. న్యూటన్ గురుత్వ సిద్ధాంతానికి గెలీలియో పరిశోధన రంగం సిద్ధం చేసింది. Extract of page 11

 న్యూటన్ గురుత్వ సిద్ధాంతం 
link=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Portrait of Sir Isaac Newton, 1689.jpg|ఎడమ|thumb|సర్ ఐసాక్ న్యూటన్ (1642-1727)
1687 లో సర్ ఐసాక్ న్యూటన్ తన ప్రిన్సిపియా అనే గ్రంథంలో సార్వత్రిక గురుత్వ నియమాన్ని ప్రవచించాడు. అతని మాటల్లోనే, "గ్రహాలను తమతమ కక్ష్యల్లో నిలిపి ఉంచే బలాలు, వాటి కేంద్రాల మధ్య దూరానికి విలోమంలో ఉండాలని  భావించాను. దాన్ని బట్టి చంద్రుడిని దాని కక్ష్యలో నిలిపి ఉంచేందుకు అవసరమైన బలాన్ని, భూతలంపై  ఉన్న గురుత్వాకర్షణ బలాన్నీ పోల్చి చూసాను. అవి దాదాపుగా సరిపోయాయి."*  (pp. 1–2).  The quotation comes from a memorandum thought to have been written about 1714. As early as 1645 Ismaël Bullialdus had argued that any force exerted by the Sun on distant objects would have to follow an inverse-square law.  However, he also dismissed the idea that any such force did exist. See, for example, అతడి సమీకరణం ఇది:

F అనేది బలం, m1, m2లు వస్తువుల ద్రవ్యరాశులు, r ఆ రెండు వస్తువుల కేంద్రాల మధ్య దూరం, G గురుత్వాకర్షణ స్థిరాంకం.

ఈ సిద్ధాంతం ఆధారంగా, యురేనస్ కదలికలను బట్టి నెప్ట్యూన్ ఉనికిని కనుక్కోవడం ఈ సిద్ధాంతపు అత్యంత గొప్ప విజయం.

బుధ గ్రహపు కక్ష్యలో గోచరించిన వైరుద్ధ్యం న్యూటన్ సిద్ధాంతం లోని లోపాలను ఎత్తి చూపింది. 19 వ శతాబ్దపు అంతంలో గమనించిన బుధుడి కక్ష్యలోని వైకల్యాన్ని న్యూటన్ సిద్ధాంతం వివరించలేకపోయింది. ఈ వైకల్యాన్ని కలిగించగలిగే మరేదైనా ఖగోళ వస్తువు కోసం పరిశోధించినా అది కనబడలేదు.1915 లో ఐన్‌స్టీన్ ప్రతిపాదించిన సామాన్య సాపేక్షతా సిద్ధాంతం ఈ స్సమస్యను పరిష్కరించింది. ఐన్‌స్టీన్ సిద్ధాంతం ప్రకారం బుధుడి కక్ష్యలో పెరిహీలియన్ శతాబ్దానికి 42.98 ఆర్క్‌సెకండ్ల పాటు ముందుకు జరుగుతుంది. ఈ వైకల్యానికి అదే కారణం.

న్యూటన్ సిద్ధాంతాన్ని ఐన్‌స్టీన్ సిద్ధాంతం అధిగమించినప్పటికీ, సాధారణ గురుత్వాకర్షణ మదింపులన్నిటికీ దాన్నే వాడుతున్నారు.

 బయటి లింకులు 

 Chapter 10. Gravity , from Light and Matter: educational materials for physics and astronomy
 Gravity Probe B Experiment The Official Einstein website from Stanford University
 Center for Gravity, Electrical, and Magnetic Studies
 Gravity for kids  (flash)
 Ask a scientist, Physics Archive
 How stuff works:
 How does gravity work?
 What if there were no gravity on Earth?
 Alternative theory of gravity explains large structure formation -- without dark matter PhysOrg.com
 Do it yourself, gravitation experiment
 How to calculate the size of the gravitation
 Gravity simulator - watch gravity in action

మూలాలు

వర్గం:భౌతిక శాస్త్రం