Walẹ (gravity)

thumb|eto orun
Walẹ je ipa ti fa wa si ayé tabi ile. Walẹ fa gbogbo planeti si orun ati toju gbogbo ayé, laisi walẹ awa ma ni wahala ti o poju, ati wa ko le je laaye. Walẹ se isọgbe-oorun ati planeti lati yika orun.

= Kini agbara walẹ? =
Awọn itọkasi

Nipa Charlie Wood kẹhin imudojuiwọn Oṣu Keje Ọjọ 30, Ọdun 2023

Walẹ jẹ ọkan ninu awọn ipa ipilẹ agbaye ati pe o jẹ gaba lori ni gbogbo akoko ti iriri mimọ wa. O jẹ ki a sunmọ ilẹ, fa awọn baseballs ati awọn bọọlu inu agbọn kuro ninu afẹfẹ ati fun awọn iṣan wa ni nkan lati koju. Ni agba aye, walẹ jẹ bii abajade. 
Lati awọn awọsanma hydrogen ti n ṣubu sinu awọn irawọ si gluing awọn irawọ papọ, agbara walẹ duro fun ọkan ninu awọn oṣere diẹ ti o pinnu awọn ikọlu gbooro ti itankalẹ agbaye . 

Ni diẹ ninu awọn ọna, itan ti walẹ tun jẹ itan ti fisiksi, pẹlu diẹ ninu awọn orukọ ti o tobi julọ ti aaye ti o wa olokiki nipasẹ asọye agbara ti o ṣe akoso igbesi aye wọn. Ṣugbọn paapaa lẹhin ikẹkọ diẹ sii ju 400 ọdun, agbara enigmatic tun wa ni ọkan ti diẹ ninu awọn ohun ijinlẹ nla ti ibawi naa.
**O le fẹ**
* Ẹkọ tuntun le nipari jẹ ki 'kuatomu walẹ' jẹ otitọ - ati jẹri pe Einstein jẹ aṣiṣe
* Fisiksi ti a ko mọ le ṣe iranlọwọ fun agbara dudu lati ṣiṣẹ bi 'antigravity' jakejado agbaye
* Kini ọrọ dudu?

Awọn ipa ipilẹ mẹrin n ṣiṣẹ lori wa lojoojumọ. Agbara ti o lagbara ati agbara alailagbara ṣiṣẹ nikan inu awọn ile-iṣẹ ti awọn ọta . Agbara itanna n ṣe ofin awọn nkan pẹlu idiyele ti o pọ ju (bii awọn elekitironi , awọn protons , ati awọn ibọsẹ ti n yipada lori capeti iruju), ati walẹ n dari awọn nkan pẹlu ọpọ. 

Awọn ipa mẹta akọkọ ti yọ kuro ni akiyesi eniyan titi di awọn ọgọrun ọdun aipẹ, ṣugbọn awọn eniyan ti pẹ ti speculated nipa walẹ, eyi ti o ṣe lori ohun gbogbo, lati ojo si awọn cannonballs. 

Àwọn onímọ̀ ọgbọ́n orí Gíríìkì ìgbàanì àti Íńdíà ṣàkíyèsí pé àwọn ohun kan máa ń lọ lọ́nà ti ẹ̀dá sí ilẹ̀, ṣùgbọ́n yóò gba ìjìnlẹ̀ ìjìnlẹ̀ òye láti ọ̀dọ̀ Isaac Newton láti gbé agbára òòfà ga láti inú ìtẹ̀sí tí kò ṣeé fọ̀rọ̀ wérọ̀ ti ohun kan sí ìṣẹ̀lẹ̀ tí ó ṣeé díwọ̀n àti tí a lè sọ tẹ́lẹ̀. 

Newton's fifo, eyiti o di gbangba ni 1687 iwe adehun rẹ " Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ", ni lati mọ pe gbogbo ohun ti o wa ni agbaye - lati inu iyanrin si awọn irawọ ti o tobi julọ - fa lori gbogbo ohun miiran. Iro yii jẹ awọn iṣẹlẹ isokan ti o han ti ko ni ibatan, lati awọn eso apples ti o ṣubu lori Aye si awọn aye-aye ti n yipo oorun . O tun fi awọn nọmba si ifamọra: Ilọpo meji ti ohun kan jẹ ki fifa rẹ lemeji ni agbara, o pinnu ati mu awọn nkan meji wa ni ẹẹmeji bi isunmọ quadruples ifarakanra wọn. Newton ko awọn imọran wọnyi sinu ofin agbaye ti gbigbẹ.  

A beere lọwọ Glenn Starkman, Olukọni Yunifasiti ti o ni iyasọtọ ati alaga ti Fisiksi ati Ọjọgbọn ti Aworawo ni Ile-ẹkọ giga ti Case Western Reserve, awọn ibeere diẹ nigbagbogbo nipa walẹ.

### Bawo ni walẹ ṣiṣẹ?
Bayi iyẹn ni ibeere taara pẹlu idahun ti o jinlẹ. Newton ṣe iṣẹ ti o dara pupọ ni fifun wa ni idahun - Ofin ti Walẹ Kariaye ti Mo sọ loke. O dara tobẹẹ ti a pe igbagbogbo ti iwọn, Newton's Gravitational Constant, ati kọ *GN* , tabi *G* nikan . Ni fọọmu idogba Emi yoo kọ agbara gravitational *F* laarin awọn nkan meji bi *F = Gm1m2/r^2* , nibiti m1 ati m2 jẹ ọpọ eniyan meji, ati r jẹ aaye laarin awọn ile-iṣẹ wọn.

Ko *g* (kekere nla), eyi ti o bi mo ti wi yatọ pẹlu ipo rẹ, *G* han lati wa ni kan ibakan ti iseda - kanna ni gbogbo ibi ati ni gbogbo igba. Eniyan na kan pupo ti akoko gbiyanju lati gba gan deede wiwọn ti *G* , sugbon o jẹ julọ ibi won ibakan ti iseda, mọ si nikan nipa 20 awọn ẹya ara fun milionu. (Ni idakeji, ibakan afiwera fun agbara itanna eletiriki, ti a npe ni igbagbogbo-itumọ ti o dara, alpha, jẹ iwọn apakan kan ni 10 bilionu.)

Nitorina Newton's Law of gravitation jẹ apejuwe ti o dara pupọ ti bi o ṣe n ṣiṣẹ ni ọpọlọpọ awọn ayidayida. Laisi gbigba sinu gbogbo awọn ariyanjiyan ni ayika ti o wa pẹlu kini akọkọ, jẹ ki a sọ pe Newton ṣe awari (tabi o kere ju ti a tẹjade) ofin yii ni 1686. O dara to fun fere ohun gbogbo ti a ṣe ni igbesi aye ojoojumọ. Ohun ti o yanilenu ni pe o tun dara to lati ṣe alaye ohun gbogbo ti awọn onimọ-jinlẹ n kọ nipa awọn orbits ti awọn aye ati awọn oṣupa. Bibẹẹkọ, ni ipari awọn ọdun 1850, a mọ pe orbit Mercury jẹ aṣiṣe diẹ diẹ. (Lati ṣe pato iṣalaye ti orbit elliptical ti wa ni pipa nipa iwọn 43 arcseconds - arcsecond kan jẹ 1/3600 ti alefa kan - fun ọgọrun ọdun!)

Eyi ni iwuri akiyesi ti o yori si Einstein's Theory of General Relativity (GR), eyiti o ṣejade ni ọdun 1915. GR ni ero ti o yatọ patapata lori iseda ti walẹ. Nitootọ, o ni iyatọ ti o yatọ patapata lori iseda aaye ati akoko. Tabi o kere ju iyẹn ni itumọ ti o wọpọ julọ ti GR, ti a pe ni itumọ jiometirika. (Itumọ jẹ itan ti a sọ ni ede lasan nipa awọn idogba mathematiki ti imọran. O jẹ awọn idogba mathematiki ti a ṣe afiwe pẹlu awọn wiwọn, ṣugbọn a lo itan naa lati ṣe alaye awọn idogba si awọn eniyan ẹlẹgbẹ. Itan naa tun ṣe iranlọwọ fun wa lati ronu nipa imọran.) Emi yoo kan sọ "ni ibamu si GR," nigbati ohun ti Mo tumọ si jẹ "gẹgẹbi itumọ ti geometric."  

Gẹ́gẹ́ bí GR’s precursor, Special Relativity (tí a tẹ̀ jáde láti ọwọ́ Einstein ní 1905), àyè àti àkókò kò yàtọ̀ síra ní ọ̀nà tí a gbà ń ronú nípa wọn déédéé àti ní ọ̀nà tí àwọn onímọ̀ sáyẹ́ǹsì gbà lò wọ́n títí di ìgbà náà. Wọn jẹ apakan ti nkan ti o ni idapo / ero ti a npe ni spacetime. Pipin ti aaye si aaye ati akoko da lori eniyan ti o ṣe, ni pataki, eniyan meji ti n gbe ni ibatan si ara wọn yoo jẹ ki iyapa naa yatọ. Bẹẹni, tani. Iyẹn ṣoro lati yi ori rẹ yika.  

Gẹgẹbi GR, aaye (ati akoko) ko tun jẹ "aimi." Ni igbesi aye deede wa, a ronu aaye bii iru “ipele” nla kan ti awọn oṣere - awa, awọn aye-aye, awọn irawọ - gbe ni ayika. Nitorinaa ni ibamu si aaye aworan deede wa ko yipada. GR ṣe alekun iyẹn patapata. O sọ pe aaye gangan (akoko) yipada ni idahun si wiwa awọn nkan (ie ọpọ ati agbara) ninu rẹ. Awọn ayipada wọnyi gba irisi awọn iyipada ninu jiometirika - awọn ofin ti n ṣapejuwe bi awọn aaye ati awọn igun laarin awọn aaye ṣe ni ibatan. Awọn ofin ti geometry ti a kọ ni arin ile-iwe, ti a npe ni Euclidean geometry, ko ni deede, nitori aaye (akoko) kii ṣe Euclidean (aka alapin), dipo o jẹ "tẹ" ati pe ìsépo naa yipada lati ibi si aaye ati lati akoko kan si omiran.

Ati lẹhinna Einstein sọ fun wa pe awọn nkan gbe ni geometry aaye aaye ti o tẹ. Ohun ti a woye bi awọn ipa ti "walẹ" (sọ, lori awọn elegede ja bo) jẹ gangan išipopada awọn nkan nipasẹ akoko aaye ti o tẹ. Nitorinaa Einstein yoo sọ pe ti MO ba jabọ bọọlu afẹsẹgba kan lati ita ita si akọrin akọkọ, ati pe Mo rii pe o tẹle arc kan, ohun ti n ṣẹlẹ gaan ni pe Earth ti tẹ aaye aaye ni ayika rẹ, ati pe baseball n tẹle ọna ti o taara nipasẹ aaye aaye ti o tẹ lati inu ode si akọrin akọkọ.

Lati ṣe akopọ, ni ibamu si Einstein, agbara walẹ jẹ yiyi aaye aaye nipasẹ gbogbo awọn ohun ti o wa ninu rẹ, ni idapo pẹlu awọn iṣipopada “geodesic” (taara) ti awọn nkan yẹn nipasẹ akoko aye.

Apeere ti o dara lati ṣe iranlọwọ fun ọ lati ronu nipa eyi ni lati fojuinu dì roba ti o nà taut ni fireemu kan, ati pe o fi bọọlu Bolini kan si aarin - dì naa na. Lẹhinna o yi awọn okuta didan lori oju ti iwe rọba ti o tẹ. Awọn okuta didan n gbe ni ohun ti o han si ọ lati jẹ awọn ipa ọna ti o tẹ, ṣugbọn ni otitọ, wọn jẹ awọn ọna titọ ni jiometirika ti dì te. 

GR jẹ idanwo daradara, paapaa ni eto oorun.

### Kini fifa agbara walẹ lori Earth ati bawo ni a ṣe mọ?
Ti o ba dide ni owurọ (tabi lọ si ọfiisi dokita) ti o si duro lori iwọn kan, o n ṣe iwọn fifa ti Earth lori rẹ. A pe pe iwuwo rẹ. Ati pe ohun ti n ṣẹlẹ nigbati o ba n tẹsẹ lori iwọn yẹn ni pe iwọn naa n ṣe iwọntunwọnsi ifunlẹ walẹ ti Earth lori rẹ pẹlu agbara ti opo awọn orisun omi titari si ọ. Awọn diẹ ti o compress awọn orisun omi awọn le ti o soke. Awọn ifihan lori awọn asekale fihan bi lile awọn orisun omi ti wa ni titari.  

Ọna miiran wa ti a le ṣe iwọn fifa agbara walẹ - nipa sisọ ohun kan silẹ, sọ elegede kan, ati rii iye ti o yara. Newton ti kọ wa pe *F = ma* . Eyi ni Ofin išipopada Keji ti Newton. Nibi *F* jẹ agbara - ninu ọran yii agbara agbara walẹ lori elegede; m jẹ iwọn ti elegede; a jẹ isare ti elegede. Nitorina ti mo ba ṣe iwọn isare ti elegede naa, ti mo si wọn iwọn elegede naa (jẹ ki a fi silẹ bi o ṣe ṣe bẹ), lẹhinna Mo mọ agbara walẹ lori elegede naa!

O yanilenu, laibikita ohun ti a ju silẹ - elegede, bọọlu afẹsẹgba, apata, Ming Vase - ti a ba le sanpada fun / foju / imukuro awọn ipa ti resistance afẹfẹ, a rii pe o ṣubu ni isare kanna: to 9.8 m / s / s. A pe *g* yii (ọran kekere), "isare nitori agbara walẹ." Eyi ni arosọ olokiki ti Galileo ni sisọ awọn nkan silẹ lati Ile-iṣọ Leaning ti Pisa. Ó sọ fún wa pé agbára òòfà jẹ́ ìwọ̀nba ohun tí ó pọ̀ jù. Eyi jẹ awari pataki kan ti awọn onimọ-jinlẹ n pe ni [rinciple, Ilana Equivalence. Kini idi ti "ibaramu"? Itan gigun.

Iyara agbara ti Earth lori dada ti Earth jẹ *mg* , nibiti *m* jẹ iwọn ti ohun naa, ati *g* jẹ 9.8 m/s/s. Nitorinaa idahun ti o rọrun pupọ si ibeere naa ni “fa gravitational lori Earth jẹ (agbara ti o fa) isare ti isunmọ 9.8 mita ni aaya ni aaya tun.”

Lootọ, isare *g* yii kii ṣe igbagbogbo igbagbogbo. Idahun si da lori bi o ti jina si aarin ti Earth - o jẹ diẹ ti o ga julọ nitosi ọpa Ariwa ati Gusu, ati kekere diẹ nitosi equator. (Pẹlupẹlu, ti o ba wọn ni deede, o ni lati ṣe akiyesi isare centrifugal nitori “yàrá” rẹ wa lori ilẹ ti o nyi lori ipo rẹ lẹẹkan lojoojumọ.)

Newton ti loye tẹlẹ ni ọna yii pada ni awọn ọdun 1600! O kọ wa ni Newton's Law of Universal Gravitation, eyi ti o sọ pe "gbogbo patiku ṣe ifamọra gbogbo awọn patikulu miiran ni agbaye pẹlu agbara ti o ni ibamu si ọja ti ọpọ eniyan wọn ati ni idakeji si square ti aaye laarin awọn ile-iṣẹ wọn." Ni idi eyi, awọn patikulu meji ni Earth ati elegede.

### Ṣe walẹ ni ipa lori akoko?
Bẹẹni. Fun apẹẹrẹ, awọn aago fi ami si diẹ sii laiyara nitosi ohun nla kan ju ti o jinna lọ. Ni awọn ọrọ miiran, ti o ba ni awọn aago meji ti o peye pupọ ti o si gbe ọkan sinu yàrá kan ni ipele okun, ati ekeji lori oke giga kan, iwọ yoo ṣe akiyesi pe eyi ti o wa ni ipele okun n ṣiṣẹ diẹ sii diẹ sii ju eyi ti o wa lori oke lọ. 

O le ṣe aniyan pe ohun kan ti ṣẹlẹ si awọn aago, ki o le yipada awọn ipo wọn, ati nisisiyi iwọ yoo rii pe lẹẹkansi ẹni ti o wa ni ipele okun nṣiṣẹ diẹ sii laiyara ju eyi ti o wa lori oke lọ. Maṣe fojuinu pe o le lo eyi lati, sọ, fi ọjọ-ibi ọjọ-ibi yẹn ti nbọ silẹ. Lẹhin kan diẹ bilionu years, awọn mojuto ti awọn Earth ni a tọkọtaya ti odun kékeré ju awọn dada. Ṣugbọn kii ṣe ipa kekere pupọ lati wiwọn. Ni akọkọ ti jẹrisi ni idanwo ni ọdun 1959 nipasẹ Pound ati Rebka.

## Walẹ: A ọpa ti Awari
Apejuwe ode oni ti walẹ bẹ ni deede asọtẹlẹ bi awọn ọpọ eniyan ṣe n ṣe ajọṣepọ ti o ti di itọsọna fun awọn iwadii agbaye. 

Àwọn onímọ̀ ìjìnlẹ̀ sánmà ará Amẹ́ríkà Vera Rubin àti Kent Ford ṣàkíyèsí ní àwọn ọdún 1960 pé àwọn ìṣùpọ̀ ìràwọ̀ dà bí èyí tí wọ́n ń yíyára kánkán láti yí àwọn ìràwọ̀ sẹ́yìn bí ajá ti ń gbọn àwọn ìsun omi. Ṣùgbọ́n nítorí pé àwọn ìṣùpọ̀ ìràwọ̀ tí wọ́n ń kẹ́kọ̀ọ́ kò fi bẹ́ẹ̀ lọ, ó dà bíi pé ohun kan ń ràn wọ́n lọ́wọ́ láti dúró ṣinṣin. Awọn akiyesi pipe ti Rubin ati Ford pese awọn ẹri ti o lagbara ti o ṣe atilẹyin imọ-jinlẹ ti Swiss Fritz Zwicky ti iṣaaju, ti a dabaa ni awọn ọdun 1930, pe diẹ ninu ọpọlọpọ awọn ibi-ara ti a ko rii ni iyara awọn irawọ ni iṣupọ nitosi. Pupọ julọ awọn onimọ-jinlẹ ni bayi fura pe “ ọrọ dudu ” ohun aramada yii ja akoko aaye to lati jẹ ki awọn iṣupọ ati awọn iṣupọ galaxy wa mọ. Awọn miiran, sibẹsibẹ, ṣe iyalẹnu boya agbara walẹ funrararẹ le fa lile ni awọn iwọn ila-oorun ti galaxy, ninu eyiti ọran mejeeji Newton ati awọn idogba Einstein yoo nilo atunṣe. 

Tweaks si isunmọ gbogbogbo yoo ni lati jẹ ẹlẹgẹ nitootọ, bi awọn oniwadi laipe bẹrẹ wiwa ọkan ninu awọn asọtẹlẹ arekereke ti ẹkọ yii: Aye ti awọn igbi walẹ , tabi awọn ripples ni akoko aaye, ti o ṣẹlẹ nipasẹ isare ti ọpọ eniyan ni aaye. Lati ọdun 2016, ifowosowopo iwadii kan ti n ṣiṣẹ awọn aṣawari mẹta ni Amẹrika ati Yuroopu ti wọn awọn igbi walẹ pupọ ti n kọja nipasẹ Earth. Awọn aṣawari diẹ sii wa ni ọna , ti n ṣe ifilọlẹ akoko tuntun ti astronomie ninu eyiti awọn oniwadi ṣe iwadi awọn iho dudu ti o jina ati awọn irawọ neutroni - kii ṣe nipasẹ ina ti wọn njade, ṣugbọn nipa bii wọn ṣe n ru aṣọ ti aaye nigbati wọn ba kọlu.

Sibẹsibẹ okun ibatan gbogbogbo ti awọn aṣeyọri idanwo didan lori ohun ti ọpọlọpọ awọn onimọ-jinlẹ rii bi ikuna apaniyan: O ṣapejuwe akoko aye kilasika kan, ṣugbọn agbaye yoo han ni kuatomu tabi ṣe awọn patikulu (tabi “quanta”) gẹgẹbi awọn quarks ati awọn elekitironi.

Imọye kilasika ti aaye (ati walẹ) bi awọn ikọlu aṣọ didan kan pẹlu aworan kuatomu ti agbaye bi ikojọpọ awọn ege kekere didasilẹ. Bii o ṣe le fa Awoṣe Standard ti ijọba ti fisiksi patiku , eyiti o kan gbogbo awọn patikulu ti a mọ bi daradara bi awọn ipa pataki mẹta miiran (electromagnetism, agbara ailagbara, ati agbara to lagbara), lati bo aaye ati walẹ ni ipele patiku jẹ ọkan ninu awọn ohun ijinlẹ ti o jinlẹ julọ ni fisiksi ode oni.