5 fakti gravitatsiooni kohta - üks salapärasemaid jõude universumis
Varia / / July 14, 2023
Kuidas muutub su kehakaal erinevates riikides, milliste lainetena levivad mustad augud ja mis on kaaluta olek.
1. Maa gravitatsioon on nõrgem kui teie külmkapimagnet
Maailmas on neli nn fundamentaalset jõudu: tugev tuumajõud, mis tagab stabiilsuse aatomituumad, nõrgad tuumad, vastutavad radioaktiivse lagunemise, elektromagnetilise jõu ja meie armastatud eest gravitatsiooni. Just viimane hoiab Maad, teisi planeete ja tähti, päikesesüsteeme ja galaktikaid lagunemast.
Noh, gravitatsioon on kõige nõrgem põhijõud üldse. Ja teadlased ei saa aru, miks.
Võite öelda: aga tähti, galaktikaid ja muid tohutuid objekte juhib gravitatsioon, kuidas saab see nõrk olla? No pange külmkapi külge magnet. Nüüd vasta küsimusele, miks tilluke külmkapp teda köidab tugevamkui kogu planeet.
Ja nõrgad ja tugevad aatomijõud on isegi võimsamad kui elektromagnetilised. Vähemalt saab magneti külmkapist eemaldada ilma kõrvalise abita, kuid inimesed pole veel õppinud, kuidas aatomeid paljaste kätega poolitada. Võrdluseks: elektrijõud elektroni ja prootoni vahel aatomi sees on umbes üks kvintiljon (see on üks, millele järgneb 30 nulli) korda
tugevamkui nendevaheline gravitatsiooniline külgetõmme.Ja see on üks füüsika peamisi mõistatusi. Teadlastel on oletuset universumil võib olla meie taju eest varjatud lisamõõtmeid. Ja gravitatsioon levib läbi nende kõigi, samas kui elektromagnetilised jõud ning tugevad ja nõrgad tuumajõud piirduvad meie neljamõõtmelise aegruumiga.
Võib-olla isegi meie gravitatsioon mõjutab objektidele teistes universumites, kui need on olemas. Ja meie objekte omakorda mõjutab nende külgetõmme. See võib selgitada, miks meie Universum laieneb oodatust kiiremini. Vähemalt pakkuvad sellist teooriat välja füüsikud, kellele tumeaine ja energia teooria ei meeldi.
Kuid hoolimata kõigist oletustest ei ole praegu eksperimentaalseid tõendeid selle kinnitamiseks või ümberlükkamiseks.
2. Gravitatsioon tekitab laineid
Animatsioon: Dana Berry / NASA
Kujutage ette, et aegruum on venitatud kangas. No või tiigi pind, kui soovite. Kui massiivsed objektid liiguvad nagu mustad augud või neutrontähed ühinevad, tekitavad nad aegruumis kõverusi, nagu kangavoldid. Või nagu lained, lahknedes kohast, kus kivi tiiki kukkus. Sellised näevad välja gravitatsioonilained.
Analoogia on muidugi pisut veniv, sest nii kangas kui ka tiigi pind on tasased ja Universum kolmemõõtmeline, kuid teadlased pole veel paremaid näiteid välja toonud.
Gravitatsioonilained erinevad helist või valgusest, mistõttu me ei kuule ega näe neid. Kuid spetsiaalsete instrumentide, mida nimetatakse laserinterferomeetriteks, abil saavad teadlased leida. See võimaldab teil uurida kaugeid massiivseid objekte ja uurida kosmilisi nähtusi, mis esinevad universumi kõige kaugemates nurkades.
Gravitatsioonilainete olemasolu ennustas Albert Einstein sada aastat tagasi.
Kuid alles hiljuti on inimkond välja töötanud ja rakendanud tööriistu nende tuvastamiseks. Üks neist on LIGO laser-interferomeetriline observatoorium. See oli tema esimene kord 2015 fikseeritud gravitatsioonilained, mis tulenevad kahe musta augu ühinemisest umbes 1,3 miljardi valgusaasta kaugusel Maa.
Nad üle andma läbi kõigi takistuste, sealhulgas tühjuse, ning need ei allu neeldumisele ega peegeldumisele. Samuti levivad nad valguse kiirusega kogu universumis.
3. Gravitatsioon Maal ei ole ühtlane
Animatsioon: ESA
Tõenäoliselt olete seda animatsiooni varem näinud. Veebis ringleb müüt, väidetavalt nii näeb välja meie planeet ilma ookeanideta. Kuid tegelikult pole see Maa enda, vaid selle gravitatsioonivälja mudel.
Näete külgetõmmet tugevam kus on suur mass. Ja gravitatsiooniväli Maal ei ole mitmel põhjusel ühtlane. Esiteks meie planeet ei ole täiuslik pall. See on poolustelt veidi lapik ja ekvaatoril laienenud, mille tulemuseks on massi ebaühtlane jaotus.
Teiseks on Maa pind väga ebatasane. Meil on kõrged mäed, sügavad ookeanikraavid ja muud erineva massiga maastikuvormid. Ja kolmandaks, materjalid jagunevad ka planeedil ebaühtlaselt. Kõik need tegurid põhjustavad Maa gravitatsiooni paikades erinevat.
See tähendab, et meie planeedi erinevates kohtades kaalute erinevalt.
Oletame, et kui sa on Sri Lankal Colombos on teie kaal veidi väiksem kui siis, kui viibiksite Nepalis Katmandus. India ookean on üks madalaima suhtelise gravitatsiooniga piirkondi maailmas, samas kui rasked Himaalaja mäed, vastupidi, suurendavad seda.
Teine näide: pikka aega teadlased ei saanud arumiks Kanadas Hudsoni lahe ümbruses on gravitatsioon nõrgem, kui see teoreetiliselt peaks olema. Selgus, et seal sulavad sajanditevanused liustikud, nende mass väheneb ja sellest tulenevalt ka tõmbejõud väheneb.
Seega, kui te ei ole kaalul oleva numbriga rahul, muutke lihtsalt elukohta ja kaotage kohe kilogramm või kaks. Tõsi, mass jääb samaks, kuid kaal väheneb. Füüsika.
4. Gravitatsioon painutab valgust
On lihtne näha, kuidas gravitatsioon füüsilisi objekte mõjutab. Tänu sellele seisame kindlalt Maa peal ega lenda kosmosesse, õunad kukuvad ülalt alla, Päike lõikab ringid ümber galaktika tuuma jne.
Kuid see jõud ei mõjuta mitte ainult mateeriat, vaid ka valgust. Sellepärast mustad augud nn: neil on nii võimas gravitatsioon, et kogu valgus, mida nad tõmbavad, ei saa gravitatsiooniväljast lahkuda.
Kuid mõnikord ei lange footonid massiivsele objektile, vaid lihtsalt lendavad mööda, muutes trajektoori vaid veidi.
See nähtus teatud nagu gravitatsiooniläätsed. See juhtub seetõttu, et gravitatsioon moonutab ruumi ja aega massiivsete objektide, nagu tähed ja galaktikad, ümber. Selle tulemusena järgib nendest massiivsetest objektidest mööduv valgus kõverat rada, mitte sirget joont.
Gravitatsioonilääts oli esimene ennustatud Albert Einstein oma üldises relatiivsusteoorias. Ta tegi ettepaneku, et kauge objekti valgus paindub meie lähedal asuvast massiivsest tähest möödudes. Tema teooria leidis eksperimentaalset kinnitust päikesevarjutuse ajal 1919. aastal.
Gravitatsiooniläätsed võivad tekitada suurejoonelisi efekte, nagu "Einsteini rõngad" või "rist". Einstein" - kui kauge galaktika valgus paindub lähemal asuva galaktika ümber, luues rõngaid, hobuseraudu ja muud valgust arvud.
See nähtus on ka kasutatud astronoomid tumeainet uurima. Kuna see ei kiirga valgust, ei saa seda otse jälgida. Kuid me saame selle olemasolu tuvastada gravitatsiooniläätse efektide abil.
5. Kaalutus ei ole gravitatsiooni puudumine
Kui küsite esimeselt kohtuvalt inimeselt, miks astronaudid ISS-il õhus hõljuvad, vastab ta suure tõenäosusega, et kosmoses pole gravitatsiooni. See muidugi pole nii, muidu kuidas oleks Päike suudaks planeete oma orbiitidel hoida?
Sellepärast see väide vale. Kujutage ette, et olete lennukis ja see hakkab järsku sukelduma. Kui sa hetkel palli viskad, siis see loomulikult kukub. Aga kuna lennuk lendab ka alla, siis tundub sulle, et mänguasi hõljub õhus. See on kaaluta olek. Muide, enne kosmosesse lendamist kohanevad astronaudid sellega sukeldumislennukites.
NASA töötajad nimetavad selliste koolituste tahvleid irooniliselt Vomit Comet - "oksendav komeet". Arvake ära, miks.
Sama juhtub orbiidil olevate astronautidega. Kosmoselaev või jaam pürgib gravitatsiooni toimel pidevalt Maa poole. Kuid kuna nad liiguvad piisavalt kiiresti edasi, ei kuku nad kunagi, vaid lendavad igal pöördel ümber planeedi. See loob illusiooni külgetõmbe puudumisest, kuigi õigem on seda seisundit nimetada mikrogravitatsiooniks.
Tegelikult on kogu ruum gravitatsioonist läbi imbunud ja ruumis pole kohta, kus seda ei oleks. Teadlased uskudaet kuigi selle levimiskiirust piirab valguse kiirus ja selle tugevus väheneb allikast kaugenedes kiiresti, on toime ulatus ise lõpmatu.
See tähendab, et teid mõjutavad praegu üsnagi mingist mustast august pärinevad gravitatsioonilained, mille Maale jõudmiseks kulub kümneid tuhandeid aastaid. Lihtsalt nende tugevus on meie planeedi gravitatsiooniga võrreldes väga väike. Ja see on hea, tead.
Loe ka🧐
- Astrofüüsik Boris Stern: 3 kõige hämmastavamat teadmist universumi kohta, mille saime 21. sajandil
- Astronoom Vladimir Surdin: 6 kosmoseimet, mis hämmastavad kujutlusvõimet
- "Me mängime endiselt liivakastis": intervjuu astrofüüsiku Aleksander Perkhnyakiga