гравитация что это такое видео
Что такое гравитация для чайников: определение и теория простыми словами
Сразу скажем, что вы не найдете здесь однозначно верного ответа на вопрос «Что такое гравитация». Потому что его просто нет! Гравитация – одно из самых таинственных явлений, над которым ученые ломают голову и до сих пор полностью не могут объяснить его природу.
Есть множество гипотез и мнений. Насчитывается более десятка теорий гравитации, альтернативных и классических. Мы рассмотрим самые интересные, актуальные и современные.
Хотите больше полезной информации и свежих новостей каждый день? Присоединяйтесь к нам в телеграм.
Гравитация – физическое фундаментальное взаимодействие
Всего в физике 4 фундаментальных взаимодействия. Благодаря им мир является именно таким, какой он есть. Гравитация – одно из этих взаимодействий.
На текущий момент действующей теорией, описывающей гравитацию, является ОТО (общая теория относительности). Она была предложена Альбертом Эйнштейном в 1915-1916 годах.
Однако мы знаем, что об истине в последней инстанции говорить рано. Ведь несколько веков до появления ОТО в физике для описания гравитации главенствовала Ньютоновская теория, которая была существенно расширена.
В рамках ОТО на данный момент нельзя объяснить и описать все вопросы, связанные с гравитацией.
До Ньютона было широко распространено мнение, что гравитация на земле и небесная гравитация – разные вещи. Считалось, что планеты движутся по своим, отличным от земных, идеальным законам.
Закон всемирного тяготения
Ньютон открыл закон всемирного тяготения в 1667 году. Конечно, этот закон существовал еще при динозаврах и намного раньше.
Античные философы задумывались над существованием силы тяготения. Галилей экспериментально рассчитал ускорение свободного падения на Земле, открыв, что оно одинаково для тел любой массы. Кеплер изучал законы движения небесных тел.
Ньютону удалось сформулировать и обобщить результаты наблюдений. Вот что у него получилось:
Два тела притягиваются друг к другу с силой, называемой гравитационной силой или силой тяготения.
Формула силы притяжения между телами:
G – гравитационная постоянная, m – массы тел, r – расстояние между центрами масс тел.
Каков физический смысл гравитационной постоянной? Она равна силе, с которой действуют друг на друга тела с массами в 1 килограмм каждое, находясь на расстоянии в 1 метр друг от друга.
Закон всемирного тяготения
Формула Ньютона применима как для расчету силы притяжения планет к солнцу, так и для маленьких объектов. Мы просто не замечаем, с какой силой притягиваются, скажем, шары на бильярдном столе. Тем не менее эта сила есть и ее можно рассчитать.
Сила притяжения действует между любыми телами во Вселенной. Ее действие распространяется на любые расстояния.
Закон всемирного тяготения Ньютона не объясняет природы силы притяжения, но устанавливает количественные закономерности. Теория Ньютона не противоречит ОТО. Ее вполне достаточно для решения практических задач в масштабах Земли и для расчета движения небесных тел.
Гравитация в ОТО
Несмотря на то, что теория Ньютона вполне применима на практике, она имеет ряд недостатков. Закон всемирного тяготения является математическим описанием, но не дает представления о фундаментальной физической природе вещей.
Согласно Ньютону, сила притяжения действует на любых расстояниях. Причем действует мгновенно. Учитывая, что самая большая скорость в мире – скорость света, выходит несоответствие. Как гравитация может мгновенно действовать на любые расстояниях, когда для их преодоления свету нужно не мгновение, а несколько секунд или даже лет?
В рамках ОТО гравитация рассматривается не как сила, которая действует на тела, но как искривление пространства и времени под действием массы. Таким образом гравитация – не силовое взаимодействие.
Чем массивнее объект, тем сильнее он искривляет пространство
Каково действие гравитации? Попробуем описать его с использованием аналогии.
Представим пространство в виде упругого листа. Если положить на него легкий теннисный мячик, поверхность останется ровной. Но если рядом с мячиком положить тяжелую гирю, она продавит на поверхности ямку, и мячик начнет скатываться к большой и тяжелой гире. Это и есть «гравитация».
Кстати! Для наших читателей сейчас действует скидка 10% на любой вид работы
Открытие гравитационных волн
Гравитационные волны были предсказаны Альбертом Эйнштейном еще в 1916 году, но открыли их только через сто лет, в 2015.
Что такое гравитационные волны? Снова проведем аналогию. Если бросить камень в спокойную воду, от места его падения по поверхности воды пойдут круги. Гравитационные волны – такая же рябь, возмущение. Только не на воде, а в мировом пространстве-времени.
Вместо воды – пространство-время, а вместо камня, скажем, черная дыра. Любое ускоренное передвижение массы порождает гравитационную волну. Если тела находятся в состоянии свободного падения, при прохождении гравитационной волны расстояние между ними изменится.
Моделирование гравитационных волн от слияния двух черных дыр
Так как гравитация – очень слабое взаимодействие, обнаружение гравитационных волн было связано с большими техническими трудностями. Современные технологии позволили обнаружить всплеск гравитационных волн только от сверхмассивных источников.
Для регистрации гравитационных волн был построен детектор диаметром 4 километра. При прохождении волны регистрировались колебания зеркал на подвесах в вакууме и интерференция света, отраженного от них.
Гравитационные волны подтвердили справедливость ОТО.
Гравитация и элементарные частицы
В стандартной модели за каждое взаимодействие отвечают определенные элементарные частицы. Можно сказать, что частицы являются переносчиками взаимодействий.
За гравитацию отвечает гравитон – гипотетическая безмассовая частица, обладающая энергией. Кстати, в нашем отдельном материале читайте подробнее о наделавшем много шума бозоне Хиггса и других элементарных частицах.
Напоследок приведем несколько любопытных фактов о гравитации.
10 фактов о гравитации
Теперь вы знаете определение гравитации и можете сказать, по какой формуле рассчитывается сила притяжения. Если гранит науки придавливает вас к земле сильнее, чем гравитация, обращайтесь в наш студенческий сервис. Мы поможем учиться легко при самых больших нагрузках!
Что такое гравитация и как она работает
Что такое гравитация: Freepick
Что такое гравитация и как она работает, узнаем еще в школе. Многие помнят историю о том, как яблоко оказалось на голове Ньютона, в результате чего ученый открыл закон всемирного тяготения. Однако явление гравитации не такое простое, как может показаться на первый взгляд.
Что такое гравитация и история ее открытия
Термин «гравитация» имеет латинское происхождение. Он произошел от слова gravitas, что означает ‘вес’. Также известно слово «гравитировать», которое описывает процесс, когда объекты притягиваются друг к другу. Именно эта сила удерживает нас на Земле, а саму планету удерживает в определенном пространстве Солнечной системы.
Какое дают определение гравитации? Это сила, притягивающая тела друг к другу. Все, что состоит из материи, то есть все, до чего можно дотронуться, обладает гравитационным притяжением. Это и человек, и планета, и яблоко.
Избежать действия гравитационной силы невозможно. Даже на космонавтов, которые в космосе находятся в невесомости, она влияет. Только очень быстрое движение помогает им сохранять постоянное состояние свободного падения.
Пытливое человечество на протяжении тысяч лет интересовалось гравитацией, как пишет в исследовании «Гравитация и Вселенная» Р. Дикке:
Падение предметов и гравитация: Freepick
Прорывом в описании гравитации стал закон всемирного тяготения авторства Исаака Ньютона. Легенда гласит, что на голову ученого с дерева упало яблоко. После этого случая он задумался о силе, которая заставляет предметы падать на землю. Свои мысли Ньютон выразил математически и показал, что:
Движение некоторых планет, например Меркурия, с помощью этого закона классической физики объяснить не удавалось.
Научные поиски продолжились, и позже Эйнштейн, благодаря своей теории общей относительности, изменил взгляды физиков на понятие гравитации. Эта теория объясняет воздействие гравитации не как силу, а как кривую в пространстве-времени, возникающую рядом с крупными объектами. Эти гипотезы помогли объяснить необычную орбиту Меркурия.
Исследования гравитации продолжаются и сейчас, после того как теория относительности объяснила некоторые несоответствия в ньютоновской гравитации. Вселенная предлагает ученым тайны, которые они пока не в силах объяснить. Так, гравитация не сочетается с теорией квантовых полей. Продолжаются исследования того, как эта сила взаимодействует с другими фундаментальными силами.
Изучение гравитации имеет практическое применение. С помощью космических аппаратов НАСА отслеживаются изменения гравитации Земли, благодаря чему ученые фиксируют изменения уровня морей и земной коры.
Принципы работы гравитации и почему она важна
Гравитация имеет очень большое значение. Благодаря этой силе предметы не только удерживаются на Земле, но и имеют вес. На планетах, где гравитационная тяга меньше, вес уменьшится. Гравитация была необходима для создания Вселенной, а сейчас служит стабилизирующей силой:
На то, как работает гравитация, влияет масса объектов и расстояние между ними:
Движение Земли: Freepick
На современном этапе развития физики говорят о четырех фундаментальных силах во Вселенной: гравитации, электромагнитном, слабом и сильном взаимодействиях. Эти силы влияют на движение объектов и фактически определяют, как будет взаимодействовать все во Вселенной.
Гравитация считается самой слабой из них, но ее легко увидеть и почувствовать, а по масштабам воздействия она очень влиятельна. Гравитация — фактор, который заставляет людей ходить по Земле, одновременно удерживает планеты на их орбитах вокруг Солнца, а само Солнце на его месте в Галактике.
Если внезапно по какой-то причине гравитация исчезнет, то все предметы, которые не прикреплены к поверхности Земли, продолжат движение вслед за движением планеты и быстро окажутся на просторах космоса:
Как отмечает сотрудница Портсмутского университета Карен Мастерс, такие процессы в конечном итоге разрушили бы планету, так как не осталось бы силы, которая могла удерживать ее в виде единого целого.
Такова могущественная и загадочная сила — гравитация. Ее воздействие люди испытывают на себе каждую секунду и часто мечтают ее преодолеть. На самом деле без воздействия гравитации наша жизнь оказалась бы невозможной.
Уникальная подборка новостей от нашего шеф-редактора
Гравитация что это такое видео
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Добавить в закладки
Вы сможете увидеть эту публикацию в личном кабинете
Подпишитесь на нашу рассылку и получайте новости о последних проектах, мероприятиях и материалах ПостНауки
Что такое квантовая гравитация и почему она считается самой сложной проблемой в физике?
Когда слово «гравитация» приходит нам в голову, мы думаем о планетах, вращающихся вокруг своих звезд, о гравитационном взаимодействии между массивными галактиками, гигантской гравитационной силе, которой обладают нейтронные звезды, черные дыры и т.д. Но как насчет крошечных мелких частиц, существующих в нашей Вселенной? А как насчет микроскопического квантового мира? Знают ли они и испытывают гравитацию так же, как мы? Или у них все по-другому? Что ж, чтобы найти ответы на все эти вопросы, возникла теория «квантовой гравитации».
Так что же такое квантовая гравитация? Зачем она нужна? Давайте углубимся, чтобы ответить на эти вопросы!
Зачем нам нужна квантовая теория гравитации?
Около века назад Альберт Эйнштейн предложил свою Общую Теорию Относительности и отбросил давно существовавшее понятие ньютоновской гравитации простого притяжения между объектами с описанием материи или энергии, искривляющей пространство и время вокруг нее. Несомненно, общая теория относительности успешно прошла все испытания, которые ей бросали снова и снова, и полностью объясняет гравитационное взаимодействие в макроскопическом масштабе. Но когда физики пытаются вычислить кривизну пространства вокруг электрона или других таких небольших объектов, математика становится невозможной.
Искривление пространства-времени вокруг массивных объектов, как это объясняется в общей теории относительности Эйнштейна.
Более того, на расстояниях, очень близких к центру черных дыр, которые меньше планковской длины, квантовые флуктуации пространства-времени играют важную роль. Итак, когда кто-то пытается очертить гравитационное поле черной дыры в общей теории относительности, кривизна пространства-времени расходится в центре, тем самым сигнализируя о крахе общей теории относительности и намекая на необходимость теории, которая выходит за рамки общей теории относительности, а также учитывает квантовые эффекты.
Гравитоны и теория всего
За исключением гравитации, три фундаментальные силы уже, как известно, следуют этим законам квантовой механики и имеют связанный с ними носитель силы. Следовательно, их достоверность в квантовом мире не вызывает сомнений. Что касается силы тяжести, то здесь все по-другому, поскольку общая относительность полностью основана на классических рамках. Со временем физики связали гипотетический носитель силы с гравитацией, и этот гипотетический квант силы тяжести и есть то, что мы называем гравитоном.
Если однажды гипотетический статус гравитона изменится на реальный, это докажет, что гравитация также хорошо вписывается в квантовую механику, что в конечном итоге приблизит ученых к гигантскому скачку «теории всего».
Различные теории квантовой гравитации
За прошедшие годы было выдвинуто несколько подходов к объяснению квантовой гравитации, и, следовательно, было предложено несколько теорий кандидатов. Наиболее известными подходами в этом контексте являются теория струн, каноническая теория квантования, петлевая квантовая теория, евклидовая квантовая теория, а последним является квантовая гравитационная теория, основанная на квантовых вычислениях.
Несомненно, теории квантовой гравитации сталкиваются с множеством проблем, поскольку их экспериментальное подтверждение связано с ограниченностью ресурсов. Однако многие надеются, что теория квантовой гравитации однажды позволит нам понять проблемы очень высоких энергий и минимальных размеров пространства, таких как поведение черных дыр, происхождение Вселенной и многое другое. А пока продолжайте исследовать! Никогда не знаешь, что когда-нибудь ты станешь тем, кто получит Нобелевскую премию за какой-нибудь прорыв в области квантовой гравитации!
Гравитация. Что это такое?
Любое тело, любой предмет в нашем пространстве, испытывают на себе действие гравитации. Что такое гравитация и что мы знаем про неё? Большинство из нас запомнили только действие гравитации, выраженное в факте притяжения к земле.
Инженеру, да и просто образованному человеку, очень важно иметь полноценное представление об этом интереснейшем явлении, которое мы, кстати говоря, даже не замечаем в виду постоянного его присутствия в нашей жизни. Гравитация действует на самолёт, не давая ему взлететь (или упасть в небо :)) и на всем известное Ньютоновское яблоко, которое активно тянула к себе Земля. Да настолько активно, что ударила гения по голове.
По классическому представлению, которое известно нам ещё со времен средней школы, гравитация — это та сила, с которой планета притягивает к себе различные объекты.
Она удерживает все планеты на орбите вокруг Солнца.
Помимо этого, гравитация существует вообще между самыми любыми телами. Например, если на столе лежат две ручки, то они притягиваются с определенной силой. Силы этой недостаточно, чтобы преодолеть силы трения и земного притяжения. Именно поэтому, все объекты разом не приклеиваются друг к другу.
Из этой формулировки следует что любое тело, имеющее массу, оказывает воздействие на другое тело, также имеющее массу. Чем больше масса объектов и чем меньше расстояние между ними, тем сильнее притяжение гравитационных сил.
Тут уместно будет вспомнить формулу, иллюстрирующую закон всемирного тяготения.
где G — гравитационная постоянная, m1 и m2 — массы тел, R — расстояние между ними.
Так выглядит закон всемирного тяготения в классической ньютоновской механике.
Но после трудов, написанных Эйнштейном, формулировка этого закона претерпела изменение. Эйнштейн не отрицал притяжение между телами, но видел саму суть как таковой гравитации немного в другом.
Согласно теории Эйнштейна, гравитация есть искривление пространственно-временного континуума. Искривиться пространство заставляет именно масса объекта. Это явление мы воспринимаем, как гравитацию. Ну а на практике получается, что пространство, искривленное в сторону объекта, заставляет другой объект “проваливаться” в это искажение при своем движении.
Теория далеко не самая простая и требует хорошего пространственного мышления.
Гравитация по Эйнштейну — это скорее следствие искривления пространства — времени, чем сила.
При этом не отрицается, что тела, обладающие массами, будут притягиваться друг к другу. Формулу мы привели выше и Ньютоновское тяготение определяется именно так.
Важно помнить, что Эйнштейн не отрицал существование как такового притяжения между телами с массами, однако природу гравитации он видел немного иной и исходил из искривления пространства. По этой логике предполагалось и создавать гравитацию искусственно. Нужно было просто разогнать огромный корабль до соответствующих скоростей и тогда пассажиры бы чувствовали тот “провал пространства”, который образовался от искажения, вызванного кораблем.
Так что же такое тогда гравитация?
К сожалению, окончательно точного ответа пока нет! Несмотря на всестороннее изучение этой фундаментальной силы. Кстати говоря, полезно будет знать, что гравитация одна из самых слабых сил в природе. Ведь для того, чтобы преодолеть их, достаточно использовать, например, клей! Самый обычный. Именно такое явление наблюдается, когда мы смотрим на обои на стене. Да и человек может победить гравитацию просто прыгнув.
Есть и ещё одна загвоздка. Все силы во вселенной определены различными частицами. Например, за электромагнетизм отвечают фотоны. Но предполагаемый переносчик гравитации — гравитон — обнаружен не был. Именно поэтому мы не можем работать с гравитацией так же, как работаем с другими фундаментальными взаимодействиями. Ведь по сути они являются контролируемыми обменами частиц. Значит и сделать некоторый антигравитатор, коим грезят писатели-фантасты, пока что невозможно.
Высказываются предположения, что гравитоны работают в других измерениях за пределами нашего пространства. Но этот вопрос на данный момент практически не проработан.