İçerik
- Yerçekiminin Kısa Bir Tarihçesi
- Yerçekimi Teorileri
- Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi
- Yeryüzü ve Ötesi Yerçekimi
Bilimsel yönelimli veya başka türlü çoğu insan, en azından “yerçekimi” adı verilen bir miktar veya kavramın, kendileri de dahil olmak üzere nesneleri Dünya'ya bağlı tutan şey olduğu konusunda belirsiz bir fikre sahiptir. Bunun genel olarak bir lütuf olduğunu anlıyorlar, ancak bazı durumlarda daha az - bir ağaç dalı üzerine tünemişken ve kazasız yere nasıl geri dönüleceği konusunda biraz emin değillerse, ya da yüksek atlama veya direk tonoz gibi olay.
Yerçekimi nosyonunu takdir etmek belki de zordur, örneğin gezegenin dünya yüzeyinden uzağında gezegen yörüngesinde yer alan bir uzay istasyonunda astronotların görüntülerini izlerken. Ve gerçekte, fizikçiler nihayetinde yerçekimine neyin yol açtığı hakkında hiçbir fikre sahip değiller, evrenin neden var olduğunu ilk bakışta bize söyleyebileceklerinden daha fazlası. Bununla birlikte fizikçiler, yerçekiminin sadece Dünyada değil, kozmosta da istisnai olarak ne yaptığını tanımlayan denklemler üretti.
Yerçekiminin Kısa Bir Tarihçesi
2000 yıldan fazla bir süre önce, antik Yunan düşünürleri, zamanın testine büyük ölçüde dayanan ve moderniteye dayanan birçok fikir buldu. Gezegenler ve yıldızlar gibi uzak nesnelerin (Dünya'nın gerçek mesafeleri, elbette, gözlemcilerin bilme yolları yoktu), aslında onları birbirine bağlayan kablolar veya ipler gibi hiçbir şeye sahip olmamalarına rağmen fiziksel olarak birbirine bağlı olduklarını fark ettiler. birlikte. Başka teoriler olmadan, Yunanlılar güneş, ay, yıldızlar ve gezegenlerin hareketlerinin tanrıların kaprislerine dikte edildiğini öne sürdüler. (Aslında, o günlerde bildiği tüm gezegenler tanrıların ismini almıştır.) Bu teori temiz ve belirleyici olsa da, test edilebilir değildi ve bu nedenle daha tatmin edici ve bilimsel olarak titiz bir açıklama için bir stand-off'tan başka bir şey değildi.
Tycho Brahe ve Galileo Galilei gibi gökbilimciler, yaklaşık 300 ila 400 yıl öncesine kadar değildi. İncil öğretilerinin aksine o zaman 15 asır öncesine yakın olan Dünya ve gezegenlerin Dünyadaki gezegen yerine güneşin etrafında döndüğünü fark ettiler. evrenin merkezi. Bu, halihazırda anlaşıldığı gibi, yerçekimi araştırmalarının önünü açmıştır.
Yerçekimi Teorileri
CalTech'in bir makalesinde geç teorik fizikçi Jacob Bekenstein tarafından ifade edilen nesneler arasındaki çekimsel çekimi düşünmenin bir yolu "elektriksel olarak nötr cisimlerin madde içeriği nedeniyle birbirlerine uyguladıkları uzun menzilli kuvvetler" dir. Yani, nesneler elektrostatik yükteki farklılıkların bir sonucu olarak bir kuvvete sahip olabilirken, bunun yerine yerçekimi, saf kütle nedeniyle bir kuvvete neden olur. Teknik olarak, siz ve bilgisayar, telefon ya da tablet, birbirinizi zorla çeken kuvvetler üzerine okuyorsunuz, ancak siz ve İnternet etkin cihazınız o kadar küçüktür ki, bu kuvvet neredeyse tespit edilemez. Açıkçası, gezegenlerin, yıldızların, tüm galaksilerin ve hatta gökada kümelerinin ölçeğindeki nesneler için farklı bir hikaye.
Isaac Newton (1642-1727), tarihteki en parlak matematiksel zihinlerden biri ve matematik alanının eş mucitlerinden biri olarak kabul edilmiş, iki nesne arasındaki çekim kuvvetinin, onların ürünü ile doğru orantılı olduğunu öne sürdü. kütleler ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır. Bu denklemin şeklini alır:
Fyerçekimi = (G × m1 × m2) / R2
nerede fyerçekimi Newtondaki çekim kuvveti, m1 ve M2 cisimlerin kilogram cinsinden kütleleridir, r nesneleri metre cinsinden ayıran mesafedir ve G orantı sabiti değeri 6.67 × 10'dur.-11 (N ⋅ m2)/kilogram2.
Bu denklem günlük amaçlar için mükemmel bir şekilde çalışsa da, söz konusu nesnelerin göreceli olduğu, yani tipik insan deneyiminin dışında kalan kitleler ve hızlarla tanımlandığı zaman değeri azalır. Einsteins'in yerçekimi teorisinin girdiği yer burasıdır.
Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi
1905 yılında, belki de bilim tarihindeki en çok tanınan ve dahi düzeyindeki özelliklerle en fazla eş anlamlısı olan Albert Einstein, özel görelilik teorisini yayınladı. Bu, mevcut fizik bilgisi üzerine olan diğer etkilerin yanı sıra, Newton'un yerçekimi kavramına dahil olduğu varsayımını da sorguladı; bu, aslında, yerçekimlerinin, ayırmalarının genişliğinden bağımsız olarak nesneler arasında anında işlendiği anlamına geliyordu. Einsteins hesaplamaları sonra ışık hızı, 3 × 10 olduğunu tespit8 m / s veya saniyede yaklaşık 186.000 mil, uzayda bir şeyin ne kadar hızlı yayılabileceğine bir üst sınır koydu, Newton fikirleri, en azından belirli durumlarda aniden savunmasız görünüyordu. Başka bir deyişle, Newtonian yerçekimi teorisi, neredeyse tüm akla gelebilecek eksilerinde takdire şayan bir şekilde performans göstermeye devam ederken, açıkça evrensel olarak gerçek bir yerçekimi tanımı değildi.
Einstein, gelecek 10 yılını, Newton'un temel çekim kuvveti çerçevesini üst ile bağdaştıran, evrendeki tüm süreçlere dayatılan ya da dayattığı görünen ışığın hızını bağlayacak başka bir teori formüle etti. Einstein'ın 1915'te getirdiği sonuç, genel görelilik teorisi idi. Tüm yerçekimi teorilerinin temelini günümüze kadar oluşturan bu teorinin zaferi, yerçekimi kavramını kendi başına bir kuvvet olarak değil, zamanın eğriliğinin bir tezahürü olarak çerçevelemesidir. Bu fikir tamamen yeni değildi; matematikçi Georg Bernhard Riemann 1854'te ilgili fikirler üretti. Ancak Einstein, yerçekimi teorisini tamamen fiziksel kuvvetlere dayanan bir şeyden daha geometriye dayalı bir teoriye dönüştürdü: Üç mekansal boyuta eşlik etmek için fiilen dördüncü bir boyut önerdi. bu zaten tanıdıktı.
Yeryüzü ve Ötesi Yerçekimi
Einsteins'in genel görelilik teorisinin sonuçlarından biri, yerçekiminin kütleden veya nesnelerin fiziki kompozisyonundan bağımsız olarak işletilen olmasıdır. Bu, diğer şeylerin yanı sıra, bir gökdelenin tepesinden düşürülen bir topun ve bir mermerin, diğerinden çok daha büyük olmasına rağmen, yerçekimi kuvveti ile tam olarak aynı ölçüde hızlanan aynı toprağa düşeceği anlamına gelir. . (Bunun eksiksiz olması açısından, bunun teknik olarak sadece hava direncinin bir sorun olmadığı bir vakumda doğru olduğunu not etmek önemlidir. Tüy atış atışından daha yavaş bir şekilde düşer, ancak vakumda durum böyle olmaz. .) Einstein'ın fikrinin bu yönü yeterince test edilebilirdi. Peki ya göreceli durumlar?
Temmuz 2018'de uluslararası bir gökbilimciler ekibi, Dünya'dan 4,200 ışık yılı aşkın bir üçlü yıldız sistemi incelemesi yaptı. Işık yılı, uzaklık ışığının bir yılda (yaklaşık altı trilyon mil) gittiği anlamına gelir; bu, Dünya'daki astronomların, yaklaşık 2.200 BC'de meydana gelen ışığı açıklayan olayları gözlemlediği anlamına gelir. Bu olağandışı sistem, iki küçük, yoğun yıldızdan (biri saniyede 366 kez ekseninde dönen bir "pulsar"), diğeri ise beyaz bir cücedir - birbirlerini oldukça kısa bir sürede 1.6 gün boyunca yörüngede çevirirler. Bu çift, her 327 günde bir daha uzak bir beyaz cüce yıldızı yörüngeye sokuyor. Kısacası, bu son derece olağandışı sistemde üç yıldızın karşılıklı çılgınca hareketlerini hesaba katabilecek tek yerçekimi tanımı, Einsteins'in genel görelilik teorisiydi - ve denklemler aslında duruma mükemmel bir şekilde uyuyordu.