5 faktai apie gravitaciją – vieną paslaptingiausių jėgų visatoje

1. Žemės gravitacija yra silpnesnė nei jūsų šaldytuvo magnetas

Pasaulyje yra keturios vadinamosios pamatinės jėgos: stipri branduolinė jėga, užtikrinanti stabilumą atomų branduoliai, silpni branduoliniai, atsakingi už radioaktyvų skilimą, elektromagnetinė jėga ir mūsų mylimasis gravitacija. Būtent pastaroji apsaugo Žemę, kitas planetas ir žvaigždes, saulės sistemas ir galaktikas nuo irimo.

Na, gravitacija yra pati silpniausia pagrindinė jėga. Ir mokslininkai nesupranta, kodėl.

Galite pasakyti: bet gravitacija yra tai, kas varo žvaigždes, galaktikas ir kitus didžiulius objektus, kaip ji gali būti silpna? Na, uždėkite magnetą ant šaldytuvo. Dabar atsakykite į klausimą, kodėl mažas šaldytuvas jį traukia stipresnisnei visa planeta.

O silpnos ir stiprios atominės jėgos dar galingesnės už elektromagnetines. Bent jau galite išimti magnetą iš šaldytuvo be pašalinės pagalbos, bet žmonės dar neišmoko plikomis rankomis skaidyti atomus. Palyginimui: elektrinė jėga tarp elektrono ir protono atomo viduje yra apie vieną kvintilijoną (tai vienas, po kurio seka 30 nulių) kartų

stipresnisnei tarp jų esanti gravitacinė trauka.

Ir tai yra viena iš pagrindinių fizikos paslapčių. Mokslininkai turi prielaidakad visata gali turėti papildomų matmenų, paslėptų nuo mūsų suvokimo. Ir gravitacija sklinda per juos visus, o elektromagnetinės jėgos ir stipriosios bei silpnosios branduolinės jėgos apsiriboja mūsų keturių dimensijų erdvėlaikiu.

Galbūt net mūsų gravitacija paveikia objektams kitose visatose, jei jie egzistuoja. O mūsų objektus savo ruožtu veikia jų trauka. Tai gali paaiškinti, kodėl mūsų Visata plečiasi greičiau nei tikėtasi. Bent jau tokią teoriją siūlo fizikai, kuriems nepatinka tamsiosios materijos ir energijos teorija.

Tačiau nepaisant visų prielaidų, šiuo metu nėra jokių eksperimentinių įrodymų, kurie tai patvirtintų ar paneigtų.

2. Gravitacija sukuria bangas

Animacija: Dana Berry / NASA

Įsivaizduokite, kad erdvė-laikas yra ištemptas audinys. Na, arba tvenkinio paviršius, jei norite. Kai masyvūs objektai juda kaip juodosios skylės ar neutroninės žvaigždės susilieja, erdvėlaikyje jie sukuria deformacijas, tarsi audinio raukšles. Arba kaip bangos, nukrypstančios nuo tos vietos, kur akmuo įkrito į tvenkinį. Taip atrodo gravitacinės bangos.

Analogija, žinoma, šiek tiek ištempta, nes ir audinys, ir tvenkinio paviršius yra lygūs, o Visata trimatis, tačiau geresnių pavyzdžių mokslininkai dar nepateikė.

Gravitacinės bangos skiriasi nuo garso ar šviesos, todėl jų negirdime ir nematome. Tačiau pasitelkę specialius instrumentus, vadinamus lazeriniais interferometrais, mokslininkai gali rasti. Tai leidžia tyrinėti tolimus masyvius objektus ir tyrinėti kosminius reiškinius, vykstančius atokiausiuose visatos kampeliuose.

Gravitacinių bangų egzistavimą Albertas Einšteinas numatė prieš šimtą metų.

Tačiau tik neseniai žmonija sukūrė ir pritaikė priemones jiems aptikti. Viena jų – lazerinė-interferometrinė observatorija LIGO. Tai buvo pirmasis jos kartas 2015 m fiksuotas gravitacinės bangos susiliejus dviem juodosioms skylėms, esančioms maždaug 1,3 milijardo šviesmečių atstumu nuo Žemė.

Jie praeiti per visas kliūtis, įskaitant tuštumą, ir jos nėra absorbuojamos ar atspindimos. Jie taip pat plinta visoje visatoje šviesos greičiu.

3. Gravitacija Žemėje nėra vienoda

Animacija: ESA

Tikriausiai jau matėte šią animaciją. Internete sklando mitas, neva taip atrodo mūsų planeta be vandenynų. Bet iš tikrųjų tai ne pačios Žemės, o jos gravitacinio lauko modelis.

Matai trauką stipresnis kur yra didelė masė. O gravitacinis laukas Žemėje nėra vienodas dėl kelių priežasčių. Pirma, mūsų planeta nėra tobulas kamuolys. Jis yra šiek tiek suplotas ties ašigaliais ir išplėstas ties pusiauju, todėl masė pasiskirsto netolygiai.

Antra, Žemės paviršius yra labai nelygus. Turime aukštus kalnus, gilias vandenyno griovius ir kitas kraštovaizdžio formas, kurios turi skirtingą masę. Ir trečia, planetoje medžiagos taip pat pasiskirsto netolygiai. Dėl visų šių veiksnių gravitacija Žemėje įvairiose vietose skiriasi.

Tai reiškia, kad skirtingose ​​mūsų planetos vietose sveriate skirtingai.

Tarkime, jei jūs yra Kolombe, Šri Lankoje, jūsų svoris bus šiek tiek mažesnis nei tuo atveju, jei būtumėte Katmandu Nepale. Indijos vandenynas yra vienas iš regionų, turinčių mažiausią santykinę gravitaciją pasaulyje, o sunkieji Himalajai, atvirkščiai, jį padidina.

Kitas pavyzdys: ilgą laiką mokslininkai nesuprataukodėl Kanados Hadsono įlankos regione gravitacija yra silpnesnė, nei turėtų būti teoriškai. Paaiškėjo, kad ten tirpsta šimtamečiai ledynai, jų masė mažėja, vadinasi, mažėja ir traukos jėga.

Todėl jei jūsų netenkina skaičius ant svarstyklių, tiesiog pakeiskite savo gyvenamąją vietą ir iškart numeskite kilogramą ar du. Tiesa, masė išliks ta pati, bet svoris sumažės. Fizika.

4. Gravitacija lenkia šviesą

Nesunku pastebėti, kaip gravitacija veikia fizinius objektus. Jo dėka mes tvirtai stovime ant Žemės, o į kosmosą neišskrendame, obuoliai krenta iš viršaus į apačią, Saulė kerta ratus aplink galaktikos šerdį ir pan.

Tačiau ši jėga veikia ne tik materiją, bet ir šviesą. Štai kodėl Juodosios skylės taip vadinama: jie turi tokią galingą gravitaciją, kad visa jų pritraukiama šviesa negali palikti gravitacinio lauko.

Tačiau kartais fotonai nenukrenta ant masyvaus objekto, o tiesiog praskrenda, tik šiek tiek pakeisdami trajektoriją.

Šis reiškinys žinomas kaip gravitacinis lęšis. Taip atsitinka todėl, kad gravitacija deformuoja erdvę ir laiką aplink masyvius objektus, tokius kaip žvaigždės ir galaktikos. Dėl to šviesa, einanti pro šiuos masyvius objektus, eina lenktu keliu, o ne tiesia linija.

Gravitacinis lęšis buvo pirmasis numatė Albertas Einšteinas savo bendrojoje reliatyvumo teorijoje. Jis pasiūlė, kad šviesa iš tolimo objekto sulinktų, kai praskris pro šalia mūsų esančią masyvią žvaigždę. Jo teorija buvo eksperimentiškai patvirtinta per Saulės užtemimą 1919 m.

Gravitaciniai lęšiai gali sukurti įspūdingus efektus, tokius kaip „Einšteino žiedai“ ar „kryžius“. Einšteinas“ – kai šviesa iš tolimos galaktikos lenkiasi aplink artimesnę, sukurdama žiedus, pasagas ir kitą šviesą figūros.

Šis reiškinys taip pat naudojamas astronomams tirti tamsiąją materiją. Kadangi jis neskleidžia šviesos, jo negalima stebėti tiesiogiai. Tačiau jo buvimą galime aptikti naudodami gravitacinius lęšius.

5. Nesvarumas nėra gravitacijos nebuvimas

Jei pirmojo sutikto žmogaus paklaustumėte, kodėl TKS ore sklando astronautai, jis greičiausiai atsakys, kad erdvėje gravitacijos nėra. Taip, žinoma, nėra, kitaip kaip būtų Saulė galėtų išlaikyti planetas savo orbitose?

Štai kodėl šis pareiškimas negerai. Įsivaizduokite, kad esate lėktuve ir jis staiga pradeda nardyti. Jei šiuo metu messite kamuolį, jis, žinoma, nukris. Bet kadangi lėktuvas taip pat skrenda žemyn, jums atrodys, kad žaislas sklando ore. Tai nesvarumo būsena. Beje, prieš skrisdami į kosmosą astronautai prie jo prisitaiko nardančiais lėktuvais.

Tokiems mokymams skirtas lentas NASA darbuotojai ironiškai vadina „Vomit Comet“ - „vėmimo kometa“. Atspėk kodėl.

Tas pats atsitinka ir astronautams orbitoje. Erdvėlaivis arba stotis dėl gravitacijos nuolatos siekia Žemės. Tačiau kadangi jie juda į priekį pakankamai greitai, jie niekada nenukrenta, bet kiekvieno apsisukimo metu skraido aplink planetą. Tai sukuria patrauklumo stokos iliuziją, nors teisingiau šią būseną vadinti „mikrogravitacija“.

Tiesą sakant, visa erdvė yra persmelkta gravitacijos, ir erdvėje nėra vietos, kur jos nebūtų. Mokslininkai tikėtikad nors jo sklidimo greitį riboja šviesos greitis, o stiprumas greitai mažėja tolstant nuo šaltinio, pats veikimo diapazonas yra begalinis.

Tai yra, dabar jus gana veikia gravitacinės bangos iš kažkokios juodosios skylės, kurioms Žemę pasiekti prireikia dešimčių tūkstančių metų. Tiesiog jų jėga yra labai maža, palyginti su mūsų planetos gravitacija. Ir tai gerai, žinai.