Dieser Artikel konzentriert sich auf die Geschichte der Entdeckung des Gesetzes der universellen Gravitation. Hier werden wir die biografischen Informationen aus dem Leben des Wissenschaftlers kennenlernen, der dieses physikalische Dogma entdeckt hat, seine wichtigsten Bestimmungen, die Beziehung zur Quantengravitation, den Entwicklungsverlauf und vieles mehr betrachten.
Genie
Sir Isaac Newton ist ein Wissenschaftler aus England. Zu einer Zeit widmete er Wissenschaften wie Physik und Mathematik viel Aufmerksamkeit und Mühe und brachte auch viele neue Dinge in die Mechanik und Astronomie. Er gilt zu Recht als einer der ersten Begründer der Physik in ihrem klassischen Modell. Er ist Autor des Grundlagenwerks „Mathematische Prinzipien der Naturphilosophie“, in dem er Informationen über die drei Gesetze der Mechanik und das Gesetz der universellen Gravitation präsentierte. Mit diesen Arbeiten legte Isaac Newton die Grundlagen der klassischen Mechanik. Er entwickelte die Differential- und Integralrechnung, die Lichttheorie. Er leistete auch wichtige Beiträge zur physikalischen Optik.und viele andere Theorien in Physik und Mathematik entwickelt.
Recht
Das Gesetz der universellen Gravitation und die Geschichte seiner Entdeckung gehen auf das Jahr 1666 zurück. Seine klassische Form ist ein Gesetz, das die Wechselwirkung vom Gravitationstyp beschreibt, das den Rahmen der Mechanik nicht überschreitet.
Ihr Wesen war, dass der Indikator der Kraft F der Gravitationskraft, die zwischen 2 Körpern oder Materiepunkten m1 und m2 entsteht, die durch einen bestimmten Abstand r voneinander getrennt sind, proportional zu beiden Massenindikatoren ist und ein hat umgekehrte Proportionalität zu den quadratischen Abständen zwischen Körpern:
F=G, wobei G die Gravitationskonstante gleich 6 bezeichnet, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Newtonsche Schwerkraft
Bevor wir uns mit der Geschichte der Entdeckung des Gesetzes der universellen Gravitation befassen, werfen wir einen genaueren Blick auf seine allgemeinen Eigenschaften.
In der Theorie von Newton müssen alle Körper mit großer Masse ein spezielles Feld um sich herum erzeugen, das andere Objekte an sich zieht. Es heißt Gravitationsfeld und hat Potenzial.
Ein Körper mit Kugelsymmetrie bildet ein Feld außerhalb von sich selbst, ähnlich dem, das von einem materiellen Punkt gleicher Masse erzeugt wird, der sich in der Mitte des Körpers befindet.
Die Richtung der Bahn eines solchen Punktes im Gravitationsfeld, der von einem Körper mit viel größerer Masse erzeugt wird, gehorcht dem Keplerschen Gesetz. Objekte des Universums, wie zum BeispielPlanet oder Komet, gehorchen ihm ebenfalls und bewegen sich in einer Ellipse oder Hyperbel. Die Berücksichtigung der Verzerrung, die andere massive Körper erzeugen, wird unter Verwendung der Bestimmungen der Störungstheorie berücksichtigt.
Analysegenauigkeit
Nachdem Newton das Gesetz der universellen Gravitation entdeckt hatte, musste es viele Male getestet und bewiesen werden. Dazu wurden eine Reihe von Berechnungen und Beobachtungen angestellt. In Übereinstimmung mit seinen Bestimmungen und ausgehend von der Genauigkeit seines Indikators dient die experimentelle Form der Schätzung als klare Bestätigung von GR. Die Messung der Quadrupol-Wechselwirkung eines rotierenden Körpers, dessen Antennen jedoch stationär bleiben, zeigt uns, dass der Prozess der Erhöhung von δ vom Potential r -(1+δ) in einem Abstand von abhängt mehrere Meter und befindet sich im Grenzbereich (2, 1±6, 2)•10-3. Eine Reihe anderer praktischer Bestätigungen ermöglichten es, dieses Gesetz zu erlassen und eine einheitliche Form ohne Änderungen anzunehmen. 2007 wurde dieses Dogma bei einem Abstand von weniger als einem Zentimeter (55 Mikrometer – 9,59 mm) erneut überprüft. Unter Berücksichtigung der experimentellen Fehler untersuchten die Wissenschaftler den Entfernungsbereich und fanden keine offensichtlichen Abweichungen in diesem Gesetz.
Beobachtung der Umlaufbahn des Mondes in Bezug auf die Erde bestätigte ebenfalls ihre Gültigkeit.
Euklidischer Raum
Newtons klassische Gravitationstheorie ist mit dem euklidischen Raum verbunden. Die tatsächliche Gleichheit mit ausreichend hoher Genauigkeit (10-9) der Abstandsmaße im Nenner der oben diskutierten Gleichheit zeigt uns die euklidische Basis des Raumes der Newtonschen Mechanik mit einer Drei -dimensionale physische Form. BEIMzu einem solchen Materiepunkt ist die Fläche einer Kugeloberfläche genau proportional zum Wert des Quadrats ihres Radius.
Daten aus Historie
Betrachten wir eine kurze Zusammenfassung der Geschichte der Entdeckung des Gesetzes der universellen Gravitation.
Ideen wurden von anderen Wissenschaftlern vorgebracht, die vor Newton lebten. Epikur, Kepler, Descartes, Roberval, Gassendi, Huygens und andere besuchten Reflexionen darüber. Kepler schlug vor, dass die Gravitationskraft umgekehrt proportional zum Abstand vom Sonnenstern ist und nur in den Ekliptikebenen verteilt ist; nach Descartes war es eine Folge der Aktivität von Wirbeln in der Dicke des Äthers. Es gab eine Reihe von Vermutungen, die eine Widerspiegelung der korrekten Vermutungen über die Abhängigkeit von der Entfernung enthielten.
Ein Brief von Newton an Halley enthielt Informationen, dass die Vorgänger von Sir Isaac selbst Hooke, Wren und Buyo Ismael waren. Niemandem vor ihm gelang es jedoch, das Gesetz der Schwerkraft und die Planetenbewegung mit mathematischen Methoden eindeutig zu verbinden.
Die Geschichte der Entdeckung des Gesetzes der universellen Gravitation ist eng mit dem Werk "Mathematische Grundlagen der Naturphilosophie" (1687) verbunden. In dieser Arbeit konnte Newton das fragliche Gesetz dank des bereits damals bekannten Keplerschen empirischen Gesetzes ableiten. Er zeigt uns das:
- die Bewegungsform jedes sichtbaren Planeten weist auf das Vorhandensein einer zentralen Kraft hin;
- Die Anziehungskraft vom zentralen Typ bildet elliptische oder hyperbolische Bahnen.
Über Newtons Theorie
Ein Rückblick auf die kurze Geschichte der Entdeckung des Gesetzes der universellen Gravitation kann uns auch auf eine Reihe von Unterschieden hinweisen, die es von früheren Hypothesen unterscheiden. Newton war nicht nur an der Veröffentlichung der vorgeschlagenen Formel des betrachteten Phänomens beteiligt, sondern schlug auch ein mathematisches Modell in ganzheitlicher Form vor:
- Vorschrift zum Gravitationsgesetz;
- Bewegungsgesetz;
- Systematik mathematischer Forschungsmethoden.
Diese Triade war in der Lage, selbst die komplexesten Bewegungen von Himmelskörpern ziemlich genau zu untersuchen und schuf damit die Grundlage für die Himmelsmechanik. Bis zum Beginn von Einsteins Tätigkeit in diesem Modell war das Vorhandensein eines grundlegenden Satzes von Korrekturen nicht erforderlich. Lediglich der mathematische Apparat musste deutlich verbessert werden.
Gegenstand zur Diskussion
Entdecktes und bewährtes Recht wurde im Laufe des 18. Jahrhunderts zu einem bekannten Gegenstand aktiver Streitigkeiten und gewissenhafter Kontrollen. Das Jahrhundert endete jedoch mit einer allgemeinen Zustimmung zu seinen Postulaten und Aussagen. Mit den Berechnungen des Gesetzes war es möglich, die Bewegungswege der Körper im Himmel genau zu bestimmen. Eine direkte Überprüfung wurde 1798 von Henry Cavendish durchgeführt. Er tat dies mit einer Torsionswaage mit großer Sensibilität. In der Geschichte der Entdeckung des universellen Gravitationsgesetzes ist es notwendig, den von Poisson eingeführten Interpretationen einen besonderen Platz einzuräumen. Er entwickelte das Konzept des Gravitationspotentials und die Poisson-Gleichung, mit der es möglich war, dieses zu berechnenPotenzial. Diese Art von Modell ermöglichte es, das Gravitationsfeld bei einer beliebigen Materieverteilung zu untersuchen.
Es gab viele Schwierigkeiten in Newtons Theorie. Die wichtigste könnte als die Unerklärbarkeit von Fernwirkungen angesehen werden. Es war unmöglich, die Frage genau zu beantworten, wie die Anziehungskräfte mit unendlicher Geschwindigkeit durch den Vakuumraum geschickt werden.
"Evolution" des Rechts
In den nächsten 200 Jahren und sogar noch länger versuchten viele Physiker, verschiedene Möglichkeiten zur Verbesserung von Newtons Theorie vorzuschlagen. Diese Bemühungen endeten 1915 mit einem Triumph, nämlich der Schaffung der Allgemeinen Relativitätstheorie, die von Einstein geschaffen wurde. Er konnte alle Schwierigkeiten überwinden. Entsprechend dem Korrespondenzprinzip stellte sich die Newtonsche Theorie als Annäherung an die zu Beginn der Arbeit an einer Theorie in allgemeinerer Form heraus, die unter bestimmten Bedingungen anwendbar ist:
- Das Potenzial der Gravitationsnatur kann in den untersuchten Systemen nicht zu groß sein. Das Sonnensystem ist ein Beispiel für die Einh altung aller Regeln für die Bewegung von Himmelskörpern. Das relativistische Phänomen findet sich in einer auffälligen Manifestation der Perihelverschiebung wieder.
- Die Bewegungsgeschwindigkeit in dieser Gruppe von Systemen ist im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit vernachlässigbar.
Beweis, dass in einem schwachen stationären Gravitationsfeld GR-Berechnungen die Form von Newtons annehmen, ist das Vorhandensein eines skalaren Gravitationspotentials in einem stationären Feld mitschwach ausgedrückte Eigenschaften von Kräften, die die Bedingungen der Poisson-Gleichung erfüllen können.
Quantenskala
In der Geschichte konnten jedoch weder die wissenschaftliche Entdeckung des Gesetzes der universellen Gravitation noch die Allgemeine Relativitätstheorie als endgültige Gravitationstheorie dienen, da beide die Prozesse des Gravitationstyps auf dem Quanten nicht angemessen beschreiben Skala. Der Versuch, eine Theorie der Quantengravitation aufzustellen, ist eine der wichtigsten Aufgaben der modernen Physik.
Aus Sicht der Quantengravitation entsteht die Wechselwirkung zwischen Objekten durch den Austausch virtueller Gravitonen. Gemäß der Unschärferelation ist das Energiepotential virtueller Gravitonen umgekehrt proportional zu dem Zeitintervall, in dem sie existierten, vom Emissionspunkt eines Objekts bis zum Zeitpunkt ihrer Absorption durch einen anderen Punkt.
In Anbetracht dessen stellt sich heraus, dass die Wechselwirkung von Körpern auf einer kleinen Entfernungsskala den Austausch von virtuellen Gravitonen nach sich zieht. Dank dieser Überlegungen ist es möglich, die Bestimmung über das Gesetz des Newtonschen Potentials und seine Abhängigkeit gemäß dem Kehrwert der Proportionalität in Bezug auf die Entfernung zu schließen. Die Analogie zwischen den Gesetzen von Coulomb und Newton erklärt sich aus der Tatsache, dass das Gewicht von Gravitonen gleich Null ist. Das Gewicht von Photonen hat dieselbe Bedeutung.
Täuschung
Im Schullehrplan die Antwort auf eine Frage aus der Geschichte, wieNewton entdeckte das Gesetz der universellen Gravitation, ist die Geschichte einer fallenden Apfelfrucht. Der Legende nach fiel es einem Wissenschaftler auf den Kopf. Dies ist jedoch ein weit verbreiteter Irrtum, und tatsächlich konnte alles ohne einen ähnlichen Fall einer möglichen Kopfverletzung auskommen. Newton selbst hat diesen Mythos manchmal bestätigt, aber in Wirklichkeit war das Gesetz keine spontane Entdeckung und kam nicht in einem Ausbruch momentaner Einsicht. Wie oben geschrieben, wurde es lange entwickelt und erstmals in den 1687 öffentlich ausgestellten Werken über die "Grundlagen der Mathematik" vorgestellt.
