万有引力の法則の公式の読み方。万有引力の法則の発見の歴史

30.09.2019

重力（万有引力、重力）（ラテン語の gravitas - 「重力」に由来） - すべての物質体が影響を受ける、自然界における長距離の基本的な相互作用。最新のデータによると、他の力とは異なり、質量に関係なく、例外なくすべての物体に同じ加速度を与えるという意味で、それは普遍的な相互作用です。主に重力は宇宙規模で決定的な役割を果たします。学期重力重力相互作用を研究する物理学の分野の名前としても使用されます。重力を説明する古典物理学で最も成功した現代物理理論は一般相対性理論ですが、重力相互作用の量子理論はまだ構築されていません。

重力相互作用

重力相互作用は、私たちの世界の 4 つの基本的な相互作用の 1 つです。古典力学の枠組みの中で、重力相互作用が説明されます 万有引力の法則ニュートンは、2 つの物質点間の重力引力は次のように述べています。 メートル 1と メートル 2 距離を置いて離れている R、両方の質量に比例し、距離の二乗に反比例します。つまり、

ここ G- 重力定数、ほぼ等しい m3/(kg s2)。マイナス記号は、物体に作用する力が常に物体に向かう半径ベクトルの方向に等しいことを意味します。つまり、重力相互作用が常に物体の引力につながることを意味します。

万有引力の法則は、逆二乗の法則の応用の 1 つであり、放射線の研究でも発生します (たとえば、「光の圧力」を参照)。球の半径が増加すると、球全体の面積に対する単位面積の寄与が二次的に減少します。

天力学の最も単純な問題は、空の空間における 2 つの物体の重力相互作用です。この問題は最後まで分析的に解決されます。その解決策の結果は、多くの場合、次のように定式化されます。 3つの形ケプラーの法則。

相互作用する物体の数が増えると、タスクは劇的に複雑になります。したがって、すでに有名な三体問題 (つまり、運動) 3つの体非ゼロ質量を持つ) は、一般的な形式では解析的に解くことができません。数値解では、初期条件に対する解の不安定性が非常に早く発生します。この不安定性を太陽系に適用すると、1億年を超えるスケールで惑星の運動を予測することが不可能になります。

いくつかの特殊なケースでは、近似解を見つけることが可能です。最も重要なケースは、ある天体の質量が他の天体の質量よりも大幅に大きい場合です (例: 太陽系と土星の輪の力学)。この場合、最初の近似として、光体は互いに相互作用せず、大質量体の周りをケプラー軌道に沿って移動すると仮定できます。それらの間の相互作用は、摂動理論の枠組み内で考慮され、時間の経過とともに平均化されます。この場合、共鳴、アトラクター、カオスなどの自明ではない現象が発生する可能性があります。良い例そのような現象 - 土星の環の重要な構造。

ほぼ同じ質量の多数の引力物体からなるシステムの挙動を記述しようとする試みにもかかわらず、動的カオス現象のためにこれを行うことはできません。

強い重力場

強い重力場では、相対論的な速度で移動すると、一般相対性理論の影響が現れ始めます。

重力の法則のニュートンの法則からの逸脱。
重力擾乱の有限の伝播速度に関連するポテンシャルの遅延。重力波の出現。
非線形効果: 重力波相互作用する性質があるため、強い場での波の重ね合わせの原理はもはや当てはまりません。
時空の幾何学構造を変える。
ブラックホールの出現。

重力放射線

一般相対性理論の重要な予測の 1 つは重力放射線ですが、その存在は直接観測によってまだ確認されていません。しかし、その存在を支持する間接的な観測証拠があります。つまり、パルサー PSR B1913+16 (ハルス・テイラーパルサー) による連星系のエネルギー損失は、このエネルギーが次の物質によって持ち去られるというモデルとよく一致しています。重力放射線。

重力放射線は、可変の四極子モーメントまたはそれ以上の多極子モーメントを持つシステムによってのみ生成されます。この事実は、ほとんどの自然発生源の重力放射線には指向性があり、その検出が大幅に複雑であることを示唆しています。重力の力私-フィールドソースは比例します (v / c) 2私 + 2 多極が電気タイプの場合、および (v / c) 2私 + 4 - 多極が磁気タイプの場合、ここで vは放射システム内の発生源の移動の特性速度であり、 c- 光の速度。したがって、支配的なモーメントは電気タイプの四重極モーメントとなり、対応する放射線のパワーは次のようになります。

どこ Q 私j- 放射システムの質量分布の四重極モーメントテンソル。絶え間ない (1/W) により、放射パワーの大きさを推定することができます。

1969 年 (ウェーバーの実験) から現在 (2007 年 2 月) まで、重力放射線を直接検出する試みが行われてきました。アメリカ、ヨーロッパ、日本では現在の瞬間いくつかの運用中の地上検出器 (GEO 600) と、タタールスタン共和国の宇宙重力検出器のプロジェクトがあります。

重力の微妙な影響

一般相対性理論は、重力引力と時間遅延の古典的な効果に加えて、他の重力の発現の存在を予測していますが、それは地上の条件下では非常に弱く、したがってその検出と実験的検証は非常に困難です。最近まで、これらの困難を克服することは実験者の能力を超えているように思われていました。

それらの中で特に、慣性座標系 (またはレンズ・ティリング効果) の同調と重力磁場を挙げることができます。 2005 年、NASA のロボット重力探査機 B は、地球近くでこれらの影響を測定する実験を実施しました。これは前例のない精度でしたが、完全な結果まだ出版されていません。

重力の量子論

半世紀以上の試みにもかかわらず、重力は、一貫した繰り込み可能な量子理論がまだ構築されていない唯一の基本的な相互作用です。しかし、低エネルギーでは、場の量子論の精神に基づき、重力相互作用は重力子、つまりスピン 2 のゲージボソンの交換として表すことができます。

重力の標準理論

重力の量子効果は、最も極端な実験および観察条件下であっても非常に小さいという事実のため、それらの信頼できる観測はまだありません。理論的推定によれば、ほとんどの場合、重力相互作用の古典的な記述に限定できることがわかります。

現代の標準的な古典的な重力理論、つまり一般相対性理論があり、さまざまな発展度合いの多くの明確な仮説や理論が互いに競合しています (重力の代替理論の記事を参照)。これらの理論はすべて、現在実験テストが行われている近似の範囲内で非常によく似た予測を行っています。以下は、重力に関するいくつかの基本的な、最もよく開発された、または既知の理論です。

重力は幾何学的なフィールドではなく、テンソルによって記述される実際の物理的な力のフィールドです。

重力現象は、エネルギー運動量と角運動量の保存の法則が明確に満たされる平面ミンコフスキー空間の枠組み内で考慮されるべきです。したがって、ミンコフスキー空間における物体の運動は、有効リーマン空間におけるこれらの物体の運動と等価です。

計量を決定するためのテンソル方程式では、重力子の質量を考慮する必要があり、ミンコフスキー空間計量に関連付けられたゲージ条件を使用する必要があります。これにより、適切な基準系を選択することで、局所的にでも重力場が破壊されることはなくなります。

一般相対性理論と同様に、RTG では、物質とは、重力場自体を除く、あらゆる形態の物質 (電磁場を含む) を指します。 RTG 理論の結果は次のとおりです。一般相対性理論で予測された物理的物体としてのブラックホールは存在しません。宇宙は平らで、均質で、等方性で、静止しており、ユークリッド的です。

一方で、RTG 反対派の主張にも同様に説得力があり、要約すると以下の点に集約されます。

同様のことが RTG でも発生します。そこでは、非ユークリッド空間とミンコフスキー空間の間の接続を考慮するために 2 番目のテンソル方程式が導入されています。ジョルダン・ブラン・ディッケ理論には無次元フィッティングパラメータが存在するため、理論の結果が重力実験の結果と一致するようにパラメータを選択することが可能になります。

重力の理論

ニュートンの古典的な重力理論	一般相対性理論	量子重力	代替
	一般相対性理論の数学的定式化巨大な重力子による重力幾何力学 (英語)		半古典重力バイメトリック理論スカラーテンソルベクトル重力ホワイトヘッドの重力理論修正ニュートン力学複合重力

出典とメモ

文学

ヴィズジン VP重力の相対論的理論 (起源と形成、1900 ～ 1915 年)。 M.: ナウカ、1981年。 - 352c。
ヴィズジン VP 20世紀の最初の3分の1の統一理論。 M.: ナウカ、1985年。 - 304c。
イヴァネンコ D. D.、サルダナシビリ G. A.グラビティ、第 3 版 M.: URSS、2008. - 200 p.

こちらも参照

重力計

リンク

万有引力の法則、つまり「月はなぜ地球に落ちないのか?」 - コンプレックスについて

物理学の主要なサブセクション
実験物理学・理論物理学
農業物理学、音響学、天体物理学、原子、分子、光物理学、生物物理学、地球物理学、力学 (流体力学、熱力学)、数理物理学、医学物理学、形而上学、力学 (古典力学、量子力学、統計力学)、素朴物理学、神経物理学、静力学(流体静力学) · 場の量子理論 ·

ニュートンは、地球への石の落下、太陽の周りの惑星の動き、地球の周りの月の動きは力または重力の相互作用によって引き起こされることを最初に確立しました。

離れたところにある物体間の相互作用は、物体が作り出す重力場を通じて発生します。多くの実験事実のおかげで、ニュートンは 2 つの物体の引力がそれらの間の距離に依存することを確立することができました。万有引力の法則と呼ばれるニュートンの法則は、任意の 2 つの物体は、それらの質量の積に比例し、それらの間の距離の 2 乗に反比例する力で互いに引き付けられると述べています。法則は、宇宙内の質量を持つ任意の物体のペア間の重力相互作用を記述するため、普遍的または普遍的と呼ばれます。これらの力は非常に弱いですが、それに対する障壁はありません。

法律を文字通り表現すると次のようになります。

重力

地球儀は、地球上に落下するすべての物体に同じ加速度 g = 9.8 m/s2 を与えます。これは重力加速度と呼ばれます。これは、地球が重力と呼ばれる力で作用し、すべての物体を引き付けていることを意味します。これプライベートビュー万有引力の力。重力というのは、、キログラム (kg) で測定される体重 m に依存します。値 g = 9.8 m/s2 はおおよその値と見なされますが、緯度や経度が異なると、その値は次の理由によりわずかに変化します。

地球の半径は極点から赤道まで変化します（これにより、赤道では g の値が 0.18% 減少します）。
回転によって生じる遠心効果は地理的な緯度に依存します (値は 0.34% 減少します)。

無重力

物体が重力の影響下にあると仮定します。他の力はそれに作用しません。この動きを自由落下といいます。 F ヘビーだけが身体に作用している間、身体は無重力状態になります。自由落下では人の体重はなくなります。

重量は、ボディがサスペンションを伸ばす力、または水平方向のサポートに作用する力です。

無重力状態は、落下傘兵がジャンプ中に経験したり、人がスキージャンプ中に体験したり、飛行機の乗客がエアポケットに落ちたりしたときに経験します。私たちが無重力を感じるのはほんの数秒間だけです。しかし、エンジンを停止して軌道上を飛行する宇宙船に乗っている宇宙飛行士は無重力状態を経験する長い間。宇宙船は自由落下状態にあり、物体はサポートやサスペンションの作用を停止し、無重力状態になります。

人工地球衛星

ある程度の速度があれば地球の重力に打ち勝つことは可能です。重力の法則を使用すると、惑星の周りの円軌道を回転する質量 m の物体が、惑星に落下せずにその衛星になる速度を決定できます。地球の周りを回る物体の動きを考えてみましょう。身体には地球からの重力が働いています。ニュートンの第 2 法則から次のことがわかります。

物体は向心加速度で円運動するので、次のようになります。

ここで、r は円軌道の半径、R = 6400 km は地球の半径、h は衛星が移動する地表からの高さです。質量 m の物体に作用する力 F は次のようになります。 , ここで、Mz = 5.98*1024 kg - 地球の質量。
我々は持っています：。スピード感を表現するそれは呼ばれます最初の宇宙速度は、物体が送信される最低速度であり、物体は人工地球衛星 (AES) になります。

円形とも言います。高さを 0 として、この速度を求めます。これは次とほぼ等しくなります。
これは、大気抵抗がない場合に地球の周りを円軌道で公転する人工衛星の速度に等しい。
この式から、衛星の速度は質量に依存しないことがわかります。つまり、どんな物体でも人工衛星になれるということです。
物体にさらに大きな速度を与えると、地球の重力に打ち勝つことができます。

第 2 宇宙速度は、追加の力の影響を受けずに物体が重力を克服して太陽の衛星になることができる最低速度です。

この速度は放物線と呼ばれ、(大気の抵抗がない場合) 地球の重力場における物体の放物線の軌道に相当します。次の式から計算できます。

ここで r は地球の中心から発射場までの距離です。
地球の表面近く。物体が太陽系を離れ、広大な宇宙を歩き回る速度には別の速度があります。

第三の宇宙速度、それが可能な最低速度宇宙船、太陽の重力を克服して太陽系を離れる。

このスピード

アリストテレスは、重い物体は軽い物体よりも早く地面に落ちると主張しました。

ニュートンは、月は地球の重力の影響を受けるため、湾曲した軌道に沿って移動する発射体として考える必要があると提案しました。地球の表面も湾曲しているため、発射体が十分な速度で移動すると、その湾曲した軌道は地球の曲率に従い、惑星の周囲に「落下」します。発射体の速度を上げると、地球の周りの軌道は楕円になります。

ガリレオは 17 世紀初頭に、すべての物体が「平等に」落下することを示しました。そして同じ頃、ケプラーは惑星がその軌道上を移動する原因は何なのか疑問に思いました。もしかしたら磁気のせいでしょうか？アイザック・ニュートンは、「」に取り組んで、これらすべての動きを、単純な普遍法則に従う重力と呼ばれる単一の力の作用に還元しました。

ガリレオは、重力の影響下で落下する物体が移動する経路は落下時間の二乗に比例することを実験的に示しました。つまり、2 秒以内に落下するボールは 4 回移動することになります。より長い道のり 1 秒以内に同じオブジェクトよりも速くなります。ガリレオはまた、速度が落下時間に正比例することを示し、このことから、砲弾は放物線軌道に沿って飛行すると推論しました。放物線軌道は、ケプラーによれば、惑星がそれに沿って移動する楕円のような円錐曲線の一種です。しかし、このつながりはどこから来るのでしょうか?

1660 年代半ばの大疫病でケンブリッジ大学が閉鎖されたとき、ニュートンは家族の敷地に戻り、そこで重力の法則を定式化しましたが、その後 20 年間秘密にしていました。（リンゴが落ちた話は、80歳のニュートンが大規模なディナーパーティーの後に語るまで前代未聞だった。）

彼は、宇宙のすべての物体は他の物体を引き付ける重力を生成し（ちょうどリンゴが地球に引き寄せられるのと同じように）、この同じ重力が星、惑星、その他の天体が宇宙で移動する軌道を決定すると示唆しました。

アイザック・ニュートンは、衰退期にこの出来事がどのように起こったかを語った。両親の敷地内にあるリンゴ園を歩いていたとき、突然、昼間の空に月が見えた。そして彼の目の前で、リンゴが枝から落ちて地面に落ちました。ニュートンはまさにその時、運動法則について研究していたため、リンゴが地球の重力場の影響下にあることをすでに知っていました。彼はまた、月は空に浮かんでいるだけではなく、地球の周りの軌道上を回転しているため、月が軌道を外れて直線的に飛んでいくのを妨げる何らかの力の影響を受けていることも知っていました。オープンスペースへ。そこで彼は、リンゴが地面に落ちるのも、月が地球の周りの軌道に留まるのも同じ力なのかもしれないと思いつきました。

逆二乗則

ニュートンは、地球の重力の影響下での月の加速度の大きさを計算することができ、それが地球の近くの物体（同じリンゴ）の加速度よりも数千倍小さいことを発見しました。それらが同じ力で動いた場合、どのようにしてこのようなことが起こり得るでしょうか?

ニュートンの説明では、重力は距離が進むにつれて弱くなるというものでした。地球の表面上の物体は、月よりも惑星の中心に 60 倍近いです。月の周りの重力はリンゴの 1/3600 または 1/602 です。したがって、地球とリンゴ、地球と月、太陽と彗星など、2 つの物体間の引力は、それらを隔てる距離の 2 乗に反比例します。距離が 2 倍になると力は 4 分の 1 に減少し、3 倍になると力は 9 分の 1 になります。などです。力は物体の質量にも依存します。質量が大きいほど、重力は強くなります。

万有引力の法則は次の式で表すことができます。
F = G(Mm/r 2)。

ここで: 重力は大きい方の質量の積に等しい Mそして質量が少ない メートルそれらの間の距離の二乗で割った値 r2大文字で示される重力定数を掛けます。 G（小文字 g重力誘起加速度の略）。

この定数は、宇宙の任意の場所にある 2 つの質量間の引力を決定します。 1789 年には、地球の質量 (6·1024 kg) を計算するために使用されました。ニュートンの法則は、2 つの物体からなるシステムの力と動きを予測するのに優れています。しかし、3 つ目を追加すると、すべてが大幅に複雑になり、(300 年後) カオスの数学につながります。

すべての物体の間には、と呼ばれる引力が存在することはすでにご存知でしょう。 万有引力の力.

彼らの作用は、例えば、物体が地球に落ちたり、月が地球の周りを公転したり、惑星が太陽の周りを公転したりするという事実に現れます。重力が消滅すると、地球は太陽から遠ざかります(図14.1)。

万有引力の法則は、17 世紀後半にアイザックニュートンによって定式化されました。
距離 R に位置する質量 m 1 および m 2 の 2 つの物質点は、それらの質量の積に正比例し、それらの間の距離の 2 乗に反比例する力で引き付けられます。各力の係数

比例係数 G は次のように呼ばれます。 重力定数。（ラテン語の「gravitas」（重さ）から。）測定により、次のことが示されました。

G = 6.67 * 10 -11 N * m 2 / kg 2。 (2)

万有引力の法則は別のことを明らかにします大切な財産体重: 体の慣性だけでなく、重力特性の尺度でもあります。

1. 互いに 1 m の距離にある、それぞれ重さ 1 kg の 2 つの物質間の引力はいくらですか? この力は、質量 2.5 mg の蚊の体重の何倍大きいか小さいでしょうか?

重力定数のこのような小さな値は、私たちが周囲の物体間の重力引力に気づかない理由を説明します。

重力は、相互作用する物体の少なくとも 1 つが巨大な質量を持つ場合にのみ顕著に現れます。たとえば、それが星や惑星です。

3. 2 つの物質点間の距離が 3 倍に増加すると、間の引力はどのように変化しますか?

4.質量 m の 2 つの質点はそれぞれ力 F で引き付けられます。同じ距離にある質量 2m と 3m の質点はどのような力で引き付けられますか?

2. 太陽の周りの惑星の動き

太陽から惑星までの距離は、太陽と惑星の大きさよりも何倍も長いです。したがって、惑星の動きを考えるとき、それらは物質点と考えることができます。したがって、惑星が太陽に向かう引力は、

ここで、m は惑星の質量、M С は太陽の質量、R は太陽から惑星までの距離です。

惑星が太陽の周りを一様に円を描いて運動していると仮定します。次に、惑星の加速度 a = v 2 /R が太陽の重力 F の作用によるものであることと、ニュートンの第 2 法則によれば次の事実を考慮すれば、惑星の運動速度を求めることができます。、F = ま。

5. 惑星の速度を証明する

軌道半径が大きいほど、惑星の速度は遅くなります.

6. 土星の軌道半径は地球の軌道半径の約 9 倍です。地球がその軌道を秒速 30 km で移動する場合、土星の速度はおよそどのくらいになるかを口頭で調べてください。

1 回転周期 T に等しい時間内に、惑星は速度 v で移動し、半径 R の円の長さに等しい経路を移動します。

7. 惑星の公転周期を証明する

この式から次のことがわかります 軌道半径が大きいほど、惑星の公転周期は長くなります.

9. 太陽系のすべての惑星についてそれを証明してください

手がかり。式(5)を使用します。
式 (6) から次のことがわかります。 太陽系のすべての惑星では、公転半径の 3 乗と公転周期の 2 乗の比は同じです。。このパターン (ケプラーの第 3 法則と呼ばれます) は、デンマークの天文学者ティコブラーエによる長年の観測結果に基づいて、ドイツの科学者ヨハネスケプラーによって発見されました。

3. 万有引力の法則の公式が適用できる条件

ニュートンは次の公式を証明しました

F = G(m 1 m 2 /R 2)

2 つの物質点間の引力については、以下を使用することもできます。
– 均質なボールおよび球の場合 (R はボールまたは球の中心間の距離、図 14.2、a)。

– 均質なボール (球) と質点の場合 (R はボール (球) の中心から質点までの距離、図 14.2、b)。

4. 重力と万有引力の法則

上記の条件の 2 番目は、式 (1) を使用すると、この物体よりもはるかに大きい均質なボールに対する任意の形状の物体の引力を見つけることができることを意味します。したがって、式（1）を使用して、その表面にある物体の地球への引力を計算することができます（図14.3、a）。重力の式が得られます。

(地球は均質な球ではありませんが、球対称であると考えることができます。これは、式 (1) を適用する可能性を十分に考慮しています。)

10. 地球の表面近くでそれを証明してください

M Earth は地球の質量、R Earth はその半径です。
手がかり。式 (7) と F t = mg という事実を使用します。

式(1)を使用すると、地表から高さ h の位置での重力加速度を求めることができます (図 14.3、b)。

11. それを証明してください

12. 地球の表面からその半径に等しい高さでの重力加速度はいくらですか?

13. 月の表面の重力加速度は地球の表面の何倍小さいですか?
手がかり。式 (8) を使用して、地球の質量と半径を月の質量と半径に置き換えます。

14. 白色矮星の半径は地球の半径と等しく、その質量は太陽の質量と等しくなります。このような「小人」の表面にある重り1キログラムの重さは何ですか？

5. 第一脱出速度

それをよく想像してみましょう高山彼らは巨大な大砲を設置し、それを水平方向に発射しました（図14.4）。

多ければ多いほど初速発射体はより遠くまで落下します。地球の周りを円を描くように初速を選べば全く落ちません。円軌道を飛行するこの発射体は、地球の人工衛星になります。

衛星発射体を地球の低軌道上で移動させます (これは、半径が地球 R 地球の半径と等しい軌道の名前です)。
で等速運動衛星は求心加速度 a = v2/REarth で円に沿って移動します。ここで、v は衛星の速度です。この加速は重力の作用によるものです。その結果、衛星は地球の中心に向かう重力加速度を受けて移動します（図14.4）。したがって、a = g となります。

15. 地球の低軌道を移動するときの衛星の速度は次のとおりであることを証明してください。

手がかり。向心加速度には公式 a = v 2 /r を使用し、地球の半径 R の軌道上を移動する場合、衛星の加速度は重力加速度に等しいという事実を使用します。

重力の影響下で物体が地表近くの円軌道を運動するために物体に与えられなければならない速度 v 1 は、第一脱出速度と呼ばれます。これは約 8 km/s に相当します。

16. 最初の脱出速度を地球の重力定数、質量、半径で表します。

手がかり。前のタスクで取得した式で、地球の質量と半径を月の質量と半径に置き換えます。

物体が地球の近くから永久に離れるためには、約 11.2 km/s の速度が与えられなければなりません。これを第二脱出速度といいます。

6. 重力定数の測定方法

地球表面付近の重力加速度 g、地球の質量、半径が既知であると仮定すると、重力定数 G の値は式 (7) を使用して簡単に求めることができます。しかし、問題は、18 世紀の終わりまで地球の質量を測定できなかったことです。

したがって、重力定数 G の値を求めるには、互いに一定の距離にある質量が既知の 2 つの物体の引力を測定する必要がありました。 18世紀末、英国の科学者ヘンリー・キャベンディッシュはそのような実験を行うことができました。

彼は、小さな金属球 a と b を備えた軽い水平棒を細い弾性糸で吊り下げ、糸の回転角度を使用して、大きな金属球 A と B からこれらの球に作用する引力を測定しました (図 14.5)。科学者は、糸に取り付けられた鏡からの「うさぎ」の変位によって、糸の小さな回転角度を測定しました。

キャベンディッシュの実験は、この実験によって初めて地球の質量を測定することが可能になったため、比喩的に「地球の重量測定」と呼ばれました。

18. 地球の質量を G、g、R Earth で表します。

追加の質問とタスク

19. それぞれ 6000 トンの重さの 2 隻の船が 2 mN の力で引き寄せられます。船間の距離はどれくらいですか？

20. 太陽はどのような力で地球を引き寄せますか?

21. 体重60kgの人はどのような力で太陽を引き寄せますか?

22. 地球の表面からその直径に等しい距離での重力加速度はいくらですか?

23. 地球の重力による月の加速度は、地球表面の重力加速度の何倍小さいですか?

24. 火星の表面における自由落下の加速度は、地球の表面における自由落下の加速度の 2.65 分の 1 です。火星の半径は約3400kmです。火星の質量は地球の質量の何倍小さいですか?

25. 発行期間はどれくらいですか? 人工衛星地球は低軌道にある?

26. 火星の最初の脱出速度はどれくらいですか? 火星の質量は6.4 * 10 23 kg、半径は3400 kmです。

最も神秘的なだけでなく、 自然の力、しかし最も強力でもあります。

進歩の道を歩む男

歴史的に判明したのは、人間前進するにつれて 進歩の方法ますます強力になる自然の力を克服しました。彼は拳に握りしめた棒と自分の体力しかない状態からスタートした。

しかし彼は賢明で、動物の体力を自分の奉仕に取り入れ、動物を飼い慣らしました。馬は疾走を加速し、ラクダは砂漠を通行可能にし、ゾウは湿地のジャングルを通行可能にしました。しかし体力どんなに強い動物でも、自然の力の前では計り知れないほど弱いのです。

人間は最初に火の要素を征服しましたが、それは最も弱体化したバージョンに限られていました。最初は、何世紀にもわたって、彼は燃料として木材のみを使用していました。これは非常に低エネルギーの燃料です。しばらくして、彼はこのエネルギー源を使って風のエネルギーを利用することを学び、男は帆の白い翼を空に上げました - そして光の船は鳥のように波を横切って飛びました。

波上のヨット

彼は風車の羽根を突風にさらすと、石臼の重い石が回転し始め、粉砕機の杵がガタガタし始めました。しかし、エアジェットのエネルギーが決して集中しているわけではないことは誰の目にも明らかです。さらに、帆も風車も風が吹くのを恐れていました。嵐で帆が破れて船が沈み、嵐で翼が折れて風車がひっくり返りました。

もっと後の男流水の征服が始まった。ホイールは、水のエネルギーを回転運動に変換できる最も原始的な装置であるだけでなく、さまざまなタイプと比較して最も強力ではありません。

人類は進歩のはしごを前に進み、ますます多くのエネルギーを必要としました。
彼は新しいタイプの燃料を使用し始めました - すでに石炭燃焼への移行により、燃料1キログラムのエネルギー強度が2500 kcalから7000 kcalにほぼ3倍増加しました。そして石油とガスの時代がやって来ました。化石燃料 1 キログラムあたりのエネルギー含有量は、再び 1.5 ～ 2 倍に増加しました。

蒸気エンジンは蒸気タービンに取って代わりました。ミルホイールは水力タービンに置き換えられました。次に、男は核分裂中のウラン原子に手を伸ばした。しかし、新しいタイプのエネルギーの最初の使用は悲劇的な結果をもたらしました。1945 年の広島の核火災は、数分以内に 7 万人の心臓を焼き尽くしました。

1954 年に世界初のソ連の原子力発電所が稼働し、ウランの力を電流の放射力に変えました。そして、1キログラムのウランには、1キログラムの最高の石油よりも200万倍多くのエネルギーが含まれていることに注意する必要があります。

このような驚異的な量のエネルギーの誕生につながるプロセスを研究したのは物理学者だったため、これは根本的に新しい火災であり、物理的と呼ぶことができました。
核燃料はウランだけではありません。より強力なタイプの燃料、水素同位体がすでに使用されています。

残念ながら、人類はまだ水素とヘリウムの核の炎を鎮めることができていません。彼は、全燃焼の火に瞬間的に点火し、ウラン爆発の閃光で水素爆弾の反応を引き起こす方法を知っています。しかし科学者らは、水素同位体原子核がヘリウム原子核に融合して電流が発生する水素原子炉がますます近づいていることも観察している。

繰り返しますが、人が燃料 1 キログラムから摂取できるエネルギー量はほぼ 10 倍になります。しかし、この段階は、自然の力に対する人類の力の今後の歴史において最後のものとなるでしょうか?

いいえ！その先にあるのは、エネルギーの重力形態を習得することです。それは、水素とヘリウムの核融合のエネルギーよりもさらに慎重にパッケージ化されています。今日、これは人間が想像することさえできる最も集中したエネルギーの形態です。

そこには科学の最先端を超えたものはまだ何も見えていません。そして、発電所は人類のために機能し、重力エネルギーを電流に（そしておそらくはジェットエンジンのノズルから逃げるガスの流れに、または遍在するシリコンと酸素の原子の計画された変換に）変換すると自信を持って言えますが、超希少金属の原子に）、そのような発電所（ロケットエンジン、物理的原子炉）の詳細についてはまだ何も言えません。

銀河誕生の起源における万有引力の力

銀河誕生の根源には万有引力がある学者のV.A.アンバーツミャン氏は、星前物質からだと確信している。誕生時に与えられた恒星燃料を使い果たし、時間を使い果たした恒星を消滅させます。

あなたの周りを見回してください。地球上のすべてのものは主にこの力によって制御されています。

私たちの惑星の層状構造、つまり岩石圏、水圏、大気の交代を決定するのはこれです。厚い空気ガスの層を保持しているのは彼女であり、その底で私たちはそのおかげで存在しています。

重力がなければ、地球はすぐに太陽の周りの軌道から外れ、地球そのものが遠心力によって引き裂かれてバラバラになってしまいます。多かれ少なかれ万有引力に依存しないものを見つけるのは困難です。

もちろん、非常に観察力の高い古代の哲学者たちは、上に投げられた石は必ず戻ってくることに気づかずにはいられませんでした。紀元前 4 世紀のプラトンは、宇宙のすべての物質は、同様の物質のほとんどが集中する場所に傾向があると述べてこれを説明しました。つまり、投げられた石は地面に落ちるか底に落ち、こぼれた水は近くの池や池に浸透します。川が海に向かって流れ、火の煙がその同類の雲に向かって押し寄せます。

プラトンの弟子アリストテレスは、すべての物体には重さと軽さという特別な特性があることを明らかにしました。重い物体（石、金属）は宇宙の中心に向かって押し寄せ、軽い物体（火、煙、蒸気）は宇宙の周辺部に向かっていきます。この仮説は、万有引力に関連するいくつかの現象を説明するもので、2,000 年以上前から存在しています。

万有引力についての科学者

おそらく最初に問題を提起したのは、 万有引力の力本当に科学的には、ルネサンスの天才、レオナルド・ダ・ヴィンチがいました。レオナルドは、重力は地球に特有のものではなく、多くの重心が存在すると主張しました。そして彼は、重力は重心までの距離に依存するという考えも表明しました。

コペルニクス、ガリレオ、ケプラー、ロバート・フックの研究は、万有引力の法則のアイデアにますます近づきましたが、その最終的な定式化では、この法則はアイザック・ニュートンの名前と永遠に関連付けられています。

アイザック・ニュートンが万有引力について語る

1643年1月4日生まれ。彼はケンブリッジ大学を卒業し、学士となり、その後理学修士を取得しました。

アイザック・ニュートン

それ以上のものはすべて無限の富です科学的作品。しかし、彼の主著は 1687 年に出版された『自然哲学の数学的原理』であり、通常は単に「原理」と呼ばれています。偉大なものが形成されるのは彼らの中にあります。おそらく誰もが高校時代の彼のことを覚えているでしょう。

すべての物体は、これらの物体の質量の積に正比例し、それらの間の距離の二乗に反比例する力で互いに引き付け合います...

この公式の規定の一部はニュートンの前任者を予測することができましたが、それを完全に達成することに成功した人は誰もいませんでした。地球の重力を月に、そして太陽を惑星系全体に拡張するために、これらの断片を単一の全体に組み立てるには、ニュートンの天才が必要でした。

ニュートンは万有引力の法則から、ケプラーが以前に発見した惑星運動の法則をすべて演繹しました。それらは単にその結果であることが判明しました。さらに、ニュートンは、ケプラーの法則だけでなく、(3 つ以上の物体の世界では) これらの法則からの逸脱も万有引力の結果であることを示しました。これは科学の偉大な勝利でした。

ついに発見され、数学的に説明されたかに見えた主力世界を動かす自然、空気の分子、リンゴ、太陽を制御する力。ニュートンの踏み出した一歩は巨大で、計り知れないほど大きかった。

優秀な科学者の研究を広めた最初の人物フランスの作家ヴォルテールのペンネームで世界的に有名なフランソワ・マリー・アルエは、ニュートンが落ちてくるリンゴを見たとき、突然自分の名にちなんで名付けられた法則の存在に気づいたと語った。

ニュートン自身はこのリンゴについて言及したことはありません。そして、この美しい伝説に反論するために今日時間を無駄にする価値はほとんどありません。そして、どうやら、理解するには大きな力ニュートンは論理的推論によって自然に到達しました。おそらく『始まり』の該当章に収録されていたのはこれだったのだろう。

万有引力は原子核の飛行に影響を与える

頂上が大気圏内にないほど高い非常に高い山に、巨大な大砲を設置したとします。その銃身は表面に対して厳密に平行に配置されましたグローブそして解雇されました。アークについて説明したところ、 コアは地球に落下する.

装薬量を増やし、火薬の品質を向上させ、次の発砲後の砲弾の移動速度を何らかの方法で強制します。コアによって描かれる円弧はより平坦になります。核心は山の麓からさらに遠くにあります。

チャージも増やして撃ちます。コアは地球の表面と平行に降下するような平坦な軌道に沿って飛行します。コアはもはや地球に落下することはできません。コアが減少するのと同じ速度で、地球はその下から脱出します。そして、私たちの惑星の周りの輪を描いた後、核は出発点に戻ります。

その間に銃を取り外すことができます。結局のところ、コアが地球を一周する飛行には1時間以上かかります。そして、コアはすぐに山の頂上を飛び越え、地球の周りの新たな飛行に出発します。私たちが同意したように、コアが空気抵抗を受けなければ、落下することは決してありません。

このためには、コア速度が 8 km/秒近くである必要があります。コアの飛行速度を上げたらどうなるでしょうか? それは最初、地球の表面の曲率よりも平らな弧を描いて飛行し、地球から遠ざかり始めます。同時に、地球の重力の影響を受けて速度が低下します。

そして最後に、向きを変えると、地球に戻り始めますが、地球を通り過ぎて飛んで、円ではなく楕円を閉じます。核は、地球が太陽の周りを移動するのとまったく同じ方法で、つまり楕円に沿って、地球の中心が位置する焦点の1つで地球の周りを移動します。

さらにコアの初速を上げると楕円はさらに伸びます。この楕円を引き伸ばして、コアが月の軌道、あるいはさらに遠くに到達するようにすることも可能です。しかし、このコアの初速度が秒速 11.2 km を超えるまでは、地球の衛星のままです。

発射時に秒速11.2km以上の速度を得た核は、放物線を描く軌道に沿って地球から永遠に飛び去ってしまう。楕円が閉じた曲線である場合、放物線は無限に向かう 2 つの枝を持つ曲線です。楕円に沿って移動すると、それがどれほど長くても、必然的に出発点に体系的に戻ります。放物線に沿って進んでいくと、決して原点に戻ることはありません。

しかし、この速度で地球を離れても、コアはまだ無限に飛行することはできません。太陽の強力な重力は、その飛行軌道を曲げ、惑星の軌道のように太陽自身の周りを閉じます。コアは地球の姉妹となる、私たちの惑星ファミリーの中で独立した小さな惑星になります。

太陽の重力に打ち勝ち、惑星系の外へコアを向けるには、毎秒16.7km以上の速度を与え、この速度に地球自身の運動の速度が加わるように向ける必要がある。

約 8 km/秒の速度 (この速度は大砲が発射される山の高さによって異なります) は円速度と呼ばれ、8 ～ 11.2 km/秒の速度は楕円形、11.2 ～ 16.7 km/秒の速度は放物線、この数値を超えると、解放的なスピードで走行できます。

これらの速度の与えられた値は地球に対してのみ有効であることをここで付け加えておく必要があります。もし私たちが火星に住んでいたら、円周速度ははるかに簡単に達成できるでしょう。それはわずか約 3.6 km/秒であり、放物線速度は 5 km/秒よりわずかに速いだけです。

しかし、木星からコアを宇宙に送るのは、地球からよりもはるかに困難です。この惑星の円周速度は 42.2 km/秒であり、放物線の速度は 61.8 km/秒にもなります。

太陽の住人にとって、自分たちの世界を離れることは最も難しいことでしょう（もちろん、そのような世界が存在するならばですが）。この巨人の周回速度は 437.6、離脱速度は 618.8 km/秒になるはずです。

それでニュートンの XVII後期モンゴルフィエ兄弟が暖かい空気で満たされた気球が初飛行する100年前、ライト兄弟の飛行機が初飛行する200年前、そして最初の液体燃料ロケットが離陸するほぼ4分の1千年前。、それは衛星と宇宙船が空への道を示しました。

万有引力はあらゆる球体に固有に存在します

を使用することで 万有引力の法則未知の惑星が発見され、太陽系の起源に関する宇宙論的仮説が作成されました。星、惑星、庭のリンゴ、大気中のガス分子を制御する自然の主な力が発見され、数学的に説明されています。

しかし、万有引力の仕組みはわかっていません。ニュートン重力は説明しませんが、惑星運動の現代の状態を明確に表しています。

宇宙のすべての物体の相互作用が何が原因で起こるのかはわかりません。そして、ニュートンがこの理由に興味がなかったとは言えません。長年にわたり、彼はその可能性のあるメカニズムについて考えました。

ところで、これは実に不思議な力です。一見したところ、相互作用の伝達を説明できるような物質の形成がまったく見られない、数億キロメートルの空間を通して現れる力。

ニュートンの仮説

そして ニュートンに頼った仮説宇宙全体を満たすと思われる特定のエーテルの存在について。 1675年、彼は、宇宙全体を満たすエーテルが連続的な流れとなって地球の中心に向かって突進し、この動きですべての物体を捕らえ、重力を生み出すという事実によって、地球への引力を説明しました。同じエーテルの流れが太陽に向かって突進し、惑星や彗星を運び、その楕円軌道を保証します...

これは完全に数学的に論理的ではありましたが、あまり説得力のある仮説ではありませんでした。しかしその後、1679 年にニュートンは重力のメカニズムを説明する新しい仮説を作成しました。今回、彼はエーテルに、惑星の近くと惑星から遠いところで異なる濃度を持つという特性を与えました。惑星の中心から遠くなるほど、エーテルの密度は高くなると言われています。そして、すべての物質体をより密度の高い層からより密度の低い層に絞り出す性質があります。そしてすべての死体が地表に押し出されます。

1706 年、ニュートンはエーテルの存在そのものを鋭く否定しました。 1717 年に、彼は再びエーテルの押し出しの仮説に戻りました。

ニュートンの優秀な頭脳は解決策に苦心した大きな秘密そして彼女は見つかりませんでした。これは、左右へのこのような鋭い投げを説明します。ニュートンはこう言うのが好きでした。

仮説は立てません。

そして、私たちが検証できたところ、これは完全に真実ではありませんが、別のことは確かに言えるでしょう。ニュートンは、議論の余地のないものと、不安定で物議を醸す仮説とを明確に区別する方法を知っていました。そして『原理』には大法則の公式はあるが、その仕組みを説明する試みはない。
偉大な物理学者はこの謎を未来の人に遺しました。彼は 1727 年に亡くなりました。
それは今日に至るまで解決されていない。

ニュートンの法則の物理的本質に関する議論には 2 世紀かかりました。そしておそらく、この議論が法律に求められるすべての質問に正確に答えるのであれば、法律の本質そのものには関係しないでしょう。

しかし実際のところ、時間が経つにつれて、この法則は普遍的ではないことが判明しました。あれやこれやの現象を説明できない場合があるということ。例を挙げてみましょう。

ゼーリガーの計算における万有引力の力

それらの最初のパラドックスはゼーリガーのパラドックスです。宇宙は無限であり、物質で均一に満たされていると考え、ゼーリガーは、ニュートンの法則に従って、無限に大きな質量全体によって生み出される万有引力の力を計算しようとしました。無限の宇宙ある時点で。

これは純粋数学の観点からすると簡単な作業ではありませんでした。最も複雑な変換のすべての困難を克服したゼーリガーは、万有引力の望ましい力が宇宙の半径に比例することを確立しました。そしてこの半径以来無限大に等しいとすると、重力は無限に大きくなるはずです。しかし、実際にはこれは観察されません。これは、万有引力の法則が宇宙全体には当てはまらないことを意味します。

ただし、この矛盾については別の説明も可能です。たとえば、物質は宇宙全体を均一に満たしているわけではなく、その密度が徐々に減少し、最終的には非常に遠いどこかで物質がまったく存在しなくなる、と仮定できます。しかし、そのような絵を想像することは、物質のない空間が存在する可能性を認めることを意味し、一般的には不合理です。

万有引力の力は距離の二乗の増加よりも早く弱まると考えられます。しかし、これはニュートンの法則の驚くべき調和に疑問を投げかけます。いいえ、この説明は科学者を満足させるものではありませんでした。パラドックスはパラドックスのままでした。

水星の動きの観測

もう一つの事実、ニュートンの法則では説明できない万有引力の作用が、 水星の動きの観測- 惑星に最も近い。ニュートンの法則を使用した正確な計算により、水星が太陽に最も近づく楕円の点であるパー日点は 100 年あたり 531 秒角移動するはずであることが示されました。

そして天文学者は、この変位が 573 秒角に等しいと判断しました。この過剰な 42 秒角もまた、ニュートンの法則から生じる公式だけを使用して科学者によって説明することはできませんでした。

彼はゼーリガーのパラドックス、水星の近日点の移動、その他多くの逆説的な現象を説明しました。説明のつかない事実 アルバート・アインシュタイン、史上最も偉大ではないにしても、最も偉大な物理学者の一人。面倒な些細な事柄の中には、次のような質問がありました。 空気のような風.

アルバート・マイケルソンの実験

この質問は重力の問題に直接関係していないようでした。彼は光学、光に関係していました。より正確には、その速度を決定します。

光の速度はデンマークの天文学者によって初めて決定されました オラフ・ローマー、木星の衛星の日食を観察します。これは1675年に起こりました。

アメリカの物理学者 アルバート・マイケルソン V XVIII後期世紀に、彼が設計した装置を使用して、地球条件下での光速度の一連の測定を実行しました。

1927 年に、彼は光の速度に 299796 + 4 km/秒の値を与えました。これは当時としては優れた精度でした。しかし、ポイントは違います。 1880 年、彼はこの世のものとは思えない風を探求することを決意しました。彼は、まさにエーテルの存在を最終的に確立したいと考えており、その存在によって重力相互作用の伝達と光波の伝達の両方を説明しようとしました。

マイケルソンはおそらく当時最も注目に値する実験家でした。彼は素晴らしい装備を持っていました。そして彼は成功をほぼ確信していました。

経験の本質

経験このように意図されていました。 地球はその軌道上を秒速約30kmの速度で移動します。エーテル中を移動します。これは、地球の動きに対する受信機の前にある光源からの光の速度は、反対側にある光源からの光の速度よりも大きくなければならないことを意味します。前者の場合、エーテル風の速度が光の速度に加算されなければなりません。後者の場合、光の速度はその分だけ減少する必要があります。

もちろん、地球が太陽の周りを公転する速度は光速のわずか1万分の1です。このような小さな用語を検出するのは非常に困難ですが、マイケルソンが正確さの王と呼ばれたのは当然のことです。彼は賢い方法を使って、光線の速度の「とらえどころのない」違いを捉えました。

彼はビームを 2 つの等しい流れに分割し、それらを子午線に沿ってと平行線に沿って、互いに直交する方向に向けました。鏡に反射して、光線が戻ってきました。平行線に沿って進むビームがエーテル風の影響を受ける場合、それが子午線ビームに追加されると、干渉縞が現れ、2 つのビームの波の位相がずれます。

しかし、マイケルソンにとって、両方の光線の経路を非常に正確に測定して、それらが完全に同一になるようにすることは困難でした。そこで彼は干渉縞が出ないように装置を組み立て、それを 90 度回転させました。

子午線は緯度になり、その逆も同様です。エーテル風が吹くと、接眼レンズの下に黒と光の縞模様が現れるはずです。しかし、彼らはそこにはいませんでした。おそらく、科学者は装置を回転させるときにそれを動かしたのでしょう。

彼は正午にそれを設置し、確保した。結局のところ、軸の周りを回転するという事実に加えて。したがって、異なる時間その日、緯度ビームは、近づいてくる空気のような風に対して異なる位置を占めます。さて、装置が厳密に動かないときは、実験の正確さを確信することができます。

また干渉縞はなくなりました。実験は何度も行われ、マイケルソンと彼とともに当時の物理学者全員が驚いた。霊的な風は検出されませんでした! 光はすべての方向に同じ速度で移動しました。

これを説明できる人は誰もいません。マイケルソンは何度も実験を繰り返し、装置を改良し、最終的には実験の成功に必要な精度を一桁上回る、ほぼ信じられないほどの測定精度を達成しました。そしてまた何もありません！

アルバート・アインシュタインの実験

次の大きな一歩 万有引力の力についての知識した アルバート・アインシュタイン.
アルバート・アインシュタインはかつてこう尋ねられました。

どのようにして特殊相対性理論に到達したのですか? この素晴らしいアイデアはどのような状況で思いつきましたか? 科学者はこう答えた。「私はいつもこうだと想像していました。」

おそらく彼は率直になりたくなかったのかもしれないし、迷惑な対話者を追い払いたかったのかもしれない。しかし、アインシュタインが発見した時間、空間、速度のつながりという概念が生来のものだったとは考えにくいです。

いいえ、もちろん、最初は推測が稲妻のようにひらめきました。それからその開発が始まりました。いいえ、矛盾があります既知の現象いいえ。そして、数式で埋め尽くされたあの5ページが物理学雑誌に掲載されたのです。開いたページ新しい時代物理学で。

宇宙を飛んでいる宇宙船を想像してみてください。すぐに警告しましょう。この宇宙船は非常にユニークで、あなたが話しているものと同じです。ファンタジーの物語読んでいない。その長さは30万キロメートル、速度はたとえば秒速24万キロメートルです。そして、この宇宙船は、宇宙の中間プラットフォームの1つを通過することなく、そこを通過します。全速力で。

乗客の一人が時計を持って宇宙船の甲板に立っている。そして読者であるあなたと私はプラットフォームの上に立っています。その長さは宇宙船の大きさ、つまり30万キロメートルに相当する必要があります。そうしないと着陸できないからです。そして私たちの手にも時計があります。

私たちは気づきました。その瞬間、宇宙船の機首がプラットフォームの後端に到達したとき、ランタンがその上で点滅し、周囲の空間を照らしました。 1秒後、光線は私たちのホームの前端に到達しました。私たちは光の速度を知っており、時計上の対応する瞬間を正確に検出することができたので、これについて何の疑いもありません。そして宇宙船では…

しかし、宇宙船も光線に向かって飛行していました。そして、それがプラットホームの中央付近に来た瞬間に、光が船尾を照らしているのを私たちは間違いなく見ました。光線が船首から船尾まで30万キロメートルも届かないことがはっきりとわかりました。

しかし、宇宙船の甲板上の乗客たちは別のことを確信している。彼らは、そのビームが船首から船尾までの30万キロメートルの全距離をカバーしたと確信している。結局のところ、彼はこれにまるまる1秒を費やしました。彼らはまた、時計上でこれを完全に正確に検出しました。そして、そうでなければどうなるでしょうか。結局のところ、光の速度は光源の速度に依存しません...

どうして？私たちは静止したプラットフォームからあるものを見ていますが、彼らは宇宙船の甲板上で別のものを見ているのでしょうか？どうしたの？

アインシュタインの相対性理論

すぐに注目すべき点は次のとおりです。 アインシュタインの相対性理論一見すると、それは世界の構造についての私たちの確立された理解に完全に矛盾します。これは、私たちが慣れ親しんでいる常識に反するとも言えます。このようなことは科学の歴史の中で一度ならず起こっています。

しかし、地球が球形であるという発見は、常識に反するものでもありました。どうすれば人々は奈落の底に落ちずに反対側に生きることができるのでしょうか？

私たちにとって、地球が球形であることは疑う余地のない事実であり、常識の観点からは、それ以外の仮定は無意味で乱暴なものです。しかし、自分の時代から一歩下がって、このアイデアが最初に登場したときのことを想像してみると、それを受け入れるのがいかに難しいかが明らかになります。

そうですね、地球は静止しているわけではなく、その軌道に沿って砲弾の数十倍の速さで飛んでいると認めるほうが簡単でしょうか。

これらはすべて常識の誤りでした。現代の物理学者が決して言及しないのはそのためです。

さて、特殊相対性理論の話に戻りましょう。世界は 1905 年に、あまり知られていない名前、アルバートアインシュタインによって署名された論文で初めてこのことを知りました。そして彼は当時まだ26歳でした。

アインシュタインは、このパラドックスから非常に単純かつ論理的な仮定を立てました。プラットホーム上の観察者の観点からすると、移動中の車両内で経過した時間は、人間が測定した時間よりも短いということです。腕時計。馬車の中では、静止したホームに比べて時間の経過が遅くなる。

この仮定から論理的には本当に驚くべきことが生まれました。路面電車に乗って通勤する人は、同じ道を歩く歩行者に比べて、速度が速いため時間を節約できるだけでなく、歩く速度も遅くなることが判明しました。

ただし、この方法で永遠の若さを保とうとしてはいけません。馬車の御者になって人生の 3 分の 1 を路面電車の中で過ごしたとしても、30 年で得られるのは 100 万分の 1 秒に過ぎません。時間の短縮を顕著にするには、光の速度に近い速度で移動する必要があります。

物体の速度の増加はその質量に反映されることがわかりました。物体の速度が光速に近づくほど、その質量は大きくなります。物体の速度が光の速度と等しいとき、その質量は無限大に等しくなります。つまり、地球、太陽、銀河、宇宙全体の質量よりも大きくなります...これは、次のことができる質量です。シンプルな石畳に集中してスピードを上げる
スベタ！

これにより、いかなる物質体も光速と同等の速度を出すことができないという制限が課せられます。結局のところ、質量が大きくなるにつれて、それを加速するのはますます困難になります。そして、無限の質量は、どんな力によってもその場所から動かすことはできません。

しかし、自然は、粒子のクラス全体に対して、この法則に対して非常に重要な例外を設けています。たとえば、フォトンの場合です。彼らは光の速さで移動することができます。より正確に言えば、それ以外の速度では移動できません。動かない光子を想像することは考えられません。

静止しているときは質量がありません。また、ニュートリノには静止質量がなく、光に追いついたり遅れたりすることなく、私たちの宇宙で可能な最高速度で宇宙を永遠に制御されずに飛行することが義務付けられています。

私たちが列挙した特殊相対性理論の結果はどれも驚くべきものであり、逆説的であるというのは本当ではないでしょうか。そしてもちろん、どれも「常識」に反しています。

しかし、興味深いのは、これらすべての驚くべき結果は、その特定の形式ではなく、広範な哲学的立場として、弁証法的唯物論の創始者によって予測されていたということです。これらの結果は何を示しているのでしょうか? エネルギーと質量、質量と速度、速度と時間、移動する物体の速度と長さを相互に結び付ける関係について...

アインシュタインの相互依存性の発見は、セメント (詳細:) のように、補強材や礎石をつなぎ合わせることで、これまで互いに独立しているように見えていた物や現象をまとめ、科学史上初めてその基礎を築きました。、調和のとれた建物を建てることが可能であるように見えました。この建物は、私たちの宇宙がどのように機能するかを表しています。

その前に、同じくアルバート・アインシュタインによって生み出された一般相対性理論について、少なくともいくつかの言葉を述べておきます。

アルバート・アインシュタイン

一般相対性理論というこの名前は、これから議論する理論の内容と完全には一致していません。それは空間と物質の間の相互依存性を確立します。どうやらそう呼んだ方が正しいようです 時空理論、または 重力理論.

しかし、この名前はアインシュタインの理論と非常に絡み合っているため、多くの科学者にとって、その名前を置き換えるという問題を提起することさえ、今では下品に思えます。

一般相対性理論は、物質と、それを含む時間と空間との間の相互依存性を確立しました。空間と時間は物質から切り離されて存在すると想像できないだけでなく、その性質はそれらを満たしている物質にも依存することが判明しました。

推論の出発点

したがって、私たちが示すことができるのは、 出発点そしていくつかの重要な結論を提供します。

宇宙旅行が始まったばかりの頃、予期せぬ大惨事により、宇宙を飛行する人々の図書館、映画コレクション、その他の心と記憶の宝庫が破壊されました。そして、故郷の惑星の性質は何世紀にもわたって忘れ去られました。ロケットはほとんど感じられない銀河間空間を飛行するため、万有引力の法則さえも忘れられています。

しかし、船のエンジンは非常によく機能し、バッテリーのエネルギー供給は事実上無制限です。ほとんどの場合、船は慣性によって移動し、住民は無重力状態に慣れています。しかし、場合によってはエンジンを始動し、船の動きを遅くしたり、速くしたりすることもあります。ジェットノズルが無色の炎で虚空に燃え上がり、船が加速したペースで動くと、住民は自分の体が重くなったと感じ、廊下を飛ぶのではなく、船の周りを歩き回らざるを得なくなります。

そして今、飛行は完成に近づいています。船は星のいずれかまで飛行し、最も適切な惑星の軌道に落ちます。宇宙船は外に出て、新緑に覆われた土の上を歩きながら、船が加速していた頃と同じ重さを感じ続けます。

しかし、惑星は均等に動きます。 9.8 m/sec2 の一定の加速度で彼らに向かって飛行することはできません。そして彼らは、重力場（重力）と加速度が同じ効果をもたらし、おそらく共通の性質を持っているという最初の仮定を持っています。

私たちの同時代の地球人にはこれほど長時間の飛行をした人はいませんでしたが、多くの人が体の「重さ」と「軽さ」の現象を感じました。普通のエレベーターでも加速度的に動くとこの感覚が生まれます。下りでは急激に体重が減り、逆に上りでは床がいつもより強い力で足を圧迫します。

しかし、一つの感情だけでは何も証明されません。結局のところ、感覚は、太陽が動かない地球の周りを空を横切って移動していること、すべての星や惑星が大空の中で私たちから同じ距離にあることなどを私たちに納得させようとします。

科学者たちはその感覚を実験的にテストしました。ニュートンはまた、2 つの現象の奇妙な同一性についても考えました。彼はそれらに数値的特徴を与えようとしました。重力とを測定したことで、彼はそれらの値が常に厳密に互いに等しいと確信しました。

彼は、銀、鉛、ガラス、塩、木、水、金、砂、小麦など、あらゆる種類の材料でパイロットプラントの振り子を作りました。結果は同じでした。

等価原理私たちが話しているこの原理は、一般相対性理論の基礎にありますが、理論の現代の解釈ではもはやこの原理は必要ありません。この原理から得られる数学的結論は省略して、一般相対性理論のいくつかの結果に直接移りましょう。

大きな物質の存在は周囲の空間に大きな影響を与えます。それは空間の不均一性として定義できるような変化を引き起こします。これらの不均一性は、引き付けられる物体の近くにいるあらゆる塊の動きを指示します。

通常、彼らはこの例えに頼ります。キャンバスが地表と平行なフレームにしっかりと張られていると想像してください。その上に重い重りを置きます。これが私たちの大きな魅力の塊になります。もちろん、キャンバスが曲がってしまい、ある種の凹みが生じてしまいます。次に、このキャンバスに沿ってボールを転がして、ボールの軌道の一部が引き付けられる塊の隣にくるようにします。ボールの打ち出し方に応じて、3 つの選択肢があります。

ボールはキャンバスのたわみによって作られたくぼみから十分遠くまで飛び、その動きは変わりません。
ボールはくぼみに触れ、その運動線は引き付けられる塊に向かって曲がります。
ボールはこの穴に落ち、そこから抜け出すことができなくなり、重力の塊の周りを 1 ～ 2 回転します。

3 番目のオプションは、引力領域に不用意に飛んできた異物を星や惑星が捕らえた様子を非常に美しくモデル化しているのは本当ではないでしょうか?

そして 2 番目のケースは、捕捉可能な速度を超える速度で飛行する機体の軌道が曲がることです。最初のケースは、重力場の実際の到達範囲を超えて飛行する場合に似ています。はい、理論的には重力場は無限であるため、まさに実用的です。

もちろん、これは非常に遠い例え話ですが、主な理由は、私たちの体のたわみを実際に想像できる人は誰もいないからです。三次元空間。何物理的な意味よく言われるように、このたわみ、つまり曲率は誰も知りません。

一般相対性理論から、いかなる物質体も重力場内では曲線に沿ってのみ移動できることがわかります。プライベートでのみ特殊な場合曲線が直線に変わります。

光線もこの規則に従います。結局のところ、それは飛行中に一定の質量を持つ光子で構成されています。そして、分子、小惑星、惑星と同じように、重力場がその影響を及ぼします。

もう 1 つの重要な結論は、重力場によって時間の経過も変化するということです。大きな引力の塊の近く、それが作り出す強い重力場では、時間の経過はそこから遠く離れたところより遅くなるはずです。

一般相対性理論には、私たちの「常識」の概念を再び覆す可能性のある逆説的な結論が含まれていることがわかります。

重力崩壊

宇宙的な特徴を持つ驚くべき現象、重力崩壊（壊滅的圧縮）について話しましょう。この現象は、重力が自然界に存在する他の力が抵抗できないほど巨大な大きさに達する巨大な物質の蓄積で発生します。

ニュートンの有名な公式を思い出してください。重力が大きいほど、重力も大きくなります。正方形ではない重力物体間の距離。したがって、物質層の密度が高くなるほど、そのサイズが小さくなり、重力が急速に増加し、その破壊的な抱擁が避けられなくなります。

一見無限に見える物質の圧縮に自然が対抗する狡猾な技術があります。これを行うために、それは超巨大な重力の作用領域における時間の経過そのものを止め、束縛された物質の塊が私たちの宇宙からオフになり、奇妙な無気力な眠りの中に凍り付いているように見えます。

宇宙にある最初の「ブラックホール」はおそらくすでに発見されているでしょう。ソビエトの科学者O. Kh. GuseinovとA. Sh. Novruzovaの仮定によると、それは1つの目に見えない要素を持つ二重星である双子座です。

計算によると、目に見える部分の質量は太陽の1.8倍で、その目に見えない「仲間」の質量は目に見える部分の4倍になるはずです。しかし、その痕跡はまったくなく、自然の最も驚くべき創造物である「ブラックホール」を見ることは不可能です。

ソ連の科学者K.P.スタニュコビッチ教授は、「ペンの先で」と言うように、純粋に理論的な構築を通じて、「凍結物質」の粒子のサイズは非常に多様である可能性があることを示しました。

その巨大な形成物は、クエーサーと同様に、銀河系の 1,000 億個の星すべてが放出するのと同じ量のエネルギーを継続的に放出する可能性があります。
わずか数個の太陽質量に相当する、より控えめな塊が存在する可能性があります。どちらの物体も、通常の、眠っていない物質から自ら発生する可能性があります。
そして、質量が素粒子に匹敵する、まったく異なるクラスの形成も可能です。

それらが発生するためには、それらを構成する物質がまず巨大な圧力にさらされ、シュヴァルツシルト球の限界に追い込まれる必要があります。シュヴァルツシルト球とは、外部の観察者にとって時間が完全に停止する球です。そして、たとえこの後圧力が取り除かれたとしても、時間が止まった粒子は私たちの宇宙とは独立して存在し続けます。

プランケオン

プランケオンは完全に特殊なクラスの粒子です。 K. P. スタニュコビッチによれば、それらは非常に興味深い特性を持っています。それは、何百万年、何十億年も前と同じように、変化しない形で物質を運ぶということです。プランケオンの内部を覗くと、宇宙誕生の瞬間の物質を見ることができるでしょう。理論計算によると、宇宙には約 10 80 個のプランケオンが存在し、一辺 10 センチメートルの立方体空間に約 1 個のプランケオンが存在します。ちなみに、スタニュコビッチと同時に（彼とは独立して）、学者のM.A.マルコフによってプランケオンに関する仮説が提唱されました。マルコフだけがそれらに別の名前を付けました-マキシモン。

プランケオンの特別な特性を使用して、素粒子の時折逆説的な変換を説明しようとすることができます。 2つの粒子が衝突すると破片は形成されず、別の素粒子が生成されることが知られています。これは本当に驚くべきことです。通常の世界では、花瓶を割っても、カップ全体やロゼットさえも手に入ることはありません。しかし、それぞれの素粒子の深さに、1 つまたは複数のプランケオン、場合によっては多数のプランケオンが隠されているとします。

粒子の衝突の瞬間、プランケオンの固く結ばれた「袋」がわずかに開き、一部の粒子がその中に「落ち」、その代わりに衝突中に生じたと考えられる粒子が「飛び出し」ます。同時に、プランケオンは、賢明な会計士のように、素粒子の世界で受け入れられているすべての「保存の法則」を保証します。
さて、万有引力の仕組みはそれと何の関係があるのでしょうか？

K. P. スタニュコビッチの仮説によれば、重力の「責任」は、素粒子によって継続的に放出される小さな粒子、いわゆる重力子です。重力子は、太陽光線の中で踊る塵の斑点が地球よりも小さいのと同じくらい、後者よりもはるかに小さいです。

重力子の放出は多くの法則に従います。特に、それらは宇宙のその領域にもっと簡単に飛び込みます。含まれる重力子が少なくなります。つまり、空間に 2 つある場合、天体、両方とも重力子を主に「外側」に、互いに反対の方向に放出します。これにより、身体が近づき、互いに引き付け合う衝動が生じます。