Kogud

Kuidas gravitatsioon toimib ja kas saaksime kunagi välja töötada gravitatsioonivastast tehnoloogiat?

Kuidas gravitatsioon toimib ja kas saaksime kunagi välja töötada gravitatsioonivastast tehnoloogiat?

Kogeme raskust oma elus igal elaval hetkel, ilma et oleksime sellele tegelikult mõelnud. Aga mis see on ja kas me saame sellest tegelikult aru?

Siinkohal uurime lühidalt oma praegust arusaama raskusjõust ja uurime, kas suudaksime seda kunagi kunstlikult kosmoses luua.

SEOTUD: 5 PÕHJUSTAVAT FAKTI RASKUSEGA

Kuidas gravitatsioon Maal töötab?

"Mis tõuseb, see peab ka alla tulema," nagu kuulus kõnekäänd ütleb. Aga miks? Mis toimub?

Ehkki oleme alles hakanud aru saama, mis see on, on seda nähtust juba aastatuhandeid mõlgutatud.

Näiteks arvasid Kreeka filosoofid kunagi, et planeedid ja tähed olid jumalate valdkonna osad. Nende hinnangul allusid nad nn loomulikule liikumisele.

Ehkki nad ei arendanud kontseptsiooni sellest palju kaugemale, jäi see lääne mõtteviisis domineerivaks ideeks kuni Galileo ja Brahe töödeni 16. sajandil.

Nende töö aitaks vallandada revolutsiooni meie raskusjõu mõistmises, mis viis lõpuks Isaac Newtonini.

Gravitatsioon, nagu Newton väitis, on jõud, mis hoiab Maad Päikese ümber orbiidil. Nagu te oma kooliajast mäletate, kiputakse raskust määratlema järgmiselt:

"Jõud, mille abil planeet või muu keha tõmbab objekte oma keskme suunas. Raskusjõud hoiab kõiki planeete orbiidil ümber päikese." - NASA.

Teisisõnu, kõik, millel on mass, avaldab jõudu mis tahes muule massiga asjale ja sellele on jõudu avaldatud. Mida suurem on esemete mass ja mida lühem on nende vaheline kaugus, seda tugevam on gravitatsioonijõudude tõmme, mida nad üksteisele avaldavad.

Alati, kui hüppate õhku, koputate kogemata midagi laualt maha või viskate parki palli, et teie koer seda saaks, teate intuitiivselt oma tegevuse tagajärgi. Nad kõik naasevad lõpuks maa peale.

Einstein pakub hiljem gravitatsioonile hoopis teistsugust selgitust kui Newton. Tema teooriate kohaselt on gravitatsioon kõverus aegruumi kontiinumis. Eseme mass põhjustab ruumi selle ümber sisuliselt painduda ja kõverduda. See moonutab rada, mida objektid (ja valgus) peavad läbima, luues efekti, mida "tunneme" gravitatsioonina.

Tegelikult mõjutab mis tahes teise taevakeha raskusjõusse ‘kinni jäänud’ objekti, kuna ruum, mille kaudu see liigub, on selle objekti suunas kõver.

Einstein tutvustas ka "samaväärsuse põhimõtte" mõistet. See kinnitab, et gravitatsiooni- ja inertsjõud on sarnase iseloomuga ja sageli eristamatud.

Selle illustreerimiseks kujutage ette, et viibisite akendeta raketilaevas, kes ei suutnud ümbritsevat universumit ümbritsevast vaadata. Sel juhul oleks võimatu öelda, kas allapoole suunatud jõud, mida tunnete raskusjõuna, on tõeline jõud või raketi teatud suunas kiirenemise tagajärg.

Kas me mõistame raskust?

Lihtsamalt öeldes jah ja ka ei. Ehkki see on üks universumi kõige laiemalt uuritud loodusnähtusi, ei saa me sellest ikkagi aru.

Nagu nägime, tegid Isaac Newton ja Einstein märkimisväärseid edusamme raskusjõu mõistmisel, kuid me pole ikka veel päris kindlad, mis see on või kas see on tegelikult üldse asi.

Einsteini sõnul on gravitatsioon pigem aegruumi painutamise tagajärg kui tõeline omaette jõud.

Mida me teame, on see, et massiga kehad tõmbuvad üksteise poole. See "jõud" sõltub kaugusest ja nõrgendab kehasid kaugemal.

See on ka mõõdetav nähtus ja on looduses üks nõrgemaid jõude. Mõelge näiteks oma keskmisele külmkapimagnetile. Need suudavad lihtsalt trotsida nii raskest kui Maa raskusjõu tõmmet. Gravitatsiooni mõjudest pääsete ka ajutiselt, lihtsalt hüpates.

Kuid see suhe näib kvanttasandil täielikult lagunevat. Tundub, et see lihtsalt ei sobi ja me ei tea, miks.

Suures plaanis on meie praegused gravitatsiooniteooriad üsna kasulikud, et aidata ennustada suurte objektide käitumist, kuid teismelise väikses kvantmõõtmes praegused gravitatsiooniteooriad ei toimi.

See on tänapäeval üks suuremaid probleeme füüsikas. Paljud füüsikud loodavad ühel päeval luua makro- ja kvantfüüsika ühtse teooria, mis aitab toimuvat selgitada.

Kuidas raskusjõud meid aitab?

Gravitatsioon on üks kõige põhilisemaid "jõude" universumis. Argumendid selle toimimise kohta, olenemata raskusastmest, on see meie planeedi elu jaoks väga oluline element.

Gravitatsioon on põhjus, miks objektidel Maal on kaal ja nad ei hõlju lihtsalt kosmosesse. Kui elaksite väiksema massiga planeedil, kaaluksite vähem ja saaksite hüpata palju kõrgemale.

Raskusjõud hoiab Maad ka nn "kuldklotside tsoonis" - kauguses meie Päikesest, kus vesi võib eksisteerida vedelal kujul. See on just nii juhtunud, et see on eluks oluline.

Gravitatsioon aitab ka Maa atmosfääri paigas hoida, pakkudes meile õhku hingamiseks. Näiteks on Marss vähem kui pool Maa suurusest ja umbes kümnendik Maa massist. Vähem massi tähendab vähem gravitatsioonilist tõmmet ja tegelikult on Marsi atmosfäär ainult umbes 1/100 sama tihe kui Maa oma.

Gravitatsioonil on oma osa ka meie planeedi kooshoidmisel. Gravitatsioon on ka see, mis hoiab Kuu ümber Maa orbiidil. Kuu gravitatsiooniline tõmme tõmbab mered selle poole, põhjustades ookeani loodet.

Kuid huvitav on see, et gravitatsioonitugevus pole kõigil Maa kohtadel võrdne. See on veidi tugevam kohtades, kus maa all on palju rohkem massi kui väiksema massiga kohtades.

Me teame seda kahe NASA kosmoseaparaadi ja nende Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) missiooni tõttu.

"GRACE tuvastab aja jooksul väikeseid raskusjõu muutusi. Need muudatused on paljastanud meie planeedi kohta olulisi üksikasju. Näiteks jälgib GRACE merepinna muutusi ja suudab tuvastada maavärinatest tingitud muutusi maakoores." - spaceplace.nasa.gov.

Kas gravitatsiooni saab tekitada?

Nagu me juba nägime, pakkus Einstein välja, et gravitatsioon on tegelikult erinevate kehade põhjustatud aegruumi moonutuste tagajärg. Sel põhjusel peaks vähemalt kosmoses olema võimalik arendada kunstlikku gravitatsiooni.

Vaja on pakkuda kiirendusvahendeid ühes suunas, mis peaks Einsteini sõnul tooma gravitatsiooniga sarnase efekti. Seda saab teha lineaarse kiirenduse abil, nagu rakett, või nurkkiiruse, st tsentripetaalse efekti või kiirenduse kaudu.

See on levinud teema paljudes ulmeraamatutes ja -filmides. Mõelge näiteks "2001: kosmose-odüsseia" pöörlevale kosmoselaevale.

Niikaua kui laev on piisavalt suur, peaks see suutma oma sõitjatele tekitada jõu, mida Maa raskusjõust peaaegu ei eristataks. See poleks siiski täpselt sama, sest kohal oleksid ka suured Coriolise jõud ja asjad kukuksid sirgete asemel kõveratesse.

Sellel on ka mõned loomupärased probleemid. Mida kiiremini midagi kiireneb, seda suurem on sõitjatele gravitatsiooniline tõmme ehk g-jõud.

See pole statsionaarsete veesõidukite, nagu kosmosejaama probleem, kuid laevade jaoks, mis peaksid läbima pikki vahemaid suure kiirendusega, võib see meeskonnale katastroofiline osutuda.

Kui veesõiduk sõidaks vaid väikese murdosaga valguskiirusest, kogeks meeskond tõenäoliselt midagi üle 4000 g. See tähendab Forbesi artikli järgi rohkem kui 100 korda kiirendust, mis on vajalik teie keha verevoolu vältimiseks - - pole ilmselt ideaalne.

Oletatakse, et sellest saab mööda laevades elektromagnetite ja juhtivate "põrandate" abil, kuid teil on ikkagi "allapoole suunatud" jõu probleem. Tõenäoliselt pole vahendeid meeskonna "varjestamiseks" raskusjõu mõjude eest kosmoses suurtel kiirustel.

Ainus viis sellega tulevikus toime tulla võib olla mingisuguse negatiivse või gravitatsioonivastase välja arendamine. Kuid nagu kõigil ainetel, on ka meil vähemalt mingi positiivne mass, seega vajaksime viisi negatiivse gravitatsioonimassi loomiseks.

Just selle kallal töötatakse CERNis ALPHA eksperimendis. Sealsed teadlased töötavad kinnijäänud vesinikuaatomitega, mis on vesiniku antiaine vaste.

Vesiniku ja antihüdrogeeni täpsete võrdluste abil loodetakse eksperimendis uurida põhilisi sümmeetriaid aine ja antiaine vahel. Lõppkokkuvõttes võib see viia antiaine gravitatsioonikiirenduse mõõtmiseni.

Kui leitakse, et antiaine kiireneb gravitatsioonivälja juuresolekul Maa pinnal negatiivse väärtusega (nt muu väärtus kui +9,8 m / s2), võimaldaks see teoreetiliselt gravitatsioonijuhi ehitamisel end gravitatsioonijõu eest kaitsta.

"Kui see muutub piisavalt tundlikuks, võiksime siis mõõta, mis suunas see gravitatsiooniväljas langeb. Kui see langeb alla, sama mis tavalisel ainel, siis on sellel positiivne gravitatsioonimass ja me ei saa seda kasutada gravitatsioonijuhi ehitamiseks Aga kui see langeb gravitatsioonivälja, muudab see kõike. Ühe eksperimentaalse tulemuse korral saaks kunstlikust raskusjõust äkki füüsiline võimalus. " - Forbes.

Kui see õnnestub, võib see avada ka ukse gravitatsioonikondensaatorile, et luua ühtlane kunstlik gravitatsiooniväli. See võib teoreetiliselt lubada isegi "lõimajõu" loomist - viisi aegruumi deformeerimiseks.

"Kuid seni, kuni me avastame negatiivse gravitatsioonimassiga osakese (või osakeste kogumi), toimub kunstlik gravitatsioon ainult kiirenduse kaudu, hoolimata sellest, kui nutikad me oleme." - Forbes.


Vaata videot: Ajalugu üritas seda meest unustada, geenius Nikola Tesla (Jaanuar 2022).