Questo articolo si concentrerà sulla storia della scoperta della legge di gravitazione universale. Qui faremo conoscenza con le informazioni biografiche della vita dello scienziato che ha scoperto questo dogma fisico, considereremo le sue disposizioni principali, il rapporto con la gravità quantistica, il corso dello sviluppo e molto altro.
Genio
Sir Isaac Newton è uno scienziato inglese. Un tempo dedicò molta attenzione e impegno a scienze come la fisica e la matematica, e portò anche molte cose nuove alla meccanica e all'astronomia. È giustamente considerato uno dei primi fondatori della fisica nel suo modello classico. È autore dell'opera fondamentale "Principi matematici di filosofia naturale", dove ha presentato informazioni sulle tre leggi della meccanica e sulla legge di gravitazione universale. Isaac Newton ha gettato le basi della meccanica classica con questi lavori. Ha sviluppato il calcolo di tipo differenziale e integrale, la teoria della luce. Ha anche dato importanti contributi all'ottica fisica.e sviluppò molte altre teorie in fisica e matematica.
Legge
La legge di gravitazione universale e la storia della sua scoperta risalgono al 1666. La sua forma classica è una legge che descrive l'interazione di tipo gravitazionale, che non va oltre la struttura della meccanica.
La sua essenza era che l'indicatore della forza F dell'attrazione gravitazionale che si forma tra 2 corpi o punti di materia m1 e m2, separati l'uno dall' altro da una certa distanza r, è proporzionale ad entrambi gli indicatori di massa e ha un proporzionalità inversa alle distanze quadrate tra i corpi:
F=G, dove G indica la costante gravitazionale pari a 6, 67408(31)•10-11 m3 / kgf2.
Gravità di Newton
Prima di considerare la storia della scoperta della legge di gravitazione universale, diamo un'occhiata più da vicino alle sue caratteristiche generali.
Nella teoria creata da Newton, tutti i corpi con una grande massa devono generare intorno a loro un campo speciale, che attrae a sé altri oggetti. Si chiama campo gravitazionale e ha potenziale.
Un corpo con simmetria sferica forma un campo esterno a se stesso, simile a quello creato da un punto materiale della stessa massa situato al centro del corpo.
La direzione della traiettoria di un tale punto nel campo gravitazionale, creato da un corpo di massa molto maggiore, obbedisce alla legge di Keplero. Oggetti dell'universo, come ad esempiopianeta o cometa, obbedisci anche a lui, muovendosi in un'ellisse o un'iperbole. La contabilizzazione della distorsione creata da altri corpi massicci viene presa in considerazione utilizzando le disposizioni della teoria delle perturbazioni.
Analisi della precisione
Dopo che Newton scoprì la legge di gravitazione universale, dovette essere testata e dimostrata molte volte. Per questo, sono stati fatti una serie di calcoli e osservazioni. Concordato con le sue disposizioni e partendo dall'accuratezza del suo indicatore, la forma sperimentale di stima funge da chiara conferma di GR. La misura delle interazioni del quadrupolo di un corpo che ruota, ma le sue antenne rimangono stazionarie, ci mostrano che il processo di aumento di δ dipende dal potenziale r -(1+δ), a una distanza di diversi metri e si trova nel limite (2, 1±6, 2)•10-3. Una serie di altre conferme pratiche hanno permesso di stabilire questa legge e di assumere un'unica forma, senza alcuna modifica. Nel 2007 questo dogma è stato ricontrollato a una distanza inferiore al centimetro (55 micron-9,59 mm). Tenendo conto degli errori sperimentali, gli scienziati hanno esaminato l'intervallo di distanza e non hanno riscontrato deviazioni evidenti in questa legge.
Anche l'osservazione dell'orbita della Luna rispetto alla Terra ne ha confermato la validità.
Spazio euclideo
La teoria classica della gravità di Newton è collegata allo spazio euclideo. L'effettiva uguaglianza con una precisione sufficientemente elevata (10-9) delle misure di distanza al denominatore dell'uguaglianza discussa sopra ci mostra la base euclidea dello spazio della meccanica newtoniana, con un tre -forma fisica dimensionale. Aa tale punto della materia, l'area di una superficie sferica è esattamente proporzionale al valore del quadrato del suo raggio.
Dati dalla cronologia
Consideriamo un breve riassunto della storia della scoperta della legge di gravitazione universale.
Le idee sono state avanzate da altri scienziati che vissero prima di Newton. Epicuro, Keplero, Cartesio, Roberval, Gassendi, Huygens e altri hanno visitato riflessioni su di esso. Keplero ha suggerito che la forza gravitazionale è inversamente proporzionale alla distanza dalla stella del Sole e ha distribuzione solo nei piani dell'eclittica; secondo Descartes era una conseguenza dell'attività dei vortici nello spessore dell'etere. C'era una serie di ipotesi che contenevano un riflesso delle ipotesi corrette sulla dipendenza dalla distanza.
Una lettera di Newton a Halley conteneva informazioni che i predecessori dello stesso Sir Isaac erano Hooke, Wren e Buyo Ismael. Tuttavia, nessuno prima di lui è riuscito a collegare chiaramente, usando metodi matematici, la legge di gravità e il movimento planetario.
La storia della scoperta della legge di gravitazione universale è strettamente connessa con l'opera "Principi matematici di filosofia naturale" (1687). In questo lavoro Newton riuscì a ricavare la legge in questione grazie alla legge empirica di Keplero, già nota a quel tempo. Ci mostra che:
- la forma di movimento di qualsiasi pianeta visibile indica la presenza di una forza centrale;
- La forza di attrazione del tipo centrale forma orbite ellittiche o iperboliche.
Sulla teoria di Newton
Rivedere la breve storia della scoperta della legge di gravitazione universale può anche indicarci una serie di differenze che la distinguono dalle ipotesi precedenti. Newton si impegnò non solo nella pubblicazione della formula proposta del fenomeno in esame, ma propose anche un modello di tipo matematico in forma olistica:
- disposizione sulla legge di gravità;
- statuto sulla legge del moto;
- sistematica dei metodi di ricerca matematica.
Questa triade è stata in grado di investigare in modo abbastanza accurato anche i movimenti più complessi degli oggetti celesti, creando così le basi per la meccanica celeste. Fino all'inizio dell'attività di Einstein in questo modello non era richiesta la presenza di un insieme fondamentale di correzioni. Solo l'apparato matematico doveva essere notevolmente migliorato.
Oggetto di discussione
Il diritto scoperto e provato per tutto il Settecento divenne noto oggetto di attive controversie e scrupolosi controlli. Tuttavia, il secolo si è concluso con un accordo generale con i suoi postulati e le sue affermazioni. Utilizzando i calcoli della legge, è stato possibile determinare con precisione i percorsi del movimento dei corpi in cielo. Un controllo diretto fu effettuato da Henry Cavendish nel 1798. Lo ha fatto usando un equilibrio di tipo torsione con grande sensibilità. Nella storia della scoperta della legge universale di gravitazione, è necessario attribuire un posto speciale alle interpretazioni introdotte da Poisson. Ha sviluppato il concetto di potenziale gravitazionale e l'equazione di Poisson, con la quale è stato possibile calcolarlopotenziale. Questo tipo di modello ha permesso di studiare il campo gravitazionale in presenza di una distribuzione arbitraria della materia.
C'erano molte difficoltà nella teoria di Newton. La principale potrebbe essere considerata l'inesplicabilità dell'azione a lungo raggio. Era impossibile rispondere con precisione alla domanda su come le forze di attrazione vengono inviate attraverso lo spazio vuoto a una velocità infinita.
"Evoluzione" della legge
Nei duecento anni successivi, e anche di più, molti fisici tentarono di proporre vari modi per migliorare la teoria di Newton. Questi sforzi si conclusero con un trionfo nel 1915, vale a dire la creazione della Teoria Generale della Relatività, che fu creata da Einstein. Riuscì a superare l'intera serie di difficoltà. In accordo con il principio di corrispondenza, la teoria di Newton si è rivelata un'approssimazione all'inizio del lavoro su una teoria in una forma più generale, che può essere applicata a determinate condizioni:
- Il potenziale della natura gravitazionale non può essere troppo grande nei sistemi in studio. Il sistema solare è un esempio di rispetto di tutte le regole per il movimento dei corpi celesti. Il fenomeno relativistico si trova in una manifestazione evidente di spostamento del perielio.
- La velocità di movimento in questo gruppo di sistemi è trascurabile rispetto alla velocità della luce.
La prova che in un campo gravitazionale stazionario debole, i calcoli GR assumono la forma di quelli newtoniani è la presenza di un potenziale scalare di gravitazione in un campo stazionario concaratteristiche delle forze debolmente espresse, che è in grado di soddisfare le condizioni dell'equazione di Poisson.
Scala quantistica
Tuttavia, nella storia, né la scoperta scientifica della legge di gravitazione universale, né la Teoria generale della relatività potrebbero fungere da teoria gravitazionale finale, poiché entrambe non descrivono adeguatamente i processi di tipo gravitazionale sul quanto scala. Il tentativo di creare una teoria gravitazionale quantistica è uno dei compiti più importanti della fisica moderna.
Dal punto di vista della gravità quantistica, l'interazione tra gli oggetti è creata dall'interscambio di gravitoni virtuali. Secondo il principio di indeterminazione, il potenziale energetico dei gravitoni virtuali è inversamente proporzionale all'intervallo di tempo in cui è esistito, dal punto di emissione di un oggetto al momento in cui è stato assorbito da un altro punto.
In considerazione di ciò, risulta che su una piccola scala di distanze, l'interazione dei corpi comporta lo scambio di gravitoni di tipo virtuale. Grazie a queste considerazioni è possibile concludere la previsione sulla legge del potenziale di Newton e della sua dipendenza secondo il reciproco di proporzionalità rispetto alla distanza. L'analogia tra le leggi di Coulomb e quella di Newton è spiegata dal fatto che il peso dei gravitoni è uguale a zero. Il peso dei fotoni ha lo stesso significato.
Inganno
Nel curriculum scolastico, la risposta a una domanda della storia, comeNewton ha scoperto la legge di gravitazione universale, è la storia di un frutto di mela che cade. Secondo questa leggenda, cadde sulla testa di uno scienziato. Si tratta però di un malinteso diffuso, e infatti tutto ha potuto fare a meno di un caso simile di un possibile trauma cranico. Lo stesso Newton ha talvolta confermato questo mito, ma in re altà la legge non è stata una scoperta spontanea e non è arrivata in uno scoppio di intuizione momentanea. Come è stato scritto sopra, fu sviluppato per molto tempo e fu presentato per la prima volta nelle opere sui "Principi della matematica", che apparvero in mostra pubblica nel 1687.
