Что такое гравитация и как она работает, простыми словами

Классическая теория тяготения Ньютона

Английский физик Исаак Ньютон говорил, что идея всемирного тяготения пришла ему в голову во время прогулки. Он шел по яблоневому саду на участке родителей и вдруг увидел на дневном небе луну, а потом, словно с ветки, яблоко оторвалось и упало на землю. В то время Ньютон уже работал над законами движения и понял, что яблоко падает под действием гравитационного поля Земли. Он также знал, что Луна не занимает на небе статичное положение, а вращается по орбите вокруг Земли, то есть на нее действует какая-то сила, препятствующая полету спутника в космос. Физик понял, что, возможно, на яблоко и луну действует одна и та же сила.

Предшественники Ньютона думали иначе. Итальянский физик Галилео Галилей считал, что на Земле действует естественное притяжение. Немецкий астроном Иоганн Кеплер считал, что на небесных сферах действуют совсем другие законы движения, чем на земле. Ньютон мысленно объединил эти два типа гравитации.

Закон всемирного тяготения Ньютона, сформулированный им в 1687 году, гласит, что между любой парой тел во Вселенной существует сила взаимного притяжения. Она выражается математическим уравнением: если M и m — массы двух тел, а r — расстояние между ними, то сила взаимного гравитационного притяжения F между ними равна F = GMm/r², где G — гравитационная постоянная равной силе, с которой действуют друг на друга тела массой 1 кг каждое, находящиеся на расстоянии 1 м друг от друга.

Уравнение утверждает, что сила (F) пропорциональна массам двух тел, деленным на квадрат расстояния между ними. Отсюда следует, что чем массивнее объекты, тем больше сила притяжения между ними, но чем дальше они друг от друга, тем слабее притяжение.

Закон всемирного тяготения Ньютона

Действие закона распространяется на все без исключения физические материальные тела во Вселенной. Гравитация Земли на поверхности действует одинаково на все материальные тела, находящиеся в любой точке земного шара. На каждого человека действует гравитация, которая ощущается как вес.

Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что не только земля притягивает яблоко, но и яблоко притягивает землю. Но огромная масса Земли означает, что требуется гораздо больше силы, чтобы сдвинуть ее на ощутимую величину, поэтому яблоко падает, а Земля остается практически неподвижной. То же самое применимо и в более широком контексте. Каждый объект во Вселенной притягивает любой другой объект, и чем он ближе и массивнее, тем больше гравитационная сила.

По Ньютону, сила притяжения действует независимо от расстояния и мгновенно. Однако самой большой скоростью в мире является скорость света, а для преодоления больших расстояний свету требуется не мгновение, а несколько секунд, а иногда и лет.

Древняя история гравитационной теории

Древние греки считали, что сила, притягивающая объекты к Земле, — это внутренняя гравитация, а не внешняя сила. Тяжелых людей естественным образом тянет к земле, а легкое пламя устремляется к небу. Напротив, индийские ученые, особенно Арьябхата, говорили, что какая-то сила удерживает объекты на земле, хотя его теория помещает землю в центр вселенной. В 6 веке нашей эры математик Брахмагупта первым описал гравитацию как силу притяжения.

Роль гравитации для землян

Условия, в которых мы живем, были бы невозможны без него. Он держит нашу планету на одинаковом расстоянии от Солнца, не дает атмосфере покинуть землю, а также всему, что находится на поверхности. Гравитация Луны притягивает к себе океан, вызывая появление морской воды.

Луна и приливы на Земле

Гравитация очень важна для нас. Без него мы не могли бы жить на земле. Гравитация Солнца удерживает Землю на орбите вокруг него на постоянном удобном для жизни расстоянии. Гравитация удерживает атмосферу и воздух, которым мы дышим.

Гравитация — это то, что удерживает мир вместе.

Однако гравитация не везде одинакова на Земле. Он немного сильнее в местах с большей массой под землей, чем в местах с меньшей массой.

Гравитация, масса и расстояние

Степень тяжести объекта пропорциональна массе объекта. Объекты с большей массой имеют большую гравитацию. Поскольку Земля является самым большим и ближайшим объектом вокруг, все притягивается ее гравитационным притяжением, а это означает, что яблоки падают на землю, а не притягиваются к голове человека.

Расстояние также влияет на гравитацию. Если объект находится далеко, гравитационное притяжение слабее. Например, в космосе есть точка, где гравитация Марса становится сильнее, чем гравитация Земли.

Эйнштейн и общая теория относительности

Общая теория относительности Эйнштейна изменила взгляд физиков на гравитацию. Считается, что эффект гравитации вызывается не силой, а искривлением пространства-времени, возникающим вокруг крупных объектов, а скорее как шар для боулинга, сидящий на батуте. Эта теория объяснила странную орбиту Меркурия и перевернула его голову с ног на голову ньютоновской гравитацией, поскольку гравитация была уже не силой, а следствием геометрии.

Как гравитация повлияла на Вселенную

Именно гравитация создает звезды и планеты, удерживая воедино материал, из которого они сделаны. Гравитация — это то, что удерживает планеты на орбитах вокруг Солнца и то, что удерживает Луну на орбитах вокруг Земли.

От чего зависит гравитация планеты

Гравитационное притяжение, как уже было сказано выше, — это сила, с которой планета притягивает к себе объекты, находящиеся на поверхности.

Сила притяжения зависит от гравитации объекта, самой планеты и расстояния между ними. Если есть много километров, гравитация низкая, но она все еще удерживает объекты связанными.

Небесная механика

Этот раздел механики изучает движение тел, находящихся в пустом пространстве, на которое действует только сила тяжести. Простейшей задачей раздела является обоснование гравитационного воздействия двух тел, точечных или сферических, в пустом пространстве. При наличии нескольких тел, взаимодействующих друг с другом, задача усложняется. Численное решение приводит к неустойчивости решений от начальных условий. То есть, применяя его к нашей планетной системе, мы не сможем предсказать движения планет на периоды, превышающие сто миллионов лет. Пока невозможно описать долговременное поведение системы, состоящей из множества притягивающих тел одинаковой массы. Этому препятствует концепция динамического хаоса.

Теория гравитации Эйнштейна

В 1798 году британский физик Генри Кавендиш провел один из первых в мире высокоточных экспериментов, пытаясь точно определить значение G, гравитационной постоянной. Он построил так называемые крутильные весы, прикрепив два маленьких свинцовых шарика к концам балки, подвешенной горизонтально на тонкой проволоке. Рядом с каждым из шаров физик поместил большой сферический свинцовый груз. Маленькие свинцовые шарики гравитационно притягивались к тяжелым свинцовым грузам, в результате чего проволока слегка скручивалась. Это явление позволило ему рассчитать значение G.

Примечательно, что оценка Кавендиша для G отличалась всего на 1% от принятого в настоящее время значения 6,674 × 10^-11 м^3/кг^1 * с^2. Чтобы получить точное значение, ученым приходится разрабатывать невероятно чувствительное оборудование.

Немецко-американский физик Альберт Эйнштейн произвел очередную революцию в нашем понимании гравитации. Его общая теория относительности показала, что гравитация возникает из-за искривления пространства-времени, а это означает, что даже световые лучи, которые следуют этой кривизне, преломляются чрезвычайно массивными объектами. В рамках его теории гравитация рассматривается не как сила, действующая на тела, а как искривление пространства и времени под действием массы и энергии.

Теории Эйнштейна были использованы для предположения о существовании черных дыр — небесных тел настолько массивных, что даже свет не может покинуть их поверхность. Вблизи черной дыры закон всемирного тяготения Ньютона уже не может точно описать движение объектов.

Теория, которую Эйнштейн опубликовал в 1915 году, расширила его специальную теорию относительности, которую ученый разработал десятилетием ранее. Специальная теория относительности утверждала, что пространство и время неразрывно связаны, но эта теория не признавала существование гравитации.

В своей специальной теории относительности Эйнштейн определил, что законы физики одинаковы для всех наблюдателей, не движущихся с ускорением, и показал, что скорость света в вакууме одинакова независимо от скорости, с которой движется наблюдатель. В результате он обнаружил, что пространство и время взаимосвязаны, и события, происходящие одновременно с одним наблюдателем, могут происходить в разное время с другим.

Разрабатывая уравнения своей общей теории относительности, Эйнштейн понял, что массивные объекты вызывают искажения пространства-времени. Представьте, что вы помещаете большой предмет в центр батута. Объект был вдавлен в ткань, в результате чего появились ямочки. Если вы затем попытаетесь прокатить мяч по краю батута, он будет двигаться по спирали внутрь к этому объекту.

Вращение такого тяжелого объекта, как Земля, должно скручивать и деформировать пространство-время вокруг него. В 2004 году НАСА запустило гравитационный зонд Gravity Probe B. По данным агентства, оси точно откалиброванных гироскопов спутника с течением времени очень мало дрейфовали, что согласуется с теорией Эйнштейна.

Эйнштейн предсказал, что такие события, как столкновение двух черных дыр, создают рябь в пространстве-времени, известную как гравитационные волны. А в 2016 году Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) объявила, что впервые обнаружила такой сигнал. Гравитационная волна была вызвана столкновением двух черных дыр с массой в 29 и 36 раз больше массы Солнца. После этого они слились в одну большую черную дыру. Произошло это, предположительно, 1,3 миллиарда лет назад.

Гравитационные волны, создаваемые двумя сталкивающимися черными дырами

С тех пор LIGO и его европейский аналог Virgo зафиксировали в общей сложности 50 событий гравитационных волн.

Гравитационная теория эпохи Возрождения

Говорят, что Галилей бросал предметы со стороны падающей Пизанской башни, чтобы наблюдать, что происходит, когда они падают. Независимо от того, была задействована башня или нет, Галилей обнаружил, что все объекты имеют тенденцию ускоряться с той же скоростью, с которой они падают. Другие ученые опирались на их работу, а Гримальди и Риччоли рассчитали гравитационную постоянную. Другая работа по гравитации сосредоточена вокруг астрономии, и Иоганн Кеплер построил на этих теориях расчет орбит известных планет.

Насколько важна гравитация?

Очень важно! Гравитация — одна из сил фундаментальных взаимодействий, которым подвержено все сущее во Вселенной. Это взаимодействия:

• сила тяжести;
• электромагнитный;
• сильный;
• слабый.

Чему равна сила гравитации

Гравитационное поле Земли – это гравитационное поле, которое образуется за счет силы притяжения Земли и центробежной силы, вызванной ее суточным вращением.

Гравитация на поверхности Земли колеблется от 9 780 м/с² на экваторе до 9 832 м/с² на полюсах. В приближенных расчетах значение обычно принимается равным 9,81; 9,8 или 10 м/с². Однако он учитывает только силу тяжести и не учитывает центробежную силу, возникающую при вращении Земли. По мере подъема тела над поверхностью земли его ценность уменьшается.

NASA в рамках проекта GRACE создало визуализацию гравитационных аномалий на Земле. Красным показаны области, где сила гравитации сильнее, а синим — области, где она слабее стандартных значений

Французские ученые утверждают, что разница гравитационной постоянной в разных регионах нашей планеты зависит от силы магнитного поля Земли. Они предположили, что такое влияние можно объяснить наличием скрытых от прямого наблюдения дополнительных измерений пространства. Ученые подсчитали, что гравитация Земли будет сильнее в тех местах, где сильнее магнитное поле. Так, она достигает своих максимальных значений в районах северного и южного магнитных полюсов. Они не совпадают с географическими полюсами. Так что Северный магнитный полюс лежит в границах нынешней Канадской Арктики, а Южный — на краю Антарктиды.

Если принять значение силы тяжести на Земле за единицу, то на Солнце оно будет равно 27,9, на Меркурии — 0,37, на Венере — 0,9, на Луне — 0,16, на Марсе — 0,37, на Юпитере — 2,6. Так что если человек весом 60 кг на Земле весит на Юпитере, то весы покажут 142 кг.

Астронавты на орбите также испытывают микрогравитацию. Кажется, что они бесконечно сливаются с кораблем, в котором находятся.

Сила гравитационного притяжения

Основной расчет таков — сила тяжести пропорциональна произведению массы тела на другую, между которыми она и определяется. Эта формула также выражается следующим образом: сила обратно пропорциональна квадрату расстояния между объектами.

Гравитационное поле является потенциальным, что означает сохранение кинетической энергии. Этот факт упрощает решение задач, в которых измеряется сила притяжения.

Читайте также: Какой спутник является крупнейшим в Солнечной системе?

Гравитация в космосе

Несмотря на заблуждение многих, в космосе есть гравитация. Он ниже, чем на Земле, но все же присутствует.

Что касается космонавтов, которые на первый взгляд летят, то на самом деле они находятся в состоянии медленного падения. Визуально кажется, что их ничего не притягивает, но на деле они испытывают гравитацию.

Сила притяжения зависит от расстояния, но как бы далеко ни находились объекты, они будут продолжать тянуться друг к другу. Взаимное влечение никогда не будет равно нулю.

Закон всемирного тяготения

Другая легенда о гравитации гласит, что Исаак Ньютон был поражен падающим яблоком и понял, что должна быть сила, которая заставляет вещи падать на землю. Он написал уравнение, описывающее силу гравитации, показывающее, что чем массивнее объекты, тем больше сила притяжения между ними. Также было показано, что чем они длиннее, тем слабее тяга. Некоторые планеты двигались так, что не могли объяснить это уравнение, но по большей части оно существовало веками.

Как работает гравитация

Сила притяжения зависит от массы предметов и расстояния между ними. Все, что имеет массу, также имеет и гравитацию. Объекты с большей массой имеют большую гравитацию. Оно ослабевает с расстоянием, и чем ближе объекты друг к другу, тем сильнее становится их гравитационное притяжение.

Исаак Ньютон был первым, кто математически описал гравитацию и то, как она действует одинаково на все объекты во Вселенной, от падающего яблока до планет, движущихся вокруг звезды. Так и появился закон всемирного тяготения, который соблюдался веками.

Кстати, падение яблока на голову Ньютона — это миф. Ему очень нравилось отдыхать под яблоней, а наблюдение за падающими яблоками натолкнуло его на идею всемирного тяготения. Но ничто не ударило Ньютона по голове.

Теория Ньютона объясняла гравитацию как разновидность силы. Но позже появилась теория Эйнштейна, в основе которой лежит геометрический подход. Простыми словами: большие объекты искривляют вокруг себя пространство-время, а другие объекты попадают в эту «кривизну.

Визуализация гравитации. Альберт Эйнштейн описал гравитацию как кривую в пространстве, огибающую такой объект, как звезда или планета. Анимация: НАСА

Этот принцип хорошо проиллюстрирован в этом видео:

Теория Эйнштейна — актуальна и сегодня.

Но не идеал…

Фундаментальные силы во Вселенной

По мнению физиков, четырьмя фундаментальными силами Вселенной являются гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное взаимодействие. Силы изменяют движение объекта, и эти четыре фундаментальные силы определяют, как взаимодействует все во Вселенной. Гравитация — самая слабая сила, но ее легче всего увидеть и она оказывает наибольшее влияние в больших масштабах. Это не только причина, по которой люди могут ходить по земле, но и удерживает планеты на орбитах вокруг Солнца, а Солнце на своем месте в галактике.

Гравитационный коллапс

Когда массивное тело, испытывающее силы гравитации, катастрофически быстро сжимается, оно коллапсирует. Так может закончиться жизнь звезды с массой более трех масс Солнца. Когда у звезд заканчивается топливо для продолжения термоядерного процесса, их механическая устойчивость нарушается и происходит быстрое, ускоряющееся сжатие к центральной части. Если давление внутри звезды, которое постоянно растет, сможет остановить сжатие, центральная часть звезды станет нейтронной звездой.

При этом сбрасывается оболочка и вспыхивает сверхновая. Но когда звезда превысит массу, определяемую пределом Оппенгеймера-Волкова, коллапс завершится ее превращением в черную дыру. Величина этого предела еще точно не определена.

Гравитационное поле

Гравитационное поле – это пространство, в котором тела взаимодействуют по законам притяжения.

Теория относительности Эйнштейна описывает поле как определенное свойство времени и пространства, характерно проявляющееся при появлении физических объектов.

Гравитационная волна

Это определенный вид изменения полей, образующихся в результате излучения движущихся объектов. Они отрываются от предмета и распространяются волновым эффектом.

Гравитационные волны

Гравитационные волны — это изменения в гравитационном поле, которые распространяются в виде волн. Они излучаются движущимися массами, но после излучения отрываются от них и существуют независимо от этих масс. Математически связано с возмущением метрики пространства-времени и может быть описано как «рябь пространства-времени».

Гравитационные волны предсказываются общей теорией относительности. Впервые они были обнаружены непосредственно в сентябре 2015 года двумя детекторами-близнецами в обсерватории LIGO, которые зафиксировали гравитационные волны, вероятно, в результате слияния двух черных дыр и образования еще одной массивной вращающейся черной дыры.

Что думают о гравитации современные ученые

Гравитация — самое слабое из четырех известных на сегодняшний день фундаментальных взаимодействий, которому подвержены все частицы и тела, которые из них состоят. Кроме гравитационного взаимодействия, сюда входит еще и электромагнитное, сильное и слабое. Их изучают на основе разных теорий, например, при приблизительных скоростях для малой гравитации используется теория гравитации Ньютона. А в общем случае используется общая теория относительности Эйнштейна. Кроме того, описание гравитации в квантовом пределе придется проводить с помощью еще не появившейся квантовой теории.

Конечно, физика сегодня сложна и выходит далеко за рамки представлений об окружающем мире обычного человека. Но интересоваться ею необходимо хотя бы на уровне базовых понятий, ведь вполне возможно, что уже в ближайшем будущем мы можем стать свидетелями удивительных открытий в этой области, которые коренным образом изменят жизнь человечества. Будет неловко, если вы вообще не поймете, что происходит.

Современное представление о гравитации

Научные исследования в области гравитации продолжаются. Теория относительности Эйнштейна объясняет некоторые аномалии ньютоновской гравитации; однако открытия в атомной, ядерной физике и физике элементарных частиц показали, что это нельзя отнести к взаимодействиям в квантовой физике. Проще говоря, теория Эйнштейна не работает в микромире. В связи с этим получило развитие направление «квантовой гравитации» или квантового описания гравитационного взаимодействия.

Однако теория квантовой гравитации еще не построена. Самая большая трудность заключается в том, что две физические теории, которые он пытается связать вместе — квантовая механика и общая теория относительности — основаны на разных наборах принципов. Первый описывает временное развитие физических систем (например, атомов или элементарных частиц) на фоне космического пространства-времени. Во втором внешнее пространство-время вообще отсутствует — оно само является динамической переменной в теории.

В квантовой гравитации развиваются две основные области: теория струн и петлевая квантовая гравитация. В первой теории вместо частиц и фонового пространства-времени появляются струны и их многомерные аналоги — браны.

Во втором делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону; Согласно этой теории пространство и время состоят из дискретных частей. Это небольшие квантовые ячейки пространства, которые определенным образом связаны друг с другом, так что на малых масштабах времени и длины они создают дискретную структуру пространства, а на больших масштабах плавно переходят в непрерывное единое пространство-время. Считается, что именно петлевая квантовая гравитация может описать реальный процесс взрыва, предшествовавший образованию Вселенной.

С 1980-х годов сотрудники Пенсильванского государственного университета разработали парадигму, основанную на концепции петлевой квантовой гравитации. Он описывает все современные крупные структуры во Вселенной как квантовые флуктуации пространства-времени, имевшие место при рождении мира.

Существующая теория Большого Взрыва, как уже говорилось, не объясняет того, что произошло до рождения Вселенной. Исследователи из Пенсильвании придерживаются альтернативной гипотезы Большого отскока, согласно которой нынешняя расширяющаяся Вселенная возникла в результате коллапса предыдущей Вселенной. Для описания этого состояния они объединили квантовую механику и теорию относительности.

Авторы работы утверждают, что им удалось описать космическое излучение, возникшее сразу после рождения Вселенной. Они заявили, что квантовые нити были вплетены в эйнштейновскую ткань пространства-времени. Именно это в будущем может позволить объяснить, почему галактики и материя распределены во Вселенной неравномерно.

В 1990-х годах астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Это противоречит предсказаниям общей теории относительности, согласно которой гравитация должна замедлять расширение. Чтобы объяснить это явление, космологи начали ссылаться на «темную энергию», силу, которая составляет почти три четверти материи и энергии во Вселенной и, следовательно, расталкивает ее. Но происхождение темной энергии остается загадкой и по сей день.

Некоторые учёные пытаются объяснить ускорение расширения Вселенной без тёмной энергии, предполагая, будто общая теория относительности неверна, и гравитация ослабевает в космических масштабах. Но до сих пор никто не придумал способ проверить эту теорию.

Есть еще такое понятие, как антигравитация — якобы противодействие, гасящее или даже превосходящее гравитационное притяжение отталкиванием.

Текущий подход к антигравитации заключается в том, чтобы освободить объект от гравитации, чтобы на какое-то время она не воздействовала на него. Например, спасение человека в аэродинамической трубе обеспечивается силой тяжести, которой противодействует воздушный поток.

Полет в аэродинамической трубе

Пока вопрос о существовании антигравитации как самостоятельного явления остается открытым, так как само явление гравитации только изучается.

Как преодолеть гравитацию

Чтобы преодолеть земное притяжение, тело должно иметь скорость, равную 7,91 км/с. Это первая космическая скорость. Достаточно, чтобы объект двигался по орбите вокруг планеты. Чтобы покинуть гравитационное поле Земли, космический корабль должен иметь скорость не менее 11,2 км/с. Это вторая космическая скорость. Чтобы выйти за границу гравитационной сферы, которая заканчивается на расстоянии около 930 тыс км от Земли, скорость объекта должна быть около 16,6 км/с. Это третья космическая скорость.

Если бы не было гравитации

В соответствии с вышеизложенными законами физики на практике такая ситуация невозможна.

Бывший астронавт НАСА, физик Джей Баки отмечает, что наши тела приспособлены к гравитации. Когда гравитация почти исчезает (например, на борту МКС), тело начинает перестраиваться. Во время полетов в космос члены экипажа корабля теряют костную массу и мышечный тонус, а также чувство равновесия.

Доктор Кевин Фонг добавляет, что количество эритроцитов в организме уменьшается, что приводит к так называемой романемии. При этом раны дольше заживают, а также снижается иммунитет, возникают проблемы со сном. В отсутствие гравитации мышцы, вестибулярный аппарат, сердце и сосуды развивались бы иначе.

Астроном Карен Мастерс из Портсмутского университета в Великобритании предположила, что при отсутствии гравитации Земля начала бы вращаться с большой угловой скоростью, как веревка, не закрученная над головой. Таким образом, все объекты на планете летели бы прямо в космос, как и вода с атмосферой. Лишь укрепленные сооружения могли какое-то время оставаться на поверхности земли.

В конечном итоге отсутствие гравитации уничтожит саму планету. Земля разорвется на куски, которые разлетятся в разные стороны.

Похожий пример, но с солнцем, приводит в своем видео канал Discovery News.

Что произойдет, если гравитация не

Без гравитации не было бы ни звезд, ни планет, а Вселенная стала бы смесью разбросанных атомов и молекул.

Как рассчитать гравитацию?

Формула расчета силы тяжести (гравитации)

1. F — сила тяжести, с которой два тела притягиваются друг к другу (Ньютон);
2. m1 – масса первого тела (кг);
3. m2 – масса второго тела (кг);
4. r — расстояние между центрами масс тел (метры);
5. γ — гравитационная постоянная 6,67 10-11 (м3/(кг с2)).

Как посчитать силу притяжения?

Сила гравитационного притяжения между телами равна произведению гравитационной постоянной и масс обоих тел, деленному на квадрат расстояния между ними.

Чем отличаются гравитация от силы притяжения?

Гравитация — это сила притяжения между объектами, имеющими массу. Гравитационная сила зависит от массы этих объектов и расстояния между ними. Гравитация — одна из четырех фундаментальных сил природы, среди них есть еще слабые, сильные, электромагнитные силы.

Какая самая сильная фундаментальная сила?

Сильное ядерное взаимодействие, также называемое сильным ядерным взаимодействием, является сильнейшим фундаментальным взаимодействием природы. Это в шесть тысяч квинтиллионов квинтиллионов квинтиллионов (это 39 нулей после 6!) раз сильнее гравитации.

Какая самая сильная сила в мире?

Сильное ядерное взаимодействие сильнее всех. На расстоянии 1 фут она может быть в 10^38 раз сильнее гравитации! Но только на небольшом расстоянии.

Гравитация в Солнечной системе

В Солнечной системе гравитацией обладает не только Земля. Планеты, как и Солнце, притягивают к себе объекты.

Поскольку сила определяется массой объекта, наибольшее значение имеет Солнце. Например, если у нашей планеты показатель равен единице, то показатель светильника будет почти двадцать восемь.

Следующим, после Солнца, по силе притяжения является Юпитер, поэтому его притяжение в три раза выше земного. Плутон имеет наименьший параметр.

Для ясности скажем так, теоретически на Солнце средний человек весил бы около двух тонн, а на самой маленькой планете нашей системы — всего четыре килограмма.

Гравитация и сотворение Вселенной.

Гравитация также является важным элементом в создании Вселенной. Газы, обнаруженные во Вселенной, притягиваются друг к другу под действием гравитации и объединяются, образуя большие объекты, в том числе звезды и планеты. Некоторые ученые считают, что именно гравитация стабилизировала частицы после Большого взрыва, остановив коллапс Вселенной. Гравитация сближает солнечные системы, образуя галактики, и поэтому является фундаментальным элементом в создании Вселенной.

Гравитон

Поскольку гравитационное взаимодействие присутствует, его надо как-то передать. В 1930-х годах гравитон стал кандидатом в транспортеры. Эта частица пока гипотетическая, но у нее должен быть спин 2 и два возможных направления поляризации. Некоторые физики упорно отрицают существование этой частицы. Они предполагают, что если есть гравитоны, то их должны испускать черные дыры, а это противоречит ОТО. Но попытки расширить Стандартную модель такими частицами сопряжены с реальными трудностями в области высоких энергий.

Некоторые из разрабатываемых теорий квантовой гравитации основаны на решении этой проблемы. По своему положению гравитоны — это состояние струн, а отнюдь не точечных частиц. Но их низкие энергии по-прежнему классифицируются как точечные частицы. До сих пор гравитоны не обнаружены, потому что их гравитационное влияние необычайно слабо.

Квантовая гравитация

Универсальная квантовая теория, объясняющая само понятие гравитации, еще не разработана. Для представления гравитационного взаимодействия было бы правдоподобно предложить обмен гравитонами, в котором гравитоны действуют как калибровочные бозоны со спином 2. Но такая теория не считается удовлетворительной. В настоящее время существует несколько подходов, позволяющих квантовать гравитацию. Эти подходы считаются весьма перспективными.

• Струнная теория. Он заменяет фоновые частицы пространства-времени струнами и бранами (похожими на струны). Для решения многомерных задач браны рассматриваются как частицы уже многомерные, но в то же время являющиеся структурами пространства-времени. Гравитоны здесь становятся состоянием струн, а не отдельных частиц. Хотя их низкие энергии входят в их число.
• Петлевая квантовая гравитация. Здесь время и пространство являются дискретными частями. Они не привязаны к фону пространства-времени, так как являются квантовыми ячейками пространства. Они связаны таким образом, что на малых временных масштабах предстают как дискретная пространственная структура. По мере увеличения масштаба части становятся равномерно непрерывными в пространстве-времени. Петля гравитации способна описать суть Большого Взрыва, а также пролить свет на его порог. Это позволяет даже отказаться от бозона Хиггса.

Что упало на голову Ньютону

Несмотря на то, что сам великий английский ученый частично подтвердил известную легенду о яблоке и травме головы, тем не менее можно с уверенностью сказать, что при открытии закона всемирного тяготения не было ни травм, ни озарений. Фундаментом, заложившим новую эру в естествознании, стал труд «Математические начала натуральной философии».

В ней Ньютон описывает закон всемирного тяготения и важные законы механики, открытые им в результате многолетнего упорного труда. Знаменитый физик обладал спокойным и рассудительным характером, как и подобает гениальному ученому. И так от начала размышлений о природе гравитации до публикации научной работы по ней прошло более 20 лет. Впрочем, легенда об упавшем плоде могла иметь под собой реальную основу, но голова физика точно осталась нетронутой.

Законы притяжения изучались еще до Исаака Ньютона самыми разными учеными. Но только он первым математически доказал прямую связь между гравитацией и движением планет. То есть яблоко, падающее с ветки, и вращение Луны вокруг Земли управляются одной и той же силой — гравитацией. И это работает на двух телах во вселенной. Эти открытия положили начало так называемой небесной механике, а также науке о динамике. Ньютоновская модель господствовала в науке более двух столетий до появления теории относительности и квантовой механики.

Что делает гравитация?

Гравитация оказывает несколько эффектов на реальный мир. Кроме того, гравитация не только удерживает объекты на земле, но и придает им вес. Объекты весят меньше на планетах с меньшей гравитационной силой. Гравитация Луны — это сила, которая создает океанскую воду. Гравитация также удерживает Землю на комфортном расстоянии от Солнца и удерживает атмосферу на месте, давая всему живому дышать воздухом и защищая от солнечной радиации.