Gravitációs tér
Ezt a szócikket tartalmilag és formailag is át kellene dolgozni, hogy megfelelő minőségű legyen. További részleteket a cikk vitalapján találhatsz. Ha nincs indoklás a vitalapon, bátran távolítsd el a sablont! |
A gravitációs tér (nehézségi erőtér vagy helytelenebb szóhasználatban gravitációs mező) egy fizikai modell, ahol egy tömör test hat a körülötte lévő térre, és erővel hat egy másik testre. A gravitációs térrel magyarázzák a gravitációs hatást, melynek mértékegysége newton/kilogramm (N/kg). Az eredeti elmélet szerint a gravitáció két pontszerű tömeg közötti erőhatás.
Isaac Newton után Pierre-Simon de Laplace a gravitációs modellt egy sugárzó térnek képzelte el, de a 19. század óta a gravitációt inkább térnek nevezik, mint pontok közötti hatásnak. A térmodellnél a testek a tömegükkel eltorzítják a téridőt és ez az eltérítés észlelhető, mint erőhatás.[1][2][3] A modell szerint a téridő görbültségére adott válaszképpen mozognak a testek, és vagy nincs is gravitációs erő, vagy a gravitáció egy pszeudoerő.
Klasszikus mechanika
A klasszikus fizikában a tér nem valós dolog, hanem csupán modell, melyet arra használnak, hogy leírhassák a gravitáció hatását. A tér meghatározáshoz Newton törvényeit lehet alkalmazni. Így, egy M tömeg körüli g gravitációs tér vektortér, mely a test felé mutató vektor minden pontját tartalmazza. A tér bármely pontjában a tér nagysága általános törvények alapján számítható.
Mivel a térerő konzervatív, egységnyi tömegre (Φ) egy skaláris potenciális energia hat, mely minden pontban a térerővel arányos, ezt gravitációs potenciálnak hívják.[4] A gravitációs tér egyenlete:[5]
ahol F a gravitációs erő, m a tömeg, r a kísérleti tömeg pozíciója, az r irányú egységvektor, t az idő, G a gravitációs állandó, és ∇ a nabla operátor.
Ebben az egyenletben benne van Newton gravitációs törvénye, a gravitációs potenciál és a tér gyorsulása közötti kapcsolat.
d2R/dt2, és F/m mind egyenlőek a g gravitációs gyorsulással, a hasonló matematikai formula mellett; meghatározása a gravitációs erő osztva a tömeggel.[6]
A negatív előjel azt jelzi, hogy az erőhatás a helyvektorral ellentétes.Az ekvivalens téregyenlet a tömegsűrűséggel (ρ) kifejezve:
mely egyenlet tartalmazza a Gauss-féle gravitációs törvényt és a Poisson-féle egyenletet is.
Newton és Gauss törvényei matematikailag ekvivalensek és összefüggnek a divergenciatétellel (Gauss–Osztrohradszkij-tétel). A Poisson-féle egyenletet úgy kaphatjuk, ha az előző egyenlet mindkét oldala divergenciáját vesszük.Ezek a klasszikus egyenletek a teszt részecskére érvényes mozgásra vonatkozó differenciálegyenletek, gravitációs tér jelenlétében. Több részecskére nézve a tér minden egyes részecske körüli tér vektorösszege. Ilyen térben a tárgy egy olyan erőt érzékel, mely egyenlő azon erők összegével, melyet érzékelnek ezekben az egyedi terekben.
Matematikailag kifejezve:[7]
azaz az mj tömegre ható gravitációs tér az összes többi mi tömegre ható gravitációs tér összegével egyenlő, kivéve saját magát mj.A egységvektor az rj − riirányba mutat.
Általános relativitás
Az általános relativitáselméletnél, a gravitációs teret az Einstein-egyenletek megoldása nyújtja:[8]
Itt T az energia-impulzus tenzor, G az Einstein-tenzor, c a fénysebesség.
Ezek az egyenletek az anyag és energia eloszlásától függnek az adott térben, és ettől különböznek a newtoni gravitációtól, mely csak az anyag eloszlástól függ. Az általános relativitáselméletben a terek a téridő görbültségét reprezentálják.
Newton második törvénye (Newton törvényei) szerint ez azt eredményezi, hogy a tárgy egy pszeudo-erőt (tehetetlenségi erő) érzékel, mely még figyelembe veszi a teret. Ezért érzi egy ember a Földön azt, hogy a gravitációs erő ’húzza’ le, miközben nyugalomban áll a Föld felszínén.
Általában, az általános relativitáselmélet által megjósolt gravitációs tér hatása csak kis mértékben különbözik a klasszikus mechanika állításaitól, de van számos bizonyítható különbség, melyek között a legismertebb a fényelhajlás ténye ilyen terekben.
Az általánosan elfogadott alap hipotézis
A jelenleg érvényes, elfogadott elmélet szerint a gravitációs tér és az ezzel kapcsolatos gravitációs hullámok Einstein – általános relativitáselméletre vonatkozó – egyenleteinek fizikai interpretációi. A gravitációs hullámot 2015-ben sikerült közvetlenül kimutatni.
Fordítás
Ez a szócikk részben vagy egészben a Gravitational field című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.
Irodalom
- Geroch, Robert: General relativity from A to B. (hely nélkül): University of Chicago Press. 1981. 181. o. ISBN 0-226-28864-1
- Grøn, Øyvind – Hervik, Sigbjørn: Einstein's general theory of relativity: with modern applications in cosmology. (hely nélkül): Springer Japan. 2007. 256. o. ISBN 0-387-69199-5