Гравитација

Гравитација (англиски: gravity) или тежа — природна појава која им дава тежина на предметите.^[1] Уште една дефиниција за гравитацијата е дека таа е привлечна сила помеѓу две тела. Во секојдневниот живот, привлекувањето поради гравитацијата е резултат на постоењето на релативно големи тела, како што се Земјата и Месечината. Гравитацијата не само што предизвикува привлекување кон релативно големите тела, туку влијае и на површината на небесните објекти, предизвикувајќи плими, земјотреси, па дури и вулкански ерупции, како што е примерот со Ија — најблискиот сателит на Јупитер. Гравитацијата е единствената сила способна да предизвика формирање на планети, ѕвезди и галаксии. Таа е и причината поради која небесните тела се движат по предвидливи патеки.

Поимите за гравитацијата за првпат во науката ги вовел Галилео Галилеј во 16-17 век. Со познатиот експеримент со фрлање на топчиња со различни тежини од кулата во Пиза, докажал дека гравитацијата подеднакво ги забрзува предметите. Галилео докажал дека веројатно отпорот на воздухот, а не гравитациската сила како што претходно сметал Аристотел, е причината што полесните објекти паѓаат побавно.^[2]^[3]

Во 1687 година, Исак Њутн заклучил дека гравитациската сила е правопропорционална со масите на телата, а обратнопропорционално со квадратот од растојанието помеѓу центрите на телата, и тоа го потврдил со експеримент. Теоријата на Њутн доживеала голем успех кога преку неа било предвидено постоењето на Нептун врз основа на движењата на Уран кои не можеле да се припишат на влијанието на другите тогаш познати небесни тела.

Во 1915 година, Ајнштајн во „Општата теорија на релативноста“ ги припишал ефектите на гравитацијата на закривување на време-просторот, наместо на некаква механичка сила. Според општата теорија на релативноста, слободното паѓање на едно тело е всушност инерцијално движење на објектот, во однос на статичниот набљудувач на Земјата.^[4]^[5] Во Њутновата физика, вакво забрзување не може да настане, освен под дејство на механичка сила.

Ајнштајн предложил дека простор-времето е закривено од самата материја, и дека предметите при слободно паѓање всушност се движат по локално прави патеки во закривениот простор-време. Ајнштајн ги открил и равенките за полето на општата релативност, кои го поврзуваат присуството на материјата со закривеноста на простор-времето. Равенките за поле на Ајнштајн се систем од 10 нелинеарни диференцијални равенки. Нивното решение се компонентите на геометријата на простор-времето, и патеките на движење на инерцијалните објекти се пресметуваат од тука. Ајнштајновата теорија, иако попрецизна, е многу сложена; поради тоа во пракса сѐ уште многу почесто се користат Њутновите закони.

Секојдневна гравитација

Времеслед на природата

п • р • у

-13 —

–

-12 —

–

-11 —

–

-10 —

–

-9 —

–

-8 —

–

-7 —

–

-6 —

–

-5 —

–

-4 —

–

-3 —

–

-2 —

–

-1 —

–

0 —

ширење на вселената

Прва светлина

забрзување на вселената

Сончев Систем

вода

едноклеточни орг.

фотосинтеза

повеќеклеточни
организми

копнен живот

Прва гравитација

темна енергија

темна материја

←

наст. вселената (-13,8)

←

прва галаксија

←

прв квазар/сцд

←

настанува Омега Кентаур

←

настанува Андромеда

←

Млечен Пат
образување на спирални краци

←

NGC 188

←

настанува Алфа Кентаур

←

настан. Земјата
(-4,54)

←

←

←

←

←

Камбриумска експлозија

←

први луѓе

ж
и
в
о
т

п
р
и
м
о
р
д
и
ј
а
л

Размер на оската: милијарди години.

Тежина наспроти маса

Во секојдневниот разговор, ние велиме дека работите паѓаат затоа што гравитацијата на Земјата се привлекува врз нив. Зборуваме како нашата тежина да е „дадена“. Всушност, тежината се менува кога се менува привлекувањето на гравитацијата. Месечината е многу помала, а привлекувањето на гравитацијата на Месечината е околу 1/6 од Земјата. Значи, кој било предмет на Месечината тежи 1/6 од својата тежина на Земјата. Она што не се менува е количината на материјата во предметот. Тоа се нарекува „Закон за запазување на масата“. На Земјата, масата и тежината се исти за повеќето цели, иако чувствителен гравиметар може да ја открие разликата. Разликата може да биде многу различна во друг свет како што е Месечината.^[6]

Од ова учиме две работи:

Тежината на предметот е променлива; а неговата маса е константна.
Привлекувањето на гравитацијата варира во зависност од масата на предметот. Земјата привлекува посилно од Месечината. Едно лице исто така прави гравитациско привлекување, но е толку мало, што може да се игнорира за сите практични цели..

Земјата има маса. Секоја честичка на материјата има маса. Значи, Земјата привлекува на секој предмет и личност, и тие се притискаат на Земјата. Оваа сила на притискање/влечење се нарекува „гравитација“ и дава тежина.

Историја на гравитациската теорија

Галилеo

Според еден од неговите студенти, Галилео направил познат експеримент за гравитацијата каде испуштил топчиња од Кривата кула во Пиза. Подоцна, тој ги стркалал топките надолу по наклоните. Со овие експерименти, Галилео покажал дека гравитацијата ги забрзува сите предмети со иста брзина, без оглед на тежината.^[7]^{:стр. 19–21, 414–416}

Кеплер

Јоханес Кеплер го проучувал движењето на планетите. Во 1609 и 1616 година тој ги објавил своите три закони со кои се регулирало обликот на нивните орбити и нивната брзина по тие орбити, но не открил зошто се движеле на тој начин.^[8]

Њутн

Во 1687 година, англискиот математичар Исак Њутн ја напишал Математички начела на природната филозофија. Во оваа книга, освен за трите Њутнови закони, тој напишал и за Законот за гравитација. Њутн, следејќи ја идејата за која долго време била дискутирана од други, рекол дека колку поблиску се два предмета еден до друг, толку повеќе гравитацијата ќе влијае на нив.^[9]

Законите на Њутн биле искористени подоцна за да се предвиди постоењето на планетата Нептун врз основа на промените во орбитата на Уран, и повторно да се предвиди постоењето на друга планета поблиску до Сонцето од Меркур. Кога ова било сторено, се дознало дека неговата теорија не е точна. Овие грешки во неговата теорија биле поправени со теоријата на Алберт Ајнштајн за Општата теорија за релативноста. Теоријата на Њутн сè уште обично се користи за многу работи, бидејќи е поедноставна и е доволно точна за многу намени.^[10]

Други теории

Историски теории

Аристотелова теорија за гравитација
Лесажова теорија за гравитација (1784), предложена од Жорж Луј Лесаж, и е заснована на based on a fluid-based explanation where a light gas fills the entire universe.
Рицова теорија за гравитација, Ann. Chem. Phys. 13, 145, (1908) pp. 267–271, Вебер-Гаусова електродинамика применета кај гравитацијата.
Нордштромова теорија за гравитација (1912, 1913), соперник на општата релативност.
Калуца–Клајнова теорија (1921)
Бајтхедова теорија за хравитација (1922), соперник на општата релативност.

Современи други теории

Бранс–Дикеева теорија за гравитација (1961) ^[11]
индуцирана гравитација (1967), предлог на Андреј Сахаров според која општата релативност може да настане од квантната теорија на полето за материјата
ƒ(R) гравитација (1970)
Хорндескиева теорија (1974) ^[12]
Супергравитација (1976)
Теорија на струните
Изменета Њутнова динамика (1981), Мордехај Милгром предложува измена на Вториот Њутнов закон за движење при мали забрзувања^[13]
Самосоздавачка космологија, теорија за гравитацијата (1982) од in which the Brans-Dicke theory is modified to allow mass creation
Јамчеста квантна гравитација (1988) од Карло Ровели, Ли Смолин и Абхај Аштекар
Несиметрична гравитациска теорија (NGT) (1994) од Џон Мофат
Конформна гравитација^[14]
Тензорско–векторско–скаларна гравитација (TeVeS) (2004), релативистичка изменета Њутнова теорија од Јакоб Бекенштајн
Гравитацијата како ентропска сила, гравитацијата настанува од термодинамичката замисла за ентропијата
Суперфлуидна вакуумска теорија гравитацијата и закривениот просторпоттекбуваат од збирната возбуденост на нереативистичкиот позадински суперфлуид.
Камелеонска теорија (2004) од Џастин Кури и Аманда Велтман.
Пресуронска теорија (2013) од Оливие Минацоли и Орелјен Ес.