5 činjenica o gravitaciji – jednoj od najmisterioznijih sila u svemiru
Miscelanea / / July 14, 2023
Kako se vaša težina mijenja u različitim zemljama, kakve valove šire crne rupe i što je bestežinsko stanje.
1. Zemljina gravitacija je slabija od vašeg magneta za frižider
U svijetu postoje četiri takozvane temeljne sile: snažna nuklearna sila koja osigurava stabilnost atomske jezgre, slaba nuklearna, odgovorna za radioaktivni raspad, elektromagnetska sila i naš voljeni gravitacija. Upravo ovo posljednje čuva Zemlju, druge planete i zvijezde, sunčeve sustave i galaksije od propadanja.
Pa, gravitacija je najslabija temeljna sila od svih. A znanstvenici ne razumiju zašto.
Možete reći: ali gravitacija je ono što pokreće zvijezde, galaksije i druge ogromne objekte, kako može biti slaba? Pa, stavite magnet na hladnjak. Sada odgovorite na pitanje zašto ga privlači maleni hladnjak jačinego cijeli planet.
A slabe i jake atomske sile još su jače od elektromagnetskih. Barem možete izvaditi magnet iz hladnjaka bez vanjske pomoći, ali ljudi još nisu naučili kako dijeliti atome golim rukama. Za usporedbu: električna sila između elektrona i protona unutar atoma je oko jedan kvintilijun (to je jedan iza kojeg slijedi 30 nula) puta
jačinego gravitacijsko privlačenje između njih.I to je jedna od glavnih misterija fizike. Znanstvenici imaju pretpostavkada svemir može imati dodatne dimenzije skrivene našoj percepciji. A gravitacija se širi kroz sve njih, dok su elektromagnetske sile i jake i slabe nuklearne sile ograničene na naš četverodimenzionalni prostor-vrijeme.
Možda čak i naša gravitacija utječe na objekte u drugim svemirima, ako postoje. A naši predmeti su zauzvrat pod utjecajem njihove privlačnosti. Ovo bi moglo objasniti zašto naš Svemir širi se brže od očekivanog. Barem takvu teoriju predlažu fizičari koji ne vole teoriju tamne tvari i energije.
No unatoč svim pretpostavkama, trenutno nema eksperimentalnih dokaza koji bi to potvrdili ili opovrgli.
2. Gravitacija stvara valove
Animacija: Dana Berry / NASA
Zamislite da je prostor-vrijeme rastegnuta tkanina. Pa, ili površinu ribnjaka, ako želite. Dok se masivni objekti kreću poput crnih rupa ili spajanja neutronskih zvijezda, stvaraju iskrivljenja u prostor-vremenu, poput nabora na tkanini. Ili poput valova koji se odvajaju od mjesta gdje je kamen pao u jezerce. Ovako izgledaju gravitacijski valovi.
Analogija je, naravno, malo rastezljiva, jer su i tkanina i površina jezerca ravne, a Svemir trodimenzionalni, ali znanstvenici još nisu došli do boljih primjera.
Gravitacijski valovi razlikuju se od zvuka ili svjetlosti, pa ih ne možemo čuti niti vidjeti. Međutim, uz pomoć posebnih instrumenata koji se nazivaju laserski interferometri, znanstvenici mogu pronaći. To vam omogućuje istraživanje udaljenih masivnih objekata i proučavanje kozmičkih pojava koje se događaju u najudaljenijim kutovima svemira.
Postojanje gravitacijskih valova predvidio je Albert Einstein prije sto godina.
Ali tek je nedavno čovječanstvo razvilo i primijenilo alate za njihovo otkrivanje. Jedan od njih je lasersko-interferometrijski opservatorij LIGO. Bilo joj je to prvi put 2015 fiksni gravitacijski valovi od spajanja dviju crnih rupa na udaljenosti od oko 1,3 milijarde svjetlosnih godina od Zemlja.
Oni proći kroz sve prepreke, uključujući prazninu, i ne podliježu apsorpciji ili refleksiji. Oni se također šire kroz svemir brzinom svjetlosti.
3. Gravitacija na Zemlji nije uniformna
Animacija: ESA
Vjerojatno ste već vidjeli ovu animaciju. Mrežom kruži mit, navodno je ovako izgled naš planet bez oceana. Ali zapravo, ovo nije model same Zemlje, već njenog gravitacijskog polja.
Vidite privlačnost jači gdje je velika masa. A gravitacijsko polje na Zemlji nije ujednačeno iz nekoliko razloga. Prvo, naše planeta nije savršena lopta. Blago je spljoštena na polovima i proširena na ekvatoru, što rezultira neravnomjernom raspodjelom mase.
Drugo, površina Zemlje je vrlo neravna. Imamo visoke planine, duboke oceanske brazde i druge oblike krajolika koji imaju različite mase. I treće, unutar planeta materijali su također neravnomjerno raspoređeni. Svi ovi čimbenici uzrokuju da gravitacija na Zemlji varira od mjesta do mjesta.
To znači da ćete na različitim mjestima na našem planetu imati različitu težinu.
Recimo ako ti su u Colombu na Šri Lanki vaša će težina biti nešto manja nego da ste u Katmanduu u Nepalu. Indijski ocean jedno je od područja s najnižom relativnom gravitacijom na svijetu, dok je teška Himalaja, naprotiv, povećava.
Drugi primjer: već dugo znanstvenici nisam razumiozašto je u regiji oko Hudson Baya u Kanadi gravitacija slabija nego što bi trebala biti u teoriji. Ispostavilo se da se stoljećima stari ledenjaci ondje tope, njihova masa se smanjuje, a samim tim i sila privlačenja.
Stoga, ako niste zadovoljni brojkom na vagi, samo promijenite mjesto stanovanja, i odmah skinite kilogram-dva. Istina, masa će ostati ista, ali će se težina smanjiti. Fizika.
4. Gravitacija savija svjetlost
Lako je vidjeti kako gravitacija utječe na fizičke objekte. Zahvaljujući njemu čvrsto stojimo na Zemlji, a ne letimo u svemir, jabuke padaju od vrha do dna, Sunce kroji krugove oko jezgre galaksije i tako dalje.
Ali ta sila ne djeluje samo na materiju, već i na svjetlost. Iz tog razloga Crne rupe tzv.: imaju gravitaciju toliko snažnu da sva svjetlost koju privlače ne može napustiti gravitacijsko polje.
Ali ponekad fotoni ne padnu na masivni objekt, već jednostavno prolete, samo malo mijenjajući putanju.
Ovaj fenomen znan poput gravitacijske leće. To se događa jer gravitacija iskrivljuje prostor i vrijeme oko masivnih objekata poput zvijezda i galaksija. Kao rezultat toga, svjetlost koja prolazi pored ovih masivnih objekata slijedi zakrivljenu putanju, a ne ravnu liniju.
Prvo je bilo gravitacijsko leće predvidio Albert Einstein u svojoj općoj teoriji relativnosti. Predložio je da bi se svjetlost s udaljenog objekta savijala dok bi prolazila pored masivne zvijezde blizu nas. Njegova je teorija eksperimentalno potvrđena tijekom pomrčine Sunca 1919. godine.
Gravitacijska leća može proizvesti spektakularne efekte kao što su "Einsteinovi prstenovi" ili "križ Einstein" - kada se svjetlost iz daleke galaksije savija oko bliže, stvarajući prstenove, potkove i drugu svjetlost figure.
Ova pojava je također koristi se astronomi za proučavanje tamne tvari. Budući da ne emitira svjetlost, ne može se izravno promatrati. Ali možemo otkriti njegovu prisutnost kroz efekte gravitacijske leće.
5. Bestežinsko stanje nije odsustvo gravitacije
Pitate li prvoga koga sretnete zašto astronauti lebde u zraku na ISS-u, najvjerojatnije će vam odgovoriti da u svemiru nema gravitacije. To, naravno, nije tako, inače kako bi Sunce mogao zadržati planete u njihovim orbitama?
Zato ova izjava pogrešno. Zamislite da se nalazite u zrakoplovu i on iznenada počne ponirati. Ako u ovom trenutku bacite loptu, ona će, naravno, pasti. Ali budući da i avion leti prema dolje, činit će vam se da igračka lebdi u zraku. Ovo je stanje bestežinskog stanja. Usput, prije leta u svemir, astronauti se tome prilagođavaju u ronilačkim avionima.
Daske za takvu obuku zaposlenici NASA-e ironično nazivaju Vomit Comet - "povraćajući komet". Pogodi zašto.
Ista stvar se događa astronautima u orbiti. Svemirski brod ili postaja stalno stremi prema Zemlji zbog gravitacije. Ali budući da se kreću dovoljno brzo naprijed, nikada ne padnu, već lete oko planeta pri svakom okretaju. To stvara iluziju nedostatka privlačnosti, iako je ispravnije ovo stanje nazvati "mikrogravitacijom".
Zapravo, sav je prostor prožet gravitacijom i nema mjesta u svemiru gdje je ne bi bilo. Znanstvenici vjerovatida, iako je njegova brzina širenja ograničena brzinom svjetlosti, a njegova snaga brzo opada s udaljenošću od izvora, sam raspon djelovanja je beskonačan.
Odnosno, sada ste prilično pogođeni gravitacijskim valovima iz nekakve crne rupe, kojima trebaju deseci tisuća godina da dođu do Zemlje. Samo što je njihova snaga vrlo mala u usporedbi s gravitacijom našeg planeta. I to je dobro, znaš.
Pročitajte također🧐
- Astrofizičar Boris Stern: 3 najnevjerojatnije spoznaje o svemiru koje smo dobili u 21. stoljeću
- Astronom Vladimir Surdin: 6 svemirskih čuda koja zadivljuju maštu
- "Još uvijek se igramo u pješčaniku": intervju s astrofizičarom Alexanderom Perkhnyakom