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La nueva teoría de la gravedad, formulada en 2010 por el investigador Erik Verlinde de la Universidad de Ámsterdam, todavía es objeto de acalorados debates en los círculos científicos. Quizás ninguna idea provocaría una controversia tan acalorada como la ausencia de materia oscura en el Universo. Parece que la teoría de Verlinde tiene ahora la oportunidad de recibir nuevas pruebas. Esto fue posible gracias a las observaciones continuas de los astrónomos.

Evidencia convincente

La investigación actual de los astrónomos ha sido aclamada como una fuerte evidencia de la idea de la gravedad emergente, donde la gravedad puede surgir espontáneamente en lugar de ser una entidad de la naturaleza espontáneamente ordenada. Si bien las pruebas recopiladas se encuentran en la etapa de verificación y los resultados del estudio no se han publicado en revistas cientificas. Sin embargo, si esta teoría recibe la confirmación oficial, el mundo volverá a estar en el umbral. revolución científica. Sólo ahora se refutarán las suposiciones de Newton y Einstein. Por otro lado, esto puede ser un punto sobre las íes, porque la mecánica clásica y la cuántica no pueden utilizarse simultáneamente.

¿La gravedad no es real?

Según la hipótesis de Erik Verlinde, la gravedad no es real. Es un efecto asociado a la entropía, o la disipación irreversible de energía en el Universo. Las pruebas obtenidas no refutan la teoría de las constantes cosmológicas, que sostienen que las galaxias están rodeadas de materia oscura. Estas sustancias fundamentales no interactúan con la luz visible y no pueden detectarse con instrumentos terrestres.

¿Cuál es la esencia de la disputa?

Los partidarios de la teoría de la gravedad están convencidos de que la materia oscura es una partícula teórica definida por varios parámetros. Sin embargo, la teoría de la gravedad emergente proviene de fórmulas físicas extendidas. Por lo tanto, ambas teorías no pueden contradecirse, ya que en nueva versión Se tomaron más variables como base para los cálculos.

lentes gravitacionales

Las observaciones astronómicas son posibles gracias a lentes gravitacionales. Este fenómeno suele estar asociado con la desviación de los rayos de luz en el campo gravitacional. Se pueden utilizar lentes para explicar la formación de múltiples imágenes de varios objetos astronómicos. La refracción de la luz dirigida a objetos pesados ​​se ha utilizado anteriormente en pruebas ampliadas del modelo cosmológico estándar.

Aunque todavía no hay referencias directas al uso de lentes en experimentos cosmológicos, los científicos pueden estimar la señal esperada de lentes en relación con el corrimiento al rojo de las galaxias. Probablemente su agrupación se produce bajo la influencia de fuerzas de atracción.

Una nueva teoría podría cambiar la comprensión del tiempo, el espacio y la gravedad

Por tanto, la gravedad emergente quiere acabar con la relatividad general y la materia oscura. Por lo tanto, al realizar pruebas, puede comprender cómo los objetos individuales pueden interactuar entre sí. Si teoria general la relatividad predice un modelo del Universo real, entonces nueva idea aplicable a sistemas aislados, esféricos y estáticos.

Según Carl Sagan, "afirmaciones extraordinarias requieren pruebas extraordinarias". Mientras tanto, seamos pacientes y esperemos la confirmación de la emergente teoría de la gravedad.

El profesor Erik Verlinde de la Universidad de Amsterdam ha desarrollado una nueva hipótesis sobre la gravedad. El científico publicó recientemente sus hallazgos en varias publicaciones científicas. Propuso la parte principal de la hipótesis en 2010. Su mensaje principal es que la gravedad no es una fuerza fundamental de la naturaleza, sino un fenómeno aleatorio.

Según Verlinde, la gravedad resulta de cambios en los bits maestros de información almacenados en la estructura misma del espacio y el tiempo. Sostiene que la gravedad se explica por una cierta diferencia en la densidad de entropía en el espacio entre dos cuerpos y en el espacio circundante. Así, explica la atracción de dos cuerpos macroscópicos por un aumento de la entropía total con una disminución de la distancia entre los cuerpos. En otras palabras, el sistema simplemente pasa a un macroestado más probable.

En su artículo de 2010, el científico mostró cómo la segunda ley de Newton puede explicar la caída de manzanas de un árbol o una órbita estable. satélite artificial La Tierra puede ser una manifestación particular de la interacción de estos bloques elementales de materia. “Las leyes de Newton no funcionan a nivel micro, pero sí a nivel de manzanas y planetas. Puedes comparar esto con la presión del gas. Las moléculas de gas por sí solas no crean presión, pero un cierto volumen de gas sí lo hace”, afirmó el científico en 2010. Según Verlinde, el comportamiento de las estrellas en las galaxias, que muchos científicos consideran incompatible con las ideas generalmente aceptadas sobre el espacio-tiempo, se puede explicar sin introducir un factor adicional como la materia oscura.

La materia oscura en astronomía y cosmología, así como en física teórica, es una forma hipotética de materia que no emite radiación electromagnética y no interactúa directamente con él. Esta propiedad de esta forma de materia hace imposible su observación directa. La conclusión sobre la existencia de materia oscura se basó en numerosos, consistentes entre sí, pero signos indirectos Comportamiento de los objetos astrofísicos y los efectos gravitacionales que crean. Esclarecer la naturaleza de la materia oscura ayudará a resolver el problema de la masa oculta, que, en particular, se compone de forma anómala alta velocidad Rotación de las regiones exteriores de las galaxias.

El hecho es que las regiones exteriores de las galaxias giran alrededor de su centro mucho más rápido de lo que deberían. Los científicos han calculado hace mucho tiempo la velocidad de rotación de las galaxias si las estrellas, los planetas, las nebulosas, es decir, la materia visible es toda la materia que existe en el Universo. De hecho, algo está mejorando enormemente la gravedad, razón por la cual las regiones exteriores de la galaxia giran más rápido de lo que deberían. Para designar este "algo", los científicos han sugerido la posibilidad de la existencia de materia invisible, que, sin embargo, tiene un impacto significativo en todos los objetos de la parte visible del Universo. Además, según los cálculos, debería haber varias veces más materia oscura que materia ordinaria. Más precisamente, se cree que el 80% de la materia de nuestra parte visible del Universo es materia oscura.

Los primeros en realizar cálculos precisos y fiables que indicaban la existencia de materia oscura fueron los astrónomos Vera Rubin de la Carnegie Institution y Kent Ford. Los resultados de las mediciones mostraron que la mayoría de las estrellas en las galaxias espirales se mueven en órbita aproximadamente a la misma velocidad angular, lo que lleva a la idea de que la densidad de masa en las galaxias es la misma para aquellas regiones donde se encuentran la mayoría de las estrellas y para aquellas regiones (en el borde del disco) donde hay pocas estrellas.

A pesar de que la mayoría de los científicos aceptan la existencia de materia oscura, no existe evidencia directa de su existencia. Toda esta evidencia es circunstancial.

Según Erik Verlinde, todo se puede explicar sin añadir modelo moderno la existencia de un universo de materia misteriosa que no se puede detectar. Verlinde dice que su hipótesis ha sido probada y predice con precisión la velocidad de rotación de las estrellas alrededor del centro de nuestra galaxia, así como la velocidad de rotación de las regiones exteriores de otras galaxias alrededor de un centro común.

“La nueva visión de la teoría de la gravedad coincide con las observaciones de los científicos. "En general, la gravedad simplemente no se comporta tan bien a gran escala como predice la teoría de Einstein", dijo Verlinde.

A primera vista, los principios básicos de la hipótesis de Verlinde son similares a los de otras hipótesis, incluida la MOND (dinámica newtoniana modificada). Pero en realidad esto no es así: MOND simplemente modifica la teoría generalmente aceptada utilizando sus principios y disposiciones. Pero la hipótesis holandesa funciona con nuevos principios, el punto de partida es diferente.

La hipótesis encontró un lugar para el principio holográfico, formulado por la profesora Verlinde Gerard 't Hooft (premio Nobel en 1999) y el científico Leonard Susskind (Universidad de Stanford). Según este principio, toda la información del Universo se puede describir. como una esfera imaginaria gigante a su alrededor. La teoría en los límites de la región del espacio en estudio debería contener como máximo un grado de libertad por área de Planck. Verlinde sostiene que esta teoría no tiene en cuenta el hecho de que parte de la información se encuentra en ella. Nuestro universo no es sólo una proyección, es bastante real.

y este información adicional Precisamente esta es la razón de la rotación más rápida de las regiones exteriores de las galaxias en comparación con los valores calculados. La información real en nuestro Universo puede explicar un factor adicional más: la energía oscura, que ahora se cree generalmente que es razón principal expansión incesante del Universo. Además, como demostraron en 1998 los premios Nobel Saul Perlmutter, Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess, la tasa de expansión del Universo no es constante; como se pensaba anteriormente, esta tasa aumenta constantemente. La teoría generalmente aceptada es que la energía oscura representa aproximadamente el 70% del contenido del Universo, y los científicos están tratando de encontrar rastros de ella en la radiación de fondo de microondas.

El profesor afirma que muchos físicos están trabajando actualmente en la revisión de la teoría de la gravedad y que ya se han logrado algunos avances en este ámbito. Según el holandés, la ciencia está al borde de una revolución que puede cambiar las ideas de la gente sobre la naturaleza del espacio, el tiempo y la gravedad.

Al mismo tiempo, muchos físicos siguen creyendo que la energía y la materia oscuras son reales. Así, Sesandri Nadathur de la Universidad de Portsmouth (Reino Unido) publicó su trabajo el mes pasado en

Un sistema de dos estrellas de neutrones genera un medio: ondas en el espacio-tiempo

Gravedad(gravedad universal, gravitación) es una interacción fundamental en la naturaleza a la que están sujetos todos los cuerpos con masa. Básicamente, la gravedad opera a escala cósmica.

Término gravedad También se utiliza como nombre de la sección de física que estudia el campo gravitacional y la interacción gravitacional.

Interacción gravitacional

La propiedad más importante de la gravedad es que la aceleración que provoca en los pequeños cuerpos de prueba es casi independiente de la masa de estos cuerpos. Esto se debe al hecho de que la gravedad como fuerza en la naturaleza es directamente proporcional a la masa de los cuerpos que interactúan. Cuando el tamaño de los cuerpos alcanza el tamaño de los planetas y las estrellas, la fuerza gravitacional se vuelve decisiva y forma la forma esférica de estos objetos. Con un mayor aumento de tamaño hasta el nivel de cúmulos y supercúmulos de galaxias, aparece el efecto limitado. Esto lleva al hecho de que los supercúmulos ya no tienen forma redonda, sino que se asemejan a fibras alargadas en forma de cigarro adyacentes a los nodos con los cúmulos de galaxias más masivos. La interacción gravitacional es una de las cuatro interacciones fundamentales en nuestro mundo. En el marco de la mecánica clásica, se describe la interacción gravitacional. ley de gravitación universal Newton, según el cual la fuerza de atracción gravitacional entre dos cuerpos de masa y separados por una distancia es

.

Aquí - , igual m 3 /(kg s 2). El signo menos significa que la fuerza que actúa sobre el cuerpo de prueba siempre se dirige a lo largo del vector de radio desde el cuerpo de prueba hasta la fuente del campo gravitacional, es decir La interacción gravitacional siempre conduce a la atracción de los cuerpos.

El campo de gravedad es potencial. Esto significa que se puede introducir la energía potencial de atracción gravitacional de un par de cuerpos, y esta energía no cambiará después de mover los cuerpos a lo largo de un circuito cerrado. La potencialidad del campo gravitacional implica la ley de conservación de la suma de la energía cinética y potencial, que, al estudiar el movimiento de los cuerpos en un campo gravitacional, a menudo simplifica significativamente la solución.

En el marco de la mecánica newtoniana, la interacción gravitacional es de largo alcance. Esto significa que no importa cuán masivo se mueva un cuerpo, en cualquier punto del espacio el potencial y la fuerza gravitacionales dependen únicamente de la posición del cuerpo en en este momento tiempo. Sin embargo, la contabilidad Invariancia de Lorentz fuerza gravitacional y retraso en la propagación de la influencia gravitacional utilizando la solución para los potenciales de Liénard y Wiechert conduce al hecho de que al moverse con velocidad constante surgen sistemas de referencia componente adicional fuerzas debidas a la gravedad. La situación es completamente equivalente a la situación con fuerza electrica cuando, cuando el observador se mueve, detecta también un campo magnético y una fuerza magnética proporcional a la velocidad de su movimientos. Esto hace necesario tener en cuenta la velocidad limitada de propagación de la gravedad, lo que lleva a la propiedad corto alcance y retrasos de la interacción gravitacional. A finales del siglo XIX y principios del XX, gracias al esfuerzo de varios físicos (O. Heaviside, A. Poincaré, G. Minkowski, A. Sommerfeld, H. Lorenz y otros), se sentaron las bases (LITG ) que describe la gravedad en sistemas de referencia inerciales a velocidades relativistas

Como resultado, la ley de gravitación universal de Isaac Newton (1687) se incluyó en la teoría invariante de la gravedad de Lorentz, que predijo bastante bien comportamiento general gravedad. En 1915, Albert Einstein creó (GTR), que describe los fenómenos en el campo gravitacional en términos de la geometría del espacio-tiempo y teniendo en cuenta la influencia de la gravedad en los resultados de las mediciones del espacio-tiempo.

La mecánica celeste y algunas de sus tareas.

La rama de la mecánica que estudia el movimiento de los cuerpos en el espacio vacío sólo bajo la influencia de la gravedad se llama mecanica celeste.

El problema más simple de la mecánica celeste es la interacción gravitacional de dos cuerpos en el espacio vacío. Este problema se resuelve analíticamente hasta el final; el resultado de su solución a menudo se formula en la forma de tres Las leyes de Kepler.

A medida que aumenta el número de cuerpos que interactúan, la tarea se vuelve dramáticamente más complicada. Por tanto, el ya famoso problema de los tres cuerpos (es decir, el movimiento de tres cuerpos con masas distintas de cero) no puede resolverse analíticamente en vista general. Con una solución numérica, la inestabilidad de las soluciones con respecto a las condiciones iniciales ocurre con bastante rapidez. En aplicación a sistema solar esta inestabilidad hace imposible predecir el movimiento de los planetas en escalas superiores a cien millones de años.

En algunos casos especiales es posible encontrar una solución aproximada. El caso más importante es cuando la masa de un cuerpo es significativamente mayor que la masa de otros cuerpos (ejemplos: Sistema solar y dinámica de los anillos de Saturno). En este caso, como primera aproximación, podemos suponer que los cuerpos luminosos no interactúan entre sí y se mueven a lo largo de trayectorias keplerianas alrededor del cuerpo masivo. Las interacciones entre ellos pueden tenerse en cuenta en el marco de la teoría de la perturbación y promediarse en el tiempo. En este caso pueden surgir fenómenos no triviales, como resonancias, atractores, caos, etc. un buen ejemplo tales fenómenos: la estructura no trivial de los anillos de Saturno.

A pesar de los intentos de describir el comportamiento a largo plazo de un sistema formado por un gran número de cuerpos atractivos de aproximadamente la misma masa, esto no es posible debido al fenómeno del caos dinámico.

Fuertes campos gravitacionales

En campos gravitacionales fuertes o cuando se mueve a velocidades relativistas, comienzan a aparecer los efectos de la relatividad general:

• desviación de la ley de la gravedad de la de Newton;
• retraso de potenciales asociados con la velocidad finita de propagación de perturbaciones gravitacionales;
• la aparición de ondas gravitacionales;
• efectos de no linealidad: las ondas gravitacionales tienden a interactuar entre sí, por lo que el principio de superposición de ondas en campos fuertes ya no es válido;
• cambio en la geometría del espacio-tiempo visible;

Radiación gravitacional

Una de las predicciones de la Relatividad General es la radiación gravitacional, cuya presencia aún no ha sido confirmada mediante observaciones directas. Sin embargo, existen pruebas observacionales indirectas a favor de su existencia, a saber: las pérdidas de energía en el sistema binario con el púlsar PSR B1913+16 (púlsar Hulse-Taylor) concuerdan bien con un modelo en el que esta energía es arrastrada por la fuerza gravitacional. radiación.

Según la relatividad general, la radiación gravitacional sólo puede ser generada por sistemas con momentos cuadrupolares variables o multipolares superiores. poder de gravedad i-la fuente de campo es proporcional si el multipolo tiene tipo electrico, y – si el multipolo es de tipo magnético, donde v es la velocidad característica de movimiento de las fuentes en el sistema radiante, y do– velocidad de la luz. Así, el momento dominante es un momento cuadrupolar de tipo eléctrico, y la potencia de la radiación correspondiente es igual a:

donde es el tensor de momento cuadripolar de la distribución de masa del sistema radiante. Constante

W permite estimar el orden de magnitud de la potencia de radiación.

Desde 1969 se han realizado intentos de detectar directamente la radiación gravitacional (experimentos de Weber). En EE.UU., Europa y Japón en momento presente Hay varios detectores terrestres en funcionamiento (LIGO, VIRGO, TAMA, GEO 600), así como el proyecto de detector gravitacional espacial LISA (Laser Interferometer Space Antenna). El detector terrestre en Rusia se está desarrollando en el Centro Científico de Investigación de Ondas Gravitacionales "Dulkyn" en la República de Tartaristán.

Efectos sutiles de la gravedad.

Además de los efectos clásicos de la atracción gravitacional y la dilatación del tiempo, la teoría general de la relatividad predice la existencia de otras manifestaciones de la gravedad, que son muy débiles en condiciones terrestres y su detección y verificación experimental por lo tanto muy difícil. Hasta hace poco, superar estas dificultades parecía estar fuera del alcance de los experimentadores.

Entre ellos, en particular, se puede nombrar el arrastre de los marcos de referencia inerciales (o el efecto Lense-Thirring) y. En 2005 dispositivo automático El experimento Gravity Probe B de la NASA midió estos efectos cerca de la Tierra, pero los resultados presentados en 2007 fueron controvertidos debido a grandes errores de medición.

Teoría cuántica de la gravedad

A pesar de la historia de medio siglo de intentos, la gravedad es la única interacción fundamental para la que aún no se ha construido una estructura consistente. renormalizable Teoría cuántica. A bajas energías, en espíritu. teoría cuántica campos, la interacción gravitacional se puede representar como un intercambio de gravitones: bosones de calibre con 2 (basado en el concepto de relatividad general), o con espín 1 para la teoría de la gravedad invariante de Lorentz (LITG).

El problema aquí es que a altas energías la descripción de la relatividad general deja de funcionar. Por lo tanto, la gravedad cuántica es actualmente objeto de intensas investigaciones teóricas.

Teorías modernas de la gravedad.

Debido a que aún no se ha abierto estructura interna ni un solo campo fundamental, los parámetros de las portadoras del campo no han sido medidos, surge la posibilidad descripciones campo gravitacional por varias teorías en competencia. Todas estas teorías dan resultados similares en el marco de la aproximación en la que actualmente se realizan pruebas experimentales (ver artículo). Las siguientes son varias teorías de la gravedad básicas, mejor desarrolladas o conocidas.

Teoría general de la relatividad

EN sistema internacional En unidades SI, las ecuaciones del campo gravitacional LITG tienen la forma:

,

El campo de torsión es un análogo del componente del campo magnético en el electromagnetismo. La expresión de la fuerza gravitacional es la siguiente:

• metro es la masa de la partícula sobre la que actúa la fuerza,
• vmetro– velocidad de las partículas.

Para la torsión fuera del cuerpo en rotación, la fórmula se puede derivar de las ecuaciones de campo anteriores:

,

Dónde l es el momento angular de rotación del cuerpo.

Como consecuencia del campo de torsión en los fenómenos gravitacionales, este efecto es posible.

Para la densidad de energía y el vector de densidad de flujo de energía del campo gravitacional () resulta:

Dado que en LITG el campo gravitacional es vectorial y tiene dos componentes (aceleración gravitacional y torsión), entonces se permite la radiación gravitacional dipolo de cuerpos masivos acelerados. Esta radiación puede aparecer, por ejemplo, durante el movimiento acelerado de un cuerpo bajo la influencia de una fuerza no gravitacional. Sin embargo, en los cuerpos la radiación gravitacional dipolar total tiende a cero debido a la compensación mutua de la radiación de los cuerpos individuales, y la radiación cuadrupolar se vuelve dominante, como en la relatividad general.

En campos débiles, el espacio-tiempo se describe mediante el tensor métrico unitario del espacio de Minkowski, y las ecuaciones de campo Invariante de Lorentz. En altas velocidades movimiento de partículas o en campos suficientemente fuertes, es necesario tener en cuenta la influencia del campo gravitacional en los resultados de las mediciones espacio-temporales. Por ejemplo, la gravedad puede desviar los rayos de luz de su dirección original y cambiar su velocidad. Para tener en cuenta tales fenómenos, se realiza una transición de LITG a CTG reemplazando el tensor métrico del espacio de Minkowski en las fórmulas por el tensor métrico de un espacio pseudo-riemanniano curvo. Esto nos permite presentar las ecuaciones CTG en forma de tensor covariante y teniendo en cuenta el tensor métrico modificado. Las ecuaciones tensoriales del campo gravitacional en un sistema de referencia arbitrario mediante derivadas covariantes tienen la forma:

,

donde hay un 4-vector de densidad de momento (densidad de corriente de masa) que genera el campo gravitacional, antisimétrico, que consta de la componente .

Usando un tensor construimos:

Gracias a este tensor, el problema de la relatividad general con el tensor de densidad de energía-momento del campo gravitacional se resuelve automáticamente en LITG y en CTG. Este tensor participa en la resolución de todos los problemas al encontrar una métrica. Junto con las condiciones de contorno (por ejemplo, en la superficie de cuerpos masivos), esto establece las condiciones necesarias para la correcta identificación de los sistemas de referencia, evitando el correspondiente problema de la relatividad general.

CTG se diferencia de la relatividad general en sus ecuaciones de movimiento. Si en GTR se usa la misma ecuación de movimiento tanto para partículas como para cuantos de campo (como consecuencia del principio de equivalencia), entonces en CTG las ecuaciones de movimiento para partículas y cuantos son diferentes y son una aplicación ampliada del principio de conservación de energía-momento. ley en forma de tensor vectorial.

Al resolver problemas en CTG, es necesario resolver un sistema de ecuaciones diferenciales. tres tipos– ecuaciones para los componentes del campo gravitacional, ecuaciones para la métrica y ecuaciones de movimiento. En este caso, el movimiento de masas como fuentes del campo cambia la imagen del campo, y la métrica cambia no sólo debido a cambios en la configuración de las masas, sino también a cambios en la intensidad de los campos gravitacionales. La ecuación del movimiento de la materia en CTG, a diferencia de la relatividad general, permite describir el movimiento reactivo, convirtiéndose en campo débil en la ecuación relativista de Meshchersky.

2. http://dulkyn.org.ru/ru/about.html.

3. Fedosin S.G. Masa, momento y energía del campo gravitacional. Journal of Vectorial Relativity, vol. 3, no. 3, septiembre de 2008, págs. 30-35); artículo en ruso: .

4. Logunov A.A., Mestvirishvili M.A. Fundamentos de la teoría relativista de la gravedad. – Editorial de la Universidad Estatal de Moscú, 1986, p. 308.

Desde la antigüedad, la humanidad ha pensado en cómo el mundo que nos rodea. Por qué crece la hierba, por qué brilla el sol, por qué no podemos volar... Esto último, por cierto, siempre ha sido de especial interés para la gente. Ahora sabemos que la gravedad es la razón de todo. Qué es y por qué este fenómeno es tan importante en la escala del Universo, lo consideraremos hoy.

Parte introductoria

Los científicos han descubierto que todos los cuerpos masivos experimentan atracción mutua el uno al otro. Posteriormente resultó que esta misteriosa fuerza también determina el movimiento de los cuerpos celestes en sus órbitas constantes. La propia teoría de la gravedad fue formulada por un genio cuyas hipótesis predeterminaron el desarrollo de la física durante muchos siglos. Albert Einstein, una de las mentes más brillantes del siglo pasado, desarrolló y continuó (aunque en una dirección completamente diferente) esta enseñanza.

Durante siglos, los científicos han observado la gravedad y han tratado de comprenderla y medirla. Por último, en las últimas décadas, incluso un fenómeno como la gravedad se ha puesto al servicio de la humanidad (en cierto sentido, por supuesto). ¿Qué es, cuál es la definición del término en cuestión en la ciencia moderna?

Definición científica

Si estudias las obras de pensadores antiguos, descubrirás que la palabra latina "gravitas" significa "gravedad", "atracción". Hoy los científicos llaman a esto la interacción universal y constante entre cuerpos materiales. Si esta fuerza es relativamente débil y actúa sólo sobre objetos que se mueven mucho más lentamente, entonces la teoría de Newton es aplicable a ellos. Si la situación es al revés, deberían utilizarse las conclusiones de Einstein.

Hagamos una reserva de inmediato: en la actualidad, en principio, la naturaleza misma de la gravedad no se comprende completamente. Todavía no entendemos completamente qué es.

Teorías de Newton y Einstein

Según la enseñanza clásica de Isaac Newton, todos los cuerpos se atraen entre sí con una fuerza directamente proporcional a su masa, inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que los separa. Einstein argumentó que la gravedad entre objetos se manifiesta en el caso de la curvatura del espacio y el tiempo (y la curvatura del espacio sólo es posible si hay materia en él).

Este pensamiento era muy profundo, pero investigación moderna demostrar que es algo inexacto. Hoy en día se cree que la gravedad en el espacio sólo dobla el espacio: el tiempo puede ralentizarse e incluso detenerse, pero la realidad del cambio de forma de la materia temporal no ha sido confirmada teóricamente. Por lo tanto, la ecuación clásica de Einstein ni siquiera prevé la posibilidad de que el espacio siga influyendo en la materia y el campo magnético resultante.

La más conocida es la ley de la gravedad (gravitación universal), cuya expresión matemática pertenece precisamente a Newton:

\[ F = γ \frac[-1.2](m_1 m_2)(r^2) \]

γ se refiere a la constante gravitacional (a veces se utiliza el símbolo G), cuyo valor es 6,67545 × 10−11 m³/(kg s²).

Interacción entre partículas elementales.

La increíble complejidad del espacio que nos rodea se debe en gran medida al infinito número de partículas elementales. También hay varias interacciones entre ellos en niveles que sólo podemos adivinar. Sin embargo, todos los tipos de interacción entre partículas elementales difieren significativamente en su fuerza.

Las fuerzas más poderosas que conocemos unen los componentes del núcleo atómico. Para separarlos, es necesario gastar una cantidad de energía verdaderamente colosal. En cuanto a los electrones, sólo están "unidos" al núcleo para detenerlo, a veces es suficiente la energía que aparece como resultado de la reacción química más común. La gravedad (ya sabes lo que es) en forma de átomos y partículas subatómicas es el tipo de interacción más sencilla.

El campo gravitacional en este caso es tan débil que es difícil de imaginar. Curiosamente, son ellos quienes “vigilan” el movimiento de los cuerpos celestes, cuya masa a veces es imposible de imaginar. Todo esto es posible gracias a dos características de la gravedad, que se manifiestan especialmente en el caso de cuerpos físicos grandes:

• A diferencia de los atómicos, se nota más a distancia del objeto. Por lo tanto, la gravedad de la Tierra mantiene incluso a la Luna en su campo, y una fuerza similar de Júpiter sostiene fácilmente las órbitas de varios satélites a la vez, ¡la masa de cada uno de los cuales es bastante comparable a la de la Tierra!
• Además, siempre proporciona atracción entre objetos y, con la distancia, esta fuerza se debilita a baja velocidad.

La formación de una teoría de la gravedad más o menos coherente se produjo hace relativamente poco tiempo y se basó precisamente en los resultados de observaciones centenarias del movimiento de los planetas y otros cuerpos celestes. La tarea se vio facilitada enormemente por el hecho de que todos se mueven en el vacío, donde simplemente no hay otras interacciones probables. Galileo y Kepler, dos destacados astrónomos de aquella época, ayudaron a preparar el terreno para nuevos descubrimientos con sus observaciones más valiosas.

Pero sólo el gran Isaac Newton pudo crear la primera teoría de la gravedad y expresarla matemáticamente. Esta fue la primera ley de la gravedad. mapeo matemático que se presenta arriba.

Conclusiones de Newton y algunos de sus predecesores.

A diferencia de otros fenómenos físicos que existen en el mundo que nos rodea, la gravedad se manifiesta siempre y en todas partes. Es necesario comprender que el término "gravedad cero", que se encuentra a menudo en los círculos pseudocientíficos, es extremadamente incorrecto: incluso la ingravidez en el espacio no significa que una persona o astronave la atracción de algún objeto masivo no actúa.

Además, todos los cuerpos materiales tienen una determinada masa, expresada en forma de fuerza que se les aplicó y la aceleración obtenida debido a esta influencia.

Por tanto, las fuerzas gravitacionales son proporcionales a la masa de los objetos. Se pueden expresar numéricamente obteniendo el producto de las masas de ambos cuerpos considerados. este poder Obedece estrictamente a la dependencia inversa del cuadrado de la distancia entre objetos. Todas las demás interacciones dependen de manera completamente diferente de las distancias entre dos cuerpos.

La masa como piedra angular de la teoría.

La masa de objetos se ha convertido en un punto especial de discordia en torno al cual toda la teoría moderna La gravedad y la relatividad de Einstein. Si recuerdas el Segundo, probablemente sepas que la masa es una característica obligatoria de cualquier cuerpo físico material. Muestra cómo se comportará un objeto si se le aplica una fuerza, independientemente de su origen.

Dado que todos los cuerpos (según Newton) aceleran cuando se exponen a una fuerza externa, es la masa la que determina qué tan grande será esta aceleración. Consideremos más ejemplo claro. Imaginemos un scooter y un autobús: si les aplicamos exactamente la misma fuerza, alcanzarán diferentes velocidades para diferentes tiempos. La teoría de la gravedad explica todo esto.

¿Cuál es la relación entre masa y gravedad?

Si hablamos de gravedad, entonces la masa en este fenómeno juega un papel completamente opuesto al que juega en relación con la fuerza y ​​​​la aceleración de un objeto. Es ella quien es la principal fuente de atracción. Si tomamos dos cuerpos y observamos la fuerza con la que atraen a un tercer objeto, que se encuentra a distancias iguales de los dos primeros, entonces la relación de todas las fuerzas será igual a la relación de las masas de los dos primeros objetos. Por tanto, la fuerza de gravedad es directamente proporcional a la masa del cuerpo.

Si consideramos la Tercera Ley de Newton, podemos ver que dice exactamente lo mismo. La fuerza de gravedad que actúa sobre dos cuerpos ubicados a distancias iguales de la fuente de atracción depende directamente de la masa de estos objetos. EN la vida cotidiana hablamos de la fuerza con la que un cuerpo es atraído hacia la superficie del planeta como de su peso.

Resumamos algunos resultados. Entonces, la masa está estrechamente relacionada con la aceleración. Al mismo tiempo, es ella quien determina la fuerza con la que actuará la gravedad sobre el cuerpo.

Características de la aceleración de cuerpos en un campo gravitacional.

Esta asombrosa dualidad es la razón por la que en el mismo campo gravitacional la aceleración de objetos completamente diferentes será igual. Supongamos que tenemos dos cuerpos. Asignemos masa z a uno de ellos y masa Z al otro. Ambos objetos se dejan caer al suelo, donde caen libremente.

¿Cómo se determina la relación de fuerzas de atracción? Se muestra por el más simple. fórmula matemática-z/Z. Pero la aceleración que recibirán como resultado de la fuerza de gravedad será absolutamente la misma. En pocas palabras, la aceleración que tiene un cuerpo en un campo gravitacional no depende en modo alguno de sus propiedades.

¿De qué depende la aceleración en el caso descrito?

Depende únicamente (!) de la masa de objetos que crean este campo, así como de su posición espacial. El doble papel de la masa y la aceleración igual de diferentes cuerpos en un campo gravitacional se ha descubierto desde hace relativamente mucho tiempo. Estos fenómenos recibieron el siguiente nombre: "El principio de equivalencia". Este término vuelve a enfatizar que la aceleración y la inercia suelen ser equivalentes (hasta cierto punto, por supuesto).

Sobre la importancia del valor G

Del curso de física de la escuela recordamos que la aceleración de la gravedad en la superficie de nuestro planeta (la gravedad de la Tierra) es igual a 10 m/seg² (9,8, por supuesto, pero este valor se utiliza para simplificar los cálculos). Por lo tanto, si no tenemos en cuenta la resistencia del aire (a una altitud significativa en una distancia corta caída), entonces el efecto se obtendrá cuando el cuerpo adquiera un incremento de aceleración de 10 m/seg. uno de cada dos. Así, un libro que cae desde el segundo piso de una casa se moverá a una velocidad de 30 a 40 m/s al final de su vuelo. En pocas palabras, 10 m/s es la "velocidad" de la gravedad dentro de la Tierra.

La aceleración de la gravedad en la literatura física se denota con la letra "g". Dado que la forma de la Tierra recuerda en cierta medida más a una mandarina que a una esfera, el valor de esta cantidad no es el mismo en todas sus regiones. Entonces, la aceleración es mayor en los polos y en las cimas de las montañas altas es menor.

Incluso en la industria minera la gravedad juega un papel importante. La física de este fenómeno a veces puede ahorrar mucho tiempo. Por lo tanto, los geólogos están especialmente interesados ​​en las condiciones ideales. definición precisa g, ya que esto permite la exploración y el descubrimiento de depósitos minerales con una precisión excepcional. Por cierto, ¿cómo es la fórmula de la gravitación, en la que la cantidad que consideramos juega un papel importante? Aquí lo tienes:

¡Prestar atención! En este caso, la fórmula de gravitación significa G la "constante de gravitación", cuyo significado ya hemos dado anteriormente.

Hubo un tiempo en que Newton formuló los principios anteriores. Entendía perfectamente tanto la unidad como la universalidad, pero no podía describir todos los aspectos de este fenómeno. Este honor recayó en Albert Einstein, quien también supo explicar el principio de equivalencia. Es a él a quien la humanidad le debe comprensión moderna la naturaleza misma del continuo espacio-tiempo.

Teoría de la relatividad, obras de Albert Einstein.

En la época de Isaac Newton, se creía que los puntos de referencia se podían representar como una especie de “varillas” rígidas, con ayuda de las cuales se determina la posición de un cuerpo en un sistema de coordenadas espaciales. Al mismo tiempo, se asumió que todos los observadores que marquen estas coordenadas estarán en el mismo espacio de tiempo. En aquellos años, esta disposición se consideraba tan obvia que no se intentó cuestionarla ni complementarla. Y esto es comprensible, porque dentro de nuestro planeta no hay desviaciones en esta regla No.

Einstein demostró que la precisión de la medición realmente importaría si un reloj hipotético se moviera significativamente más lento que la velocidad de la luz. En pocas palabras, si un observador, moviéndose más lento que la velocidad de la luz, sigue dos eventos, estos le sucederán al mismo tiempo. En consecuencia, ¿para el segundo observador? cuya velocidad es igual o mayor, los eventos pueden ocurrir en diferentes momentos.

Pero, ¿cómo se relaciona la gravedad con la teoría de la relatividad? Veamos esta pregunta en detalle.

La conexión entre la teoría de la relatividad y las fuerzas gravitacionales.

EN últimos años Se han realizado una gran cantidad de descubrimientos en el campo de las partículas subatómicas. Cada vez es más fuerte la convicción de que estamos a punto de encontrar la partícula final, más allá de la cual nuestro mundo no puede fragmentarse. Cuanto más insistente se vuelve la necesidad de descubrir exactamente cómo los “bloques de construcción” más pequeños de nuestro universo están influenciados por esas fuerzas fundamentales que fueron descubiertas en el siglo pasado, o incluso antes. Es especialmente decepcionante que aún no se haya explicado la naturaleza misma de la gravedad.

Por eso, después de Einstein, quien demostró la “incompetencia” de la mecánica clásica de Newton en el área en estudio, los investigadores se centraron en un replanteamiento completo de los datos obtenidos anteriormente. La propia gravedad ha sufrido una importante revisión. ¿Qué es a nivel de partículas subatómicas? ¿Tiene algún significado en este asombroso mundo multidimensional?

¿Solución sencilla?

Al principio, muchos supusieron que la discrepancia entre la gravitación de Newton y la teoría de la relatividad podría explicarse de forma muy sencilla haciendo analogías con el campo de la electrodinámica. Se podría suponer que el campo gravitacional se propaga como un campo magnético, tras lo cual se le puede declarar “mediador” en las interacciones de los cuerpos celestes, lo que explica muchas de las inconsistencias entre lo antiguo y lo antiguo. nueva teoría. El hecho es que entonces las velocidades relativas de propagación de las fuerzas en cuestión serían significativamente menores que la velocidad de la luz. Entonces, ¿cómo se relacionan la gravedad y el tiempo?

En principio, el propio Einstein casi logró construir una teoría relativista basada precisamente en tales puntos de vista, pero sólo una circunstancia impidió su intención. Ninguno de los científicos de esa época tenía ninguna información que pudiera ayudar a determinar la "velocidad" de la gravedad. Pero había mucha información relacionada con los movimientos de grandes masas. Como se sabe, fueron precisamente la fuente generalmente aceptada de la aparición de poderosos campos gravitacionales.

Las altas velocidades afectan en gran medida las masas de los cuerpos, y esto no se parece en nada a la interacción entre velocidad y carga. Cuanto mayor sea la velocidad, más mas masa cuerpos. El problema es que último valor automáticamente se volvería infinito si se moviera a la velocidad de la luz o más. Por tanto, Einstein concluyó que no existe un campo gravitacional, sino un campo tensorial, para describir el cual se deberían utilizar muchas más variables.

Sus seguidores llegaron a la conclusión de que la gravedad y el tiempo prácticamente no tienen relación. El hecho es que este campo tensorial puede actuar en el espacio, pero no puede influir en el tiempo. Sin embargo, el brillante físico moderno Stephen Hawking tiene un punto de vista diferente. Pero esa es una historia completamente diferente...