5 dejstev o gravitaciji – eni najbolj skrivnostnih sil v vesolju
Miscellanea / / July 14, 2023
Kako se vaša teža spreminja v različnih državah, kakšne valove širijo črne luknje in kaj je breztežnost.
1. Zemljina gravitacija je šibkejša od vašega magneta za hladilnik
Na svetu obstajajo štiri tako imenovane temeljne sile: močna jedrska sila, ki zagotavlja stabilnost atomska jedra, šibko jedro, odgovorno za radioaktivni razpad, elektromagnetna sila in naš ljubljeni gravitacija. Prav slednje ohranja Zemljo, druge planete in zvezde, sončne sisteme in galaksije pred razpadom.
No, gravitacija je najšibkejša osnovna sila od vseh. In znanstveniki ne razumejo, zakaj.
Lahko rečete: ampak gravitacija je tista, ki poganja zvezde, galaksije in druge ogromne objekte, kako je lahko šibka? No, postavite magnet na hladilnik. Zdaj pa odgovorite na vprašanje, zakaj ga privlači majhen hladilnik močnejšikot ves planet.
In šibke in močne atomske sile so celo močnejše od elektromagnetnih. Vsaj magnet lahko odstranite iz hladilnika brez zunanje pomoči, vendar se ljudje še niso naučili, kako razdeliti atome z golimi rokami. Za primerjavo: električna sila med elektronom in protonom znotraj atoma je približno en kvintiljon (to je ena, ki ji sledi 30 ničel)-krat
močnejšikot gravitacijska privlačnost med njima.In to je ena glavnih skrivnosti fizike. Znanstveniki imajo predpostavkada ima lahko vesolje dodatne razsežnosti, skrite naši percepciji. In gravitacija se širi skozi vse, medtem ko so elektromagnetne sile ter močne in šibke jedrske sile omejene na naš štiridimenzionalni prostor-čas.
Morda celo naša gravitacija vpliva na predmete v drugih vesoljih, če obstajajo. Na naše predmete pa vpliva njihova privlačnost. To bi lahko pojasnilo, zakaj naš Vesolje širi hitreje od pričakovanj. Vsaj takšno teorijo predlagajo fiziki, ki jim teorija temne snovi in energije ni všeč.
A kljub vsem domnevam trenutno ni nobenih eksperimentalnih dokazov, ki bi to potrdili ali ovrgli.
2. Gravitacija ustvarja valove
Animacija: Dana Berry / NASA
Predstavljajte si, da je prostor-čas raztegnjena tkanina. No, ali površino ribnika, če želite. Ko se masivni predmeti premikajo, kot se združijo črne luknje ali nevtronske zvezde, ustvarjajo zvitke v prostoru-času, kot so gube v tkanini. Ali kot valovi, ki se odmikajo od mesta, kjer je kamen padel v ribnik. Tako izgledajo gravitacijski valovi.
Analogija je seveda nekoliko zahtevna, saj sta tkanina in površina ribnika ravna in Vesolje tridimenzionalni, vendar znanstveniki še niso prišli do boljših primerov.
Gravitacijski valovi se razlikujejo od zvoka ali svetlobe, zato jih ne moremo slišati ali videti. Vendar pa lahko znanstveniki s pomočjo posebnih instrumentov, imenovanih laserski interferometri najti. To vam omogoča raziskovanje oddaljenih masivnih objektov in preučevanje kozmičnih pojavov, ki se pojavljajo v najbolj oddaljenih kotičkih vesolja.
Obstoj gravitacijskih valov je že pred sto leti napovedal Albert Einstein.
Toda šele pred kratkim je človeštvo razvilo in uporabilo orodja za njihovo odkrivanje. Eden od njih je lasersko-interferometrični observatorij LIGO. Bilo ji je prvič leta 2015 fiksno gravitacijski valovi zaradi združitve dveh črnih lukenj na razdalji približno 1,3 milijarde svetlobnih let od Zemlja.
Oni prehod skozi vse ovire, vključno s praznino, in niso predmet absorpcije ali refleksije. Prav tako se širijo po vesolju s svetlobno hitrostjo.
3. Gravitacija na Zemlji ni enotna
Animacija: ESA
To animacijo ste verjetno že videli. Po spletu kroži mit, ki naj bi tako izgleda naš planet brez oceanov. Toda v resnici to ni model same Zemlje, temveč njenega gravitacijskega polja.
Vidiš privlačnost močnejši kjer je velika masa. In gravitacijsko polje na Zemlji ni enakomerno iz več razlogov. Najprej naš planet ni popolna žoga. Na polih je rahlo sploščen in na ekvatorju razširjen, kar ima za posledico neenakomerno porazdelitev mase.
Drugič, površina Zemlje je zelo neravna. Imamo visoke gore, globoke oceanske rove in druge krajinske oblike, ki imajo različne mase. In tretjič, materiali so tudi znotraj planeta neenakomerno porazdeljeni. Vsi ti dejavniki povzročajo, da se gravitacija na Zemlji razlikuje od kraja do kraja.
To pomeni, da boste na različnih mestih našega planeta tehtali različno.
Recimo, če ti so v Colombu na Šrilanki bo vaša teža nekoliko manjša, kot če bi bili v Katmanduju v Nepalu. Indijski ocean je ena izmed regij z najnižjo relativno težo na svetu, težka Himalaja pa jo, nasprotno, povečuje.
Drug primer: že dolgo znanstveniki nisem razumelzakaj je v regiji okoli Hudsonovega zaliva v Kanadi gravitacija šibkejša, kot bi morala biti v teoriji. Izkazalo se je, da se tam topijo stoletni ledeniki, njihova masa se zmanjšuje, posledično pa tudi sila privlačnosti.
Če torej niste zadovoljni s številko na tehtnici, le zamenjajte kraj bivanja in takoj izgubite kilogram ali dva. Resda bo masa ostala enaka, teža pa se bo zmanjšala. Fizika.
4. Gravitacija ukrivi svetlobo
Preprosto je videti, kako gravitacija vpliva na fizične predmete. Zahvaljujoč njej stojimo trdno na Zemlji in ne odletimo v vesolje, jabolka padajo od zgoraj navzdol, Sonce reže kroge okoli jedra galaksije itd.
Toda ta sila ne vpliva samo na snov, ampak tudi na svetlobo. Zato črne luknje tako imenovani: imajo tako močno gravitacijo, da vsa svetloba, ki jo pritegnejo, ne more zapustiti gravitacijskega polja.
Toda včasih fotoni ne padejo na ogromen predmet, ampak preprosto letijo mimo in le rahlo spremenijo pot.
Ta pojav znan kot gravitacijske leče. To se zgodi, ker gravitacija ukrivlja prostor in čas okoli masivnih predmetov, kot so zvezde in galaksije. Posledično gre svetloba mimo teh masivnih predmetov po ukrivljeni poti, ne po ravni črti.
Gravitacijske leče so bile prve napovedano Albert Einstein v svoji splošni teoriji relativnosti. Predlagal je, da bi se svetloba oddaljenega predmeta upognila, ko bi šla mimo masivne zvezde blizu nas. Njegova teorija je bila eksperimentalno potrjena med sončnim mrkom leta 1919.
Gravitacijska leča lahko povzroči spektakularne učinke, kot so "Einsteinovi prstani" ali "križni Einstein" - ko se svetloba iz oddaljene galaksije upogne okoli bližje in ustvari obroče, podkve in drugo svetlobo figure.
Ta pojav je tudi rabljeno astronomi za preučevanje temne snovi. Ker ne oddaja svetlobe, ga ni mogoče neposredno opazovati. Toda njegovo prisotnost lahko zaznamo z učinki gravitacijske leče.
5. Breztežnost ni odsotnost gravitacije
Če vprašate prvega človeka, ki ga srečate, zakaj astronavti lebdijo v zraku na ISS, vam bo najverjetneje odgovoril, da v vesolju ni gravitacije. Temu seveda ni tako, drugače kako bi sonce lahko obdržali planete v njihovih orbitah?
Zato ta izjava narobe. Predstavljajte si, da ste v letalu in se nenadoma začne potapljati. Če vržete žogo v tem trenutku, bo seveda padla. Ker pa letalo leti tudi navzdol, se vam bo zdelo, da igrača lebdi v zraku. To je stanje breztežnosti. Mimogrede, pred poletom v vesolje se mu astronavti prilagodijo v potapljaških letalih.
Plošče za takšno usposabljanje zaposleni v Nasi ironično imenujejo Vomit Comet - "bruhajoči komet". Ugani zakaj.
Enako se zgodi astronavtom v orbiti. Vesoljska ladja ali pa postaja zaradi gravitacije neprestano stremi proti Zemlji. A ker se premikajo dovolj hitro naprej, nikoli ne padejo, ampak ob vsakem obratu obletijo planet. To ustvarja iluzijo pomanjkanja privlačnosti, čeprav je pravilneje to stanje imenovati "mikrogravitacija".
Pravzaprav je ves prostor prežet z gravitacijo in ni mesta v vesolju, kjer je ne bi bilo. Znanstveniki verjetida čeprav je njegova hitrost širjenja omejena s svetlobno hitrostjo in njena moč hitro upada z oddaljenostjo od vira, je samo območje delovanja neskončno.
Se pravi, zdaj ste precej pod vplivom gravitacijskih valov iz nekakšne črne luknje, ki potrebujejo več deset tisoč let, da dosežejo Zemljo. Samo njihova moč je zelo majhna v primerjavi z gravitacijo našega planeta. In to je dobro, veš.
Preberite tudi🧐
- Astrofizik Boris Stern: 3 najbolj neverjetna znanja o vesolju, ki smo jih prejeli v 21. stoletju
- Astronom Vladimir Surdin: 6 vesoljskih čudežev, ki osupnejo domišljijo
- "Še vedno se igramo v peskovniku": intervju z astrofizikom Aleksandrom Perkhnyakom