Гравитация – все о космосе

20 фактов о гравитации

За счет гравитации существует вселенная: все тела притягиваются друг к другу в той или иной степени. И чем больше тело, тем сильнее оно притягивает к себе другие тела. Можно сказать, что гравитация — это своеобразная нитка, которая не позволяет планетам разлететься далеко от Солнца.

Гравитация не дуальна

Интересен тот факт, что нас с детства учат: все имеет оборотную сторону: если предмет врезался в другой предмет, то последний отлетит. Если ты обидел кого-то, то тебя обязательно кто-о тоже обидит. Для гравитации это правило не справедливо: она работает только в одну сторону: гравитация только притягивает и никогда не отталкивает!

NASA работает над созданием луча гравитации

NASA уже не первый год трудится над созданием луча, который бы смог передвигать предметы, создавая притягивающую силу, преодолевая силу гравитации. Это действительно будет прорыв: бесконтактное перемещение объектов.

Нулевой гравитации не существует

Космонавты на космических станциях испытывают не нулевую гравитацию, а микрогравитацию, т.к. они падают с той же скоростью, что и корабль, в котором они находятся.

На Юпитере вес человека удваивается

Также интересным фактом о гравитации является то, что чем больше предмет и чем больше его плотность, тем сильнее он притягивает остальные объекты. Так, например, человек весом 60 килограмм на Юпитере будет весить 142 килограмма (в 2.3 раза больше).

Как выйти из гравитации

Любой объект, который достиг скорости 11,2 километра в секунду может покинуть гравитационный колодец Земли. Именно с этой скоростью земля падает.

Гравитация — это самая слабая фундаментальная сила

Всего в физике 4 фундаментальные силы:

  1. Гравитация.
  2. Электромагнетизм.
  3. Слабое ядерное взаимодействие — распад атомов.
  4. Сильное ядерное взаимодействие — сила, которая держит атомы вместе.

Магнит с легкостью преодолевает гравитацию

Магнит размером с копейку благодаря своей силе электромагнитного воздействия приклеится к холодильнику и не будет падать, т.е. преодолеет силу гравитации Земли.

Яблоко не падало на голову Ньютону

Исаак Ньютон, увидев, как падает яблоко сделал впоследствии вывод, что на подобии того, как яблоко притягивается к Земле, Луна аналогично притягивается. А так как она далеко, то сила гравитации ослаблена, да еще и постоянно падает, однако упасть ей не дает все та же гравитация, то получается, что Луна просто вращается вокруг Земли.

Яблоко открыло закон обратной квадратичной пропорциональности

Записать закон можно так: F = G * (mM)/r2. А по русски сказать так: объект, удаленный от вас в два раза, оказывает лишь четверть прежнего гравитационного притяжения на вас.

Гравитация безгранична

согласно предыдущему закону, сила гравитации распространяется на любом расстоянии. Просто, чем оно больше, тем она слабее. Не стоит забывать о том, что стоя между двух равнозначных тел гравитацию вы не испытаете, поскольку она уравняется с обоих сторон.

Гравитация означает «тяжелый»

Слово «гравитация» произошло от латинского слова «gravis».

Гравитация не зависит от веса

Если бросить с крыши два мячика одинакового размера, но разного веса, то они упадут одновременно. Поскольку сила гравитации действует на все объекты в равной степени. Большая инерция более тяжёлого объекта аннулирует любую дополнительную скорость, которую он мог бы иметь по сравнению с более лёгким.

Гравитация искривляет пространство и время

Согласно теории относительности Эйнштейна гравитация — это ни что иное, как искривление пространства и времени, из которого состоит вселенная.

Объекты меняют пространство и время вокруг себя

В 2011 году эксперимент NASA «Гравитационного зонда В» доказал, что Земля закручивает вокруг себя вселенную. Можно провести аналогию с деревянным шариком, который плывет по течению реки: он всегда будет крутиться и закручивать воду, поскольку на него действует гравитация Земли, и плюс к этому он обладает собственной гравитацией.

Гравитация меняет направление света

Любой массивный объект, например, стеклянная линза, искривляя пространство вокруг себя, способен перенаправить луч света, который проходит через него. Гравитационные линзы с легкостью увеличивают размер далеких галактик.

Проблема трех тел до сих пор не решена

Если абстрагироваться и представить, что во вселенной всего три тела. А мы знаем, что все тела обладают гравитацией и притягивают к себе другие тела. Как они будут двигаться относительно друг друга?

Есть пять решений этой задачи, однако все они подразумевают, что изначально известны начальная скорость и направление движения каждого тела. В оригинале в качестве тел выступают Солнце, Земля и Луна. Если решить задачу, то можно предположить, откуда возникла вселенная.

Квантовая механика не учитывает гравитацию

Ни в одном уравнении квантовой механики не учитываются силы гравитации, однако все остальные три силы в них присутствуют. Если же включить гравитацию в уравнения, то их равенство мгновенно рушится. Эта одна из крупнейших проблем современной физики.

Гравитационные волны — это лишь предположение

Факты о гравитации говорят, что объекты не могут просто так притягивать друг друга, между ними должна быть связь. Предположительно (почти доказано), эта связь ни что иное, как гравитационные волны. Если человечество сможет их увидеть, то ему откроются миллионы ответов на вопросы о космосе, поскольку оно сможет увидеть все связи между объектами, даже бесконечные.

Источник: http://vse-krugom.ru/20-faktov-o-gravitacii/

Что такое гравитация простыми словами

Гравитация – это, казалось бы, простое понятие, известное каждому человеку еще со времен школьной скамьи.

Все мы помним историю о том, как на голову Ньютона упало яблоко, и он открыл закон всемирного тяготения. Однако все не так просто, как кажется.

В той статье мы попытаемся дать ясный и исчерпывающий ответ на вопрос: что такое гравитация? А также рассмотрим главные мифы и заблуждения об этом интересном явлении.

Говоря простыми словами, гравитация — это притяжение между двумя любыми объектами во вселенной. Гравитацию можно определить, зная массу тел и расстояние от одного до другого. Чем сильнее гравитационное поле, тем больше будет вес тела и выше его ускорение.

Например, на Луне вес космонавта будет в шесть раз меньше, чем на Земле. Сила гравитационного поля зависит от размеров объекта, который оно окружает. Так, лунная сила притяжения в шесть раз ниже земной.

Впервые обосновал это научно и доказал с помощью математических вычислений ещё в XVII веке Исаак Ньютон.

Что упало на голову Ньютону

Несмотря на то, что сам великий английский ученый частично подтверждал известную всем легенду о яблоке и ушибе головы, всё же, сейчас можно сказать с уверенностью, что при открытии закона всемирного тяготения обошлось без травм и озарений.

Основой, заложившей новую эру в естественных науках, стал труд «Математические начала натуральной философии». В нем Ньютон описывает закон тяготения и важные законы механики, открытые им за долгие годы напряженной работы.

Знаменитый физик был натурой неторопливой и рассудительной, как и положено гениальному ученому. А поэтому от начала раздумий о природе тяготения до издания научной работы о ней прошло больше 20 лет.

Впрочем, легенда об упавшем фрукте могла иметь под собой и какие-то реальные основания, вот только голова физика однозначно осталась цела.

Законы притяжения изучались и до Исаака Ньютона самыми различными научными деятелями. Но только он впервые математически доказал прямую взаимосвязь между тяготением и движением планет.

То есть падающим с ветки яблоком и вращением луны вокруг земли управляет одна и та же сила – гравитация. И она действует на любые два тела во вселенной. Эти открытия заложили основу так называемой небесной механики, а также науки о динамике.

Ньютоновская модель господствовала в науке более двух веков вплоть до появления теории относительности и квантовой механики.

Что думают о гравитации современные ученые

Гравитация является самым слабым из четырех известных на данный момент фундаментальных взаимодействий, которым подчиняются все частицы и составленные из них тела. Помимо гравитационного взаимодействия сюда же входят электромагнитное, сильно и слабое.

Исследуются они на основании разных теорий, так, например, в приближенных скоростях небольшой гравитации применяют теорию тяготения еще самого Ньютона. А в общем случае используют общую теорию относительности Эйнштейна.

Кроме того, описание гравитации в квантовом пределе должно будет осуществляться при помощи еще не появившейся квантовой теории.

Безусловно, сегодня физика сложна и выходит далеко за рамки представлений об окружающем мире обычного человека.

Но интересоваться ей необходимо хотя бы на уровне основных понятий, ведь вполне возможно, что уже в ближайшее время мы можем стать свидетелями удивительных открытий в этой области, которые кардинально изменят жизнь человечества. Будет неловко, если вы вообще не поймете, что происходит.

Мифы о гравитации

Не только незнание, но и постоянные новые открытия в данной научной сфере порождают различные несуразицы и мифы о гравитации. Итак, несколько общепринятых заблуждений об этом уникальном явлении:

  • Искусственные спутники никогда не сойдут с орбиты Земли и будут вечно вращаться вокруг неё. Это неправда. Дело в том, что помимо земного притяжения в космосе имеются и другие различные факторы, влияющие на орбиту тел. Это и торможение атмосферы для низких орбит и гравитационные поля Луны и других планет. Скорее всего, если дать спутнику вращаться без контроля на долгое время, его орбита будет изменяться, и в конечном счете он либо улетит в космические просторы, либо упадет на поверхность ближайшего тела.
  • В космосе отсутствует гравитация. Даже на станциях, на которых космонавты пребывают в невесомости есть довольно сильная гравитация, чуть меньше, чем на Земле. Почему же тогда они не падают? Можно сказать, что сотрудники станции как бы находятся в состоянии постоянного падения, но никак упадут.
  • Объект, приблизившийся к чёрной дыре, будет разорван. Довольно известный миф. Сила притяжение черной дыры действительно увеличится при приближении к ней, но совсем не обязательно, что приливные силы окажутся настолько мощными. Скорее всего они на горизонте событий обладают конечным значением, поскольку расстояние считается от центра дыры.

Источник: https://requesto.ru/chto-takoe-gravitatsiya-prostymi-slovami

Какие силы удерживают планеты и звезды в космосе?

Наше Солнце вместе с массой других таких же раскалённых шаров разного размера и поведения входит в одну общую галактику. Другие примерно такие же галактики разбросаны по Вселенной без видимой системы и, вращаясь, незаметно движутся в разных направлениях. Что же представляет из себя хотя бы наша галактика, не говоря о прочих?

В общем, это что-то вроде большого мешка, полного звёзд. Правда, у мешка этого отсутствуют стенки, так что теоретически любая звезда может просто вывалиться и полететь в космосе куда угодно.

Но этого не происходит, все звёзды каждой галактики прочно держатся вместе, не рассыпаясь по космической пустоте, не сталкиваясь между собой и даже не сбиваясь со своих раз и навсегда принятых траекторий.

Что же их держит крепче любой сетки, верёвок и узлов?

Ответ, как всегда, прост — всё та же гравитация в космосе. Звёзды, собравшиеся вместе, как бы слипаются в один большой сгусток и своим общим притяжением крепко удерживают каждую звезду по отдельности. Каждый такой сгусток большого количества звёзд и есть галактика.

Казалось бы, звёздам ничто не мешает слипаться дальше, постепенно сбиваться в одну суперзвезду чудовищных размеров, но и это, как ни странно, не происходит. Все держатся друг от друга на корректном расстоянии, и даже если одна звезда сталкивается с другой, то происходит это невероятно редко. В одном случае из миллиона или того реже. В чём тут дело?

Читайте также:  Рассеянное скопление h и χ персея - все о космосе

Вселенная сконструирована на диво рационально, и оттого и существует уже бесконечно долго, что на каждый аварийный случай предусмотрен свой выход из положения. Здесь он заключается в том, что кроме гравитации на звёзды действуют центробежные силы.

Возьмите теннисную туфлю за кончики шнурков, как следует раскрутите над головой и отпустите. Естественно, туфля улетит так далеко, как у вас получится в зависимости от силы и настроения.

В данном случае на туфлю действовала центробежная сила.

Точно так же, не будь гравитации, и наша Земля, раскрутившись вокруг Солнца, оторвалась бы и улетела прямо в мировое пространство, где холодно и пусто.

К счастью, притяжение не даёт Земле улететь далеко от Солнца, а центробежная сила — упасть на него, что тоже было бы большой неприятностью.

Похожее происходит и в галактике. Только здесь все звёзды безостановочно вращаются вокруг одного общего центра, вокруг середины. И точно так же не могут ни оторваться и улететь, ни слипнуться и поглотить друг друга: притяжение уравновешивается центробежной силой.

Можно, однако, задать и ещё один достаточно каверзный вопрос — а почему планеты вращаются вокруг своих солнц, а звёзды — вокруг центра галактики, что их, собственно, заставляет крутиться? Вот тут надо честно признаться, что сколько бы ни последовало объяснений, в конце концов станет ясно, что никто этого толком не знает. Вращаются, и всё тут!

Причём известно, что меньшее по массе тело обязательно начнёт летать вокруг большего, маленький камень вокруг большого астероида, спутник вокруг планеты, планета вокруг звезды.

Если же тела окажутся примерно одинаковыми, оба начнут вращаться вокруг пустого места между ними. Как боксёры на ринге. Так и происходит с некоторыми звёздами. А если звёзд несколько, получается уже целый хоровод.

А если несколько тысяч, то галактика.

Источник: http://potomy.ru/world/gravitatsiya-v-kosmose.html

Почему у нас нет искусственной гравитации в космосе?

Поместите человека в космос, подальше от гравитационных пут земной поверхности, и он будет ощущать невесомость.

Хотя все массы Вселенной все еще будут воздействовать на него гравитационно, они также будут притягивать и любой космический аппарат, в котором находится человек, поэтому он будет плавать.

И все же по телевизору нам показывали, что экипаж некоего космического судна вполне успешно ходит ногами по полу при любых условиях. Для этого используется искусственная гравитация, создаваемая установками на борту фантастического судна. Насколько это близко к реальной науке?

Капитан Габриэль Лорка на мостике «Дискавери» во время имитации битвы с клингонцами. Весь экипаж притягивается искусственной силой тяжести, и это как бы уже канон

Касательно гравитации, большим открытием Эйнштейна стал принцип эквивалентности: при равномерном ускорении система отсчета неотличима от гравитационного поля.

Если бы вы были на ракете и не могли видеть Вселенную через иллюминатор, вы бы и понятия не имели о том, что происходит: вас тянет вниз сила гравитации или же ускорение ракеты в определенном направлении? Такой была идея, которая привела к общей теории относительности. Спустя 100 лет это самое правильное описание гравитации и ускорения, которое нам известно.

Идентичное поведение мяча, падающего на пол в летящей ракете (слева) и на Земле (справа), демонстрирует принцип эквивалентности Эйнштейна

Есть и другой трюк, как пишет Итан Зигель, который мы можем использовать, если захотим: мы можем заставить космический корабль вращаться.

Вместо линейного ускорения (вроде тяги ракеты) можно заставить работать центростремительное ускорение, чтобы человек на борту чувствовал внешний корпус космического корабля, подталкивающий его к центру.

Такой прием был использован в «Космической одиссее 2001 года», и если бы ваш космический корабль был достаточно большим, искусственная сила тяжести была бы неотличима от настоящей.

Только вот одно но. Три этих типа ускорения — гравитационное, линейное и вращательное — единственные, которые мы можем использовать для имитации эффектов гравитации. И это огромная проблема для космического аппарата.

Концепт станции 1969 года, которая должна была собираться на орбите из отработанных этапов программы «Аполлон». Станция должна была вращаться на своей центральной оси для создания искусственной гравитации

Почему? Потому что если вы хотите отправиться в другую звездную систему, вам нужно будет ускорить ваш корабль, чтобы туда добраться, а затем замедлить его по прибытии.

Если вы не сможете оградить себя от этих ускорений, вас ждет катастрофа. Например, чтобы ускориться до полного импульса в «Звездном пути», до нескольких процентов световой скорости, придется испытать ускорение в 4000 g.

Это в 100 раз больше ускорения, которое начинает препятствовать кровотоку в теле.

Запуск космического шаттла «Колумбия» в 1992 году показал, что ускорение протекает на протяжении длительного периода. Ускорение космического корабля будет во много раз выше, и человеческое тело не сможет с ним справиться

Если вы не хотите быть невесомым во время длительного путешествия — чтобы не подвергать себя ужасному биологическому износу вроде потери мышечной и костной массы — на тело постоянно должна действовать сила. Для любой другой силы это вполне легко сделать.

В электромагнетизме, например, можно было бы разместить экипаж в проводящей кабине, и множество внешних электрических полей просто исчезли бы.

Можно было бы расположить две параллельные пластины внутри и получить постоянное электрическое поле, выталкивающее заряды в определенном направлении.

Если бы гравитация работала таким же образом.

Такого понятия, как гравитационный проводник, просто не существует, как и возможности оградить себя от гравитационной силы. Невозможно создать однородное гравитационное поле в области пространства, например, между двумя пластинами.

Почему? Потому что в отличие от электрической силы, генерируемой положительными и отрицательными зарядами, существует только один тип гравитационного заряда, и это масса-энергия. Гравитационная сила всегда притягивает, и от нее никуда не скрыться.

Вы можете лишь использовать три типа ускорения — гравитационное, линейное и вращательное.

Подавляющее большинство кварков и лептонов во Вселенной состоит из материи, но у каждого из них существуют и античастицы из антиматерии, гравитационные массы которых не определены

Единственный способ, с помощью которого можно было бы создать искусственную гравитацию, которая защитит вас от последствий ускорения вашего корабля и обеспечит вам постоянную тягу «вниз» без ускорения, будет доступен, если вы откроете частицы отрицательной гравитационной массы.

Все частицы и античастицы, которые мы нашли до сих пор, обладают положительной массой, но эти массы инерциальны, то есть о них можно судить только при создании или ускорении частицы.

Инерционная масса и гравитационная масса одинаковы для всех частиц, которые мы знаем, но мы никогда не проверяли свою идею на антиматерии или античастицах.

В настоящее время проводятся эксперименты именно по этой части. Эксперимент ALPHA в ЦЕРН создал антиводород: стабильную форму нейтральной антиматерии, и работает над изолированием ее от всех других частиц.

Если эксперимент будет достаточно чувствительным, мы сможем измерить, как античастица попадает в гравитационное поле. Если падает вниз, как и обычное вещество, то у нее положительная гравитационная масса и ее можно использовать для строительства гравитационного проводника.

Если падает в гравитационном поле вверх, это все меняет. Один лишь результат, и искусственная гравитация может внезапно стать возможной.

Возможность получения искусственной гравитации невероятно манит нас, но основана на существовании отрицательной гравитационной массы. Антиматерия может быть такой массой, но мы пока этого не доказали

Если антиматерия имеет отрицательную гравитационную массу, то при создании поля из обычного вещества и потолка из антивещества, мы могли бы создать поле искусственной гравитации, которое всегда тянуло бы вас вниз.

Создав гравитационно-проводящую оболочку в виде корпуса нашего космического корабля, мы защитили бы экипаж от сил сверхбыстрого ускорения, которые в противном случае стали бы смертельными. И что самое крутое, люди в космосе не испытывали бы больше негативных физиологических эффектов, которые сегодня преследуют астронавтов.

Но пока мы не найдем частицу с отрицательной гравитационной массой, искусственная гравитация будет получаться только за счет ускорения.

Источник: https://hi-news.ru/science/pochemu-u-nas-net-iskusstvennoj-gravitacii-v-kosmose.html

Гравитация: 10 малоизвестных фактов об этом тяготение

Этот зонд исследует Вселенную с 1977 года

Гравитация не имеет ничего общего с научными законами. Если ввести в любой поисковик слово «гравитация», то вы увидите бесчисленное количество статей о законе гравитации. На самом деле понятия «закон» и «теория» в научном мире имеют существенные различия.

Закон основывается на определённых данных результатов фактических исследований. Теория — это некая идея, которая объясняет существование того или иного явления. Разобравшись в этих понятиях, становится понятно, почему гравитацию нельзя назвать законом.

На данный момент учёные не могут измерить её воздействие на каждое небесное тело. Вояджер-1 (автоматический зонд, исследующий Солнечную систему и её окрестности) исследовал Солнечную систему на расстоянии примерно 21 млрд км от Земли и даже ненадолго вышел за её пределы.

Вояджер-1 находится «в командировке» уже 40 лет, но Вселенная слишком огромна, чтобы исследовать её досконально.

Любая теория несовершенна, теория гравитации не исключение

Теория гравитации несовершенна, но некоторые из её пробелов с Земли незаметны.

Например, согласно теории, сила гравитации Солнца должна быть сильнее на Луне, чем на Земле, но тогда бы Луна вращалась вокруг Солнца, а не вокруг Земли. Понаблюдав за движением Луны на ночном небе, мы можем совершенно точно определить, что она вращается вокруг Земли.

В школе нам также рассказывали об Исааке Ньютоне, который обнаружил пробелы в теории гравитации. Он также ввёл новый математический термин «флюксия», из которого позже развил теорию гравитации. Понятие «флюксия» может показаться незнакомым, сегодня её называют «функция».

Так или иначе, все мы изучаем функции в школе, но и они не без изъянов. Поэтому вполне вероятно, что в ньютоновских «доказательствах» теории гравитации тоже не всё так гладко.

Более полувека учёные искали подтверждение существования гравитационных волн

Теория относительности Альберта Энштейна, также известная как теория гравитации, была представлена в 1915 году. Примерно в то же время появилось понятие волн тяготения, существование которых было доказано только в 1974 году.

Волны тяготения — это вибрации в пространственно-временном континууме, возникающие в результате движения масс во Вселенной из-за столкновения чёрных дыр, вращения нейтронных звёзд или возникновения сверхновых. Когда происходит какое-либо из этих событий, гравитационные волны образуют рябь, похожую на круги на воде от камня, брошенного на поверхность воды.

Эти волны перемещаются по Вселенной со скоростью света, именно поэтому доказательство существования гравитационных волн потребовало почти 60 лет. В течение первых 40 лет учёные наблюдали за волнами, возникшими от двух звёзд, которые начали вращаться вокруг друг друга под действием силы притяжения.

Со временем звёзды становились ближе и ближе друг к другу в соответствии с просчётами по теории Эйнштейна. Это и стало доказательством существования гравитационных волн.

Читайте также:  Черные дыры в галактике андромеды - все о космосе

Чёрные дыры не могли бы существовать без гравитации

Чёрные дыры — одно из самых загадочных явлений во Вселенной. Они образуются, когда звезда саморазрушается и рождается новая, которая отбрасывает части старой на довольно большое расстояние, таким образом создаётся место, где гравитация настолько сильна, что ни один объект, попавший в неё, не может выйти обратно.

Гравитация сама по себе не формирует чёрную дыру, но помогает учёным понять суть чёрных дыр и обнаружить их во Вселенной. Так как сила притяжения вокруг чёрной дыры очень сильная, вокруг неё собирается множество звёзд и газов, что помогает обнаружить чёрную дыру. Иногда газы вокруг чёрной дыры светятся, образуя ореол.

Если бы не супермощная гравитация в чёрных дырах, мы никогда бы не узнали об их существовании.

Учёные считают, что Вселенная состоит из тёмной материи и расширяется благодаря тёмной энергии

Примерно 68% Вселенной состоит из тёмной энергии, а 27% из тёмной материи. Но ни тёмная энергия, ни материя не изучены глубоко.

Тем не менее, нам известно, что тёмная энергия обладает множеством свойств. Эйнштейновская теория относительности сыграла важную роль в понимании тёмной энергии и её способности расширяться и создавать большее пространство.

Первоначально учёные предполагали, что гравитация сдерживает расширение Вселенной, но в 1998 году при помощи космического телескопа «Хаббл» удалось установить, что Вселенная расширяется сильнее и сильнее.

Благодаря этому факту стало понятно, что теория относительности не может объяснить того, что происходит во Вселенной. Учёные выдвинули предположение о существовании тёмной материи и тёмной энергии, благодаря которой Вселенная продолжает расти.

Учёные предполагают, что существует единица гравитации

Всё, чему нас учат в школе, что гравитация — это сила притяжения, но так ли это? Если представить саму гравитацию как частицу и назвать её гравитон (или квант гравитационного поля), то получится, что силу притяжения формируют гравитоны.

Правда физики не смогли подтвердить существование этих частиц, но зато есть много оснований, почему они должны существовать. Первая причина в том, что гравитация всего лишь сила (одна из четырёх основных природных сил), и основной её элемент не может быть определён.

Даже если гравитоны и существуют, определить их очень трудно. Физики чисто теоретически предполагают, что гравитационные волны состоят из гравитонов. Гравитационные волны обнаружить достаточно просто, достаточно создать отражение лучей света в зеркалах и увидеть их расщепление.

Но такой метод не подойдёт для определения изменения дистанции между гравитонами.

При помощи кротовых нор путешествия в соседние галактики могли бы стать реальностью

Кротовые норы (пространственно-временные туннели в гипотетической модели Вселенной) поистине удивительное явление.

А что если было бы возможно пронестись по космическому тоннелю со скоростью света и оказаться в другой галактике? Если кротовые норы существуют, то это вполне возможно. На сегодняшний день подтверждения существования таких тоннелей нет, но физики всерьёз подумывают над их созданием.

При помощи теории относительности Эйнштейна физик Людвиг Фламм описал, насколько гравитация способна исказить время и пространство, чтобы создание кротовой норы стало возможным. Разумеется, это не единственная теория возникновения таких тоннелей.

У планет тоже есть сила притяжения

Всем известно, что сила притяжения Солнца воздействует на планеты нашей солнечной системы, именно поэтому они и вращаются вокруг него. Точно так же Земля притягивает Луну.

Тем не менее, каждое небесное тело, у которого есть масса, тоже воздействует на Солнце силой притяжения, мощность которой зависит от массы объектов и расстояния между ними.

А так как у Солнца самая сильная гравитация в нашей Галактике, то все планеты вращаются вокруг него.

Оказывается, в космосе тоже работает сила притяжения

Мы все видели фото и слышали истории о том, что в космосе нет гравитации, поэтому космонавты могут летать в невесомости.

Тем не менее, гравитация в космосе всё же есть, но она настолько мала, что её даже называют микрогравитацией. Именно благодаря ей кажется, что астронавты парят в воздухе.

Если бы в космосе совсем не было гравитации, то планеты не могли бы вращаться вокруг Солнца, а Луна вокруг Земли, просто чем больше расстояние, тем больше ослабевает сила притяжения.

В космосе время идет не так, как на Земле

Возможность путешествовать во времени всегда сильно волновала человечество. Множество теорий, в том числе и теория гравитации, могут объяснить возможность перемещений во времени.

Сила притяжения создаёт искривление во времени и пространстве, которое заставляет объекты двигаться по спирали, в результате чего эти объекты начинают двигаться быстрее, чем на поверхности Земли.

Например, часы на космических искусственных спутниках сдвигаются всего на 38 микросекунд в день, потому что сила притяжения в космосе заставляет объекты двигаться быстрее, чем на Земле.

По этой причине любого астронавта, вернувшегося с орбиты, можно считать путешественником во времени, просто эффект не настолько сильный, чтобы они могли его ощутить. Главным вопросом остаётся возможность путешествий во времени, которые мы видели в кино, но на него пока нет ответов.

Посмотрите сегодня на ночное небо, на этот бескрайний и так малоизученный человеком мир. Наша Вселенная огромна, и кто знает, какие ещё тайны она таит в себе. Поживём увидим.

Источник: https://homsk.com/martin/gravitatsiya-10-maloizvestnykh-faktov-ob-etom-tyagotenie

10 теорий и интересных фактов о гравитации

Когда речь заходит о гравитации, мы невольно возвращаемся к воспоминаниям о начальной школе, где впервые узнали об этой необычной силе. Нам рассказывали, что именно она удерживает нас на Земле, но это не единственная её функция. Сегодня мы собрали 10 интересных фактов о силе притяжения.

Интересно, что гравитация — это всего лишь теория, не закон

Этот зонд исследует Вселенную с 1977 года

Гравитация не имеет ничего общего с научными законами. Если ввести в любой поисковик слово «гравитация», то вы увидите бесчисленное количество статей о законе гравитации. На самом деле понятия «закон» и «теория» в научном мире имеют существенные различия.

Закон основывается на определённых данных результатов фактических исследований. Теория — это некая идея, которая объясняет существование того или иного явления. Разобравшись в этих понятиях, становится понятно, почему гравитацию нельзя назвать законом.

На данный момент учёные не могут измерить её воздействие на каждое небесное тело. Вояджер-1 (автоматический зонд, исследующий Солнечную систему и её окрестности) исследовал Солнечную систему на расстоянии примерно 21 млрд км от Земли и даже ненадолго вышел за её пределы.

Вояджер-1 находится «в командировке» уже 40 лет, но Вселенная слишком огромна, чтобы исследовать её досконально.

В теории гравитации есть пробелы — и это факт!

Любая теория несовершенна, теория гравитации не исключение

Теория гравитации несовершенна, но некоторые из её пробелов с Земли незаметны. Например, согласно теории, сила гравитации Солнца должна быть сильнее на Луне, чем на Земле, но тогда бы Луна вращалась вокруг Солнца, а не вокруг Земли.

Понаблюдав за движением Луны на ночном небе, мы можем совершенно точно определить, что она вращается вокруг Земли. В школе нам также рассказывали об Исааке Ньютоне, который обнаружил пробелы в теории гравитации.

Он также ввёл новый математический термин «флюксия», из которого позже развил теорию гравитации. Понятие «флюксия» может показаться незнакомым, сегодня её называют «функция». Так или иначе, все мы изучаем функции в школе, но и они не без изъянов.

Поэтому вполне вероятно, что в ньютоновских «доказательствах» теории гравитации тоже не всё так гладко.

Волны тяготения

Более полувека учёные искали подтверждение существования гравитационных волн

Теория относительности Альберта Энштейна, также известная как теория гравитации, была представлена в 1915 году. Примерно в то же время появилось понятие волн тяготения, существование которых было доказано только в 1974 году.

Волны тяготения — это вибрации в пространственно-временном континууме, возникающие в результате движения масс во Вселенной из-за столкновения чёрных дыр, вращения нейтронных звёзд или возникновения сверхновых.

Когда происходит какое-либо из этих событий, гравитационные волны образуют рябь, похожую на круги на воде от камня, брошенного на поверхность воды. Эти волны перемещаются по Вселенной со скоростью света, именно поэтому доказательство существования гравитационных волн потребовало почти 60 лет.

В течение первых 40 лет учёные наблюдали за волнами, возникшими от двух звёзд, которые начали вращаться вокруг друг друга под действием силы притяжения. Со временем звёзды становились ближе и ближе друг к другу в соответствии с просчётами по теории Эйнштейна. Это и стало доказательством существования гравитационных волн.

Чёрные дыры и гравитация

Чёрные дыры не могли бы существовать без гравитации

Чёрные дыры — одно из самых загадочных явлений во Вселенной. Они образуются, когда звезда саморазрушается и рождается новая, которая отбрасывает части старой на довольно большое расстояние, таким образом создаётся место, где гравитация настолько сильна, что ни один объект, попавший в неё, не может выйти обратно.

Гравитация сама по себе не формирует чёрную дыру, но помогает учёным понять суть чёрных дыр и обнаружить их во Вселенной. Так как сила притяжения вокруг чёрной дыры очень сильная, вокруг неё собирается множество звёзд и газов, что помогает обнаружить чёрную дыру. Иногда газы вокруг чёрной дыры светятся, образуя ореол.

Если бы не супермощная гравитация в чёрных дырах, мы никогда бы не узнали об их существовании.

Теория тёмной материи и тёмной энергии

Учёные считают, что Вселенная состоит из тёмной материи и расширяется благодаря тёмной энергии

Примерно 68% Вселенной состоит из тёмной энергии, а 27% из тёмной материи. Но ни тёмная энергия, ни материя не изучены глубоко. Тем не менее, нам известно, что тёмная энергия обладает множеством свойств.

Эйнштейновская теория относительности сыграла важную роль в понимании тёмной энергии и её способности расширяться и создавать большее пространство.

Первоначально учёные предполагали, что гравитация сдерживает расширение Вселенной, но в 1998 году при помощи космического телескопа «Хаббл» удалось установить, что Вселенная расширяется сильнее и сильнее.

Благодаря этому факту стало понятно, что теория относительности не может объяснить того, что происходит во Вселенной. Учёные выдвинули предположение о существовании тёмной материи и тёмной энергии, благодаря которой Вселенная продолжает расти.

Гравитоны

Учёные предполагают, что существует единица гравитации

Всё, чему нас учат в школе, что гравитация — это сила притяжения, но так ли это? Если представить саму гравитацию как частицу и назвать её гравитон (или квант гравитационного поля), то получится, что силу притяжения формируют гравитоны.

Правда физики не смогли подтвердить существование этих частиц, но зато есть много оснований, почему они должны существовать. Первая причина в том, что гравитация всего лишь сила (одна из четырёх основных природных сил), и основной её элемент не может быть определён.

Даже если гравитоны и существуют, определить их очень трудно. Физики чисто теоретически предполагают, что гравитационные волны состоят из гравитонов. Гравитационные волны обнаружить достаточно просто, достаточно создать отражение лучей света в зеркалах и увидеть их расщепление.

Но такой метод не подойдёт для определения изменения дистанции между гравитонами.

Читайте также:  Все астероиды обнаруженные с 1980 года - все о космосе

Образование кротовых нор

При помощи кротовых нор путешествия в соседние галактики могли бы стать реальностью

Кротовые норы (пространственно-временные туннели в гипотетической модели Вселенной) поистине удивительное явление. А что если было бы возможно пронестись по космическому тоннелю со скоростью света и оказаться в другой галактике? Если кротовые норы существуют, то это вполне возможно.

На сегодняшний день подтверждения существования таких тоннелей нет, но физики всерьёз подумывают над их созданием. При помощи теории относительности Эйнштейна физик Людвиг Фламм описал, насколько гравитация способна исказить время и пространство, чтобы создание кротовой норы стало возможным.

Разумеется, это не единственная теория возникновения таких тоннелей.

Планеты тоже притягивают Солнце

У планет тоже есть сила притяжения

Всем известно, что сила притяжения Солнца воздействует на планеты нашей солнечной системы, именно поэтому они и вращаются вокруг него. Точно так же Земля притягивает Луну.

Тем не менее, каждое небесное тело, у которого есть масса, тоже воздействует на Солнце силой притяжения, мощность которой зависит от массы объектов и расстояния между ними.

А так как у Солнца самая сильная гравитация в нашей Галактике, то все планеты вращаются вокруг него.

Невесомость

Оказывается, в космосе тоже работает сила притяжения

Мы все видели фото и слышали истории о том, что в космосе нет гравитации, поэтому космонавты могут летать в невесомости. Тем не менее, гравитация в космосе всё же есть, но она настолько мала, что её даже называют микрогравитацией.

Именно благодаря ей кажется, что астронавты парят в воздухе.

Если бы в космосе совсем не было гравитации, то планеты не могли бы вращаться вокруг Солнца, а Луна вокруг Земли, просто чем больше расстояние, тем больше ослабевает сила притяжения.

Путешествия во времени

В космосе время идет не так, как на Земле

Возможность путешествовать во времени всегда сильно волновала человечество. Множество теорий, в том числе и теория гравитации, могут объяснить возможность перемещений во времени.

Сила притяжения создаёт искривление во времени и пространстве, которое заставляет объекты двигаться по спирали, в результате чего эти объекты начинают двигаться быстрее, чем на поверхности Земли.

Например, часы на космических искусственных спутниках сдвигаются всего на 38 микросекунд в день, потому что сила притяжения в космосе заставляет объекты двигаться быстрее, чем на Земле.

По этой причине любого астронавта, вернувшегося с орбиты, можно считать путешественником во времени, просто эффект не настолько сильный, чтобы они могли его ощутить. Главным вопросом остаётся возможность путешествий во времени, которые мы видели в кино, но на него пока нет ответов.

Посмотрите сегодня на ночное небо, на этот бескрайний и так малоизученный человеком мир. Наша Вселенная огромна, и кто знает, какие ещё тайны она таит в себе. Поживём увидим.

  • Galina Lamtyugova
  • Распечатать

Источник: https://www.publy.ru/post/28072

Привет от Циолковского: как искусственная гравитация осваивает космос

Журналист Лайфа Александр Березин объясняет, почему обычно скупой на космические новинки Роскосмос первым в мире организует искусственную гравитацию на орбите и что он рассчитывает от неё получить.

Наш вид на удивление хорошо переносит самый безумный набор условий.

Мы выживаем при давлении в 70 атмосфер, после минуты в глубоком вакууме или полугода космической радиации вне магнитосферы Земли и всё это без видимого ущерба для здоровья.

Однако у человека в космосе есть противник куда более страшный, чем космическая радиация, — безделье. А точнее, отсутствие приличной физической нагрузки.

Каждый из нас знает, что посредственный бегун загонит лучшую в мире лошадь. Но из-за того что современная цивилизация не нагружает нас физически, большинство жителей стран типа России не могут загнать не то что лошадь, но и обычную собаку.

То же самое, но в гораздо больших масштабах случается с человеком, долго живущим в невесомости.

Формально на МКС гравитация всего на 11 процентов слабее земной, однако, поскольку космонавты там постоянно “падают вперёд” со скоростью полёта станции, почувствовать её невозможно.

Это ведёт к огромному количеству неприятных последствий. Мышцы с неполной загрузки цивилизованного человека переходят на вообще нулевую. Они атрофируются, из-за этого кислорода организмом потребляется куда меньше нормы.

Костный мозг, вырабатывающий гемоглобин для переноса кислорода в крови, резко “снижает план”. Кальций в невесомости усиленно вымывается из организма, что негативно влияет на прочность костей, способствуют этому и нарушения фосфорного обмена в костях.

Ну а результат — космическая остеопения, означающая потерю одного процента массы костей за месяц невесомости.

Предположительно после потери 20 процентов человеческий скелет станет малопригоден к работе в земных условиях.

Наконец, пониженная гравитация со временем ведёт к деградации зрения — его правильная работа ведь тоже зависит от получения регулярных нагрузок, которых в космосе мало. Можно поставить на МКС беговую дорожку для ног, но глазное яблоко на неё не загонишь.

Много ли толку будет от потенциального покорителя Марса, если он не будет видеть, его скелет не вынесет нагрузок, а мышцы не позволят вылезти из космического корабля?

Запугиваете?

Нам скажут: вы нагнетаете. В самом деле, полёт к Марсу даже на химических двигателях продлится всего полгода. Ещё по станции “Мир” хорошо известно, что и после года в космосе космонавт, работающий с тренажером, вполне может сам дойти до автобуса несмотря на 1 g (силы тяжести, действующей на единицу массы).

На том же Марсе всего 0,38 g, о чём разговор? Да, путешествие на Красную планету — это минимум год при пониженной гравитации на ней, и ещё полгода на возвращение.

Но и при этом “дефицита тяжести” люди испытают ничуть не больше, чем Валерий Поляков, который после своих рекордно долгих полётов успешно работал на Земле, не утратив ни зрения, ни подвижности.

И всё же повод для беспокойства есть. Марсом Солнечная система не кончается.

Чтобы слетать к Церере с её подповерхностным океаном (где не исключено наличие жизни), топлива надо даже меньше, чем для полета к Луне. Но вот по времени туда лететь куда дальше, чем к Марсу.

Так что, пока Роскосмос не сделает полномасштабный ядерный буксир, освоение действительно далёких от Земли небесных тел под большим вопросом.

Звезда КЭЦ

Константин Циолковский задумался над эти вопросом ещё 113 лет назад и уже тогда пришёл к выводу, что на будущих космических кораблях нужна искусственная гравитация.

Самым простым способом её создания он полагал вращающийся космический корабль, возможно, округлой формы. За счёт вращения люди в нём будут избавлены от невесомости.

Известный роман советского фантаста Александра Беляева описывал целый орбитальный городок, созданный по такой схеме (“Звезда КЭЦ”, по инициалам Циолковского).

Такой корабль Королёв начал проектировать для Луны и Марса ещё в 1963 году. Чтобы уменьшить его размеры, он предложил использовать противовес — систему связанных между собой тел, вращающихся в космосе.

Для орбитального корабля противовесом должна была стать пустая последняя ступень ракеты-носителя, которую сегодня просто выбрасывают.

Однако из-за известного отказа советского руководства от полётов за пределы земной орбиты всему этому не суждено было сбыться.

Позднее в СССР было установлено, что при скорости вращения помещения в шесть оборотов в минуту побочные эффекты вращения (сила Кориолиса) уже не будут чувствоваться.

Однако при такой скорости вращения “гравитационный корабль” должен иметь размеры в десятки метров.

Понятно, что пока мы летаем на одноразовых ракетах, такой крупный объект всегда будет слишком дорог для Роскосмоса. Есть ли более дешёвое решение?

Малые гравитационные формы

Ещё в XVIII веке дед Чарльза Дарвина обнаружил, что, посадив человека на аналог круглых качелей и раскручивая их, можно добиться скорости, при которой он почувствует приличное ускорение.

В 1933 году Германия — научно-технический лидер тогдашнего мира — создала первую центрифугу для изучения влияния искусственной гравитации на человека. При размере всего в 2,7 метра она могла дать до 15 g.

Если нам нужна в пятнадцать раз меньшая сила тяжести, центрифугу можно сделать такой, как у Института медико-биологических проблем, чтобы её вращение не было утомительно быстрым.

Как ни странно, такие устройства были бы полезны не только космонавтам. Тело человека рассчитано на огромную мобильность: его предки пробегали десятки километров в день, а письменные источники фиксируют и случаи с сотнями километров в сутки.

Заставить цивилизованных потомков заниматься спортом нереально, поэтому у нас вечные проблемы с сосудами ног, да и их переломы заживают медленнее, чем могут. Пребывание в условиях повышенной гравитации полезно и при лечении сосудов нижних конечностей, и при ускорении регенерации костных тканей после переломов.

Исследуется и эффективность центрифуг при лечении гипертонической болезни. Таким образом, перед нами типичный случай, когда космические технологии вполне могут принести большую пользу и на Земле.

В компактном варианте, показанном выше, центрифугу малого радиуса можно использовать не только для периодических тренировок в “тренажёрном зале” орбитальной станции, но и для сна.

Вам кажется, что на вращающейся платформе вряд ли уснёшь? Вовсе нет: тот же дед Дарвина успешно использовал её, чтобы вызвать сон у лиц с сомнологическими расстройствами.

В случае, если космонавты будут проводить там по восемь часов в сутки, о “гравитационных” проблемах на космических кораблях можно забыть как минимум до эпохи межзвёздных перелётов.

Конечно, слишком маленькой центрифугу в космосе лучше не делать, иначе сила тяжести на уровне головы будет существенно ниже, чем на уровне ног.

Только эксперименты помогут выяснить, правильные ли размеры для неё подобрали в Роскосмосе, а значит, эти эксперименты на орбите просто неизбежны.

Пока Россия здесь делает только первые шаги — даже двигатель для центрифуги на видео выше пришлось покупать в Австрии, поскольку в нашей стране таких пока не делают. И тем не менее весь этот проект вполне реален.

Более чем десятилетие назад NASA задумало создать на МКС свой спецмодуль для центрифуги, однако из-за использования Агентством для сборки МКС безумно дорогих шаттлов проект “не взлетел” по финансовым ограничениям (хотя модуль для него уже был создан).

И вот теперь, как ни странно, Роскосмос может стать первой в мире организацией, которая вытащит аппарат “искусственной гравитации” в космос и опробует его на людях. Для снижения затрат на доставку  на орбиту спецмодуля для размещения центрифуги, его сделают надувным (точнее, газоразвертываемым).

Тогда на “завоз” всех нужных узлов уйдёт не так уж много рейсов.

Что это обещает в ближайшем будущем? Пока не так много: первые полёты к Марсу будут слишком ограничены по массе полезной нагрузки. Даже весьма нужная центрифуга на корабль вряд ли поместится. Гораздо лучше с полезной нагрузкой в варианте ядерного буксира.

Но тот будет лететь к Марсу так недолго, что смысл создания там “гравиубежища” неясен.

И всё же, как мы отмечали выше, четвёртой планетой Солнечная система не заканчивается, так что за центрифугами короткого радиуса, скорее всего, будущее пилотируемой космонавтики.

Материалы по теме:

В большой космос по малой нужде

“Такие дни”: женская гигиена в космосе. Сложно, но можно!

Атакуем Марс!

Источник: https://life.ru/929968

Ссылка на основную публикацию