5 факта за гравитацията – една от най-мистериозните сили във Вселената

1. Земната гравитация е по-слаба от вашия магнит за хладилник

В света има четири така наречени фундаментални сили: силна ядрена сила, която осигурява стабилност атомни ядра, слабо ядро, отговорно за радиоактивния разпад, електромагнитна сила и любимите ни земно притегляне. Именно последният предпазва Земята, други планети и звезди, слънчеви системи и галактики от разпадане.

Е, гравитацията е най-слабата фундаментална сила от всички. И учените не разбират защо.

Може да кажете: но гравитацията е това, което движи звезди, галактики и други огромни обекти, как може да е слаба? Е, сложи магнит на хладилника. Сега отговорете на въпроса защо го привлича малкият хладилник по-силенотколкото цялата планета.

А слабите и силните атомни сили са дори по-мощни от електромагнитните. Поне можете да извадите магнита от хладилника без външна помощ, но хората все още не са се научили как да разделят атоми с голи ръце. За сравнение: електрическата сила между електрон и протон вътре в атом е около един квинтилион (това е едно, последвано от 30 нули) пъти

по-силенотколкото гравитационното привличане между тях.

И това е една от основните мистерии на физиката. Учените имат предположениече вселената може да има допълнителни измерения, скрити от нашето възприятие. И гравитацията се разпространява през всички тях, докато електромагнитните сили и силните и слабите ядрени сили са ограничени до нашето четириизмерно пространство-време.

Може би дори нашата гравитация засяга към обекти в други вселени, ако съществуват. А нашите обекти от своя страна са засегнати от тяхното привличане. Това може да обясни защо нашите Вселена се разширява по-бързо от очакваното. Поне такава теория се предлага от физици, които не харесват теорията за тъмната материя и енергия.

Но въпреки всички предположения, в момента няма експериментални доказателства, които да потвърдят или опровергаят това.

2. Гравитацията създава вълни

Анимация: Дана Бери / НАСА

Представете си, че пространство-времето е опъната тъкан. Е, или повърхността на езерото, ако предпочитате. Тъй като масивните обекти се движат като черни дупки или неутронни звезди се сливат, те създават изкривявания в пространство-времето, като гънки в тъканта. Или като вълни, отклоняващи се от мястото, където камъкът е паднал в езерото. Ето как изглеждат гравитационните вълни.

Аналогията, разбира се, е малко разтеглива, защото и тъканта, и повърхността на езерцето са плоски и Вселена триизмерен, но учените все още не са измислили по-добри примери.

Гравитационните вълни са различни от звука или светлината, така че не можем да ги чуем или видим. Въпреки това, с помощта на специални инструменти, наречени лазерни интерферометри, учените могат намирам. Това ви позволява да изследвате отдалечени масивни обекти и да изучавате космически явления, случващи се в най-отдалечените кътчета на Вселената.

Съществуването на гравитационни вълни е предсказано от Алберт Айнщайн преди сто години.

Но едва наскоро човечеството разработи и приложи инструменти за откриването им. Една от тях е лазерно-интерферометричната обсерватория LIGO. За първи път беше през 2015 г фиксирани гравитационни вълни от сливането на две черни дупки на разстояние около 1,3 милиарда светлинни години от Земята.

Те пас през всички препятствия, включително празнотата, и не подлежат на поглъщане или отражение. Те също така се разпространяват във Вселената със скоростта на светлината.

3. Гравитацията на Земята не е еднородна

Анимация: ESA

Вероятно сте виждали тази анимация преди. В мрежата циркулира мит, уж така изглежда нашата планета без океани. Но всъщност това не е модел на самата Земя, а на нейното гравитационно поле.

Виждате привличане по-силен където има голяма маса. А гравитационното поле на Земята не е еднородно по няколко причини. Първо, нашите планета не е идеална топка. Тя е леко сплескана на полюсите и разширена на екватора, което води до неравномерно разпределение на масата.

Второ, повърхността на Земята е много неравна. Имаме високи планини, дълбоки океански ровове и други ландшафтни форми, които имат различна маса. И трето, в рамките на планетата материалите също са неравномерно разпределени. Всички тези фактори карат гравитацията на Земята да варира от място на място.

Това означава, че на различните места на нашата планета ще тежите различно.

Да кажем, ако вие са в Коломбо в Шри Ланка теглото ви ще бъде малко по-малко, отколкото ако сте в Катманду в Непал. Индийския океан е един от регионите с най-ниска относителна гравитация в света, докато тежките Хималаи, напротив, я увеличават.

Друг пример: от дълго време учените не разбрахзащо в района около залива Хъдсън в Канада гравитацията е по-слаба, отколкото би трябвало да бъде на теория. Оказа се, че там се топят вековни ледници, масата им намалява, а оттам и силата на привличане.

Ето защо, ако не сте доволни от числото на кантара, просто сменете мястото си на пребиваване и веднага отслабнете с килограм или два. Вярно, масата ще остане същата, но теглото ще намалее. Физика.

4. Гравитацията огъва светлината

Лесно е да се види как гравитацията влияе на физическите обекти. Благодарение на него ние стоим здраво на Земята, а не отлитаме в космоса, ябълките падат отгоре надолу, Слънцето изрязва кръгове около ядрото на галактиката и т.н.

Но тази сила въздейства не само на материята, но и на светлината. Защото черни дупки така наречените: те имат толкова мощна гравитация, че цялата светлина, която привличат, не може да напусне гравитационното поле.

Но понякога фотоните не падат върху масивен обект, а просто летят, като само леко променят траекторията.

Това явление известен като гравитационни лещи. Това се случва, защото гравитацията изкривява пространството и времето около масивни обекти като звезди и галактики. И в резултат на това светлината, преминаваща покрай тези масивни обекти, следва крива пътека, а не права линия.

Гравитационните лещи бяха първите предвидено Алберт Айнщайн в неговата обща теория на относителността. Той предположи, че светлината от далечен обект ще се огъне, когато минава покрай масивна звезда близо до нас. Неговата теория е експериментално потвърдена по време на слънчево затъмнение през 1919 г.

Гравитационните лещи могат да произведат впечатляващи ефекти като "пръстени на Айнщайн" или "кръст Айнщайн" - когато светлината от далечна галактика се огъва около по-близка, създавайки пръстени, подкови и друга светлина фигури.

Това явление също е използвани астрономи да изследват тъмната материя. Тъй като не излъчва светлина, не може да се наблюдава директно. Но можем да открием присъствието му чрез ефектите на гравитационните лещи.

5. Безтегловността не е липсата на гравитация

Ако попитате първия срещнат човек защо астронавтите се носят във въздуха на МКС, той най-вероятно ще отговори, че в космоса няма гравитация. Това, разбира се, не е така, иначе как би било слънце може да задържи планетите в техните орбити?

Ето защо това изявление грешно. Представете си, че сте в самолет и той изведнъж започва да се гмурка. Ако хвърлите топка в този момент, тя, разбира се, ще падне. Но тъй като самолетът също лети надолу, ще ви се струва, че играчката се носи във въздуха. Това е състоянието на безтегловност. Между другото, преди да летят в космоса, астронавтите се адаптират към него в самолети за гмуркане.

Дъските за такова обучение са иронично наречени от служителите на НАСА Vomit Comet - „повръщаща комета“. Познайте защо.

Същото се случва и с астронавтите в орбита. космически кораб или станцията постоянно се стреми към Земята поради гравитацията. Но тъй като те се движат напред достатъчно бързо, те никога не падат, а летят около планетата при всяко завъртане. Това създава илюзията за липса на привличане, въпреки че е по-правилно да наречем това състояние „микрогравитация“.

Всъщност цялото пространство е пронизано от гравитация и няма място в космоса, където да не го има. Учени вярвамче въпреки че скоростта му на разпространение е ограничена от скоростта на светлината и силата му намалява бързо с разстоянието от източника, самият обхват на действие е безкраен.

Тоест сега сте доста засегнати от гравитационни вълни от някаква черна дупка, на които са нужни десетки хиляди години, за да достигнат Земята. Просто тяхната сила е много малка в сравнение с гравитацията на нашата планета. И това е добре, нали знаеш.