Dejiny gravitácie a šľachty

Jedno z najprenikavejších správaní, ktoré zažívame, niet divu, že sa aj tí najskorší vedci snažili pochopiť, prečo objekty padajú k zemi. Grécky filozof Aristoteles dal jeden z prvých a najkomplexnejších pokusov o vedecké vysvetlenie tohto správania predložením myšlienky, že objekty sa posunuli smerom k ich „prirodzenému miestu“.

Toto prirodzené miesto pre prvok Zeme bolo v strede Zeme (čo bol, samozrejme, stred vesmíru v Aristotelovom geocentrickom modeli vesmíru). Okolo Zeme bola sústredná guľa, ktorá bola prírodnou oblasťou vody, obklopená prírodnou oblasťou vzduchu a potom nad ňou aj prírodná oblasť ohňa. Preto sa Zem potápa vo vode, voda klesá vo vzduchu a plamene stúpajú nad vzduch. Všetko sa tiahne k jeho prirodzenému miestu v Aristotelovom modeli a zdá sa, že je celkom v súlade s naším intuitívnym porozumením a základnými pozorovaniami o tom, ako svet funguje.

Aristoteles ďalej veril, že predmety padajú rýchlosťou, ktorá je úmerná ich hmotnosti. Inými slovami, ak by ste vzali drevený predmet a kovový predmet rovnakej veľkosti a nechali by ste ich obidve, ťažší kovový predmet by klesol úmerne rýchlejšou rýchlosťou.

Aristotelesova filozofia o pohybe smerom k prirodzenému miestu látky sa húpala asi 2 000 rokov, až do času Galileo Galilei. Galileo uskutočňoval experimenty vrhania predmetov s rôznymi hmotnosťami nadol po naklonených rovinách (nevyhodil ich) veža v Pise, napriek populárnym apokryfným príbehom v tomto zmysle) a zistili, že padli spolu s rovnaký akcelerácia sadzba bez ohľadu na ich hmotnosť.

Okrem empirických dôkazov Galileo tiež postavil experiment teoretického myslenia na podporu tohto záveru. Takto opisuje moderný filozof Galileo prístup vo svojej knihe z roku 2013 Intuičné pumpy a ďalšie nástroje na premýšľanie:

„Niektoré myšlienkové experimenty možno analyzovať ako dôsledné argumenty, často podoby reductio ad absurdum, v ktorom človek berie do rúk protivníka a odvodzuje formálny rozpor (absurdný výsledok), z ktorého vyplýva, že všetci nemôžu mať pravdu. Jedným z mojich obľúbených je dôkaz pripisovaný programu Galileo, že ťažké veci nespadajú rýchlejšie ako ľahšie veci (keď je trenie zanedbateľné). Ak by to tak bolo, tvrdil, že potom, čo by ťažký kameň A padal rýchlejšie ako ľahký kameň B, ak by sme zviazali B s A, kameň B by pôsobil ako ťah a spomalil A. Ale A naviazané na B je ťažšie ako samotné A, takže obidve spolu by tiež mali padať rýchlejšie ako A samotné. Dospeli sme k záveru, že viazanie B na A by spôsobilo niečo rýchlejšie a pomalšie ako samotné A, čo je v rozpore. ““

Hlavný príspevok, ktorý vyvinul Sir Isaac Newton malo uznať, že tento klesajúci pohyb pozorovaný na Zemi bol rovnaký pohybový pohyb, aký zažívajú Mesiac a iné objekty, ktorý ich drží na svojom mieste vo vzťahu k sebe navzájom. (Tento pohľad z Newtonu bol postavený na práci Galilea, ale tiež na objatí heliocentrického modelu a Kopernikský princíp, ktorý vyvinul Nicholas Copernicus pred Galileovou prácou.)

Newtonov vývoj zákona univerzálnej gravitácie, častejšie nazývaný zákon gravitácie, spojil tieto dva pojmy do podoby matematického vzorca, ktorý sa zdal aplikovaný na určenie sily príťažlivosti medzi akýmikoľvek dvoma objektmi s hmotnosťou. Spolu s Newtonove zákony pohybu, vytvoril formálny systém gravitácie a pohybu, ktorý by vedecké vedecké chápanie nespochybnil viac ako dve storočia.

Nasleduje ďalší významný krok v našom chápaní gravitácie Albert Einstein, v podobe jeho všeobecná teória relativity, ktorý popisuje vzťah medzi hmotou a pohybom prostredníctvom základného vysvetlenia, že objekty s hmotou skutočne ohýbajú samotnú štruktúru priestoru a času (súhrnne nazývanú časopriestor). To mení cestu objektov spôsobom, ktorý je v súlade s naším chápaním gravitácie. Preto súčasné chápanie gravitácie je také, že je to výsledok objektov, ktoré nasledujú najkratšiu cestu časopriestorom a sú upravené deformáciou blízkych masívnych objektov. Vo väčšine prípadov, s ktorými sa stretávame, je to úplne v súlade s Newtonovým klasickým gravitačným zákonom. Existujú prípady, ktoré vyžadujú podrobnejšie pochopenie všeobecnej relativity, aby sa údaje prispôsobili požadovanej úrovni presnosti.

Sú však aj prípady, keď ani všeobecná relativita nám nemôže poskytnúť zmysluplné výsledky. Konkrétne existujú prípady, keď je všeobecná relativita nezlučiteľná s porozumením kvantová fyzika.

Jeden z najznámejších z týchto príkladov je pozdĺž hranice a čierna diera, kde hladká textília časopriestoru nie je kompatibilná s granularitou energie vyžadovanou kvantovou fyzikou. To bolo teoreticky vyriešené fyzikom Stephen Hawking, vo vysvetlení, ktoré predpovedalo, že čierne diery vyžarujú energiu vo forme Jestvujúce žiarenie.

Potrebná je však komplexná teória gravitácie, ktorá dokáže plne začleniť kvantovú fyziku. Takáto teória kvantová gravitácia na vyriešenie týchto otázok by bolo potrebné. Fyzici majú veľa kandidátov na takúto teóriu, z ktorých najobľúbenejšia je teória strún, ale žiadne, ktoré poskytujú dostatočné experimentálne dôkazy (alebo dokonca dostatočné experimentálne predpovede), ktoré je možné overiť a všeobecne akceptovať ako správny popis fyzickej reality.

Okrem potreby kvantovej teórie gravitácie sú ešte potrebné vyriešiť dve experimentálne založené záhady súvisiace s gravitáciou. Vedci zistili, že na to, aby sa naše súčasné chápanie gravitácie vzťahovalo na vesmír, musí existovať neviditeľná príťažlivá sila (nazývaná temná hmota), ktorá pomáha držať galaxie pohromade a neviditeľnú odpudivú silu (nazvaný temná energia), ktorá tlačí vzdialené galaxie rýchlejšie.