重力は宇宙の最も強力な力であり、宇宙の4つの基本的な基盤の1つで、その構造を決定します。かつて、彼女のおかげで、惑星、星、そして全銀河が生じました。今日、それは地球を太陽のまわりのその終わりなき旅の軌道上に保っています。
その魅力は人間の日常生活にとって非常に重要です。この目に見えない力のおかげで、私たちの世界の海は脈動し、川は流れ、雨滴は地面に落ちます。子供の頃から、私たちは自分の体や周囲のものの重さを感じています。私たちの経済活動に対する重力の影響は計り知れません。
最初の重力理論は、XVII世紀の終わりにアイザックニュートンによって作成されました。彼の全世界法は古典力学の枠組みの中でこの相互作用を説明している。もっと広くこの現象はアインシュタインによって前世紀の初めに発表された彼の一般相対性理論で説明された。素粒子の力で起こる過程は、重力の量子論を説明するはずであるが、それはまだ創られていない。
今日、私たちはニュートンの時よりはるかに重力の性質について知っています、しかし、何世紀にもわたる研究にもかかわらず、それはまだ現代の物理学の本当のつまずきのブロックのままです。既存の重力理論には、白い斑点が多数ありますが、それを引き起こす原因、およびこの相互作用がどのように伝達されるのかをまだ正確には理解できていません。そしてもちろん、私達は重力をコントロールすることができるからは程遠いので、反重力や浮上は長い間サイエンスフィクションの小説のページにしか存在しないでしょう。
ニュートンの頭には何が落ちたのでしょうか。
人々は常に地面に物を引き付ける力の性質について考えました、しかしアイザックニュートンは17世紀に秘密のベールを解除することに成功しました。彼の突破口の基礎は、天体の動きを研究したケプラーとガリレオの華麗な科学者の仕事を築きました。
世界のニュートンの法則のもう1年半前のポーランドの天文学者コペルニクスは、「魅力は「……すべての粒子を巧みに巧みにつないで球体を形成する」という自然な傾向に他ならないと信じていました。デカルトは魅力を世界の摂動の結果として考えていた。ギリシャの哲学者であり科学者であるアリストテレスは、その質量は落下する体の速度に影響を与えると確信していました。そして、16世紀の終わりにガリレオ・ガリレイだけがこれが真実ではないと証明した。空気抵抗がなければ、すべての物体は同じように加速される。
頭とリンゴについての一般的な伝説とは反対に、ニュートンは20年以上にわたって重力の本質を理解することに行きました。彼の重力の法則はすべての時代と人々の最も重要な科学的発見の一つです。それは普遍的であり、あなたが天体の軌跡を計算することを可能にし、そして正確に私たちの周りの物体のふるまいを描写します。天の古典的な理論は天体力学の基礎を築きました。ニュートンの3つの法則は科学者たちに文字通り「ペンの先で」新しい惑星を発見する機会を与えた。結局のところ、それらのおかげで、人は地球の重力を乗り越えて宇宙へ飛ぶことができた。彼らは宇宙の物質的統一という哲学的概念の下に厳密な科学的基盤をもたらし、そこではすべての自然現象は相互に関連しそして一般的な物理的規則によって制御されている。
ニュートンは、体を互いに引き付ける力を計算するための公式を公表しただけではなく、数学的解析も含む完全なモデルを作成しました。これらの理論的結論は、最も近代的な方法の使用を含め、実際に繰り返し確認されています。
ニュートン理論では、どんな物質的な対象物も重力と呼ばれる引力の場を生成します。さらに、力は両方の物体の質量に比例し、それらの間の距離に反比例します。
F =（G m 1 m 2）/ r 2
Gは重力定数で、6.67×10 -11 m 3 /（kg・s 2）です。彼は1798年に最初にHenry Cavendishを計算することができました。
日常生活や応用分野では、地球が体を引き付ける力はその重量と呼ばれています。宇宙の2つの物質的な物の間の魅力は、重力が簡単な言葉で何であるかです。
引力は物理学の4つの基本的な相互作用の中で最も弱いですが、その特徴のおかげでそれは恒星系と銀河の運動を規制することができます：
- 引力は任意の距離で機能します。これが重力と強い核の相互作用と弱い核の相互作用の主な違いです。距離が大きくなると、その作用は減少しますが、ゼロになることはありません。したがって、銀河の両端にある2つの原子でも相互に影響を及ぼしていると言えます。とても小さいです。
- 重力は普遍的です。魅力の分野はどんな物質的な体にも固有のものです。科学者たちはまだ私たちの惑星や宇宙でこのタイプの相互作用に参加しないであろう物体を発見していないので、宇宙の生命における重力の役割は莫大です。これは電磁気的相互作用とは異なります。電磁気的相互作用とは異なります。実際のところ、ほとんどの物体は電気的に中性ですから、宇宙プロセスへの影響は最小限です。重力を制限したりスクリーニングしたりすることはできません。
- それは物質だけでなくエネルギーにも作用します。彼にとって、物の化学組成は重要ではありません、それらの質量だけが役割を果たします。
ニュートンの公式を使用して、引力を簡単に計算することができます。例えば、私達の衛星は比較的小さい質量を持っているので、月の重力は地球のそれより数倍小さい。しかし、それは海の中で規則的な引き潮と流れを形成するのに十分です。地球上では、自由落下の加速度は約9.81 m / s 2です。そして極では、それは赤道でよりもやや大きいです。
科学のさらなる発展が非常に重要であるにもかかわらず、ニュートンの法則には、研究者たちを休ませない多くの弱点がありました。重力がどのようにして絶対的に空の空間を非常に長い距離にわたって、そして想像を絶する速度で作用するかは明らかではありませんでした。加えて、データは徐々にニュートンの法則と矛盾することを蓄積し始めました：例えば、重力の逆説または水星の近日点の変位。普遍的な攻撃の理論が洗練を必要とすることは明らかになりました。この名誉は、華麗なドイツの物理学者アルバートアインシュタインの多くにかかった。
相対論の魅力と理論
ニュートンが重力の性質について議論することを拒否したこと（「私は仮説を考案しない」）は、彼の概念の明らかな弱点であった。当然のことながら、次の年に、多くの重力理論が現れました。
それらの大部分はいわゆる流体力学的モデルに属していました。そしてそれは物質的なオブジェクトとある特性を持っているある中間的な物質の機械的な相互作用の出現を正当化しようとしました。 「真空」、「エーテル」、「重力フラックス」など、この物質の変化の結果として物体間の引力が発生しました。実際には、そのような理論はすべて重大な欠点を1つ持っていました。重力の距離依存性を正確に予測するのではなく、「エーテル」または「重力フラックス」に対して動く物体の減速を招かなければなりませんでした。
アインシュタインは別の角度からこの問題に取り組みました。彼の一般相対性理論（GTR）では、重力は力の相互作用としてではなく、時空そのものの性質として見られている。質量を有する物体はいずれもその湾曲をもたらし、それが引力を生じさせる。この場合、重力は幾何学的効果であり、非ユークリッド幾何学の枠組みの中で考えられています。
簡単に言えば、時空連続体は物質に影響を与え、その動きを引き起こします。そしてそれが今度は空間に影響を与え、彼に曲がる方法を「指示」します。
引力は微小宇宙に作用しますが、素粒子のレベルでは静電相互作用と比較した場合のそれらの影響はごくわずかです。物理学者たちは、ビッグバン後の最初の瞬間（10 -43秒）では、重力相互作用は他のものより劣っていなかったと信じています。
現在、一般相対性理論で提案されている重力の概念は、科学界の大多数によって受け入れられ、数多くの実験の結果によって確認されている主要な作業仮説である。
アインシュタインは、彼の研究において、そのほとんどがすでに確認されている重力の驚くべき効果を予見した。例えば、巨大な物体が光線を曲げ、さらには時間の経過を遅らせる可能性があります。 GLONASSやGPSなどの全球衛星ナビゲーションシステムを運用する場合、後者の現象は必然的に考慮されます。そうでなければ数日以内にそれらの誤差は数十kmになります。
さらに、アインシュタインの理論の結果は、重力 - 磁場や慣性参照系の慣性など、いわゆる微妙な重力の影響です（Lense-Thirring効果としても知られています）。これらの力の現れは非常に弱いので長い間それらを検出することができませんでした。 2005年になって初めて、NASA独自の重力プローブBミッションのおかげで、Lense-Thirring効果が確認されました。
重力放射または近年の最も基本的な発見
重力波は幾何学的時空間構造の振動であり、光速で伝播します。この現象の存在は一般相対性理論においてアインシュタインによっても予測されたが、力の弱さのために、その大きさは非常に小さく、それ故それは長い間検出されることができなかった。間接的な証拠だけが放射線の存在を支持して語った。
このような波は、非対称の加速度で動くあらゆる物質的な物体を生成します。科学者たちはそれらを「時空の波紋」と表現しています。このような放射線の最も強力な源は、衝突銀河と2つの物体からなる崩壊システムです。後者の典型的な例は、ブラックホールまたは中性子星の融合です。このようなプロセスでは、重力放射はシステムの全質量の50％以上を通過する可能性があります。
重力波は2015年に2つのLIGO天文台を使って発見されました。すぐに、この出来事はここ数十年で物理学における最大の発見の地位を受けました。 2017年に、ノーベル賞が彼に授与されました。その後、科学者たちは何度も重力放射を修正することができました。
前世紀の70年代に遡る - 実験的確認のずっと前に - 、科学者たちは長距離通信を実行するために重力放射を使うことを提案した。その疑いのない利点は、吸収されずにあらゆる物質を通過する高い能力です。しかし、現時点ではそれはほとんど不可能です。なぜなら、これらの波の発生と受信には非常に困難があるからです。はい、そして重力の性質についての本当の知識は十分ではありません。
今日、LIGOと同様に、世界中のさまざまな国にいくつかのインスタレーションがあり、新しいものが構築されています。近い将来、重力放射についてもっと学ぶことになるでしょう。
世界規模の代替理論とその創造の理由
現在、重力の主な概念はGRです。それは実験データと観察の既存の配列全体と一致します。同時に、それは明白に弱い点と物議を醸す点を多数持っているので、重力の性質を説明する新しいモデルを作成しようとする試みは止まらない。
これまでに開発されてきた世界規模の認識の理論はすべて、いくつかの主要なグループに分けることができます。
- 標準
- 代替案
- 量子;
- 単一場理論
世界的規模の新しい概念を生み出す試みは、19世紀に行われました。様々な作家がエーテルや光の理論を含んでいました。しかし、GRの出現はこれらの探査に終止符を打ちました。出版後、科学者たちの目標は変わりました - 今や彼らの努力は、その中にある新しい自然現象を含むアインシュタインモデルを改良することを目的としていました：粒子の裏側、宇宙の拡大など。
1980年代の初めまでに、物理学者は実験的にすべての概念を拒絶しました。ただし、GTRを不可欠な部分として含んでいたものは例外です。この時点で、非常に有望に見えた流行の "弦理論"に入った。しかし、これらの仮説についての経験豊富な確認は見つかっていません。過去数十年の間に、科学はかなりの高みに達し、膨大な数の経験的データを蓄積してきました。今日、代替的な重力理論を作成しようとする試みは、主に「ダークマター」、「インフレーション」、「ダークエネルギー」などの概念に関連する宇宙論的研究に触発されています。
現代物理学の主な仕事の1つは2つの基本的な方向性の統一です：量子論と一般相対性理論。科学者たちは、魅力を他のタイプの相互作用と結びつけ、それによって「すべての理論」を生み出すことを目指しています。これがまさに量子重力がしていること - 重力相互作用の量子記述を与えようとしている物理学の一分野です。この方向の分岐は、ループ重力の理論です。
積極的かつ長期的な努力にもかかわらず、この目標はまだ達成されていない。そして、問題はこの課題の複雑さにさえもありません。それは単に量子論とGRの基礎が全く異なるパラダイムであるということです。量子力学は、通常の時空を背景にして作用する物理系と連携します。そして相対論の理論では、その中にある古典系のパラメータに応じて、時空自体が動的な要素です。
世界の科学的仮説に加えて、現代の物理学からかけ離れた理論もあります。残念なことに、近年では、そのような "作品"がインターネットや書店の棚にあふれていました。そのような作品の何人かの著者は一般的に読者に重力が存在しないことを知らせます、そして、ニュートンとアインシュタインの法則は発明と誤解です。
その一例は、ニュートンが世界の法則を発見したのではなく、太陽系に重力があるのは惑星と私たちの月だけであると主張する「科学者」ニコライ・レヴァショフの仕事です。この「ロシアの科学者」の証拠はかなり奇妙なものになります。そのうちの1つは、2000年に行われた小惑星エロスへのアメリカの近くのシューメーカープローブの飛行です。探査機と天体の間に魅力がないことLevashovはニュートンの作品の虚偽と重力についての真実を人々から隠す物理学者の陰謀の証拠を考慮します。
実際には、宇宙船は正常にその任務を完了しました：最初に、それは小惑星の軌道に入って、そして次にその表面に柔らかい着陸をしました。
人工重力とそれがなぜ必要なのか
現在の理論的な地位にもかかわらず、2つの概念が重力に関連しています。この反重力と人工重力。
反重力は重力を相殺するプロセスであり、それはそれを著しく減少させるか、あるいはそれを反発力で置き換えることさえできます。この技術を習得することは、輸送、航空、宇宙探査に真の革命をもたらし、私たちの人生を根本的に変えました。しかし、現時点では、反重力の可能性は理論的な確認さえありません。さらに、GTRに基づくと、私たちの宇宙には負の質量はあり得ないので、この現象はまったく実行可能ではありません。将来、私たちは重力についてもっと学び、この原理に基づいて航空機を作る方法を学ぶことが可能です。
人工重力は、既存の重力に対する人為的な変化です。今日、私たちはそのような技術を必要としていませんが、長期的な宇宙旅行の開始後に状況は確実に変わります。そして事は私達の生理学です。地球の一定の重力への何百万年もの進化によって「慣れた」人体は、低重力の影響について非常に否定的です。月の重力（地球の6倍弱い）の状況下でも長期滞在は悲しい結果をもたらすことがあります。引力の錯覚は、慣性などの他の物理的な力を使用して作成することができます。しかしながら、これらの選択肢は複雑で高価である。 В настоящий момент искусственная гравитация не имеет даже теоретических обоснований, очевидно, что ее возможная практическая реализация - это дело весьма отдаленного будущего.
Сила тяжести - это понятие, известное каждому еще со школьной скамьи. Казалось бы, ученые должны были досконально исследовать этот феномен! Но гравитация так и остается глубочайшей тайной для современной науки. И это можно назвать прекрасным примером того, насколько ограничены знания человека о нашем огромном и замечательном мире.
