String Theory for Dummies / Теория струн для «чайников»: Understanding Two Schools of Thought on Gravity / Понимание двух философских школ гравитации

Понимание гравитации двумя научными школами.

cosinus 17.04.13 в 10:32

Физики ищут теорию квантовой гравитации, потому что нынешние  законы, определяющие гравитацию, работают не во всех ситуациях.

cosinus 17.04.13 в 10:33

В частности, теория  гравитации, похоже, "ломается" (то есть, уравнения становятся физически   бессмысленными) при определенных условиях, которые я опишу ниже в этой главе.

cosinus 17.04.13 в 10:36

Чтобы понять, что это значит, вы должны сначала узнать немного о том, что  физики знают о гравитации.

cosinus 17.04.13 в 10:37

Гравитация - это сила притяжения, которая связывает объекты вместе, по-видимому, на любом расстоянии.

cosinus 17.04.13 в 10:38

Формулирование классической теории гравитации  сэром Исааком Ньютоном было одним из величайших достижений физики.

cosinus 17.04.13 в 10:39

Два  века спустя переосмысление гравитации Альбертом Эйнштейном поместило его в  пантеоне бесспорно величайших научных мыслителей всех времен.

cosinus 17.04.13 в 10:41

Если вы не физик, вы, вероятно, принимаете гравитацию как должное. Эта удивительная сила, способная удерживать вместе небеса, в то же время преодолевается моим  3-летним сыном, когда он качаестя на качелях - но не надолго.

cosinus 17.04.13 в 10:46

В масштабе атома гравитация не играет роли по сравнению с электромагнитной силой. По сути, простой  магнит может преодолеть все силы на планете Земля, подхватывая металлические  объекты, от скрепок до автомобилей.

cosinus 17.04.13 в 10:49

Закон всемирного тяготения Ньютона: гравитация как сила.

cosinus 17.04.13 в 10:50

Сэр Исаак Ньютон разработал свою теорию гравитации в конце 1600-х годов.

cosinus 17.04.13 в 10:51

Эта удивительная теория участвуют в объединении понимания астрономии и  принципов движения (известных как механика или кинематика) в единую обширную структуру, которая также потребовала изобретения новой формы математики: математического анализа.

cosinus 17.04.13 в 10:55

В теории тяготения Ньютона объекты сближаются физической силой, которая охватывает обширные расстояния пространства.

falcton 22.04.13 в 08:26

Главное, что сила тяжести связывает все объекты вместе (во многом как Сила в Звездных Войнах). Яблоко, падающее с дерева и движение Луны вокруг Земли, два проявления той же самой фундаментальной силы.

falcton 22.04.13 в 08:29

Связи, которые обнаружил Ньютон, были математическими соотношениями (он, в конце концов, должен был изобрести исчисление, чтобы заставить все это работать), точно так же, как относительность, квантовая механика и теория струн.

falcton 22.04.13 в 08:33

В теории тяготения Ньютона, сила между двумя объектами основана на
произведении их масс, разделенных на квадрат расстояния между
ними.

falcton 22.04.13 в 08:35

Другими словами, чем тяжелее два объекта, тем больше сила между ними, принимая, что расстояние между ними остается тем же самым. (См. боковую полосу “Вещество массы” для разъяснения этих отношений. )

falcton 22.04.13 в 08:40

Вещество массы

falcton 22.04.13 в 08:40

Когда я говорю, что сила между объектами пропорциональна массе двух объектов, вы
может подумать, это означает, что более тяжелые вещи падают быстрее, чем более легкие вещи.

falcton 22.04.13 в 08:42

Например, не было бы более быстрым падение шара для боулинга, чем футбольного мяча? Фактически, как показал Галилео (хотя и не с современными шарами для боулинга и футбольными мячами) за годы до того, как родился Ньютон, это не тот случай.

falcton 22.04.13 в 08:48

На протяжении веков, большинство людей считали, что тяжелые объекты падали быстрее, чем легкие. Ньютон знал результаты Галилея, потому он был в состоянии понять, как определить силу, как он это сделал.

falcton 22.04.13 в 08:51

По объяснению Ньютона, чтобы переместить более тяжелый объект, требуется большая сила.

falcton 22.04.13 в 08:53

Если бы вы сбросили шар для боулинга и футбольный мяч со здания (чего я не рекомендую), то они падали бы с одинаковым ускорением (не учитывая сопротивления воздуха) — приблизительно 9.8 метров в секунду.

Irina73 23.04.13 в 07:26

Сила, действующая между шаром для боулинга и Землей, была бы большей, чем сила, действующая на футбольный мяч, но поскольку требуется больше силы, чтобы добиться перемещения шара для боулинга, фактический темп ускорения между ними одинаков.

Irina73 23.04.13 в 07:43

Если бы вы выполнили реальный эксперимент, имелась бы небольшая разница. Из-за сопротивления воздуха, более легкий футбольный мяч, вероятно, замедлится при падении с достаточно высокой точки, в то время как шар для боулинга нет.

Irina73 23.04.13 в 07:46

Но правильно построенной эксперимент, в котором сопротивление воздуха полностью нейтрализовано (например, в вакууме), показывает, что объекты падают с одинаковой скоростью, независимо от массы.

Irina73 23.04.13 в 07:47

Тот факт, что сила делится на квадрат расстояния, означает, что если два объекта ближе друг к другу, сила гравитации возрастает. Если расстояние увеличивается, сила падает.

Irina73 23.04.13 в 07:50

Отношение "обратно пропорционально квадрату" означает, что если расстояние удваивается, сила падает до одной четверти ее первоначальной интенсивности. Если расстояние уменьшается наполовину, сила увеличивается в четыре раза.

Irina73 23.04.13 в 08:18

Если объекты очень далеко, эффект силы тяжести становится очень небольшим. Причина влияния гравитации на вселенную в том, что ее много.
Гравитация сама по себе очень слаба, среди других сил.

Irina73 23.04.13 в 08:22

И наоборот, если два объекта находятся очень близко друг к другу - и я говорю здесь чрезвычайно близко - тогда гравитация может стать невероятно мощной, даже среди объектов, которые не имеют большой массы, таких как элементарные частицы.

Irina73 23.04.13 в 08:26

Это не единственная причина такого влияния гравитации. Сила гравитации во вселенной также стремится объединить объекты.

Irina73 23.04.13 в 08:32

Электромагнитная сила иногда притягивает объекты, а иногда и отталкивает их, так что в масштабах Вселенной в целом, она стремится противодействовать себе.

Irina73 23.04.13 в 08:33

И, наконец, сила тяжести взаимодействует на очень больших расстояниях, в отличие от некоторых других сил (ядерных сил), которые работают только на расстоянии меньше атома.

Irina73 23.04.13 в 08:34

Я покопаюсь немного глубже в работах Ньютона, в гравитации и в других смежных областях в главе 5.

Irina73 23.04.13 в 08:37

Несмотря на успехи теории Ньютона, у него было несколько острых проблем глубинного свойства. В первую очередь среди них был тот факт, что хотя он и смоделировал гравитацию, но он не знал, почему гравитация работала.

Irina73 23.04.13 в 08:57

Гравитация, которую он описал, была почти мистической силой (подобно Силе в "Звездных войнах"!)  действующей на большие расстояния без обязательного реального физического соединения. Понадобилось два века и Альберт Эйнштейн, чтобы решить эту проблему.

cosinus 24.04.13 в 15:41

Закон всемирного тяготения Эйнштейна:  Гравитация как геометрия

cosinus 24.04.13 в 15:42

Альберт Эйнштейн революционизировал представление физиков о гравитации. Вместо гравитации как силы, действующей между объектами, Эйнштейн представил себе Вселенную, в которой масса каждого объекта вызывала небольшое искривление пространства (на самом деле  пространства-времени) вокруг себя.

cosinus 24.04.13 в 15:46

Движение объекта по кратчайшему  расстоянию в этом пространстве-времени было гравитацией. Вместо того, чтобы быть силой, гравитация была фактически результатом геометрии самого пространства-времени.

cosinus 24.04.13 в 15:49

Эйнштейн предположил, что движение во Вселенной может быть объяснено с точки зрения  системы координат с тремя пространственными измерениями - например, вверх / вниз, влево / вправо,  и вперед / назад - и одним временным измерением.

cosinus 24.04.13 в 15:52

Эта  4-мерная система координат, разработанная старым профессором Эйнштейна  Германом Минковским, была названа пространством-временем, и появилась из специальной теории относительности Эйнштейна  в 1905 году.

cosinus 24.04.13 в 15:56

Когда Эйнштейн обобщил эту теорию, создав общую теорию относительности в  1916 году, он мог включить гравитацию в свое объяснение движения. Фактически концепция пространства-времени имела для него решающее значение.

cosinus 24.04.13 в 15:59

Пространственно-временная система координат  изгибается, если поместить в нее материю. Когда объекты перемещаются в пространстве и времени,  они, естественно, пытаются следовать через искривленное пространство-время кратчайшим путем.

cosinus 24.04.13 в 16:03

Мы следуем по нашей орбите вокруг Солнца, потому что это самый короткий путь (называемый  в математике геодезическим) вокруг Солнца через искривленное пространство-время.

cosinus 24.04.13 в 16:04

Относительность Эйнштейна подробно рассматривается в главе 6, а главные последствия относительности для эволюции Вселенной освещаются в главе 9. Измерения пространства-времени рассматриваются в главе 13.

cosinus 24.04.13 в 16:08