5 fakta om tyngdekraften - en af de mest mystiske kræfter i universet
Miscellanea / / July 14, 2023
Hvordan din vægt ændrer sig i forskellige lande, hvilken slags bølger sorte huller forplanter sig og hvad vægtløshed er.
1. Jordens tyngdekraft er svagere end din køleskabsmagnet
Der er fire såkaldte fundamentale kræfter i verden: En stærk atomkraft, der sikrer stabilitet atomkerner, svag nuklear, ansvarlig for radioaktivt henfald, elektromagnetisk kraft og vores elskede tyngdekraft. Det er sidstnævnte, der holder Jorden, andre planeter og stjerner, solsystemer og galakser fra forfald.
Nå, tyngdekraften er den svageste grundlæggende kraft af alle. Og videnskabsmænd forstår ikke hvorfor.
Du kan sige: men tyngdekraften er det, der driver stjerner, galakser og andre enorme objekter, hvordan kan den være svag? Nå, sæt en magnet på køleskabet. Svar nu på spørgsmålet, hvorfor det lille køleskab tiltrækker ham stærkereend hele planeten.
Og svage og stærke atomkræfter er endnu stærkere end elektromagnetiske. Man kan i hvert fald fjerne magneten fra køleskabet uden hjælp udefra, men folk har endnu ikke lært, hvordan man splitter atomer med deres bare hænder. Til sammenligning: den elektriske kraft mellem en elektron og en proton inde i et atom er omkring en kvintillion (det er en efterfulgt af 30 nuller) gange
stærkereend tyngdekraftens tiltrækning mellem dem.Og dette er et af fysikkens hovedmysterier. Forskere har antagelseat universet kan have yderligere dimensioner skjult for vores opfattelse. Og tyngdekraften forplanter sig gennem dem alle, mens de elektromagnetiske kræfter og de stærke og svage kernekræfter er begrænset til vores firedimensionelle rum-tid.
Måske endda vores tyngdekraft påvirker til objekter i andre universer, hvis de findes. Og vores objekter bliver til gengæld påvirket af deres tiltrækning. Dette kan måske forklare, hvorfor vores Univers udvider sig hurtigere end forventet. I det mindste er en sådan teori foreslået af fysikere, der ikke bryder sig om teorien om mørkt stof og energi.
Men på trods af alle antagelserne er der i øjeblikket ingen eksperimentelle beviser til at bekræfte eller afkræfte dette.
2. Tyngdekraften skaber bølger
Animation: Dana Berry / NASA
Forestil dig, at rum-tid er et strakt stof. Nå, eller overfladen af dammen, hvis du foretrækker det. Når massive objekter bevæger sig som sorte huller eller neutronstjerner smelter sammen, skaber de kæder i rumtiden, som folder i stof. Eller som bølger, der divergerer fra det sted, hvor stenen faldt i dammen. Sådan ser gravitationsbølger ud.
Analogien er selvfølgelig lidt af en strækning, fordi både stoffet og dammens overflade er flade, og Univers tredimensionelle, men forskerne er endnu ikke kommet med bedre eksempler.
Gravitationsbølger er forskellige fra lyd eller lys, så vi kan ikke høre eller se dem. Men ved hjælp af specielle instrumenter kaldet laserinterferometre kan forskere Find. Dette giver dig mulighed for at udforske fjerne, massive objekter og studere kosmiske fænomener, der opstår i de fjerneste hjørner af universet.
Eksistensen af gravitationsbølger blev forudsagt af Albert Einstein for hundrede år siden.
Men først for nylig har menneskeheden udviklet og anvendt værktøjer til at opdage dem. En af dem er LIGO laser-interferometrisk observatorium. Det var hendes første gang i 2015 fast gravitationsbølger fra sammensmeltningen af to sorte huller i en afstand af omkring 1,3 milliarder lysår fra jorden.
De passere gennem alle forhindringer, inklusive tomrummet, og er ikke genstand for absorption eller refleksion. De forplanter sig også i hele universet med lysets hastighed.
3. Tyngdekraften på Jorden er ikke ensartet
Animation: ESA
Du har sikkert set denne animation før. En myte cirkulerer på nettet, det er angiveligt sådan udseende vores planet uden oceaner. Men faktisk er dette ikke en model af Jorden selv, men af dens gravitationsfelt.
Du ser tiltrækning stærkere hvor der er en stor masse. Og gravitationsfeltet på Jorden er ikke ensartet af flere grunde. Først vores planet er ikke en perfekt bold. Den er lidt fladtrykt ved polerne og udvidet ved ækvator, hvilket resulterer i en ujævn massefordeling.
For det andet er Jordens overflade meget ujævn. Vi har høje bjerge, dybe havgrave og andre landskabsformer, der har forskellige masser. Og for det tredje er materialer inden for planeten også ujævnt fordelt. Alle disse faktorer får tyngdekraften på Jorden til at variere fra sted til sted.
Det betyder, at du forskellige steder på vores planet vil veje forskelligt.
Lad os sige, hvis du er i Colombo i Sri Lanka, vil din vægt være lidt mindre, end hvis du var i Kathmandu i Nepal. Det Indiske Ocean er en af de regioner med den laveste relative tyngdekraft i verden, mens de tunge Himalaya tværtimod øger den.
Et andet eksempel: i lang tid videnskabsmænd forstod ikkehvorfor i regionen omkring Hudson Bay i Canada er tyngdekraften svagere, end den burde være i teorien. Det viste sig, at århundreder gamle gletsjere smelter der, deres masse er faldende, og følgelig aftager tiltrækningskraften.
Derfor, hvis du ikke er tilfreds med tallet på vægten, skal du bare skifte bopæl, og straks tabe dig et kilo eller to. Sandt nok vil massen forblive den samme, men vægten vil falde. Fysik.
4. Tyngdekraften bøjer lyset
Det er let at se, hvordan tyngdekraften påvirker fysiske objekter. Takket være det står vi solidt på Jorden, og flyver ikke væk ud i rummet, æbler falder fra top til bund, Solen skærer cirkler rundt om galaksens kerne og så videre.
Men denne kraft påvirker ikke kun stof, men også lys. Det er derfor sorte huller såkaldt: de har tyngdekraften så kraftig, at alt det lys, de tiltrækker, ikke kan forlade gravitationsfeltet.
Men nogle gange falder fotoner ikke på et massivt objekt, men flyver simpelthen forbi og ændrer kun lidt banen.
Dette fænomen kendt som gravitationslinser. Det sker, fordi tyngdekraften fordrejer rum og tid omkring massive objekter som stjerner og galakser. Og som et resultat følger lyset, der passerer disse massive objekter, en buet sti, ikke en lige linje.
Gravitationslinser var først forudsagt Albert Einstein i sin generelle relativitetsteori. Han foreslog, at lys fra et fjernt objekt ville bøje sig, når det passerede en massiv stjerne tæt på os. Hans teori blev eksperimentelt bekræftet under en solformørkelse i 1919.
Gravitationslinser kan producere spektakulære effekter som "Einstein-ringe" eller "kryds". Einstein" - når lys fra en fjern galakse bøjer sig omkring en tættere galakse og skaber ringe, hestesko og andet lys tal.
Dette fænomen er også Brugt astronomer til at studere mørkt stof. Da det ikke udsender lys, kan det ikke observeres direkte. Men vi kan detektere dens tilstedeværelse gennem gravitationelle linseeffekter.
5. Vægtløshed er ikke fravær af tyngdekraft
Spørger du den første person, du møder, hvorfor astronauter svæver i luften på ISS, vil han højst sandsynligt svare, at der ikke er nogen tyngdekraft i rummet. Dette er selvfølgelig ikke tilfældet, ellers hvordan ville det Sol kunne holde planeterne i deres kredsløb?
Det er derfor denne udtalelse forkert. Forestil dig, at du er i et fly, og det pludselig begynder at dykke. Hvis du kaster en bold i dette øjeblik, vil den selvfølgelig falde. Men da flyet også flyver ned, vil det virke for dig, at legetøjet svæver i luften. Dette er tilstanden af vægtløshed. Forresten, før de flyver ud i rummet, tilpasser astronauterne sig til det i dykkerfly.
Tavlerne til sådan træning kaldes ironisk nok af NASA-medarbejdere Vomit Comet - "brækkomet". Gæt hvorfor.
Det samme sker for astronauter i kredsløb. Rumskib eller stationen stræber konstant mod Jorden på grund af tyngdekraften. Men da de bevæger sig hurtigt nok frem, falder de aldrig, men flyver rundt om planeten på hver omdrejning. Dette skaber illusionen om mangel på tiltrækning, selvom det er mere korrekt at kalde denne tilstand "mikrogravitation".
Faktisk er alt rum gennemsyret af tyngdekraften, og der er intet sted i rummet, hvor det ikke ville være. Videnskabsmænd tro påat selvom dens udbredelseshastighed er begrænset af lysets hastighed, og dens styrke aftager hurtigt med afstanden fra kilden, er selve virkningsområdet uendeligt.
Det vil sige, at du nu er ret påvirket af gravitationsbølger fra en slags sort hul, som det tager titusinder af år at nå Jorden. Det er bare, at deres styrke er meget lille sammenlignet med vores planets tyngdekraft. Og det er godt, du ved.
Læs også🧐
- Astrofysiker Boris Stern: 3 mest fantastiske viden om universet, som vi modtog i det 21. århundrede
- Astronom Vladimir Surdin: 6 rummirakler, der forbløffer fantasien
- "Vi leger stadig i sandkassen": et interview med astrofysiker Alexander Perkhnyak