5 fakta om tyngdekraften - en av de mest mystiske kreftene i universet
Miscellanea / / July 14, 2023
Hvordan vekten din endrer seg i forskjellige land, hva slags bølger sorte hull forplanter seg og hva vektløshet er.
1. Jordens tyngdekraft er svakere enn kjøleskapsmagneten din
Det er fire såkalte fundamentale krefter i verden: en sterk atomkraft som sikrer stabilitet atomkjerner, svak kjernekraft, ansvarlig for radioaktivt forfall, elektromagnetisk kraft og vår elskede gravitasjon. Det er sistnevnte som holder Jorden, andre planeter og stjerner, solsystemer og galakser fra forfall.
Vel, tyngdekraften er den svakeste grunnleggende kraften av alle. Og forskere forstår ikke hvorfor.
Du kan si: men tyngdekraften er det som driver stjerner, galakser og andre enorme objekter, hvordan kan den være svak? Vel, sett en magnet på kjøleskapet. Svar nå på spørsmålet hvorfor det lille kjøleskapet tiltrekker ham sterkereenn hele planeten.
Og svake og sterke atomkrefter er enda kraftigere enn elektromagnetiske. Du kan i det minste fjerne magneten fra kjøleskapet uten hjelp utenfra, men folk har ennå ikke lært hvordan de deler atomer med bare hender. Til sammenligning: den elektriske kraften mellom et elektron og et proton inne i et atom er omtrent en kvintillion (det er en etterfulgt av 30 nuller) ganger
sterkereenn gravitasjonstiltrekningen mellom dem.Og dette er et av fysikkens hovedmysterier. Forskere har antagelseat universet kan ha flere dimensjoner skjult for vår oppfatning. Og tyngdekraften forplanter seg gjennom dem alle, mens de elektromagnetiske kreftene og de sterke og svake kjernekreftene er begrenset til vår firedimensjonale romtid.
Kanskje til og med gravitasjonen vår påvirker til objekter i andre universer, hvis de eksisterer. Og gjenstandene våre på sin side påvirkes av tiltrekningen deres. Dette kan forklare hvorfor vår Univers ekspanderer raskere enn forventet. I det minste er en slik teori foreslått av fysikere som ikke liker teorien om mørk materie og energi.
Men til tross for alle antakelsene, er det foreløpig ingen eksperimentelle bevis for å bekrefte eller avkrefte dette.
2. Tyngdekraften skaper bølger
Animasjon: Dana Berry / NASA
Tenk deg at rom-tid er et strukket stoff. Vel, eller overflaten av dammen, om du foretrekker det. Når massive objekter beveger seg som sorte hull eller nøytronstjerner smelter sammen, skaper de varper i rom-tid, som folder i stoff. Eller som bølger, divergerende fra stedet der steinen falt i dammen. Slik ser gravitasjonsbølger ut.
Analogien er selvfølgelig litt av en strekk, fordi både stoffet og overflaten på dammen er flat, og Univers tredimensjonale, men forskerne har ennå ikke kommet med bedre eksempler.
Gravitasjonsbølger er forskjellige fra lyd eller lys, så vi kan ikke høre eller se dem. Men ved hjelp av spesielle instrumenter kalt laserinterferometre, kan forskere finne. Dette lar deg utforske fjerne, massive objekter og studere kosmiske fenomener som oppstår i de fjerneste hjørnene av universet.
Eksistensen av gravitasjonsbølger ble spådd av Albert Einstein for hundre år siden.
Men først nylig har menneskeheten utviklet og brukt verktøy for å oppdage dem. En av dem er LIGO laser-interferometrisk observatorium. Det var hennes første gang i 2015 fikset gravitasjonsbølger fra sammenslåingen av to sorte hull i en avstand på rundt 1,3 milliarder lysår fra Jord.
De sende gjennom alle hindringer, inkludert tomrommet, og er ikke gjenstand for absorpsjon eller refleksjon. De forplanter seg også gjennom universet med lysets hastighet.
3. Tyngdekraften på jorden er ikke ensartet
Animasjon: ESA
Du har sikkert sett denne animasjonen før. En myte sirkulerer på nettet, det er visstnok slik utseende planeten vår uten hav. Men faktisk er dette ikke en modell av selve jorden, men av dens gravitasjonsfelt.
Du ser tiltrekning sterkere der det er en stor masse. Og gravitasjonsfeltet på jorden er ikke ensartet av flere grunner. Først vår planet er ikke en perfekt ball. Den er litt flatet ved polene og utvidet ved ekvator, noe som resulterer i en ujevn massefordeling.
For det andre er jordens overflate veldig ujevn. Vi har høye fjell, dype havgraver og andre landskapsformer som har forskjellige masser. Og for det tredje, innenfor planeten er materialer også ujevnt fordelt. Alle disse faktorene gjør at tyngdekraften på jorden varierer fra sted til sted.
Dette betyr at du på forskjellige steder på planeten vår vil veie forskjellig.
La oss si om du er i Colombo på Sri Lanka vil vekten din være litt mindre enn om du var i Kathmandu i Nepal. Det indiske hav er en av regionene med lavest relativ gravitasjon i verden, mens de tunge Himalaya tvert imot øker den.
Et annet eksempel: i lang tid forskere skjønte ikkehvorfor i regionen rundt Hudson Bay i Canada er tyngdekraften svakere enn den burde være i teorien. Det viste seg at flere hundre år gamle isbreer smelter der, massen deres avtar, og følgelig avtar tiltrekningskraften.
Derfor, hvis du ikke er fornøyd med tallet på vekten, er det bare å bytte bosted, og umiddelbart gå ned et kilo eller to. Riktignok vil massen forbli den samme, men vekten vil avta. Fysikk.
4. Tyngdekraften bøyer lyset
Det er lett å se hvordan tyngdekraften påvirker fysiske objekter. Takket være det står vi stødig på jorden, og flyr ikke bort i verdensrommet, epler faller fra topp til bunn, sola kutter sirkler rundt kjernen av galaksen, og så videre.
Men denne kraften påvirker ikke bare materie, men også lys. Det er hvorfor svarte hull såkalte: de har gravitasjon så kraftig at alt lyset de tiltrekker seg ikke kan forlate gravitasjonsfeltet.
Men noen ganger faller ikke fotoner på et massivt objekt, men flyr rett og slett forbi, og endrer bare litt banen.
Dette fenomenet kjent som gravitasjonslinser. Det skjer fordi tyngdekraften fordreier rom og tid rundt massive objekter som stjerner og galakser. Og som et resultat følger lyset som passerer disse massive objektene en buet bane, ikke en rett linje.
Gravitasjonslinsing var først spådd Albert Einstein i sin generelle relativitetsteori. Han foreslo at lys fra et fjerntliggende objekt ville bøye seg når det passerte en massiv stjerne nær oss. Teorien hans ble eksperimentelt bekreftet under en solformørkelse i 1919.
Gravitasjonslinser kan produsere spektakulære effekter som "Einstein-ringer" eller "kryss". Einstein" - når lys fra en fjern galakse bøyer seg rundt en nærmere galakse og skaper ringer, hestesko og annet lys tall.
Dette fenomenet er også brukt astronomer for å studere mørk materie. Siden den ikke sender ut lys, kan den ikke observeres direkte. Men vi kan oppdage dens tilstedeværelse gjennom gravitasjonslinseeffekter.
5. Vektløshet er ikke fravær av tyngdekraft
Spør du den første personen du møter hvorfor astronauter svever i luften på ISS, vil han mest sannsynlig svare at det ikke er gravitasjon i verdensrommet. Dette er selvfølgelig ikke slik, ellers hvordan ville det Sol kunne holde planetene i sine baner?
Det er derfor denne uttalelsen feil. Tenk deg at du er i et fly og det plutselig begynner å dykke. Hvis du kaster en ball i dette øyeblikket, vil den selvfølgelig falle. Men siden flyet også flyr ned, vil det virke som om leken svever i luften. Dette er tilstanden til vektløshet. Forresten, før de flyr ut i verdensrommet, tilpasser astronauter seg til det i dykkerfly.
Tavlene for slik trening kalles ironisk nok av NASA-ansatte Vomit Comet - "oppkastkomet". Gjett hvorfor.
Det samme skjer med astronauter i bane. Romskip eller stasjonen strever hele tiden mot jorden på grunn av tyngdekraften. Men siden de beveger seg raskt nok fremover, faller de aldri, men flyr rundt planeten på hver omdreining. Dette skaper en illusjon av mangel på tiltrekning, selv om det er mer riktig å kalle denne tilstanden "mikrogravitasjon".
Faktisk er alt rom gjennomsyret av tyngdekraften, og det er ikke noe sted i rommet der det ikke ville vært. Forskere troat selv om forplantningshastigheten begrenses av lysets hastighet, og styrken avtar raskt med avstanden fra kilden, er selve virkningsområdet uendelig.
Det vil si at du nå er ganske påvirket av gravitasjonsbølger fra et slags sort hull, som tar titusenvis av år å nå jorden. Det er bare at deres styrke er veldig liten sammenlignet med tyngdekraften til planeten vår. Og det er bra, vet du.
Les også🧐
- Astrofysiker Boris Stern: 3 mest fantastiske kunnskap om universet som vi mottok i det 21. århundre
- Astronom Vladimir Surdin: 6 rommirakler som forbløffer fantasien
- "Vi leker fortsatt i sandkassen": et intervju med astrofysiker Alexander Perkhnyak