Gravatatsion maydondagi harakat

GRAVATATSION MAYDONDAGI HARAKAT


Reja:

1. 
   Gravitatsiya haqida tushuncha
   
2. 
   Klassik gravitatsiya nazariyalari
   
3. 
   Gravitatsion maydon
   

Gravitatsiya (tortishish, butun dunyo bo'ylab tortishish, tortishish) (lotin tilidan. gravitas — "og'irlik") - barcha moddiy organlar o'rtasidagi universal fundamental shovqin. Kichik tezlik va zaif tortishish shovqinining yaqinlashishida Nyutonning tortishish nazariyasi tasvirlangan, umuman Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi tasvirlangan. Gravitatsiya to'rt turdagi asosiy o'zaro ta'sirlarning eng zaif qismidir. Kvant chegarasida tortishishning o'zaro ta'siri hali to'liq ishlab chiqilmagan kvant tortishish nazariyasi bilan tavsiflanishi kerak.

Gravitatsion maydon yoki tortishish maydoni gravitatsion o'zaro ta'sirlar amalga oshiriladigan jismoniy maydondir. G-tortishish sobit, taxminan 6,6725×10-11 m3/(kg·C2) ga teng. Og'irlikdagi massalarni moddiy nuqtalar deb hisoblash mumkin bo'lmagan murakkab holatlarda maydonni hisoblash uchun Nyuton tortishish maydoni potentsial bo'lishi mumkin. Agar biz moddaning zichligini belgilasak, f maydonining potentsiali Poisson tenglamasini qondiradi: universal tortishish Qonuni-teskari kvadratchalar qonunining qo'llanmalaridan biri, radiatsiya o'rganilganda ham yuzaga keladi va bu radiusning ortishi bilan sohaning kvadratik o'sishining bevosita natijasi bo'lib, bu butun sohaning maydoniga har qanday yagona maydonning hissasini kvadratik pasayishiga olib keladi. Gravitatsion maydon, shuningdek, tortishish maydoni potentsial. Bu shuni anglatadiki, bir juft jismlarning tortishish kuchini potentsial energiyaga kiritishingiz mumkin va bu energiya jismlarning yopiq kontur bo'ylab harakatlanishidan keyin o'zgarmaydi. Gravitatsion maydonning potentsiali kinetik va potentsial energiya miqdorini saqlab qolish qonuniga olib keladi va tortishish maydonidagi jismlarning harakatini o'rganishda ko'pincha hal qilishni ancha osonlashtiradi. Nyuton mexanikasi doirasida tortishish shovqinlari uzoq masofali. Bu shuni anglatadiki, massiv jism qanday harakat qilsa ham, kosmosning har qanday nuqtasida tortishish salohiyati faqat ma'lum bir vaqtda tananing pozitsiyasiga bog'liq. Katta kosmik ob'ektlar-sayyoralar, yulduzlar va galaktikalar katta massaga ega va shuning uchun muhim tortishish maydonlarini yaratadi. Gravitatsiya-eng zaif shovqin. Biroq, u har qanday masofada harakat qiladi va barcha massalar ijobiy bo'lsa-da, bu koinotdagi juda muhim kuchdir. Xususan, kosmik miqyosda jismlar o'rtasidagi elektromagnit shovqin juda kam, chunki bu jismlarning to'liq elektr quvvati nolga teng (umuman, elektr neytral modda). Bundan tashqari, tortishish, boshqa o'zaro ta'sirlardan farqli o'laroq, butun modda va energiya ta'sirida universaldir. Gravitatsion shovqinga ega bo'lmagan ob'ektlar topilmadi. Global xarakterga ega bo'lganligi sababli, tortishish galaktikalar tuzilishi, qora tuynuklar va koinotni kengaytirish va boshlang'ich astronomik hodisalar — sayyoralarning orbitalari va yer yuzasiga va jismlarning qulashi kabi keng ko'lamli ta'sirlar uchun mas'uldir.tortishish matematik nazariya tomonidan tasvirlangan birinchi shovqin edi. Aristotel turli xil massali narsalar turli tezliklarda tushishiga ishondi. Keyinchalik, Galiley Galiley eksperimental ravishda bunday emasligini aniqladi-agar havo qarshiligi bartaraf etilsa, barcha jismlar bir xil darajada tezlashadi. Isaak Nyutonning universal tortishish qonuni (1687) umumiy tortishish harakatlarini yaxshi tasvirlab berdi. 1915da Albert Eynshteyn umumiy nisbiylik nazariyasini yaratdi, bu esa kosmik vaqt geometriyasi jihatidan tortishishni yanada aniqroq tasvirlab berdi. 2-klassik gravitatsiya nazariyalari kvant tortishish effektlari eng ekstremal va kuzatuv sharoitida ham juda kichik ekanligi sababli, ularning ishonchli kuzatuvlari hali ham mavjud emas. Nazariy baholashlar shuni ko'rsatadiki, aksariyat hollarda siz o'zingizni gravitatsiyaviy ta'sirning klassik tavsifi bilan cheklashingiz mumkin. Zamonaviy kanonik klassik tortishish nazariyasi — umumiy nisbiylik nazariyasi va bir-biri bilan raqobatlashadigan turli darajadagi rivojlanish gipotezalari va nazariyalarini aks ettiruvchi ko'plab nazariyalar mavjud. Bu nazariyalar hozirgi vaqtda eksperimental testlar olib borilayotgan yondashuv doirasida juda o'xshash bashoratlarni beradi. Quyida bir necha asosiy, eng yaxshi ishlab chiqilgan yoki mashhur tortishish nazariyalari tasvirlangan.
Umumiy nisbiylik nazariyasi (oto) ning standart yondashuvida tortishish dastlab kuch-quvvat bilan o'zaro ta'sir sifatida emas, balki kosmik vaqtning egriligining namoyishi sifatida qaraladi. Shunday qilib, oto gravitatsiyasi geometrik ta'sir sifatida talqin etiladi va kosmik vaqt bo'lmagan Evklid rimanova (aniqrog'i, psevdo-rimanova) geometriyasi doirasida ko'rib chiqiladi. Gravitatsion maydon (Nyuton gravitatsion salohiyatining umumlashtirilishi), ba'zan esa tortishish maydoni deb ataladi, otoda tensor metrik maydon bilan aniqlanadi — to'rt o'lchovli makon-vaqt metrikasi va tortishish maydonining keskinligi-metrika bilan belgilanadigan oraliq-vaqtning afinaviy aloqasi bilan. Oto ning standart vazifasi-bu to'rt o'lchovli koordinatalar tizimida energiya manbalarining ma'lum taqsimlanishiga ko'ra, kosmik vaqtning geometrik xususiyatlarini belgilaydigan metrik tensorning tarkibiy qismini aniqlashdir. O'z navbatida, metrikani bilish sinov zarrachalarining harakatini hisoblash imkonini beradi, bu tizimda tortishish maydonining xususiyatlarini bilishga tengdir. Oto tenglamalarining tensor tabiati, shuningdek, uning formulasini standart asoslash bilan bog'liq holda, tortishish ham tensor xususiyatga ega deb hisoblanadi. Buning oqibatlaridan biri shundaki, tortishish radiatsiya kvadratik tartibdan past bo'lmasligi kerak. Ma'lumki, bu energiya tensor tomonidan tasvirlanmaganligi va nazariy jihatdan turli yo'llar bilan aniqlanishi mumkinligi sababli, tortishish maydonining energiyasining noaniqligi bilan bog'liq qiyinchiliklar mavjud. Klassik otoda, shuningdek, Spin-orbital shovqinni tavsiflash muammosi ham mavjud (chunki uzoq ob'ektning aylanishi ham aniq ta'rifga ega emas). Natijalarning aniqligi va izchillikning asoslanishi (tortishish singularligi muammosi) bilan muayyan muammolar mavjud deb hisoblashadi. Kosmik-vaqt oto o'zgaruvchan metrik bilan pseudorimanovo xilma-xilligi hisoblanadi. Kosmik vaqtning egriligining sababi materiyaning mavjudligi va uning energiyasi qanchalik ko'p bo'lsa, egrilik kuchayadi. Eynshteynning tenglamalarini materiyaning ma'lum taqsimlanishi bilan kosmik vaqt o'lchagichlarini aniqlash kerak. Nyutonning tortishish nazariyasi faqatgina "vaqtning egri", ya'ni metrikaning vaqtinchalik komponentining o'zgarishi, [2] (evklidovoning bu yondashuvidagi makon) hisobga olinadigan otoning yondashuvidir. Gravitatsiya buzilishlarining tarqalishi, ya'ni tortishish massalarining harakatida o'lchovdagi o'zgarishlar oxirgi tezlik bilan sodir bo'ladi va otoda uzoq masofa yo'q. Nyutonovskiy oto tortishish maydonidagi boshqa muhim farqlar: kosmosning noan'anaviy topologiyasi, maxsus nuqtalar, tortishish to'lqinlari. Biroq, eksperimental ravishda, bu oxirgi paytgacha tasdiqlangan (2012 yil). Bundan tashqari, Eynshteynning ko'pgina muqobil variantlari, ammo zamonaviy fizika uchun standart tortishish nazariyasini shakllantirishning yondashuvlari, hozirgi vaqtda eksperimental tekshiruvda mavjud bo'lgan past energiyali yondashuvda oto bilan mos keladigan natijaga olib keladi. Eynshteyn — Kartan nazariyasi (EC) oto kengaytmasi sifatida ishlab chiqilgan bo'lib, u ichki makonga ta'sir qilishning ta'rifini o'z ichiga oladi-energiya bundan mustasno-momentum va ob'ektlarning orqa tomoni. EC nazariyasi afinaviy burilishni joriy qiladi va kosmik vaqt uchun pseudorman geometriyasi o'rniga Riman-Kartanning geometriyasi qo'llaniladi. Natijada, metrik nazariyadan ular kosmik vaqtning afinaviy nazariyasiga o'tadilar. Kosmik vaqtni tasvirlash uchun olingan tenglamalar ikki sinfga bo'linadi. Ulardan biri oto ga o'xshaydi, chunki egrilik tensorida afin torsiyonlu komponentlar mavjud. Tenglamalarning ikkinchi klassi torsion tensor va materiya va radiatsiya orqasidagi tensor o'rtasidagi munosabatni belgilaydi. Zamonaviy Koinot sharoitida oto ga kiritilgan tuzatishlar juda kichikdir, hatto ularni o'lchash uchun hipotetik yo'llar ham ko'rinmaydi. Eng mashhur Brans — Dikke (yoki yordan — Brans — Dikke) nazariyasi bo'lgan skalar-tensor nazariyalarida, tortishish maydoni kosmik vaqtning samarali metrikasi sifatida faqat energiya tensorining ta'siri bilan belgilanadi-bu otoda bo'lgani kabi, materiyaning zarbasi, shuningdek, qo'shimcha tortishish skalar maydoni. Skalar maydonining manbai katlanmış energiya tensoridir-moddaning pulsi. Natijada, oto va RTH kabi skalar-tensor nazariyalari faqat kosmik-vaqt geometriyasi va uning metrik xususiyatlaridan foydalanib, tortishish uchun tushuntirish beruvchi metrik nazariyalarga ishora qiladi. Skalar maydonining mavjudligi tortishish maydonining tarkibiy qismlari uchun ikkita tenglama guruhiga olib keladi: biri metrik uchun, ikkinchisi skalar maydoni uchun. Brans-Dikke nazariyasi skalar maydonining mavjudligi tufayli, shuningdek, kosmik-vaqt va skalar maydonidan tashkil topgan besh o'lchovli xilma-xillikda harakat qilish mumkin. Ikkinchi tensor tenglama non-Evklid kosmik va minkovsky kosmik[7] o'rtasidagi aloqani hisobga olish uchun joriy etiladi RTH, bo'lib o'tadi, ikki sinflarga tenglamalar bunday parchalanishi. Yordan-Bruns-Dikke nazariyasida o'lchamsiz parametr mavjudligi sababli, nazariya natijalari tortishish tajribalari natijalariga mos kelishi uchun uni tanlash mumkin. Shu bilan birga, nazariyani bashorat qilishning cheksizligi uchun parametrni izlash OTOGA tobora yaqinlashmoqda, Shuning uchun yordan — Bruns — Dikke nazariyasini rad etish umumiy nisbiylik nazariyasini tasdiqlovchi hech qanday tajriba bilan mumkin emas. 3-A)Gravitatsion maydon, har bir tananing tortishish maydoni (masalan, er) atrofida kuch maydonini tortishish maydonini yaratadi. Ushbu maydonning har qanday nuqtasida keskinligi bu nuqtada joylashgan boshqa jismga ta'sir qiluvchi kuchni ifodalaydi. Agar:
g-gravitatsion maydon kuchlanishi,
F-tortish kuchi m massasining tanasiga ta'sir qiladi,
m-tortishish maydonidagi tana massasi, keyin g maydon kuchlanishi vektor miqdori bo'lib, uning yo'nalishi
F gravitatsion kuchning yo'nalishi bilan belgilanadi va raqamli qiymat-erkin tushishni tezlashtirish formulasi. Gravitatsion maydonning intensivligi erkin tushishning tezlashishi bilan o'lchovning kattaligi, yo'nalishi va birliklariga to'g'ri keladi, garchi ularning jismoniy ma'nosida ular butunlay boshqa jismoniy miqdorlardir.

Maydonning intensivligi ma'lum bir nuqtada bo'shliq holatini xarakterlaydi, kuch va tezlashtirish faqat ma'lum bir nuqtada sinov organi bo'lganida paydo bo'ladi. G=g(r) funktsiyasining grafikasidan masofa r ning abadiylikka intilishi bilan tortishish maydonidagi kuchlanish g nolga teng ekanligini aniq ko'rsatib turibdi. Shuning uchun "Sputnik Yerning tortishish maydonini tark etdi" degan so'zlar noto'g'ri. Samoviy jismlarning tortishish joylari bir-biriga o'xshash. Agar siz yer va oy markazlarini bog'laydigan tekis chiziq bo'ylab harakat qilsangiz, unda ma'lum bir joydan boshlab oyning tortishish maydonidagi keskinliklar ustunlik qiladi.
Yerning tortishish maydoni yerning massasi va yerning kundalik aylanishi natijasida yuzaga keladigan markazdan qochiruvchi kuchning jalb etilishi bilan bog'liq bo'lgan kuchli maydondir; shuningdek, oy va Quyosh va boshqa samoviy jismlarning va yer atmosferasining massalariga ham bog'liqdir. Yerning tortishish maydoni tortishish kuchi, tortishish salohiyati va uning turli xil hosilalari bilan tavsiflanadi.

• 
  Potentsial o'lchovga ega m2
  
• 
  C-2, Gravimetriyada birinchi lotin potentsialini (shu jumladan tortishish) o'lchash birligi uchun 10-5 m
  
• 
  s-2 ga teng bo'lgan milligal (mgals) va ikkinchi lotinlar uchun — Etvesh (E, E), 10-9
  
• 
  C-2 ga teng.
  

Yerning tortishish maydonining asosiy xususiyatlarining qiymatlari:
dengiz sathidagi tortishish salohiyati 62636830 m2 * s-2; yerdagi o'rtacha tortishish kuchi 979,8 Gal; qutbdan ekvatorga o'rtacha tortishish kuchini kamaytirish 5200 mgal (shu jumladan. yer 3400 mg'alning kunlik aylanishi tufayli); erdagi maksimal tortishish anomaliyasi 660 mg'al; oddiy vertikal tortishish gradienti 0,3086 mgals / m; erdagi maksimal chayqalish 120"; 0,4 mgalning tortishish kuchining davriy oy-quyosh o'zgarishlari oralig'i; tortishish kuchida yuz yillik o'zgarishning mumkin bo'lgan qiymati <0,01 mgals/yil. Erning faqat tortishish oqibatida tortishish salohiyatining bir qismi geopotentsial deb ataladi. Ko'pgina global muammolarni hal qilish uchun (er shaklini o'rganish, isz traektoriyalarini hisoblash va boshqalar) geopotentsiallar sferik funktsiyalarda parchalanish shaklida namoyon bo'ladi. Gravitatsiya salohiyatining ikkinchi hosilalari gravitatsion gradiyentometrlar va variometrlar bilan o'lchanadi. Dastlabki kuzatish ma'lumotlari va parchalanish darajalari bilan farq qiluvchi geopotentsialning bir necha parchalanishi mavjud. Odatda Yerning tortishish maydoni 2 qismdan iborat: normal va anormal. Asosiy-maydonning normal qismi yerning sxematik modeliga aylanish ellipsoid (oddiy er) shaklida mos keladi. Bu haqiqiy erga mos keladi (massa markazlari, massa qiymatlari, burchak tezligi va kundalik aylanish o'qi mos keladi). Oddiy erning sirtlari yuqori, ya'ni uning barcha nuqtalarida tortishish salohiyati bir xil ma'noga ega( qarang: geoid); tortishish normal holatga qarab yo'naltiriladi va oddiy qonun bilan o'zgaradi. Gravimetriyada normal tortishish uchun xalqaro formulalar keng qo'llaniladi: g(p) = 978049 (1 + 0,0052884 sip2r-0,0000059 sip22r), mgals. CCCP va boshqa sotsialistik mamlakatlarda F. R. Helmert formulasi asosan qo'llaniladi: g(p) = 978030 (1 + 0,005302 sip2r-0,000007 sin 22r), mgals. Har ikkala formulaning o'ng qismlaridan 14 mgalni mutlaq tortishish kuchida xatolarni hisobga olish uchun chiqarib tashlashadi, bu esa turli joylarda mutlaq tortishishning takroriy o'lchovlari natijasida yuzaga keladi. Boshqa shunga o'xshash formulalar olingan bo'lib, unda yerning uch burchagi, Shimoliy va Janubiy yarim sharlarning assimetriyasi va boshqalar tufayli normal tortishish kuchining o'zgarishi hisobga olinadi. o'lchangan tortishish va normal tortishish anomaliyasi deb ataladi (qarang: geofizik anomaliya). Yerning tortishish maydonining g'ayritabiiy qismi odatdagidan kichikroq va murakkab tarzda o'zgaradi. Oy va Quyoshning erga nisbatan pozitsiyasi o'zgarganligi sababli, Yerning tortishish maydonining davriy o'zgarishi mavjud. Bu Yerning issiq deformatsiyasiga olib keladi, shu jumladan. dengiz to'lqinlari. Yer qa'ridagi massalarning qayta taqsimlanishi, tektonik harakatlar, zilzilalar, vulqon portlashlari, suv va atmosfera massalarining harakatlanishi, burchak tezligidagi o'zgarishlar va yerning kundalik aylanishining darhol o'qi tufayli yuzaga keladigan vaqt davomida Yerning tortishish sohasidagi shafqatsiz o'zgarishlar ham mavjud. Erning tortishish sohasidagi shafqatsiz o'zgarishlarning ko'p miqdori kuzatilmaydi va faqat nazariy jihatdan baholanadi. Yerning tortishish maydoniga asoslanib, yerning jismoniy sirtining balandligi belgilanadigan yerning gravimetrik shaklini tavsiflovchi geoid aniqlanadi. Yerning tortishish maydoni Yerning zichligini radial taqsimlash modelini o'rganish uchun boshqa geofizik ma'lumotlar bilan birgalikda ishlatiladi. Unda Yerning gidrostatik muvozanat holati va uning ichaklaridagi bu bilan bog'liq keskinliklar haqida xulosalar chiqariladi. Gravitatsiya o'zgarishining kuzatishlariga ko'ra, Yerning elastik xususiyatlari o'rganiladi. Yerning tortishish maydoni sun'iy yer yo'ldoshlarining orbitalarini va raketalar harakatining traektoriyalarini hisoblashda ishlatiladi. Erning tortishish maydonining anomaliyalariga ko'ra, er qobig'ida va yuqori mantiyada zichlikdagi heterojenliklarni taqsimlash, tektonik rayonlashtirish, foydali qazilma konlarini qidirish (gravimetrik razvedka bo'limiga qarang) amalga oshiriladi. Yerning tortishish maydoni bir qator asosiy doimiy geodeziya, astronomiya va geofizikani olib tashlash uchun ishlatiladi.