Ձգողականություն

Ձգողականություն (միջազգային տերմինը՝ գրավիտացիա, լատիներեն gravitas՝ «ծանրություն» բառից), ունիվերսալ հիմնարար փոխազդեցությունը բոլոր նյութական մարմինների միջև: Փոքր արագությունների և թույլ ձգողական փոխազդեցության դեպքում նկարագրվում է Նյուտոնի ձգողականության օրենքով, ընդհանուր դեպքում՝ Այնշտայնի հարաբերականության ընդհանուր տեսությամբ: Չորս հիմնական փոխազդեցություններից ամենաթույլն է: Քվանտային սահմանում ձգողականությունը պետք է նկարագրվի ձգողականության քվանտային տեսությամբ, որը դեռ ամբողջովին մշակված չէ:

Ձգողական փոխազդեցությունը

Տիեզերական ձգողականության օրենքը

Դասական մեխանիկայի շրջանակներում ձգողական փոխազդեցությունը նկարագրվում է Նյուտոնի տիեզերական ձգողականության օրենքով, ըստ որի՝ $m_1$ և $m_2$ զանգվածներով նյութական կետերի գրավիտացիոն ձգողականության ուժը ուղիղ համեմատական է զանգվածներին և հակադարձ համեմատական է այդ կետերի միջև $r$ հեռավորության քառակուսուն, այսինքն՝

$F=G\frac{m_1m_2}{r^2}$:

Այստեղ $G$ -ն գրավիտացիոն հաստատունն է, G = 6,6725×10^-11 Ն·մ²/կգ²):

Գրավիտացիոն դաշտը պոտենցիալ վեկտորական դաշտ է: Դա նշանակում է, որ կարելի է մտցնել մարմինների զույգի գրավիտացիոն ձգողականության պոտենցիալ էներգիա, որը չի փոփոխվի մարմինները փակ կոնտուրով տեղափոխելուց հետո: Գրավիտացիոն դաշտի պոտենցիալ լինելուց բխում է կինետիկ և պոտենցիալ էներգիաների գումարի պահպանման օրենքը, ինչպես նաև հաճախ է հեշտանում մարմինների շարժման ուսումնասիրման խնդիրը գրավիտացիոն դաշտում:

Նյուտոնյան մեխանիկայի շրջանակներում գրավիտացիոն փոխազդեցությունը հեռազդեցություն է: Դա նշանակում է, որ որքան էլ մեծ լինի շարժվող մարմնի զանգվածը, տարածության ցանկացած կետում գրավիտացիոն պոտենցիալը կախված է միայն ժամանակի տվյալ պահին մարմնի ունեցած դիրքից:

Մեծ տիեզերական մարմինները՝ մոլորակները, աստղերը, գալակտիկաները ունեն հսկայական զանգված և հետևաբար ստեղծում են ուժեղ գրավիտացիոն դաշտեր:

Գրավիտացիան ամենաթույլ փոխազդեցությունն է: Սակայն, քանի որ գործում է ցանկացած հեռավորության վրա և ցանկացած զանգված դրական է, այն շատ կարևոր ուժ է ամբողջ Տիեզերքում: Համեմատության համար կարէլի է նշել, որ մարմինների էլեկտրամագնիսական փոխազդեցությունը տիեզերական մասշտաբներում փոքր է, քանի որ այդ մարմինների լրիվ էլեկտրական լիցքը զրո է (նյութը որպես ամբողջություն էլեկտրաչեզոք է):

Ի տարբերություն մյուս փոխազդեցությունների, գրավիտացիան տարածվում է ողջ նյութի և էներգիայի վրա: Մինչ օրս չեն հայտնաբերվել այնպիսի օբյեկտներ, որոնք ընդհանրապես չեն մասնակցում գրավիտացիոն փոխազդեցությանը:

Իր գլոբալ բնույթի հետևանքով գրավիտացիան պատասխանատու է նաև այնպիսի խոշորամասշտաբ երևույթների համար, ինչպիսիք են գալակտիկաների կառուցվածքը, սև խոռոչները և Տիեզերքի ընդարձակումը: Տարրական աստղագիտական երևույթները՝ մոլորակների ուղեծրերը, Երկրի մակերևույթի պարզ ձգողականությունը, մարմինների անկումը նույնպես պայմանավորված են գրավիտացիայով:

Պատմությունը

Գրավիտացիան մաթեմատիկական տեսությամբ նկարագրված առաջին փոխազդեցությունն է: Արիստոտելը համարում էր, որ տարբեր զանգվածներով մարմիններն ընկնում են տարբեր արագությամբ: Շատ ուշ Գալիլեյը փորձնականորեն որոշեց, որ իրականում այդպես չէ, եթե անտեսենք օդի դիմադրությունը, բոլոր մարմինների արագացումը նույնն է: Նյուտոնի տիեզերական ձգողականության օրենքը (1687թ.) լավ նկարագրում էր գրավիտացիայի հիմնական վարքը: 1915թ. Ալբերտ Այնշտայնը ստեղծեց հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը, որն ավելի ճշգրիտ է նկարագրում գրավիտացիան տարածություն-ժամանակ երկրաչափության տերմիններով:

Երկնային մեխանիկան և նրա որոշ խնդիրներ

Մեխանիկայի այն բաժինը, որն ուսումնասիրում է մարմինների շարժումը դատարկ տարածության մեջ միայն գրավիտացիայի ազդեցությամբ, կոչվում է երկնային մեխանիկա: Երկնային մեխանիկայի ամենապարզ խնդիրներից մեկը երկու կետային կամ գնդային մարմինների գրավիտացիոն փոխազդեցությունն է դատարկ տարածության մեջ: Այս խնդիրը դասական մեխանիկայի շրջանակներում լուծվում է անալիտիկ ձևով: Հաճախ այն ձևակերպում են Կեպլերի երեք օրենքների տեսքով:

Խնդիրը խիստ բարդանում է փոխազդող մարմինների քանակի մեծացման դեպքում: Օրինակ, հայտնի երեք մարմինների խնդիրը, այսինքն՝ ոչ զրոյական զանգվածներով երեք մարմինների շարժման խնդիրը ընդհանուր դեպքում չի կարող անալիտիկ լուծում ունենալ: Քանակական լուծման դեպքում լուծումն անկայուն է սկզբնական պայմանների նկատմամբ: Արեգակնային համակարգի հանդեպ կիրառելիս այդ անկայունությունը թույլ չի տալիս կանխատեսել մոլորակների ճշգրիտ շարժումը հարյուր միլիոնավոր տարիները գերազանցող մասշաբներում:

Որոշ մասնակի դեպքերում հաջողվում է մոտավոր լուծում գտնել: Առավել կարևոր է այն դեպքը, երբ մի մարմնի զանգվածն էապես մեծ է մյուս մարմինների զանգվածներից (օրինակ, Արեգակնային համակարգը և Սատուրնի օղակների դինամիկան): Այս դեպքում առաջին մոտավորությամբ կարելի է համարել, որ թեթև մարմինները միմյանց հետ չեն փոխազդում և կեպլերյան հետագծերով շարժվում են զանգվածեղ մարմնի շուրջը: Նրանց միջև փոխազդեցությունը կարելի է հաշվարկել գրգռումների տեսության շրջանակներում և միջինացնել ըստ ժամանակի: Ընդ որում կարող են ի հայտ գալ ոչ տրիվիալ երևույթներ, ինչպես օրինակ ռեզոնանսներ, քաոսայնություն և այլն: Այդպիսի երևույթի վառ օրինակ է Սատուրնի օղակների բարդ կառուցվածը:

Ուժեղ գրավիտացիոն դաշտեր

Ուժեղ գրավիտացիոն դաշտում, ինչպես նաև ռելյատիվիստական արագություններով գրավիտացիոն դաշտում շարժվելու ժամանակ սկսում են ի հայտ գալ հարաբերականության ընդհանուր տեսության երևույթները.

• տարածություն-ժամանակի երկրաչափության փոփոխություն,
  • հետևանք. ձգողության օրենքի շեղում նյուտոնյանից,
  • էքստրեմալ դեպքերում սև խոռոչի առաջացում,
• պոտենցիալների հապաղում, ինչը կապված է գրավիտացիոն գրգռումների տատանման վերջավոր արագության հետ,
  • հետևանք. գրավիտացիոն ալիքների առաջացում,
• ոչ գծայնության էֆեկտ. գրավիտացիան ունի ինքն իր հետ փոխազդելու հատկություն, այդ պատճառով ուժեղ դաշտերում վերադրման սկզբունքն արդեն տեղի չի ունենում:

Գրավիտացիոն ճառագայթում

Հարաբերականության ընդհանուր տեսության ամենակարևոր կանխատեսումներից մեկը գրավիտացիոն ճառագայթումն է, ինչը մինչ այժմ ուղղակի դիտումներով չի հաստատվել, սակայն կան անուղղակի ապացույցներ դրա գոյության օգտին: Այսպես, էներգիայի կորուստները կոմպակտ գրավիտացիոն օբյեկտներից (ինչպիսիք են նեյտրոնային աստղերը կամ սև խոռոչները) կազմված կրկնակի համակարգերում լավ համաձայնեցվում են հարաբերականության ընդհանուր տեսության մոդելի հետ, ըստ որի՝ այդ էներգիան տարվում է գրավիտացիոն ճառագայթման միջոցով: