Что такое гравитация и что заставляет объекты действовать против нее?

Объекты, на которые не действуют силы, движутся прямолинейно в евклидовом пространстве.

Если пространство искривлено, прямых линий не будет, и частицы следуют по траекториям, которые лучше всего подходят для прямых, например. пути, длина которых наименьшая. Зная кривизну, их можно рассчитать, например, используя вариационные принципы (вы можете рассчитать длину кривых, поэтому вы берете функцию, которая отображает кривые в их длину, а затем дифференцирует эту функцию, чтобы найти экстремальные точки).

Эти кривые кратчайшей длины называются геодезическими. Теперь в классической механике траектории определяются не только положением, но и скоростью, и то же самое касается общей теории относительности.

Небесные тела по орбитам движутся таким образом, потому что их геодезические представляют собой замкнутые кривые. На них не действуют силы, но вместо этого они следуют локально «прямому» пути в пространстве (времени), что в их случае является замкнутой петлей (то есть замкнутой в пространстве).

Надеюсь, это ответит на ваш вопрос.

На практическом уровне (бейсбол, футбол, теннис и т. д.) ньютоновское объяснение гравитации как силы с определенным поведением вполне удовлетворительно. Он даже используется для запуска спутников (ну, большинства из них) и прогнозирования точек артиллерийского удара. Именно это последнее применение сделало войну еще более ужасной, чем она была (и более безопасной для артиллеристов). Посмотрите на Бенджамина Робинса, который был одним из первых деятелей баллистического прогнозирования.

Но если что-то оказывается в сильном гравитационном поле (в ньютоновских терминах, Земли недостаточно) или движется довольно быстро (ничто внутри Земли или вокруг нее не достаточно быстро**), ньютоновское описание его силы неверно. Орбита Меркурия, как известно, была трудно поддающейся анализу в ньютоновских терминах и лишь немного отклонялась от ньютоновских предсказаний независимо от того, какой блестящий калькулятор проводил анализ. Оказывается, что гравитация — это бизнес-сила, это немного неправильно. На самом деле гравитация тесно связана со структурой и геометрией пространства-времени и сильно отличается вблизи массы от той, что находится далеко от любой массы. Мы улучшим вопрос о большей части массы во Вселенной (темной материи и, вероятно, темной энергии) для этих целей прямо сейчас.

Общая теория относительности Эйнштейна (1915 г.) сделала эти связи достаточно тесными для экспериментальной проверки, самой известной из которых были экспедиции Эддингтона по исследованию затмений во время Первой мировой войны. Но орбита Меркурия совпала с предсказаниями ОТО с точностью до ошибки наблюдения, и довольно много других предсказаний ОТО также сбылись. Это наш лучший аккаунт на данный момент.

Итак, очевидный следующий вопрос: почему (как) гравитация влияет на геометрию пространства-времени наблюдаемым образом? Ни Ньютон, ни Эйнштейн не смогли внести большой вклад в этот вопрос. Но поле, пронизывающее Вселенную (подумайте об эфире, если осмелитесь!? хотя детали очень разные), для которого предсказанная частица будет служить частицей «передачи силы», было предложено довольно многими людьми в конце 1960-х годов. Хиггс был опубликован первым, поэтому поле названо полем Хиггса, а частица — частицей Хиггса. Было довольно трудно найти. У Фермилаба в луче должно было быть достаточно энергии, чтобы найти его, но они этого не сделали, и просмотр всех собранных ими данных не показал, что они наблюдали его, но не замечали. По крайней мере, пока.

БАК, будучи самым мощным из когда-либо построенных благодаря хорошему фактору, и после некоторых проблем с прорезыванием зубов, обнаружил что-то, что почти наверняка является частицей Хиггса (хотя в семействе могут быть еще 3 частицы, которые пока не замечены) в первый год своего существования. операции.

Таким образом, оказывается, что гравитация похожа на другие силы фундаментальных частиц (электромагнитные, сильные, слабые и унифицированные варианты) в том смысле, что «сила» на самом деле представляет собой обмен частицами, которые «переносят» силу. В гравитации есть много странного, когда действуют эти силы, и требуется гораздо больше работы, чтобы понять это. Возможно, Cavorite станет возможным, если мы поймем больше?

Хиггс широко известен как «частица Бога», что является вопиющим примером журналистской глупости. Один из лидеров поисков бозона Хиггса на протяжении десятилетий однажды был разочарован его неуловимостью (если он вообще нашелся) и находился в присутствии некоторых журналистов, когда назвал его этой «проклятой частицей». Журналисты (или один из них, истории разные), всегда готовые к цвету в репортажах по теоретической физике, и зная, что они не получат всю фразу в своих статьях, просто сократили ее до «частицы Бога». Физика тогда не было и остался несчастным.

Исключением из необходимости учета ОТО на Земле или вблизи Земли является спутниковая сеть GPS. Требования к синхронизации между различными спутниками и наземным приемником настолько строги, что влияние ОТО на орбиты этих спутников достаточно велико, поэтому необходимо использовать поправочный коэффициент, чтобы сделать результаты достаточно точными для использования.

1. Если говорить о концепции Ньютона, то есть сила тяготения как центростремительная сила и ее реакция как центробежная сила. И центробежная сила спасет его от падения в центр.

2. Но если мы говорим о концепции геодезических Эйнштейна, то здесь нет ни силы тяготения, ни центробежной силы. Тогда падающие тела должны следовать геодезическим (кратчайшее расстояние в искривленном пространстве). Искривление ткани пространства-времени связано с присутствием Земли. А земля производит такие изменения пространства-времени за счет большого количества лишней энергии, упакованной в единицу пространства-времени. Пространство-время остается неискаженным только в том случае, если единица пространства-времени имеет наименьшую плотность энергии. Так что сразу пользуемся единым понятием Ньютона или Эйнштейна. Концепция Ньютона слабее, но не ошибочна, а концепция Эйнштейна сильнее, но не на последнем месте.