» » » » » » » Aspecte problematice privind legea gravitației universale a lui Newton

Aspecte problematice privind legea gravitației universale a lui Newton

postat în: Gravitația | 0

Descrierea lui Newton despre gravitație este suficient de precisă pentru multe scopuri practice și, prin urmare, este folosită pe scară largă. Abaterile de la acesta sunt mici atunci când cantitățile fără dimensiuni φ/c2 și (v/c)2 sunt ambele mult mai mici decât unu, unde φ este potențialul gravitațional, v este viteza obiectelor studiate și c este viteza luminii [31]. De exemplu, gravitația newtoniană oferă o descriere exactă a sistemului Pământ/Soare.

În situațiile în care fie oricare din parametrii fără dimensiuni este mare, atunci trebuie utilizată relativitatea generală pentru a descrie sistemul. Relativitatea generală reduce gravitația newtoniană la limita potențialului mic și a vitezelor reduse, astfel încât legea lui Newton a gravitației este adesea considerată a fi limita de gravitație mică a relativității generale.

Preocupări teoretice privind expresia lui Newton

  • Nu există o perspectivă imediată de identificare a mediatorului gravitației. Încă nu s-au rezolvat încercările fizicilor de a identifica relația dintre forța gravitațională și celelalte forțe fundamentale cunoscute, deși s-au făcut progrese considerabile în ultimii 50 de ani (de ex., Teoria tuturor și Modelul standard). Newton însuși a simțit că conceptul unei acțiuni inexplicabile la distanță nu era satisfăcător, dar că nu era nimic mai mult pe care să-l poată face atunci.
  • Teoria gravitației lui Newton impune ca forța gravitațională să fie transmisă instantaneu. Având în vedere ipotezele clasice ale naturii spațiului și timpului înainte de dezvoltarea relativității generale, o întârziere semnificativă de propagare a gravitației duce la o orbită planetară și stelară instabilă.

Observații care contravin formulei lui Newton

  • Teoria lui Newton nu explică pe deplin precesiunea periheliului orbitelor planetelor, în special ale planetei Mercur, care a fost detectată mult după ce a murit Newton [32]. Există o discrepanță de 43 arcsecunde pe secol între calculul newtonian, care apare numai din atracțiile gravitaționale de pe celelalte planete și din precesia observată, realizată cu telescoape avansate în timpul secolului al XIX-lea.
  • Deflecția unghiulară prezisă a razelor de lumină prin gravitație, calculată prin utilizarea teoriei lui Newton, este doar jumătate din deflecția observată de astronomi. Calculele folosind relativitatea generală sunt mult mai apropiate de observațiile astronomice.
  • În galaxiile spiralate, orbitarea stelelor în jurul centrelor lor pare să nu respecte cu exactitate legea lui Newton de gravitație universală. Astrofizicienii explică totuși acest fenomen spectaculos în cadrul legilor lui Newton, prin prezența unor cantități mari de materie întunecată.

Reticențele lui Newton

Deși Newton a formulat legea gravitației în lucrarea sa monumentală, el era profund incomodat de noțiunea de „acțiune la distanță” pe care o implicau ecuațiile sale. În 1692, în a treia scrisoare adresată lui Bentley, el a scris: „Un singur corp care poate acționa asupra altuia la distanță, prin vid, fără medierea a altceva, de și prin care acțiunea și forța lor pot fi transmise una după alta, pentru mine este o absurditate atât de mare încât, cred, niciun om care are în materie filosofică o capacitate de gândire competentă nu ar putea să creadă vreodată în ea„.

El niciodată, în cuvintele sale, „nu a atribuit cauza acestei puteri”. În toate celelalte cazuri, el a folosit fenomenul mișcării pentru a explica originea diferitelor forțe care acționează asupra corpurilor, dar în cazul gravitației, el nu a putut identifica experimental mișcarea care produce forța gravitației (deși a inventat două ipoteze mecanice în 1675 și 1717). Mai mult, el a refuzat chiar să ofere o ipoteză cu privire la cauza acestei forțe pe motiv că acest lucru ar fi contrar științei sănătoase. El s-a plâns că „filosofii au încercat până acum cercetarea naturii în zadar” pentru izvorul forței gravitaționale, deoarece el a fost convins „din multe motive” că există „cauze până acum necunoscute” care erau fundamentale pentru toate „fenomenele naturii “. Aceste fenomene fundamentale sunt încă în curs de investigare și, deși ipotezele abundă, răspunsul definitiv nu a fost încă găsit. Iar în General Scholium în cea de-a doua ediție a Principia lui Newton din 1713, spunea: „încă nu am putut descoperi cauza fenomenelor acestor proprietăți ale gravitației și nu pretind nicio ipoteză … Este suficient că gravitația există într-adevăr și acționează conform legilor pe care le-am explicat, și că aceasta servește cu desăvârșire pentru a ține cont de toate mișcările corpurilor cerești „[33].

Soluția lui Einstein

Aceste obiecții au fost explicate de teoria relativității generale a lui Einstein, în care gravitația este un atribut al spațiului curbat, în loc să se datoreze unei forțe propagate între corpuri. În teoria lui Einstein, energia și momentul distorsionează spațiu-timpul în vecinătatea lor, iar alte particule se mișcă în traiectorii determinate de geometria spațiului. Aceasta a permis o descriere a mișcărilor luminii și maselor care corespundea tuturor observațiilor disponibile. În relativitatea generală, forța gravitațională este o forță fictivă datorită curburii spațiului, deoarece accelerația gravitațională a unui corp în cădere liberă se datorează faptului că linia sa a universului este o geodezică a spațiului.

Referințe

31) Misner, Charles W.; Thorne, Kip S.; Wheeler, John Archibald (1973). Gravitation. New York: W. H.Freeman and Company. ISBN 0-7167-0344-0 Pagina 1049.

32) Max Born (1924), Einstein’s Theory of Relativity (Ediția Dover 1962, pagina 348, listează un tabel documentând valorile observate și calculate pentru precesiunea periheliului lui Mercur, Venus și Pământ.)

33) The Construction of Modern Science: Mechanisms and Mechanics, de Richard S. Westfall. Cambridge University Press. 1978

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile obligatorii sunt marcate cu *