¿Por qué un cambio en la masa de la materia produce gravedad?
La atracción entre toda la materia está relacionada con la masa y el volumen del objeto. Si los objetos se acercan demasiado, se producirá una cierta fuerza repulsiva.
¿Por qué ocurre la gravedad? Newton descubrió el problema de la gravitación universal. Mientras pensaba en este problema, una manzana lo golpeó en la cabeza. Me viene a la mente la gravedad.
Pero no hay explicación de por qué se produce la gravedad.
La generación de gravedad está ligada a la generación de masa. Es un efecto provocado por los cambios en el espacio y aparece como una masa accesoria a la gravedad.
Pero recientemente ha surgido una nueva idea:
El universo explota y se expande.
La gravedad distorsiona el espacio, o la expansión distorsiona el espacio.
Newton fue golpeado por una manzana. En otras palabras, Newton golpeó una manzana.
El universo se está expandiendo, pero ¿por qué no nos mantenemos unidos? Espacio, hay presión en el espacio, por eso no estamos unidos
Por eso, cuando dos sustancias están muy juntas, hay una fuerza repulsiva.
Sientes la gravedad mientras una nave espacial acelera a través del espacio.
No se siente la gravedad en un ascensor que desciende.
Pero hay otro punto. Estamos en el universo y todavía somos seres humanos. No podemos ver nuestro universo en una forma más allá de la mente humana. Todo se está descubriendo, todo se está explorando, no hay fin.
¿Qué es la gravedad? El vasto universo está compuesto por innumerables galaxias y estrellas. Estos cuerpos celestes se mueven de manera ordenada a lo largo de sus propias órbitas, formando una familia cósmica armoniosa. ¿Qué fuerza mágica une a estos cuerpos celestes? La gente piensa que es gravedad. Pero ¿cuál es la naturaleza de la gravedad?
Ya en 1679, el famoso científico Newton propuso la ley de la gravitación universal, creyendo que existe gravedad entre los cuerpos celestes debido a su masa, y descubrió que las propiedades de la gravedad en todos los objetos son las mismas. Por ejemplo, cuando la gravedad de la Tierra atrae cualquier objeto para que caiga al suelo, su aceleración es de 9,8 m/s. Obviamente, la gravedad de Newton es en realidad gravedad. Pero ¿cómo funciona la gravedad? ¿Cuál es su mecanismo de acción? La ley de la gravedad no se puede resolver.
La gravedad es similar a la electricidad, por ejemplo, ambas fuerzas son inversamente proporcionales al cuadrado de la distancia entre los objetos y proporcional al producto de la fuerza y la carga (la gravedad es masa y la electricidad es carga) que transportan. los dos objetos. Sin embargo, los coeficientes proporcionales de las dos fuerzas son muy diferentes y la electricidad es mucho mayor que la gravedad. Por ejemplo, en un átomo de hidrógeno, la atracción eléctrica entre el núcleo y los electrones es 1040 veces mayor que entre ellos. Hay algunas otras diferencias entre estas dos fuerzas, como la repulsión mutua entre cargas del mismo sexo y la atracción mutua entre cargas del sexo opuesto. La gravedad siempre es atractiva.
Con la aparición de la teoría general de la relatividad de Einstein en 1916, se propuso una nueva teoría del campo gravitacional. Creía que la aceleración debida a la gravedad se podía distinguir de la aceleración debida a otras fuerzas. Esta proposición es el principio de equivalencia de Einstein, es decir, un sistema de aceleración equivale a un campo gravitacional. Imaginamos a una persona ascendiendo en un ascensor en el espacio alejado de la Tierra. La aceleración del ascenso es de 9,8 metros/segundo cuadrado. Debido a la resistencia causada por el cambio de velocidad, los pies de la persona se presionarán firmemente contra la parte inferior del ascensor, al igual que el ascensor se detiene en la superficie de la tierra, pero no se puede decir si se ve afectado por la gravedad o inercia. Por lo tanto, la gravedad de Newton, en opinión de Einstein, no es gravedad en absoluto, sino una propiedad del espacio y el tiempo. En este continuo espacio-tiempo curvo de cuatro dimensiones, no hay necesidad alguna de gravedad. Los cuerpos celestes se mueven siguiendo sus propias órbitas curvas.
En 1918, Einstein predijo la existencia de ondas gravitacionales basándose en su teoría del campo gravitacional. Él cree que la materia que se mueve a gran velocidad (movimiento acelerado) irradiará gravedad, y las ondas gravitacionales son las portadoras de esta gravedad, al igual que las ondas de luz son portadoras de la fuerza electromagnética. La velocidad de las ondas gravitacionales es la misma que la velocidad de la luz en el vacío. Por ejemplo, la interacción entre el sol y la tierra se logra mediante la transferencia de gravitones mediante ondas gravitacionales. Por tanto, la existencia de ondas gravitacionales es otra prueba clave de la relatividad general. Las ondas gravitacionales son muy débiles. Según los cálculos, una varilla redonda de 20 metros de largo, 1,6 metros de diámetro y 500 toneladas de peso gira alrededor del centro a una velocidad de 28 revoluciones por segundo, y la potencia de onda gravitacional generada es de sólo 2,2×10 menos 29 vatios; En una explosión nuclear de 17.000 toneladas, la onda gravitacional a 10 metros del centro es, en el mejor de los casos, de 10 menos 16 vatios/cm². Por tanto, las ondas gravitacionales todavía no se pueden medir directamente.
Según la teoría de Einstein, las ondas gravitacionales también deberían existir en la naturaleza. Así como el movimiento de las cargas produce ondas electromagnéticas, el movimiento de los objetos también produce ondas electromagnéticas. La velocidad de propagación de las ondas gravitacionales es la velocidad de la luz. . Ésta es otra similitud importante entre la electricidad y la gravedad. Pero sólo los objetos en movimiento con masas enormes (varias veces la masa del Sol) en el universo pueden producir ondas gravitacionales poderosas.
La primera persona en detectar ondas gravitacionales fue el Dr. Weber, físico de la Universidad de Maryland. En la década de 1960, construyó el primer dispositivo de detección de ondas gravitacionales del mundo: una varilla cilíndrica de aluminio de 153 cm de largo, 61 cm de diámetro y un peso de alrededor de 1,3 toneladas, más tarde conocida como varilla Weber, montada a horcajadas sobre dos cables de acero sostenidos por pilares de hierro. Aunque el poste de aluminio tiene una gran masa, el alambre de acero casi no vibra. Weber especuló que si el poste de aluminio pudiera captar poderosas ondas gravitacionales del espacio, se tambalearía, pero la oscilación probablemente sería muy leve. Estimó que la amplitud de la oscilación puede ser tan grande como el diámetro del núcleo (10 menos 15 metros cúbicos), y las vibraciones del suelo causadas por el paso de camiones cercanos pueden hacer que la varilla Weber vibre a esta amplitud.
Para confirmar que efectivamente se detectaron ondas gravitacionales, también instaló instrumentos similares en el Laboratorio Nacional Argonne en Chicago, a 1.000 kilómetros de distancia. Él cree que si las ondas gravitacionales atravesaran el sistema solar, ambos instrumentos responderían simultáneamente. En junio de 1969 anunció la detección de ondas gravitacionales. Pero luego los científicos nunca lo detectaron con instrumentos más precisos. Actualmente se cree generalmente que los resultados experimentales de Weber eran erróneos.
Los detectores Webb funcionan a temperatura ambiente (aproximadamente 27°C). Debido a la limitación del ruido del movimiento térmico molecular, la sensibilidad máxima sólo puede alcanzar el orden de 10 elevado a menos 16, por lo que no se pueden detectar ondas gravitacionales.
En 1974, un equipo experimental liderado por el estadounidense Taylor utilizó un radiotelescopio para escanear el cielo y descubrió una señal de pulso de un púlsar a 15.000 años luz de la Tierra. Después de casi cuatro años de observaciones, se ha confirmado indirectamente la existencia de ondas gravitacionales. Un púlsar es una estrella de neutrones que gira rápidamente, una estrella que ha detenido la combustión nuclear y está extremadamente compacta. Orbita otra estrella de neutrones, formando un sistema estelar binario. Según la teoría de Einstein, este sistema estelar binario debería poder emitir ondas gravitacionales, quitando así parte de la energía, de modo que la órbita de la estrella binaria se reducirá gradualmente y el período se acortará gradualmente. Aunque estos cambios son muy pequeños, se pueden calcular con precisión a partir del momento en que sus pulsos llegan a la Tierra. Cuatro años de observaciones mostraron que el período orbital del binario se redujo en cuatro diezmilésimas de segundo. Este resultado coincide con la teoría de Einstein. Esta es la primera vez que los humanos confirman indirectamente la existencia de ondas gravitacionales. Sin embargo, al fin y al cabo se trata de una prueba indirecta y no se puede concluir que las ondas gravitacionales existan realmente.
Desde mediados de los años 70 hasta mediados de los 80 apareció la segunda generación de detectores de ondas gravitacionales que trabajaban a bajas temperaturas (el detector Webb fue la primera generación). Por ejemplo, la Universidad de Stanford en Estados Unidos construyó un dispositivo de antena de ondas gravitacionales de baja temperatura: la antena es una varilla cilíndrica de aluminio de 3 metros de largo y un peso de 4,8 toneladas. Funciona en la zona de temperatura del nitrógeno líquido, tiene una sensibilidad de 5×10 elevado a menos 19 y puede detectar una amplitud de 1,5×10 elevado a menos 16 centímetros, que es aproximadamente una milésima parte del núcleo atómico. También es refrescante el trabajo de detección de ondas gravitacionales del profesor Nohira Hirakawa de la Universidad de Tokio en Japón. Muchos de sus experimentos se basan en ondas gravitacionales de alta frecuencia con frecuencias en kilohercios, que corresponden a la fuente de ondas gravitacionales celestes más fuerte conocida por los científicos hasta la fecha. Hirakawa creó un * * * detector de gravedad de vibración de baja frecuencia (antena cuadrada o retorcida), dirigido específicamente a la estrella de neutrones de pulso giratorio de alta velocidad NP0531+21 en la Nebulosa del Cangrejo. El período de rotación de la estrella es de 33 milisegundos y la intensidad de las ondas gravitacionales que llegan a la Tierra es aproximadamente 10 veces del orden de menos 27. Los detectores de ondas gravitacionales de Hirakawa están ubicados en Tokio y en la Ciudad de las Ciencias de Tsukuba. Después de un largo período de acumulación de baja temperatura, la sensibilidad ha alcanzado 10 elevado a menos 25.
Tras entrar en la década de 1980, el ex científico soviético Uchayev propuso la "teoría de la gravedad de los neutrinos".
Según la teoría tradicional, los neutrinos no tienen carga ni masa en reposo. Se mueven a la velocidad de la luz, apenas interactúan con la materia y pueden atravesar la Tierra sin problemas. Sin embargo, en los últimos años se ha descubierto que los neutrinos todavía tienen masa estática, pero la masa es extremadamente pequeña, alrededor de 10 menos 32 gramos. En realidad, hay tres tipos de neutrinos descubiertos en la ciencia: electrones, muones y mesones. Por ejemplo, en la reacción de fusión nuclear solar, los neutrinos electrónicos se irradian y se convierten en neutrinos muónicos o mesones en algún momento antes de llegar a la Tierra. Si un tipo de neutrino puede transformarse en otro, entonces debe tener una determinada masa. Con masa, se puede provocar un impulso a un objeto. Uchayev reemplazó las ondas gravitacionales con "gas de neutrinos" y creía que los neutrinos en el gas de neutrinos que llena el universo se mueven desordenadamente a velocidades inferiores a la de la luz, y parte de ellos siempre es absorbido por los cuerpos celestes. Como resultado, cada objeto recibe una "fuerza de impulso" igual a la masa del neutrino que absorbe multiplicada por su velocidad. En el sistema Sol-Tierra, el flujo de neutrinos que la Tierra mira hacia la superficie del Sol es más débil que el de atrás, y la fuerza del pulso resultante compensa exactamente la fuerza centrífuga del movimiento de la Tierra alrededor del Sol. De esta forma se puede explicar el movimiento de los cuerpos celestes en el universo. Aquí no se requiere atracción. Por supuesto, esta teoría es sólo una discusión y no se basa en hechos experimentales. Sin embargo, dado que los neutrinos desempeñan un papel importante en la evolución del universo, es necesario profundizar aún más nuestra comprensión de ellos. Entonces, puede haber algo de verdad en la declaración de Uchayev. Entonces, ¿cuál es la naturaleza de la gravedad? ¿Es gravedad, ondas gravitacionales o neutrinos?
Ahora, los científicos están mejorando los detectores o creando otros nuevos para detectar ondas gravitacionales. Por ejemplo, Estados Unidos planea instalar detectores láser con un brazo de 3,2 kilómetros de longitud en las costas este y oeste. Después de múltiples reflexiones, la trayectoria óptica total puede alcanzar los 100 kilómetros y su sensibilidad se estima en 10 elevado a menos 21. Los científicos de la antigua Unión Soviética propusieron que, dado que la gravedad puede doblar el espacio, las ondas gravitacionales cambiarán el grado de curvatura del espacio, por lo que el campo electromagnético cambiará debido a los cambios en el espacio en el que existe. Mientras se detecte este cambio, incluso se detectarán ondas electromagnéticas. Los científicos chinos han propuesto que las ondas gravitacionales cambiarán el estado superfluido de la materia. Los estudiosos rumanos propusieron que las ondas gravitacionales afectarían la corriente de unión de Josephson. Estos efectos se pueden utilizar para detectar ondas gravitacionales.