Дело в финансах

Примерно 25 миллиардов долларов вложила Америка в лунную программу «Аполлон» в 60-70 годах XX века. Те миссии, которые осуществлялись после «Аполлона-11», обошлись немного дешевле. Дорога к Марсу будет стоить землянам гораздо дороже. Для того чтобы добраться до Красной планеты, необходимо преодолеть от 52 до 402 млн км. Это связано с особенностью орбиты Марса.

Кроме того, загадочный космос полон различных опасностей. Из-за этого существует необходимость в отправке сразу нескольких космонавтов. При этом полет всего одного человека обойдется примерно в миллиард долларов. В общем, дороговизну полета можно смело включать в список «Проблемы полета на Марс».

Люди, взаимодействующие с космической техникой и устройствами, имеют специальную одежду. Она необходима для защиты от микробов, которые способны жить в космических условиях. Довольно непростым организмом является deinococcus radiodurans, для которого 5000 грей гамма-излучения не представляет опасности. При этом смерть взрослого человека наступает от пяти грей. Для того, чтобы уничтожить данную бактерию, ее необходимо варить около 25 минут.

Средой обитания Deinococcus может быть практически любое место. Трудно предугадать, что произойдет, если бактерия окажется в космосе. Возможно, она станет настоящим бедствием. В связи с этим со стороны критиков идет бурное обсуждение вопросов, касающихся высадки человека на планеты, где может существовать жизнь.

Способ передвижения

Сегодня вся космическая деятельность осуществляется при помощи ракет. Скорость, необходимая для того, чтобы оторваться от Земли, составляет 11,2 км/с (или 40 000 км/ч). Отметим, что скорость пули составляет около 5 000 км/ч.

Летательные устройства, отправляемые в космос, работают на топливе, запасы которого отягощают ракету многократно. Более того, это сопряжено с определенной опасностью. Но в последнее время особую тревогу вызывает принципиальная неэффективность ракетных устройств.

Нам известен лишь один способ полетов – реактивный. Но горение топлива не осуществимо без кислорода. Поэтому самолеты не способны покидать земную атмосферу.

Учеными ведется активный поиск альтернативы горению. Было бы здорово создать антигравитацию!

Клаустрофобия

Как известно, человек – существо социальное. Ему сложно находиться в замкнутом пространстве без всякого общения, как и пребывать долгое время в составе одной команды. Космонавты «Аполлона» могли быть в полете около восьми месяцев. Данная перспектива соблазнительна не для всех.

Очень важно не дать космонавту в период космического путешествия почувствовать себя одиноким. Самый длинный полет осуществил Валерий Поляков, который находился в космосе 438 суток, из которых более половины он прибывал там практически в полном одиночестве. Единственным его собеседником был Центр управления космическими полетами. За весь период Поляков осуществил 25 научных опытов.

Столь длительный период полета космонавта был связан с тем, что он хотел доказать, что можно осуществлять долгие полеты и сохранять при этом нормальную психику. Правда, после высадки Полякова на Землю специалисты отметили изменения в его поведении: космонавт стал более замкнутым и раздражительным.

Думаю, теперь понятно, почему роль психологов столь важна при отправке космонавтов. Специалисты отбирают людей, способных находиться в одной группе долгий период времени. В космос попадают те, кто легко находит общий язык.

Скафандр

Основной задачей скафандра является создание внутри него повышенного давления, так как в условиях космоса легкие человека могут «взорваться», а сам он раздуться… Все скафандры обеспечивают защиту космонавтов от таких неприятностей.

Недостатком современных скафандров является их громоздкость. Как отметили космонавты, особенно неудобно было передвигаться в таком костюме на Луне. Было замечено, что лунные прогулки легче осуществлять при помощи прыжков. Гравитация Марса предполагает более свободное передвижение. Тем не менее на Земле сложно создать похожие условия, чтобы осуществить своеобразные тренировки.

Для того чтобы чувствовать себя комфортно на Марсе, человеку необходим более облегающий скафандр, вес которого составит около двух килограммов. Необходимо также предусмотреть способ охлаждения костюма и решение проблемы дискомфорта, который создает в паху у мужчин и в груди у женщин такая одежда.

Марсианские патогены

Известный писатель-фантаст Герберт Уэллс в своем романе «Война миров» поведал о том, что марсиан победили земные микроорганизмы. Именно с этой проблемой можем столкнуться и мы, попав на Марс.

Существуют предположения о наличии жизни на Красной планете. Самые простые организмы могут в действительности оказаться опасными противниками. Мы сами можем пострадать от этих микробов.

Любой патоген Марса способен убить все живое на нашей планете. В связи с этим космонавты Аполлона-11,12 и 14 пребывали в карантине 21 день, пока не было установлено, что на Луне отсутствует жизнь. Правда, Луна не имеет атмосферы в отличие от Марса. Космонавтов, собирающихся в путешествие на Марс, необходимо по возвращении на Землю поместить в долгосрочный карантин.

Искусственная гравитация

Еще одной проблемой для космонавтов является невесомость. Если принять земную гравитацию за единицу, то, к примеру, сила гравитации Юпитера окажется равной 2,528. В невесомости человек постепенно теряет костную массу, а его мышцы начинают атрофироваться. Поэтому в условиях космического полета астронавтам необходимы длительные тренировки. Пружинистые тренажеры могут помочь в этом, но не в той степени, в которой необходимо. В качестве примера искусственной гравитации можно привести центробежную силу. В летательном аппарате должна присутствовать громадная центрифуга с кольцом вращения. Оснащения кораблей такими аппаратами пока не производилось, хотя подобные планы существуют.

Находясь в космосе 2 месяца, организм космонавтов адаптируется к условиям невесомости, поэтому возвращение на Землю становится для них испытанием: им даже сложно стоять более пяти минут. Представьте себе, какое влияние на человека окажет 8-месячное путешествие на Марс, если костная масса в условиях невесомости уменьшается со скоростью 1% в месяц. Кроме того, на Марсе космонавтам необходимо будет выполнять определенные задачи, привыкая к специфической гравитации. Затем – полет в обратный путь.

Одним из способов создания искусственной гравитации является магнитизм. Но и у него есть свои недостатки, так как к поверхности примагничиваются только ноги, тело же остается вне действия магнита.

Космический корабль

В настоящее время существует достаточное количество космических кораблей, которые могут в целости добраться на Марс. Но нам необходимо учитывать тот факт, что в этих машинах будут находиться живые люди. Летательные аппараты должны быть просторными и комфортными, ведь люди будут пребывать в них длительное время.

Такие корабли еще не созданы, однако вполне возможно,что уже через 10 лет нам удастся их разработать и подготовить к полету.

Огромное количество мелких небесных тел каждый день сталкивается с нашей планетой. Большинство из этих тел не долетают до поверхности Земли благодаря атмосфере. Луна, не обладающая атмосферой, постоянно подвергается нападению всякого «мусора», о чем красноречиво свидетельствует ее поверхность. Не будет защищен от такого нападения и космический корабль, который собирается в далекое путешествие. Можно попытаться защитить летательный аппарат армированными листами, но ракета значительно прибавит в весе.

От солнечного излучения Землю защищают электромагнитное поле и атмосфера. В космосе дело обстоит иначе. Одежда космонавтов снабжена козырьками. Существует постоянная необходимость в защите лица, так как из-за прямых лучей Солнца можно ослепнуть. Программа «Аполлон» разработала блокировку ультрафиолета при помощи алюминия, но космонавты при путешествии на Луну отметили, что часто возникают различные вспышки белого и голубого цветов.

Ученым удалось разгадать, что лучи в космосе – это субатомные частицы (чаще всего протоны), которые движутся со скоростью света. Попадая в корабль, они прошивают обшивку корабля, однако утечек не происходит из-за размера частиц, существенно меньших размера атома.

Общеизвестно, что Земля имеет форму шара, сплюснутого у полюсов. Поэтому вес одного и того же тела (определяемый силой притяжения) в различных местах планеты неодинаков. Например, взрослый человек, переместившись из высоких широт к экватору, "потеряет в весе" около 0,5 кг. А какова сила тяжести на других планетах Солнечной системы?

Теория сэра Ньютона

Один из отцов-основателей классической механики, великий английский математик, физик и астроном Исаак Ньютон, изучая движение Луны вокруг нашей планеты, в 1666 году сформулировал Закон всемирного тяготения. По мнению ученого, именно сила тяготения лежит в основе движения всех тел в космосе и на Земле, будь то планеты, вращающиеся вокруг звезд, или яблоко, падающее с веток. Согласно Закону, сила притяжения двух материальных тел пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами.

Если вести речь о силе тяжести на Земле и других планетах или астрономических объектах, то из вышесказанного становится ясно, что она пропорциональна массе объекта и обратно пропорциональна квадрату его радиуса. Прежде чем отправиться в космическое путешествие, рассмотрим гравитационные силы на нашей планете.

Вес и масса

Несколько слов о физических терминах. Теория классической механики утверждает, что гравитация возникает вследствие взаимодействия тела с космическим объектом. Силу, с которой это тело действует на опору или подвес, называют весом тела. Единица измерения этой величины - ньютон (Н). Вес в физике обозначают, как и силу, буквой F и вычисляют по формуле F=mg, где коэффициент g - ускорение свободного падения (у поверхности нашей планеты g=9,81 м/с 2).

Под массой понимают фундаментальный физический параметр, определяющий количество материи, заключенной в теле, и его инертные свойства. Традиционно измеряется в килограммах. Масса тела постоянна в любом уголке нашей планеты и даже Солнечной системы.

Если бы Земля имела строгую шарообразную форму, вес определенного предмета на различных географических широтах земной поверхности на уровне моря был бы неизменным. Но наша планета имеет форму эллипсоида вращения, причем полярный радиус на 22 км короче экваториального. Поэтому, согласно Закону всемирного тяготения, вес тела на полюсе будет на 1/190 больше, чем на экваторе.

На Луне и Солнце

Исходя из формулы, силу тяжести на других планетах и астрономических телах можно легко вычислить, зная их массу и радиус. Кстати, в основе способов и методов определения этих величин лежит все тот же Закон всемирного тяготения Ньютона и 3-й закон Кеплера.

Масса ближайшего к нам космического тела - Луны - в 81 раз, а радиус - в 3,7 раза меньше соответствующих земных параметров. Таким образом, вес любого тела на единственном естественном спутнике нашей планеты будет в шесть раз меньше, чем на Земле, при этом ускорение свободного падения будет иметь значение 1,6 м/с 2 .

На поверхности нашего светила (в районе экватора) этот параметр имеет значение 274 м/с 2 - максимальное в Солнечной системе. Здесь сила тяжести в 28 раз превосходит земную. Например, человек массой 80 кг имеет вес на Земле около 800 Н, на Луне - 130 Н, а на Солнце - более 22 000 Н.

В 2006 году астрономы мира условились считать, что в состав Солнечной системы входит восемь планет (Плутон причислили к карликовым планетам). Условно их принято разделять на две категории:

• Земная группа (от Меркурия до Марса).
• Гиганты (от Юпитера до Нептуна).

Определение силы тяжести на других планетах осуществляется по тому же принципу, что и для Луны.

В центре Солнечной системы

Космические объекты, принадлежащие к первой группе, расположены внутри орбиты пояса астероидов. Для этих планет характерно следующее строение:

• Центральная область - горячее и тяжелое ядро, состоящее из железа и никеля.
• Мантия, большую часть которой составляют ультраосновные магматические породы.
• Кора, состоящая из силикатов (исключение - Меркурий). В связи с разряженностью атмосферы, его верхний слой сильно разрушен метеоритами).

Некоторые астрономические параметры и сила тяжести на других планетах кратко отражены в таблице.

Оперируя данными таблицы, можно определить, что сила тяжести на поверхности Меркурия и Марса в 2,6 раза меньше, чем на Земле, а на Венере вес космонавта будет меньше земного лишь на 1/10 часть.

Гиганты и карлики

Планеты-гиганты, или внешние планеты, располагаются за орбитой Главного пояса астероидов. В основе каждого из этих тел каменное ядро небольших размеров, покрытое громадной газообразной массой, состоящей преимущественно из аммиака, метана и водорода. Гиганты имеют малые периоды обращения вокруг своей оси (от 9 до 17 часов), и при определении гравитационных параметров необходимо учитывать действие центробежных сил.

Вес тела на Юпитере и Нептуне будет больше, чем на Земле, а вот на других планетах сила тяжести немного меньше земной. Эти объекты не имеют твердой или жидкой поверхности, поэтому расчеты ведутся для границы верхнего облачного слоя (см. таблицу).

(Примечание: данные по Сатурну во многих источниках (цифровых и печатных) весьма противоречивы).

В заключение несколько любопытных фактов, дающих наглядное представление о том, какая сила тяжести на других планетах. Единственное небесное тело, на котором побывали представители человечества, - Луна. По воспоминаниям американского астронавта Нила Армстронга, тяжелый защитный скафандр не мешал ему самому и его коллегам с легкостью совершать прыжки на высоту до двух метров - с поверхности до третьей ступеньки лестницы лунного модуля. На нашей планете такое же усилие привело лишь к прыжку на 30-35 см.

Вокруг Солнца обращается еще несколько карликовых планет. Масса одной из самых больших - Цереры - в 7,5 тыс. раз меньше, а радиус - в два десятка раз меньше земного. Сила тяжести на ней настолько слаба, что космонавт смог бы легко переместить груз массой около 2 тонн, а оттолкнувшись от поверхности "карлика", просто улетел бы в космическое пространство.

Каждый из нас когда-либо задумывался о жизни вне Земли, однако не каждый знает о том, какую роль в жизнеспособности тела играет его магнитное поле. Гипотеза ученых о том, что жизнь на Марсе возможна, имеет веские основания. Какие для этого необходимы условия, и какую роль в жизнеобеспечении играет магнитное поле, читаем ниже.

Магнитное поле Марса

Магнитное поле представляет собой некую защитную оболочку, отклоняющую все негативные воздействия ветра, электрических зарядов Солнца или других планет. Такое защитное поле имеет не каждая планета, оно продуцируется внутренними тепловыми и динамическими процессами, происходящими центре ядра космического тела. Частицы расплавленного металла, находясь в движении, создают электроток, наличие которого на планете участвует в создании защитного слоя.

Магнитное поле Марса однозначно существует, оно распределено очень слабо и неравномерно. Это объясняется неподвижностью остывшего ядра относительно поверхности. На планете есть места, где проявление поля в несколько раз превышает силу воздействия на других участках четвертой планеты. Магнитометром Mars Global Surveyor было установлено наличие наиболее сильного магнитного поля на южных участках, в то время как на северной стороне оно прибором практически не было установлено.

Магнитное поле у Марса ранее было достаточно сильным, оно имеет остаточный характер, сохраняя так называемый палеомагнетизм. Этого поля недостаточно для защиты от излучений Солнца или воздействия ветров. Таким образом, незащищенная поверхность не оставляет возможности задерживаться ни воде, ни другим частицам.

На вопрос было ли магнитное поле у Марса, и есть ли оно сейчас, можно уверенно дать положительный ответ. Наличие небольшого поля на соседней планете говорит о том, что оно существовало и ранее, имея большую, нежели сегодня силу.

Почему Марс потерял магнитное поле

Есть теория, согласно которой еще 4 млрд. лет назад магнитное поле красной планеты было достаточно сильным. Оно было схоже с земным и стабильно распределялось на поверхности его коры.

Столкновение с неким космическим телом больших размеров, или, как утверждают некоторые исследователи, несколькими крупными астероидами, повлияло на внутренние динамические процессы ядра. перестало продуцировать электротоки, вследствие чего, поле Марса ослабло, его распределение стало неоднородным: оно стало усилено на одних участках, другие остаются незащищенными. В этих местах Солнца в два с половиной раза сильнее, чем на Земле.

Насколько сильна гравитация на Марсе?

В силу слабого и неравномерно распределенного магнитного поля, гравитация на Марсе имеет столь же низкие параметры. Если быть точнее, сравнительно с земной силой притяжения, она на 62% слабее. Поэтому все субъекты, находящиеся здесь в разы теряют свою истинную массу.

Сила притяжения на Марсе зависит от нескольких параметров: массы, радиуса, а также плотности. Несмотря на то, что площадь Марса приближается к показателям площади Земли, существуют большие различия плотности и диаметров планет, масса Марса на 89% меньше земной.

Имея данные двух схожих планет, учеными была вычислена сила притяжения Марса, которая достаточно отличается от земной. Сила гравитации на Марсе так же ослаблена, как и магнитное поле. Низкая гравитация перестраивает работу живого существа. Поэтому длительное пребывание человека на Красной плане может негативным образом сказаться на здоровье. Если будет найден путь преодоления последствий слабого притяжения на здоровье человека, время освоения других планет стремительно приблизится.

Помимо силы тяготения, на самой планете существует величина — гравитационная постоянная, показывает силу тяготения между планетами. Она вычисляется относительно двух планет, Марса и Земли, Марса и Солнца отдельно с учетом расстояния между ними. Эта величина является основополагающей, так как от силы тяготения планет зависит и расстояние между ними.

Расчет марсианской гравитации

Чтобы найти силу гравитации на Марсе, нужно применить формулу:
G = m(земли) m(Марса) /r2
Здесь – это гравитационная постоянная, r – это расстояние от центров Земли и Марса.
Подставив значения, получим
5.97 1024 0.63345 6.67 10-11 /3.488=3.4738849055214
Таким образом, значение марсианской гравитации равно 3.4738849055214 Н.

Почему на Марсе по-другому

Сила тяжести Марса относительно Земли зависит от размера планет, массы и расстояния между их центрами. Планета с большей массой оказывает наибольшую степень гравитационного притяжения. Таким образом, Земля, имея наибольшую массу, оказывает наибольшую силу притяжения относительно Марса. По мере увеличения расстояния между планетами, сила гравитации между ними уменьшается.

Гравитация Земли, имея высокие показатели, способна с большей силой, нежели на Марсе притягивать объекты. Таким образом, земная гравитация, по сравнению с марсианской, позволяет сохранять жизнедеятельность и жизнеспособность на Земле. В то время как на Марсе низкая сила тяготения не удерживает на поверхности планеты даже воду.

Сравнительный анализ характера силы притяжения на Марсе относительно силы тяготения Земли, позволяет ответить на вопрос, почему на Марсе нет такого магнитного поля, как на Земле.

Несмотря на схожесть двух планет: площади, наличие полярных шапок, схожего наклона оси вращения и климатических изменений, Марс и Земля имеют весомые различия. Показатель давления на Марсе на 99 992.5 миллибар ниже давления на Земле. Сезонная температура Марса во много раз ниже, чем на Земле. Так, зимой был зарегистрирован минимальный показатель -143 градуса, летом поверхность разогревается до 35 градусов тепла.

Ученые заняты рассмотрением условий, при которых жизнь на четвертой от Солнца будет возможна. На данный момент исследований Красной планеты недостаточно, чтобы собрать данные , так как низкое магнитное поле и сила гравитации усложняют пребывание человека на планете, точнее подвергают его организм нежелательным изменениям, что вряд ли совместимо с жизнью.

Гравитация — самая могущественная сила во Вселенной, одна из четырех фундаментальных основ мироздания, определяющая его структуру. Когда-то благодаря ей возникли планеты, звезды и целые галактики. Сегодня она удерживает на орбите Землю в ее нескончаемом путешествии вокруг Солнца.

Притяжение имеет огромное значение и для повседневной жизни человека. Благодаря этой невидимой силе пульсируют океаны нашего мира, текут реки, капли дождя падают на землю. Мы с детства ощущаем вес своего тела и окружающих предметов. Огромно влияние гравитации и на нашу хозяйственную деятельность.

Первая теория гравитации была создана Исааком Ньютоном в конце XVII столетия. Его Закон всемирного тяготения описывает данное взаимодействия в рамках классической механики. Более широко этот феномен был изложен Эйнштейном в его общей теории относительности, увидевшей свет в начале прошлого века. Процессы, происходящие с силой тяготения на уровне элементарных частиц, должна объяснить квантовая теория гравитации, но ее еще только предстоит создать.

Сегодня мы знаем о природе гравитации гораздо больше, чем во времена Ньютона, но, несмотря на столетия изучения, она все еще остается настоящим камнем преткновения современной физики. В существующей теории гравитации есть множество белых пятен, и мы до сих пор точно не понимаем, что ее порождает, и как происходит перенос этого взаимодействия. И уж, конечно, мы очень далеки от возможности управлять силой притяжения, так что антигравитация или левитация еще долго будут существовать только на страницах фантастических романов.

Что же упало на голову Ньютона?

О природе силы, которая притягивает предметы к земле, люди задумывались во все времена, но приоткрыть завесу тайны удалось только в XVII столетии Исааку Ньютону. Основу для его прорыва заложили труды Кеплера и Галилея – блестящих ученых, изучавших движения небесных тел.

Еще полтора века до ньютоновского Закона всемирного тяготения польский астроном Коперник полагал, что притяжение - это «…не что иное, как естественное стремление, которым отец Вселенной одарил все частицы, а именно соединяться в одно общее целое, образуя тела шаровидной формы». Декарт же считал притяжение следствием возмущений в мировом эфире. Греческий философ и ученый Аристотель был уверен, что масса влияет на скорость падения тел. И только Галилео Галилей в конце XVI века доказал, что это неверно: если отсутствует сопротивление воздуха, все объекты ускоряются одинаково.

Вопреки распространенной легенде о голове и яблоке, Ньютон шел к пониманию природы гравитации более двадцати лет. Его закон гравитации – одно из самых значимых научных открытий всех времен и народов. Он универсален и позволяет вычислять траектории небесных тел и точно описывает поведение предметов, окружающих нас. Классическая теория тяготения заложила основы небесной механики. Три закона Ньютона дали ученым возможность открывать новые планеты буквально «на кончике пера», в конце концов благодаря им человек смог преодолеть земную гравитацию и совершить полет в космос. Они подвели строгую научную базу под философскую концепцию о материальном единстве мироздания, в котором все природные явления взаимосвязаны и управляются общими физическими правилами.

Ньютон не просто опубликовал формулу, позволяющую высчитать, чему равна сила, притягивающая тела друг к другу, он создал целостную модель, в которую также вошел математический анализ. Данные теоретические выводы были неоднократно подтверждены на практике, в том числе и с помощью самых современных методов.

В ньютоновской теории любой материальный объект порождает поле притяжения, которое называется гравитационным. Причем сила пропорциональна массе обоих тел и обратно пропорциональна расстоянию между ними:

F = (G m1 m2)/r2

G – это гравитационная постоянная, которая равняется 6,67×10−11 м³/(кг·с²). Первым ее смог высчитать Генри Кавендиш в 1798 году.

В повседневной жизни и в прикладных дисциплинах о силе, с которой земля притягивает тело, говорят как о его весе. Притяжение между двумя любыми материальными объектами во Вселенной – вот что такое гравитация простыми словами.

Сила притяжения – самое слабое из четырех фундаментальных взаимодействий физики, но благодаря своим особенностям она способна регулировать движение звездных систем и галактик:

• Притяжение работает на любых расстояниях, в этом главное отличие силы тяжести от сильного и слабого ядерного взаимодействия. С увеличением расстояния его действие уменьшается, но оно никогда не становится равным нулю, поэтому можно сказать, что взаимное влияние оказывают даже два атома, находящиеся на разных концах галактики. Просто оно очень мало;
• Гравитация универсальна. Поле притяжения присуще любому материальному телу. Ученые пока не обнаружили на нашей планете или в космосе объект, который бы не участвовал во взаимодействии данного типа, поэтому роль гравитации в жизни Вселенной огромна. Этим тяготение отличается от электромагнитного взаимодействия, влияние которого на космические процессы минимально, поскольку в природе большинство тел электрически нейтральны. Гравитационные силы нельзя ограничить или экранировать;
• Тяготение действует не только на материю, но и на энергию. Для него не имеет никакого значения химический состав объектов, играет роль только их масса.

Используя ньютоновскую формулу, силу притяжения можно легко рассчитать. Например, гравитация на Луне в несколько раз меньше земной, потому что наш спутник имеет сравнительно небольшую массу. Но ее достаточно для формирования в Мировом океане регулярных приливов и отливов. На Земле ускорение свободного падения равняется примерно 9,81 м/с2. Причем на полюсах оно несколько больше, чем на экваторе.

Несмотря на огромное значение для дальнейшего развития науки, ньютоновские законы имели целый ряд слабых мест, не дававших покоя исследователям. Было непонятно, как действует гравитация через абсолютно пустое пространство на огромные расстояния, причем с непостижимой скоростью. Кроме того, постепенно стали накапливаться данные, которые противоречили законам Ньютона: например, гравитационный парадокс или смещение перигелия Меркурия . Стало очевидным, что теория всемирного тяготения требует доработки. Эта честь выпала на долю гениального немецкого физика Альберта Эйнштейна.

Притяжение и теория относительности

Отказ Ньютона обсуждать природу гравитации («Я гипотез не измышляю») был очевидной слабостью его концепции. Неудивительно, что в последующие годы появилось множество теорий гравитации.

Большинство из них относились к так называемым гидродинамическим моделям, которые пытались обосновать возникновение тяготения механическим взаимодействием материальных объектов с некой промежуточной субстанцией, имеющей те или иные свойства. Исследователи называли ее по-разному: «вакуум», «эфир», «поток гравитонов» и т. д. В этом случае сила притяжения между телами возникала в результате изменения этой субстанции, при ее поглощении объектами или экранировании потоков. В реальности все подобные теории имели один серьезный недостаток: довольно точно предсказывая зависимость гравитационной силы от расстояния, они должны были приводить к торможению тел, которые двигались относительно «эфира» или «потока гравитонов».

Эйнштейн подошел к решению этого вопроса с другой стороны. В его общей теории относительности (ОТО) гравитация рассматривается не как взаимодействие сил, а как свойство самого пространства-времени. Любой объект, имеющий массу, приводит к его искривлению, что и вызывает притяжение. В этом случае гравитация – это геометрический эффект, который рассматривается в рамках неевклидовой геометрии.

Проще говоря, пространственно-временной континуум воздействует на материю, обуславливая ее движение. А та, в свою очередь, влияет на пространство, «указывая» ему, как искривляться.

Силы притяжения действуют и в микромире, но на уровне элементарных частиц их влияние, по сравнению с электростатическим взаимодействием, ничтожно. Физики считают, что гравитационное взаимодействие не уступало остальным в первые мгновенья (10 -43 сек.) после Большого взрыва.

В настоящее время концепция гравитации, предложенная в общей теории относительности, является основной рабочей гипотезой, принятой большинством научного сообщества и подтвержденной результатами многочисленных опытов.

Эйнштейн в своей работе предвидел удивительные эффекты гравитационных сил, большая часть из которых уже нашла подтверждение. Например, возможность массивных тел искривлять световые лучи и даже замедлять течение времени. Последний феномен обязательно учитывается при работе глобальных спутниковых систем навигации, таких как ГЛОНАСС и GPS, в противном случае через несколько суток их погрешность составляла бы десятки километров.

Кроме того, следствием теории Эйнштейна являются так называемые тонкие эффекты гравитации, такие как гравимагнитное поле и увлечение инерциальных систем отсчёта (он же эффект Лензе-Тирринга). Эти проявления силы тяготения настолько слабы, что долгое время их не могли обнаружить. Только в 2005 году благодаря уникальной миссии НАСА Gravity Probe B был подтверждён эффект Лензе-Тирринга.

Гравитационное излучение или самое фундаментальное открытие последних лет

Гравитационные волны – это колебания геометрической пространственно-временной структуры, распространяющиеся со скоростью света. Существование этого феномена также было предсказано Эйнштейном в ОТО, но из-за слабости силы тяготения его величина очень мала, поэтому долгое время его не могли обнаружить. В пользу существования излучения говорили только косвенные свидетельства.

Подобные волны генерируют любые материальные объекты, движущиеся с асимметричным ускорением. Ученые описывают их как «рябь пространства-времени». Наиболее мощными источниками такого излучения являются сталкивающиеся галактики и коллапсирующие системы, состоящие из двух объектов. Типичный пример последнего случая – слияние черных дыр или нейтронных звезд . При подобных процессах гравитационное излучение может переходить более 50% от общей массы системы.

Гравитационные волны впервые были обнаружены в 2015 году с помощью двух обсерваторий LIGO. Практически сразу это событие получило статус крупнейшего открытия в физике за последние десятилетия. В 2017 году за него была присуждена Нобелевская премия. После этого ученым еще несколько раз удавалось фиксировать гравитационное излучение.

Еще в 70-е годы прошлого века – задолго до экспериментального подтверждения – ученые предлагали использовать гравитационное излучение для осуществления дальней связи. Его несомненное преимущество – это высокая способность проходить сквозь любые вещества, не поглощаясь. Но в настоящее время это вряд ли возможно, потому что существуют огромные трудности с генерацией и приемом этих волн. Да и реальных знаний относительно природы гравитации у нас пока недостаточно.

Сегодня в разных странах мира работает несколько установок, подобных LIGO и строятся новые. Вероятно, что в ближайшем будущем о гравитационном излучении мы узнаем больше.

Альтернативные теории всемирного тяготения и причины их создания

В настоящий момент доминирующей концепцией гравитации является ОТО. С ней согласуется весь существующий массив экспериментальных данных и наблюдений. В то же время она имеет большое количество откровенно слабых мест и спорных моментов, поэтому попытки создания новых моделей, объясняющих природу гравитации, не прекращаются.

Все, разработанные к настоящему моменту теории всемирного тяготения можно разбить на несколько основных групп:

• стандартные;
• альтернативные;
• квантовые;
• теории единого поля.

Попытки создания новой концепции всемирного тяготения предпринимались еще в XIX столетии. Разные авторы включали в нее эфир или корпускулярную теорию света. Но появление ОТО поставило точку на этих изысканиях. После ее публикации цель ученых изменилась - теперь их усилия были направлены на улучшение модели Эйнштейна, включение в нее новых природных явлений: спина частиц, расширения Вселенной и др.

К началу 80-х годов физики экспериментальным путем отвергли все концепции, за исключением тех, которые включали в себя ОТО как неотъемлемую часть. В это время в моду вошли «струнные теории», выглядевшие весьма многообещающе. Но опытного подтверждения эти гипотезы так и не нашли. За последние десятилетия наука достигла значительных высот и накопила огромный массив эмпирических данных. Сегодня попытки создать альтернативные теории гравитации вдохновляются в основном космологическими исследованиями, связанными с такими понятиями, как «темная материя», «инфляция», «темная энергия».

Одной из главных задач современной физики является объединение двух фундаментальных направлений: квантовой теории и ОТО. Ученые стремятся связать притяжение с остальными видами взаимодействий, создав таким образом «теорию всего». Именно этим и занимается квантовая гравитация – раздел физики, который пытается дать квантовое описание гравитационного взаимодействия. Ответвлением данного направления является теория петлевой гравитации.

Несмотря на активные и многолетние усилия, достичь этой цели пока не удается. И дело даже не в сложности этой задачи: просто в основе квантовой теории и ОТО лежат абсолютно разные парадигмы. Квантовая механика работает с физическими системами, действующими на фоне обычного пространства-времени. А в теории относительности само пространство-время - это динамическая составляющая, зависящая от параметров классических систем, находящихся в ней.

Наряду с научными гипотезами всемирного тяготения, существуют и теории, весьма далекие от современной физики. К сожалению, в последние годы подобные «опусы» просто заполонили интернет и полки книжных магазинов. Некоторые авторы таких работ вообще сообщают читателю, что гравитации не существует, а законы Ньютона и Эйнштейна – это выдумки и мистификации.

Примером могут служить труды «ученого» Николая Левашова, утверждающие, что Ньютон не открывал закон всемирного тяготения, а гравитационной силой в Солнечной системе обладают только планеты и наш спутник Луна. Доказательства этот «русский ученый» приводит довольно странные. Одним из них является полет американского зонда NEAR Shoemaker к астероиду Эрос, состоявшийся в 2000 году. Отсутствие притяжения между зондом и небесным телом Левашов считает доказательством ложности трудов Ньютона и заговора физиков, скрывающих от людей правду о гравитации.

На самом деле космический аппарат успешно выполнил свою миссию: сначала он вышел на орбиту астероида, а затем совершил на его поверхности мягкую посадку.

Искусственная гравитация и для чего она нужна

С силой тяжести связаны два понятия, которые, несмотря на свой текущий теоретический статус, хорошо известны широкой публике. Это антигравитация и искусственная гравитация.

Антигравитация – процесс противодействия силе притяжения, способный существенно уменьшить ее или даже заменить отталкиванием. Овладение подобной технологией привело бы к реальной революции в транспорте, авиации, исследовании космического пространства и кардинально изменило всю нашу жизнь. Но в настоящее время возможность антигравитации не имеет даже теоретического подтверждения. Более того, исходя из ОТО, подобный феномен и вовсе не осуществим, так как в нашей Вселенной не может быть отрицательной массы. Возможно, что в будущем мы узнаем о притяжении больше и научимся строить летательные аппараты на основе этого принципа.

Искусственная сила тяжести – это рукотворное изменение существующей силы гравитации. Сегодня подобная технология нам не слишком нужна, но ситуация однозначно изменится после начала долгосрочных космических путешествий. И дело заключается в нашей физиологии. Тело человека, «приученное» миллионами лет эволюции к постоянной гравитации Земли, крайне негативно воспринимает воздействие пониженной силы тяжести. Длительное пребывание даже в условиях лунной гравитации (в шесть раз слабее земной) может привести к печальным последствиям. Иллюзию притяжения можно создавать с помощью других физических сил, например, инерции. Однако подобные варианты сложны и дорого стоят. В настоящий момент искусственная гравитация не имеет даже теоретических обоснований, очевидно, что ее возможная практическая реализация – это дело весьма отдаленного будущего.

Сила тяжести – это понятие, известное каждому еще со школьной скамьи. Казалось бы, ученые должны были досконально исследовать этот феномен! Но гравитация так и остается глубочайшей тайной для современной науки. И это можно назвать прекрасным примером того, насколько ограничены знания человека о нашем огромном и замечательном мире.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

NetAngels :: Профессиональный хостинг

Тел.: 8-800-2000-699 (Звонок по РФ бесплатный)

Хостинг - это услуга по размещению веб-сайта на сервере провайдера или сервера на площадке провайдера (в дата-центре), т.е. предоставление круглосуточного подключения к сети Интернет, бесперебойного питания и охлаждения. В основном спрос на размещение сайтов значительно больше, чем на размещение серверов, потому что обычно размещение собственных серверов нужно только для довольно крупных сайтов или порталов. Так же, хостингами называют сами площадки или сервера, предоставляющие данную услугу.