Конечно, мы теперь знаем, что сила тяжести делает намного больше, чем заставляют вещи падать. Это управляет движением планет вокруг Солнца, скрепляет галактики и определяет структуру самой вселенной.
Мы также признаем, что сила тяжести – одна из четырех фундаментальных сил природы, наряду с электромагнетизмом, слабой силой и сильным взаимодействием.Современная теория силы тяжести – общая теория относительности Эйнштейна – является одной из самых успешных теорий, которые мы имеем. В то же время мы все еще не знаем все о силе тяжести, включая точный способ, которым она согласуется с другими фундаментальными силами.
Но вот шесть тяжелых фактов, которые мы действительно знаем о силе тяжести.1. Сила тяжести – безусловно самая слабая сила, которую мы знаем. Сила тяжести только привлекает – нет никакой отрицательной версии силы, чтобы выдвинуть вещи обособленно.
И в то время как сила тяжести достаточно сильна, чтобы скрепить галактики, это столь слабо, что Вы преодолеваете его каждый день. Если Вы забираете книгу, Вы противодействуете силе тяжести от всей Земли.Для сравнения, электрической силы между электроном и протоном в атоме примерно один quintillion (это – то с 30 нолями после него), времена, более сильные, чем гравитационная привлекательность между ними.
На самом деле сила тяжести так слаба, мы не знаем точно, насколько слабый это.2. Сила тяжести и вес не то же самое. Астронавты на плавании космической станции, и иногда мы лениво говорим, что они находятся в невесомости. Но это не верно.
Сила тяжести на астронавте составляет приблизительно 90 процентов силы, которую они испытали бы на Земле. Однако астронавты невесомы, так как вес – сила, которую земля (или стул или кровать или безотносительно) проявляет назад на них на Земле.Возьмите весы для ванной комнаты на лифт в крупном необычном отеле и стойте на нем, ездя вверх и вниз, игнорируя любые скептические взгляды, которые Вы могли бы получить.
Ваш вес колеблется, и Вы чувствуете, что лифт ускоряется и замедляется, все же гравитационная сила – то же самое. В орбите, с другой стороны, астронавты двигаются наряду с космической станцией. Нет ничего, чтобы заставить их к стороне космического корабля делать вес.
Эйнштейн повернул эту идею, наряду с его специальной теорией относительности, в Общую теорию относительности.3. Сила тяжести делает волны тем движением со скоростью света.
Общая теория относительности предсказывает гравитационные волны. Если у Вас есть две звезды, или белый затмевает или черные дыры, запертые во взаимной орбите, они медленно становятся ближе, поскольку гравитационные волны уносят энергию. На самом деле Земля также испускает гравитационные волны, поскольку она вращается вокруг солнца, но энергетическая потеря слишком крошечная, чтобы заметить.У нас была косвенная улика для гравитационных волн в течение 40 лет, но Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) только подтвердила явление в этом году.
Датчики взяли взрыв гравитационных волн, произведенных столкновением двух черных дыр больше чем миллиард световых лет далеко.Одно последствие относительности – то, что ничто не может поехать быстрее, чем скорость света в вакууме. Это идет для силы тяжести, также: Если бы что-то решительное произошло с солнцем, гравитационный эффект достиг бы нас в то же время, что и свет от события.
4. Объяснение микроскопического поведения силы тяжести бросило исследователей для петли. Другие три фундаментальных силы природы описаны квантовыми теориями в самых маленьких из весов – определенно, Стандартная Модель. Однако у нас все еще нет полностью рабочей квантовой теории силы тяжести, хотя исследователи пробуют.
Один путь исследования называют квантовой силой тяжести петли, которая использует методы от квантовой физики, чтобы описать структуру пространства-времени. Это предлагает, чтобы пространство-время было подобно частице в самых крошечных весах, тот же самый способ, которым вопрос сделан из частиц.
Вопрос был бы ограничен прыганием от одного пункта до другого на гибкой, подобной петле структуре. Это позволяет квантовой силе тяжести петли описывать эффект силы тяжести в масштабе, намного меньшем, чем ядро атома.
Более известный подход – теория струн, где частицы – включая гравитоны – считаются колебаниями последовательностей, которые свернуты в размерах, слишком небольших для экспериментов, чтобы достигнуть. Ни квантовая сила тяжести петли, ни теория струн, ни любая другая теория в настоящее время не в состоянии предоставить тестируемую подробную информацию о микроскопическом поведении силы тяжести.5. Силу тяжести могли бы нести невесомые частицы, названные гравитонами. В Стандартной Модели частицы взаимодействуют друг с другом через другие несущие силу частицы.
Например, фотон – перевозчик электромагнитной силы. Гипотетические частицы для квантовой силы тяжести – гравитоны, и у нас есть некоторые идеи того, как они должны работать от Общей теории относительности.
Как фотоны, гравитоны, вероятно, невесомы. Если у них была масса, эксперименты должны были видеть что-то – но она не исключает смехотворно крошечную массу.
6. Квантовая сила тяжести появляется в наименьшей длине, которой что-либо может быть. Сила тяжести очень слаба, но чем ближе вместе два объекта, тем более сильный это становится. В конечном счете это достигает силы других сил на очень крошечном расстоянии, известном как длина Планка, много раз меньшая, чем ядро атома.
Это – то, где квантовые эффекты силы тяжести будут достаточно сильны, чтобы иметь размеры, но это слишком маленькое для любого эксперимента, чтобы исследовать. Некоторые люди предложили теории, которые позволили бы квантовой силе тяжести обнаружиться в близко к масштабу миллиметра, но до сих пор мы не видели тех эффектов. Другие посмотрели на творческие способы увеличить квантовые эффекты силы тяжести, используя колебания в большом металлическом бруске или коллекциях атомов, сохраненных при ультранизких температурах.Кажется, что от самого маленького масштаба до самого большого сила тяжести продолжает привлекать внимание ученых.
Возможно, это будет некоторым утешением в следующий раз, когда Вы догадываетесь, когда сила тяжести захватывает Ваше внимание также.