В чем отличие гравитационного притяжения. Что такое гравитация для чайников: определение и теория простыми словами
На пожелтевшей от времени фотографии (судя по штемпелю, документ был рассекречен в начале девяностых) люди в белых халатах стоят возле стола, на котором смонтирована установка, поддерживающая жизнь в голове собаки породы колли. Собачье тело находится рядом, и, судя по всему, жизнь в нём также сохранена принудительно.
Вот такая информация сопровождает в интернете эту фотографию: 50-60-е годы в мире прошли под знаком значительных научных достижений и смелых экспериментов. Две сверхдержавы – СССР и США пребывали в подготовке к возможной войне, всячески инициируя военные разработки. Считалось, что обычные солдаты не смогут выстоять в ядерной войне, в отличие от киборгов.
В конце 50-х русский ученый Владимир Демихов удивил научный мир, трансплантировав собачью голову другой собаке. В 1958 году начался проект по созданию биоробота.
Медики, инженеры и даже лауреат Нобелевской премии В. Мануйлов в единой команде работали над реализацией проекта. В качестве биологической составляющей биоробота предлагались мыши, крысы, собаки и обезьяны. Выбор пал на собак, они более спокойны и покладисты чем приматы, тем более СССР накопил богатый опыт экспериментов над собаками. Проект получил название «Колли” и просущетвовал 10 лет, но впоследствии секретный проект был закрыт указом от 4 января 1969 года. Все данные по нему получили гриф «Строго секретно” и были государственной тайной до недавнего времени. В 1991 году все данные по проекту «КОЛЛИ» были рассекречены…»
Что это? Был ли такой эксперимент и к чему он привел? Сейчас мы постараемся это узнать …
Между тем в интернете гуляет ещё один фотодокумент: страница из книги, где был изображён «автомат сохранения жизни имени В.Р. Лебедева (АСЖЛ)» с подключённой к нему той самой собачьей головой породы колли. Многие читающие люди сразу же вспомнят о знаменитой беляевской «Голове профессора Доуэля». Но это же сенсация! Пусть даже и с собачьей головой.
Плюс к этому вот еще фото из тех же источников.
Вот так начиналась эта история …
В 1939 году в пятом номере журнала «Детская литература» Александр Беляев опубликовал статью «О моих работах». Статья эта стала ответом на критику его романа «Голова профессора Доуэля». Рецензент романа, некий товарищ Рыкалёв, считал, что ничего фантастичного в «Голове профессора Доуэля» нет, поскольку повсеместно известны успешные результаты опытов по оживлению собачьих голов, проводимые советским учёным Брюхоненко.
В своей статье Беляев пояснял, что роман об оживлении человеческой головы был написан им более пятнадцати лет назад, то есть в 1924 году, и что в это время никто из советских учёных даже не планировал подобных опытов.
Более того, подобных опытов не делали врачи, на работы которых опирался Брюхоненко. Беляев называет их фамилии: профессор И. Петров, Чечулин и Михайловский - и даже ссылается на статью И. Петрова «Проблемы оживления», напечатанную в «Известиях» в 1937 году. Кто же такой этот профессор И. Петров, и какие эксперименты он проводил? Ответ я нашёл во втором номере журнала «Наука и жизнь» за 1939 год, где профессор И. Р. Петров из военно-медицинской академии РККА имени С. М. Кирова опубликовал статью «Проблема оживления организмов» (которая, была более развёрнутым вариантом его работы, опубликованной ранее в «Известиях»).
На сайте Военно-медицинской академии имени С. М. Кирова можно выяснить, что Иоаким Романович Петров в 1939 году возглавил кафедру патологической физиологии и в течение двадцати четырёх лет был её бессменным руководителем. Академик АМН ССР генерал-майор Петров внёс большой вклад в развитие отечественной реаниматологии. Наибольшую известность ему принесла разработка кровозамещающего раствора, до сих пор именуемого «жидкость Петрова«, спасшего в годы Великой Отечественной войны множество жизней.
Статья Иоакима Иванова в большей степени была посвящена проблемам реанимации.
В своей статье «Проблема оживления организмов» Иоаким Романович рассказывает об актуальности оживления человека и животных после прекращения сердцебиения и дыхания, а также приводит множество примеров опытов, которые проводились на кошках. Описания опытов, надо отметить, по нынешним гринписовским временам являются очень откровенными («…даже у животных, подвергавшихся двухкратному и трёхкратному оживлению после смертельного удушения…»).
Однако в статье не было ни слова об опытах по оживлению отдельно взятой головы животного. Зато нашлась ссылка на работы французского физиолога Броун-Секара, который в 1848 году оживлял органы и ткани, промывая их кровеносные сосуды кровью. На Броун-Секара, кстати, ссылался и в своей статье и Беляев, упоминая, что француз проводил первые несовершенные опыты по оживлению собачьей головы еще в девятнадцатом веке.
Удивительно, но выдающийся французский физиолог, член британского Королевского общества и Национальной Академии наук Франции Шарль Эдуард Броун-Секар в молодости и не планировал становиться врачом. Его стихией была литература. Однако писатель Шарль Нодье, которому он показал свои сочинения, отговорил Броун-Секара заниматься литературой. Не потому, что таланта у молодого человека не было, а потому, что писательский труд не приносил достаточного заработка.
Возможно, мир и потерял писателя, но приобрёл увлечённого своим делом физиолога. Броун-Секар зарекомендовал себя очень плодовитым (более пятисот научных трудов) и смелым учёным, которого не страшила критика коллег. В 1858 году он шокировал научное сообщество, восстановив жизненные функции головы собаки, отделённой от тела. Броун-Секар сделал это, пропуская через кровеносные сосуды головы артериальную кровь (функция перфузии).
В молодости Шарль Броун-Секар был натурой романтичной. Видимо, поэтому он свято уверовал в эффективность изобретённого им «эликсира молодости»
Но наибольшую известность Броун-Секар получил за опыты по омоложению организма путём введения сыворотки из половых желез животных (собак и кроликов). Опыты эти Броун-Секар проводил на себе. При этом так уверился в их действенности, что в возрасте семидесяти двух лет сделал специальный доклад на заседании Парижской Академии наук, уверяя коллег в том, что его самочувствие после использования «эликсира молодости» существенно улучшилось. Доклад вызвал большую шумиху. Газетчиками был введён термин «омоложение». Конечно, сейчас очевидно, что наибольшую роль в улучшении самочувствия стареющего учёного сыграло самовнушение, но в те времена его опыты считались прорывом в области продления активной жизни человека. Скорее всего, именно история «эликсира молодости» Броун-Секара вдохновила Михаила Афанасьевича Булгакова на написание повести «Собачье сердце».
Броун-Секар был одним из первых оживителей голов. Но на обсуждаемом фото мы видим коллектив советских учёных. Как мы выяснили, советский академик Иоаким Петров не занимался воскресением отделённых от тела голов. Но в статье Беляева есть ещё одна фамилия - Брюхоненко.
C именем Сергея Сергеевича Брюхоненко связана история создания первого аппарата искусственного кровообращения (АИК). Вынужденный заниматься практической хирургией сразу после окончания медицинского факультета МГУ (в то время в разгаре была Первая мировая война), Сергей Брюхоненко загорелся идеей поддержания жизнеобеспечения организма и его отдельных органов путём организации в них искусственного кровообращения.
Идея эта нашла воплощение в приборе автожекторе, который Брюхоненко с коллегами разработал и запатентовал в 1925 году.
Работы советских ученых первой половины XX века в области биологии и физиологии отличались поразительной смелостью замыслов, захватывающими экспериментами и редкой даже по сегодняшним представлениям перспективностью. Главным направлением исследований того времени была борьба со смертью и попытки оживления организма.
Научной базой явилась целая серия старых работ с изолированными органами. Биологи убедились в том, что кусочек сердца куриного зародыша может ритмически сокращаться очень продолжительное время в искусственной среде. Органы «простейших» организмов могут быть настолько неприхотливы и жизнеспособны, что, даже будучи отсеченными от целого организма, продолжают жить и развиваться. Гидра получила свое легендарное имя именно из-за этой особенности, а отрезанный луч морской звезды дает начало целой новой морской звезде. И все это в самых обычных условиях существования этих организмов.
Появились и первые ошеломляющие результаты. Блестящий хирург Владимир Демихов успешно пересаживал сердце от одной собаки к другой. Доктор Шуга из Краснодара демонстрировал собаку, у которой почка была пришита на шее и выделяла мочу (собственных почек у собаки не было). Знаменитый профессор Кулябко оживил голову рыбы, пропуская через сосуды головы раствор, содержащий соль в соотношениях крови и изолированная голова рыбы функционировала. Он же первым в мире оживил человеческое сердце в виде изолированного органа. Параллельно шли работы по оживлению целого организма.
Но самые смелые работы принадлежали Сергею Сергеевичу Брюхоненко. Проблема продления жизни волновала его еще со студенческой скамьи. Опираясь на работы предшественников, он поставил перед собой задачу - заняться опытами с изолированной головой собаки.
Главной задачей было обеспечить нормальное кровообращение, так как даже кратковременное его нарушение вызывает необратимые процессы в мозге и смерть. Тогда он собственными руками сконструировал первый аппарат искусственного кровообращения, названный автожектором. Аппарат являлся аналогом сердца теплокровных животных и осуществлял с помощью электромоторов два круга кровообращения. Роль артерий и вен в этом аппарате выполняли каучуковые трубки, соединявшиеся в большом круге с головой собаки, а в малом - с изолированными легкими животного.
В 1928 г. на третьем съезде физиологов СССР Брюхоненко продемонстрировал оживление изолированной от туловища головы собаки, жизнь которой поддерживалась при помощи аппарата искусственного кровообращения. Чтобы доказать, что голова, лежащая на столе, была живой, он показал как она реагирует на раздражители. Брюхоненко ударил по столу молотком, и голова вздрогнула. Он посветил ей в глаза, и глаза моргнули. Он даже скормил голове кусочек сыра, который тут же выскочил из пищеводной трубки на другом конце.
В своих заметках Брюхоненко писал:
Особенно интенсивные движения следовали за раздражением слизистой носа зондом, введённым в ноздрю. Такое раздражение вызывало у головы, лежавшей на тарелке, столь энергичную и продолжительную реакцию, что начиналось кровотечение из раненой поверхности и едва не были оборваны трубки, присоединённые к её сосудам. Голову при этом пришлось придерживать на тарелке руками. Казалось, что голова собака хотела освободиться от внедрённого в ноздрю зонда. Голова несколько раз широко открывала рот, и создавалось впечатление, по выражению наблюдавшего этот эксперимент профессора А. Кулябко, что она будто пытается лаять и выть.
Этот эксперимент явился началом новой эры в медицине. Стало ясно, что оживление человеческого организма после наступления клинической смерти реально так же, как проведение операций на открытом сердце, пересадка органов и создание искусственного сердца.
Результаты сенсационного эксперимента Брюхоненко были тут же представлены идеологами как безусловная победа советской науки. Именно их использовал товарищ Рыкалёв, критируя роман Александра Беляева. Но, конечно же, главная заслуга изобретения Сергея Брюхоненко заключается в том, что впервые на практике был реализован принцип искусственного поддержания жизни организма и отдельных органов, без которого немыслимы современные реаниматология и трансплантология.
Об успехах российского хирурга писали зарубежные газеты. Известный писатель Бернард Шоу в письме к одной из своих корреспонденток так отзывался о работе Сергея Брюхоненко:
Сударыня, я нахожу эксперимент Брюхоненко чрезвычайно интересным, но я не могу себе представить ничего более необдуманного, как предложение испытывать его на приговоренном к смерти преступнике.
Продлевать жизнь такого человека нежелательно. Эксперимент должен быть осуществлен над человеком науки, жизнь которого подвергается опасности по причине неизлечимого органического недуга - например, рака желудка, - который угрожает лишить человечество результатов деятельности его мозга.
Что может быть легче, чем спасти такого гения от смерти тем, что ему отрежут голову, причем освободят его мозг от рака, в то время как необходимая циркуляция крови будет поддерживаться через обрезанные артерии и вены его шеи, так что великий человек сможет продолжать читать нам лекции, обучать нас, давать нам советы, не будучи связанным недостатками своего тела.
Я испытываю прямо-таки искушение дать обрезать голову мне самому, чтоб я впредь мог диктовать пьесы и книги так, чтоб мне не мешали болезни, чтоб я не должен был одеваться и раздеваться, чтоб мне не нужно было есть, чтоб мне не приходилось делать ничего другого, как только производить драматические и литературные шедевры.
Я бы, разумеется, подождал, чтоб один или два вивисектора подвергли бы себя этому эксперименту, чтоб убедиться в том, что это практично и не опасно, но я ручаюсь, что в дальнейшем с моей стороны не будет никаких затруднений.
Я весьма Вам признателен за то, что Вы обратили мое внимание на такую радостную возможность…
В последующие годы работа заключалась в усовершенствовании метода искусственного кровообращения. Возникла необходимость создания «искусственного легкого». С.С. Брюхоненко совместно с профессором В.Д. Янковским разработал сплошную систему «искусственное сердце - легкое». С одной стороны, она обеспечивала полноценное кровообращение организма, а с другой - полный газообмен, заменяя лёгкие.
Тысяча американских ученых в Манхэттене на прошлой неделе наблюдали, как мертвых животных возвращали назад к жизни. Это был первый общественный американский показ фильма, изображающего эксперимент советских биологов. Они слили кровь из собаки. Спустя пятнадцать минут после того, как её сердце прекратило биться, они вкачали кровь обратно в её безжизненное тело с помощью аппарата, названного автожектор, служащего искусственным сердцем и легкими. Скоро собака зашевелилась, начала дышать, её сердце начало биться. Через двенадцать часов она стояла на ногах, виляла хвостом, лаяла, полностью восстановилась. (…)
У автожектора, относительно простой машины, есть судно («легкое»), в котором кровь снабжается кислородом, насос, который распространяет насыщенную кислородом кровь через артерии, другой насос, который забирает кровь из вен назад к «легкому» для большего количества кислорода. Две других собаки, на которых эксперимент был выполнен в 1939, все еще живы и здоровы. Автожектор может также держать сердце собаки бьющимся, вне её тела, поддерживать отрезанную голову собаки в течение многих часов - голова поднимала уши при шуме и облизывала пасть, когда её смазали лимонной кислотой. Но машина не способна к восстановлению целой собаки больше чем через 15 минут после её обескровливания - соматические клетки тогда начинают распадаться.
В 1942 г. в очень трудные месяцы Великой Отечественной Войны в Московском институте скорой помощи им. Склифосовского была создана лаборатория экспериментальной патологии. Первыми руководителями лаборатории были профессора С.С. Брюхоненко и B.C. Троицкий. Под руководством Брюхоненко были разработаны условия консервирования крови, позволяющие сохранять её в течение двух-трех недель, что имело чрезвычайно важное значение при оказании помощи раненым.
С 1951 года С.С. Брюхоненко участвовал в организации нового Научно-исследовательского института экспериментальной хирургической аппаратуры и инструментов, где сначала был заместителем директора по медицинской части, а потом возглавлял физиологическую лабораторию. С 1958 года С.С. Брюхоненко руководил лабораторией искусственного кровообращения института экспериментальной биологией и медицины Сибирского отделения Академии Наук СССР.
В 1960 году Сергей Сергеевич Брюхоненко скончался в возрасте 70 лет. За свою жизнь он запатентовал десятки изобретений в разных областях, чем, несомненно, внёс огромный вклад в развитие отечественной науки. За научное обоснование и разработку проблемы искусственного кровообращения доктору медицинских наук С.С. Брюхоненко в 1965 году посмертно была присуждена Ленинская премия.
Без метода искусственного кровообращения невозможно представить современную медицину. Но, к сожалению, в повседневной практике врачи пользуются не прибором Брюхоненко: как и многие российские идеи, эта была подхвачена западными учеными и доведена там до совершенных промышленных образцов.
В Москве на доме №51 по проспекту Мира висит невзрачная мемориальная доска, и почти никто из проходящих мимо людей не знает, чем же осчастливил мир великий российский ученый Сергей Брюхоненко, проживавший здесь.
Кстати, прообразом главного героя романа «Голова профессора Доуэля» фантаста Александра Беляева послужил именно С.С. Брюхоненко.
Но не ко всем «оживителям голов» судьба была столь благосклонна. Примером тому может служить судьба великого экспериментатора Владимира Петровича Демихова, которого трансплантологи всего мира заслуженно считают своим учителем.
Талант экспериментатора проявился у Владимира Демихова ещё во времена студенчества. В 1937 году, будучи студентом физиологического отделения биологического факультета МГУ, Демихов самостоятельно изготовил аппарат, который сейчас можно назвать искусственным сердцем. Свою разработку студент-физиолог проверил на собаке, которая прожила с демиховским искусственным сердцем около двух часов.
Далее была война и работа врачом-патологоанатомом. И мечта помочь умирающим людям, пересаживая им новые жизненно важные органы. В период с 1946 по 1950 год Владимир Демихов, работая в Институте экспериментальной и клинической хирургии, провёл ряд уникальных операций, впервые в мире выполнив на животных трансплантацию сердца, лёгких и печени. В 1952 году он разработал методику коронарного шунтирования, которая ныне спасает тысячи жизней.
Владимир Петрович Демихов, учёный-экспериментатор, основоположник мировой трансплантологии совершил экспериментальную пересадку собачьей головы.
Владимир Петрович Демихов родился 18 июля 1916 г. в России на хуторе Кулини (территория современной Волгоградской области) в семье крестьянина. Учился в ФЗУ на слесаря-ремонтника. В 1934 г. В.Демихов поступил в Московский государственный университет на физиологическое отделение биологического факультета и очень рано начал научную деятельность. В годы войны он выполняет обязанности врача-патологоанатома. Сразу после войны он приходит в Институт экспериментальной и клинической хирургии.
В 1946 году Демихоым впервые в мире было успешно пересажено собаке второе сердце, а вскоре он смог полностью заменить сердечно-легочный комплекс, что стало мировой сенсацией, которую в СССР даже не заметили. Через два года он начал эксперименты по пересадке печени, а еще через несколько лет впервые в мире заменил сердце собаки на донорское. Это доказывало возможность проведения подобной операции на человеке.
Внимание научной общественности привлекли эксперименты Демихова (1950) по гомопластической замене сердца и легких. Они выполнялись в четыре этапа - подготовка донорского сердца и легких к трансплантации; подготовка грудной клетки и сосудов реципиента; извлечение сердца и легких у донора и перенесение их в грудную клетку реципиента (с поддержанием искусственного дыхания в трансплантате); соединение сосудов трансплантата, выключение и удаление собственного сердца. Продолжительность жизни собак после трансплантации достигала 16 часов.
Демихов при участии своих помощников А.Фатина и В.Горяйнова предложил в 1951 г. оригинальный метод консервирования изолированных органов. Для этой цели использовался весь комплекс внутренних органов (сердце, легкие, печень, почки, желудочно-кишечный тракт) вместе с кровеносной и лимфатической системами. Для поддержания жизнедеятельности такого комплекса органов требовались только искусственная вентиляция легких и постоянная температура окружающей среды (38-39°С). Следующее важное достижение - первое в мире маммарно-коронарное шунтирование (1952 - 1953 гг.). Коронарное шунтирование – сложная хирургическая операция, позволяющая восстановить кровоток в артериях сердца путём обхода места сужения коронарного сосуда с помощью шунтов.
Немалый интерес вызвала пересадка головы собаки, которую осуществил Демихов вместе с Горяйновым в1954 г.
В 1956 г. Демихов пишет диссертацию на тему пересадки жизненно важных органов. В ней он анализирует результаты собственных опытов. Они были удивительны: собаки, составленные из двух половин, жили по несколько недель. Защита должна была состояться в Первом медицинском институте, однако защита не состоялась: автора сочли фантазером, а его работу – не заслуживающей внимания.
Демиховым был разработал способ пересадки головы вместе с передними конечностями от щенка на шею взрослой собаки. При этом дуга аорты щенка соединялась с сонной артерией собаки, а его верхняя полая вена - с яремной веной собаки. В результате в пересаженной голове полностью восстанавливалось кровообращение, она сохраняла свои функции и все присущие рефлексы.
В это же время он производил тотальную замену крови у собак, овец и свиней на человеческую трупную - с целью антигенного сближения этих животных с человеком. После чего он подключал к их кровеносной системе трупные сердца человека. По этой методике Демихову удалось оживить трупные сердца человека через 2,5 - 6 часов после смерти и поддерживать их в функционирующем состоянии на длительный период времени. Наилучшие результаты были получены при использовании свиньи в качестве промежуточного хозяина. Таким образом, Демиховым был впервые создан банк живых органов.
Можно только поражаться стойкости Владимира Петровича, продолжавшего экспериментировать, несмотря на то, что в период напряженнейших научных исследований назначались бесчисленные комиссии, целью которых было доказать ненужность экспериментов и закрыть лабораторию. Лишь только в 1963 году Демихов, причем в один день, смог защитить сразу две диссертации (кандидатскую и докторскую).
Демонстрируя отточенность и эффективность разработанных им методик, Демихов в 1954 году проводит уникальную операцию по пересадке собачьей головы на тело другой собаки. Позднее в своей лаборатории Демихов создаст более двадцати двухголовых собак, отрабатывая на них методику соединения сосудов и нервной ткани.
Однако очевидные достижения Демихова были восприняты далеко не однозначно. Работая в первом Московском медицинском институте имени И. М. Сеченова, Владимир Петрович из-за разногласий с дирекцией института так и не смог защитить диссертацию на тему «Пересадка жизненно важных органов в эксперименте». Между тем его книга с одноименным названием стала бестселлером во многих странах мира и долгое время была единственным учебником по практической трансплантологии.
В 1965 году доклад Демихова по пересадке органов (в том числе голов) у собак, сделанный им на заседании секции трансплантологов, подвергся жесточайшей критике и был назван ахинеей и чистой воды шарлатанством. До конца жизни Владимир Петрович подвергался гонениям советских «коллег» по цеху. И это при том, что Кристиан Бернард - первый хирург, выполнивший трансплантацию сердца человеку, перед своей операцией дважды посещал лабораторию Демихова и считает его своим учителем.
Лаборатория под руководством Демихова работала до 1986 г. Разрабатывались методы пересадки головы, печени, надпочечников с почкой, пищевода, конечностей. Результаты этих экспериментов были опубликованы в научных журналах. Работы Демихова получили международное признание. Ему присвоено звание почетного доктора медицины Лейпцигского университета, почетного члена Королевского научного общества Швеции, а также Ганноверского университета, американской клиники братьев Мейо. Он является обладателем почетных дипломов научных организаций разных стран мира. А в нашей стране - лишь лауреатом «ведомственной» премии имени Н.Н.Бурденко, присуждавшейся Академией медицинских наук СССР.
Умер Демихов в безвестности и бедности. Лишь незадолго до смерти он был награжден орденом «За заслуги перед Отечеством» III степени. Заслугой, которая принесла это запоздалое признание, скорее всего, стала разработка аорто-коронарного шунтирования.
Именно с именем Владимира Демихова связана та самая «гонка голов», которая началась в шестидесятые между СССР и США параллельно с «космической гонкой».
В 1966 году американское правительство начало финансирование работ хирурга Кливлендской центральной больницы Роберта Уайта. В марте 1970 года Уайт успешно провёл операцию по пересадке головы одной обезьяны на тело другой.
К слову, как и в случае Демихова, работы Уайта в США подверглись суровой критике. И если Владимира Петровича советские идеологи обвиняли в попрании коммунистической морали, то на Уайта «повесили» нарушение монополии божьего промысла. До конца жизни Уайт собирал средства на операцию по пересадке головы человека. У него был даже доброволец - парализованный Крейг Ветовиц.
Ну а что же архивный документ, с которого началось моё расследование, и «автомат сохранения жизни имени В. Р. Лебедева»?
Конечно же, всё это оказалось фальсификацией. Но фальсификацией в хорошем смысле этого слова. Документы эти - результат работы, выполненной в рамках креативного проекта компьютерной графики «Колли». Считать применение «автомата сохранения жизни» для создания советского колли-киборга правдивым может только откровенный параноик.
Фейк? Однозначно. Только вот в его основе лежит судьба реальных людей. Экспериментаторов, не побоявшихся превратить беляевский фантастический сюжет в реальность.
Ну и закончим сие разоблачение на творческой ноте. В общем то вот он и сам фотошопо-проект:
Легенда креативного проекта гласит: В 2010 году научные достижения советских ученых проекта «Колли» были применены для сохранения жизни моей собаки. Осенью этого же года родители поехали на экскурсию в город Суздаль. Они взяли с собой собаку. Ее имя Чарма, но мы ее называем «Колли», потому что она никогда не станет прежней.
Во времена Второй Мировой войны на некоторых островах Меланезии (совокупность тихоокеанских островных групп) зародились интересные культы — так называемые «культы карго» (cargo — груз, перевозимый на судне), которые появились у местных аборигенов в результате контакта с цивилизованными пришельцами, в основном с американцами.
Американцы, воевавшие с японцами, размещали на тихоокеанских островах свои военные базы. Они строили там взлетно-посадочные полосы, на которые садились самолеты. Иногда самолеты не садились, а просто сбрасывали груз и улетали обратно. В общем, с неба прилетал или падал груз.
Островитяне раньше никогда не видели белых людей, поэтому с интересом наблюдали за ними. Тем более, что у них было так много интересных вещей: зажигалки, фонарики, красивые жестяные банки с джемом, стальные ножи, одежда с блестящими пуговицами, обувь, палатки, красивые картинки с белыми женщинами, бутылки с огненной водой и так далее. Туземцы видели, что все эти предметы доставлялись в виде груза с неба. Всё это было так удивительно!
Понаблюдав некоторое время, аборигены обнаружили, что для получения всех этих сказочных благ американцы не работали. Они не растирали в ступках зерно, не ходили на охоту и не собирали кокосы. Вместо этого они размечали на земле загадочные полосы, надевали наушники и кричали непонятные слова. Потом они светили в небо кострами или прожекторами, махали флажками — и с неба прилетали железные птицы и привозили им груз — все эти чудесные вещи, которые американцы давали островитянам в обмен на кокосы, раковины и благосклонность юных туземок. Иногда бледнолицые строились в ровные колонны и зачем-то стояли рядами и кричали разные неведомые слова.
Потом война закончилась, американцы свернули палатки, дружески попрощались и улетели на своих птицах. И больше неоткуда было взять фонарики, варенье, картинки и особенно огненную воду.
Туземцы не были лентяями. Но сколько они не трудились, у них не получались ни брезентовые палатки, ни красивые одежды с рисунком, ни жестянки с тушенкой, ни фляжки с дивным напитком. И это было обидно и несправедливо.
И тогда они задались вопросом: почему бледнолицым падало с неба добро, а им нет? Что они делают не так? Они денно и нощно крутили жернова и копали огороды — и им ничего с неба не упало. Наверно, для получения всех этих дивных вещей надо делать то же, что и бледнолицые. А именно — надеть наушники и кричать слова, а затем проложить полосы, зажечь костры и ждать. Наверно, всё это — магические ритуалы и волшебство, которым овладели бледнолицые. Ведь было совершенно очевидно, что все прекрасные вещи появлялись у них в результате магических действий, и никто никогда не видел, чтобы американцы их делали сами.
Когда, спустя несколько лет, до острова добрались антропологи, они обнаружили, что там возник совершенно невиданный ранее религиозный культ. Везде были натыканы столбы, соединенные между собой пеньковыми веревками. Одни туземцы прокладывали в джунглях просеки, строили плетеные вышки с антеннами, махали флажками из крашеных циновок, другие в наушниках из половинок кокосов кричали что-то в бамбуковые микрофоны. А на проложенных просеках стояли соломенные самолеты. Смуглые тела аборигенов были раскрашены под военную форму с буквами USA и орденами. Они старательно маршировали, держа плетеные винтовки.
Самолеты не прилетали, но туземцы считали, что они, наверное, недостаточно молятся, и продолжали кричать в бамбуковые микрофоны, зажигать посадочные огни и ждать богов, которые наконец-то привезут им заветный груз. Появились жрецы, которые лучше других знали, как следует правильно маршировать и яростно поносили тех, кто уклонялся от выполнения всех ритуалов. За этими занятиями им совсем уже стало некогда толочь зерно, копать батат и ловить рыбу. Ученые забили тревогу: племена могли вымереть с голоду! Им стали оказывать гуманитарную помощь, что окончательно убедило туземцев в правильности их воззрений, ведь чудесный груз наконец-то опять стал падать с неба!
Приверженцы культа карго обычно не знают производства или коммерции. Их понятия о западном обществе, науке и экономике весьма туманны. Они твердо верят в очевидную для них догму — иностранцы имели особую связь со своими предками, которые были единственными существами, кто мог производить такие богатства, которые невозможно изготовить на Земле. А значит, надо соблюдать ритуалы, молиться и верить.
Похожие друг на друга карго-культы независимо зародились на островах, далеких друг от друга не только географически, но и в культурном плане. Антропологи зафиксировали два отдельных случая в Новой Каледонии, четыре — на Соломоновых островах, четыре — на Фиджи, семь — на Новых Гебридах и более сорока — в Новой Гвинее. Причем, как правило, они возникали совершенно независимо друг от друга. В большинстве этих религий утверждается, что в день апокалипсиса вместе с «грузом» прибудет некий мессия.
Независимое зарождение такого числа никак не связанных, но схожих культов указывает на определенные особенности человеческой психики в целом. Слепое подражание и поклонение — в этом суть культов карго — новоявленных религий нашего времени.
Многие культы карго сошли на нет, но некоторые существуют и в наши дни. Например, культ мессии Джона Фрума на острове Танна.
Самым главным явлением, постоянно изучаемым физиками, является движение. Электромагнитные явления, законы механики, термодинамические и квантовые процессы – все это широкий спектр изучаемых физикой фрагментов мироздания. И все эти процессы сводятся, так или иначе, к одному – к .
Вконтакте
Все во Вселенной движется. Гравитация – привычное явление для всех людей с самого детства, мы родились в гравитационном поле нашей планеты, это физическое явление воспринимается нами на самом глубоком интуитивном уровне и, казалось бы, даже не требует изучения.
Но, увы, вопрос, почему и каким образом все тела притягиваются друг к другу , остается и на сегодняшний день не до конца раскрытым, хотя и изучен вдоль и поперек.
В этой статье мы рассмотрим, что такое всемирное притяжение по Ньютону – классическую теорию гравитации. Однако прежде чем перейти к формулам и примерам, расскажем о сути проблемы притяжения и дадим ему определение.
Быть может, изучение гравитации стало началом натуральной философии (науки о понимании сути вещей), быть может, натуральная философия породила вопрос о сущности гравитации, но, так или иначе, вопросом тяготения тел заинтересовались еще в Древней Греции .
Движение понималось как суть чувственной характеристики тела, а точнее, тело двигалось, пока наблюдатель это видит. Если мы не можем явление измерить, взвесить, ощутить, значит ли это, что этого явления не существует? Естественно, не значит. И с тех пор, как Аристотель понял это, начались размышления о сути гравитации.
Как оказалось в наши дни, спустя многие десятки веков, гравитация является основой не только земного притяжения и притяжения нашей планеты к , но и основой зарождения Вселенной и почти всех имеющихся элементарных частиц.
Задача движения
Проведем мысленный эксперимент. Возьмем в левую руку небольшой шарик. В правую возьмем такой же. Отпустим правый шарик, и он начнет падать вниз. Левый при этом остается в руке, он по-прежнему недвижим.
Остановим мысленно ход времени. Падающий правый шарик «зависает» в воздухе, левый все также остается в руке. Правый шарик наделен «энергией» движения, левый – нет. Но в чем глубокая, осмысленная разница между ними?
Где, в какой части падающего шарика прописано, что он должен двигаться? У него такая же масса, такой же объем. Он обладает такими же атомами, и они ничем не отличаются от атомов покоящегося шарика. Шарик обладает ? Да, это правильный ответ, но откуда шарику известно, что обладает потенциальной энергией, где это зафиксировано в нем?
Именно эту задачу ставили перед собой Аристотель, Ньютон и Альберт Эйнштейн. И все три гениальных мыслителя отчасти решили для себя эту проблему, но на сегодняшний день существует ряд вопросов, требующих разрешения.
Гравитация Ньютона
В 1666 году величайшим английским физиком и механиком И. Ньютоном открыт закон, способный количественно посчитать силу, благодаря которой вся материя во Вселенной стремится друг к другу. Это явление получило название всемирное тяготение. Когда вас просят: «Сформулируйте закон всемирного тяготения», ваш ответ должен звучать так:
Сила гравитационного взаимодействия, способствующая притяжению двух тел, находится в прямой пропорциональной связи с массами этих тел и в обратной пропорциональной связи с расстоянием между ними.
Важно! В законе притяжения Ньютона используется термин «расстояние». Под этим термином следует понимать не дистанцию между поверхностями тел, а расстояние между их центрами тяжести. К примеру, если два шара радиусами r1 и r2 лежат друг на друге, то дистанция между их поверхностями равна нулю, однако сила притяжения есть. Все дело в том, что расстояние между их центрами r1+r2 отлично от нуля. В космических масштабах это уточнение не суть важно, но для спутника на орбите данная дистанция равна высоте над поверхностью плюс радиус нашей планеты. Расстояние между Землей и Луной также измеряется как расстояние между их центрами, а не поверхностями.
Для закона тяготения формула выглядит следующим образом:
,
- F – сила притяжения,
- – массы,
- r – расстояние,
- G – гравитационная постоянная, равная 6,67·10−11 м³/(кг·с²).
Что же представляет собой вес, если только что мы рассмотрели силу притяжения?
Сила является векторной величиной, однако в законе всемирного тяготения она традиционно записана как скаляр. В векторной картине закон будет выглядеть таким образом:
.
Но это не означает, что сила обратно пропорциональна кубу дистанции между центрами. Отношение следует воспринимать как единичный вектор, направленный от одного центра к другому:
.
Закон гравитационного взаимодействия
Вес и гравитация
Рассмотрев закон гравитации, можно понять, что нет ничего удивительного в том, что лично мы ощущаем притяжение Солнца намного слабее, чем земное . Массивное Солнце хоть и имеет большую массу, однако оно очень далеко от нас. тоже далеко от Солнца, однако она притягивается к нему, так как обладает большой массой. Каким образом найти силу притяжения двух тел, а именно как вычислить силу тяготения Солнца, Земли и нас с вами – с этим вопросом мы разберемся чуть позже.
Насколько нам известно, сила тяжести равна:
где m – наша масса, а g – ускорение свободного падения Земли (9,81 м/с 2).
Важно! Не бывает двух, трех, десяти видов сил притяжения. Гравитация – единственная сила, дающая количественную характеристику притяжения. Вес (P = mg) и сила гравитации – одно и то же.
Если m – наша масса, M – масса земного шара, R – его радиус, то гравитационная сила, действующая на нас, равна:
Таким образом, поскольку F = mg:
.
Массы m сокращаются, и остается выражение для ускорения свободного падения:
Как видим, ускорение свободного падения – действительно постоянная величина, поскольку в ее формулу входят величины постоянные — радиус, масса Земли и гравитационная постоянная. Подставив значения этих констант, мы убедимся, что ускорение свободного падения равно 9,81 м/с 2 .
На разных широтах радиус планеты несколько отличается, поскольку Земля все-таки не идеальный шар. Из-за этого ускорение свободного падения в отдельных точках земного шара разное.
Вернемся к притяжению Земли и Солнца. Постараемся на примере доказать, что земной шар притягивает нас с вами сильнее, чем Солнце.
Примем для удобства массу человека: m = 100 кг. Тогда:
- Расстояние между человеком и земным шаром равно радиусу планеты: R = 6,4∙10 6 м.
- Масса Земли равна: M ≈ 6∙10 24 кг.
- Масса Солнца равна: Mc ≈ 2∙10 30 кг.
- Дистанция между нашей планетой и Солнцем (между Солнцем и человеком): r=15∙10 10 м.
Гравитационное притяжение между человеком и Землей:
Данный результат довольно очевиден из более простого выражения для веса (P = mg).
Сила гравитационного притяжения между человеком и Солнцем:
Как видим, наша планета притягивает нас почти в 2000 раз сильнее.
Как найти силу притяжения между Землей и Солнцем? Следующим образом:
Теперь мы видим, что Солнце притягивает нашу планету более чем в миллиард миллиардов раз сильнее, чем планета притягивает нас с вами.
Первая космическая скорость
После того как Исаак Ньютон открыл закон всемирного тяготения, ему стало интересно, с какой скоростью нужно бросить тело, чтобы оно, преодолев гравитационное поле, навсегда покинуло земной шар.
Правда, он представлял себе это несколько иначе, в его понимании была не вертикально стоящая ракета, устремленная в небо, а тело, которое горизонтально совершает прыжок с вершины горы. Это была логичная иллюстрация, поскольку на вершине горы сила притяжения немного меньше .
Так, на вершине Эвереста ускорение свободного падения будет равно не привычные 9,8 м/с 2 , а почти м/с 2 . Именно по этой причине там настолько разряженный , частицы воздуха уже не так привязаны к гравитации, как те, которые «упали» к поверхности.
Постараемся узнать, что такое космическая скорость.
Первая космическая скорость v1 – это такая скорость, при которой тело покинет поверхность Земли (или другой планеты) и перейдет на круговую орбиту.
Постараемся узнать численной значение этой величины для нашей планеты.
Запишем второй закон Ньютона для тела, которое вращается вокруг планеты по круговой орбите:
,
где h — высота тела над поверхностью, R — радиус Земли.
На орбите на тело действует центробежное ускорение , таким образом:
.
Массы сокращаются, получаем:
,
Данная скорость называется первой космической скоростью:
Как можно заметить, космическая скорость абсолютно не зависит от массы тела. Таким образом, любой предмет, разогнанный до скорости 7,9 км/с, покинет нашу планету и перейдет на ее орбиту.
Первая космическая скорость
Вторая космическая скорость
Однако, даже разогнав тело до первой космической скорости, нам не удастся полностью разорвать его гравитационную связь с Землей. Для этого и нужна вторая космическая скорость. При достижении этой скорости тело покидает гравитационное поле планеты и все возможные замкнутые орбиты.
Важно! По ошибке часто считается, что для того чтобы попасть на Луну, космонавтам приходилось достигать второй космической скорости, ведь нужно было сперва «разъединиться» с гравитационным полем планеты. Это не так: пара «Земля — Луна» находятся в гравитационном поле Земли. Их общий центр тяжести находится внутри земного шара.
Для того чтобы найти эту скорость, поставим задачу немного иначе. Допустим, тело летит из бесконечности на планету. Вопрос: какая скорость будет достигнута на поверхности при приземлении (без учета атмосферы, разумеется)? Именно такая скорость и потребуется телу, чтобы покинуть планету .
Вторая космическая скорость
Запишем закон сохранения энергии:
,
где в правой части равенства стоит работа силы тяжести: A = Fs.
Отсюда получаем, что вторая космическая скорость равна:
Таким образом, вторая космическая скорость в раз больше первой:
Закон всемирного тяготения. Физика 9 класс
Закон Всемирного тяготения.
Вывод
Мы с вами узнали, что хотя гравитация является основной силой во Вселенной, многие причины этого явления до сих пор остались загадкой. Мы узнали, что такое сила всемирного тяготения Ньютона, научились считать ее для различных тел, а также изучили некоторые полезные следствия, которые вытекают из такого явления, как всемирный закон тяготения.
Человечество издревле задумывалось о том, как устроен окружающий мир. Почему растет трава, почему светит Солнце, почему мы не можем летать… Последнее, кстати, всегда особенно интересовало людей. Сейчас мы знаем, что причина всему - гравитация. Что это такое, и почему данное явление настолько важно в масштабах Вселенной, мы сегодня и рассмотрим.
Вводная часть
Ученые выяснили, что все массивные тела испытывают взаимное притяжение друг к другу. Впоследствии оказалось, что эта таинственная сила обуславливает и движение небесных тел по их постоянным орбитам. Саму же теорию гравитации сформулировал гениальный чьи гипотезы предопределили развитие физики на много веков вперед. Развил и продолжил (хотя и в совершенно другом направлении) это учение Альберт Эйнштейн - один из величайших умов минувшего века.
На протяжении столетий ученые наблюдали за притяжением, пытались понять и измерить его. Наконец, в последние несколько десятилетий поставлено на службу человечеству (в определенном смысле, конечно же) даже такое явление, как гравитация. Что это такое, каково определение рассматриваемого термина в современной науке?
Научное определение
Если изучить труды древних мыслителей, то можно выяснить, что латинское слово «gravitas» означает «тяжесть», «притяжение». Сегодня ученые так называют универсальное и постоянное взаимодействие между материальными телами. Если эта сила сравнительно слабая и действует только на объекты, которые движутся значительно медленнее то к ним применима теория Ньютона. Если же дело обстоит наоборот, следует пользоваться эйнштейновскими выводами.
Сразу оговоримся: в настоящее время сама природа гравитации до конца не изучена в принципе. Что это такое, мы все еще полностью не представляем.
Теории Ньютона и Эйнштейна
Согласно классическому учению Исаака Ньютона, все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массе, обратно пропорциональной квадрату того расстояния, которое пролегает между ними. Эйнштейн же утверждал, что тяготение между объектами проявляется в случае искривления пространства и времени (а кривизна пространства возможна только в том случае, если в нем имеется материя).
Мысль эта была очень глубокой, но современные исследования доказывают ее некоторую неточность. Сегодня считается, что гравитация в космосе искривляет только лишь пространство: время можно затормозить и даже остановить, но реальность изменения формы временной материи теоретически не подтверждена. А потому классическое уравнение Эйнштейна не предусматривает даже шанса на то, что пространство будет продолжать влиять на материю и на возникающее магнитное поле.
В большей степени известен закон гравитации (всемирного тяготения), математическое выражение которого принадлежит как раз-таки Ньютону:
\[ F = γ \frac[-1.2]{m_1 m_2}{r^2} \]
Под γ понимается гравитационная постоянная (иногда используется символ G), значение которой равно 6,67545×10−11 м³/(кг·с²).
Взаимодействие между элементарными частицами
Невероятная сложность окружающего нас пространства во многом связана с бесконечным множеством элементарных частиц. Между ними также существуют различные взаимодействия на тех уровнях, о которых мы можем только догадываться. Впрочем, все виды взаимодействия элементарных частиц между собой значительно различаются по своей силе.
Самые мощные из всех известных нам сил связывают между собой компоненты атомного ядра. Чтобы разъединить их, нужно потратить поистине колоссальное количество энергии. Что же касается электронов, то они «привязаны» к ядру только лишь обыкновенным Чтобы его прекратить, порой достаточно той энергии, которая появляется в результате самой обычной химической реакции. Гравитация (что это такое, вы уже знаете) в варианте атомов и субатомных частиц является наиболее легкой разновидностью взаимодействия.
Гравитационное поле в этом случае настолько слабо, что его трудно себе представить. Как ни странно, но за движением небесных тел, чью массу порой невозможно себе вообразить, «следят» именно они. Все это возможно благодаря двум особенностям тяготения, которые особенно ярко проявляются в случае больших физических тел:
- В отличие от атомных более ощутимо на удалении от объекта. Так, гравитация Земли удерживает в своем поле даже Луну, а аналогичная сила Юпитера с легкостью поддерживает орбиты сразу нескольких спутников, масса каждого из которых вполне сопоставима с земной!
- Кроме того, оно всегда обеспечивает притяжение между объектами, причем с расстоянием эта сила ослабевает с небольшой скоростью.
Формирование более-менее стройной теории гравитации произошло сравнительно недавно, и именно по результатам многовековых наблюдений за движением планет и прочими небесными телами. Задача существенно облегчалась тем, что все они движутся в вакууме, где просто нет других вероятных взаимодействий. Галилей и Кеплер - два выдающихся астронома того времени, своими ценнейшими наблюдениями помогли подготовить почву для новых открытий.
Но только великий Исаак Ньютон смог создать первую теорию гравитации и выразить ее в математическом отображении. Это был первый закон гравитации, математическое отображение которого представлено выше.
Выводы Ньютона и некоторых его предшественников
В отличие от прочих физических явлений, которые существуют в окружающем нас мире, гравитация проявляется всегда и везде. Нужно понимать, что термин «нулевая гравитация», который нередко встречается в околонаучных кругах, крайне некорректен: даже невесомость в космосе не означает, что на человека или космический корабль не действует притяжение какого-то массивного объекта.
Кроме того, все материальные тела обладают некой массой, выражающейся в виде силы, которая к ним была приложена, и ускорения, полученного за счет этого воздействия.
Таким образом, силы гравитации пропорциональны массе объектов. В числовом отношении их можно выразить, получив произведение масс обоих рассматриваемых тел. Данная сила строго подчиняется обратной зависимости от квадрата расстояния между объектами. Все прочие взаимодействия совершенно иначе зависят от расстояний между двумя телами.
Масса как краеугольный камень теории
Масса объектов стала особым спорным пунктом, вокруг которого выстроена вся современная теория гравитации и относительности Эйнштейна. Если вы помните Второй то наверняка знаете о том, что масса является обязательной характеристикой любого физического материального тела. Она показывает, как будет вести себя объект в случае применения к нему силы вне зависимости от ее происхождения.
Так как все тела (согласно Ньютону) при воздействии на них внешней силы ускоряются, именно масса определяет, насколько большим будет это ускорение. Рассмотрим более понятный пример. Представьте себе самокат и автобус: если прикладывать к ним совершенно одинаковую силу, то они достигнут разной скорости за неодинаковое время. Все это объясняет именно теория гравитации.
Каково взаимоотношение массы и притяжения?
Если говорить о тяготении, то масса в этом явлении играет роль совершенно противоположную той, которую она играет в отношении силы и ускорения объекта. Именно она является первоисточником самого притяжения. Если вы возьмете два тела и посмотрите, с какой силой они притягивают третий объект, который расположен на равных расстояниях от первых двух, то отношение всех сил будет равно отношению масс первых двух объектов. Таким образом, сила притяжения прямо пропорциональна массе тела.
Если рассмотреть Третий закон Ньютона, то можно убедиться, что он говорит точно о том же. Сила гравитации, которая действует на два тела, расположенных на равном расстоянии от источника притяжения, прямо зависит от массы данных объектов. В повседневной жизни мы говорим о силе, с которой тело притягивается к поверхности планеты, как о его весе.
Подведем некоторые итоги. Итак, масса тесно связана и ускорением. В то же время именно она определяет ту силу, с которой будет действовать на тело притяжение.
Особенности ускорения тел в гравитационном поле
Эта удивительная двойственность является причиной того, что в одинаковом гравитационном поле ускорение совершенно различных объектов будет равным. Предположим, что у нас есть два тела. Присвоим одному из них массу z, а другому - Z. Оба объекта сброшены на землю, куда свободно падают.
Как определяется отношение сил притяжения? Его показывает простейшая математическая формула - z/Z. Вот только ускорение, получаемое ими в результате действия силы притяжения, будет абсолютно одинаковым. Проще говоря, ускорение, которое тело имеет в гравитационном поле, никак не зависит от его свойств.
От чего зависит ускорение в описанном случае?
Оно зависит только (!) от массы объектов, которые и создают это поле, а также от их пространственного положения. Двойственная роль массы и равное ускорение различных тел в гравитационном поле открыты уже относительно давно. Эти явления получили следующее название: «Принцип эквивалентности». Указанный термин еще раз подчеркивает, что ускорение и инерция зачастую эквивалентны (в известной мере, конечно же).
О важности величины G
Из школьного курса физики мы помним, что ускорение свободного падения на поверхности нашей планеты (гравитация Земли) равно 10 м/сек.² (9,8 разумеется, но для простоты расчетов используется это значение). Таким образом, если не принимать в расчет сопротивление воздуха (на существенной высоте при небольшом расстоянии падения), то получится эффект, когда тело приобретает приращение ускорения в 10 м/сек. ежесекундно. Так, книга, которая упала со второго этажа дома, к концу своего полета будет двигаться со скоростью 30-40 м/сек. Проще говоря, 10 м/с - это «скорость» гравитации в пределах Земли.
Ускорение свободного падения в физической литературе обозначается буквой «g». Так как форма Земли в известной степени больше напоминает мандарин, чем шар, значение этой величины далеко не во всех ее областях оказывается одинаковым. Так, у полюсов ускорение выше, а на вершинах высоких гор оно становится меньше.
Даже в добывающей промышленности не последнюю роль играет именно гравитация. Физика этого явления порой позволяет сэкономить много времени. Так, геологи особенно заинтересованы в идеально точном определении g, поскольку это позволяет с исключительной точностью производить разведку и нахождение залежей полезных ископаемых. Кстати, а как выглядит формула гравитации, в которой рассмотренная нами величина играет не последнюю роль? Вот она:
Обратите внимание! В этом случае формула гравитации подразумевает под G «гравитационную постоянную», значение которой мы уже приводили выше.
В свое время Ньютон сформулировал вышеизложенные принципы. Он прекрасно понимал и единство, и всеобщность но все аспекты этого явления он описать не мог. Эта честь выпала на долю Альберта Эйнштейна, который смог объяснить также принцип эквивалентности. Именно ему человечество обязано современным пониманием самой природы пространственно-временного континуума.
Теория относительности, работы Альберта Эйнштейна
Во времена Исаака Ньютона считалось, что точки отсчета можно представить в виде каких-то жестких «стержней», при помощи которых устанавливается положение тела в пространственной системе координат. Одновременно предполагалось, что все наблюдатели, которые отмечают эти координаты, будут находиться в едином временном пространстве. В те годы это положение считалось настолько очевидным, что не делалось никаких попыток его оспорить или дополнить. И это понятно, ведь в пределах нашей планеты никаких отклонений в данном правиле нет.
Эйнштейн доказал, что точность измерения окажется действительно значимой, если гипотетические часы движутся значительно медленнее скорости света. Проще говоря, если один наблюдатель, движущийся медленнее скорости света, будет следить за двумя событиями, то они произойдут для него единовременно. Соответственно, для второго наблюдателя? скорость которого такая же или больше, события могут происходить в различное время.
Но как сила гравитации связана с теорией относительности? Раскроем этот вопрос подробно.
Связь между теорией относительности и гравитационными силами
В последние годы сделано огромное количество открытий в области субатомных частиц. Крепнет убеждение, что мы вот-вот найдем окончательную частицу, дальше которой наш мир дробиться не может. Тем настойчивее становится потребность узнать, как именно влияют на мельчайшие «кирпичики» нашего мироздания те фундаментальные силы, которые были открыты еще в прошлом веке, а то и раньше. Особенно обидно, что сама природа гравитации до сих пор не объяснена.
Именно поэтому после Эйнштейна, который установил «недееспособность» классической механики Ньютона в рассматриваемой области, исследователи сосредоточились на полном переосмыслении полученных ранее данных. Во многом пересмотру подверглась и сама гравитация. Что это такое на уровне субатомных частиц? Имеет ли она хоть какое-то значение в этом удивительном многомерном мире?
Простое решение?
Сперва многие предполагали, что несоответствие тяготения Ньютона и теории относительности можно объяснить довольно просто, проведя аналогии из области электродинамики. Можно бы было предположить, что гравитационное поле распространяется наподобие магнитного, после чего его можно объявить «посредником» при взаимодействиях небесных тел, объяснив многие несоответствия старой и новой теории. Дело в том, что тогда бы относительные скорости распространения рассматриваемых сил оказались значительно ниже световой. Так как связаны гравитация и время?
В принципе, у самого Эйнштейна почти получилось построить релятивистскую теорию на основе именно таких взглядов, вот только одно обстоятельство помешало его намерению. Никто из ученых того времени не располагал вообще никакими сведениями, которые бы могли бы помочь определить «скорость» гравитации. Зато имелось немало информации, связанной с перемещениями больших масс. Как известно, они как раз-таки являлись общепризнанным источником возникновения мощных гравитационных полей.
Большие скорости сильно влияют на массы тел, и это ничуть не похоже на взаимодействие скорости и заряда. Чем скорость выше, тем больше масса тела. Проблема в том, что последнее значение автоматически бы стало бесконечным в случае движения со скоростью света или выше. А потому Эйнштейн заключил, что существует не гравитационное, а тензорное поле, для описания которого следует использовать намного больше переменных.
Его последователи пришли к выводу, что гравитация и время практически не связаны. Дело в том, что само это тензорное поле может действовать на пространство, но на время повлиять не в состоянии. Впрочем, у гениального физика современности Стивена Хокинга есть другая точка зрения. Но это уже совсем другая история...
Гравитация – это, казалось бы, простое понятие, известное каждому человеку еще со времен школьной скамьи. Все мы помним историю о том, как на голову Ньютона упало яблоко, и он открыл закон всемирного тяготения. Однако все не так просто, как кажется. В той статье мы попытаемся дать ясный и исчерпывающий ответ на вопрос: что такое гравитация? А также рассмотрим главные мифы и заблуждения об этом интересном явлении.
Говоря простыми словами, гравитация — это притяжение между двумя любыми объектами во вселенной. Гравитацию можно определить, зная массу тел и расстояние от одного до другого. Чем сильнее гравитационное поле, тем больше будет вес тела и выше его ускорение. Например, на Луне вес космонавта будет в шесть раз меньше, чем на Земле. Сила гравитационного поля зависит от размеров объекта, который оно окружает. Так, лунная сила притяжения в шесть раз ниже земной. Впервые обосновал это научно и доказал с помощью математических вычислений ещё в XVII веке Исаак Ньютон.
Что упало на голову Ньютону
Несмотря на то, что сам великий английский ученый частично подтверждал известную всем легенду о яблоке и ушибе головы, всё же, сейчас можно сказать с уверенностью, что при открытии закона всемирного тяготения обошлось без травм и озарений. Основой, заложившей новую эру в естественных науках, стал труд «Математические начала натуральной философии». В нем Ньютон описывает закон тяготения и важные законы механики, открытые им за долгие годы напряженной работы. Знаменитый физик был натурой неторопливой и рассудительной, как и положено гениальному ученому. А поэтому от начала раздумий о природе тяготения до издания научной работы о ней прошло больше 20 лет. Впрочем, легенда об упавшем фрукте могла иметь под собой и какие-то реальные основания, вот только голова физика однозначно осталась цела.
Законы притяжения изучались и до Исаака Ньютона самыми различными научными деятелями. Но только он впервые математически доказал прямую взаимосвязь между тяготением и движением планет. То есть падающим с ветки яблоком и вращением луны вокруг земли управляет одна и та же сила – гравитация. И она действует на любые два тела во вселенной. Эти открытия заложили основу так называемой небесной механики, а также науки о динамике. Ньютоновская модель господствовала в науке более двух веков вплоть до появления теории относительности и квантовой механики.
Что думают о гравитации современные ученые
Гравитация является самым слабым из четырех известных на данный момент фундаментальных взаимодействий, которым подчиняются все частицы и составленные из них тела. Помимо гравитационного взаимодействия сюда же входят электромагнитное, сильно и слабое. Исследуются они на основании разных теорий, так, например, в приближенных скоростях небольшой гравитации применяют теорию тяготения еще самого Ньютона. А в общем случае используют общую теорию относительности Эйнштейна. Кроме того, описание гравитации в квантовом пределе должно будет осуществляться при помощи еще не появившейся квантовой теории.
Безусловно, сегодня физика сложна и выходит далеко за рамки представлений об окружающем мире обычного человека. Но интересоваться ей необходимо хотя бы на уровне основных понятий, ведь вполне возможно, что уже в ближайшее время мы можем стать свидетелями удивительных открытий в этой области, которые кардинально изменят жизнь человечества. Будет неловко, если вы вообще не поймете, что происходит.
Мифы о гравитации
Не только незнание, но и постоянные новые открытия в данной научной сфере порождают различные несуразицы и мифы о гравитации. Итак, несколько общепринятых заблуждений об этом уникальном явлении:
- Искусственные спутники никогда не сойдут с орбиты Земли и будут вечно вращаться вокруг неё . Это неправда. Дело в том, что помимо земного притяжения в космосе имеются и другие различные факторы, влияющие на орбиту тел. Это и торможение атмосферы для низких орбит и гравитационные поля Луны и других планет. Скорее всего, если дать спутнику вращаться без контроля на долгое время, его орбита будет изменяться, и в конечном счете он либо улетит в космические просторы, либо упадет на поверхность ближайшего тела.
- В космосе отсутствует гравитация. Даже на станциях, на которых космонавты пребывают в невесомости есть довольно сильная гравитация, чуть меньше, чем на Земле. Почему же тогда они не падают? Можно сказать, что сотрудники станции как бы находятся в состоянии постоянного падения, но никак упадут.
- Объект, приблизившийся к чёрной дыре, будет разорван. Довольно известный миф. Сила притяжение черной дыры действительно увеличится при приближении к ней, но совсем не обязательно, что приливные силы окажутся настолько мощными. Скорее всего они на горизонте событий обладают конечным значением, поскольку расстояние считается от центра дыры.
