Космогоническая гипотеза и.канта

Введение.

На протяжении веков
человек стремился разгадать тайну великого
мирового «порядка» Вселенной, которую
древнегреческие философы и назвали Космосом
(в переводе с греческого — «порядок», «красота»),
в отличие от Хаоса, предшествовавшего,
как они считали, появлению Космоса.

         
Первые, дошедшие до нас естественнонаучные 
представления об окружающей 
нас Вселенной сформулировали 
древнегреческие философы в 7-5
вв. до н. э. Их  натурфилософские 
учения, опирались на накопленные ранее
астрономические знания египтян, шумеров,
вавилонян, арийцев, но отличались существенной
ролью объясняющих гипотез, стремлением
проникнуть в скрытый механизм явлений.

          
Наблюдение круглых дисков Солнца, Луны,
закругленной линии горизонта, а так же
границы тени Земли, наползающей на луну
при ее затмениях, правильная повторяемость
дня и ночи, времен года, восходов и заходов
светил  —  все это наводило на мысль,
что в основе строения вселенной лежит
принцип круговых форм и движений, 
«цикличности» и равномерности изменений.
Но вплоть до 2 в. до н. э. не существовало
отдельного учения о небе, которое объеденило
бы  все знания в этой области в единую
систему. Представления о небесных явлениях,
как и явлениях «в верхнем воздухе» — буквально
о «метеорных явлениях», долгое время
входили в общие  умозрительные учения
о природе в целом. Эти учения несколько
позднее стали называть физикой (от греческого
слова «фюзис» — природа — в смысле периоды,
существа вещей и явлений). Главным содержанием
этой древней полу философской «физики»,
или в нашем понимании — скорее натурфилософии,
включавшей в качестве едва ли не главных
элементов космологию и космогонию, были
поиски того неизменного начала, которое,
как думали, лежит в основе мира изменчивых
явлений. Космология – основана на наблюдении
и изучении космоса. Космогония – наука
о возникновении и развитии космических
тел и систем. Небулярная – связанная
с газопылевыми туманностями.

         
В сочинении Канта сначала 
излагалась гипотеза Райта об 
устройстве Вселенной. Однако знакомый
только с кратким рефератом сочинения
Райта, он использовал именно  приведенную
там картину  плоского слоя звезд. В
своей основе, по содержанию и целям концепция
Канта существенно отличалась от гипотезы
Райта и противопоставлялась теологическим
целям последнего. Из конкретных построений
Райта Кант намерен был «развить плодотворные
выводы» на чисто механической основе,
отрицая равно и начальный божественный
толчок, допускавшийся Ньютоном. 1 
  

Другие сферы деятельности[править | править код]

Параллельно с изысканиями, закладывавшими фундамент нынешней научной (физической и математической) традиции, Ньютон много времени отдавал алхимии, а также богословию. Никаких трудов по алхимии он не издавал, и единственным известным результатом этого многолетнего увлечения стало серьёзное отравление Ньютона в 1691 году.

Парадоксально, что Ньютон, много лет трудившийся в Колледже святой Троицы, сам, видимо, в Троицу не верил. Исследователи его богословских работ, такие как Л. Мор, считают, что религиозные взгляды Ньютона были близки к арианству. См. статью Ньютона «Историческое прослеживание двух заметных искажений Священного Писания».

Ньютон предложил свой вариант библейской хронологии, оставив после себя значительное количество рукописей по данным вопросам. Кроме того, он написал комментарий на Апокалипсис. Теологические рукописи Ньютона ныне хранятся в Иерусалиме, в Национальной Библиотеке.

Теория гравитации Эйнштейна

В 1798 году британский физик Генри Кавендиш провел один из первых в мире высокоточных экспериментов, чтобы попытаться точно определить значение G, гравитационной постоянной. Он построил так называемые крутильные весы, прикрепив два маленьких свинцовых шарика к концам балки, подвешенной горизонтально на тонкой проволоке. Рядом с каждым из шаров физик поместил большой сферический свинцовый груз. Маленькие свинцовые шарики гравитационно притягивались к тяжелым свинцовым гирям, в результате чего проволока слегка скручивалась. Это явление позволило ему рассчитать величину G.

Примечательно, что оценка Кавендиша для G всего на 1% отличалась от принятого на сегодняшний день значения 6,674 × 10^-11 м^3/кг^1 * с^2. Чтобы получить точное значение, ученые должны разработать невероятно чувствительное оборудование.

Немецко-американский физик Альберт Эйнштейн произвел следующую революцию в нашем понимании гравитации. Его общая теория относительности показала, что гравитация возникает из-за искривления пространства-времени, а это означает, что даже лучи света, которые должны следовать этой кривизне, преломляются чрезвычайно массивными объектами. В рамках его теории гравитация рассматривается не как сила, которая действует на тела, но как искривление пространства и времени под действием массы и энергии.

Теории Эйнштейна использовались для предположений о существовании черных дыр — небесных объектов с такой большой массой, что даже свет не может выйти из-под их поверхности. Вблизи черной дыры закон всемирного тяготения Ньютона уже не может точно описать, как движутся объекты.

Теория, которую Эйнштейн опубликовал в 1915 году, расширила его специальную теорию относительности, которую ученый разработал за десятилетие до этого. Специальная теория относительности утверждала, что пространство и время неразрывно связаны, но эта теория не признавала существование гравитации.

В своей специальной теории относительности Эйнштейн определил, что законы физики одинаковы для всех наблюдателей, не движущихся с ускорением, и показал, что скорость света в вакууме одинакова независимо от скорости, с которой движется наблюдатель. В результате он обнаружил, что пространство и время переплетаются, и события, происходящие в одно и то же время для одного наблюдателя, могут происходить в разное время для другого.

Разрабатывая уравнения своей общей теории относительности, Эйнштейн понял, что массивные объекты вызывают искажение пространства-времени. Представьте, что вы устанавливаете большой объект в центре батута. Объект вдавливался в ткань, вызывая появление ямочек. Если затем попытаться катить шарик по краю батута, он будет двигаться по спирали внутрь к этому объекту.

Вращение тяжелого объекта, такого как Земля, должно скручивать и искажать пространство-время вокруг него. В 2004 году NASA запустило гравитационный зонд Gravity Probe B. По данным агентства, оси точно откалиброванных гироскопов спутника с течением времени очень незначительно дрейфовали, что соответствует теории Эйнштейна.

Эйнштейн предсказал, что такие события, как столкновение двух черных дыр, создают рябь в пространстве-времени, известную как гравитационные волны. А в 2016 году Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (LIGO) объявила, что впервые определила такой сигнал. Гравитационная волна была вызвана столкновением двух черных дыр массой в 29 и 36 раз больше массы Солнца. После этого они слились в одну большую черную дыру. Это произошло, предположительно, 1,3 млрд лет назад.

Гравитационные волны, создаваемые двумя сталкивающимися черными дырами

(Фото: Р. Хёрт / Caltech-JPL)

С тех пор LIGO и ее европейский аналог Virgo обнаружили в общей сложности 50 гравитационно-волновых событий.

Оценки[править | править код]

Надпись на могиле Ньютона гласит:

Статуя Ньютона в Тринити-колледже

На статуе, воздвигнутой Ньютону в 1755 г. в Тринити-колледже, высечены стихи из Лукреция:

Qui genus humanum ingenio superavit (Разумом он превосходил род человеческий)

Сам Ньютон оценивал свои достижения более скромно:

Энгельс о Ньютоне: «индуктивный осел Ньютон является плагиатором и вредителем»

«Диалектика природы» 1873 г. стр.3

По словам А. Эйнштейна, «Ньютон был первым, кто попытался сформулировать элементарные законы, которые определяют временной ход широкого класса процессов в природе с высокой степенью полноты и точности» и «… оказал своими трудами глубокое и сильное влияние на всё мировоззрение в целом».

В честь Ньютона названы:

• кратеры на Луне и на Марсе;
• единица силы в системе СИ.

Чему равна сила гравитации

Гравитационное поле Земли — это поле силы тяжести, которое образуется из-за силы тяготения Земли и центробежной силы, вызванной ее суточным вращением.

Сила тяжести на поверхности Земли варьируется от 9,780 м/с² на экваторе до 9,832 м/с² на полюсах. В приблизительных расчетах значение обычно принимают равным 9,81; 9,8 или 10 м/с². Однако оно учитывает только силу тяжести и не учитывает центробежную силу, возникающую за счет вращения Земли. При подъеме тела над поверхностью Земли значение уменьшается.

NASA в рамках проекта GRACE создало визуализацию гравитационных аномалий на Земле. Красным цветом показаны области, где гравитация сильнее, а синим — где она слабее стандартных значений

(Фото: NASA)

Французские ученые утверждают, что различие в гравитационной постоянной в различных регионах нашей планеты зависит от величины напряженности магнитного поля Земли. Они предположили, что такое влияние может объясняться наличием дополнительных и скрытых для непосредственного наблюдения измерений пространства. Ученые подсчитали, что земное тяготение будет сильнее в тех местах, где сильнее магнитное поле. Таким образом, своих максимальных значений оно достигает в районах северного и южного магнитных полюсов. Они не совпадают с географическими полюсами. Так, северный магнитный полюс располагается в границах нынешней канадской Арктики, а южный лежит на краю Антарктиды.

Если принимать значение гравитации на Земле за единицу, то на Солнце оно будет равно 27,9, на Меркурии — 0,37, на Венере — 0,9, на Луне — 0,16, на Марсе — 0,37, на Юпитере — 2,6. Таким образом, если человек, который на Земле весит 60 кг, взвесится на Юпитере, то весы покажут 142 кг.

Космонавты на орбите также испытывают микрогравитацию. Они как бы бесконечно падают вместе с кораблем, в котором находятся.

Парадоксы Канта

В Кенигсберге жили многие знаменитые люди, среди них и те, кого мы называем «великими». Среди великих ученых достаточно вспомнить физика и физиолога Германа фон Гельмгольца (1821-1894) или математика Давида Гильберта (1862-1943). Однако назвать Кенигсберг городом Гельмгольца могут только физики или физиологи, городом Гильберта – математики. «Город Канта» звучит одинаково приемлемо для большинства людей, которые хоть что-нибудь знают о духовной культуре человечества, и не только потому, что он превратил провинциальный в культурном отношении город в один из центров европейской культуры, но и потому, что Кант как никто из великих людей Кенигсберга был связан с этой землей. Здесь он родился, прожил всю свою жизнь, умер и похоронен.

Жизнь Канта прошла в строгих ограничениях. Кант всю свою жизнь провел в Кенигсберге и его окрестностях. Париж и Санкт-Петербург, Лондон и даже Берлин существовали для него только в рассказах друзей и знакомых, книгах, мыслях и воображении. Ученый, который многократно и с успехом читал в университете курс физической географии, практически нигде не был кроме своего родного города. Мысль Канта не знала границ. Он строил свою философию не для жителей Восточной Пруссии, не для немцев, даже не для всех на свете людей, но для всех разумных существ. Ограниченность реальной жизни в пространстве и абсолютная беспредельность жизни мысли — таков первый парадокс Канта. Одна из самых универсальных философских систем в истории человечества была создана человеком, который не стремился увидеть этот мир своими глазами.

Другой парадокс Канта связан с тем, каким образом этот человек, основной опыт жизни которого в основном ограничивался университетской аудиторией, сидением за столом и чтением книг, который не стремился к тому, чтобы расширить свой опыт реальной жизни, умудрился дать нам выдающиеся образцы житейской мудрости. «Не принимайте благодеяний, без которых вы можете обойтись …» — сказано человеком, который глубоко проник в нашу жизнь. Нам остается одно — признать, что глубокое последовательное, честное мышление порождает, углубляет и расширяет наш опыт. Мышление есть жизнь. Читая Канта, можно понять, каким образом ему удалось так развить свое мышление, что оно позволило глубоко проникнуть в нашу жизнь, пользуясь только чистым разумом.

Сочинения

• Критика чистого разума
• Пролегомены ко всякой будущей метафизике
• Критика практического разума
• Основы метафизики нравственности
• Критика способности суждения

Русские издания

• Иммануил Кант. Сочинения в шести томах. Том 1. — М., 1963, 543 с (Философское наследие, Т. 4)
• Иммануил Кант. Сочинения в шести томах. Том 2. — М., 1964, 510 с (Философское наследие, Т. 5)
• Иммануил Кант. Сочинения в шести томах. Том 3. — М., 1964, 799 с (Философское наследие, Т. 6)
• Иммануил Кант. Сочинения в шести томах. Том 4, часть 1. — М., 1965, 544 с (Философское наследие, Т. 14)
• Иммануил Кант. Сочинения в шести томах. Том 4, часть 2. — М., 1965, 478 с (Философское наследие, Т. 15)
• Иммануил Кант. Сочинения в шести томах. Том 5. — М., 1966, 564 с (Философское наследие, Т. 16)
• Иммануил Кант. Сочинения в шести томах. Том 6. — М., 1966, 743 с (Философское наследие, Т. 17)
• Иммануил Кант. Трактаты и письма. — М.: «Наука», 1980, 710 с. (Памятники философской мысли)
• Иммануил Кант. Критика чистого разума. — М., 1994, 574 с (Философское наследие, Т. 118)
• Иммануил Кант. Собрание сочинений в 8 томах. — Издательство: ЧОРО, 1994 г. — ISBN 5-8497-0001-3, ISBN 5-8497-0002-1, ISBN 5-8497-0003-X, ISBN 5-8497-0004-8, ISBN 5-8497-0005-6, ISBN 5-8497-0006-4, ISBN 5-8497-0007-2, ISBN 5-8497-0008-0.
• Иммануил Кант. Лекции по этике. — М.: Республика, 2000. — 431 с.
• Иммануил Кант. Критика чистого разума / Пер. с нем. Н. Лосского сверен и отредактирован Ц. Г. Арзаканяном и М. И. Иткиным; Примеч. Ц. Г. Арзаканяна. — М.: Эксмо, 2007. — 736 с. — ISBN 5-699-14702-0
• Иммануил Кант. Критика чистого разума / (Пер. с нем.; предисл. И. Евлампиева). — М.: Эксмо; СПб.:Мидгард, 2007. — 1120 с. — (Гиганты мысли) — ISBN 5-91016-017-4

Классическая теория тяготения Ньютона

Английский физик Исаак Ньютон рассказывал, что идея о всемирном тяготении пришла ему в голову на прогулке. Он шел по яблоневому саду в поместье своих родителей и вдруг увидел Луну в дневном небе, а затем — как с ветки оторвалось и упало на землю яблоко. Ньютон к тому моменту уже работал над законами движения и понимал, что яблоко упало под воздействием гравитационного поля Земли. Он также знал, что Луна не занимает статичную позицию в небе, а вращается по орбите вокруг Земли, то есть, на нее воздействует какая-то сила, которая не дает спутнику улететь в космос. Физик понял, что, возможно, на яблоко и Луну действует одна и та же сила.

Предшественники Ньютона рассуждали иначе. Итальянский физик Галилео Галилей считал, что на Земле действует природное притяжение. Немецкий астроном Иоганн Кеплер полагал, что в небесных сферах действуют совсем иные законы движения, чем на Земле. Ньютон же объединил эти два типа гравитации в своем сознании.

Закон всемирного тяготения Ньютона, сформулированный им в 1687 году, гласит, что между любой парой тел во Вселенной действует сила взаимного притяжения. Он выражен математическим уравнением: если M и m — массы двух тел, а r — расстояние между ними, тогда сила F взаимного гравитационного притяжения между ними равна F = GMm/r², где G — гравитационная постоянная, равная силе, с которой действуют друг на друга тела с массами в 1 кг каждое, находясь на расстоянии в 1 метр друг от друга. Уравнение гласит, что сила (F) пропорциональна массам двух объектов, разделенным на квадрат расстояния между ними. Из него следует, что чем массивнее объекты, тем больше сила притяжения между ними, но чем дальше они друг от друга, тем слабее притяжение.

Закон гравитации Ньютона

(Фото: praxilabs.com)

Действие закона распространяется на все без исключения физические материальные тела во Вселенной. Сила притяжения Земли у ее поверхности в равной мере воздействует на все материальные тела, находящиеся в любой точке земного шара. На каждого человека действует сила земного притяжения, которая ощущается как вес.

Закон всемирного тяготения Ньютона говорит, что не только Земля притягивает яблоко, но и яблоко притягивает Землю. Но огромная масса Земли означает, что требуется гораздо больше силы, чтобы сдвинуть ее на ощутимую величину, поэтому яблоко падает, а Земля остается практически неподвижной. То же самое верно и в более широком контексте. Каждый объект во Вселенной притягивает любой другой объект, и чем он ближе и массивнее, тем больше его гравитационная сила.

По Ньютону, сила притяжения действует на любых расстояниях и мгновенно. Однако самая большая скорость в мире — скорость света, а для преодоления больших расстояний свету нужно не мгновение, а несколько секунд и иногда даже лет.

Принципы небесных объектов

В работе «Всеобщая естественная история и теория неба» Кант выдвигает несколько принципов, которые лежат в основе движения небесных объектов.

Первый принцип, который Кант сформулировал, это принцип всеобщей притяжения. Согласно этому принципу, все небесные тела взаимодействуют друг с другом силой притяжения, пропорциональной их массам и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Это объясняет, почему планеты обращаются вокруг Солнца, а спутники вокруг планет.

Второй принцип Канта — принцип сохранения момента импульса. Согласно этому принципу, вращение небесных тел сохраняется без изменений, если на них не действуют внешние силы. Это объясняет, почему планеты и другие небесные тела вращаются вокруг своих осей без изменения скорости вращения.

Третий принцип Канта — принцип равномерности движения. Согласно этому принципу, небесные тела движутся по равномерным орбитам вокруг центрального объекта, сохраняя равномерное движение и постоянную скорость. Это объясняет, почему планеты обходят одинаковые расстояния за одинаковое время и движутся с постоянной скоростью.

Четвертый принцип — принцип неполноты небесных тел. Согласно этому принципу, небесные тела состоят из массы, которой недостаточно для их собственной устойчивости. Это объясняет, почему небесные тела претерпевают изменения и разлады в виде колебаний и разрушений.

Эти принципы Канта помогли объяснить множество наблюдений небесных объектов и создать более точные модели их движения и взаимодействия.

Возможна ли искусственная гравитация

Когда человек оказывается в космосе, далеко от гравитационных воздействий, испытываемых на поверхности Земли, он переживает невесомость. Хотя все массы Вселенной продолжат притягивать его, они продолжат притягивать и космический корабль, поэтому человек как бы «плавает» внутри него. В связи с этим возникает вопрос — как создать условия искусственной гравитации, при которых человек сможет не летать, а спокойно ходить по космическому кораблю?

Пока нужный эффект можно получить только через ускорение. В случае с космическим кораблем — заставить его вращаться. Тогда можно можно получить центробежную тягу, как на Земле. Но для путешествия в другую звездную систему придется ускорять корабль по пути туда и замедлять по прибытии обратно. Человеческий организм вряд ли сможет перенести такие нагрузки. Например, чтобы разогнаться до «импульсной скорости» как в фильме «Звездный путь», до нескольких процентов от скорости света, то пришлось бы выдержать ускорение в 4000 g (единиц ускорения, вызванного гравитацией) в течение часа. Это в 100 раз больше ускорения, которое предотвращает ток крови в теле человека. В Роскосмосе изучают идею встроенной центрифуги на борту корабля, в которую космонавты смогут периодически заходить, чтобы испытывать силу тяжести и снижать негативные последствия от пребывания в невесомости.

Кадр из фильма «Звездный путь»

(Фото: YouTube)

Предполагалось, что искусственная гравитация возможна при отрицательной гравитационной массе, которая, как ожидалось, свойственна антиматерии. Однако Европейская организация по ядерным исследованиям (ЦЕРН) обнаружила, что инертная масса антипротона («зеркального отражения» протона, который отличается знаками всех характеристик физического взаимодействия) совпадает с массой протона. Если бы гравитация действовала на антипротоны как-то иначе, то физики заметили бы разницу. Получается, что действие гравитации на антипротоны и протоны совпадает. Кроме того, в ЦЕРН получили антиводород — первую стабильную форму антиматерии. Но ее изучают, и пока сдвигов в теории антиматерии нет.

Роль солнца и планет в системе

Каждая планета имеет свою уникальную роль и функцию в солнечной системе. Например, Земля — планета, на которой развилась жизнь благодаря комбинации подходящих условий. Марс, Венера и другие планеты также имеют свои характеристики и особенности.

Одна из ключевых ролей планет заключается в поддержании баланса в системе. Они притягивают друг друга своей гравитацией и влияют на орбиты и вращение друг друга. Кроме того, планеты влияют на силы гравитации, действующие на другие космические объекты, такие как кометы и астероиды.

Итак, солнце и планеты в совокупности образуют сложную систему, где каждый элемент выполняет свою уникальную функцию и оказывает влияние на другие части системы. Изучение роли солнца и планет в системе позволяет лучше понять ее устройство и процессы, происходящие в ней.

Примечания[править | править код]

1. Исторически ударение в фамилии Ньютона чаще делалось на втором слоге, хотя ударение на первом ближе к английскому оригиналу. Современные словари и руководства не имеют единого мнения по этому поводу. Словарь Русское словесное ударение М. В. Зарва (2001) требует ударения на первом слоге, Справочник по правописанию, произношению, литературному редактированию Розенталя (1998) допускает вариативное ударение, но уточняет: «традиционно — Ньюто́н». Орфографический словарь В. В. Лопатина тоже допускает вариативность.

2. «В бумагах, написанных более 15 лет тому назад (точно привести дату я не могу, но во всяком случае это было перед началом моей переписки с Ольденбургом), я выразил обратную квадратичную пропорциональность тяготения планет к Солнцу в зависимости от расстояния и вычислил правильное отношение земной тяжести и conatus recedendi (стремление) Луны к центру Земли, хотя и не совсем точно» (Из письме к Галлею, 1686 год).
   С. И. Вавилов. Исаак Ньютон. 2-е дополненное издание. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1945 г., глава 9.

3. «Если связать в одно все предположения и мысли Гука о движении планет и тяготении, высказанные им в течение почти 20 лет, то мы встретим почти все главные выводы «Начал» Ньютона, только высказанные в неуверенной и мало доказательной форме. Не решая задачи, Гук нашел ее ответ. Вместе с тем перед нами вовсе не случайно брошенная мысль, но несомненно плод долголетней работы. У Гука была гениальная догадка физика-экспериментатора, прозревающего в лабиринте фактов истинные соотношения и законы «природы. С подобной редкостной интуицией экспериментатора мы встречаемся в истории науки еще у Фарадея, но Гук и Фарадей не были математиками. Их дело было довершено Ньютоном и Максвеллом. Бесцельная борьба с Ньютоном за приоритет набросила тень на славное имя Гука, но истории пора, спустя почти три века, отдать должное каждому. Гук не мог идти прямой, безукоризненной дорогой „Математических начал“ Ньютона, но своими окольными тропинками, следов которых нам теперь уже не найти, он пришел туда же.» (С. И. Вавилов. Исаак Ньютон. 2-е дополненное издание. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1945 г., глава 9).

   Возможно, это суждение Вавилова недостаточно справедливо к Гуку, так как упомянутое письмо Гука Ньютону содержит не только «догадку», но и вполне обоснованный вывод закона тяготения из третьего закона Кеплера, произведенный для случая круговых орбит.

4. Вот, например, отрывок из письма Гука 6 января 1680 года Ньютону:
   «Я предполагаю, что притяжение обратно пропорционально квадрату расстояния до центра, соответственно предположению Кеплера о зависимости скорости от расстояния.» (цитируется по В. И. Арнольд, «Гюйгенс и Барроу, Ньютон и Гук», М., Наука, 1989 г., с. 16).
5. «Гипотез не измышляю»
6. См. предисловие к книге: Тодхантер И. История математических теорий притяжения и фигуры Земли от Ньютона до Лапласа. М.: 2002.
7. С. И. Вавилов. Исаак Ньютон. 2-е дополненное издание. М.-Л.: Изд. АН СССР, 1945 г., глава 15.

Свойства ньютоновского тяготения[]

См. также: Гравитация и Гравитационное поле

В ньютоновской теории каждое массивное тело порождает силовое поле притяжения к этому телу, которое называется гравитационным полем. Это поле потенциально, и функция гравитационного потенциала для материальной точки с массой M{\displaystyle M} определяется формулой:

φ(r)=−GMr{\displaystyle \varphi (r)=-G{\frac {M}{r}}}

В общем случае, когда плотность вещества ρ распределена произвольно, φ удовлетворяет уравнению Пуассона:

Δφ=−4πGρ(r),{\displaystyle \Delta \varphi =-4\pi G\rho (r),}

Решение этого уравнения записывается в виде:

φ=−G∫ρ(r)dVr+C,{\displaystyle \varphi =-G\int {\frac {\rho (r)dV}{r}}+C,}

где r — расстояние между элементом объёма dV и точкой, в которой определяется потенциал φ, С — произвольная постоянная.

Сила притяжения, действующая в гравитационном поле на материальную точку с массой m{\displaystyle m}, связана с потенциалом формулой:

F(r)=−m∇φ(r){\displaystyle F(r)=-m\nabla \varphi (r)}

Сферически симметричное тело создаёт за своими пределами такое же поле, как материальная точка той же массы, расположенная в центре тела.

Траектория материальной точки в гравитационном поле, создаваемом много большей по массе материальной точкой, подчиняется законам Кеплера. В частности, планеты и кометы в Солнечной системе движутся по эллипсам или гиперболам. Влияние других планет, искажающее эту картину, можно учесть с помощью теории возмущений.

Современное представление о гравитации

Научные исследования в области гравитации продолжаются. Теория относительности Эйнштейна объясняет некоторые аномалии в ньютоновской гравитации; однако открытия в атомной, ядерной физике и физике элементарных частиц показали, что ее нельзя отнести к взаимодействиям в квантовой физике. Проще говоря, эйнштейновская теория не работает в микромире. В связи с этим получило развитие направление «квантовой гравитации» или квантового описания гравитационного взаимодействия.

Однако теория квантовой гравитации пока не построена. Основная трудность заключается в том, что две физические теории, которые она пытается связать воедино, — квантовая механика и общая теория относительности — опираются на разные наборы принципов. Первая описывает временну́ю эволюцию физических систем (например, атомов или элементарных частиц) на фоне внешнего пространства-времени. Во второй внешнего пространства-времени вообще нет — оно само является динамической переменной в теории.

В квантовой гравитации развиваются два основных направления — это теория струн и петлевая квантовая гравитация. В первой теории вместо частиц и фонового пространства-времени выступают струны и их многомерные аналоги — браны.

Во второй делается попытка сформулировать квантовую теорию поля без привязки к пространственно-временному фону; пространство и время по этой теории состоят из дискретных частей. Это маленькие квантовые ячейки пространства, которые определенным способом соединены друг с другом, так что на малых масштабах времени и длины они создают дискретную структуру пространства, а в больших масштабах плавно переходят в непрерывное гладкое пространство-время. Предполагается, что именно петлевая квантовая гравитация может описать сам процесс взрыва, который предшествовал образованию Вселенной.

Сотрудники Университета штата Пенсильвания с 1980-х годов разрабатывают парадигму, основанную на представлении о петлевой квантовой гравитации. Она описывает все современные крупные структуры во Вселенной как квантовые флуктуации пространства-времени, имевшие место при рождении мира.

Существующая теория Большого взрыва, как уже говорилось, не объясняет, что было до зарождения Вселенной. Ученые из Пенсильвании придерживаются альтернативной гипотезы Большого отскока, согласно которой текущая расширяющаяся Вселенная возникла из распада предыдущей вселенной. Для описания этого состояния они объединили квантовую механику и теорию относительности. Авторы работы утверждают, что смогли описать космическое излучение, которое возникло непосредственно после зарождения Вселенной. Они заявили, что в эйнштейновскую ткань пространства-времени вплетены квантовые нити. Именно это в будущем может позволить объяснить, почему галактики и материя распространены во Вселенной неравномерно.

В 1990-х годах астрономы обнаружили, что расширение Вселенной ускоряется. Это противоречит предсказаниям общей теории относительности, согласно которой гравитация должна замедлять расширение. Чтобы объяснить это явление, космологи начали ссылаться на «темную энергию», силу, которая составляет почти три четверти материи и энергии во Вселенной и поэтому раздвигает ее. Но происхождение темной энергии по сей день остается загадкой. Некоторые исследователи пытаются объяснить ускорение расширения Вселенной без темной энергии, предполагая, что если общая теория относительности неверна, а гравитация ослабевает в космических масштабах. Но до сих пор никто не придумал способ проверить данную теорию.

Существует и такое понятие как антигравитация — предполагаемое противодействие, которое гасит или даже превышает гравитационное притяжение путем отталкивания.

Нынешний подход к антигравитации заключается в том, чтобы освободить объект от действия силы тяжести, чтобы он какое-то время не был подвержен гравитации. Например, полет человека в аэродинамической трубе обеспечивается за счет того, что силе тяжести противодействует поток воздуха.

Полет в аэротрубе

(Фото: FlyStation)

Пока вопрос существования антигравитации как самостоятельного явления остается открытым, так как само явление гравитации только изучается.

Если бы не было гравитации

В соответствии с вышеприведенными законами физики на практике такая ситуация невозможна.

Бывший астронавт NASA, физик Джей Баки, отмечает, что наш организм адаптирован к силе земного притяжения. Когда сила тяжести почти исчезает (например, на борту МКС), организм начинает перестраиваться. За время миссий в космосе члены экипажей кораблей теряют костную массу и мышечный тонус, а также чувство равновесия.

Доктор Кевин Фонг добавляет, что количество эритроцитов в организме падает, что приводит к так называемой космической анемии. При этом раны заживают дольше, а также снижается иммунитет, наблюдаются проблемы со сном. Таким образом, в отсутствие гравитации мышцы, вестибулярный аппарат, сердце и кровеносные сосуды развивались бы иначе.

Астроном Карен Мастерс из Портсмутского университета в Великобритании предположил, что в отсутствие гравитации Земля начала бы вращаться с большой угловой скоростью как раскручиваемая над головой веревка. Таким образом, любые объекты на планете улетели бы прямо в космос, как и вода с атмосферой. Только укрепленные строения могли бы какое-то время держаться на поверхности Земли.

В конечном счете отсутствие гравитации разрушит саму планету. Земля развалится на части, которые разлетятся в разные стороны.

Похожий пример, но с Солнцем, приводит канал Discovery News в своем видео.

Что произойдет, если гравитации не станет

Без гравитации не осталось бы ни звезд, ни планет, а Вселенная стала бы смесью рассеянных атомов и молекул.