Гравітаційна взаємодія

Ньютон настільки випередив свій час, що чимало висловлених ним припущень знаходять наукове пояснення лише сьогодні.

Принцип еквівалентності

Положення про рівність важкої та інертної мас наводить на думку про еквівалентність гравітації й руху з прискоренням. Справді, система (наприклад космічний корабель або ліфт), яка рухається з прискоренням, що дорівнює прискоренню вільного падіння в гравітаційному полі Землі (g), створюватиме в цьому місці простору такі ж самі ефекти, що і поле тяжіння. Усі предмети, що знаходяться в цій системі, так само як і тіла в полі тяжіння, матимуть однакове за значенням і напрямком прискорення. Перебуваючи усередині системи, що прискорено рухаєтеся, ви не зможете жодним способом відрізнити рух із прискоренням від тяжіння. Саме ця можливість еквівалентної заміни тяжіння рухом із прискоренням називається принципом еквівалентності Ейнштейна.

Певною мірою це було відомим і до Ейнштейна. Але, по-перше, Ейнштейн поширив принцип еквівалентності з механічних явищ на всі явища природи (включаючи, наприклад, світло). По-друге, до Ейнштейна еквівалентність тяжіння і руху з прискоренням розглядалася в мовчазному припущенні про миттєве поширення гравітаційної взаємодії. Завдання Ейнштейна полягало в тому, щоб зберегти положення еквівалентності в умовах справедливості сформульованого ним самим спеціального принципу відносності, відповідно до якого жоден сигнал (у тому числі й гравітаційна взаємодія) не може поширюватися зі швидкістю, більшою за швидкість світла. Це завдання він вирішив у загальній теорії відносності.

Маса світла

Астрономи давно виявили, що світло, яке проходить поблизу великих зір, має червонуватий відтінок. Сучасна теорія гравітації теоретично підтверджує цей факт.

Світло — це потік фотонів — частинок, що відповідають за передачу електромагнітної взаємодії. Фотони одночасно мають властивості хвилі і частинки а отже, мають і масу. А на будь-яке тіло, що має масу, діє гравітація. Фотон, що пролітає повз зорю, — тіло з величезною масою — потрапляє під дію її гравітаційного поля і, долаючи його, втрачає частину своєї енергії. Це позначається на частоті хвильових коливань фотона — вона знижується. Серед світлових фотонів найнижчу частоту мають ті, котрі ми бачимо як червоне світло. Звідси червоний відтінок світла, що проходить повз зорі. Цей ефект названий гравітаційним зміщенням частоти фотонів.

Гравітаційна взаємодія досліджена досить добре, проте її вивчення продовжується. Зокрема, фізиків дуже цікавить питання про вплив гравітації на виникнення таких дивних космічних об'єктів, як чорні діри.

Електромагнітна взаємодія

З електромагнітною взаємодією ми досить добре знайомі в повсякденному житті.

Один з відомих проявів електромагнітної взаємодії — притягання й відштовхування заряджених тіл. Наприклад, два електричних заряди qt і qг, що знаходяться на відстані r, притягаються (якщо вони різнойменні) або відштовхуються (якщо однойменні) із силою, що визначається законом Кулона

де k — коефіцієнт, що дорівнює 9 109 Нм2/Кл2.

Цей закон взаємодії електричних зарядів дуже схожий на закон гравітаційної взаємодії: там сила взаємного тяжіння тіл прямо пропорційна добуткові їхніх мас і обернено пропорційна квадрату відстані між ними Обидві взаємодії, електромагнітна й гравітаційна, належать до числа далекодіючих Вони виявляються на будь-якій відстані. Однак ці взаємодії дуже сильно розрізняються за своєю інтенсивністю.

Порівняємо, наприклад, силу гравітаційного притягання (Fгр) двох протонів, що знаходяться на відстані 2•10-13 см (на такій відстані вони розташовані в атомному ядрі) із силою їхнього електростатичного відштовхування (Fел). Знаючи масу й електричний заряд протона, легко обчислити, що: F =5 10-35Н,