AI PHáT HIỆN RA TRỌNG LỰC?

Send

Bốn lực lượng cơ bản chi phối tất cả các tương tác trong Vũ trụ. Chúng là các lực hạt nhân yếu, lực hạt nhân mạnh, điện từ và trọng lực. Trong số này, trọng lực có lẽ là bí ẩn nhất. Mặc dù đôi khi nó đã được hiểu cách mà định luật vật lý này vận hành ở quy mô vĩ mô - chi phối Hệ mặt trời, các thiên hà và siêu sao của chúng ta - cách nó tương tác với ba lực cơ bản khác vẫn còn là một bí ẩn.

Đương nhiên, con người đã có một sự hiểu biết cơ bản về lực lượng này từ thời xa xưa. Và khi nói đến sự hiểu biết hiện đại của chúng ta về lực hấp dẫn, tín dụng nợ một người đàn ông đã giải mã các thuộc tính của nó và cách nó chi phối tất cả mọi thứ lớn và nhỏ - Ngài Isaac Newton. Nhờ nhà vật lý và toán học người Anh thế kỷ 17 này, sự hiểu biết của chúng ta về Vũ trụ và các quy luật chi phối nó sẽ mãi mãi được thay đổi.

Trong khi tất cả chúng ta đều quen thuộc với hình ảnh mang tính biểu tượng của một người đàn ông ngồi dưới gốc cây táo và bị ngã trên đầu, các lý thuyết về Newton lực hấp dẫn cũng đại diện cho một đỉnh cao của nhiều năm nghiên cứu, dựa trên nhiều thế kỷ tích lũy kiến thức. Ông sẽ trình bày những lý thuyết này trong kiệt tác của mình, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Nguyên lý toán học của triết học tự nhiên,), được xuất bản lần đầu năm 1687.

Trong tập này, Newton đã đưa ra cái được gọi là Ba định luật về chuyển động của ông, bắt nguồn từ Định luật về chuyển động hành tinh của Julian Kepler và mô tả toán học về lực hấp dẫn của ông. Những định luật này sẽ đặt nền tảng của cơ học cổ điển, và sẽ không bị ảnh hưởng trong nhiều thế kỷ - cho đến thế kỷ 20 và sự xuất hiện của Thuyết tương đối Einstein Einstein.

Vật lý của thế kỷ 17:

Thế kỷ 17 là một thời gian rất tốt lành cho các ngành khoa học, với những đột phá lớn xảy ra trong các lĩnh vực toán học, vật lý, thiên văn học, sinh học và hóa học. Một số phát triển lớn nhất trong giai đoạn này bao gồm sự phát triển mô hình nhật tâm của Hệ mặt trời của Nicolaus Copernicus, công trình tiên phong với kính viễn vọng và thiên văn học quan sát của Galileo Galilei và phát triển quang học hiện đại.

Cũng trong thời kỳ này, Julian Kepler đã phát triển Định luật về chuyển động hành tinh. Được xây dựng từ năm 1609 đến 1619, các định luật này đã mô tả chuyển động của các hành tinh được biết đến sau đó (Sao Thủy, Sao Kim, Trái Đất, Sao Hỏa, Sao Mộc và Sao Thổ) quanh Mặt Trời. Họ tuyên bố rằng:

Các hành tinh di chuyển xung quanh Mặt trời theo hình elip, với Mặt trời tập trung
Đường thẳng nối Mặt trời với một hành tinh quét các khu vực bằng nhau trong thời gian bằng nhau.
Bình phương của chu kỳ quỹ đạo của một hành tinh tỷ lệ với khối lập phương (năng lượng thứ 3) của khoảng cách trung bình so với Mặt trời trong (hay nói cách khác là của một nửa trục chính hình chữ nhật của hình elip, bằng một nửa tổng nhỏ nhất và khoảng cách lớn nhất từ Mặt trời).

Các luật này đã giải quyết các vấn đề toán học còn lại được đưa ra bởi mô hình nhật tâm của Copernicus, do đó xóa bỏ mọi nghi ngờ rằng đó là mô hình chính xác của Vũ trụ. Làm việc từ những điều này, Sir Isaac Newton đã bắt đầu xem xét trọng lực và ảnh hưởng của nó đối với quỹ đạo của các hành tinh.

Newton Law Three Laws:

Năm 1678, Newton bị suy nhược thần kinh hoàn toàn do làm việc quá sức và mối thù với nhà thiên văn học đồng nghiệp Robert Hooke. Trong vài năm tiếp theo, ông đã rút khỏi thư tín với các nhà khoa học khác, ngoại trừ nơi họ khởi xướng nó, và làm mới lại mối quan tâm của ông đối với cơ học và thiên văn học. Vào mùa đông năm 1680-81, sự xuất hiện của một sao chổi, mà anh ta tương ứng với John Flamsteed (Hoàng gia Thiên văn học Anh) cũng làm mới lại mối quan tâm của mình đối với thiên văn học.

Sau khi xem xét Định luật về chuyển động của Kepler, Newton đã phát triển một bằng chứng toán học rằng dạng quỹ đạo hình elip sẽ dẫn đến một lực hướng tâm tỷ lệ nghịch với bình phương của vectơ bán kính. Newton đã truyền đạt những kết quả này cho Edmond Halley (người phát hiện ra Haley lối Comet ') và cho Hội Hoàng gia De motu traum trong gyrum.

Cuốn sách này, được xuất bản năm 1684, chứa hạt giống của những gì Newton sẽ mở rộng để tạo thành kiệt tác của mình, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Chuyên luận này, được xuất bản vào tháng 7 năm 1687, bao gồm ba định luật về chuyển động của Newton, trong đó tuyên bố rằng:

Khi được xem trong khung tham chiếu quán tính, một vật thể vẫn ở trạng thái nghỉ hoặc tiếp tục di chuyển với vận tốc không đổi, trừ khi bị tác động bởi ngoại lực.
Tổng vectơ của ngoại lực (F) trên một vật bằng khối lượng (m) của đối tượng đó nhân với vectơ gia tốc (a) của đối tượng. Ở dạng toán học, điều này được thể hiện là: F =mmột
Khi một cơ thể tác dụng một lực lên cơ thể thứ hai, cơ thể thứ hai đồng thời tác dụng một lực có độ lớn bằng nhau và ngược chiều với cơ thể thứ nhất.

Cùng với nhau, các định luật này đã mô tả mối quan hệ giữa bất kỳ đối tượng nào, các lực tác động lên nó và chuyển động kết quả, đặt nền tảng cho cơ học cổ điển. Các định luật cũng cho phép Newton tính toán khối lượng của mỗi hành tinh, làm phẳng Trái đất ở hai cực và phình ra ở xích đạo và cách lực hấp dẫn của Mặt trời và Mặt trăng tạo ra thủy triều Trái đất.

Trong cùng một tác phẩm, Newton đã trình bày một phương pháp phân tích hình học giống như phép tính bằng cách sử dụng 'tỷ lệ đầu tiên và tỷ lệ cuối cùng', đã tìm ra tốc độ âm thanh trong không khí (dựa trên Định luật Boyle), chiếm tỷ lệ của các Equinoxes (mà ông cho thấy là kết quả của lực hấp dẫn của Mặt trăng đối với Trái đất), đã khởi xướng nghiên cứu về lực hấp dẫn về sự bất thường trong chuyển động của mặt trăng, đưa ra một lý thuyết cho việc xác định quỹ đạo của sao chổi và hơn thế nữa.

Sự cố Newton và sự kiện Apple Apple

Câu chuyện về Newton xuất hiện với lý thuyết về lực hấp dẫn phổ quát của ông là kết quả của một quả táo rơi trên đầu đã trở thành một yếu tố chính của văn hóa đại chúng. Và trong khi người ta thường tranh luận rằng câu chuyện là ngày tận thế và Newton đã không nghĩ ra lý thuyết của mình bất cứ lúc nào, chính Newton đã kể câu chuyện nhiều lần và cho rằng vụ việc đã truyền cảm hứng cho ông.

Ngoài ra, bài viết của William Stukeley - một giáo sĩ người Anh, người cổ xưa và là thành viên của Hiệp hội Hoàng gia - đã xác nhận câu chuyện. Nhưng thay vì đại diện hài hước của quả táo Newton nổi bật trên đầu, Stukeley mô tả trong Hồi ức về cuộc đời của Ngài Isaac Newton (1752) một cuộc trò chuyện trong đó Newton đã mô tả suy ngẫm về bản chất của trọng lực trong khi xem một quả táo rơi.

Lúc đó, chúng tôi đã đi vào vườn và uống thea dưới bóng của một số appletrees; chỉ có anh ấy và tôi. Giữa những diễn ngôn khác, anh nói với tôi, anh cũng ở trong hoàn cảnh tương tự, như khi trước đây, khái niệm về trọng lực xuất hiện trong tâm trí anh. Tại sao quả táo đó luôn luôn nằm vuông góc với mặt đất, anh nghĩ mình là chính mình; nhân dịp sự kiện mùa thu của một quả táo

John Conduitt, trợ lý của Newton, tại Royal Mint (người cuối cùng kết hôn với cháu gái của ông), cũng mô tả việc nghe câu chuyện trong tài khoản riêng của ông về cuộc đời Newton. Theo Conduitt, vụ việc xảy ra vào năm 1666 khi Newton đang đi du lịch để gặp mẹ mình ở Lincolnshire. Trong khi uốn khúc trong vườn, anh ta đã suy nghĩ về ảnh hưởng của lực hấp dẫn vượt xa Trái đất, chịu trách nhiệm cho sự sụp đổ của quả táo cũng như quỹ đạo Mặt trăng.

Tương tự, Voltaire đã viết n của mình Tiểu luận về thơ sử thi (1727) rằng Newton lần đầu tiên nghĩ đến hệ thống trọng lực khi đi trong vườn và ngắm một quả táo rơi từ trên cây. Điều này phù hợp với các ghi chú của Newton từ những năm 1660, cho thấy ông đã vật lộn với ý tưởng về cách lực hấp dẫn trên mặt đất kéo dài, theo tỷ lệ nghịch đảo với Mặt trăng.

Tuy nhiên, anh ta sẽ mất thêm hai thập kỷ để phát triển đầy đủ các lý thuyết của mình đến mức anh ta có thể đưa ra các bằng chứng toán học, như đã được chứng minh trong Nguyên tắc. Khi điều đó đã hoàn thành, anh ta suy luận rằng cùng một lực làm cho một vật rơi xuống đất là nguyên nhân gây ra các chuyển động quỹ đạo khác. Do đó, ông đặt tên cho nó là trọng lực phổ quát.

Nhiều loại cây khác nhau được tuyên bố là cây táo táo mà Newton mô tả. Grantham School, Grantham, tuyên bố trường của họ đã mua cây ban đầu, nhổ nó và vận chuyển đến khu vườn hiệu trưởng Vài năm sau đó. Tuy nhiên, National Trust, nơi nắm giữ Woolsthorpe Manor (nơi Newton lớn lên) tin tưởng, tuyên bố rằng cây vẫn sống trong khu vườn của họ. Một hậu duệ của cây ban đầu có thể được nhìn thấy mọc bên ngoài cổng chính của Trinity College, Cambridge, bên dưới căn phòng mà Newton sống khi ông học ở đó.

Công trình Newton Newton sẽ có ảnh hưởng sâu sắc đến các ngành khoa học, với các nguyên tắc còn lại của nó trong 200 năm sau đó. Nó cũng thông báo về khái niệm trọng lực phổ quát, trở thành nền tảng chính của thiên văn học hiện đại, và sẽ không được sửa đổi cho đến thế kỷ 20 - với việc phát hiện ra cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng Einstein Einstein.

Chúng tôi đã viết nhiều bài viết thú vị về lực hấp dẫn ở đây tại Tạp chí Vũ trụ. Đây là ai là Ngài Isaac Newton?, Ai là Galileo Galilei?, Lực hấp dẫn là gì?, Và hằng số hấp dẫn là gì?

Astronomy Cast có một số tập phim hay về đề tài này. Tại đây Tập 37: Thấu kính hấp dẫn và Tập 102: Trọng lực,

Nguồn: