fyra grundläggande krafter styr alla interaktioner inom universum. De är svaga kärnkrafter, starka kärnkrafter, elektromagnetism och gravitation. Av dessa är gravitationen kanske den mest mystiska. Även om det under en tid har varit underförstått hur denna fysiklag fungerar på makroskalan-styr vårt solsystem, galaxer och superlustrar – hur det interagerar med de tre andra grundläggande krafterna är fortfarande ett mysterium.
naturligtvis har människor haft en grundläggande förståelse för denna kraft sedan urminnes tider., Och när det gäller vår moderna förståelse av gravitationen är kredit skyldig till en man som dechiffrerade dess egenskaper och hur det styr allt stort och litet – Sir Isaac Newton. Tack vare denna 17th century engelsk fysiker och matematiker, skulle vår förståelse av universum och de lagar som styr det för alltid ändras.,
medan vi alla är bekanta med den ikoniska bilden av en man som sitter under ett äppelträd och har ett fall på huvudet, representerade Newtons teorier om gravitation också en kulmination av år av forskning, som i sin tur baserades på århundraden av ackumulerad kunskap. Han skulle presentera dessa teorier i sin magnum opus, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (”matematiska principer för naturlig filosofi”), som först publicerades 1687.,
i denna volym lade Newton ut vad som skulle komma att bli känt som hans tre rörelselagar, som härleddes från Johannes Keplers lagar om planetarisk rörelse och hans egen matematiska beskrivning av gravitationen. Dessa lagar skulle lägga grunden för klassisk mekanik, och skulle förbli obestridd i århundraden – fram till 1900-talet och framväxten av Einsteins relativitetsteori.
fysik vid 17th Century:
1700-talet var en mycket gynnsam tid för vetenskaperna, med stora genombrott som förekommer inom matematik, fysik, astronomi, biologi och kemi. Några av de största utvecklingen under perioden är utvecklingen av den heliocentriska modellen av solsystemet av Nicolaus Copernicus, det banbrytande arbetet med teleskop och observational astronomi av Galileo Galilei och utvecklingen av modern optik.,
det var också under denna period som Johannes Kepler utvecklade sina lagar om planetarisk rörelse. Formulerad mellan 1609 och 1619 beskrev dessa lagar rörelsen hos de då kända planeterna (Kvicksilver, Venus, Jord, Mars, Jupiter och Saturnus) runt solen. De uppgav att:
- planeter rör sig runt solen i ellipser, med solen vid ett fokus
- linjen som förbinder solen till en planet sveper lika områden i lika tider.,
- kvadraten på orbitalperioden för en planet är proportionell mot kuben (3: e kraften) av medeldistansen från solen i (eller med andra ord–av ellipsens”halv-huvudaxel”, hälften av summan av minsta och största avstånd från solen).
dessa lagar löste de återstående matematiska frågorna som togs upp av Copernicus heliocentriska modell, vilket eliminerar allt tvivel om att det var rätt modell av universum. Att arbeta från dessa började Sir Isaac Newton överväga gravitation och dess effekt på planetens banor.,
Newtons tre lagar:
år 1678 drabbades Newton av en fullständig nervös uppdelning på grund av överarbete och en fejd med astronomen Robert Hooke. Under de närmaste åren drog han sig tillbaka från korrespondens med andra forskare, förutom där de initierade det och förnyade sitt intresse för mekanik och astronomi., På vintern 1680-81 förnyade utseendet på en komet, om vilken han motsvarade John Flamsteed (Englands astronom Royal) också sitt intresse för astronomi.
Efter att ha granskat Keplers rörelselagar utvecklade Newton ett matematiskt bevis på att den elliptiska formen av planetariska banor skulle bero på en centripetal kraft omvänt proportionell mot kvadraten av radiusvektorn. Newton kommuniceras dessa resultat till Edmond Halley (upptäckare av ”Haley’ s Komet”) och till Royal Society i ” De motu corporum i gyrum.,
denna kanal, publicerad 1684, innehöll fröet av vad Newton skulle expandera för att bilda sin magnum opus, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Denna avhandling, som publicerades i Juli 1687, innehöll Newtons tre rörelselagar, som uppgav att:
- när den ses i en tröghetsreferensram, förblir ett objekt antingen i vila eller fortsätter att röra sig i konstant hastighet, om det inte handlas av en extern kraft.,
- vektorsumman av de yttre krafterna (F) på ett objekt är lika med massan (m) för det objektet multiplicerat med objektets accelerationsvektor (a). I matematisk form uttrycks detta som: F=ma
- när en kropp utövar en kraft på en andra kropp, utövar den andra kroppen samtidigt en kraft som är lika stor och motsatt i riktning mot den första kroppen.
tillsammans beskrev dessa lagar förhållandet mellan något föremål, de krafter som verkar på det och den resulterande rörelsen, lägger grunden för klassisk mekanik., Lagarna tillät också Newton att beräkna massan av varje planet, jordens utplattning vid polerna och utbuktningen vid ekvatorn och hur solens och månens gravitationskraft skapar jordens tidvatten.,
i samma arbete presenterade Newton en beräkningsliknande metod för geometrisk analys med hjälp av ”första och sista förhållanden”, utarbetade ljudets hastighet i luften (baserat på Boyles lag), stod för processionen av equinoxerna (som han visade var ett resultat av månens gravitations attraktion mot jorden), initierade gravitationsstudien av oegentligheterna i månens rörelse, gav en teori för bestämning av komets banor och mycket mer.,
Newton och ”Apple Incident”:
berättelsen om Newton kommer upp med sin teori om universell gravitation som ett resultat av ett äpple som faller på huvudet har blivit en stapelvara i populärkulturen. Och medan det ofta har hävdats att historien är apokryphal och Newton utarbetade inte sin teori vid något ögonblick, berättade Newton själv historien många gånger och hävdade att händelsen hade inspirerat honom.
dessutom har skrivandet av William Stukeley – en engelsk präst, antikvarisk och medmedlem i Royal Society – bekräftat historien., Men istället för den komiska representationen av äpplet slående Newton på huvudet beskrev Stukeley i sina memoarer om Sir Isaac Newtons liv (1752) en konversation där Newton beskrev begrunda gravitationens natur medan han tittade på ett äppelfall.
”…Vi gick in i trädgården,& drack thea under skuggan av några appletrees; bara han,& mig själv. mitt i en annan diskurs sa han att han bara var i samma situation, som när tidigare kom begreppet gravitation i hans sinne., ”varför skulle det äpplet alltid sjunka vinkelrätt mot marken”, trodde han för sig själv; tillfälle skulle genom ett äpples fall…”
John Conduitt, Newtons assistent vid Royal Mint (som så småningom gifte sig med sin brorsdotter), beskrev också att höra historien i sitt eget konto om Newtons liv. Enligt Conduitt ägde händelsen rum 1666 när Newton reste för att träffa sin mamma i Lincolnshire., Medan han slingrade sig i trädgården övervägde han hur gravitationens inflytande sträckte sig långt bortom jorden, ansvarig för fallet av apple såväl som månens omloppsbana.
På samma sätt skrev Voltaire n sin uppsats om episk poesi (1727) att Newton först hade tänkt på gravitationssystemet när han gick i sin trädgård och tittade på ett äppelfall från ett träd. Detta överensstämmer med Newtons anteckningar från 1660-talet, vilket visar att han greppade med tanken på hur markbunden gravitation sträcker sig, i en invers kvadratisk andel, till månen.,
det skulle dock ta honom ytterligare två decennier att fullt ut utveckla sina teorier till den grad att han kunde erbjuda matematiska bevis, vilket framgår av Principien. När det var klart drog han slutsatsen att samma kraft som gör att ett objekt faller till marken var ansvarig för andra orbitala rörelser. Därför kallade han det ”universell gravitation”.,
olika träd påstås vara ”det” äppelträd som Newton beskriver. Kungens skola, Grantham, hävdar att deras skola köpte det ursprungliga trädet, upprotade det och transporterade det till rektorns Trädgård några år senare. Men det nationella förtroendet, som håller Woolsthorpe Manor (där Newton växte upp) i förtroende, hävdar att trädet fortfarande bor i sin trädgård. En ättling till det ursprungliga trädet kan ses växa utanför Trinity College, Cambridge, under rummet Newton bodde i när han studerade där.,
Newtons arbete skulle ha en djupgående effekt på vetenskaperna, med dess principer kvar canon för de följande 200 åren. Det informerade också begreppet universell gravitation, som blev grunden för modern astronomi, och skulle inte revideras förrän 20 – talet-med upptäckten av kvantmekanik och Einsteins teori om allmän relativitet.
Vi har skrivit många intressanta artiklar om gravitation här i universum idag. Vem var Sir Isaac Newton? Som Var Galileo Galilei? Vad Är Tyngdkraften?, och vad är gravitationskonstanten?,
Astronomi Cast har några två bra episoder i ämnet. Här är Episode 37: Gravitational Lensing och Episode 102: Gravity,