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과학적으로 지향되거나 그렇지 않은 대부분의 사람들은 적어도 "중력 (gravity)"이라고 불리는 어떤 양이나 개념이 자신을 포함한 물체를 지구에 묶는 것을 막는 모호한 아이디어를 가지고있다. 그들은 이것이 일반적으로 축복이지만, 특정한 상황에서는 덜 그렇다는 것을 이해합니다. 예를 들어 나뭇 가지에 앉았을 때 상처가없는 땅으로 돌아가는 방법에 대한 확신이 없거나 높은 점프 또는 장대 높이뛰기와 같은 이벤트.
지구 표면에서 멀리 떨어진 지구를 도는 우주 정거장에서 우주 비행사의 장면을 볼 때와 같이 영향이 줄어들거나 없어 질 때 어떤 일이 발생하는지 확인할 때까지 중력 개념을 이해하는 것이 어려울 수 있습니다. 그리고 실제로 물리학 자들은 우주가 왜 처음에 존재하는지 우리에게 말할 수있는 것보다 궁극적으로 중력을 "원인"에 대해 거의 알지 못합니다. 그러나 물리학 자들은 지구뿐만 아니라 우주 전체에서 중력이 예외적으로 잘 수행되는 것을 묘사하는 방정식을 만들었습니다.
중력의 간략한 역사
2,000 년 전에 고대 그리스 사상가들은 시간의 시험을 거의 견뎌내고 현대에 살아남은 많은 아이디어를 생각해 냈습니다. 그들은 행성이나 별과 같은 먼 물체 (물론 관측자가 알 수 없었던 지구로부터의 실제 거리)는 사실상 그것들을 연결하는 케이블이나 밧줄 같은 것이 없어도 서로 물리적으로 구속되어 있음을 알아 냈습니다. 함께. 다른 이론이 없으면 그리스인들은 태양, 달, 별과 행성의 움직임이 신의 변덕에 의해 지시되었다고 제안했다. (사실 당시, 모든 행성들은 그 이름이 신들의 이름을 따랐다는 것을 알고 있습니다.)이 이론은 단정하고 결정적이지만 시험 할 수 없었으며, 따라서 더 만족스럽고 과학적으로 엄격한 설명을 할 수 없었습니다.
티코 브라헤 (Tycho Brahe)와 갈릴레오 갈릴레이 (Galileo Galilei)와 같은 천문학 자들은 약 300 ~ 400 년 전까지 만해도 성경의 가르침과는 반대로 15 세기에 가까운 지구와 행성들이 지구가 아닌 태양 주위를 돌고 있음을 인식했습니다. 우주의 중심. 이것은 현재 이해되고있는 중력 탐험의 길을 열었다.
중력 이론
칼 테크 (CalTech)의 논문에서 이론 물리학 자 야콥 베켄 슈타인 (Jacob Bekenstein)에 의해 표현 된 물체들 사이의 중력 적 매력을 생각하는 한 가지 방법은 "물질 함량으로 인해 전기적으로 중립적 인 물체가 서로에 작용하는 장거리 힘"이다. 즉, 물체는 정전기 전하의 차이로 인해 힘을 경험할 수 있지만, 중력은 질량이 커져 힘을 발생시킵니다. 기술적으로, 귀하와 컴퓨터, 전화 또는 태블릿은 서로 중력을 행사할 때이 내용을 읽지 만 귀하와 귀하의 인터넷 지원 장치는 너무 작아서 거의 감지 할 수 없습니다. 분명히, 행성, 별, 전체 은하계, 심지어 은하계 규모의 물체에 대해서는 다른 이야기입니다.
아이작 뉴턴 (1642-1727)은 역사상 가장 뛰어난 수학적 사고 중 하나이며 미적분학 분야의 공동 발명자 중 한 명으로 인정 받아 두 물체 사이의 중력이 직접적으로 그 결과에 비례한다고 제안했습니다. 질량과 그들 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다. 이것은 방정식의 형태를 취합니다.
에프묘 = (G × m1 × m2)/아르 자형2
어디 F묘 뉴턴의 중력입니다. m1 그리고 m2 킬로그램 단위의 질량, r은 단위를 미터 단위로 분리 한 거리, 비례 상수 G의 값은 6.67 × 10-11 (N ⋅ m2)/킬로그램2.
이 방정식은 일상적인 목적으로 훌륭하게 작동하지만 문제의 대상이 상대론적일 때, 즉 사람의 일반적인 경험을 벗어난 질량과 속도로 묘사되면 그 가치가 줄어 듭니다. 아인슈타인의 중력 이론이 등장합니다.
아인슈타인 일반 상대성 이론
1905 년, 과학 역사상 가장 유명하고 천재 수준의 대명사 인 알버트 아인슈타인 (Albert Einstein)은 그의 특수 상대성 이론을 발표했습니다. 기존 물리학 지식에 영향을 미친 다른 영향들 중에서도 뉴턴의 중력 개념에 내장 된 가정에 의문을 제기했는데, 이는 사실상 중력이 분리의 광대 함과 상관없이 물체들 사이에서 순간적으로 작동한다는 것이다. 아인슈타인 계산 후 빛의 속도는 3 × 108 m / s 또는 초당 약 186,000 마일로, 공간을 통해 어떤 것이 얼마나 빨리 전파 될 수 있는지에 대한 상한을 설정 한 뉴턴의 아이디어는 적어도 특정 경우에 갑자기 취약 해 보였습니다. 다시 말해서, 뉴턴의 중력 이론은 거의 모든 상상할 수있는 단점에서 훌륭하게 수행되었지만, 그것은 보편적으로 중력에 대한 진정한 설명이 아니 었습니다.
아인슈타인은 다음 10 년 동안 우주의 모든 과정에 부과 된, 또는 빛의 속도의 상한과 뉴턴의 기본 중력 틀을 조화시키는 또 다른 이론을 공식화하는 데 보냈다. 아인슈타인이 1915 년에 도입 한 결과는 일반적인 상대성 이론이었습니다. 오늘날 모든 중력 이론의 기초를 형성하는이 이론의 승리는 그것이 중력의 개념이 시공간의 곡률을 나타내는 것으로서 그 자체가 아니라 힘이라는 틀을 구성한다는 것이다. 이 아이디어는 전혀 새로운 것이 아니었다. 수학자 게오르그 베른하르트 리만 (Georg Bernhard Riemann)은 1854 년에 관련 아이디어를 만들어 냈다. 그러나 아인슈타인은 순수하게 물리적 힘에 뿌리를 둔 무언가에서 중력 이론을보다 기하학에 기반을 둔 이론으로 변형시켰다. 그것은 사실상 3 차원 공간 차원을 수반하기 위해 사실상 4 차원을 제안했다. 그것은 이미 친숙했습니다.
지구의 중력과 그 너머
아인슈타인의 일반 상대성 이론의 영향 중 하나는 중력이 물체의 질량 또는 물리적 구성과 독립적으로 작동한다는 것입니다. 이것은 무엇보다도 초고층 빌딩 꼭대기에서 떨어지는 대포와 구슬이 같은 속도로지면을 향해 떨어지고 중력에 의해 정확히 같은 속도로 가속됩니다. . (완전성을 위해 이것은 공기 저항이 문제가되지 않는 진공에서만 기술적으로 사실이라는 점에 유의하는 것이 중요합니다. 깃털은 샷 퍼팅보다 분명히 느리게 떨어지지 만 진공에서는 그렇지 않습니다. .) 아인슈타인 아이디어의이 측면은 충분히 테스트 할 수있었습니다. 그러나 상대 론적 상황은 어떻습니까?
2018 년 7 월, 국제 천문학 자 팀은 지구에서 4,200 광년의 3 성 시스템에 대한 연구를 마무리했습니다. 광년은 1 년 (약 6 조 마일) 거리의 빛이 이동하는 거리이며, 이것은 지구상의 천문학 자들이 기원전 2,200 년경에 실제로 일어난 빛을 드러내는 현상을 관찰하고 있음을 의미합니다. 이 특이한 시스템은 두 개의 작고 조밀 한 별 (하나는 초당 366 번 축에서 회전하는 "펄서 (pulsar)")과 다른 하나는 백색 왜성 (dark dwarf)으로 구성되어 1.6 일의 짧은 기간으로 서로 선회합니다. 이 쌍은 327 일마다 더 먼 하얀 왜성 스타를 공전합니다. 요컨대,이 매우 이례적인 시스템에서 세 별의 상호 열성적인 움직임을 설명 할 수있는 중력에 대한 유일한 설명은 아인슈타인의 일반 상대성 이론이며 실제로 방정식은 상황에 완벽하게 들어 맞습니다.