Rieth József: Világom - Háttérismeret

Gravitáció

Tartalomjegyzékhez < Világképem <    (Anyagelőtti, Hadronidőszak)     

A gravitáció, más néven tömegvonzás egy távoli kölcsönhatás, amely bármilyen két, tömeggel bíró test között jön létre, és a testek tömegközéppontjainak egymás felé gyorsulását okozza. A gravitációs erő az az erő, amelyet az egyik test a másikra a gravitáció jelenségének megfelelően kifejt. Nem azonos a nehézségi erővel, a nehézkedéssel. A súly és a súlytalanság a nehézkedés következményei.

Egy testre ható gravitációs erő az egyik összetevője a test súlyának.

Két, tömeggel rendelkező test egymásra vonzerőt fejt ki, ez a tömegvonzás a két test tömegközéppontját összekötő egyenesen helyezkedik el, és mindkét test tömegével arányos, ugyanakkor a testeket egymástól távolítva csökken. A gravitációs erő egyetlen feltétele és oka a testek tömege. Minden test, anyagi összetételétől, halmazállapotától, hőmérsékletétől függetlenül folyamatosan kifejti a tömegéből eredő vonzerőt. Az erő bármilyen távolságból hat, bár a távolsággal gyengül, és a gravitációs erő el nem téríthető és nem árnyékolható. A gravitációs erő két tömeggel rendelkező test között sosem nulla, és értéke nullánál kisebb sem lehet. Kérdés maradt, hogy a tömegvonzást miféle közeg közvetíti. Tehát ahogy az elektromos és mágneses vonzást részletesen leírt tulajdonságú erőterek továbbítják, nem tudjuk, milyen erőtér, milyen részecskék adják át a tömegvonzást a másik testnek. Az ehhez feltételezett elemi részecskét, a gravitont máig nem sikerült kísérletileg kimutatni, noha folynak ez irányban kutatások.

Albert Einstein az 1916-ban megjelentetett második, általános relativitáselméletében a tömegvonzás jelenségére más elméleti leírást adott. Az elmélet szerint tömegvonzási erő nem létezik, így az azt közvetítő részecskét sem kell keresnünk. Ehelyett azt kell elképzelnünk, hogy egy test a tömegétől függő mértékben meghajlítja, elgörbíti maga körül a három dimenziós teret. A tér eme torzulása rajzon, maketten két dimenzióban úgy ábrázolható, hogy egy feszes gumilepedőre vagy gumihálóra rátesznek egy súlyos golyót. A golyó felé haladva az egyre meredekebbé váló felület érzékelteti a tér görbületének, és az ezzel ábrázolt gravitációnak az erősödését. Ha erre a felületre egy másik, kisebb golyót helyezünk, az a lejtős felület miatt a nagy golyó felé indul el, mintha az vonzaná magához.

A fény mindig egyenes vonalban halad, a lehetséges legnagyobb sebességgel. Newton első törvénye szerint egy magára hagyott test egyenes vonalban, egyenletes sebességgel halad. Einstein az elméletéből azt a jóslatot vezette le, hogy nagy tömegű csillagok, galaxisok mellett elhaladva a fény az egyenes útvonalról letér, a pályája a nagy tömeg közelében valamennyire elhajlik. Annak ellenére hatni látszik rá a gravitációs erő, hogy a fénynek tulajdonképpen nincs is tömege. Newton elméletével ez így nem is lenne megmagyarázható, Einstein viszont ezt mondja: a fény részecskéi (a fotonok) nem egy erő hatására térülnek el egy nagy tömegű test gravitációjának hatására, hanem maga az egyenes vonal hajlik el a térrel együtt. Azaz a fény továbbra is egyenes vonalban mozog, csak ez az egyenes hajlik meg egy független külső megfigyelő számára. A test gravitációjának hatása alatt álló megfigyelő a fény útját továbbra is egyenesnek látja, mert az ő által érzékelt térben az a pálya valóban egybeesik az ő terének egy egyenes vonalával.

A relativitáselméletben bemutatott gravitációmodell alapján gondolkodva tehát kijelenthetjük, hogy gravitációs erő valójában nincs is, csak a gravitáció jelensége létezik, „gravitációs hatásról” beszélhetünk, amelyet nem erőkkel, hanem a tér torzulásaival indokolhatunk.

A gravitációs hatás terjedési sebessége ebben a modellben is feltehető kérdés. Ha egy gondolatkísérletben egy tömeg hirtelen felbukkan a térben és azt meghajlítja maga körül, akkor ez a tértorzulás azonnal vagy valamilyen késéssel éri-e el a távol levő másik testet? Az azonnali terjedés végtelen sebességet feltételez, akkor pedig létezne a fénynél nagyobb sebességgel terjedő fizikai hatás, amit viszont a relativitáselmélet kizár. Előre jelezhető, hogy az aszimmetrikus gyorsuló (változó sebességű vagy irányú) mozgást végző testek hullámszerű zavart keltenek a térben. Ezek a hatások csak igazán nagy tömegek hatókörében lehetnek megfigyelhetőek, például összeomló vagy egymásba rohanó csillagok által létrehozva. Az így leírt, már Einstein által is tárgyalt gravitációs hullámnak tehát feltételezik a létezését, de a rendelkezésünkre álló eszközökkel, kísérleti úton eddig azt kimutatni nem sikerült.

Nikola Tesla kétségbe vonta Albert Einstein relativitáselméletét, bejelentve, hogy ő a gravitáció dinamikus elméletén dolgozik (amelyet még 1892 és 1894 között kezdett el). Úgy érvelt, hogy egy „erőtér” feltételezése sokkal jobb koncepció lenne és az elektromágneses energia közegére fókuszált, amely kitölti a matematikailag definiált teret és ezáltal az egész általunk belátható világűrt.

Kiszámíthatjuk a Nap és Föld között fennálló erőt, amelynek értéke 3,54·10²² newton. Ez a borzalmas erő háromszor akkora, mint amennyit egy képzeletbeli mérleg mutatna itt a Földön, ha rátehetnénk az egész Plútót. Ekkora erő kell ahhoz, hogy a Föld a körpályán maradjon.

Az alábbi táblázat azt sorolja fel, hogy melyik égitest mekkora tömegvonzási erőt gyakorol egy 1 kg tömegű testre, amelyet a Föld felszínén elhelyezünk. A kétféle érték a keringő égitestek változó távolságai közül a lehetséges legnagyobb és legkisebb távolságot veszi alapul. Érdekességként megjegyezhető, hogy a hatás–ellenhatás törvénye szerint az 1 kg-os test ugyanekkora erőkkel vonzza az égitesteket.

A kozmológusok, akik a csillagok fejlődésének szabályait és állomásait sok éve elemzik, azt állítják, hogy a csillagok egyik típusa az élete végén a saját rettenetes gravitációjának a hatására összeroppan, és egy elképzelhetetlenül sűrű anyagból álló, akár csak néhány kilométer sugarú gömbbé zsugorodik, neutroncsillag lesz belőle, amely mellesleg rendkívül gyorsan forog a tengelye körül. Mivel ebben egy egész csillag teljes anyaga, tömege van összezsúfolva, a kis méret ellenére igen nagy a tömegvonzása.

Nincs elméleti akadálya annak, hogy elképzeljünk egy olyan szupersűrű égitestet, amelynek a tömege egy óriáscsillagéval egyezik meg, és így a saját súlya alatt még a neutroncsillagnál is sűrűbb gömbbé zsugorodjon össze. Erről az égitestről, a feketelyukról semmiféle sugárzás, semmilyen fény nem tud kilépni. Ez pedig azt jelenti, hogy ez a csillag, onnan induló fény híján, láthatatlan lesz számunkra. Olyan, mint egy nagyon apró fekete lyuk az égbolton.

Tartalomjegyzékhez < Világképem <  Anyagelőtti     

----------------------------

http://hu.wikipedia.org/wiki/Gravit%C3%A1ci%C3%B3