Léiríonn an íomhá seo éifeacht lionsa imtharraingthe, agus na cosáin iolracha is féidir le solas a thógáil chun an ceann scríbe céanna a bhaint amach. I bhfianaise na n-achair chosmaí mhóra agus na maiseanna ollmhóra atá ag súgradh, féadann na hamanna teachta a bheith difriúil chomh beag le huaireanta nó oiread agus fiche nó tríocha bliain idir íomhánna, ach is léir go bhfuil éifeachtaí domhantarraingthe ag an solas féin, cé nach bhfuil mais dá chuid féin aige. (NASA, ESA, AGUS JOHAN RICHARD (CALTECH, SAM); BUÍOCHAS: DAVIDE DE MARTIN & JAMES LONG (ESA / HUBBLE))

Fiafraigh de Ethan: Conas a Fhulaingíonn Cáithníní Massless Domhantarraingt?

Is é míniú Einstein an t-aon cheann a oibríonn.

Nuair a mhol Newton dlí na himtharraingthe uilíche ar dtús, ba é seo an chéad uair a thuig muid an riail chéanna a rialaíonn an chaoi ar thit rudaí ar an Domhan agus a rialaigh freisin an chaoi ar bhog siad agus ar mheall siad a chéile ar fud na Cruinne. Thit rudaí chun na Cruinne mar gheall ar dhomhantarraingt; Tarraingíonn an Domhan é féin i sféaróideach mar gheall ar dhomhantarraingt; fithisíonn pláinéid agus pláinéid fithise an Ghrian mar gheall ar dhomhantarraingt; agus mar sin de go scálaí níos mó agus níos mó. Bhí dlí Newton simplí ach as cuimse: ní tharraingíonn rudaí le mais a chéile ag brath ach ar a maiseanna, a n-achair agus tairiseach imtharraingthe na Cruinne. Mar sin, conas, mar sin, a mbíonn domhantarraingt ag cáithníní gan mhais, cosúil le fótóin? Sin an rud ba mhaith le Bret Hammers a fháil amach, ag fiafraí:

I bhfianaise na cothromóide don domhantarraingt idir dhá mhais, agus an fhíric go bhfuil fótóin gan mais, conas is féidir le mais (cosúil le réalta nó poll dubh) tionchar a imirt ar an bhfótón sin?

Is ceist an-mhaith í, ach ceist amháin ar féidir lenár dtuiscint is doimhne ar dhomhantarraingt í a fhreagairt. A ligean ar a fheiceáil conas.

Taispeánann an léaráid scéimeach seo dár gcóras gréine cosán drámatúil A / 2017 U1 (líne briste) agus é ag dul trasna eitleán na bpláinéid (ar a dtugtar an t-éiclipteach), agus ansin chas sé agus chuaigh sé ar ais amach. Is samplaí iad fithis hipearbóileach roinnt réad atá neamhcheangailte, fithisí éilipseacha agus ciorclach na gcorp faoi cheangal, agus na cruthanna parabolic a rianaíonn rudaí ag titim amach i réimse imtharraingthe ó dhlí fórsa simplí Newtonian. (BÁS BROOKS / SEIRBHÍSÍ FOILSEACHÁIN IS FEARR / INSTITIÚID UH DO ASTRONOMA)

Nuair a tháinig Newton anall, bhí a gcoincheap domhantarraingthe réabhlóideach go radacach. Thomhais daoine roimhe seo an chaoi ar luathaigh rudaí gar do dhromchla an Domhain, agus an fad a thit siad ag méadú i gcomhréir leis an am a bhí siad ag titim cearnaithe. Bhí réabhlóidíocht déanta ag Kepler ar an réalteolaíocht trína thaispeáint gur imigh pláinéid an Ghrian i bhfithis éilipseach. Agus bhí Halley, comhaimseartha de Newton, tar éis tús a chur le nádúr tréimhsiúil na gcóiméad a thuiscint.

Go hiontach, bhí Newton in ann é seo go léir a shintéisiú i gcreat amháin. Thit rudaí ag an ráta a rinne siad ar an Domhan toisc gur luathaigh siad i dtreo lár an Domhain. Rinne Moons fithise ar a gcuid pláinéid mar gheall ar mhealladh frithpháirteach; mar an gcéanna le pláinéid agus Cóiméid ag fithisiú na Gréine. Dlí simplí amháin: simplí: tugann an tairiseach imtharraingthe arna iolrú faoi dhá mhais ar bith, arna roinnt ar an bhfad cearnaithe eatarthu, an fórsa imtharraingthe duit.

Tá coibhneasacht ghinearálta Einstein curtha in ionad dlí Newton maidir le himtharraingt uilíoch, ach bhí sé ag brath ar choincheap gníomhaíochta meandaraigh (fórsa) i gcéin, agus tá sé thar a bheith simplí. Is í an tairiseach imtharraingthe sa chothromóid seo, G, mar aon le luachanna an dá mhais agus an fad eatarthu, na tosca amháin chun fórsa imtharraingthe a chinneadh. (WIKIMEDIA COMMONS USER DENNIS NILSSON)

Mhínigh sé seo na cineálacha éagsúla fithisí féideartha: ciorcail, éilips, parabolas agus hipearbhrú. Mhínigh sé fuinneamh poitéinseal imtharraingthe, agus conas a dhéanfadh an fuinneamh ionchasach sin athrú go fuinneamh cinéiteach. Mhínigh sé treoluas éalaithe, agus thug sé deis dúinn a fháil amach faoi dheireadh conas éalú ó bhannaí imtharraingthe an Domhain. Dá mbeadh fadhb ann a bhain leis an bhfórsa imtharraingthe, d’fhéadfadh domhantarraingt Newtonian í a réiteach. Le thart ar 200 bliain, mhínigh sé gach rud a thugamar faoi deara riamh.

Bhí an réasúnaíocht taobh thiar de chomh simplí freisin: dá bhféadfá a rá, le cinnteacht agus le cruinneas,

  • cad iad na maiseanna uile sa Cruinne ag aon am faoi leith,
  • cá raibh siad lonnaithe,
  • agus conas a bhí siad ag bogadh i dtosach,

D’fhéadfadh domhantarraingt Newton a insint duit cad é an fórsa a bheadh ​​ar gach réad i ngach áit sa Cruinne ag am ar bith. Bhí an Cruinne, de réir Newton, go hiomlán cinntitheach.

Tá fithisí na pláinéid agus na gcóiméid, i measc rudaí neamhaí eile, á rialú ag dlíthe na himtharraingthe uilíche. (KAY GIBSON, BALL AEROSPACE & TECHNOLOGIES CORP)

Seo an bunsmaoineamh atá ag Cruinne Newtonian: tá na maiseanna uile agat atá ann, tarraingíonn siad a chéile, ar an toirt, thar aon achar spáis, an t-am ar fad, leis an méid go díreach a thuar le dlí imtharraingthe uilíoch Newton. Tá sé seo fíor i gcás na maiseanna i ngach áit i gcónaí. Dá mbeadh sé seo 100%, fíor fíor, ní bheadh ​​aon bhealach ann é seo a réiteach le solas á lúbadh ag mais. Tá an solas gan mhais (m = 0), agus dá bhrí sin ní féidir leis na maiseanna uile sa Cruinne aon fhórsa a chur air. Tá rud ar bith, is cuma cé chomh hiontach, arna iolrú faoi 0 fós cothrom le 0.

Ach ní féidir pictiúr Newton a bheith ceart, agus léiríonn Gaolmhaireacht Speisialta Einstein cén fáth. Samhlaigh go bhfuil tú féin agus mise i mo sheasamh in aice lena chéile, agus nuair a théann gunna tosaigh as, rásaíonn tú chun tosaigh, ar aghaidh, agus mé ag stumble agus ag fanacht ar mo shuaimhneas. Nuair a fhéachaimid ar mhais i bhfad i gcéin, agus sinn á mealladh, feiceann tú go fisiciúil achar difriúil leis an mais sin ná mar a dhéanaim, cé go bhfuilimid fós san áit chéanna sa spás.

Dúshlán amháin do theoiric Newtonian ba ea an smaoineamh, a chuir Einstein amach ach a thóg Lorentz, Fitzgerald, agus eile roimhe seo, gur chosúil go raibh rudaí a bhí ag gluaiseacht go gasta ag conradh sa spás agus ag laghdú in am. Go tobann, ní raibh an spás agus an t-am chomh seasta agus chomh hiomlán. (CURT RENSHAW)

Is é an chúis atá leis seo ná crapadh faid, a deir go n-aontaíonn breathnóirí a ghluaiseann ar luasanna difriúla faoi achair a breathnaíodh: an níos gasta a théann tú, is cosúil go mbeidh na faid is giorra (níos conartha). Níl anseo ach iarmhairt amháin ar choibhneasacht, ach léiríonn sé go han-mhaith cén fáth nach féidir pictiúr Newtonian a bheith fíor.

Cuirfidh an mhais i bhfad i gcéin a fheiceann tusa agus mise - le duine againn ina stad agus an ceann eile ag gluaiseacht - fórsa imtharraingthe ar an mbeirt againn. Má táimid ar an bhfad céanna ón réad sin, go fisiciúil, ná ba cheart go mbeadh an fórsa tarraingteach mar an gcéanna. Ach má tá an fad coibhneasta, ansin cé atá ceart? An bhfuil mo thomhas stáiseanach do na faid ón mais dúinn ceart? Nó an bhfuil do thomhas gluaisne don tomhas, atá níos lú, ceart?

Sa phictiúr Newtonian de dhomhantarraingt, tá an spás agus an t-am ina gcainníochtaí iomlána, seasta, agus sa phictiúr Einsteinian, is struchtúr aontaithe aontaithe é an spás-am ina bhfuil na trí thoise spáis agus an ghné amháin den am nasctha go dlúth. (NASA)

Is é an freagra, ionadh, ná go gcaithfimid an dá rud a bheith ceart. Ba cheart go mbeadh dlí domhantarraingthe ceart ceart do gach duine a bhreathnaíonn air, agus tá pictiúr Newton neamh-chomhoiriúnach leis sin. Thóg sé go dtí 1915 go dtiocfadh foirmliú níos cruinne chun cinn, agus ba é sin teacht le Gaolmhaireacht Ghinearálta Einstein.

Go coincheapúil, ní fhéachann coibhneasacht Einstein go mór le pictiúr Newton. Dearbhaíonn sé na difríochtaí móra seo a leanas go háirithe.

  • Tá an spás agus an t-am coibhneasta, níl siad iomlán agus seasta, agus tá tuairimí gach breathnóra fúthu chomh bailí céanna.
  • Déantar aonán an ama spáis a dhífhoirmiú (nó cuartha go geoiméadrach) ag na strusanna go léir air.
  • Ní mais amháin atá i gcúis an dífhoirmithe ag am spáis, ach achoimrítear gach cineál fuinnimh le chéile, áit nach bhfuil sa mhais ach cineál amháin fuinnimh.
  • Agus nach féidir le hathruithe ar chuaire an ama spáis iomadú ach ar luas an domhantarraingthe (arb ionann é agus luas an tsolais), ní ar an toirt.
I dteoiric domhantarraingthe Newton, déanann fithisí éilips foirfe nuair a tharlaíonn siad timpeall ar mhaiseanna aonair móra. Mar sin féin, i Relativity Ginearálta, tá éifeacht lamháltais bhreise ann mar gheall ar chuaire an spáis, agus is cúis leis seo go n-aistreoidh an fithis le himeacht ama, ar bhealach atá intomhaiste uaireanta. Precesses mearcair ag ráta 43

Mar sin, an bhfuil Einstein ceart? An bhfuil Newton ceart? An bhfuil gach ceann acu ceart i bpáirt?

Ba é an chúis iomlán a moladh coibhneasacht Einstein ar an gcéad dul síos ná go raibh fadhb i ndomhantarraingt Newtonian: theip air gluaisne athraitheach fhithis an mhearcair phláinéid a thuar le himeacht ama. Bhí ranníocaíocht bhreise ag teastáil, agus bhí a fhios ag Einstein go raibh sé ar rud as cuimse, faoi dheireadh, nuair a bhí a theoiric in ann na claontaí beaga bídeacha sin ó theoiric Newton a atáirgeadh.

Ach ba ghá tástáil bhreise a dhéanamh - áit a ndearna an dá smaoineamh iomaíocha tuartha difriúla - a d’fhéadfadh iad a insint seachas a chéile.

Pláta luath grianghrafadóireachta de réaltaí (ciorclach) a sainaithníodh le linn gréine gréine eclipse an bealach ar fad ar ais i 1900. (IONAD SPÁS & EOLAÍOCHT CHABOT)

Ba é an chéad tástáil chriticiúil ná an Ghrian féin a úsáid, agus féachaint an raibh sé ag lúbadh solais nó nach raibh. B’fhéidir gur thug an duine agaibh a chonaic eclipse gréine iomlán 2017 faoi deara réalta, Regulus, nach bhfuil ach timpeall céim ar shiúl ón nGrian eclipsed. Tá réaltaí le feiceáil le linn go leor eclipses, agus is cosúil go dtéann a gcosán an-ghar don réad is ollmhór sa Ghrianchóras: ár nGrian. Ach an lúbfadh an solas sin? Seo iad na trí smaoineamh:

  1. Dá mbeadh Newton ceart, agus gan ach maiseanna á mealladh, ní lúbfadh solas ar chor ar bith; bheadh ​​an sraonadh uilleach dealraitheach nialas.
  2. Má bhí Newton páirt-cheart, agus go raibh a dhlí fíor ach go raibh ort mais éifeachtach a shannadh do fhótóin (toisc go bhfuil fuinneamh acu, agus tá a fhios againn go bhfuil E = mc²), ansin is féidir leat mais m = E / c² a shannadh dóibh. , agus sraonadh uilleach dealraitheach a ríomh.
  3. Nó, má bhí Einstein go hiomlán ceart, bheadh ​​ort a theoiric nua maidir le Gaolmhaireacht Ghinearálta a úsáid chun an sraonadh uilleach dealraitheach a ríomh, rud a thugann figiúr duit dhá oiread níos mó ná an sraonadh leath-Newtonian roimhe seo.
Le linn eclipse iomlán, is cosúil go mbeadh réaltaí i riocht difriúil seachas a n-áiteanna iarbhír, mar gheall ar lúbadh solais ó mhais eatramhach: an Ghrian. (E. SIEGEL / BEYOND THE GALAXY)

Cuireadh eclipse gréine iomlán 1919 ar bun roinnt breathnóirí ar fud an domhain chun na tomhais chriticiúla seo a dhéanamh. Ar a dtugtar turas Eddington inniu, tar éis an réalteolaí Briotanach Arthur Eddington a rinne máistreacht ar an tástáil breathnóireachta, bailíodh sonraí ó mhór-ranna Mheiriceá Theas agus na hAfraice, agus tugadh le chéile iad le haghaidh anailíse.

Nuair a bhí an anailís críochnaithe, fiú nuair a cuireadh na hearráidí san áireamh, ba léir an chonclúid: rinneadh sraonadh ar sholas na réalta, agus bhí sé ag teacht le tuartha Einstein. Ní dhéanann teoiric domhantarraingthe Newton cur síos ar na Cruinne; teastaíonn Relativity Ginearálta Einstein uait chun é a chur ina cheart.

Thaispeáin torthaí expedition Eddington 1919, go cinntitheach, go ndearna Teoiric Ghinearálta na Coibhneasachta cur síos ar lúbadh solas na réalta timpeall ar réada ollmhóra, ag scriosadh pictiúr Newtonian. Ba é seo an chéad deimhniú breathnóireachta ar Relativity Ginearálta Einstein, agus dealraíonn sé go bhfuil sé ag teacht leis an léirshamhlú ‘fabraic lúbtha-spáis’. (NUACHT ILLUSTRATED LONDON, 1919)

Sa lá atá inniu ann, tá céad bliain againn ó amharc siar maidir le Gaolmhaireacht Ghinearálta agus domhantarraingt Newtonian. Tá a fhios againn, i mbeagnach gach cás - fad nach bhfuil tú an-ghar do mhais an-mhór - is comhfhogasú den scoth é domhantarraingt Newtonian lenár dteoiric domhantarraingthe níos fearr. Ach más mian leat a bheith níos cruinne, ní mór duit cuntas a thabhairt ar na héifeachtaí beaga tipiciúla seo. Ba é diall an tsolais réalta ó líne dhíreach le linn eclipse gréine 1919 ach 0.0005 °, ach bhíomar in ann é a thomhas go beacht is gá.

In ionad greille folamh, bán, 3D, má mhaisítear í, is í an chúis a bheadh ​​ina línte 'díreacha' cuartha le méid sonrach. Maidir le Gaolmhaireacht Ghinearálta, déileálaimid leis an spás agus leis an am mar rud leanúnach, ach cuireann gach cineál fuinnimh, lena n-áirítear mais ach gan a bheith teoranta dó, le cuaire an spáis. (VITALE CHRISTOPHER NETWORKOLOGIES AGUS AN INSTITIÚID PRATT)

Ní hé an t-aifreann an t-aon eadránaí ar díol spéise imtharraingthe; cuireann gach cineál fuinnimh leis agus bíonn tionchar air. Níl an méid a dtéann siad i gcion air ach timpeall Newtonian, agus sa chás go mbíonn na difríochtaí móra, aontaíonn teoiric Einstein leis an méid a bhreathnaímid. Insíonn am spáis agus cuar fuinnimh, agus am spáis cuartha, ábhar agus fuinneamh araon conas bogadh. Sin an fáth gur féidir le maiseanna tionchar imtharraingthe a imirt ar fhótóin: cuileann siad spás. Níl aon rogha ag an bhfótón cad a chaithfidh sé a dhéanamh. Bogann sé i líne dhíreach óna bpeirspictíocht; ní féidir leis cabhrú mura bhfuil an Cruinne féin, toisc go bhfuil ábhar agus fuinneamh inti, déanta as línte díreacha ar chor ar bith!

Seol isteach do chuid ceisteanna Iarr ar Ethan chuig startwithabang ag gmail dot com!

Tá Starts With A Bang ar Forbes anois, agus athfhoilsithe ar Meán a bhuíochas lenár lucht tacaíochta Patreon. Tá dhá leabhar ag Ethan, Beyond The Galaxy, agus Treknology: The Science of Star Trek ó Tricorders go Warp Drive.