SIAPA YANG MENEMUI GRAVITI?

Send

Empat kekuatan asas mengatur semua interaksi dalam Alam Semesta. Mereka adalah kekuatan nuklear yang lemah, kekuatan nuklear yang kuat, elektromagnetisme, dan graviti. Daripada jumlah ini, graviti mungkin yang paling misteri. Walaupun telah lama difahami bagaimana undang-undang fizik ini beroperasi pada skala makro - yang mengatur Sistem Suria kita, galaksi, dan superclusters - bagaimana ia berinteraksi dengan tiga kekuatan asas yang lain tetap menjadi misteri.

Sememangnya, manusia telah memahami asas kekuatan ini sejak dahulu kala. Dan mengenai pemahaman moden kita tentang graviti, kredit terhutang kepada seseorang yang menguraikan sifatnya dan bagaimana ia mengatur semua perkara yang besar dan kecil - Sir Isaac Newton. Terima kasih kepada ahli fizik dan matematik Inggeris abad ke-17 ini, pemahaman kita tentang Alam Semesta dan undang-undang yang mengaturnya akan terus berubah.

Walaupun kita semua biasa dengan gambar ikonik seorang lelaki yang duduk di bawah sebatang pokok epal dan jatuh di kepalanya, teori-teori mengenai graviti Newton juga merupakan puncak penyelidikan bernilai bertahun-tahun, yang pada gilirannya berdasarkan pengetahuan terkumpul selama berabad-abad. Dia akan mengemukakan teori-teori ini dalam karya besarnya, Philosophiae Naturalis Principia Mathematica ("Prinsip Matematik Falsafah Alam"), yang pertama kali diterbitkan pada tahun 1687.

Dalam jilid ini, Newton memaparkan apa yang akan dikenal sebagai Three Laws of Motion, yang berasal dari Johannes Kepler's Laws of Planetary Motion dan deskripsi matematiknya sendiri mengenai graviti. Undang-undang ini akan meletakkan landasan mekanik klasik, dan akan tetap tidak tercabar selama berabad-abad - hingga abad ke-20 dan munculnya Teori Relativiti Einstein.

Fizik pada Abad ke-17:

Abad ke-17 adalah masa yang sangat baik untuk sains, dengan kejayaan besar yang berlaku dalam bidang matematik, fizik, astronomi, biologi dan kimia. Beberapa perkembangan terbesar dalam periode itu termasuk pengembangan model heliosentris dari Sistem Suria oleh Nicolaus Copernicus, karya perintis dengan teleskop dan astronomi pengamatan oleh Galileo Galilei, dan pengembangan optik moden.

Pada masa inilah Johannes Kepler mengembangkan Laws of Planetary Motion. Dirumuskan antara tahun 1609 dan 1619, undang-undang ini menggambarkan pergerakan planet-planet yang terkenal ketika itu (Merkurius, Venus, Bumi, Marikh, Musytari, dan Saturnus) di sekitar Matahari. Mereka menyatakan bahawa:

Planet bergerak mengelilingi Matahari dengan elips, dengan Matahari pada satu fokus
Garis yang menghubungkan Matahari dengan planet menyapu kawasan yang sama pada masa yang sama.
Kuadrat tempoh orbit planet sebanding dengan kubus (daya ke-3) jarak min dari Matahari dalam (atau dengan kata lain - "sumbu separa utama" elips, separuh jumlah terkecil dan jarak paling jauh dari Matahari).

Undang-undang ini menyelesaikan masalah matematik yang tersisa yang dibangkitkan oleh model heliosentris Copernicus, sehingga menghilangkan semua keraguan bahawa itu adalah model semesta yang betul. Dengan menggunakan ini, Sir Isaac Newton mula mempertimbangkan graviti dan kesannya pada orbit planet.

Tiga Undang-undang Newton:

Pada tahun 1678, Newton mengalami gangguan saraf sepenuhnya kerana terlalu banyak kerja dan perseteruan dengan rakan astronomi Robert Hooke. Untuk beberapa tahun ke depan, dia menarik diri dari surat-menyurat dengan saintis lain, kecuali di mana mereka memulakannya, dan memperbaharui minatnya terhadap mekanik dan astronomi. Pada musim sejuk tahun 1680-81, kemunculan komet, yang berhubungan dengannya dengan John Flamsteed (Astronomer Royal England) juga memperbaharui minatnya terhadap astronomi.

Setelah mengkaji Kepler's Laws of Motion, Newton mengembangkan bukti matematik bahawa bentuk elips orbit planet akan dihasilkan dari daya sentripetal berbanding terbalik dengan kuadrat vektor radius. Newton menyampaikan hasil ini kepada Edmond Halley (penemu "Haley's Comet") dan kepada Royal Society dalam bukunya De motu corporum dalam gyrum.

Saluran ini, yang diterbitkan pada tahun 1684, berisi benih dari apa yang akan diperluas oleh Newton untuk membentuk karya besarnya, the Philosophiae Naturalis Principia Mathematica. Risalah ini, yang diterbitkan pada bulan Julai 1687, mengandungi tiga undang-undang gerakan Newton, yang menyatakan bahawa:

Apabila dilihat dalam kerangka acuan inersia, objek sama ada berada dalam keadaan rehat atau terus bergerak dengan kecepatan tetap, kecuali jika ditindaklanjuti oleh kekuatan luaran.
Jumlah vektor daya luaran (F) pada objek sama dengan jisim (m) objek itu didarab dengan vektor pecutan (a) objek. Dalam bentuk matematik, ini dinyatakan sebagai: F =ma
Apabila satu badan memberikan daya pada badan kedua, badan kedua secara serentak menggunakan daya yang sama besarnya dan bertentangan pada arah badan pertama.

Bersama-sama, undang-undang ini menggambarkan hubungan antara objek apa pun, kekuatan yang bertindak ke atasnya dan gerakan yang dihasilkan, meletakkan asas untuk mekanik klasik. Undang-undang tersebut juga memungkinkan Newton untuk menghitung jisim setiap planet, meratakan Bumi di kutub, dan tonjolan di khatulistiwa, dan bagaimana tarikan graviti Matahari dan Bulan membuat gelombang Bumi.

Dalam karya yang sama, Newton mengemukakan kaedah analisis geometri seperti kalkulus menggunakan 'nisbah pertama dan terakhir', mengerjakan kelajuan suara di udara (berdasarkan Undang-undang Boyle), menyumbang prosesi ekuinoks (yang ditunjukkannya adalah hasil tarikan graviti Bulan ke Bumi), memulai kajian graviti mengenai penyelewengan pergerakan bulan, memberikan teori untuk penentuan orbit komet, dan banyak lagi.

Newton dan "Kejadian Apple":

Kisah Newton muncul dengan teorinya mengenai gravitasi universal akibat sebiji epal yang jatuh di kepalanya telah menjadi pokok budaya popular. Dan walaupun sering diperdebatkan bahawa kisah itu bersifat apokrif dan Newton tidak merangka teorinya pada satu ketika, Newton sendiri telah menceritakan kisah itu berkali-kali dan menyatakan bahawa kejadian itu telah memberi inspirasi kepadanya.

Di samping itu, tulisan William Stukeley - seorang paderi Inggeris, antiquarian dan rakan anggota Royal Society - telah mengesahkan kisah tersebut. Tetapi daripada gambaran lucu epal yang memukul Newton di kepala, Stukeley menerangkan dalam bukunya Memoir Kehidupan Sir Isaac Newton (1752) perbualan di mana Newton menggambarkan merenungkan sifat graviti ketika menonton epal jatuh.

"... kami pergi ke kebun, & minum di bawah naungan beberapa pohon apel; hanya dia, & diri saya. di tengah-tengah wacana lain, dia mengatakan kepada saya, dia berada dalam situasi yang sama, seperti ketika sebelumnya, gagasan graviti muncul dalam benaknya. "Mengapa epal itu selalu turun tegak lurus ke tanah," fikirnya sendiri; mungkin dengan jatuhnya epal ... "

John Conduitt, pembantu Newton di Royal Mint (yang akhirnya menikahi keponakannya), juga menggambarkan mendengar cerita itu dalam kisahnya sendiri mengenai kehidupan Newton. Menurut Conduitt, kejadian itu berlaku pada tahun 1666 ketika Newton dalam perjalanan menemui ibunya di Lincolnshire. Semasa berkelana di kebun, dia merenungkan bagaimana pengaruh gravitasi melampaui Bumi, yang bertanggung jawab atas kejatuhan epal dan juga orbit Bulan.

Begitu juga, Voltaire menuliskannya Esei mengenai Puisi Epik (1727) bahawa Newton pertama kali memikirkan sistem graviti ketika berjalan di kebunnya dan menyaksikan sebiji epal jatuh dari sebatang pokok. Ini selaras dengan catatan Newton dari tahun 1660-an, yang menunjukkan bahawa dia bergulat dengan idea bagaimana graviti terestrial meluas, dalam perkadaran terbalik-persegi, ke Bulan.

Namun, ia memerlukan dua dekad lagi untuk mengembangkan sepenuhnya teorinya sehingga dia dapat menawarkan bukti matematik, seperti yang ditunjukkan dalam Principia. Setelah selesai, dia menyimpulkan bahawa kekuatan yang sama yang membuat objek jatuh ke tanah bertanggung jawab atas gerakan orbit lain. Oleh itu, dia menamakannya "gravitasi sejagat".

Pelbagai pokok didakwa sebagai pohon epal yang digambarkan oleh Newton. The King's School, Grantham, mendakwa sekolah mereka membeli pokok asli, mencabutnya, dan memindahkannya ke kebun guru besar beberapa tahun kemudian. Walau bagaimanapun, Parti Amanah Nasional, yang memegang kepercayaan Woolsthorpe Manor (tempat Newton dibesarkan), mendakwa bahawa pokok itu masih tinggal di kebun mereka. Keturunan pokok yang asli dapat dilihat tumbuh di luar pintu utama Trinity College, Cambridge, di bawah bilik tempat Newton tinggal ketika dia belajar di sana.

Karya Newton akan memberi kesan mendalam terhadap ilmu pengetahuan, dengan prinsipnya tetap menjadi kanon selama 200 tahun berikutnya. Ia juga menginformasikan konsep gravitasi universal, yang menjadi andalan astronomi moden, dan tidak akan direvisi hingga abad ke-20 - dengan penemuan mekanik kuantum dan teori Relativiti Umum Einstein.

Kami telah menulis banyak artikel menarik mengenai graviti di sini di Space Magazine. Inilah Siapakah Sir Isaac Newton ?, Siapakah Galileo Galilei ?, Apakah Kekuatan Graviti ?, dan Apa itu Pemalar Graviti?

Astronomi Cast mempunyai dua episod yang baik mengenai perkara ini. Inilah Episode 37: Gravitational Lensing, dan Episode 102: Gravity,

Sumber: