Искусственная гравитация: от «Космической одиссеи» Кубрика до античастицы


Рассказать всей Вселенной!

Даже самые древние ученые настойчиво пытались понять, почему все предметы упрямо падают вниз. Знаменитый греческий философ Аристотель сделал одну из самых ранних и всесторонних попыток научного объяснения подобного явления. Он выдвинул идею, что все падающие объекты движутся к некому «естественному месту».

Это естественное место для элемента Земля находилось в центре нашей планеты. Которая, конечно, является центром Вселенной в геоцентрической модели мироздания Аристотеля. Вокруг центра Земли находится концентрическая сфера, которая является естественным царством воды. Она окружена естественным царством воздуха. А уже затем, над всем этим располагается царство огня. Таким образом, Земля тонет в воде, вода тонет в воздухе, а пламя поднимается над ним. Причина падения разных тел на Землю по Аристотелю достаточно проста – все материальное тяготеет к своему естественному. И подобное объяснение кажется достаточно понятным простым людям с их представлениями о том, как устроен наш мир.

Аристотель также полагал, что все предметы падают со скоростью, пропорциональной их весу. Другими словами, если вы возьмете деревянный и металлический предмет одинакового размера и уроните их, более тяжелый металлический предмет упадет с пропорционально большей скоростью.

Галилео и Движение

Философия Аристотеля о движении материи к какому-то естественному месту господствовала около 2000 лет. Пока на сцену истории науки не вышел, щурясь от яркого света, синьор Галилео Галилей. Он немного постоял с задумчивым видом и взялся за дело. Изобретатель начал с усердием катать объекты разного веса вниз по наклоненным доскам. Он на самом деле ничего не сбрасывал с Пизанской башни. Несмотря на популярные истории на этот счет. В ходе своих экспериментов Галилей обнаружил, что все доступные ему предметы (кошки, чайники, велосипедные покрышки) имеют одинаковое ускорение при свободном падении независимо от своего веса.

Где НЕ встречается[править]

  • «Гравитация»: вопреки названию, веса в космических эпизодах этого фильма нет, ни искусственного, ни ещё какого-либо. Гравитация-то есть — корабли же с орбиты не сходят.
  • «Живое» — происходит на международной космической станции.
  • «Игра Эндера» (в кино) — причём режиссёр подошёл к делу на редкость ответственно и учёл, что в невесомости человек даже двигается по-особому. Гравитации там нет только в боевой комнате, а в остальных отсеках станции — есть. Станция при этом не вращается. Да и в книге упоминается искусственная гравитация.
  • В сеттинге Ийона Тихого в старых космических кораблях не было. Отсюда много разных нелепостей, пережитых Светомиром Тихим (отцом Ийона).
      В рассказе-обзоре гипердержав Игоря Края «Глазунья и галактика» (т. е. по сути фанфике от «Мира фантастики») у Ийона в ракете также нет искусственной гравитации. Что противоречит каноничному варианту. С другой стороны, часть юмора построена на этом.
  • В «Элизиуме» до такой степени не встречается, что в кабине летящего с ускорением космического корабля свободно плавают объекты.
  • Laurence E. Dahners серия «Tiona» — даже на момент конца книги — нет данной технологии. И у пришельцев
    — тоже. Перегрузки тоже есть и потенциальных космонавтов тестируют на то, сколько они выдержат и есть нормы для членов экипажа и для «посторонних». Другое дело что обеспечить постоянное ускорение — не проблема с того момента как Тиона с отцом придумали тяговые диски (выглядит чисто как нереактивная тяга, про приведенную гипотезу что они захватывают темную материю, потому что ну бред ж нереактивная тяга, в тексте также сказано что подтвердить… пока не получается). Энергия тоже не проблема еще с конца первой книги (реакторы холодного синтеза).
  • Мир вечного полдня — местные ракетолёты, самый быстрый вид транспорта внутри Сферы, вот только летают они с такими перегрузками что у людей ломает кости и из ушей течёт кровь, а пилотирует их с обеих сторон карлики, не то уродившиеся такими, не то дополнительно усовершенствованными как вид генетически, чтоб это выдерживать.
  • Был этот мир глубокой мглой окутан…

    Всем известна история о том, как сэр Исаак Ньютон изобрел теорию гравитации, приняв на свой затылок внезапный удар не по возрасту зрелого яблока. Но, конечно же, это всего лишь миф. На самом деле это было не яблоко, а арбуз, и он не упал, а сгнил. И не на голове Ньютона, а в поле дяди Армена…

    На самом деле заслуга Ньютона заключался в том, что он понял одну важную вещь: падение тел, которое мы наблюдаем на Земле, является проявлением тех же сил, которые испытывают Луна и другие космические объекты. И именно эти силы удерживает их на месте по отношению друг к другу. Это открытие Ньютона было основано на работах Галилея. Также ученым была использована гелиоцентрическая модель и другие идеи польского астронома Николая Коперника.

    Разработка Ньютоном закона всемирного тяготения, чаще называемого законом гравитации, свела эти две гипотезы в математическую формулу. Которая, как оказалось, могла применяться для определения силы притяжения между любыми двумя объектами, имеющими массу. В итоге Ньютон создал целую систему гравитации и движения. Именно она будет официальным научным пониманием природы соответствующих процессов на протяжении более двух веков.

    Интереcно о науке

    новый мультиплеерный приватный чит арма 3 актуален для покупки под steam версию игры и aimgame .

    При каждом прыжке вверх Вы испытываете силу, которая тянет обратно вниз. Чем больше энергии вкладывать в прыжок, тем сильнее она тянет назад. Эта сила называется гравитация. Без нее каждый прыжок заканчивался бы полетом сквозь атмосферу в открытый космос.

    Вы видите работу гравитации везде в повседневной жизни: при ходьбе, когда какой-либо предмет падает вниз, когда идет дождь. Сила тяжести – это настолько привычное явление, что мы не обращаем на нее внимания и воспринимаем как неотъемлемый элемент окружающей действительности. Даже не смотря на то, что гравитация была открыта несколько сотен лет назад, ученые до сих пор не разгадали всех ее тайн.

    Что же мы знаем о гравитации? Мы знаем, что любые два объекта во Вселенной испытывают взаимное притяжение. Гравитация способствует в формировании космических тел, например, планет и звезд, а также помогает образовывать звездные системы и галактики и удерживает объекты на объектах друг другу. Человек научился преодолевать силу тяжести с помощью ракетных двигателей и отрываться от притяжения Земли и других космических объектов. Рассмотрим две основные научные теории, которые позволяют понять принципы действия гравитации.

    В 1680-е годы Ньютон опубликовал свою теорию Всемирного тяготения, которая выдвинула основополагающую до 20 века идею, объясняющую взаимное притяжение тел. Согласно ней, гравитация – это сила, которая действует на всю материю во Вселенной и описывается функцией, включающей массу и расстояние между объектами. Теория гласит, что каждая частица материи притягивает к себе все другие частицы материи во Вселенной с силой прямо пропорциональной произведению их масс и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Это объясняло, почему близкорасположенные объекты не всегда имеют высокую силу взаимного притяжения из-за недостатка масс, или почему далеко расположенные объекты, удаленные на миллионы километров будут удерживаться на орбите.

    Хотя гравитация открыта и изучается уже давно, до сих пор остается множество вопросов вокруг этой силы. В частности, до конца не понятна природа силы притяжения. Ученые предполагают, что существует специальная частица, пресловутый бозон Хиггса, которая и отвечает за притяжение объектов. Для получения подтверждения этой теории проводятся эксперименты в ускорителях субатомных частиц, в том числе и в адроном коллайдере. Однако весомых результатов опровергающих или доказывающих эту теорию пока не получено.

    Теги: время, гравитация, искривление, Ньютон, притяжение, пространство, сила

    Но Сатана недолго ждал реванша…

    Следующий важный шаг в нашем понимании гравитации сделал физик – теоретик Альберт Эйнштейн. Он изложил его в своей общей теории относительности. Ученый описал отношения между материей и ее движением посредством базового допущения, что объекты, имеющие массу, фактически изгибают саму ткань пространства и времени. Подобный эффект изменяет путь объектов таким образом, что внешне мы расцениваем это изменение как результат действия гравитационных сил. В большинстве случаев, с которыми мы имеем дело, это полностью согласуется с классическим законом тяготения Ньютона. Но в некоторых случаях, в присутствии мощных гравитационных полей, или на околосветовых скоростях, все становится по другому.

    Гравитационное излучение

    Гравитационное излучение

    Гравитационное излучение в двойной системе

    Гравитационное излучение или гравитационная волна – термин, впервые введенный в физику и космологии известным ученым Альбертом Эйнштейном. Гравитационное излучение в теории гравитации порождается движением материальных объектов с переменным ускорением. Во время ускорения объекта гравитационная волна как бы «отрывается» от него, что приводит к колебаниям гравитационного поля в окружающем пространстве. Это и называют эффектом гравитационной волны.

    Хотя гравитационные волны предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна, а также другими теориями гравитации, они еще ни разу не были обнаружены напрямую. Связано это в первую очередь с их чрезвычайной малостью. Однако в астрономии существуют косвенные свидетельства, способные подтвердить данный эффект. Так, эффект гравитационной волны можно наблюдать на примере сближения двойных звезд. Наблюдения подтверждают, что темпы сближения двойных звезд в некоторой степени зависят от потери энергии этих космических объектов, которая предположительно затрачивается на гравитационное излучение. Достоверно подтвердить эту гипотезу ученые смогут в ближайшее время при помощи нового поколения телескопов Advanced LIGO и VIRGO.

    А Вы смотрели: Межзвездный газ

    В поисках квантовой гравитации

    Однако, в некоторых случаях, даже общая теория относительности молчит и причмокивает карамелькой. Физика обнаружила случаи, когда общая теория относительности несовместима с пониманием квантовой физики.

    Один из наиболее известных примеров подобного конфликта можно обнаружить на границе горизонта событий черной дыры. В этом месте гладкая структура пространства-времени становиться несовместима с гранулярностью энергии, необходимой квантовой физике. Теоретически эта проблема была решена физиком Стивеном Хокингом. Согласно его гипотезе черные дыры излучают энергию в форме излучения Хокинга. (Как просто!)

    Однако всеобъемлющая теория гравитации, которая может включить и квантовую физику, до сих пор не разработана. У физиков есть много кандидатов на такую ​​теорию. И наиболее популярной из них является теория струн. Но ни одна из этих теорий не дает достаточных экспериментальных доказательств (или даже достаточных экспериментальных предсказаний) для проверки и ее широкого признания в качестве правильного описания физической реальности.

    Постоянное ускорение

    Сила гравитации, которую мы ощущаем, – это ускорение, которое испытывает любое тело, которое падает к центру нашей планеты. Оно равно 9,8 м/с 2 . Или, как Вы, возможно, слышали, в некоторых случаях говорят 1G. Один из способов симуляции гравитации на космическом корабле – это его постоянное ускорение. То нужно просто удаляться или приближаться к наше планете с ускорением в 1G. И ощущения у Вас будут точно таким же, как если бы Вы стояли на поверхности Земли. С ускорением 1G мы могли бы достичь Луны всего за 3 часа. Нам потребовалось бы полтора часа для ускорения и полтора часа для замедления. И все это время мы бы испытывали вполне комфортную силу тяжести. Если бы мы отправились на Юпитер, то нам потребовалось бы 160 часов, чтобы достичь его (80 на ускорение и 80 на замедление). В этом случае максимальная скорость, которую мы сможем развить, составит около 2800 километров в секунду. Или 1% от скорости света.

    Однако этот метод имеет серьезные недостатки. Наибольшее расстояние, которое мы могли бы преодолеть в использование подобного подхода – один световой год. Такой полет займет два года. Один из них мы потратим на ускорение, другой – на замедление. В середине нашего путешествия мы будем путешествовать со скоростью света. Так что один световой год – это максимальное расстояние, которое можно преодолеть с постоянным ускорением 1G. Поскольку ничто не может двигаться быстрее света. Кроме того, чем ближе мы будем лететь к скорости света, тем больше энергии нам будет нужно. Таким образом становится понятно, что хотя такой подход – очень элегантное решение, однако практически воплотить в реальность его вряд ли получится.

    Тайны, связанные с гравитацией

    В дополнение к необходимости разработки квантовой теории гравитации, есть еще две загадки. Они основаны на экспериментах и тоже связаны с гравитацией. И их еще предстоит решить. Ученые обнаружили, что для того, чтобы наше нынешнее понимание гравитации можно было бы применять ко всей Вселенной, должна существовать невидимая сила притяжения (называемая темной материей), которая помогает удерживать галактики вместе. А также невидимая сила отталкивания (называемая темной энергией ). Которая раздвигает далекие галактики все быстрее и быстрее…

    Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

    Рассказать всей Вселенной!

    Зачем?[править]

    Ватсонианский обоснуй[править]

    • Во-первых, как уже было сказано выше, минздрав предупреждает: невесомость вредит здоровью. Даже при постоянной нагрузке мышцы космонавта за недели и месяцы в невесомости теряют тонус, и известны случаи, когда космонавтов из спускаемого аппарата выносили на руках (а потом для прессы снимали постановочное видео, как они выходят оттуда твёрдым шагом, улыбаясь и помахивая публике). Есть и другие последствия для здоровья (например, страдает кроветворение). Тем более это важно, если речь о том, чтобы в космосе не просто передвигаться, а жить.
    • Во-вторых, многое, обычное в мире на дне гравитационного колодца, выглядит в невесомости совершенно иначе. Например, жидкость нельзя хранить в открытых ёмкостях, а отсутствие конвекции делает банальное кипячение воды намного более сложным технически процессом. А уж что там приходится творить с сантехникой… Нет, тренированный человек с этим вполне может справиться, но, если нужно возить изнеженных планетных крыс, создание близких им условий окупится.

    Дойлистские обоснуи[править]

    • Во многих жанрах космическая экзотика идёт повествованию во вред, если её слишком много. Расписывать, как именно старший лейтенант флота Её Величества фон Берн передвигается между отсеками и чистит зубы? Нет, кому-то это, конечно, интересно. Но для тех, кто жаждет от приключений старшего лейтенанта драмы и экшена, а всякие списки кораблей пропускает, поминая недобрым словом зануду-автора — не слишком. Так что просто вводим искусственную гравитацию, и всё ОК: ходит лейтенант, громко стуча по рифлёному полу каблуками подкованных сапог и пригибаясь в низких проёмах переборок, а зубы чистит тайно и в обход устава протащенной на борт пастой «Новая Саксония» взамен положенного «Индекса 3-2» с его отвратительным металлическим привкусом.
    • В кино и сериалах (не говоря уж о театре, хотя, конечно, спектаклей, действие которых происходит на борту космического аппарата, не слишком много) невесомость — это спецэффект, дополнительные затраты бюджета и угроза получить спецдефект на выходе. Очевидный низкобюджетный флеботинум — искусственная гравитация, которую изобразить не стоит ни копейки.
    Рейтинг
    ( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями: