중력에 대해 알아보자 Gravity

중력에 대해 알아보자 Gravity

중력(Latin Gravitas 'weight'에서 온 중력([1]Latin Gravitas 'weight)', 즉 중력은 행성, 별, 은하, 심지어 빛까지 질량이나 에너지를 가진 모든 사물이 서로 끌어당기거나 서로에게 끌리는 자연 현상입니다.[2]지구에서 중력은 물리적인 물체에 무게를 주고, 달의 중력은 바다의 조수를 일으킵니다.우주에 존재하는 원래 기체 물질의 중력 흡인력은 그것이 별을 결합하고 형성하기 시작하게 했고 별들이 은하로 함께 뭉치게 만들었기 때문에 중력은 우주의 많은 대규모 구조를 담당합니다.중력은 물체가 멀어질수록 그 효과는 약해지지만 무한범위를 가지고 있습니다.

중력은 일반 상대성 이론(1915년 알버트 아인슈타인이 제안한)에 의해 가장 정확하게 설명되며, 중력은 힘이 아니라, 질량의 불균일한 분포에 의해 발생하며, 질량이 지오데틱 선을 따라 이동하게 하는 스팩타임의 곡률로 묘사됩니다.이 스페이스타임의 곡률의 가장 극단적인 예는 블랙홀인데, 블랙홀의 사건 지평선을 지나면 그 어떤 것(빛조차 나지 않음)도 빠져나갈 수 없습니다.[3]그러나, 대부분의 용도에서 중력은 뉴턴의 만유인력의 법칙에 의해 충분히 근사치가 되는데, 중력은 두 물체가 서로 끌어당기는 힘으로 설명되며, 그 질량의 산물에 비례하고 그들 사이의 거리의 제곱에 반비례합니다.

중력은 물리학의 네 가지 기본 상호작용 중 가장 약한 것으로 강한 상호작용보다 약 10배38 약하고 전자기력보다 약하며36 약한 상호작용보다 약 10배29 약합니다.그 결과 아원자 입자 수준에서 유의미한 영향을 미치지 않습니다.[4]이와는 대조적으로 거시적 규모에서 지배적인 상호작용이며, 천문체의 형성, 형태, 궤적(또는 비트)의 원인이 됩니다.

입자 물리학을 현재 모델 imply이 가장 오래된 인스턴스의 중력에 우주는, 그의 좋은 형태의 양자 중력, 초중력 또는 중력 특이점과 더불어 평범한 시간과 공간을 개발했다 동안 플랑크 시대(우주의 탄생까지 10−43초 후에), 아마에서 원시 상태와 같은 'caput'으로서의e vacuum, 양자 진공 또는 가상 입자, 현재 알 수 없는 방식으로.[5]양자역학과 일치하는 중력 이론을 개발하려는 시도는 물리학의 다른 세 가지 기본적 상호작용과 공통된 수학 체계(모든 것의 이론)로 중력이 결합될 수 있도록 하는 양자 중력 이론이 현재 연구 영역입니다.

 

 

 

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고대 세계

고대 그리스 철학자 아르키메데스는 삼각형의 무게중심을 발견했다.6">[6]그는 또한 두 개의 동일한 무게중심이 같은 무게중심을 가지지 않았다면 두 무게중심이 함께 무게중심을 잇는 선의 중간에 있을 것이라고 가정했다.7">[7]

De Architectura의 로마 건축가 겸 엔지니어인 Vitruvius는 어떤 물체의 중력은 무게가 아니라 "자연"8">[8]에 달려 있다고 가정했다.

인도의 수학자 아리아바타(Ariabhata)는 먼저 지구가 회전할 때 물체가 회전하지 않는 이유를 설명하기 위해 중력을 식별했고, 브라만굽타는 중력을 매력적인 힘으로 묘사하며 중력에 구루트바카르차(gurutvakarṣaṇ)9">[9]10">[10]11">[11]라는 용어를 사용했다.

과학 혁명

주요 기사:과학 혁명

16세기 중반, 다양한 유럽인들은 무거운 물체가 더 빠른 속도로 떨어진다는 아리스토텔레스적 개념을 실험적으로 반증했다.1-12">[12]16세기 중반 이탈리아의 물리학자 지암바티스타 베네데티는 특정한 중력 때문에 같은 물질이지만 다른 무게의 물체가 같은 속도로 떨어질 것이라고 주장하는 논문을 발표했다.Drabkin-13">[13]1586 델프트 타워 실험을 통해 플랑드르 물리학자 사이먼 스테빈은 탑에서 떨어졌을 때 크기와 무게가 다른 두 개의 대포알이 사실상 동시에 땅에 닿을 것이라는 것을 증명했다.Stevin-14">[14]16세기 후반, 갈릴레오 갈릴레이는 탑에서 떨어진 두 개의 서로 다른 무게의 공이 같은 속도로 떨어질 27s_Leaning_Tower_of_Pisa_experiment">것이라는 전제를 (아마도 사상 실험으로) 증명했다.Ball_Piza-15">[15]갈릴레오는 이 지식과 경사로에서 굴러 내려가는 공의 치밀한 측정을 결합하여 중력 가속은 모든 물체에 대해 동일하다는 것을 확고히 했다.16">[16]갈릴레오는 공기저항이 밀도가 낮고 표면적이 높은 물체가 대기 중에 더 느리게 떨어지는 원인이라고 가정했다.1604년 갈릴레오는 낙하하는 물체의 거리가 경과한 시간의 algebra)">제곱에 비례한다는 가설을 바르게 세웠다.17">[17]

자유낙하 시 물체의 거리 및 찍은 시간의 광장과의 관계는 1640년과 1650년 사이에 이탈리아의 예수이트 그리말디와 리치올리에 의해 확인되었다.그들은 또한 진자의 진동을 기록함으로써 27s_gravity">지구의 중력을 계산했다.18">[18]

뉴턴의 중력 이론

주요 기사:27s_law_of_universal_gravitation">뉴턴의 만유인력의 법칙

 

영국의 물리학자 겸 수학자 아이작 뉴턴 경 (1642–1727)

1679년 로버트 후크는 영국 수학자 아이작 뉴턴에게 궤도 운동에 관한 가설을 썼는데, 이 가설이 부분적으로 square">역제곱 힘에 의존한다.Cohen-19">[19]1684년 후크와 뉴턴 모두 에드먼드 할리에게 행성운동의 역제곱 법칙을 증명했다고 말했다.2-20">[20]Hoke는 그의 증거를 만드는 것을 거부했지만, Newton은 Gyrum에서 De motu communitum을 생산했고, 여기서 27s_laws_of_planetary_motion">Kepler의 행성 운동 법칙을 도출했다.2-20">[20]핼리는 뉴턴이 만유인력의 역제곱 법칙을 가정한 <A6_Naturalis_Principia_Mathematica">천연철학(천연철학의 수학적 원리)>으로 자신의 작품을 확장하는 것을 지지했다.2-20">[20]

뉴턴에 따르면, 자신은 천체.에 있는 행성들의 힘 상호적 안은 그 중심에서 그들의 거리의 제곱:고 그 때문에 힘 그녀의 둥근 그물형의에서 중력의 지구의 표면에서 힘과 달을 유지하는 것이 필수 요건 비교[]을 다해야 하고, 그들 거의 대답을 발견했다고 추론했다."[21]방정식은 다음과 같다.

{\displaystyle F=G{\frac {m_{1}m_{2}}:{r^{2}},}

여기서 F는 힘, m과1 m은2 상호작용하는 물체의 질량, r은 질량의 중심 사이의 거리, G는 중력 상수다.

뉴턴의 이론은 다른 행성의 작용으로 설명할 수 없는 천왕성의 움직임을 바탕으로 해왕성의 존재를 예측하는 데 사용되었을 때 최대의 성공을 누렸다.존 카우치 아담스와 우르바인 르span> 베리에의 계산은 모두 행성의 일반적인 위치를 예측했고, 르 베리에의 계산은 요한 고트프리드 갈레를 넵튠의 발견으로 이끈 것이다.

planet)">수성 궤도의 불일치는 뉴턴 이론의 결함을 지적했다.19세기 말까지, 그것의 궤도는 뉴턴의 이론으로는 전적으로 설명할 수 없는 약간의 동요를 보였다고 알려져 있었지만, 다른 동요하는 물체(수성보다 더 가까운 태양을 공전하는 행성과 같은)를 찾는 모든 것은 성과가 없었다.이 문제는 1915년 알버트 아인슈타인의 새로운 일반 상대성 이론에 의해 해결되었는데, 이 이론은 수성의 궤도에서 작은 불일치를 설명하였다.이 불일치는 수성의 Perihelion_and_aphelion">영구히 1세기당 42.98아크초의 진보였다.22">[22]

비록 뉴턴의 이론이 앨버트 아인슈타인의 일반 상대성 이론으로 대체되었지만, 대부분의 현대의 비-상대성 중력 계산은 여전히 뉴턴의 이론을 사용하여 이루어진다. 왜냐하면 그것은 작업하기가 더 간단하고 충분히 작은 질량, 속도 및 에너지를 포함하는 대부분의 응용에 대해 충분히 정확한 결과를 주기 때문이다.

등가원리

갈릴레오, A1nd_E%C3%B6tv%C3%B6s">로란드 외뵈스, 아인슈타인을 포함한 일련의 연구자들에 의해 탐구된 동등성 원리는 모든 물체가 같은 방식으로 떨어지고, 중력의 영향은 가속과 감속의 특정 측면과 구별할 수 없다는 생각을 표현하고 있다.약한 동등성 원리를 시험하는 가장 간단한 방법은 서로 다른 질량이나 구성의 두 물체를 진공에 떨어뜨려 동시에 땅에 부딪히는지 확인하는 것이다.그러한 실험은 모든 물체가 다른 힘(공기저항 및 전자기 영향 등)이 무시할 수 있을 때 동일한 속도로 떨어진다는 것을 입증한다.보다 정교한 테스트는 Eötvös에 의해 발명된 유형의 비틀림 균형을 사용한다.예를 들어 satellite)">STEP과 같은 위성 실험은 우주에서 보다 정확한 실험을 위해 계획되어 있다.23">[23]

등가원리의 공식은 다음과 같다.

• 약한 동등성 원칙:중력장에서 점 질량의 궤적은 초기 위치와 속도에 따라 달라지며, 구성과는 독립적이다.Wesson-24">[24]
• 아인슈타인의 동등성 원칙:자유 낙하 실험실에서 국소 비중력 실험의 결과는 실험실의 속도 및 그 위치와 무관하다.L%C4%81mmerzahl-25">[25]
• 위의 두 가지를 모두 요구하는 강력한 동등성 원칙.

일반상대성

참고 항목:일반 상대성 소개

 

물체의 질량에 의해 발생하는 공간적 왜곡의 2차원적 유사성.물질은 중력으로 해석되는 이 (커브된) 기하학을 스페이스타임의 기하학을 변화시킨다.흰색 선은 공간의 곡률을 나타내지 않고 평평한 시간 내에 직선으로 정렬되는 곡선 스페이스타임에 부과된 좌표계를 나타낸다.

일반상대성

{\displaystyle G_{\mu \nu }+\lambda g_{\mu \nu }={\\cappa }{}T_{\mu \nu }}}}}}}}

소개 역사 수학적 공식화 테스트

보여 주다 기본 개념

보여 주다 현상

보여 주다 방정식 형식주의

보여 주다 해결 방법

보여 주다 과학자들

Physics">물리포털  General_relativity">카테고리

General_relativity_sidebar">v General_relativity_sidebar">t title=Template:General_relativity_sidebar&action=edit">e

일반상대성이론에서 중력의 영향은 힘 대신 여백시 곡률에 기인한다.일반상대성이론의 출발점은 등가 원리로서 자유낙하를 관성운동과 동일시하고 자유낙하 관성물체는 지상에서 비침입 관측자에 비해 가속되는 것으로 기술하고 있다.26">[26]27">[27]그러나 뉴턴 물리학에서는 적어도 하나의 물체가 힘에 의해 작동되지 않는 한 그러한 가속은 일어날 수 없다.

아인슈타인은 스페이스타임이 물질에 의해 곡선이며 자유 낙하하는 물체는 곡면 스페이스타임을 통해 국소적으로 직선 경로를 따라 이동한다고 제안했다.이러한 직선 경로를 general_relativity)">지오데틱스라고 한다.뉴턴의 제1 운동 법칙처럼 아인슈타인의 이론은 어떤 물체에 힘이 가해지면 지오데틱으로부터 이탈한다고 말한다.예를 들어, 지구의 기계적 저항이 우리에게 상승력을 발휘하기 때문에, 우리는 더 이상 서 있는 동안 지오데믹을 따르지 않고 있으며, 그 결과 우리는 지상에서 비침투적이기 때문이다.이것은 왜 스페이스타임에 지오데오디컬을 따라 움직이는 것을 관성체로 간주하는지를 설명한다.

아인슈타인은 물질의 존재와 스페이스타임의 곡률과 관련이 있는 일반 상대성 이론의 필드 방정식을 발견했고 그의 이름을 따서 명명되었다.아인슈타인 장span> 방정식은 10개의 동시, 비선형, 미분 방정식이다.필드 방정식의 해법은 시간 간격의 general_relativity)">미터법 텐서 성분이다.미터법 텐서는 스페이스타임의 지오메트리를 설명한다.스페이스타임에 대한 지질학적 경로는 미터법 텐서로부터 계산된다.

해결 방법

아인슈타인 필드 방정식의 주목할 만한 해법은 다음과 같다.

• 슈바르츠실트 용액(Swarzschild 용액)은 회전하지 않는 수직 대칭의 거대한 물체를 둘러싼 여백을 설명한다.이 용액은 충분한 소형 물체를 위해 중심 특이점을 가진 블랙홀을 생성했다.슈바르츠실트 반지름보다 훨씬 큰 중심으로부터의 방사형 거리에 대해 슈바르츠실트 솔루션이 예측한 가속도는 뉴턴의 중력 이론에 의해 예측된 가속도와 실질적으로 동일하다.
• 중심 물체가 전하를 갖는 80%93Nordstr%C3%B6m_metric">레이스너-노르드스트룀 솔루션.물체 질량의 기하학적 길이보다 작은 기하학적 길이의 전하를 위해 이 용액은 이중 이벤트 지평선을 가진 블랙홀을 생성한다.
• 커는 거대한 물체를 회전시키기 위한 솔루션이다.이 솔루션은 또한 다중 이벤트 지평을 가진 블랙홀을 생성한다.
• 커 80%93Newman_metric">뉴먼 솔루션은 충전되고 회전하는 거대한 물체를 위한 것이다.이 솔루션은 또한 다중 이벤트 지평을 가진 블랙홀을 생성한다.
• 우주의 팽창을 예측하는 우주론적 80%93Lema%C3%AEtre%E2%80%93Robertson%E2%80%93Walker_metric">프리드만-레마슈트레-로버트슨-워커 솔루션.

테스트

일반 상대성 시험에는 다음이 포함되었다.Pauli1958-28">[28]

• 일반 상대성 이론은 수성의 변칙적인 경락 전과를 설명한다.29">[29]
• 저전위(중력시간 팽창)에서 시간이 더디게 흐른다는 예측은 80%93Rebka_experiment">파운드-레브카 실험(1959년80%93Keating_experiment">), 하펠-키팅 실험, Predecessors">GPS 등을 통해 확인됐다.
• 빛의 편향에 대한 예측은 아서 스탠리 에딩턴이 1919년 5월 29일 일식 때 관찰한 것으로부터 처음 확인되었다.30">[30]31">[31]에딩턴은 일반 상대성 예측에 따라 뉴턴의 분자 이론이 예측한 별빛 편향의 두 배를 측정했다.그러나 그의 결과에 대한 해석은 나중에 논란이 되었다.32">[32]태양 뒤쪽을 지나가는 퀘이사의 무선 간섭계 측정을 이용한 보다 최근의 실험은 일반 상대성이 예측하는 정도까지의 빛의 편향을 보다 정확하고 일관성 있게 확인했다.33">[33]중력 렌즈를 참조하십시오.
• 거대한 물체에 가까운 빛이 지나가는 시간 지연은 _Shapiro">어윈 1세에 의해 처음 확인되었다_Shapiro">._Shapiro"> 1964년 행성간 우주선 신호에서 샤피로(_Shapiro">Shapiro.
• 중력 방사선은 이항 펄스 연구를 통해 간접적으로 확인되었다.2016년 2월 11일, LIGO와 Virgo 협회는 중력파의 첫 관측을 발표했다.
• 1922년 알렉산더 프리드만(Alexander Friedmann)은 아인슈타인 방정식이 (우주 상수가 존재하는 곳에서도) 비정역적인 해결책을 가지고 있다는 것을 발견했다.1927년 AEtre">조르주 르메트르는 우주 상수 존재에서 가능한 아인슈타인 방정식의 정적 해법이 불안정하므로 아인슈타인이 구상하는 정적 우주는 존재할 수 없다는 것을 보여주었다.이후 1931년 아인슈타인 자신이 프리드만과 레마슈트레의 결과에 동의하였다.따라서 일반 상대성 이론은 우주가 정적이 아니어야만 한다고 예측했다. 우주가 수축해야 한다고 예측했다.에드윈 허블이 1929년 발견한 우주의 팽창은 이러한 예측을 확인시켜 주었다.Pauli1-34">[34]
• 프레임 끌기에 대한 이론의 예측은 최근의 중력 프로브 B 결과와 일치했다.35">[35]
• 일반 상대성 이론은 빛이 중력 적색시프트를 통해 거대한 신체로부터 멀어질 때 에너지를 잃어야 한다고 예측한다.이것은 1960년경 지구와 태양계에서 확인되었다.

중력과 양자역학

주요기사 : 그라비톤과 양자중력

개방형 질문은 양자역학과 같은 프레임워크로 작은 규모의 중력 상호작용을 설명할 수 있는가 하는 것이다.일반 상대성 이론은 대규모의 벌크 특성을 설명하는 반면, 양자 역학은 물질의 가장 작은 규모의 상호작용을 설명하는 틀이다.수정 없이 이 프레임워크는 양립할 수 없다.Randall,_Lisa_2005-36">[36]

하나의 경로는 다른 근본적인 상호작용을 정확하게 기술하는 데 성공한 양자장 이론의 틀에서 중력을 기술하는 것이다.전자기력은 가상 광자의 교환에서 발생하는데, 여기서 중력에 대한 QFT 설명은 가상 중력의 교환이 있다는 것이다.37">[37]38">[38]이 서술은 고전적 한계에서 일반 상대성을 재현한다.그러나 이 접근법은 보다 완전한 양자 중력 이론(또는 양자 역학에 대한 새로운 접근법)이 요구되는 Randall,_Lisa_2005-36">[36]플랑크 길이의 단거리에서 실패한다.

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