Gravitace I

rubrika: Populárně naučný koutek


Proč padá jablko? Protože na ně působí gravitace, to ví každý. Ale jaká je základní povaha této síly? To není vůbec jednoduchá otázka, i když gravitace je ze základních sil ta první, se kterou se v životě setkáváme.

Lucifer


newtons-apple.jpgNejdříve jeden pokus, který můžete provést doma. Budete k tomu potřebovat šestiměsíční dítě (nemáte-li je po ruce, zkuste si je vypůjčit). Navažte nějakou hračku, například chrastítko, na tenký rybářský vlasec a zavěste ji na lustr tak, aby lehce spočívala na židli - při vhodném osvětlení nebude vlasec viditelný. Posaďte dítě tak, aby na hračku vidělo, pak židli rychle podtrhněte a pozorujte přitom jeho výraz. Bude soustředěně zírat na hračku, která z neznámého důvodu nespadla na zem, mnohem déle, než se na věci běžně dívá.

Takto podle dětských psychologů vyjadřuje údiv. Zdá se, že od velmi raného věku víme, že nepodepřené věci padají, a proto nás zaskočí, když se to nestane. Není divu, že viktoriánské triky s levitací poznamenaly celou generaci. Když někdo či něco ošidí gravitaci, vyvolá v nás škodolibou radost.

Ale gravitace je tyran, jenž se nedá oklamat. Narozdíl od elektřiny a magnetismu ji nemůžeme nijak odstínit. Nemůžeme ji čelit opačnou silou - zdá se, že ve fyzice není nic, co by nás mohlo vyzbrojit antigravitací. Nadvláda gravitace je pro lidskou zkušenost tak centrální, že si přítomnost gravitace ani neuvědomujeme. Teprve při její nepřítomnosti, tedy zdánlivé nepřítomnosti, si uvědomíme, jak jsme na ni zvyklí.

Možná právě proto věda ve svých počátcích gravitaci ignorovala. Jak tomu dnes rozumíme, tatáž síla určuje pád člověka, který zakopl, dráhu vystřeleného šípu i pohyb planet. Avšak Aristoteles ve svém díle Fyzika o žádné univerzální síle ovládající vesmír nehovoří. Podle něho tělesa nepadají k Zemi kvůli její hmotnosti; vysvětluje to jinak, bohužel chybně. Podle něho jsou k Zemi silněji taženy větší předměty a záleží také na materiálu, ze kterého jsou.

Podle Aristotela mají těžké předměty padat rychleji než předměty lehčí. Vycházelo to z oblíbené řecké představy, že se vše skládá ze čtyř elementů - země, vzduchu, ohně a vody. Aristoteles tvrdil, že většina předmětů je z materiálů nacházejících se v zemi, a proto se snaží do ní navrátit. Tento názor přežíval skoro dva tisíce let. Nakonec jej však vyvrátil italský vědec Galileo Galilei, který ukázal, že těžší předměty nejsou Zemí přitahovány silněji. Pokud se vyloučí odpor vzduchu, pak je rychlost pádu všech předmětů za stejných podmínek stejná.

Pádné důvody pádu

Romantická historie o tom, že Galileo prokázal předchozí tvrzení házením dělových koulí z šikmé věže v Pise je bohužel mýtus, který vytvořil Galileův žák Vincenzo Viviani. Mediálně přitažlivým způsobem byl Galileův závěr prokázán v dubnu 1971, kdy astronaut David Scott ve vzduchoprázdnu na Měsíci demonstrativně upustil v jednu chvíli kladivo a peříčko a řekl: "Za to, že jsme dnes tady, vděčíme mimo jiné pánovi jménem Galileo." Peříčko i kladivo dopadly samozřejmě na povrch Měsíce současně.

Scottovo ocenění nebylo přehnané - po Galileiho objevu už nebylo třeba k teorii cesty na Měsíc zas tak mnoho přidat. Mezeru vyplnil muž, který se narodil rok po Galileiho smrti, Isaac Newton. Člověk, který při svém narození nevypadal moc nadějně - jeho matka prohlašovala, že by se nevešel do litrového džbánku - dokázal za pár desítek let nashromáždit všechny informace potřebné o čtyři století později k naplánování letu Apolla na Měsíc. A zde přichází ke slovu pověstné jablko.

Zatímco příběh o Galileovi a věži v Pise je smyšlený, historka o Newtonově vnuknutí o gravitaci při pohledu na padající jablko ze stromu je skoro pravdivá. Udála se v pozdním létě roku 1666 (jak skvostné ];-) na zahradě ve Woolsthorpe Manor v Lincolnshiru. Jabloň tam rozhodně stále je a každoročně nese plody.

Jablko padá k zemi proto, že má vlastnost zvanou hmotnost a tuto vlastnost má i Země. Newton udělal velký skok vpřed, když prohlásil, že každý hmotný objekt přitahuje jakýkoli jiný objekt s hmotností. Jeho zákon všeobecné gravitace, který objevil ve věku pouhých 23 let, říká, že dvě tělesa se přitahují silou úměrnou jejich hmotnostem a nepřímo úměrnou druhé mocnině jejich vzdálenosti. Konstanta úměrnosti se často označuje G, a je sice nejdříve zavedenou, ale přitom nejhůře určenou základní fyzikální konstantou.

Její velikost neplyne z teoretických úvah, musí se, podobně jako ostatní základní konstanty, určit měřením. Jako první ji měřil anglický fyzik Henry Cavendish v roce 1798. Měřil sílu mezi dvěma hmotnostmi, které byly v určité vzdálenosti od sebe, a z ní vyvodil velikost G jako 6.754 x 10-11 m3 kg-1 s-2. Dnes je její hodnota stanovena na 6.67428 x 10-11 m3 kg-1 s-2, přičemž její nepřesnost je v řádu desetitisícin, zatímco Planckova konstanta, základní konstanta kvantové mechaniky, je změřena mnohonásobně lépe, s nepřesností ve stomiliontinách.

Přesnější určení G brání dvě okolnosti. Tou první je, že gravitaci nelze nijak odstínit, alespoň na základě dosud známé fyziky. To znamená, že při každém měření se musí brát v úvahu vliv všech objektů v okolí. Proto jsou měření velmi citlivá na vnější vlivy; vyprávějí se historky o tom, jak se měření musela překalibrovat, když někdo do laboratoře o dvoje dveře dále přinesl velký balík knih. Proto se měření gravitační konstanty musí provádět velice citlivými automatickými přístroji v izolovaných laboratořích. Další obtíží je, že gravitační síla je nejslabší ze všech základních sil. Jablko padá k zemi s poměrně malým zrychlením, i když je přitahuje obrovská hmotnost celé planety.

Proskakování z jiného světa

Různá odvětví moderní fyziky napovídají, že možná existuje více prostorových rozměrů než ty, které běžně vnímáme. Jedním z možných důsledků této představy je, že síly se mohou 'rozředit' únikem do extradimenze. Slabost gravitace by pak mohla být způsobena jejím větším 'rozředěním'. 'Extradimenze' se obvykle pokládají za 'kompaktifikované' - svinuté do kroužku tak malého, že je v každodenním životě neregistrujeme. Zatím je to vše jen teorie, ale pár fyziků se snaží najít pro jejich existenci experimentální důkaz. Jednou z možných cest je zkoumat, jak se síla mezi dvěma objekty mění se vzdáleností.

Případné skryté dimenze vstupují do našeho světa na měřítcích mnohem a mnohem menších, než je jeden metr. Chová-li se gravitace na těchto neobyčejně malých měřítcích rozdílně - jestliže na měřítcích několika tisícin milimetru gravitace neklesá se čtvercem vzdálenosti - může to být proto, že je ovlivněná extradimenzemi. Kdyby se zjistila na těchto rozměrech nějaká odchylka, podporovalo by to zmíněné odvážné teorie.

Z tohoto důvodu se fyzici snaží testovat gravitaci v mikroskopických měřítcích. Zatím se ale žádnou odchylku od Newtonova zákona nepodařilo prokázat. Je to možná škoda, protože jednou z nadějí vkládaných do těchto pokročilých mnohorozměrných teorií je, že vylepší zatím tu nejdokonalejší teorii gravitace. Einsteinovu obecnou teorii relativity.

Zdroj: Michael Brooks, Velké otázky: Fyzika


komentářů: 2         



Komentáře (2)


Vložení nového příspěvku
Jméno
E-mail  (není povinné)
Název  (není povinné)
Příspěvek 
PlačícíÚžasnýKřičícíMrkajícíNerozhodnýS vyplazeným jazykemPřekvapenýUsmívající seMlčícíJe na prachySmějící seLíbajícíNevinnýZamračenýŠlápnul vedleRozpačitýOspalýAhojZamilovaný
Kontrolní kód_   

« strana 1 »

Lucifer
2
Lucifer 11.10.2011, 21:00:02
[1]
O tom bude řeč o půlnoci ]Mrkající

1
Anna Kopecký (neregistrovaný) 11.10.2011, 20:51:06
Volný pád hmotných těles jest zákonem přírody... zákonitostí. Avšak existuje speciální případ pádu hmotného tělesa, který není zákonitostí, nýbrž nahodilostí... náhodou v té nejtypičtější podobě, a tím jest pád střešní tašky potažmo květináče osázeného begóniemi na hlavu kolemjdoucího.

«     1     »