गुरुत्वाकर्षण

गुरुत्वाकर्षण ( लैटिन ग्रेविटास 'वेट' ^{[1] से} ), या गुरुत्वाकर्षण , एक प्राकृतिक घटना है जिसके द्वारा द्रव्यमान या ऊर्जा के साथ सभी चीजें - ग्रहों , सितारों , आकाशगंगाओं और यहां तक कि प्रकाश सहित ^[2] - की ओर (या गुरुत्वाकर्षण की ओर) लाई जाती हैं। ) एक दूसरे। पर पृथ्वी , गुरुत्वाकर्षण देता वजन करने के लिए भौतिक वस्तुओं , और चंद्रमा के गुरुत्वाकर्षण सागर का कारण बनता है ज्वार. ब्रह्मांड में मौजूद मूल गैसीय पदार्थ के गुरुत्वाकर्षण आकर्षण ने इसे तारों को जोड़ना और बनाना शुरू कर दिया और सितारों को आकाशगंगाओं में एक साथ समूहित करने का कारण बना, इसलिए गुरुत्वाकर्षण ब्रह्मांड में कई बड़े पैमाने पर संरचनाओं के लिए जिम्मेदार है। गुरुत्वाकर्षण की एक अनंत सीमा होती है, हालांकि वस्तुओं के दूर जाने पर इसका प्रभाव कमजोर हो जाता है।

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हैमर एंड फेदर ड्रॉप: अंतरिक्ष यात्री डेविड स्कॉट (मिशन अपोलो 15 से ) चंद्रमा पर गैलीलियो के गुरुत्वाकर्षण प्रयोग की कथा को लागू करते हुए

गुरुत्वाकर्षण को सापेक्षता के सामान्य सिद्धांत ( 1915 में अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा प्रस्तावित) द्वारा सबसे सटीक रूप से वर्णित किया गया है , जो गुरुत्वाकर्षण को एक बल के रूप में नहीं, बल्कि द्रव्यमान के असमान वितरण के कारण घुमावदार स्पेसटाइम में जियोडेसिक लाइनों के साथ आगे बढ़ने के परिणामस्वरूप बताता है । स्पेसटाइम की इस वक्रता का सबसे चरम उदाहरण एक ब्लैक होल है , जिसमें से कुछ भी नहीं - यहां तक कि प्रकाश भी नहीं - ब्लैक होल के घटना क्षितिज से एक बार बच सकता है । ^[3] हालांकि, सबसे अनुप्रयोगों के लिए, गुरुत्वाकर्षण अच्छी तरह से इसका अनुमान है गुरुत्वाकर्षण के सार्वत्रिक न्यूटन के कानून है, जो एक के रूप में गुरुत्वाकर्षण का वर्णन बल के कारण किसी भी दो शरीर एक दूसरे की ओर आकर्षित होने की, परिमाण के साथ आनुपातिक उनकी जनता के उत्पाद और करने के लिए विपरीत आनुपातिक करने के लिए उनके बीच की दूरी का वर्ग ।

गुरुत्वाकर्षण भौतिकी के चार मूलभूत अंतःक्रियाओं में सबसे कमजोर है, मजबूत अंतःक्रिया से लगभग 10 ³⁸ गुना कमजोर , विद्युत चुम्बकीय बल से 10 ³⁶ गुना कमजोर और कमजोर अंतःक्रिया से 10 ²⁹ गुना कमजोर है । नतीजतन, उप-परमाणु कणों के स्तर पर इसका कोई महत्वपूर्ण प्रभाव नहीं है। ^[४] इसके विपरीत, यह मैक्रोस्कोपिक पैमाने पर प्रमुख अंतःक्रिया है , और खगोलीय पिंडों के गठन, आकार और प्रक्षेपवक्र ( कक्षा ) का कारण है ।

कण भौतिकी के वर्तमान मॉडल का अर्थ है कि ब्रह्मांड में गुरुत्वाकर्षण का सबसे पहला उदाहरण, संभवतः क्वांटम गुरुत्व , सुपरग्रैविटी या गुरुत्वाकर्षण विलक्षणता के रूप में , सामान्य स्थान और समय के साथ , प्लैंक युग के दौरान विकसित हुआ (10 ^-43 सेकंड के बाद तक) ब्रह्मांड का जन्म ), संभवतः एक आदिम अवस्था से, जैसे कि एक मिथ्या निर्वात , क्वांटम निर्वात या आभासी कण , वर्तमान में अज्ञात तरीके से। ^[५] क्वांटम यांत्रिकी के अनुरूप गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत को विकसित करने का प्रयास , एक क्वांटम गुरुत्व सिद्धांत, जो गुरुत्वाकर्षण को भौतिकी के अन्य तीन मूलभूत अंतःक्रियाओं के साथ एक सामान्य गणितीय ढांचे ( सब कुछ का एक सिद्धांत ) में एकजुट करने की अनुमति देगा , एक वर्तमान है अनुसंधान का क्षेत्र।

गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत का इतिहास

प्राचीन विश्व

प्राचीन यूनानी दार्शनिक आर्किमिडीज ने त्रिभुज के गुरुत्वाकर्षण केंद्र की खोज की थी । ^[६] उन्होंने यह भी माना कि यदि दो समान भारों में गुरुत्वाकर्षण का समान केंद्र नहीं होता है, तो दोनों भारों का गुरुत्वाकर्षण केंद्र उस रेखा के मध्य में होगा जो उनके गुरुत्वाकर्षण केंद्रों को जोड़ती है। ^[7]

डी आर्किटेक्चर में रोमन वास्तुकार और इंजीनियर विट्रुवियस ने कहा कि किसी वस्तु का गुरुत्वाकर्षण वजन पर नहीं बल्कि उसकी "प्रकृति" पर निर्भर करता है। ^[8]

वैज्ञानिक क्रांति

16वीं सदी के अंत और 17वीं सदी की शुरुआत में गैलीलियो गैलीली के काम के साथ गुरुत्वाकर्षण सिद्धांत पर आधुनिक कार्य शुरू हुआ । अपने प्रसिद्ध (हालांकि संभवतः में मनगढ़ंत ^[9] ) प्रयोग से गेंदों को छोड़ने पीसा की मीनार गेंदों नीचे रोलिंग से सावधान माप के साथ, और बाद में पतला , गैलीलियो से पता चला कि गुरुत्वाकर्षण त्वरण सभी वस्तुओं के लिए ही है। यह अरस्तू के इस विश्वास से एक प्रमुख प्रस्थान था कि भारी वस्तुओं का गुरुत्वाकर्षण त्वरण अधिक होता है। ^[१०] गैलीलियो ने वायु प्रतिरोध को इस कारण के रूप में माना कि कम घनत्व और उच्च सतह क्षेत्र वाली वस्तुएं वातावरण में अधिक धीरे-धीरे गिरती हैं। गैलीलियो के काम ने न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत के निर्माण के लिए मंच तैयार किया। ^{[1 1]}

न्यूटन का गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत

अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ, सर आइजैक न्यूटन (1642-1727)

1687 में, अंग्रेजी गणितज्ञ सर आइजैक न्यूटन ने प्रिंसिपिया प्रकाशित किया , जो सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के व्युत्क्रम-वर्ग नियम की परिकल्पना करता है । उनके अपने शब्दों में, "मैंने यह अनुमान लगाया है कि जो बल ग्रहों को अपने कक्षों में रखते हैं, उन्हें उन केंद्रों से उनकी दूरी के वर्गों के रूप में पारस्परिक रूप से होना चाहिए, जिनके बारे में वे घूमते हैं: और इस तरह चंद्रमा को अपनी कक्षा में रखने के लिए आवश्यक बल की तुलना की। पृथ्वी की सतह पर गुरुत्वाकर्षण बल के साथ, और उन्हें लगभग उत्तर मिला।" ^[१२] समीकरण निम्नलिखित है:

$F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}\$

कहाँ एफ शक्ति है, मीटर ₁ और मीटर ₂ वस्तुओं बातचीत की जनता कर रहे हैं, आर जनता के केंद्रों के बीच की दूरी है और जी है गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक ।

न्यूटन के सिद्धांत को अपनी सबसे बड़ी सफलता तब मिली जब इसका उपयोग यूरेनस की गतियों के आधार पर नेपच्यून के अस्तित्व की भविष्यवाणी करने के लिए किया गया था, जिसे अन्य ग्रहों के कार्यों के लिए जिम्मेदार नहीं ठहराया जा सकता था। दोनों द्वारा गणना जॉन काउच एडम्स और अरबेन ले वेरियर ग्रह के सामान्य स्थिति की भविष्यवाणी की है, और Le वेरियर के गणना क्या नेतृत्व कर रहे हैं जोहान गोटफ्राइड गाले नेपच्यून की खोज करने के।

बुध की कक्षा में एक विसंगति ने न्यूटन के सिद्धांत में खामियों की ओर इशारा किया। 19वीं शताब्दी के अंत तक, यह ज्ञात हो गया था कि इसकी कक्षा में मामूली गड़बड़ी दिखाई दे रही थी, जिसे न्यूटन के सिद्धांत के तहत पूरी तरह से जिम्मेदार नहीं ठहराया जा सकता था, लेकिन एक और परेशान करने वाले शरीर (जैसे कि बुध से भी करीब सूर्य की परिक्रमा करने वाला ग्रह) के लिए सभी खोजों को किया गया था। निष्फल। इस मुद्दे को 1915 में अल्बर्ट आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षता के नए सिद्धांत द्वारा हल किया गया था , जो बुध की कक्षा में छोटी विसंगति के लिए जिम्मेदार था। यह विसंगति में अग्रिम था नेपच्यून सदी प्रति 42.98 arcseconds के बुध की। ^[13]

यद्यपि न्यूटन के सिद्धांत को अल्बर्ट आइंस्टीन की सामान्य सापेक्षता से हटा दिया गया है, अधिकांश आधुनिक गैर-सापेक्ष गुरुत्वाकर्षण गणना अभी भी न्यूटन के सिद्धांत का उपयोग करके की जाती है क्योंकि इसके साथ काम करना आसान है और यह पर्याप्त रूप से छोटे द्रव्यमान, गति और ऊर्जा वाले अधिकांश अनुप्रयोगों के लिए पर्याप्त सटीक परिणाम देता है।

तुल्यता सिद्धांत

तुल्यता सिद्धांत , गैलीलियो, सहित शोधकर्ताओं की एक उत्तराधिकार द्वारा पता लगाया Loránd Eötvös , और आइंस्टीन, विचार है कि सभी वस्तुओं को एक ही तरीके से गिर व्यक्त करता है, और है कि गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव त्वरण और मंदी के कुछ पहलुओं से अप्रभेद्य हैं। कमजोर तुल्यता सिद्धांत का परीक्षण करने का सबसे सरल तरीका विभिन्न द्रव्यमानों या रचनाओं की दो वस्तुओं को एक निर्वात में गिराना और देखना है कि क्या वे एक ही समय में जमीन से टकराते हैं। इस तरह के प्रयोगों से पता चलता है कि जब अन्य बल (जैसे वायु प्रतिरोध और विद्युत चुम्बकीय प्रभाव) नगण्य होते हैं, तो सभी वस्तुएं समान दर से गिरती हैं। अधिक परिष्कृत परीक्षण Eötvös द्वारा आविष्कृत एक प्रकार के मरोड़ संतुलन का उपयोग करते हैं। उपग्रह प्रयोग, उदाहरण के लिए STEP , अंतरिक्ष में अधिक सटीक प्रयोगों के लिए योजनाबद्ध हैं। ^[14]

तुल्यता सिद्धांत के निरूपण में शामिल हैं:

कमजोर तुल्यता सिद्धांत: गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में एक बिंदु द्रव्यमान का प्रक्षेपवक्र केवल इसकी प्रारंभिक स्थिति और वेग पर निर्भर करता है, और इसकी संरचना से स्वतंत्र होता है। ^[15]
आइंस्टीनियन तुल्यता सिद्धांत: स्वतंत्र रूप से गिरने वाली प्रयोगशाला में किसी भी स्थानीय गैर-गुरुत्वाकर्षण प्रयोग का परिणाम प्रयोगशाला के वेग और स्पेसटाइम में इसके स्थान से स्वतंत्र होता है। ^[16]
मजबूत तुल्यता सिद्धांत उपरोक्त दोनों की आवश्यकता है।

सामान्य सापेक्षता

किसी वस्तु के द्रव्यमान द्वारा उत्पन्न स्पेसटाइम विरूपण का द्वि-आयामी सादृश्य। पदार्थ स्पेसटाइम की ज्यामिति को बदल देता है, इस (घुमावदार) ज्यामिति की व्याख्या गुरुत्वाकर्षण के रूप में की जा रही है। सफेद रेखाएं अंतरिक्ष की वक्रता का प्रतिनिधित्व नहीं करती हैं, बल्कि घुमावदार स्पेसटाइम पर लगाए गए समन्वय प्रणाली का प्रतिनिधित्व करती हैं , जो एक फ्लैट स्पेसटाइम में सीधा होगा ।

में सामान्य सापेक्षता , गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव के लिए जिम्मेदार माना जाता है अन्तरिक्ष समय वक्रता एक शक्ति के बजाय। सामान्य सापेक्षता के लिए प्रारंभिक बिंदु तुल्यता सिद्धांत है , जो जड़त्वीय गति के साथ मुक्त गिरावट के बराबर है और जमीन पर गैर-जड़त्वीय पर्यवेक्षकों के सापेक्ष त्वरित होने के रूप में मुक्त गिरने वाली जड़त्वीय वस्तुओं का वर्णन करता है। ^[17]^[18] में न्यूटन का भौतिक विज्ञान , तथापि, ऐसी कोई त्वरण हो सकता है जब तक कि वस्तुओं की कम से कम एक एक बल द्वारा पर संचालित की जा रही है।

आइंस्टीन ने प्रस्तावित किया कि स्पेसटाइम पदार्थ द्वारा घुमावदार है, और यह कि मुक्त-गिरने वाली वस्तुएं घुमावदार स्पेसटाइम में स्थानीय रूप से सीधे पथ के साथ आगे बढ़ रही हैं। इन सीधे रास्तों को जियोडेसिक्स कहा जाता है । न्यूटन के गति के पहले नियम की तरह, आइंस्टीन के सिद्धांत में कहा गया है कि यदि किसी वस्तु पर कोई बल लगाया जाता है, तो वह एक भूगणित से विचलित हो जाएगा। उदाहरण के लिए, अब हम खड़े रहते हुए जियोडेसिक्स का पालन नहीं कर रहे हैं क्योंकि पृथ्वी का यांत्रिक प्रतिरोध हम पर एक ऊपर की ओर बल लगाता है, और परिणामस्वरूप हम जमीन पर गैर-जड़त्वीय हैं। यह बताता है कि क्यों स्पेसटाइम में जियोडेसिक्स के साथ आगे बढ़ना जड़त्वीय माना जाता है।

आइंस्टीन ने सामान्य सापेक्षता के क्षेत्र समीकरणों की खोज की , जो पदार्थ की उपस्थिति और स्पेसटाइम की वक्रता से संबंधित हैं और उनके नाम पर हैं। आइंस्टीन क्षेत्र समीकरण 10 का एक सेट है एक साथ , गैर रेखीय , अंतर समीकरण । क्षेत्र समीकरणों के समाधान स्पेसटाइम के मीट्रिक टेंसर के घटक हैं । एक मीट्रिक टेंसर स्पेसटाइम की ज्यामिति का वर्णन करता है। स्पेसटाइम के लिए जियोडेसिक पथों की गणना मीट्रिक टेंसर से की जाती है।

समाधान

आइंस्टीन क्षेत्र समीकरणों के उल्लेखनीय समाधानों में शामिल हैं:

स्च्वार्ज़स्चिल्ड समाधान है, जो अंतरिक्ष समय एक आसपास का वर्णन स्फेरिकली सममित गैर घूर्णन न लगाए गए भारी वस्तु। कॉम्पैक्ट पर्याप्त वस्तुओं के लिए, इस समाधान ने केंद्रीय विलक्षणता के साथ एक ब्लैक होल उत्पन्न किया । केंद्र से रेडियल दूरियों के लिए जो श्वार्ज़स्चिल्ड त्रिज्या से बहुत अधिक हैं , श्वार्ज़स्चिल्ड समाधान द्वारा अनुमानित त्वरण न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई गति के समान हैं।
रेइस्स्नेर-नोर्दस्त्रोम समाधान है, जिसमें केंद्रीय वस्तु एक बिजली के आरोप है। ज्यामितीय लंबाई वाले आवेशों के लिए जो वस्तु के द्रव्यमान की ज्यामितीय लंबाई से कम होते हैं, यह समाधान दोहरे घटना क्षितिज वाले ब्लैक होल उत्पन्न करता है ।
केर्र समाधान बड़े ऑब्जेक्ट घूर्णन के लिए। यह समाधान कई घटना क्षितिज वाले ब्लैक होल भी उत्पन्न करता है।
केर-न्यूमैन समाधान के लिए शुल्क लिया, बड़े पैमाने पर वस्तुओं घूर्णन। यह समाधान कई घटना क्षितिज वाले ब्लैक होल भी उत्पन्न करता है।
ब्रह्माण्ड संबंधी फ्राइडमेन-लेमैत्रे-रोबर्टसन-वाकर समाधान है, जो ब्रह्मांड के विस्तार भविष्यवाणी की है।

परीक्षण

सामान्य सापेक्षता के परीक्षण निम्नलिखित शामिल हैं: ^[19]

सामान्य सापेक्षता बुध की विषम पेरीहेलियन पूर्वता के लिए जिम्मेदार है । ^[20]
भविष्यवाणी है कि समय कम क्षमता ( गुरुत्वाकर्षण समय फैलाव ) पर धीमी गति से चलता है, पौंड-रेबका प्रयोग (1 9 5 9), हैफले-कीटिंग प्रयोग और जीपीएस द्वारा पुष्टि की गई है ।
प्रकाश के विक्षेपण की भविष्यवाणी की पुष्टि सबसे पहले आर्थर स्टेनली एडिंगटन ने 29 मई 1919 के सूर्य ग्रहण के दौरान अपने अवलोकनों से की थी । ^[२१]^[२२] एडिंगटन ने सामान्य सापेक्षता की भविष्यवाणियों के अनुसार, न्यूटनियन कोरपसकुलर सिद्धांत द्वारा भविष्यवाणी की गई तुलना में दो बार स्टारलाइट विक्षेपण को मापा। हालांकि, परिणामों की उनकी व्याख्या बाद में विवादित हो गई थी। ^[२३] सूर्य के पीछे से गुजरने वाले क्वासरों के रेडियो इंटरफेरोमेट्रिक माप का उपयोग करते हुए हाल के परीक्षणों ने सामान्य सापेक्षता द्वारा अनुमानित डिग्री तक प्रकाश के विक्षेपण की अधिक सटीक और लगातार पुष्टि की है। ^[२४] गुरुत्वाकर्षण लेंस भी देखें ।
प्रकाश की समय देरी एक भारी वस्तु को निधन पास पहले से पहचान की गई थी इरविन मैं शापिरो ग्रहों के बीच अंतरिक्ष यान संकेतों में 1964 में।
बाइनरी पल्सर के अध्ययन के माध्यम से गुरुत्वाकर्षण विकिरण की अप्रत्यक्ष रूप से पुष्टि की गई है । 11 फरवरी 2016 को, एलआईजीओ और कन्या सहयोग ने गुरुत्वाकर्षण लहर के पहले अवलोकन की घोषणा की।
1922 में अलेक्जेंडर फ्रीडमैन ने पाया कि आइंस्टीन के समीकरणों में गैर-स्थिर समाधान होते हैं ( ब्रह्मांड संबंधी स्थिरांक की उपस्थिति में भी )। 1927 में जॉर्जेस लेमेत्रे ने दिखाया कि आइंस्टीन समीकरणों के स्थिर समाधान, जो ब्रह्मांड संबंधी स्थिरांक की उपस्थिति में संभव हैं, अस्थिर हैं, और इसलिए आइंस्टीन द्वारा परिकल्पित स्थिर ब्रह्मांड मौजूद नहीं हो सकता है। बाद में, 1931 में, आइंस्टीन खुद फ्रीडमैन और लेमेत्रे के परिणामों से सहमत हुए। इस प्रकार सामान्य सापेक्षता ने भविष्यवाणी की कि ब्रह्मांड को गैर-स्थैतिक होना चाहिए - इसे या तो विस्तार या अनुबंध करना था। 1929 में एडविन हबल द्वारा खोजे गए ब्रह्मांड के विस्तार ने इस भविष्यवाणी की पुष्टि की। ^[25]
थ्योरी की फ्रेम ड्रैगिंग की भविष्यवाणी हाल के ग्रेविटी प्रोब बी परिणामों के अनुरूप थी । ^[26]
सामान्य सापेक्षता भविष्यवाणी करती है कि गुरुत्वाकर्षण रेडशिफ्ट के माध्यम से बड़े पैमाने पर पिंडों से दूर जाने पर प्रकाश को अपनी ऊर्जा खोनी चाहिए । यह 1960 के आसपास पृथ्वी और सौर मंडल में सत्यापित किया गया था।

गुरुत्वाकर्षण और क्वांटम यांत्रिकी

एक खुला प्रश्न यह है कि क्या क्वांटम यांत्रिकी के समान ढांचे के साथ गुरुत्वाकर्षण के छोटे पैमाने पर बातचीत का वर्णन करना संभव है । सामान्य सापेक्षता बड़े पैमाने पर थोक गुणों का वर्णन करती है जबकि क्वांटम यांत्रिकी पदार्थ के सबसे छोटे पैमाने पर बातचीत का वर्णन करने के लिए ढांचा है। संशोधनों के बिना ये ढांचे असंगत हैं। ^[27]

एक मार्ग क्वांटम क्षेत्र सिद्धांत के ढांचे में गुरुत्वाकर्षण का वर्णन करना है , जो अन्य मूलभूत अंतःक्रियाओं का सटीक वर्णन करने में सफल रहा है । विद्युत चुम्बकीय बल आभासी फोटॉनों के आदान-प्रदान से उत्पन्न होता है , जहां गुरुत्वाकर्षण का क्यूएफटी विवरण यह है कि आभासी गुरुत्वाकर्षण का आदान-प्रदान होता है । ^[२८]^[२९] यह विवरण शास्त्रीय सीमा में सामान्य सापेक्षता को पुन: प्रस्तुत करता है । हालांकि, यह दृष्टिकोण प्लैंक लंबाई के क्रम की कम दूरी पर विफल रहता है , ^[२७] जहां क्वांटम गुरुत्व (या क्वांटम यांत्रिकी के लिए एक नया दृष्टिकोण) के एक अधिक पूर्ण सिद्धांत की आवश्यकता होती है।

विशिष्ट तथ्य

पृथ्वी का गुरुत्वाकर्षण

एक प्रारंभिक-स्थिर वस्तु जिसे गुरुत्वाकर्षण के तहत स्वतंत्र रूप से गिरने की अनुमति है, वह दूरी को छोड़ देता है जो बीता हुआ समय के वर्ग के समानुपाती होता है। यह छवि आधे सेकेंड तक फैली हुई है और प्रति सेकंड 20 फ्लैश पर कैप्चर की गई थी।

प्रत्येक ग्रह पिंड (पृथ्वी सहित) अपने स्वयं के गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र से घिरा हुआ है, जिसे न्यूटनियन भौतिकी के साथ सभी वस्तुओं पर एक आकर्षक बल लगाने के रूप में माना जा सकता है। एक गोलाकार सममित ग्रह मानते हुए, सतह के ऊपर किसी भी बिंदु पर इस क्षेत्र की ताकत ग्रह के शरीर के द्रव्यमान के समानुपाती होती है और शरीर के केंद्र से दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होती है।

यदि पृथ्वी के द्रव्यमान के तुलनीय द्रव्यमान वाली कोई वस्तु उसकी ओर गिरती है, तो पृथ्वी के संगत त्वरण को देखा जा सकता है।

गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की ताकत संख्यात्मक रूप से इसके प्रभाव में वस्तुओं के त्वरण के बराबर होती है। ^[३०] पृथ्वी की सतह के पास गिरने वाली वस्तुओं के त्वरण की दर अक्षांश, सतह की विशेषताओं जैसे कि पहाड़ों और लकीरों और शायद असामान्य रूप से उच्च या निम्न उप-सतह घनत्व के आधार पर बहुत कम भिन्न होती है। ^[३१] वजन और माप के प्रयोजनों के लिए, एक मानक गुरुत्व मान को इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स (एसआई) के तहत इंटरनेशनल ब्यूरो ऑफ वेट एंड मेजर्स द्वारा परिभाषित किया गया है ।

वह मान, जिसे g दर्शाया गया है , g = 9.80665 m/s ² (32.1740 ft/s ² ) है। ^[३२]^[३३]

९.८०६६५ मीटर/सेकंड ^२ का मानक मान १९०१ में ४५ डिग्री अक्षांश के लिए वजन और माप पर अंतर्राष्ट्रीय समिति द्वारा मूल रूप से अपनाया गया था, भले ही इसे दस हजार में लगभग पांच भागों से बहुत अधिक दिखाया गया हो। ^[34] यह मान मौसम विज्ञान में और डिग्री भी अक्षांश हालांकि यह 45 ° 32'33 "के अक्षांश से अधिक सटीक लागू होता है 45 के लिए कुछ मानक मूल्य के रूप में वातावरण में कायम किया है। ^[35]

g के मानकीकृत मान को मानते हुए और वायु प्रतिरोध को अनदेखा करते हुए, इसका अर्थ यह है कि पृथ्वी की सतह के पास स्वतंत्र रूप से गिरने वाली वस्तु अपने अवतरण के प्रत्येक सेकंड के लिए अपने वेग को 9.80665 m/s (32.1740 ft/s या 22 mph) बढ़ा देती है। इस प्रकार, आराम से शुरू होने वाली वस्तु एक सेकंड के बाद 9.80665 मीटर/सेकेंड (32.1740 फीट/सेकेंड) का वेग प्राप्त करेगी, लगभग 1 9.62 मीटर/सेकेंड (64.4 फीट/सेकेंड) दो सेकंड के बाद, और इसी तरह, 9.80665 मीटर/सेकेंड जोड़कर (३२.१७४० फीट/सेकंड) प्रत्येक परिणामी वेग के लिए। साथ ही, वायु प्रतिरोध को अनदेखा करते हुए, कोई भी और सभी वस्तुएं, समान ऊंचाई से गिराए जाने पर, एक ही समय में जमीन से टकराएंगी।

न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार , पृथ्वी स्वयं एक गिरती हुई वस्तु पर लगने वाले बल के बराबर और विपरीत दिशा में एक बल का अनुभव करती है । इसका मतलब है कि पृथ्वी भी वस्तु की ओर तब तक गति करती है जब तक कि वे टकरा न जाएं। चूँकि पृथ्वी का द्रव्यमान बहुत बड़ा है, तथापि, इस विपरीत बल द्वारा पृथ्वी को दिया गया त्वरण वस्तु की तुलना में नगण्य है। यदि वस्तु पृथ्वी से टकराने के बाद उछलती नहीं है, तो उनमें से प्रत्येक दूसरे पर एक प्रतिकारक संपर्क बल लगाता है जो गुरुत्वाकर्षण के आकर्षक बल को प्रभावी ढंग से संतुलित करता है और आगे त्वरण को रोकता है।

पृथ्वी पर गुरुत्वाकर्षण बल दो बलों का परिणामी (सदिश योग) है: ^[३६] (ए) न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के सार्वभौमिक नियम के अनुसार गुरुत्वाकर्षण आकर्षण, और (बी) केन्द्रापसारक बल, जो एक की पसंद से उत्पन्न होता है अर्थबाउंड, संदर्भ का घूर्णन फ्रेम। भूमध्य रेखा पर गुरुत्वाकर्षण बल पृथ्वी के घूमने के कारण केन्द्रापसारक बल के कारण सबसे कमजोर होता है और भूमध्य रेखा पर बिंदु पृथ्वी के केंद्र से सबसे दूर होते हैं। गुरुत्वाकर्षण बल अक्षांश के साथ बदलता रहता है और भूमध्य रेखा पर लगभग 9.780 m/s ^{2 से} बढ़कर ध्रुवों पर लगभग 9.832 m/s ² हो जाता है।

पृथ्वी की सतह के पास गिरने वाले पिंड के लिए समीकरण

निरंतर गुरुत्वाकर्षण आकर्षण की धारणा के तहत, न्यूटन का सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण का नियम F = mg तक सरल हो जाता है , जहाँ m शरीर का द्रव्यमान है और g पृथ्वी पर 9.81 m/s ^{2 के} औसत परिमाण के साथ एक स्थिर वेक्टर है। यह परिणामी बल वस्तु का भार है। गुरुत्वाकर्षण के कारण त्वरण इस g के बराबर है । एक प्रारंभिक स्थिर वस्तु जिसे गुरुत्वाकर्षण के तहत स्वतंत्र रूप से गिरने की अनुमति दी जाती है, वह दूरी छोड़ देती है जो बीता हुआ समय के वर्ग के समानुपाती होती है। दायीं ओर की छवि, आधे सेकेंड में फैली हुई थी, एक स्ट्रोबोस्कोपिक फ्लैश के साथ 20 फ्लैश प्रति सेकेंड पर कब्जा कर लिया गया था। पहले के दौरान 1 / 20 एक दूसरे के गेंद दूरी (यहाँ, एक इकाई 12 के बारे में मिमी है) की एक इकाई चला जाता है; द्वारा द्वारा 2 / 20 यह 4 इकाइयों के कुल में गिरावट आई है; द्वारा द्वारा 3 / 20 , 9 इकाइयों और इतने पर।

समान स्थिर गुरुत्वीय मान्यताओं के तहत , ऊँचाई h पर किसी पिंड की स्थितिज ऊर्जा , E _p , E _p = mgh (या E _p = Wh , W अर्थ भार के साथ) द्वारा दी जाती है । यह अभिव्यक्ति पृथ्वी की सतह से केवल छोटी दूरी h पर ही मान्य है। इसी तरह, अभिव्यक्ति $h={\tfrac {v^{2}}{2g}}$ प्रारंभिक वेग के साथ एक लंबवत प्रक्षेपित शरीर द्वारा प्राप्त अधिकतम ऊंचाई के लिए v केवल छोटी ऊंचाई और छोटे प्रारंभिक वेगों के लिए उपयोगी है।

गुरुत्वाकर्षण और खगोल विज्ञान

आकाशगंगा बनाने वाले तारों पर गुरुत्वाकर्षण कार्य करता है । ^[37]

न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम के लागू होने से हमारे पास सौर मंडल के ग्रहों, सूर्य के द्रव्यमान और क्वासरों के विवरण के बारे में विस्तृत जानकारी प्राप्त करने में मदद मिली है ; यहां तक कि न्यूटन के गुरुत्वाकर्षण के नियम का उपयोग करके डार्क मैटर के अस्तित्व का अनुमान लगाया जाता है। यद्यपि हमने सभी ग्रहों की यात्रा नहीं की है और न ही सूर्य की, हम उनके द्रव्यमान को जानते हैं। ये द्रव्यमान कक्षा की मापी गई विशेषताओं पर गुरुत्वाकर्षण के नियमों को लागू करके प्राप्त किए जाते हैं। अंतरिक्ष में कोई पिंड गुरुत्वाकर्षण बल के कारण अपनी कक्षा बनाए रखता है। ग्रहों की परिक्रमा करने वाले तारे, तारे की कक्षा में गांगेय केंद्र , आकाशगंगाएँ समूहों में द्रव्यमान के केंद्र की परिक्रमा करती हैं, और क्लस्टर सुपरक्लस्टर में परिक्रमा करते हैं । एक वस्तु पर दूसरी वस्तु द्वारा लगाया गया गुरुत्वाकर्षण बल उन वस्तुओं के द्रव्यमान के गुणनफल के सीधे आनुपातिक होता है और उनके बीच की दूरी के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है।

प्रारंभिक गुरुत्वाकर्षण (संभवतः क्वांटम गुरुत्व, अतिगुरुत्वाकर्षण या गुरुत्वाकर्षण विलक्षणता के रूप में ), सामान्य स्थान और समय के साथ, प्लैंक युग के दौरान विकसित हुआ ( ब्रह्मांड के जन्म के बाद ^10-43 सेकंड तक ), संभवतः एक आदिम काल से। राज्य (जैसे कि एक गलत वैक्यूम , क्वांटम वैक्यूम या आभासी कण ), वर्तमान में अज्ञात तरीके से। ^[५]

गुरुत्वाकर्षण विकिरण

LIGO Hanford वेधशाला वाशिंगटन, अमेरिका में स्थित हैं जहां गुरुत्वाकर्षण लहरों पहले सितंबर 2015 में देखे गए हैं।

सामान्य सापेक्षता भविष्यवाणी करती है कि गुरुत्वाकर्षण विकिरण के माध्यम से ऊर्जा को एक प्रणाली से बाहर ले जाया जा सकता है। कोई भी त्वरित पदार्थ स्पेस-टाइम मीट्रिक में वक्रता पैदा कर सकता है, जिससे गुरुत्वाकर्षण विकिरण को सिस्टम से दूर ले जाया जाता है। सह-परिक्रमा करने वाली वस्तुएं अंतरिक्ष-समय में वक्रता उत्पन्न कर सकती हैं जैसे कि पृथ्वी-सूर्य प्रणाली, न्यूट्रॉन सितारों के जोड़े और ब्लैक होल के जोड़े। गुरुत्वाकर्षण विकिरण के रूप में ऊर्जा खोने की भविष्यवाणी की गई एक और खगोल भौतिकी प्रणाली सुपरनोवा विस्फोट कर रही है।

गुरुत्वाकर्षण विकिरण के लिए पहला अप्रत्यक्ष प्रमाण 1973 में हल्स-टेलर बाइनरी के माप के माध्यम से था । इस प्रणाली में एक दूसरे के चारों ओर कक्षा में एक पल्सर और न्यूट्रॉन स्टार होते हैं। ऊर्जा की हानि के कारण इसकी प्रारंभिक खोज के बाद से इसकी कक्षीय अवधि कम हो गई है, जो गुरुत्वाकर्षण विकिरण के कारण ऊर्जा हानि की मात्रा के अनुरूप है। इस शोध को 1993 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

गुरुत्वाकर्षण विकिरण के लिए पहला प्रत्यक्ष प्रमाण 14 सितंबर 2015 को LIGO डिटेक्टरों द्वारा मापा गया था । पृथ्वी से 1.3 अरब प्रकाश वर्ष दो ब्लैक होल की टक्कर के दौरान उत्सर्जित गुरुत्वाकर्षण तरंगों को मापा गया। ^[३८]^[३९] यह अवलोकन आइंस्टीन और अन्य की सैद्धांतिक भविष्यवाणियों की पुष्टि करता है कि ऐसी तरंगें मौजूद हैं। यह बिग बैंग सहित ब्रह्मांड में गुरुत्वाकर्षण की प्रकृति और घटनाओं के व्यावहारिक अवलोकन और समझ का मार्ग भी खोलता है। ^[४०] न्यूट्रॉन स्टार और ब्लैक होल का निर्माण भी गुरुत्वाकर्षण विकिरण की पता लगाने योग्य मात्रा का निर्माण करता है। ^[४१] इस शोध को २०१७ में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था। ^[४२]

2020 तक^{[अपडेट करें]}, सौर मंडल द्वारा उत्सर्जित गुरुत्वाकर्षण विकिरण वर्तमान तकनीक के साथ मापने के लिए बहुत छोटा है।

गुरुत्वाकर्षण की गति

दिसंबर 2012 में, चीन में एक शोध दल ने घोषणा की कि उसने पूर्ण और नए चंद्रमाओं के दौरान पृथ्वी के ज्वार के चरण अंतराल का मापन किया था जो यह साबित करता है कि गुरुत्वाकर्षण की गति प्रकाश की गति के बराबर है। ^[४३] इसका मतलब है कि यदि सूर्य अचानक गायब हो जाता है, तो पृथ्वी सामान्य रूप से ८ मिनट के लिए रिक्त बिंदु की परिक्रमा करती रहेगी, जो कि उस दूरी को तय करने में प्रकाश को लगने वाला समय है। टीम के निष्कर्ष फरवरी 2013 में चीनी विज्ञान बुलेटिन में जारी किए गए थे । ^[44]

अक्टूबर 2017 में, LIGO और कन्या डिटेक्टरों को एक ही दिशा से संकेतों को देखने वाले गामा किरण उपग्रहों और ऑप्टिकल दूरबीनों के 2 सेकंड के भीतर गुरुत्वाकर्षण तरंग संकेत प्राप्त हुए। इसने पुष्टि की कि गुरुत्वाकर्षण तरंगों की गति प्रकाश की गति के समान थी। ^[45]

विसंगतियाँ और विसंगतियाँ

कुछ अवलोकन ऐसे हैं जिनका पर्याप्त रूप से हिसाब नहीं है, जो गुरुत्वाकर्षण के बेहतर सिद्धांतों की आवश्यकता की ओर इशारा कर सकते हैं या शायद अन्य तरीकों से समझाया जा सकता है।

एक विशिष्ट सर्पिल आकाशगंगा का घूर्णन वक्र: अनुमानित ( ए ) और मनाया ( बी )। वक्रों के बीच की विसंगति को डार्क मैटर के लिए जिम्मेदार ठहराया जाता है ।

अतिरिक्त-तेज तारे : आकाशगंगाओं में तारे वेगों के वितरण का अनुसरण करते हैं, जहां बाहरी इलाके में तारे सामान्य पदार्थ के देखे गए वितरण के अनुसार तेजी से आगे बढ़ रहे हैं। आकाशगंगा समूहों के भीतर आकाशगंगाएँ एक समान पैटर्न दिखाती हैं। डार्क मैटर , जो गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से बातचीत करेगा लेकिन विद्युत चुम्बकीय रूप से नहीं, विसंगति के लिए जिम्मेदार होगा। न्यूटनियन गतिकी में विभिन्न संशोधनों का भी प्रस्ताव किया गया है।
फ्लाईबाई विसंगति : गुरुत्वाकर्षण सहायता युद्धाभ्यास केदौरान विभिन्न अंतरिक्ष यान ने अपेक्षा से अधिक त्वरण का अनुभवकिया है।
त्वरित विस्तार : अंतरिक्ष का मीट्रिक विस्तार तेज होता दिख रहा है। इसे समझाने के लिए डार्क एनर्जी का प्रस्ताव किया गया है। एक हालिया वैकल्पिक व्याख्या यह है कि अंतरिक्ष की ज्यामिति सजातीय नहीं है (आकाशगंगाओं के समूहों के कारण) और जब इसे ध्यान में रखते हुए डेटा की पुनर्व्याख्या की जाती है, तो विस्तार में तेजी नहीं आ रही है, ^[४६] हालांकि यह निष्कर्ष विवादित है। . ^[47]
खगोलीय इकाई की असामान्य वृद्धि : हाल के मापों से संकेत मिलता है कि ग्रहों की कक्षाएँ तेजी से चौड़ी हो रही हैं यदि यह पूरी तरह से सूर्य के माध्यम से ऊर्जा विकिरण द्वारा द्रव्यमान खो रही है।
अतिरिक्त ऊर्जावान फोटॉन : आकाशगंगा समूहों के माध्यम से यात्रा करने वाले फोटॉन को ऊर्जा प्राप्त करनी चाहिए और फिर बाहर जाने पर इसे फिर से खो देना चाहिए। ब्रह्मांड के त्वरित विस्तार को सभी ऊर्जा वापस करने वाले फोटॉन को रोकना चाहिए, लेकिन यहां तक कि इसे ध्यान में रखते हुए ब्रह्मांडीय माइक्रोवेव पृष्ठभूमि विकिरण से फोटॉन अपेक्षा से दोगुनी ऊर्जा प्राप्त करते हैं। यह संकेत दे सकता है कि गुरुत्वाकर्षण कुछ निश्चित दूरी के पैमाने पर व्युत्क्रम-वर्ग की तुलना में तेजी से गिरता है। ^[48]
अतिरिक्त विशाल हाइड्रोजन बादल : लाइमन-अल्फा वन की वर्णक्रमीय रेखाएं बताती हैं कि हाइड्रोजन बादल अपेक्षा से कुछ पैमानों पर एक साथ अधिक गुच्छेदार होते हैं और, अंधेरे प्रवाह की तरह , यह संकेत दे सकते हैं कि गुरुत्वाकर्षण कुछ दूरी के पैमाने पर व्युत्क्रम-वर्ग की तुलना में धीमी गति से गिरता है। ^[48]

वैकल्पिक सिद्धांत

ऐतिहासिक वैकल्पिक सिद्धांत

गुरुत्वाकर्षण का अरिस्टोटेलियन सिद्धांत
ले सेज के गुरुत्वाकर्षण के सिद्धांत (१७८४) को लेसेज ग्रेविटी भी कहा जाता है, लेकिन मूल रूप से फैटियो द्वारा प्रस्तावित और आगे जॉर्जेस-लुई ले सेज द्वारा विस्तृत किया गया , जो एक द्रव-आधारित स्पष्टीकरण पर आधारित है जहां एक हल्की गैस पूरे ब्रह्मांड को भर देती है।
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कलुजा क्लेन सिद्धांत (1921)
व्हाइटहेड का गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत (1922), सामान्य सापेक्षता का एक और प्रारंभिक प्रतियोगी।

आधुनिक वैकल्पिक सिद्धांत

ब्रांस-डिक गुरुत्वाकर्षण का सिद्धांत (1961) ^[49]
प्रेरित गुरुत्वाकर्षण (1967), आंद्रेई सखारोव का एक प्रस्ताव जिसके अनुसार पदार्थ के क्वांटम क्षेत्र सिद्धांतों से सामान्य सापेक्षता उत्पन्न हो सकती है
स्ट्रिंग सिद्धांत (1960 के दशक के अंत में)
(आर) गुरुत्वाकर्षण (1970)
हॉर्नडेस्की सिद्धांत (1974) ^[50]
सुपरग्रैविटी (1976)
में संशोधित न्यूटन गतिशीलता (MOND) (1981), मोर्डेहाई मिल्ग्रोम के संशोधन का प्रस्ताव है न्यूटन के दूसरे नियम छोटे त्वरण के लिए प्रस्ताव को ^[51]
आत्म निर्माण ब्रह्माण्ड विज्ञान जीए नाई द्वारा गुरुत्वाकर्षण (1982) के सिद्धांत जिसमें Brans-dicke सिद्धांत जन निर्माण की अनुमति के लिए संशोधित किया गया है
कार्लो रोवेली , ली स्मोलिन और अभय अष्टेकर द्वारा लूप क्वांटम ग्रेविटी (1988)
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ओलिवियर मिनाज़ोली और ऑरेलियन हीस द्वारा प्रेसुरॉन सिद्धांत (2013) ।
अनुरूप गुरुत्वाकर्षण ^[52]
एक एंट्रोपिक बल के रूप में गुरुत्वाकर्षण, एन्ट्रॉपी की थर्मोडायनामिक अवधारणा से एक आकस्मिक घटना के रूप में उत्पन्न होने वाला गुरुत्वाकर्षण।
में superfluid वैक्यूम सिद्धांत गुरुत्वाकर्षण और घुमावदार अंतरिक्ष समय एक के रूप में उत्पन्न होती हैं सामूहिक उत्तेजना गैर सापेक्षकीय पृष्ठभूमि के मोड superfluid ।
भारी गुरुत्वाकर्षण , एक सिद्धांत जहां गुरुत्वाकर्षण और गुरुत्वाकर्षण तरंगों का एक गैर-शून्य द्रव्यमान होता है

यह सभी देखें

एंटी-ग्रेविटी , गुरुत्वाकर्षण को बेअसर या प्रतिकर्षित करने का विचार
कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण
गुरुत्वाकर्षण के लिए गॉस का नियम
गुरुत्वाकर्षण क्षमता
गुरुत्वीय तरंग
केप्लर का ग्रह गति का तीसरा नियम law
माइक्रो-जी वातावरण , जिसे माइक्रोग्रैविटी भी कहा जाता है
न्यूटन के गति के नियम
मानक गुरुत्वाकर्षण पैरामीटर
भारहीनता
अल्बर्ट आइंस्टीन
आइजैक न्यूटन

फुटनोट

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