Четири фундаменталне силе управљају свим интеракцијама унутар Универзума. То су слабе нуклеарне силе, јаке нуклеарне силе, електромагнетизам и гравитација. Од њих је гравитација можда најмистериознија. Иако се већ неко време разуме како овај закон физике делује на макро-скали - управљајући нашим Соларним системом, галаксијама и суперкластерима - како он делује са три друге основне силе остаје мистерија.
Природно, људска бића су имала основно разумевање ове силе од давнина. А кад је у питању наше модерно разумевање гравитације, кредит се дугује једном човеку који је дешифровао његова својства и како он управља свим стварима великим и малим - Сир Исаац Невтон. Захваљујући овом енглеском физичару и математичару из 17. века, наше разумевање Универзума и закона који њиме управљају заувек би се променило.
Иако смо сви упознати са иконичном сликом човека који сједи испод стабла јабуке и пада на главу, Њутонове теорије о гравитацији такође су представљале врхунац вишегодишњег истраживања, које се заузврат темељило на вековима нагомиланог знања. Он ће те теорије представити у свом магнум опусу, Пхилосопхиае Натуралис Принципиа Матхематица („Математички принципи природне филозофије“), који је први пут објављен 1687. године.
У овом списку Њутн је изнео оно што ће постати познато као његова три закона кретања, која су изведена из закона Јонеса Кеплера о планетарном кретању и његовог математичког описа гравитације. Ови закони би поставили темеље класичне механике и остајали би неизмењивани вековима - све до 20. века и настанка Ајнштајнове теорије релативности.
Физика из 17. века:
17. век је био веома повољан период за науке, са великим помацима у области математике, физике, астрономије, биологије и хемије. Нека од највећих збивања у овом периоду укључују развој хелиоцентричног модела Сунчевог система од стране Николаја Коперника, пионирски рад с телескопима и посматрачку астрономију Галилеа Галилеија и развој савремене оптике.
У том периоду је и Јоханнес Кеплер развио своје законе о планетарном кретању. Формулирани између 1609 и 1619, ови закони су описали кретање тада познатих планета (Меркур, Венера, Земља, Марс, Јупитер и Сатурн) око Сунца. Они су изјавили да:
- Планете се крећу око Сунца у елипсама, са Сунцем у једном фокусу
- Линија која повезује Сунце са планетом помиче једнака подручја у једнаким временима.
- Квадрат орбиталног периода планете пропорционалан је коцки (трећа снага) средње удаљености од Сунца у (или другим речима - „полу-главне осе“ елипсе, половином најмање и највећа удаљеност од Сунца).
Ови закони су разрешили преостала математичка питања која је покренуо Коперников хелиоцентрични модел, чиме је уклоњена сва сумња да је то исправан модел Универзума. Радећи на томе, сир Исаац Невтон почео је разматрати гравитацију и њен утицај на орбите планета.
Њутонова три закона:
1678. године Њутн је доживео потпуни нервни слом због прекомерног рада и свађе са колегом астрономом Робертом Хоокеом. Следећих неколико година повукао се из преписке са другим научницима, осим тамо где су је иницирали, и обнављао своје интересовање за механику и астрономију. Зими 1680-81. Појава комете, о којој се дописивао са Јохном Фламстеедом (Енгланд'с Астрономер Роиал), такође је обновила његово интересовање за астрономију.
Након прегледа Кеплерових закона кретања, Невтон је развио математички доказ да ће елиптични облик планетарних орбита произаћи из центрипеталне силе обратно пропорционалне квадрату вектора радијуса. Њутн је ове резултате пренео Едмонду Халлеиу (откривачу Халеиеве комете) и Краљевском друштву у Де моту цорпорум ин гирум.
Овај тракт, објављен 1684, садржавао је семе онога што би Невтон проширио у његов магнум опус Пхилосопхиае Натуралис Принципиа Матхематица. Овај трактат, који је објављен јула 1687. године, садржавао је Њутонова три закона кретања, која су гласила да:
- Када се посматра у инерцијалном референтном оквиру, предмет или остаје у мировању или се наставља кретати константном брзином, осим ако на њега не делује спољна сила.
- Векторски зброј спољних сила (Ф) на објект једнак је маси (м) тог објекта помножено са вектором убрзања (а) објекта. У математичком облику, то се изражава као: Ф =ма
- Када једно тело врши силу на друго тело, друго тело истовремено врши силу једнаку по величини и супротно смеру на прво тело.
Ови закони заједно описују однос између било ког објекта, сила које делују на њега и резултујућег покрета, постављајући темељ класичној механици. Закони су тако алловеде омогућили Невтону да израчунава масу сваке планете, спљоштавање Земље на половима и испупцење на екватору и како гравитационо повлацење Сунца и Месеца ствара Земљину плиму.
У истом раду, Невтон је представио методу геометријске анализе сличну рачуници користећи „први и последњи омјер“, разрадио брзину звука у ваздуху (на основу Боилеовог закона), рачунао на процесију еквиноција (које је показао да су резултат Месечеве гравитационе привлачности на Земљу), иницирао је гравитационо истраживање неправилности у кретању Месеца, пружио теорију за одређивање орбите комета и још много тога.
Њутн и Апплеов инцидент:
Прича о Невтону која излази са својом теоријом о универзалној гравитацији као резултат јабуке која му пада на главу постала је главна ставка популарне културе. И док се често тврди да је прича апокрифна и да Невтон није ни једног тренутка смислио своју теорију, сам Невтон је причу испричао више пута и тврдио да га је инцидент инспирисао.
Поред тога, писање Виллиама Стукелеиа - енглеског свештеника, антикваријата и члана Краљевског друштва - потврдили су причу. Али уместо комичног приказа јабуке која удара Невтона на главу, Стукелеи је описао у свом Мемоари живота Сир Исааца Невтона (1752.) разговор у коме је Невтон описао размишљајући о природи гравитације док је гледао како јабука пада.
"... ушли смо у башту и попили теу у хладу јабука; само он, и ја. усред другог дискурса, рекао ми је, био је управо у истој ситуацији, као и раније, кад му је на памет пасо појам гравитације. "Зашто би се та јабука увек спуштала окомито на земљу", помисли он себи; пригодом пада јабуке ... "
Јохн Цондуитт, Невтонов помоћник у Краљевском ковници (који се на крају оженио његовом нећакињом), такође је описао слушање приче на свој рачун о Невтоновом животу. Према Цондуитту, инцидент се догодио 1666. године када је Невтон путовао да се упозна са мајком у Линцолнсхире. Док је меандрирао у башти, размишљао је о томе како се гравитациони утицај проширио далеко изван Земље, одговоран за пад јабуке и месечеву орбиту.
Слично томе, Волтаире је написао и своје Есеј о епској поезији (1727.) да је Њутн први пут помислио на систем гравитације док је шетао својом баштом и гледао како јабука пада са стабла. То је у складу са Невтоновим белешкама из 1660-их, које показују да се он борио са идејом како се земаљска гравитација шири, у обрнутој пропорцији, на Месец.
Међутим, требаће му још две деценије да у потпуности разради своје теорије до тачке да је у стању да понуди математичке доказе, као што је показано у Принципиа. Кад је то било потпуно, закључио је да је иста сила која објект пада на земљу била одговорна за остале орбиталне покрете. Отуда га је назвао "универзалном гравитацијом".
За различита стабла се тврди да је „јабука“ коју Невтон описује. Краљева школа, Грантхам, тврди да је њихова школа купила оригинално дрво, изкоренинила га и превезла га у башту равнатеља неколико година касније. Међутим, Национални фонд, који у власништво има властелинство Воолстхорпе (где је Невтон одрастао), тврди да дрво и даље живи у њиховој башти. Потомак изворног стабла може се видети како расте испред главне капије Тринити Цоллеге у Цамбридгеу, испод собе у којој је Невтон живео.
Њутнов рад би имао дубок утицај на науке, а његови принципи би остали канон наредних 200 година. Такође је информисао о концепту универзалне гравитације, који је постао окосница модерне астрономије и који неће бити ревидиран све до 20. века - открићем квантне механике и Ајнштајнове теорије опште релативности.
Овдје смо писали много занимљивих чланака о гравитацији у часопису Спаце Магазине. Ево ко је био сир Исаац Невтон? Ко је био Галилео Галилеи? Шта је сила гравитације ?, и шта је гравитациона константа?
Астрономи Цаст има неколико добрих епизода на ову тему. Ево епизоде 37: Гравитационо сочивање и епизода 102: Гравитација,
Извори:
- НАСА - Њутонови закони кретања
- Учионица физике - Њутонов закон универзалне гравитације
- ББЦ иВондер - Исаац Невтон
- Википедиа - Исаац Невтон
