Гравитационное взаимодействие и гравитационное поле

Попытки объяснения наблюдаемой картины мира, и прежде всего строения Солнечной системы, занимали умы многих великих людей. Что связывает планеты и Солнце в единую систему? Каким законам подчиняется их движение?

Во II в. н. э. древнегреческим ученым Клавдием Птолемеем была разработана геоцентрическая система мира, согласно которой все наблюдаемые перемещения небесных светил объяснялись их движением вокруг неподвижной Земли. «Что я смертен, я знаю, и что дни мои сочтены, но когда я в мыслях неустанно и жадно выслеживаю орбиты созвездий,— писал Птолемей,— тогда я больше не касаюсь ногами Земли: за столом Зевса наслаждаюсь я пищей богов».

В XVI в. польский астроном Николай Коперник «изгнал» Землю из центра мироздания, «поместил» на ее место Солнце, а все планеты «заставил» обращаться вокруг него. Геоцентрическая система мира была заменена гелиоцентрической. Система мира, предложенная Коперником, была прекрасна. «В середине всех этих орбит,— писал восхищенный Коперник,— находится Солнце; ибо может ли прекрасный этот светоч быть помещен в столь великолепной храмине в другом, лучшем месте, откуда он мог бы все освещать собой?»

Что же удерживает планеты, в частности Землю, в их движении вокруг Солнца?

Если придерживаться воззрений Аристотеля и связывать силу со скоростью, а не с ускорением, то причину этого приходится искать именно в направлении скорости. Однако смотреть в направлении скорости Земли бесполезно. Ничего, кроме какой-нибудь одинокой незначительной звезды, там не увидишь.

Ньютон связал силу с ускорением. Если же посмотреть в сторону ускорения Земли, то там окажется само Солнце. И именно Солнце поэтому естественно считать причиной обращения вокруг него Земли и планет.

Но не только планеты притягиваются к Солнцу. Солнце также притягивается планетами. Да и сами планеты взаимодействуют между собой. Одним из первых, кто это понял, был английский ученый Роберт Гук. Так, в 1674 г. он писал: «Все небесные тела имеют притяжение, или силу тяготения к своему центру, вследствие чего они не только притягивают собственные части и препятствуют им разлетаться, как наблюдаем на Земле, но притягивают также все другие небесные тела, находящиеся в сфере их действия. Поэтому не только Солнце и Луна имеют влияние на движение Земли, но и Меркурий, и Венера, и Марс, и Юпитер, и Сатурн также своим притяжением имеют значительное влияние на ее движение. Подобным образом и Земля соответственным притяжением влияет на движение каждого из этих тел».

Окончательное завершение эти идеи получили в работах Ньютона. В своих знаменитых «Математических началах», в которых были сформулированы три его закона, вопрос о тяготении Ньютон излагает последовательно и доказательно. Все тела Вселенной, как небесные, так и находящиеся на Земле, утверждает Ньютон, подвержены взаимному тяготению, причем силы, с которыми притягиваются все эти тела, имеют одинаковую природу и подчиняются одному и тому же закону.

Итак, все тела Вселенной, как небесные, так и находящиеся на Земле, подвержены взаимному притяжению. Если же мы и не наблюдаем его между обычными предметами, окружающими нас в повседневной жизни (например, между книгами, тетрадями, мебелью и т. д.), то лишь потому, что оно в этих случаях слишком слабое.

Взаимодействие, свойственное всем телам Вселенной и проявляющееся в их взаимном притяжении друг к другу, называют гравитационным, а само явление всемирного тяготения — гравитацией (от лат. gravitas — тяжесть).

Гравитационное взаимодействие осуществляется посредством особого вида материи, называемого гравитационным полем. Такое поле существует вокруг любого тела, будь то планета, камень, человек или лист бумаги. При этом тело, создающее гравитационное поле, действует им на любое другое тело так, что у того появляется ускорение, всегда направленное к источнику поля. Появление такого ускорения и означает, что между телами возникает притяжение.

Гравитационное поле не следует путать с электромагнитными полями, которые существуют вокруг наэлектризованных тел, проводников с током и магнитов.

Интересной особенностью гравитационного поля, которой не обладают электромагнитные поля, является его всепроникающая способность. Если от электрических и магнитных полей можно защититься с помощью специальных металлических экранов, то от гравитационного поля защититься ничем нельзя: оно проникает сквозь любые материалы.

Для обнаружения гравитационного экранирования проводились специальные эксперименты, но они дали отрицательный результат: если между двумя телами поместить в виде экрана третье тело, то притяжение между двумя первыми телами нисколько не ослабляется. Во всяком случае, если экранирование гравитации и существует, то оно настолько слабое, что лежит за пределами той точности, которая достигнута в современных экспериментах. Поэтому с большой уверенностью можно сказать, что никакого «кейворита», который, по словам одного из героев романа Г. Уэллса «Первые люди на Луне», «не подчиняется силе тяготения и преграждает взаимное притяжение между телами», в природе не существует.

Взаимодействие тел с гравитационным полем характеризуют особой физической величиной, называемой гравитационным зарядом. Поскольку всемирному тяготению подвержены все тела Вселенной, то, значит, и все они обладают тем или иным гравитационным зарядом. При этом, чем больше гравитационный заряд тела, тем сильнее на него действует гравитационное поле окружающих тел и тем более сильное поле создает вокруг себя само это тело.

В отличие от электрического заряда гравитационный заряд любого тела совпадает с его массой. Они всегда оказываются равными. В 1971 г. российские физики В. Б. Брагинский и В. И. Панов с помощью очень чувствительной аппаратуры подтвердили это равенство с точностью до одной триллионной. (Данная точность означает тоже самое, как если бы вы взвесили корабль водоизмещением в десять тысяч тонн вместе с грузом с точностью до одной сотой грамма!) По этой причине сегодня уже никто не сомневается в их равенстве и гравитационный заряд любого тела обозначают той же буквой, что и массу, т. е. m.

??? 1. Какое взаимодействие называют гравитационным? 2. Посредством чего осуществляется гравитационное взаимодействие? 3. Какими свойствами обладает гравитационное поле? 4. Чем отличается гравитационный заряд от электрического? 5. Чему равен гравитационный заряд, которым вы обладаете?