🧐 🗨️ 🚕 एथन नंबर 11 से पूछें: गुरुत्वाकर्षण दूरी के साथ क्यों घटता है? 👷🏻 📸 💆🏿

एक विदेशी वस्तु, जिसमें 25 गुना प्रति सेकंड की गति से घूमने वाला एक छोटा भारी तारा होता है, जिसके चारों ओर एक सफेद बौना ढाई घंटे (कलाकार के दृश्य में) की अवधि के साथ घूमता है। यह एक पल्सर PSR J0348 + 0432 है, जो गुरुत्वाकर्षण तरंगों का उत्सर्जन करता है। और यद्यपि उन्हें सीधे पृथ्वी से नहीं मापा जा सकता है, सिस्टम द्वारा ऊर्जा के नुकसान से जुड़ी कक्षा में परिवर्तन को मापना संभव है।

मैं टेलीपोर्टेशन के स्थान में स्पेस-टाइम या विफलता को नहीं पहचान पाऊंगा, भले ही वे मेरे बिस्तर में रेंगते हों।
- पैट्रिक स्टीवर्ट

पाठक पूछता है:

गुरुत्वाकर्षण वस्तु से दूरी के साथ क्यों घटता है? मैंने पढ़ा कि यह उलटा वर्ग के कानून के अनुसार घटता है, लेकिन स्पष्टीकरण के बिना क्यों।

प्रश्न सरल है, लेकिन एक संपूर्ण उत्तर की आवश्यकता है।

एक पूरे के रूप में भौतिकी और विज्ञान आमतौर पर प्राकृतिक घटनाओं के संबंध में "क्यों" के सवाल से नहीं निपटते हैं - आमतौर पर केवल "कैसे" का अध्ययन किया जाता है। एक सिद्धांत दें, कानूनों का एक सेट और दिए गए गुणों के साथ भौतिक वस्तुएं - और विज्ञान आपको बताएगा कि वे सिद्धांत के भीतर कैसे व्यवहार करेंगे। तो यह गुरुत्वाकर्षण के साथ है।

सदियों से, न्यूटोनियन गुरुत्वाकर्षण सबसे सफल सिद्धांत रहा है जो बड़े पैमाने पर काम करने वाली ताकतों का वर्णन करता है। उसने कहा कि ब्रह्मांड की सभी वस्तुओं में द्रव्यमान सभी अन्य बड़े पैमाने पर वस्तुओं को आकर्षित करता है। और आकर्षण का बल दोनों वस्तुओं के द्रव्यमान के समानुपाती होता है और उनके बीच की दूरी के विपरीत आनुपातिक होता है।

आधुनिक कंप्यूटरों पर गणना करने के लिए यह कानून काफी आसान है, और टिप्पणियों के सिद्धांत का फिट उत्कृष्ट है।

लेकिन क्या आप इस बारे में कुछ भी कह सकते हैं कि गुरुत्वाकर्षण इस तरह से काम क्यों करता है? हमारे निकटतम अंतरिक्ष पड़ोसियों पर विचार करें।

सूर्य के चारों ओर, हमारी प्रणाली में सबसे बड़ा द्रव्यमान, अन्य सभी वस्तुएं, ग्रहों से लेकर क्षुद्रग्रहों और धूमकेतुओं तक, मंडलियों और दीर्घवृत्त में उड़ते हैं। दिलचस्प रूप से, मंडलियां और दीर्घवृत्त स्थिर बंद परिक्रमाएं हैं - ये वस्तुएं हर बार एक ही बिंदु पर वापस आती हैं, समय की कमी के बाद, जिसे हम वर्ष कहते हैं।

यह अपने आप में गणित के दृष्टिकोण से काफी दिलचस्प है। फोर्सेस वैक्टर हैं, उनके पास परिमाण और दिशा है। सौर प्रणाली में, वस्तुओं पर काम करने वाले बलों को सूर्य के केंद्र की ओर निर्देशित किया जाता है। यदि आपको बंद कक्षा में सूर्य के चारों ओर उड़ने के लिए कुछ चाहिए, तो आपके पास केवल दो विकल्प हैं।

या तो आपको एक बल की आवश्यकता होती है जो उलटा वर्ग कानून (गुरुत्वाकर्षण) का पालन करता है, या एक बल जो दूरी (वसंत) के साथ रैखिक रूप से बढ़ता है। एक प्रमेय है जो साबित करता है कि इन दो संभावनाओं के अलावा, कोई अन्य नहीं है।

इसलिए, यह दूरी के साथ बढ़ या घट सकता है, लेकिन केवल एक ही तरीके से, अन्यथा हमारे पास स्थिर बंद कक्षाएं नहीं होंगी।

और चूंकि यह ठीक ऐसी कक्षाएँ हैं, जिनके लिए स्थिर और मध्यम तापमान की आवश्यकता होती है, जिस पर जीवन मौजूद हो सकता है, हम वास्तव में भाग्यशाली हैं कि ब्रह्मांड ऐसे कानूनों के अनुसार काम करता है।

ऐसी ताकतें हैं जो दूरी के साथ बढ़ती हैं - उदाहरण के लिए, मजबूत बातचीत। यहां तक कि एक ऐसे बल का उदाहरण भी है जिसकी कोई दिशा नहीं है और जो निरंतर है - डार्क एनर्जी।

लेकिन व्युत्क्रम वर्गों का नियम वह सब नहीं है जो गुरुत्वाकर्षण के बारे में कहा जा सकता है। इसके अलावा, चूंकि हमारे सिस्टम में एक खुली कक्षा है, इसलिए हमें सापेक्षता के अधिक सामान्य सिद्धांत के साथ न्यूटनियन गुरुत्वाकर्षण को बदलने की आवश्यकता है।

बुध की कक्षा एक पूर्वानुभव का अनुभव करती है और खुद को लॉक नहीं करती है। यह न्यूटोनियन सिद्धांत की अपूर्णता की सूचना देने वाली पहली घंटी थी। आधी सदी इस समस्या को सुलझाने और जीआर के उद्भव पर खर्च की गई थी। और हमने महसूस किया कि गुरुत्वाकर्षण बिल्कुल विपरीत वर्गों के नियम का पालन नहीं करता है - यह केवल बड़ी दूरी और छोटे द्रव्यमान और ऊर्जा के लिए मान्य एक अनुमान है।

हमारे पास नई भविष्यवाणियों का एक समूह है, प्रयोगों द्वारा पुष्टि की गई है, जिसमें प्रकाश के गुरुत्वाकर्षण लेंसिंग, कम दूरी पर बड़े पैमाने पर निकायों की परिक्रमा के अन्य मैकेनिक, गुरुत्वाकर्षण पुनर्विकास, और बहुत कुछ शामिल हैं।

लेकिन मुख्य निष्कर्ष यह था कि कक्षाओं में घूमने वाले शरीर, कड़ाई से बोलते हुए, उलटे वर्गों के कानून का पालन नहीं करते हैं।

सभी कक्षाएँ, सामान्य सापेक्षता के अनुसार, उन बलों से पैदा होती हैं जो व्युत्क्रम वर्गों के कानून से थोड़ा अधिक मजबूत होते हैं, इसलिए वे समय के साथ कम हो जाते हैं। आंतरिक ग्रह अपनी कक्षाओं को छोड़ने के लिए सबसे पहले हैं, इसके बाद अधिक दूर की दुनिया, उनके बाद से दूरी अधिक है। अंत में, अन्य बलों की अनुपस्थिति में, सब कुछ एक सर्पिल में सिस्टम के गुरुत्वाकर्षण के केंद्र में आ जाएगा।
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यदि पृथ्वी पर रहने वाले सूर्य के चारों ओर घूमता है, तो यह पूरी तरह से कक्षा से बाहर होने में 10 ¹⁵⁰ साल लगेंगे । यूनिवर्स में वास्तव में स्थिर और बंद कक्षाओं का अस्तित्व ही नहीं है।

कम से कम जीटीआर के अनुसार - वर्तमान में गुरुत्वाकर्षण का वर्णन करने वाला सबसे अच्छा सिद्धांत। छोटे द्रव्यमान और बड़ी दूरी के लिए, यह न्यूटन के शास्त्रीय सिद्धांत में गिरावट करता है।

लेकिन जीटीआर ब्रह्मांड में गुरुत्वाकर्षण को इस तरह से नियंत्रित क्यों कर रहा है? कोई भी पक्का नहीं कह सकता।

इसलिए, आपको मानक उत्तर के साथ संतोष करना होगा: गुरुत्वाकर्षण उसी तरह काम करता है, क्योंकि प्रकृति के नियम इतने व्यवस्थित हैं। अन्य कानूनों के साथ ब्रह्मांड की कल्पना करना संभव है - लेकिन हमें ऐसा मिला, और हम वास्तव में यह नहीं समझते हैं कि कानूनों को इस तरह से क्यों व्यवस्थित किया जाता है। हम अवलोकन कर सकते हैं, कानून निकाल सकते हैं, उनकी जांच कर सकते हैं - और शायद किसी दिन हम समझेंगे कि वे ऐसा क्यों हैं।

एथन नंबर 11 से पूछें: गुरुत्वाकर्षण दूरी के साथ क्यों घटता है?

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