Существует ли «нулевая гравитация» в принципе?

30 Января 2017 в 20:30, Илья Хель 11 502 просмотра 39

Когда мы видим космонавтов в космосе, плавающих выше земной атмосферы, мы говорим, что они испытывают нулевую гравитацию: истинную невесомость. Но ведь их все равно гравитационно притягивают Земля, Луна, Солнце и любая другая масса во Вселенной. Что же такое нулевая гравитация? Существует ли она в принципе? Проводятся ли эксперименты на МКС в условиях «нулевой гравитации»?

Чем хорош этот вопрос, так это тем, что вам не нужно отправляться в космос, чтобы испытать эту самую «нулевую» или «ненулевую» гравитацию.

Представьте себе разницу между тем, что вы делаете сейчас — вероятнее всего, сидите, — и падением. Разница заключается не в стуле, не в кресле и даже не в силе тяжести, которая действует на вас. Вы можете все это иметь и все равно падать, будто на американских горках во время стремительного спуска. Разница заключается в том, что ваше сиденье (пол, кровать или что-нибудь другое) толкает вас, сопротивляясь силе тяжести. Причина того, что вы не испытываете ощущение падения, связана не с силой тяжести, а с нормальной силой (силой нормальной реакции, N), как говорят в физике. Не то чтобы она противостояла ненормальной силе; нормальная сила попросту является нормальной (или перпендикулярной) по отношению к поверхности, на которой вы стоите, сидите, лежите.

Теперь уберем эту силу. Сделать это можно по-разному:

  • Можно убрать поверхность, которая ее производит, пол, стул или что там еще вас поддерживает.
  • Можно выключить гравитацию, что сделает вас невесомым.
  • Можно выключить электромагнитные взаимодействия между вами и атомами на поверхности.

В первом случае вы просто упадете вниз, как если бы вы пошли по тонкому льду и провалились. Во втором случае вы осознаете, что единственная причина наличия нормальной силы заключается в том, что гравитация притягивает вас к Земле, а стул оказывает на вас равное и противоположное действие. Выключив гравитацию, вы сведете силу тяжести к нулю, а значит и силу противодействия. В третьем случае сила тяжести будет существовать и притягивать вас к центру Земли, но без взаимодействия электромагнитных сил между атомами вас и пола вы просто будете падать сквозь него.

Эти три случая, очевидно, сильно различаются. В первом случае гравитация будет тянуть вас вниз, ускоряя вас по направлению к центру Земли, и будет делать это, пока вы либо не прекратите ускоряться из-за силы сопротивления воздуха, либо пока вы не испытаете силу Земли (или другого твердого тела). Во втором случае вы будете испытывать невесомость и вовсе не будете ускоряться; это будет истинная нулевая гравитация. В третьем случае вы будете ускоряться по направлению к центру Земли по эллипсоиду с центром Земли в одном из фокусов и возвращаться в стартовую точку через каждые 90 минут.

Что самое смешное, во всех трех случаях при этом начальном моменте вы будете чувствовать себя одинаково.

Невесомость — это сосание в желудке, дезориентация — вот чувство «нулевой гравитации». Что еще более странное, во втором и третьем сценарии — если отключить гравитацию или ускоряться в свободном падении, ни с чем не взаимодействуя — вы не сможете их различить, если не откроете глаза. Невозможно отличить отсутствие гравитации и однородное ускорение в процессе свободного падения. Это кажется противоречивым, но в глубине этого лежит важнейший принцип, который привел Эйнштейна к его общей теории относительности. Сегодня он известен нам как принцип эквивалентности Эйнштейна.

Принцип утверждает, что не существует никакого способа отличить гравитационное ускорение от любой другой формы ускорения, например, ракетной тяги. Он гласит, что если вы и точки отсчета будете ускоряться одновременно и одинаково, это будет эквивалентно отсутствию ускорения вовсе. Сила, которую вы чувствуете на Земле, вращающейся вокруг своей оси и вокруг Солнца, идентична силе, которую вы чувствовали бы, если бы Солнце исчезло, а Земля просто вращалась бы в пустоте космоса одна.

Когда мы говорим «нулевая гравитация», мы не подразумеваем, что сила гравитации перестает существовать. Нет во Вселенной места, где можно было бы успешно скрыться от силы тяжести, да и не нужно. Все, что нам нужно, это выключить нормальную силу, а значит поставить себя и точку отсчета в одни условия. Нужно ускориться точно так же, как и наше окружение, без дифференциальной силы между нами. Так работает поездка на «рвотной комете», когда двигатели самолета отключаются и он падает в течение 40 секунд вместе с вами на борту.

Невесомость, которую вы испытываете, может быть очень похожей на падение, если бы не воздух, который не проносится мимо вас. Не существует относительной гравитации между вами и тем, что вы считаете «низом». Если бы вы подверглись нулевой относительной гравитации в этом смысле, вы бы получили все виды физических недугов: потерю костной ткани, атрофию мышц, нарушения зрения или даже слепоту, потерю всех ваших мозолей на ногах, а ваши внутренности увеличат метеоризм. И космонавты подвергаются всем этим рискам: астронавт «Аполлона-16» Джон Янг был печально известен своим «космическим пердежом» на Луне, в чем он бесцеремонно обвинял апельсиновый сок.

Однако ощущение нулевой гравитации может быть абсолютным мифом, поскольку нигде во Вселенной вы не сможете укрыться от этой силы. При этом с точки зрения вашего физического тела, пока ваше окружение ускоряется с такой же скоростью, что и вы, разницы не будет заметно вовсе. Нахождение в условиях невесомости и в условиях свободного падения — это синонимы для вашего восприятия. Поэтому хотя технически ничто во Вселенной не может испытать нулевую гравитацию, все может падать, а значит это равноценно.

Существует ли «нулевая гравитация» в принципе?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

39 комментариев

  1. Rifter

    "Когда мы видим космонавтов в космосе, плавающих выше земной атмосферы, мы говорим, что они испытывают нулевую гравитацию: ИСТИННУЮ невесомость."

    Никто так не говорит. Зачем врать?

  2. Хутор

    Всегда хотел узнать, ощущается ли давление внутри тела в невесомости?
    Учитывая, что любое тело создает гравитацию, то человек - не исключение. Находясь на Земле, человек хоть и не осознанно, но ощущает гравитацию планеты. А вот в невесомости, ощущает ли он гравитацию, создаваемую своим телом? По логике вещей каждая точка человеческого тела должна стремится к центру массы этого тела, т.е. внутрь. Космонавт чувствует это внутренностями или нет? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Rifter

      Человек ощущает не гравитацию, а нормальную силу, о которой писалось в статье.
      Гравитацию почувствовать нельзя. Можно только осознать.

      Когда у тебя газы, давление ощущается всегда =)

    • mr Vanya

      Наша масса слишком мизерна, а тактильная система слишком груба чтобы почувствовать собственную гравитацию. Расслабленная рука никогда не притянется нашим телом - мышцы слишком грубы.

  3. Rifter

    "В третьем случае вы будете ускоряться по направлению к центру Земли по эллипсоиду с центром Земли в одном из фокусов и возвращаться в стартовую точку через каждые 90 минут."

    Не понял этого заявления. По какому эллипсоиду? Почему не по прямой? Пройдя через центр и набрав максимальную кинетическую энергию, полетишь дальше до противоположного края, уменьшая кинетическую и набирая потенциальную. Потом обратно и так бесконечно, если не будет силы трения.

    • Zarb

      Тут видимо имелось в виду, что Земля вращается, и тело вращается вместе с ее поверхностью, если в этот момент моментально убрать электромагнитные взаимодействия, то тело продолжит двигаться по эллипсоиду.

  4. mr Vanya

    Сможем ли мы экранировать гравитационные волны?

  5. kirfoton

    Так подумать, не только во вселенной но и за её пределами не скрыться от гравитации. Туловище будет притягивать руки и ноги и вообще каждый атом тела будет притягивать все остальные. Такие вопросы имеют и практическое значение. Например, было бы неплохо на земле создать участок пониженной (раз в 5) гравитации для восстановления людей после инсульта или серьёзных травм.

  6. Asmodeus55555

    А вот интересно можно ли как-то увидеть, находясь на МКС, притяжение Солнца или Луны в ходе наглядного эксперимента?

  7. znamenski

    Разве в русском языке принято говорить "нулевая гравитация"? Это "калька" с английской фразы, а по-русски мы это называем невесомость. Термин "нулевая гравитация" очень неудобен, нигде не определён, и строить статью на основе его обсуждения - не лучшая идея.

    • bla-3

      В статье как раз и объяснялось различие сиих терминов, что невесомости добиться легко, а нулевой гравитации в принципе невозможно. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  8. toge

    теток надо стричь перед полетом, куда там деваются их ~100 ежедневно выпадающих волос?

  9. ipk

    Автору иногда удается рассказать "просто о сложном", но это не тот случай. Просто и красиво рассказано "не о том"! Автор не захотел или не смог объяснить, что принцип эквивалентности имеет смысл только локально (для материальной точки), а значит для реального протяженного тела всегда (за исключением нереального идеального случая параллельного гравитационного поля и/или бессмысленной по сложности системы ускоренного движения) есть возможность понять, что мы имеем дело с гравитацией. А вот для точки есть "истинная" невесомость. В случае свободного движения (по геодезической). Но это уже несколько сложнее. Интересно для кого? Для читателя, или, быть может, для автора?

  10. uran

    А ведь есть ещё и отрицательная :) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  11. Bebel

    СУЩЕСТВУЕТ ЛИ «НУЛЕВАЯ ГРАВИТАЦИЯ» В ПРИНЦИПЕ?

    В принципе существует!

  12. mikastep

    1)Не известно что есть гравитация
    2)не известен принцип его действия

    1)известно ,что она не экранируется
    2)известно что она искривляет пространство и замедляет время(общепринятое но спорное-так как всё некоторое подмена понятий пространства силами гравитации и времени длительностью процессов)
    3)уже известно про гравитационную волны-они есть(но ,с учётом тёмных материи и энергии тут тоже много не ясного как и в пункте 2)

    Если вас кто-то с щади чем-то коснётся вы почувствуете это....-но кто чем ?-также с гравитацией (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Bebel

      известно ,что она не экранируется

      Еще как экранируется! Еще нацисты в германии проводили опыты по экранированию гравитации вращающимися керамическими дисками и создании дискообразных летательных аппаратов!

      • Bebel

        Посмотрите Рен-ТВ!

        • Хутор

          Да и "Сквозь кротовую дыру с Морганом Фрименом" можно. Частенько там подобные мысли проскакивают. А последние эпизоды его вообще в Бога утащило.

    • amd212

      если утверждение 1) Не известно что есть гравитация = True
      то в утверждении 1)известно ,что она не экранируется
      как впрочем и во всех последующих слово "известно" уместно заменить на "возможно" или "как сегодня полагают большинство учёных"

  13. Khius

    Если существуют гравитационные волны - значит должна быть антигравитация. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  14. WEST117

    Люди только у земли испытывают невесомость! В глубоком космосе её нет!

  15. Аноним

    все что притягивается к планете попадая в ее поле имеет энергетический заряд ...чем мощнее заряд тем сильнее притяжение...а поле очень хорошо генерируется сознанием) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  16. nkey500

    Отмазка для комунальщиков про гололед: вы сломали руку из за непреодолимой силы земли

  17. Admin

    Смотря какое дать определение слову гравитация (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.