중력은 실제로 어떻게 작동합니까


24

나는 12 살이고 중력이 실제로 어떻게 작용하는지 끊임없이 궁금해하고 노력하고 있습니다. YouTube에서 모든 사람은 항상 시공간을 왜곡하는 물체에 대해 이야기하고 트램폴린의 비유를 사용합니다. 우주가 트램폴린과 같으면 지구가 다른 모든 행성과 함께 태양을 향해 나선형으로 움직일 수 있기 때문에 나는 중력을 이해하지 못합니다. 그렇다면 누군가 트램펄린 비유없이 중력이 실제로 어떻게 작용하는지 설명해 줄 수 있습니까?



2
"실제 세계"트램펄린은 표면에있는 물체에 마찰 작용을하므로 점차적으로 에너지를 잃고 안쪽으로 나선 화됩니다. 우주에는 마찰이 없으므로 행성은 거의 영원히 궤도를 유지합니다.
pjc50


3
필수 Feynman 참조 . (자석에 대해 이야기하지만, 사물에 대해 어떻게 생각하는지에 대한 교훈은 모든 과학에 적용됩니다.)
jpmc26

3
@Zaibis 너무 밝게 느껴지지 마십시오. Luaan이 단순히 틀린 것 같습니다. 선회 물체를 제동하면 실제로 에너지와 고도가 손실됩니다. 새로운 가장 낮은 위치 (감자)에서는 더 높은 속도를 가지지 만, 중력장으로부터의 새로운 속도와 "잠재적 에너지"의 합은 원래 궤도에서보다 작습니다. 원래 높은 궤도를 유지하기에는 최고점에서 속도가 너무 느려집니다 (저기 속도를 늦췄습니다). Cf. Luaan이 아래 내 게시물에 작성한 의견에 대한 답변입니다. 그는 달과 관련이없는 두 조력의 영향을 혼동합니다.
피터-모니카 복원 복원

답변:


27

우선 : "중력이 실제로 어떻게 작용 하는가"는 심오한 질문이며, 어떤 심각한 과학자라도 우리가 가진 것은 불완전한 작업 모델이라는 것을 빨리 인정할 것입니다. 당신은 확실히 일반 상대성 에 대해 들었습니다 ; 페이지의 첫 번째 이미지는 트램폴린입니다.

우리의 작업 모델, 일반 상대성이되어 작업 이 매우 잘 관찰을 많이 설명하고 있기 때문이다. (여기에 신중한 질문이 남아 있습니다. "설명"은 우리가 생각하는 중력 모델을 사용하여 다른 관측에서 일부 관측을 예측할 수 있음을 의미합니다. 반드시 근본의 "진정한 본질"을 이해한다는 의미는 아닙니다. 그러나 우리는이 모델이 광범위한 관측에서 작동한다고 확신합니다. 예측에 따른 마지막 "처음"관찰 중 하나는 최근에 충돌 한 두 개의 블랙홀이었습니다. 최근? 수십억 년 전에 우리는 최근에 그것에 대해 배웠습니다. 다음은 인상적인 비디오 가 포함 된 New York Times 기사 링크입니다.. (나는 여전히 제한된 수의 Times 기사를 무료로 읽을 수 있다고 생각하므로 사용해보십시오.)

우리의 중력 모델은 다른 것들 (소립자, 양자 물리)에 대한 자연의 모델과 잘 연결 되지 않기 때문에 불완전 합니다. 한동안 (70 년 정도) 전혀 연결되지 않았습니다. 아인슈타인 자신은 완전히 그 양자 물리학의 기초 중 하나를 누워 노벨 가격을받은 이후 아마 격려되지 않은 점, 연결에 실패 하고 중력에 대한 명백한 권한되었다. 그가 그것을 할 수 없다면, 누가 할 수 있었습니까?

내가 실수하지 않으면, 오늘날 물리학 자들은 천천히 발전하고 있습니다. 양자 물리와 중력 사이의 연결은 현대 물리학에서 해결되지 않은 주요 문제 중 하나입니다.

마지막으로, 행성이 태양으로 나선형으로 변하는 것에 대한 당신의 우려를 다루겠습니다. 이 아이디어는 아마도 실제 트램폴린의 실제 공에서 나왔을 것입니다. 페달을 멈출 때 자전거의 속도를 늦추는 것과 마찬가지로 마찰로 인해 공의 속도가 떨어질 수 있습니다. 운동 에너지의 일부는 열로 변환됩니다.

그리고 그거 알아? 네 말이 맞아 충분한 시간이 주어지면 행성들은 결국 태양에 떨어질 것입니다.저 비행 위성은 몇 년 후에 지구로 내려 가는데, 여전히 대기의 흔적이 느려지고 있기 때문입니다. 그 이유는 우주의 모든 대규모 과정과 관련된 넓은 의미에서 "마찰"이 있기 때문입니다. 그것은 실제로 우리가 알고있는 세상을 구성하는 근본적인 물리적 원리 중 하나입니다. 단지 행성들 사이의 진공이 그다지 많은 마찰을 제공하지 않으며, 행성들은 엄청난 질량과 운동 에너지를 가진 상당히 거대한 몸입니다. 그들이 태양에 닿을 정도로 가까이있을만큼 충분한 에너지를 잃는 데 오랜 시간이 걸립니다. (아마도 너무 오래 일어나기에는 어려울 것입니다.) 사실, 인간의 생애 시간 동안 행성, 달 및 물건은 마찰없는 움직임을위한 거의 완벽한 예입니다. 그러나 천문학적 시간 척도- 수십억 년 - 확실히이 있다 마찰. 예를 들어, 마찰은 회전이 느리게되어 회전이 궤도와 "고정"되기 때문에 달은 항상 같은면을 보여줍니다.

결론 : 중력이 공간과 시간을 구부린다는 생각은 지금까지 모든 대규모 관측을 "설명"합니다. "트램폴린"은 마찰을 무시하면 2 차원 "공간", 즉 표면에 적합한 모델입니다.


달은 과거보다 훨씬 더 멀리 있습니다. 조석 마찰은 궤도 속도를 감소 시켜 궤도 반경 을 증가시킵니다 . 요즘 반경은 매년 약 4 센티미터 씩 증가하고 있습니다.
Luaan

6
+1 : "전혀 확실하지는 않지만 관측치에 근거한 최선의 추측은 다음과 같습니다."
Cort Ammon-복지 상태 Monica

1
달에 대한 진술을 수정하십시오. 달은 우연히 동기화되지 않고 ( "잠긴") 중력의 조력으로 인해 달의 더 가까운 쪽이 다른 쪽보다 더 높은 중력을 겪습니다. 이 힘은 궤도 속도보다 느리게 회전 할 경우 실제로 물체의 회전 속도를 증가시킵니다.
libik

2
@libik 나는 수정이 필요한 것을 볼 수 없다 (특히 우연히 "우연히"라고 말하거나 암시하지 않았다-반대로 마찰을 원인으로 언급했다). 갯벌을 언급 할 수는 있지만 너무 우회하지 않으면 서 마찰이 충분하다고 생각했습니다. 조력으로 인해 회전이 가속화 될 수 있다는 흥미로운 점이 있습니다. 그러나 궤도 참조 프레임에 비해 여전히 느려집니다 (0에 가깝습니다).
피터-복원 모니카

2
@Luaan 두 개의 조력이 있습니다. 1 달이 조력 힘에 의해 지구의 회전 에너지를 수신 회전 토류 지구의 회전의 방향으로 가속이 발휘 그것에. 이것은 당신이 올바르게 말한 것처럼 지구의 중력을 (천천히) 높게 올립니다. (2) 지구의 불균일 한 중력장에서 달의 회전 으로 인한 달의 주기적 변형 ( "혼련") 은 회전 에너지의 일부를 열로 변환하여 결국 궤도와 회전을 동기화하며,이 시점에서 달 조석이 거의없는 지점 더 많은 (해방으로 인한 것보다 짧습니다.)
피터-모니카 복원 복원

20

객체가 탈출 하지 않는 이유는 무엇 입니까?

먼저 속도가 있고 중력이없는 물체를 고려하십시오.

탈출?

그런 다음 같은 방향으로 계속하면 파란색 물체가 점점 더 멀어집니다.

그러나 같은 방향으로 계속되지는 않지만 잠시 후 큰 검은 물체의 중력이 그 과정을 바꿨습니다.

새로운 코스

그것은 계속해서 또 다시 발생합니다.

반복

당신의 질문은 : 왜 물체가 나선형이 아닌가? 더 가까이 갈수록 중력이 더 강 해져서 물체가 더 가까이 와야한다고 생각하고있을 것입니다.

그러나 더 가까이 떨어지면 속도가 증가합니다. 우리가 보았 듯이, 물체의 속도는 그것을 피하려고합니다. 따라서 더 가까이있을수록 증가 된 중력에 대항하는 속도가 더 빠릅니다.

편집 : 질문을보다 문자 그대로 해석하는 경우 원래 비유의 트램폴린은 마찰을 일으켜 나선형이되지만 공간은 진공입니다.


1
왜 떨어지지 않는지에 대한 열쇠는 우리가 공간에 마찰이 없다는 것입니다. 트램펄린 에너지는 마찰을 통해 공에서 끊임없이 제거되는 반면 우주에서는 지구를 늦추지 않습니다. 그것은 계속 진행
Jeff


4
고등학교의 물리 교사는 "지구는 항상 태양을 향해 떨어지지 만 속도 때문에 계속 그리워하고 있습니다"라고 말했습니다.
피터-복원 모니카

3

트램폴린 유추는 일반 상대성 프레임 워크 내에서 중력을 이해하는 경우에 유용합니다. 개념적인 문제는 실제로 시공간이 3 차원이 아닌 4 개로, 즉 시간을 포함하여 랩핑된다는 것이다.

실제로 지구가 태양을 중심으로 회전하면 중력파 형태로 매우 적은 양의 에너지가 손실됩니다. 지구는 실제로 태양을 향해 나선형으로 움직입니다. 문제는이 중력파 방출이 너무 작아서 우리가 상당한 나선형을 관찰 할 때 지구와 태양은 이미 존재하지 않았을 것입니다. 그보다 훨씬 전에, 고전 뉴턴 역학에 이미 포함 된 혼돈 효과로 인해 태양계가 불안정 해집니다.


1

좋은 질문입니다!

뉴턴의 제 1 법칙에 대해 들어 보셨습니까? 그것은 움직이는 물체 가 힘에 의해 작용하지 않는 한 같은 속도와 같은 방향으로 계속 움직이고 있다고 말합니다 .

지면을 따라 공을 굴리면 결국 멈 춥니 다. 뉴턴 이전에 많은 사람들은 모든 것이 스스로 느려진다 고 믿었습니다. 뉴턴의 통찰은 이것이 사실이 아니라는 것인데, 실제로 롤링 볼이 느려지는 유일한 이유는지면과 공기가 공을 문지르거나 밀어서 볼을 느리게하기 때문입니다.

트램폴린에서는 공이 트램펄린 재료와 공기에 부딪쳐 속도가 느려집니다. 이것이 공이 중심을 향해 나선형으로 끝나는 유일한 이유입니다.

물체를 느리게 할 것이 없다면 중간을 향하여 나선형으로 움직이지 않고 영원히 계속 둥글게됩니다. 우주에는 물체를 느리게 할 것이 거의 없습니다.

이것을 믿기 힘들다면 컴퓨터 프로그램을 작성하여 모든 계산을 수행하고 어떤 일이 일어나는지 볼 수 있습니다! 나는 당신을 위해 시뮬레이션 예제를 만들었습니다 . 마찰이 없으면 행성은 해를 돌 때마다 시작되는 곳에서 끝날 것입니다. 행성의 초기 yspeed를 20에서 40으로 변경 한 다음 상단의 "실행"을 클릭하면 더 많은 원형 궤도를 볼 수 있습니다. 다른 것들을 바꾸고 무슨 일이 일어나는지 볼 수 있습니다. 이 정보가 도움이 되길 바랍니다.


좋은 시뮬레이션. (지구가 가까워지면 행성이 태양을 탈출했지만. :-))
Peter-Monica Monica Reinstate Monica

이스터 에그입니다.) 실제로는 좋은 토론 요점입니다 .-- 시뮬레이션은 충돌이 아닌 중력 만 시뮬레이션하고 행성이 실제로 태양에 가까워지면 시뮬레이션의 시간 단계가 발생한다는 것을 상기시킵니다. 큰 부정확성. 이것은 Runge-Kutta와 같은보다 정교한 수치 방법으로 줄일 수 있지만 이제는 문제의 범위를 벗어났습니다.
Artelius

이 작업을 할 때 더 이상 동일한 시뮬레이션인지 알 수 없지만 for-loop 조건을 i < 1대신로 i < 5변경하고 timeout 매개 변수를 setInterval 10대신 로 변경 100하면 시뮬레이션을 훨씬 더 즐겁게 볼 수 있습니다. . 약간 더 빠르게 실행되지만 프레임 속도는 훨씬 높으므로 외부 몸체의 움직임이 들쭉날쭉하지 않습니다.
Alex

고마워 알렉스! 실제로 시간 종료 매개 변수는 20이어야하며 (CPU가 충분히 빠르다고 가정 할 때) 동일한 시뮬레이션입니다. 내 컴퓨터에서는 CPU 속도가 빠르기 때문에 시뮬레이션 속도가 25 % 느려집니다. 여전히 더 매끄럽게 보입니다. 여기에 새로운 단순화 된 버전이 있습니다 : jsfiddle.net/0erknpk8/38
Artelius

-2

Neutrino String Induction-Refraction은 중력의 원인입니다. 어떤 사람들은 중성미자가 중요하지 않다고 말하지만, Dirac, Hawking, Tyson은 달리 생각하고 빛의 속도로 이동하는 하전 입자의 효과를 가장 많이 할인합니다. 질량이 물질의 속성, 더 많은 영향을 미칠 수 있다는 것을 아무도 증명하지 못했음을 명심하십시오.

www.themechanismofreality.com으로 이동하면이 사이트는 중력의 작동 방식을 정확하게 설명합니다. 이것을 검사하는 모든 의사는 이것이 맞다는 데 동의합니다. CERN에서 베이징 물리학과에 이르기까지 이것이 '중력 물리학과 스트링 이론 사이의 환상적인 연결'이라는 데 동의합니다!


이것은 링크 전용 답변입니다. (권장되지 않음) 또한 그 종이는 끝이 조금 이상해 보인다.
Hohmannfan

나는 수학, 참고 문헌 및 협업의 부족이 그것이 혁신적인 과학이 아니라 대부분의 인기있는 과학 기사임을 나타냅니다. 힘든 일입니다. 물론, 심각하게 보이기 위해 수학을 무의미하게 추가해서는 안됩니다. 그러나 이런 종류의 고독한 패러다임 변화 돌파구 (이전에는 들어 본 적이 없기 때문에 여기서 주장하고 있음)는 극히 드물다.
피터-모니카 복원 복원

기사의 이론을 더 맛있게 만들기 위해 문맥에 넣을 수 있습니다. 마찬가지로, 기존의 이론 (및 유명한 지지자들)이 뉴트리노가 생각하는 것과 그것이 어떻게 상호 작용하는지, 왜 다른 가정이 중력을 설명 할 수 있는지로 시작하십시오.
피터-복원 모니카
당사 사이트를 사용함과 동시에 당사의 쿠키 정책개인정보 보호정책을 읽고 이해하였음을 인정하는 것으로 간주합니다.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.