Astronomi

Düşen bedenler hiç yavaşlar mı?

Düşen bedenler hiç yavaşlar mı?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Son zamanlarda kara delikler ve düşen cisimlerin olay ufkuna ulaşmasının sonsuza kadar sürmesi meselesi hakkında bazı tartışmalar yaptım. Einstein'ın 1939'daki makalesinde, birçok yerçekimi kütlesinden oluşan küresel simetriye sahip sabit bir sistem hakkında söylediği şey esasen budur. dedi "r > μ/2 noktasından çıkarken r = μ/2 noktasına ulaşmak için hem ışık ışınlarının hem de madde parçacıklarının ("koordinat zamanı" ile ölçülür) sonsuz uzun bir zaman aldığını göstermek kolaydır”.

Şimdi, Einstein'ın büyük bir hayranıyım. Ancak bununla ilgili iki sorun var gibi görünüyor:

  • Birincisi, Einstein'ın kara deliklerin oluşamayacağı sonucuna varmasıydı, ancak orada kara delikler olduğuna dair sağlam kanıtlarımız var. Bunun en bariz örneği Yay A*'dır. İşte burada Güneş'in 4,28 milyon katı kütleye sahip, çapı 44 milyon kilometreden az olan bir şey var ve biz onu göremiyoruz. Kesinlikle sadece bir kara delik olmalı.

  • Diğer konu ise düşen cisimlerin yavaşlamamasıdır. A yüksekliğine bir cismi bıraktığınızı ve B yüksekliğine düştüğünü hayal edin. Yerçekiminin "kuvveti" yerçekimi potansiyelinin birinci türeviyle ilgilidir. Dolayısıyla, A ve B yükseklikleri arasındaki yerçekimi zaman genişlemesi farkı ne kadar büyükse, vücut B'yi o kadar hızlı geçer. O zaman bir cismi B yüksekliğine düşürürseniz, C yüksekliğine düşer. Yine yükseklikler arasındaki yerçekimi zaman genişlemesi farkı o kadar büyük olur. B ve C, vücut C'yi o kadar hızlı geçer. Tipik bir yerçekimi alanında, B'deki yerçekimi kuvveti A'dakinden daha büyüktür. Dolayısıyla cisim alçaldıkça, hızlanma ve düşme hızı artar.

Bir kabloyu askıya aldığımız bir gedanken uzay gemisi hayal edin. Farklı yüksekliklerde saatlerimiz var, böylece her yükseklikte yerçekimi zaman genişlemesini ölçebiliriz. Ayrıca test gövdelerini her yükseklikte serbest bırakabilir ve diğer yükseklikleri geçerken saat okumalarını kaydedebiliriz:

Deneyin sonunda, test vücutlarımızın nasıl davrandığını belirlemek için kabloyu sarabilir ve kaydedilen ölçümleri yükleyebiliriz. Anladığım kadarıyla, alçaldıkça zaman genişlemesinin her zaman arttığını, düşen cismin her zaman aşağı doğru hızlandığını ve cisim alçaldıkça hem ivmenin hem de düşme hızının her zaman arttığını bulacağız. Bu doğru mu? Yoksa düşen cisimler bir şekilde hızlanmayı durdurur mu? Ve düşen bedenler hiç yavaşlar mı?


Genel Görelilik'in standart yorumuna göre (örneğin Taylor & Wheeler bölüm 3'ün "Kara delikleri keşfetmek" veya Shapiro & Teukolsky, s. 343-345 tarafından yazılan "Kara delikler, beyaz cüceler ve nötron yıldızları"nda sunulduğu gibi) o zaman evet yaparlar . Ancak bu, gözlemcinin referans çerçevesine bağlıdır - mutlak bir cevap yoktur.

Kara delikten uzaktaki bir gözlemciye göre, radyal koordinatın zamanla değişim oranı (dönmeyen bir kara delikten çok uzakta radyal olarak içe doğru düşmeye başlayan bir nesne için) ile verilir. $$frac{dr}{dt} = -left(1 - frac{r_s}{r}sağ)left(frac{r_s}{r}sağ)^{1/2}$$ nerede $r_s$ Schwarzschild yarıçapıdır ve $r$ ve $t$ Schwarzschild koordinatlarıdır.

Buna uzaktaki bir gözlemci tarafından ölçülen hız olarak adlandırırsak, o zaman farklılaşma yoluyla, bir maksimumdan geçtiğini görebiliriz. $r=3r_s$ ve şu $dr/dt sağ ok 0$ gibi $r sağ ok r_s$.

Ancak düşen parçacığa eşlik eden bir gözlemci kesinlikle aynı fikirde olmazdı. Onlara, hızları tarafından verilir $dr/d au$, değişim oranı $r$ onların saatindeki zamana göre. $$frac{dr}{d au} = -left( frac{r_s}{r}sağ)^{1/2}$$ olay ufkunun altında ve yukarısında artmaya devam eder.

İkincisi, ışıktan daha hızlı seyahat olasılığını kabul ediyor gibi görünüyor, ancak benden daha fazla değil (doğru), ışık hızına yakın bir hızla seyahat ederseniz 10 ışıkyılı uzaklıktaki bir yıldıza 10 yıldan çok daha kısa sürede ulaşabileceğinizi söylüyor. (saatinizde ölçüldüğü gibi).

Son olarak, sabit radyal mesafelerde (olay ufkunun dışında, çünkü olay ufkunun altında sabit bir gözlemci mümkün olmadığından) durağan "kabuk" gözlemcilerin bakış açısına sahip olabiliriz. Yanlarından düşen nesnelerin hızını ölçeceklerdi. $$frac{dr_{ m kabuk}}{d au_{ m kabuk}} = -left(frac{r_s}{r}sağ)^{1/2}.$$ Bu, giderek daha düşük yüksekliklerde sabit gözlemcilerin raporlarının (bence sorunuzun özüdür) gerçekten de düşen nesnenin hızının düştükçe arttığı anlamına gelir.

Bu görünüşte çelişkili bakış açılarında hiçbir paradoks yoktur. Yerel olmayan olayların ve fenomenlerin ölçümleri, "şimdi" ile ne kastedildiği veya herhangi bir özel durumda hangi koordinat sisteminin hangi referans çerçevesinde kullanılması gerektiği konusunda bile bir anlaşmanın olmadığı Genel Görelilik'te uyuşmak zorunda değildir.


Bir kara deliğe düşmek

Okuduğuma göre, büyük bir kara deliğin içine düşseydiniz, kendi bakış açınıza göre ona doğru ilerler ve olay ufkunu bir olay-olmayan olarak geçerdiniz - bunu fark etmezdiniz bile. O zaman yakında gelgit kuvvetleri tarafından parçalara ayrılır ve sonra merkezde ezilirsiniz.

Ayrıca, düşerken ve olay ufkuna yaklaştıkça, tüm yıldızların daha hızlı hareket etmeye başladığını fark edeceksiniz. Çünkü zaman sizin için yavaşlıyor.

Merak ettiğim şey, olay ufkunu geçtikten sonra yıldızlar nasıl görünüyor? Işık kara delikten çıkamaz ama yine de girebilir, öyleyse yine de yıldızları görebilir miydin? Hızlı hareket ederler mi? Yoksa senin için zaman durduğundan beri hiçbir şey görmez misin? Yoksa zaman o kadar ilerledi ki bütün yıldızlar söndü diye hiçbir şey görmeyecek misiniz?

#2 Süpernova74

Bir şans ver, diğer tarafta ne bulduğunu bana bildir!?

#3 TOMDEY

ikna oldum içinde hiçbir şey yok --- "İçine düşen" her şeyin gerçekte olay ufku etrafında yanal olarak yönlendirildiği. Benzetme yoluyla, bir hortumdan geçirimsiz bir kabuğa su püskürtmek gibi. Kanıt olarak, biz dışarıdaki gözlemciler hiçbir şeyin araya girdiğini görmüyoruz, yalnızca asimptotik olarak sonsuza dek bir çığlık halinde yavaşlıyoruz. Böylece

bundan öteye asla ulaşamaz. ve bu nedenle tamamen tartışmalıdır. Tom

Ekli Küçük Resimler

#4 Gschnettler

#5 DSOGabe

Spagettifikasyonun her şeyi tartışmalı hale getirdiği ana kadar kara deliğe doğru hızlandıkça kırmızıya kayacaklarını varsayardım.

#6 Gschnettler

#7 TOMDEY

Bu sadece kara deliğe göre durağan olan uzak bir gözlemcinin referans çerçevesinde doğrudur. Göreceli bir hızla kara deliğe yaklaştığınız bir referans çerçevesinden düşen nesneleri izliyorsanız, nesnelerin düştüğünü göreceksin .

Olay ufkunun içine gelince, uzay-zaman metriği, kara deliğin merkezindeki "tekilliğin" hemen yakınına kadar iyi tanımlanmıştır, bu nedenle nesneler olay ufkunun içindeki merkeze doğru düşmeye devam edecektir.

Tekilliğin kendisi, koordinat tekilliği adı verilen matematiksel bir tekilliktir. Fiziksel bir nesne olarak, muhtemelen boyutsuz bir nokta olma anlamında mevcut değildir, çünkü neredeyse kesinlikle kuantum etkilerine tabi olacaktır, ancak şu anda QM'yi GR ile birleştiren uygulanabilir bir teorimiz yok.

Hayır yapmazdın. Ufukta dışarıdan bir şey görmek imkansız. Herhangi bir şeyin düştüğünü görmenin tek yolu, orijinal argümanımı tamamen bozulmadan bırakarak, sizin de dahil olmanızdır.


Düşen bedenler hiç yavaşlar mı? - Astronomi

Son deneyler, ışığın hızını vakumdaki değerinin çok altına düşürmeyi içerir (c). Bu nasıl mümkün olabilir?

İşte böyle bir deneyle ilgili bir haber makalesinin bağlantısı.

Işığın boşluktaki hızı sabit olmasına rağmen ışık bir ortamdan geçerken yavaşlar. Bu, havada seyahat ederken pek bir fark yaratmaz, ancak diğer birçok medyada bir fark yaratır. Örneğin, camdan geçen ışık, boşluktaki hızının üçte ikisine kadar yavaşlar. Tıpkı bir insanın suda hareket etmesinin havadan daha zor olması gibi (böylece insanlar koştuklarından daha yavaş yüzerler), fotonlar (ışığı oluşturan kütlesiz parçacıklar) onlar için zor olan bir ortamdan geçerken daha yavaş hareket eder. Maddenin belirli halleri ışığı büyük miktarda yavaşlatır (bir kişinin bir tank melas veya aptal macun içinden geçmeye çalıştığını hayal edin) ve maddenin bu hallerini kullanarak bilim adamları ışığı "insan" hızına kadar yavaşlatabilirler. İlgili fizik konusunda uzman değilim, bu yüzden size daha fazla bilgi sağlayacak bir bağlantı.

Yazar hakkında

Cathy Ürdün

Cathy, lisans derecesini Mayıs 2003'te Cornell'den ve Eğitim Yüksek Lisans derecesini Mayıs 2005'te aldı. Cornell'deyken Jüpiter'deki rüzgar kalıpları üzerinde araştırma yaptı. O şimdi Natick, MA'da 8. sınıf Yer Bilimleri öğretmenidir.


Düşen nesneler aynı hızda mı düşüyor (örneğin aynı yükseklikten düşen bir kalem ve bir bowling topu) yoksa farklı hızlarda mı düşüyorlar? Bir tüyün çok yavaş yüzdüğünü biliyorum ama ağır bir nesnenin hafif bir nesneden daha hızlı düşeceğini düşünürdüm. Yardımınız için teşekkürler. Bu konuda bir iddiam var.

Hava direnci yoksa, iniş hızı, nesne ne kadar ağır olursa olsun, yalnızca nesnenin ne kadar düştüğüne bağlıdır. Bu, aynı yükseklikten aynı anda düşürülen iki nesnenin aynı anda yere ulaşacağı anlamına gelir. Bu ifade, enerjinin korunumu yasasını takip eder ve havasız bir tüpe bir tüy ve bir kurşun top atılarak deneysel olarak kanıtlanmıştır.

Hava direnci bir rol oynadığında, nesnenin şekli önemli hale gelir. Havada tüy ve top aynı oranda düşmez. Bir kalem ve bir bowling topu durumunda, onları yere çeken yerçekimi kuvvetine kıyasla hava direnci küçüktür. Bu nedenle, bir kalem ve bir bowling topunu düşürürseniz, onları çok yüksek bir kuleden düşürmediğiniz sürece, ikisinden hangisinin yere önce ulaştığını muhtemelen bilemezsiniz.
Yanıtlayan: Dr. Michael Ewart, Güney Kaliforniya Üniversitesi'nden Araştırmacı

Yukarıdaki cevap tamamen doğrudur, ancak bu birçok insanın kafasını karıştıran bir sorudur ve biz kendinden emin fizikçilerin cevaplarıyla pek tatmin olmazlar. Herkesi memnun eden iyi bir açıklama var -- bana değil, ünlü bir bilim adamına ait ama kime (Galileo?) ait olduğunu hatırlayamıyorum ve bence burada olması iyi olur.

(Argümanın hava direnci ile ilgisi yoktur, olmadığı varsayılmaktadır. Dr. Michael Ewart'ın cevabı bu kısmı zaten cevaplıyor.)

Argüman şu şekildedir: 10 kg'lık bir topumuz ve 1 kg'lık bir topumuz olduğunu varsayalım. 10 kg'lık topun daha ağır olduğu için 1 kg'lık toptan daha hızlı düştüğünü varsayalım. Şimdi iki topu birbirine bağlayalım. O zaman ne olacak? 1 kg'lık top 10 kg'lık topu tutacağı için birleşik nesne daha yavaş düşecek mi? Yoksa şimdi 11 kg'lık bir nesne olduğu için kombinasyon daha hızlı mı düşecek? İkisi birden olamayacağına göre, tek olasılık, ilk etapta aynı oranda düşüyor olmalarıdır.

Son derece inandırıcı geliyor. Ancak, argümanda hafif bir yanlışlık olduğunu düşünüyorum. İlgili gücün doğası hakkında hiçbir şeyden bahsetmiyor, bu yüzden herhangi bir güçle çalışması gerekiyor gibi görünüyor! Ancak, bu pek doğru değil. 'Düşmenin' elektrik kuvvetlerinden kaynaklandığı ve nesnelerin kütleleri ve kalıcı yükleri olduğu bir dünyada yaşasaydık, işler farklı olurdu. Sıfır yükü olan şeyler, kütleleri ne olursa olsun düşmezler. Aslında, düşme hızı q/m ile orantılı olacaktır, burada q yük ve m kütledir. Yükleri q 1 , q 2 ve m 1 , m 2 olan iki nesneyi, 1 ve 2'yi bağladığınızda, birleşik nesne (q 1 +q 2 )/(m 1 +m 2 ) oranında düşecektir. q 1 /m 1 2 /m 2 veya nesne 2'nin birinci nesneden daha hızlı düştüğünü varsayarsak, birleşik nesne orta bir oranda düşecektir (bu kolayca gösterilebilir). Ancak bir nokta daha var. Bir cismin 'ağırlığı' ona etki eden kuvvettir. Bu sadece q, yük ile orantılıdır. Düşme hızı için önemli olan q/m olduğundan, ağırlığın düşme hızıyla kesin bir ilişkisi olmayacaktır. Aslında, sonsuz hızlı düşecek q yüküne sahip sıfır kütleli bir nesneye ya da q yüküne sahip sonsuz kütleye sahip bir nesneye sahip olabilirsiniz, bu hiç düşmeyecek, ancak aynı ağırlıkta olacaklar! Bu nedenle, aslında, orijinal argüman daha doğru olan aşağıdaki ifadeye indirgenmelidir:

Eşit ağırlığa sahip tüm nesneler aynı oranda düşerse, ağırlıklarına bakılmaksızın _tüm_ nesneler aynı oranda düşer.

Matematiksel olarak bu, q 1 = q 2 ise m 1 = m 2 veya q/m tüm nesneler için aynıysa, hepsinin aynı oranda düşeceklerini söylemeye eşdeğerdir! Sonuç olarak, bu oldukça boş bir argüman.

Yerçekimi durumuna geri dönersek.. Yerçekimi kuvveti

(G, yerçekimi sabiti olarak adlandırılan bir sabittir, M, çeken cismin (burada, dünya) kütlesidir ve m 1, nesnenin 'yerçekimi kütlesi'dir.)

Ve Newton'un hareket kanunu

burada m 2 cismin 'atalet kütlesi' ve a ivmedir.

Şimdi, ivmeyi çözerek şunu buluruz:

Bu, m 1 /m 2 ile orantılıdır, yani yerçekimi kütlesinin eylemsizlik kütlesine bölümü. Bu, elektrik kasasındaki eski 'q/m'miz! Şimdi, eğer ve sadece m 1 /m 2 tüm nesneler için bir sabit ise (bu sabit G'ye emilebilir, dolayısıyla soru tüm nesneler için m 1 = m 2'ye indirgenebilir) hepsi aynı yere düşecektir. oran. Bu oran değişirse, düşme hızı ile ağırlık arasında kesin bir ilişki olmayacaktır.

Sonuç olarak, ilk kareye geri döndük. Bu sadece denklemlerdeki kütleleri iptal ediyor, böylece aynı oranda düşmeleri gerektiğini gösteriyor. İki kütlenin eşitliği, genel görelilik için bir zorunluluktur ve ona doğal olarak girer. Ayrıca, iki kütlenin deneysel olarak son derece iyi kesinliğe eşit olduğu bulunmuştur. 'Kütleleri farklı olan cisimler neden aynı oranda düşer?' sorusunun doğru cevabı. 'çünkü yerçekimi ve eylemsizlik kütleleri tüm nesneler için eşittir.'

O halde, argüman neden kulağa bu kadar inandırıcı geliyor? Günlük tecrübemiz ve sezgimiz, aynı ağırlıktaki şeylerin aynı oranda düşmesini gerektirdiğinden. Bunu bir kez varsaydığımızda, yerçekimi kütlesinin eylemsizlik kütlesine eşit olduğunu örtük olarak zaten varsaymış oluyoruz. (Vay, neleri fark etmeden yapıyoruz!). Argümanın geri kalanı kolayca ve doğal olarak takip eder.
Cevaplayan: Yaşar Safkan, Fizik Ph.D. Aday, M.I.T.

'Matematik yasaları gerçeğe atıfta bulunduğu sürece kesin değildir ve kesin oldukları sürece gerçeğe atıfta bulunmazlar.'


Bu soru burada defalarca sorulmuş olabilir, konuya veya arama terimine göre arama yapamadım.

Soru, her şeyin güneşe (yani gezegenlere) doğru düşüp düşmediğidir. Gezegenler neden güneşe doğru spiral bir şekilde düşmüyor ve nihayetinde güneşe çarpmıyor? Bunun nedeni merkezkaç kuvveti olabilir ama bu kuvvet nasıl korunur?

Gezegenler teğet yönde çok hızlı hareket ettikleri için güneşe düşmezler. Güneşe doğru düşerken, güneşe asla çok yaklaşamayacakları kadar teğet hareket ederler. Aslında, onun etrafına düşüyorlar.

Teknik olarak, güneşe düştükleri iddia edilebilir. Bununla birlikte, yukarıda belirtildiği gibi, gerçekten de bunu spiral bir şekilde yapmak için çok hızlı seyahat ediyorlar. Bu, aşağıdaki şekilde çalışır:

A Nesnesi B Nesnesini çeker
B nesnesi yörüngeye oturacak kadar hızlı hareket ediyor
B Nesnesi hareket ederken, A nesnesine doğru çekilir.
A Nesnesine doğru çekildiğinde, ileriye doğru hareket eder, böylece çekildiği her metre için hareket eder, böylece A Nesnesinin eğriliği onu hala aynı mesafeye getirir.

Esasen, bunun nedeni, kaçamayacağı noktaya kadar yeterince hızlı gitmesidir, ancak her iki şekilde de tam olarak düşemez. Nesne diğerinin yüzeyine çekildiğinde, diğeri hala üzerinde olacak şekilde bükülür. Temel olarak, sadece bir ağırlık takılı bir yayı sallayın. Cisim yeterince hızlı gidiyorsa, daha hızlı gitmedikçe yay uzamaz. Ama yavaşlarsa, yay onu içeri çeker.

O kadar küçük değil. Yaklaşık 1/100 AU çap, sistemin toplam kesitinin küçük ama önemsiz olmayan bir bölümünü kaplayacağı anlamına gelir. Bu, potansiyelin küresel simetrisi olmasaydı, şimdiye kadar her şeyin Güneş'te olacağını garantilemek için kesinlikle yeterli.

Kısacası, sistemin boyutuna kıyasla Güneş küçük diye nesnelerin Güneş'e düşmediğini söylemek en azından eksiktir. Tek sebep bu değil.

Teknik olarak, güneşe düştükleri iddia edilebilir. Bununla birlikte, yukarıda belirtildiği gibi, gerçekten de bunu spiral bir şekilde yapmak için çok hızlı seyahat ediyorlar. Bu, aşağıdaki şekilde çalışır:

A Nesnesi B Nesnesini çeker
B nesnesi yörüngeye oturacak kadar hızlı hareket ediyor
B Nesnesi hareket ederken, A nesnesine doğru çekilir.
A Nesnesine doğru çekildiğinde, ileriye doğru hareket eder, böylece çekildiği her metre için hareket eder, böylece A Nesnesinin eğriliği onu hala aynı mesafeye getirir.

Esasen, bunun nedeni, kaçamayacağı noktaya kadar yeterince hızlı gitmesidir, ancak her iki şekilde de tam olarak düşemez. Nesne diğerinin yüzeyine çekildiğinde, diğeri hala üzerinde olacak şekilde bükülür. Temel olarak, sadece bir ağırlık takılı bir yayı sallayın. Cisim yeterince hızlı gidiyorsa, daha hızlı gitmedikçe yay uzamaz. Ama yavaşlarsa, yay onu içeri çeker.

Bunu şöyle de düşünebilirsiniz:

Bir gezegen cismi bir miktar momentuma sahiptir. Uzayda çarpışma olmadıkça veya cisim patlamadıkça momentum korunur.

Şimdi, gezegen gövdesi güneşe doğru sarmal dönmeye başlarsa, momentumunu korumak için daha hızlı gitmesi gerekir. Bununla birlikte, bir noktada, teğetsel yöndeki momentum, gezegen gövdesinin güneşin yerçekiminden kaçmaya başlayabileceği kadar büyük hale gelir.

Daha sonra, yörüngenin eğriliğindeki değişiklik nedeniyle daha da hareket ettikçe, teğetsel bileşen küçülür ve gezegen gövdesi bir kez daha yörüngede yakalanır.

Bununla ilgili daha fazla bilgi edinmek isterseniz, Poincare'i ünlü yapan (teknik olarak, hesaplamalara kaos uygulamaktı) ve ona matematikte Oscar ödülünü kazandıran şey, gezegensel yörünge hareketinin kararlılığıdır. Google "üç cisim sorunu" aramanız yeterli.

Ben de dünyanın neden güneşe düşmemesi gerektiğini hayal etmekte zorlandım ve hala bu konuda şüpheliyim.

Ya dünyanın güneş etrafında dönme hızı aniden azalırsa? Ya da dünyaya, güneş yönünde bir bileşeni olan küçük bir hız verilseydi?


Daha basit ve daha basit

Yavaş yuvarlanma.

Bir keresinde biri bana eğik bir alüminyum levha üzerinde yuvarlanan silindirik bir mıknatısın girdap akımları tarafından engellenip engellenmeyeceğini sordu. Elbette bu tür akımlar bir dönen mıknatıs tarafından da indüklenmelidir, ancak durumun geometrisi onları nispeten etkisiz hale getirir. Bununla birlikte, 1 inç açılı alüminyum stok (6 veya 8 ft uzunluklarda standart hırdavatçı ürünü) kullanarak bir disk mıknatısını yavaşça döndürmenin bir yolu var. Disk mıknatısı (silindir ekseni boyunca mıknatıslanmıştır), bir yüzü alüminyum rayın bir yüzüne yakın olacak şekilde yuvarlanır. (Şek. 6.)

Alüminyum köşebent, küresel mıknatıslar için bir yol olarak da kullanılabilir.

Projelerimin çoğunda olduğu gibi, çoğu boyut kritik değildir. Yaratıcı ol.


Uzayda yavaşlama

Otuz yıl önce NASA, güneş sisteminden ayrılan ilk insan yapımı nesneyi fırlattı. Yıldızlararası uzay elçimiz Pioneer 10, Boğa takımyıldızı Boğa'ya doğru ilerliyor. İki milyon yıl içinde, Boğa'nın gözü olan parlak yıldız Aldebaran'a yaklaşacak ve belki de yakındaki bir gezegende yaşayan bazı yabancı türler tarafından durdurulacak. Sonda, insanlıktan gelen bir arama kartı, dünya dışı varlıklara nerede olduğumuzu söylemek için tasarlanmış bir plaket taşıyor.

Bununla birlikte, rotasının radyo izlemesi, yıldızlara ulaşmanın bilim adamlarının hesapladığından daha uzun süreceğini gösteriyor. Daha da önemlisi, anormal hareketi, doğa güçleri hakkındaki temel anlayışımıza meydan okuyabilir. California'daki Nasa Ames Araştırma Merkezi'ndeki Pioneer proje ekibinin başkanı Dr Larry Lasher, "Aslında Jüpiter'e 21 aylık bir görev olarak tasarlanan Pioneer 10'un 30 yıl hayatta kalacağını ve 2002'de hala sürprizler sunacağını hiç düşünmemiştik" diyor. .

Pioneer 10, 1972 yılının Mart ayında Canaveral Burnu'ndan havalandı. Ertesi yılın sonlarında Jüpiter'in ilk yakın resimlerini geri getirdi. Kız kardeşi Pioneer 11, Satürn'ü de ziyaret etti. Ardından, 1977'de bu gezegenleri incelemek için gönderilen iki Voyager sondası gitti. Voyager 2 ayrıca Uranüs (1986'da) ve Neptün'ün (1989'da) tek ayrıntılı görüntülerini de geri gönderdi. Bu arada, iki Öncü gezegenleri geride bırakmıştı. Güneşten uzaklık açısından, Voyager I onları 1998'de geride bıraktı, ancak Öncüler, güneş sisteminden ayrılan ilk eserlerimiz.

Pioneer 10'un uzaylılarla başka bir bağlantısı var. Dünya dışı zeka belirtileri arayan çeşitli projeler, diğer yıldız sistemlerinden gelen sinyalleri aramak için radyo teleskoplarını kullanır. Bunların zayıf olması muhtemeldir ve elbette nasıl bir şekil alacaklarını bilmiyoruz. Kozmik gürültü arasında yapay sinyalleri tanımaya çalışan verileri sorgulamak için kullanılan algoritmaların test edilmesi gerekiyor.

Bu, Pioneer 10'dan gelen radyo sinyali kullanılarak gerçekleştirilir. Şu anda, güneşten Dünya'dan 80 kat daha uzaktadır - yaklaşık 7,3 milyar mil uzakta, Plüton'a olan uzaklığın iki katından fazla. Radyoizotop termoelektrik jeneratörü (RTG), çıkışta çıkışta 165 watt'tan şimdi sadece sekiz watt'a düştü - yaklaşık olarak elde tutulan bir el feneri ile aynı. Pioneer 11'in RTG'si daha da kötüleşti ve 1995'te kapatılması gerekecek şekilde bozuldu. Bu nedenle Pioneer 10'dan gelen zayıf sinyali algılamak bir zorluk teşkil ediyor. Görev, 1997'de 25. yıldönümü ile resmen sona erdi, ancak izleme devam ediyor.

Radyo ile uzay aracı takibi çok doğrudur, bu da onu güneş sistemi içindeki ve çevresindeki karmaşık üç boyutlu yerçekimi alanını araştırmak için en uygun yol haline getirir. Voyager 2'nin 1980'lerde Uranüs ve Neptün'ü geçerken izlenmesi, gökbilimcilerin bu gezegenlerin kütlelerini, uydularının Dünya tabanlı gözlemlerinden mümkün olandan çok daha büyük bir hassasiyetle türetmelerini sağladı. Pioneer 10 antika olabilir ama yine de bize benzersiz veriler sağlıyor.

Ve bu takip sürprizler yarattı. Pioneer 10, sadece güneşin ve gezegenlerin yerçekimsel çekimine dayanarak beklenenden daha hızlı yavaşlıyor. Etki çok küçük - şu anda Dünya'nın üzerinize etki eden yerçekimi nedeniyle bunun 10 milyarda sadece bir kısmı - ama kesinlikle orada.

Bu bir bulmaca. Efekt en iyi Pioneer'larda ortaya çıkıyor - Pioneer 11, kapanmadan önce aynı eğilimi gösterdi - çünkü bunlar spin-stabilize edildi. Özünde, tüm uzay aracı bir jiroskop gibi hareket eder, her 14 saniyede bir döner ve bu, yönünün korunmasına yardımcı olur.

Voyagers gibi diğer uzay sondaları üç eksenli stabilizasyon kullanır. Dönmezler: dış kısımlarının etrafındaki küçük iticiler yönlerini kontrol eder. Ancak, onları doğru yöne yönlendirmek için kullanılan ara sıra yakıt fışkırtmaları, uzay aracını bir bütün olarak hızlandırır ve aksi takdirde belirgin olabilecek küçük bozulmaları maskeler.

Dönen Öncüler böyle bir kafa karışıklığına maruz kalmazlar. Bununla birlikte, Voyager'ların hareketleri, Pioneer 10 verilerinde en iyi görülen yavaşlama ile tutarlıdır. Bu aynı zamanda 1990'ların başlarında Jüpiter'in yanından geçen ve yerçekimini uyduyu güneşin kutuplarının üzerinden geçen bir yörüngeye çevirmek için kullanan Ulysses için de geçerlidir. Aynı etki diğer uzay sondalarında da görülüyor. Peki neler oluyor?

Açıklamalar üç kampa ayrılır. Üçüncüsü, belirtmesi en kolay olanıdır: fizik bilgimiz eksik veya yanlıştır. Yani, yerçekimi düşündüğümüz gibi davranmıyor (ters kare yasasının çok uzak mesafelerde çalışmaması gibi) veya belki de zayıf ve güçlü nükleer kuvvetlere, elektromanyetizmaya ve yerçekimine eşlik eden bilinmeyen bir "beşinci kuvvet" var. . Bu, tüm kozmolojik teorileri baltalayacaktır. Böyle bir yoruma karşı çıkılmalıdır.

Baş şüpheli, uzay aracı anormalliklerini içerecek. Bu başlık altında ele alınan şeyler arasında uydulardan buharlaşan gaz, güneş ışığı ve güneş rüzgarının uyguladığı basınç, uzay aracından gelen termal radyasyon, gezegenler arası manyetik alanla etkileşimler vb. Benzer şekilde, örneğin Dünya'nın yalpalaması nedeniyle alınan verilerdeki problemler araştırılmıştır.

İkinci açıklama sınıfı, görünmeyen kütleler tarafından dayatılan sondaların düzensizliklerini kapsar: dış güneş sistemindeki büyük asteroitler gibi henüz tespit edilmemiş güneş sistemi cisimlerini, mevcut bilgilere dayanarak modellemek kolaydır. Güneş sisteminin çevresinde de kozmolojik karanlık madde olasılığı vardır.

Pioneer 10 anomalileri için yapılan açıklamaların hiçbirinin işe yaradığı gösterilmedi. New Mexico'daki Los Alamos Ulusal Laboratuvarı'ndan dinamik analiz ekibinin bir üyesi olan Dr Michael Martin Nieto, "Bu garip yavaşlama için normal bir fizik açıklaması bulunamadı" diyor. "Daha fazla test etmemiz gerekiyor, diyelim ki yeni bir uzay aracıyla_ O zaman sorunu gerçekten çözebiliriz." Bu arada, ikilem kalır.

Pioneer 10 birçok yönden şöhret bulmuştur. Star Trek V: The Final Frontier filminde, bir Klingon filo kaptanının, inatla onu küçük parçalara ayırdığı gösterildi. 1974'te, Jüpiter'in görüntülerini geri gönderdikten kısa bir süre sonra, ABD posta servisi Pioneer 10'u içeren bir pul yayınladı. Çeyrek yüzyıl sonra, 1970'lerin simgelerinden biri olarak yeniden posta pulu için uygun bir konu olarak seçildi. . Ancak uzay araştırmacıları hala onu yalamış değil.

· Duncan Steel, Salford Üniversitesi'nde uzay ve astronomi dersleri veriyor


Düşen bedenler hiç yavaşlar mı? - Astronomi

Evrenimiz için uzay, bir üçgenin açılarını ölçmek gibi geometrik testleri kullanmamız için çok büyük. Yeterince büyük üçgenler çizemiyoruz. Ama bize bir dairenin alanının yarıçapla nasıl değiştiğini söyleyen galaksi sayımları yapabiliriz. Bunu yapmak için, bir daire içindeki tüm galaksilere belirli bir mesafeden bakarsınız. Farklı mesafelerdeki daireler arasında galaksilerin sayısı değişiyorsa, düz uzayda değil, pozitif uzayda mı yoksa negatif uzayda mı olduğunuzu anlayabilirsiniz. Bu prensipte işe yarar, ancak çok sayıda karmaşıklaştırıcı faktör (galaksilerin düzgün olmayan dağılımı, yani kümeler ve duvarlar gibi) ve ayrıca Evren'in durağan olmadığı, zamanla değiştiği ve geriye doğru bakıldığında bir çok karmaşık faktör vardır. belirli bir mesafe, belirli bir süre geriye bakmakla aynıdır. Yani prensipte işe yarasa da pratikte çalışmayacaktır.

Ancak, neden bahsettiğimizi bir düşünün. Uzayın eğriliği. Yerel olarak, kütleye tepki olarak uzay eğrileri, bu nedenle Evrendeki kütle yoğunluğunun evrensel eğriliği belirleyeceğini düşünmek mantıklı.

Evrenin yoğunluğu büyükse, Evren pozitif olarak kavislidir.

Evrenin yoğunluğu küçükse, Evren negatif eğridir.

Evrenin yoğunluğu doğruysa, Evren düzdür.

'Tam doğru' yoğunluğa 'kritik yoğunluk' denir ve yaklaşık 10-26 kg/m3'tür, bu da metre küp başına yaklaşık 10 hidrojen atomu demektir.

Gökbilimciler eğrilik hakkında konuşmak için bir parametre tanımlar. Bu parametreye 'omega nought' adı verilir ve şu şekilde gösterilir: 0.

0=(akım yoğunluğu)/(kritik yoğunluk)

Eğer 0 > 1, eğrilik pozitiftir.
Eğer 0 = 1, eğrilik sıfırdır.
Eğer 0 Genişlemenin Geleceği

Evrenin yoğunluğu, genişlemenin geleceğini de etkiler. Evren 'ağır' ise, bir süre genişler, yavaşlar ve sonra çöker. Evren 'hafif' ise, sonsuza dek genişleyecektir. Evren "doğru"ysa, uzun bir süre genişleyecek ve sonra yavaşlayarak duracak ve Evren sonsuza kadar bu yoğunlukta kalacaktır. Bu olası seçenekler değerine bağlıdır. 0.

Eğer 0 > 1, eğrilik pozitiftir ve Evren yavaşlar, durur ve çöker.
Eğer 0 = 1, eğrilik sıfırdır ve Evren yavaşlar ve durur.
Eğer 0 Evrenin Yaşı

Evrenin yaşı YALNIZCA Evren tüm zaman boyunca aynı oranda genişliyorsa 1/H'dir.

Evren yavaşlıyorsa (ki bu meli olabilir, yerçekimi malzemeleri 'içeride' çekip genişlemeyi yavaşlattığı için --- bu Başak Kümesi/Yerel Grup etkileşimini düşünün), o zaman 1/H bir üst sınır--- Evren olamaz daha eski 1/H'den fazla.

Evren hızlanıyorsa veya her zaman daha hızlı genişliyorsa, 1/H alt sınır--- Evren olmalı daha genç 1/H'den fazla. Ancak bunun nasıl olabileceğini hayal etmek çok zor ve uzun zamandır bir olasılık olarak reddedildi. Düşünmek. Bir şeyin hızlanması için, dışarıya "itiliyor" olması gerekir. Ama bildiğimiz tüm mekanizmalar içe doğru 'çekiyor'.

En son kanıt, Evrenin aslında hızlanıyor olmasıdır. 1998'de, Evrenin eskiden bugüne göre daha yavaş genişlediğini gösteren yeni veriler doğrulandı! Henüz hiç kimse bu yeni kanıtı teori ile uzlaştıramadı, ancak 'vakum enerjisi' olduğunu, böylece uzayın kendisinin diğer uzayı iten, onu hızlandıran bir enerjiye sahip olduğunu söylemek dışında. Bu 'ilk' bir açıklamadır ve doğru olup olmadığına karar vermek için yeterince farklı kişi tarafından ayrıntılı olarak test edilmemiştir.


Gezegenler nasıl oluşur?

Kredi: S. Schnee, et al.

Gezegenlerin yıldızların etrafında nasıl oluştuğuna dair oldukça iyi bir fikrimiz var. Tozun süpernova kalıntılarından oluştuğunu, genç yıldızların etrafında gezegen öncesi toz disklerinin oluştuğunu ve toz tanelerinin bir araya gelerek çakıl taşları oluşturabileceğini biliyoruz. Ayrıca, daha büyük gezegenlerin gezegenlerin oluşumunu nasıl yönlendirebileceğini ve gezegenlerin başlangıç ​​noktalarından kararlı yörüngelerine nasıl göç edebildiğini de biliyoruz. Ama anlayışımızda hala boşluklar var.

Örneğin, çakıl boyutundaki parçacıklardan gezegenimsi boyutlu nesnelere nasıl ulaştığımızdan tam olarak emin değiliz. Her şey, ön-gezegen diskinde hareket ederken deneyimlenen sürüklenen nesnelerin miktarı ile ilgilidir. Başlangıçta toz tanelerinin çoğu son derece küçüktür, bir mikrometreden daha küçüktür. Çok küçük oldukları için çevredeki gazdan yaşadıkları sürtünme miktarı minimumdur. O kadar küçüktürler ki davranışlarında neredeyse gaza benzerler. Yüzlerce metre çapında büyük kümeler için, çevreleyen gazların sürüklenmesi de nispeten ihmal edilebilir. Kütleleri, 10 milyon yıllık gezegen oluşum periyodu boyunca gazın onları fazla yavaşlatmayacağı kadar büyüktür. Ancak arada, sürüklemenin önemli olmasına yetecek kadar büyük ama bu sürüklemenin üstesinden gelebilecek kadar büyük olmayan bir boyut var. Bu yaklaşık bir metre ölçeğinde. Kümeler bu boyuta ulaştığında, çevreleyen gazın sürüklenmesi onların oldukça hızlı bir şekilde yavaşlamasına neden olur. Sonuç olarak, çok daha fazla büyümeden önce yıldıza dönerler.

Bu doğru olsaydı, gezegenler çok nadir olurdu. Ancak gezegenlerin oldukça yaygın olduğunu biliyoruz, bu nedenle gezegen tohumlarının yıldıza düşmesini önleyen bir mekanizma olmalı. Gezegensel diskteki basınç dalgalarının, çakıl taşı büyüklüğündeki tanelerin oldukça hızlı bir şekilde daha büyük gezegenlere dönüşmesine neden olması gibi bazı fikirler var, ancak bu, çakıl boyutundaki tanelerin erkenden oluşmasını gerektirecek ve bunun olabileceğinden emin değiliz.

Now a new paper has found evidence of gravel-sized dust grains in the Orion Molecular Cloud. The team used radio telescope observations to determine the size of dust grains in the cloud. This technique is nothing new, but the team found filaments of dust grains that are a millimeter to a centimeter in size. This is much, much larger than typical dust grains observed. What's particularly interesting about this discovery is that the filaments are in a region where stars will likely start forming in the next 100,000 to a million years. It is possible, then, that these large grains formed within the general cloud itself. If that's the case, protoplanetary disks could have a ready-made source of large grains that could kickstart the formation of planetoids early on.

Although this is an exciting result, we should still be a bit cautious. The radio observations could be explained by things other than large dust grains (though that doesn't seem likely), so we will need further observations to confirm the result. We also aren't sure whether these grains actually formed in the molecular cloud, or if they are debris remnants from another process.


Ep. 270: Inertia

An object at rest tends to stay at rest. An object in motion tends to stay in motion. Isaac Newton dismantled the traditional idea that objects would tend to slow down over time, and described the concept of inertia: the amount an object will resist changes in its motion.

Show Notes

    • Google+: Pamela and Fraser
    • Sponsor: 8th Light — The Physics Classroom — MIT — Vanderbilt U – Wiki (water clock/inclined plane) — University of Virginia — Rice University — Northwestern U — Bucknell — UTK — GSU — UIUC — Teach Engineering

    Transcript: Inertia

    Fraser: Welcome to Astronomy Cast, our weekly facts-based journey through the Cosmos, where we help you understand not only what we know but how we know what we know. My name is Fraser Cain I’m the publisher of Universe Today, and with me is Dr. Pamela Gay, a professor at Southern Illinois University – Edwardsville. Hi, Pamela. N'aber?

    Pamela: I’m doing well. How are you doing, Fraser?

    Fraser: Doing great. So actually, again — warping space and time — this is the second episode that we’re recording on this day, which is actually in July, moments before the announcement of the Higgs-Boson! But as we’re catching up shows…so we’re actually only a couple of episodes behind. We will be caught up this week, I think.

    Pamela: Maybe Wednesday, maybe Friday we can record?

    Fraser: Yeah, we will be caught up, and then we will…I won’t say that we’ll never fall behind because we absolutely will because that’s just the reality. Now, we had a couple of people who posted sad reviews in iTunes because Astronomy Cast was a little bit late, and they took away some stars from us, so we’re really sorry for all of you who felt that us being late detracted from the Astronomy Cast experience. We understand that keeping this show coming out on a very regular basis is really important to you, and it’s important to us, and we will absolutely focus our energy on getting this show out as regularly as we can. Now, if you do love Astronomy Cast, or you know feel like you need to give an honest review, the iTunes reviews are a great place to do that. So you can just do a search for Astronomy Cast on iTunes and give us a review — be honest! But it’s great those reviews are wonderful, and we really appreciate them so…

    Pamela: And we do read them and take them to heart.

    Fraser: We absolutely do, and in fact the funny thing is because I’m in Canada, I see a tiny version of the number of reviews and I only thought we had a few reviews, and then I was able to switch my country to pretend like I was in the U. S., and there were like thousands or 1500 reviews or something like that. It was quite overwhelming to see all of these at the same time. The other thing that is really important to know is Google Plus (Google), recorded a documentary about the virtual star parties that we do, which is really cool. So they actually flew a team of film makers out to all across north America to our friends in North Carolina, and in your house, Pamela, and my house here on Vancouver Island, and down in Los Angeles to meet with Gary, and they recorded this really moving documentary about the star parties that we do, and it’s on YouTube, and you can get it from…you know, I’m sure we’ll put it into the show notes, but if you haven’t seen this, it is unbelievable it is really cool, and I highly recommend that everybody watch it. It is really neat, and if you want, remember we always do our virtual star parties every Sunday night from when it gets dark on the west coast for about an hour/hour-and-a-half, and we bring in a live view of telescopes, so we’re trying to use all of the different media in the appropriate ways so people can appreciate astronomy as much as we do. Alright! Well, let’s get recording.
    [advertisement]

    Fraser: So an object at rest tends to stay at rest. An object in motion tends to stay in motion. Isaac Newtown dismantled the traditional idea that objects would tend to slow down over time, and describe the concept of inertia, the amount an object will resist changes to its motion: inertia. Alright, Pamela, so then I think this is where we really kind of need to go back in history and get an idea. The traditional, the ancient Greeks, the medieval scientists (if you can call them that)…what did they think about the way motion worked?

    Pamela: Well, the initial ideas go all the way back to Aristotle, and he thought that an object in motion would, over time, just stop, and he explained the motion of things like projectiles through the air as the median that they were flying through, so in this case the air was providing that extra something that was needed to keep them in motion while they flew. Now, this…

    Fraser: Whoa! Eyvah! I didn’t understand that. Hold on. Ne? The air was…

    Pamela: The air was somehow going, “Keep moving, keep moving, keep moving,” and so his idea was if you were able to create a vacuum, objects wouldn’t move through vacuums, which is a really weird concept.

    Fraser: So the air provided a way to propel objects forward?

    Pamela: It kept them in motion somehow.

    Fraser: It kept them in motion — somehow, but not accelerating. They would still slow down.

    Pamela: Well, and that was the crazy thing was an object falling through air is clearly accelerating. A projectile goes up, arcs, and then accelerates back down, so somehow the air was responsible for all of this craziness.

    Fraser: Oh! So in other words…

    Fraser: No, I understand. So in other words, you go and you take an object up to the top of a cliff, and you drop it, the air is going to be accelerating it towards the ground until it runs out of air and hits the ground.

    Pamela: And so there’s something clearly funky going on…the idea that in a vacuum things aren’t moving. People who started thinking about the idea of a Sun-centered solar system had a [gag sound] reaction to this, and so it was actually Galileo who initially started doing the hard experimental work to overturn this idea. Now, he wasn’t the first one. So we had well before that we had Lucretius (Titus Lucretius Carus), who was working in the last century B. C., who was trying to say the default state of stuff isn’t to be at a dead stop, which was Aristotle’s idea, that if you left anything in motion it would come to an eventual stop. He decided that this probably didn’t make sense. John Philoponus and said the idea of the median keeping things going…there were issues with it, and that void probably wouldn’t limit motion.

    Fraser: Was this the impetus theory? Was this the…

    Pamela: Well, the impetus theory is all tied into it, and the impetus theory finally came out in the 14th century B. C., and this was an idea that air is somehow pushing, and that when you give something energy — when you push it, when you accelerate it — you’re giving it an impetus, and then that can get dissipated in to the surrounding…well, this is where friction comes in, but they didn’t have friction yet. Galileo’s the one who really came up with a solution for this, and one of the big problems they had was they didn’t have clocks, and Aristotle’s thinking…and Aristotle did not believe in experimentation Aristotle believed in thinking, and that a true understanding of the Universe could come from thinking.

    Fraser: This is one of those Classic examples, right, where you had these ancient scientists, you know ancient Greeks who would argue about the number of teeth that a horse had, right, and somebody would go out and say, “Well, I’ll just count them,” and they were like, “No! Don’t do that!”

    Pamela: And what’s funny is sometimes it seems like there’s very little difference between particle physics today and regular physics back then. [laughing] Sorry.

    Fraser: Zing! Zing! You think people missed that? That was Pamela zinging the particle physicists. Send any letters to Pamela Gay, [email protected]

    Pamela: So you had all these people philosophizing about how things move, and they actually believed that acceleration of a falling object was a linear process, so you go a distance, you accelerate an amount, you go twice that distance, you accelerate twice as much. And the reality is that it’s a square relationship. So your acceleration: go one unit of time, you go one unit of distance go two units of time, it’s going to be, so…let me actually do one and two units of distance: two units of time, four units of distance (that does the math a little bit easier), and so you have this square relationship going on, and you have to have a clock to figure that out. And it was Galileo who didn’t solve the clock problem, but figured out a circumvention of it with what’s called the water clock. If you have a very large surface area on a container, the rate at which the water level falls for small amounts is fairly linear over time, so you’re getting a constant stream of fluid coming out, so every beat of the clock is a set of volume of water coming out. So what he did was he built this drum of water that had a system with water coming out the bottom that he could turn on and off, and he would very carefully weigh the amount of water that came out after a ball had gone a certain distance. And the one thing, the one miscalculation that’s in this is an object that’s rolling has slightly different physics than an object that is sliding down, but it’s such a small correction that it didn’t affect the physics in this course.

    Fraser: Right, but this was a way that Galileo could slow down time. Essentially, he could make an object fall as quickly or as slowly as he needed to be able…

    Pamela: …using an inclined plane.

    Fraser: …using an inclined plane, right, so that he could say, “Well, it’s too fast for me to measure this stuff just dropping it, so let’s use an inclined plane then I can measure this stuff in a much more slow…” you know, everything unfolds in slow time. Brilliant! Absolutely brilliant! Do you do that experiment with your physics students?

    Pamela: I don’t do it at SIUE. When I was at Harvard we did this, and we did everything to stay similar to what he did while not killing ourselves. So what he did is he actually used a many-meters-long inclined plane made out of a carved groove, he lined it with parchment to decrease the friction absolutely as much as possible, he created the water clock, he marked off the distances going down the inclined plane, measured how long it took it to go one unit of distance, to go two units of distance, and so on all the way down. Well, what we did because, well, wood weighs a lot is we used PVC pipe because that starts out nice and parchment-smooth, and so we had things going down a half-tube of PVC pipe that students used grease pencils to mark. And we did build our own water clocks using surgical hosing, and those big old buckets that you get when you’re tarring your driveway.

    Fraser: So then, what is the relation to inertia, though? How does this play into the story that we’re telling?

    Pamela: Well, what he figured out, as he decreased friction as much as possible, is that when you send something going down the inclined plane, it would just keep going down the other side if it was flat, but if he ended up with two back-to-back inclined planes, and decreased the friction as much as possible, it would go up to basically the same starting height. So he was able to take how much potential energy — and he didn’t have these concepts, it took Newton to get to gravity, but he could start it off at the top, it would accelerate down, and then it would decelerate up, and as he lowered the plane, it went further and further and further, and so he was able to say whatever was needed to go up that incline precipitated the motion, but if there was no force, if there was no “something” acting on the object, it would keep going forever. And he actually…in writing about this, trying to explain the concept of friction, he had some great discourses where he was basically…he had different characters arguing over what friction was, and this is where the little demons argument comes in where there were people basically saying there were little demons out there stopping things, and getting them to stop moving, and that when you smooth something off, you’re clearing the demons off, and things like that.

    Fraser: Smoothing things off to clear the demons off.

    Pamela: It’s a brilliant…if you ever have a chance to read the discourses that Galileo wrote, they’re brilliant, and you can instantly see why he got himself in so much trouble with the Pope.

    Fraser: Evet. If people haven’t read these, they absolutely should. I’m sure it’s all available open-source out there somewhere.

    Pamela: It should be. There’s a great source of Galileo-related everything at Rice University.

    Fraser: And he wrote in a very accessible style, and he was clearly poking fun at the people who disagreed with him, who also happened to be very powerful people who were able to put him in jail, but that’s a whole separate show that we’ve already done on Galileo. So Galileo gets to the point that he’s created this, he’s figured out that there is some kind of inherent motion that is accumulated by the object rolling down the hill, which it then dissipates again as it goes back up — so how did this sort of carry the concept of inertia forward?

    Pamela: So we went from an “Aristotilian” view of the Universe, in which an object in motion comes to a stop to a way of looking at it of: an object in motion will stay in motion unless friction, or something else, acts on it to eventually…when Newton came along, the idea of: we finally started to get friction, we finally started to get gravity, we finally started to get all of these things mathematically described, and it became: an object in motion stayed in motion unless acted upon by an external force. So suddenly, everything got quantified, and here you have: things stay in motion in straight lines unless they’re worked on by an external force as well, and this was one those things that folks really struggled with because with Galileo’s view of: they keep going in a straight line — but why do the planets keep orbiting? That was a serious challenge that Newton had to figure out how to address, and that’s where gravity became such an important part of understanding inertia, basically.

    Fraser: Right, and so if Aristotle had really just thought a bit, and looked up and noticed that the planets are flying though space…of course, he didn’t know that there was no air up there, right? They thought it was like some kind of ether, I guess.

    Pamela: Well, and he had them embedded on spheres.

    Fraser: On spheres…OK. Boşver. Görmek? He never would have figured it out, but the point being that you’ve got the situation where you’ve got these objects, they’re moving, and yet they’re going in a circle. Why don’t they stop? Why don’t they spiral outward? Why don’t they spiral inward? What’s going on, right?

    Pamela: And this is where we had to understand that the force of gravity connects two points at their center of mass. And if my microphone here is the planet Earth, and this rock is the Moon, then what’s happening is if the Moon had no velocity, gravity would pull it straight into the Earth, and that would be a very bad thing, but because the Moon has a velocity that’s trying to carry it forward, the force of gravity is constantly pulling it in, causing it to constantly arc inward, but it has enough velocity so that it never actually hits the Earth. So it’s trying to go straight, gravity is trying to pull it down, and the result is an almost circular motion.

    Fraser: Right, so you’ve got this situation where you’ve got these planets that are moving, that nothing is slowing them down, they’re not spiraling outward, they’re not spiraling inward — what is the force? Why are they kept going in this circular orbit around the Earth? And this is this concept of gravity and inertia, so…

    Pamela: And so this is where, for a while, there were actually people thinking that inertia wasn’t just an object in motion stayed in motion in the same way, but an object in motion could either stay in motion in a curve or in a straight line. Well, today we now know that an object in motion will stay in motion with the same vectoral motion that it had to begin with unless acted upon by an outside force. And a vector defines both its speed and its direction.

    Fraser: But in the case of the planets, of course, they’re orbiting in a circular vector? I mean they’ve got multiple forces pulling on them, right?

    Pamela: No, that’s…so the thing is vectors are straight lines, but then you can define them across…well, a vector’s something that has multiple characteristics. So velocity is something that only has a speed and a direction. The planets are actually accelerating, which means their exact velocity is constantly changing because that direction is constantly changing. Now, if an orbit’s a perfect circle, then its speed is constant at all times, but its velocity is constantly changing as that direction changes.

    Fraser: Sağ. Sağ. OK, so then where did Newton’s main discovery come in?

    Pamela: Well, the story, as frequently told, is he was sitting under a tree and saw an apple fall, and saw the Moon in the sky, and had this epiphany that a falling apple and a falling moon are the exact the same thing except the moon is missing the planet. And the analogy that often gets used is if you had a cannon, you put the cannon on a hill, when you fire the cannon ball, if you have it with sufficiently low velocity, it lands on your foot (assuming you’re standing right in front of the cannon). If you hit it with larger force, it goes a larger distance. If you hit it with larger and larger force, it goes a larger and larger distance, and it always arcs down to the planet, though, as it falls because gravity’s constantly trying to pull that cannon ball back to Earth. Well, if you use enough force to fire that cannon ball, it’s going to gain sufficient velocity that Earth’s pull only succeeds in bringing it around so that you hit the butt of the cannon. Now, if you hit it with even more force, you can actually start to hit escape velocities, and this is what we do with rockets, in which case the force of gravity is insufficient to change the initial velocity sufficiently to get the cannon ball to return to the planet.

    Fraser: So then, I mean, he also…he really famously coined that phrase, right, that “a body in motion tends to stay in motion, and an object at rest tends to stay at rest.”

    Pamela: “…unless acted upon by an external force.”

    Fraser: “…unless acted upon by an external force.” Sağ. Kesinlikle. So how did this sort of change people’s understanding of the objects moving around them?

    Pamela: Well, it was a sudden epiphany that everything is connected by forces, and that when we see something happen, one of two things has to be true: there’s either a force acting on the system, or we’re looking at a system that’s undergoing acceleration, and this is where we start to get into inertial and non-inertial frames of reference. So if you’re in an accelerating car, that’s a non-inertial frame of reference, so that when you look at the hanging dice hanging from your 1970s vintage automobile’s rear view mirror, you’ll see the dice don’t hang straight down toward the center of mass of the planet Earth. As you’re accelerating, they will actually sway backwards, and that’s because it’s an accelerating frame of reference. An inertial frame of reference is one in which there’s no acceleration taking place.

    Fraser: And this is why as you go around a corner, you feel pushed up against the side of the car, right, because you tend to want to stay in the motion that you were going, which in this case, you wanting to move straight forward, but the car is now exerting an external force on you, on your left shoulder, that is pushing you around the corner with it, and so your body is pushing back against the side of the car, and that’s what you feel.

    Pamela: Well, this is where crazy frictional forces come into play because as your car whips around that corner, as little kids in the backseat always know because you try to purposely smush each other into the door…

    Fraser: Wheeee! Yeah, yeah…

    Pamela: …you feel like you’re getting forced to the outside of the car, but the actual force is towards the center of the circle. So this is why when you have a ball on a string, the ball stays on the end of the string. It’s because the force is going toward the center of the circle. Now, there’s a sudden, “Wait! Hold on, but the kids are flying outwards!” No, the kids are simply trying to go in a straight line, and the car is getting in the way of that straight line, and so you’re experiencing this frictional force on your butt. Your body’s trying to keep going straight forward, and as the car curves, you’re getting caught by friction, basically, and that’s: you want to go in a straight line, you’re failing to go in a straight line, the car’s preventing you from going in a straight line, you feel like you’re getting flung outwards. The reality is the real force is towards the center of the circle.

    Fraser: Now, this is all fine and good, and you know, completely changed everyone’s thinking about the Universe, and the motion, and physics, and you know, how things [missing audio], and all these great technological advances (Thanks, Isaac Newton!), but this was all sort of thrown out the window again when Einstein came along.

    Pamela: Well, it wasn’t so much thrown out the window as it was changed. So as we’re trying to figure out frames of reference, as we’re trying to figure out what is an inertial frame, suddenly, in a relativistic situation, things started to become much more curious. So suddenly, when you’re looking at your frame of reference, you realize everyone has their own frame of reference, you start to realize everything’s in motion, you start to realize there is no such thing as a truly inertial frame of reference. I mean we can pretend that we have a non-accelerating frame of reference. If you’re standing next to a railroad train, and a railroad train goes by, and you see someone drop a ball in the window, relative to the moving train that ball falls straight down relative to you, you’ll see it starts falling here it lands over here because the whole window moved sideways. So within the train, it seems to be a non-accelerating inertial frame of reference. You can go back and forth between the two frames of reference, but you’re on the surface of a planet going in a circle, which means you’re actually constantly changing velocity as you stay adhered to the surface of the planet. But over small distances, we’re able to make these assumptions, but when we start looking at larger and larger distances, we start having to worry about things like Coriolis force, we start having to worry about the effects of the fact that the planet is rotating underneath you, and all of these things start to come together and life gets more and more complicated. Now, add to that the effects of time contraction, add to that all of the relativistic effects, and suddenly defining inertial frames is a nightmare because they don’t totally really exist, and every observer is their own observer.

    Fraser: And that’s where the headaches start to set in.

    Fraser: Yeah, but of course, the predictions made by Einstein perfectly match the measurements that are made in space to a level of accuracy that Newton could have only dreamed about, and so…

    Pamela: And one of the beauties of all of this was this realization that whenever we’re dealing with things, the proper way to think of them isn’t: an object of a given mass moving at a given velocity, it’s to think of it as an object with a set amount of momentum because it’s the momentum that things carry with them that has the true impact (just to be unintentionally punny). And so the example I use in class a lot is you can imagine a three-year-old and a Sumo wrestler on roller skates. If that three-year-old starts going as fast as it can skating toward the Sumo wrestler, it’s carrying a set amount of momentum that it’s going to impact into that Sumo wrestler, who, assuming no friction, no inelastic parts of the collision, they’re going to bounce off each other, and the Sumo wrestler’s going to be basically unaffected, and the three-year-old is going to go flying off in the opposite direction. Now, if you instead have two Sumo wrestlers doing this, you’re going to end up with, perhaps if you get a second equal-mass Sumo wrestler coming along and hitting at the same velocity as that small child was, well that big other Sumo wrestler’s now going to take all that velocity and start going in the same direction, and that first dude will stop cold just like a pool ball will.

    Fraser: Yeah, talk about that pool ball example, right, which is a wonderful example of this transfer of inertia. You have a ball sitting on the table…

    Pamela: Transfer of momentum.

    Fraser: Transfer of momentum, sorry…and you shoot your cue ball at that ball, your cue ball (in a perfect world) stops perfectly, and now that second ball is moving.

    Pamela: And the key to achieving that perfect world is to have the two centers of mass completely line up so that when it hits, all of its force goes straight into an impulse on the other one, and all of the momentum gets cleanly transferred. Now, the reality is that most of the time when you hit pool balls together, it’s not that perfect center of mass, and you end up hitting slightly off-center, and so this is where you hit it and it veers off. And if you get good, you can actually hit something with a glancing blow and cause it to go off at close to a right angle.

    Fraser: That was really cool. Alright, well, I think we made our way through this episode of inertia. So once again, thank you very much, Pamela, and we will see you next week.

    Pamela: We’ll see you next week, and hopefully the internets will be with us.

    Bu döküm, ses dosyasıyla tam olarak eşleşmiyor. Açıklık için düzenlenmiştir.