Историја гравитације и Аристотела

Једно од најраширенијих понашања које доживљавамо, није чудо што су чак и најранији научници покушали да схвате зашто предмети падају на земљу. Грчки филозоф Аристотел дао је један од најранијих и најцјеловитијих покушаја научног објашњења оваквог понашања износећи идеју да се предмети крећу ка „природном месту“.

Ово природно место за елемент Земље било је у центру Земље (који је, наравно, био центар свемира у Аристотеловом геоцентричном моделу универзума). Око Земље је била концентрична сфера која је била природно царство воде, окружена природним царством ваздуха, а потом изнад тога природна ватра. Тако Земља тоне у воду, вода тоне у ваздух, а пламенови се уздижу изнад ваздуха. Све гравитира ка свом природном месту у Аристотелову моделу и наилази на подједнако у складу са нашим интуитивним разумевањем и основним опажањима о томе како свет функционише.

Аристотел је даље вјеровао да предмети падају брзином пропорционалном њиховој тежини. Другим речима, ако бисте узели дрвени предмет и метални предмет исте величине и оба их бацили, тежи метални предмет би пао пропорционално већом брзином.

Аристотелова филозофија кретања ка природном месту супстанце кретала се око 2.000 година, све до времена настанка Галилео Галилеи. Галилео је извео експерименте котрљајући објекте различитих тежина низ нагнуте равни (не падајући их са њих Писачки торањ, упркос популарним апокрифним причама о томе), и открио да су пали са исти убрзање стопа без обзира на њихову тежину.

Поред емпиријских доказа, Галилео је конструисао и теоретски мисаони експеримент у прилог овом закључку. Ево како модерни филозоф описује Галилејев приступ у својој књизи из 2013. године Пумпе за интуицију и остали алати за размишљање:

„Неки су мисаони експерименти анализирани као ригорозни аргументи, често облика редуцтио ад абсурдум, у којем се заузимају противнички ставови и долази до формалне супротности (апсурдан резултат), показујући да не могу сви бити у реду. Један од мојих фаворита је доказ приписан Галилеу да тешке ствари не падају брже од лакших ствари (када је трење занемарљиво). Ако то ураде, тврдио је, тада будући да би тешки камен А пао брже од лаког камена Б, ако бисмо везали Б за А, камен Б би играо као повлачење, успоравајући А. Али везани за Б је тежи од А самог, па би њих двоје такође требало да падну брже од А сам по себи. Закључили смо да би везивање Б-а А учинило нешто што би и брже и спорије падало од А, што је контрадикција. "

Главни допринос развијен од стране Сир Исаац Невтон требало је препознати да је ово падајуће кретање које се опажа на Земљи било исто понашање кретања које доживљава Месец и други предмети, што их држи на свом месту у односу један према другом. (Овај увид из Невтона је изграђен на Галилејевом делу, али и на прихватању хелиоцентричног модела и Коперников принцип, који је развио Никола Коперник прије Галилејевог дела.)

Њутонов развој закона универзалне гравитације, чешће названог ' закон гравитације, објединила су ова два концепта у облику математичке формуле која се чини да се примењује за одређивање силе привлачења било која два објекта са масом. Заједно са Њутонови закони кретања, створио је формални систем гравитације и кретања који ће водити научно разумевање неспорно током два века.

Следи следећи велики корак у нашем разумевању гравитације Алберт Ајнштајн, у облику његовог општа теорија релативности, који описује однос материје и кретања кроз основно објашњење да предмети са масом заправо савијају саму тканину простора и времена (колективно названог простор-време). Ово мења путању предмета на начин који је у складу са нашим разумевањем гравитације. Према томе, тренутно схватање гравитације је да је резултат објеката који слиједе најкраћи пут кроз свемир, модификован кривањем оближњих масивних објеката. У већини случајева у којима наилазимо, то је у потпуности у складу са Невтоновим класичним законом гравитације. Постоје случајеви који захтевају прецизније разумевање опште релативности да би се подаци прилагодили потребном нивоу прецизности.

Међутим, постоје неки случајеви у којима нам ни општа релативност не може дати значајне резултате. Конкретно, постоје случајеви у којима је општа релативност неспојива са разумевањем квантна физика.

Један од најпознатијих ових примера је уз границу а Црна рупа, где је глатка тканина просторног времена неспојива са зрнатошћу енергије коју захтева квантна физика. То је теоретски решио физичар Стивен Хокинг, у образложењу које предвиђа да црне рупе зраче енергијом у облику Хокингово зрачење.

Међутим, потребно је свеобухватна теорија гравитације која може у потпуности укључити квантну физику. Таква теорија о квантна гравитација би били потребни како би се та питања решила. Физичари имају много кандидата за такву теорију, од којих је најпопуларнија Теорија струна, али ниједан који не даје довољно експерименталних доказа (или чак довољно експерименталних предвиђања) да се верификује и широко прихвати као тачан опис физичке стварности.

Поред потребе за квантном теоријом гравитације, постоје још две експериментално вођене мистерије повезане са гравитацијом које тек треба да буду разрешене. Научници су открили да за наше тренутно разумевање гравитације која се примењује у свемиру мора постојати једно невиђена привлачна сила (која се назива тамна материја) која помаже држати галаксије заједно и невиђена одбојна сила (зове се тамна енергија) који бржим брзинама гура удаљене галаксије.