"गुरुत्वाकर्षण" च्या विविध आवृत्यांमधील फरक

छो
बदलांचा आढावा नाही
छो
[[वस्तुमान]] असलेल्या कोणत्याही दोन वस्तूंच्या एकमेकांकडे आकर्षिल्या जाण्याच्या प्रवृत्तीला '''गुरुत्वाकर्षण''' असे म्हणतात. वजन म्हणजे जमिनीच्या दिशेने असणाऱ्या गुरुत्वाकर्षणामुळे मिळणारे [[त्वरण]] आणि [[वस्तुमान]] यांच्या गुणाकाराएवढे बल. या क्षेत्रात अफाट संशोधन होऊनही दूरदूर ठेवलेल्या दोन वस्तूंमध्ये गुरुत्वाकर्षण का असते हे अजूनही पूर्णपणे समजलेले नाही.
 
गुरुत्वाकर्षण हे [[विद्युतचुंबकत्व]] आणि नाभिकीय दृढ अंतर्प्रभाव व अदृढ अंतर्प्रभाव ह्या तिघांसोबत प्रकृतीतील चार मूलभूत अंतर्प्रभावांमधीलअंतःप्रभावांमधील एक आहे. गुरुत्वाकर्षणाला गणितीय सूत्रात बसवण्यात प्रथम [[आयझॅक न्यूटन]] यशस्वी ठरला. त्याने [[न्यूटनचा वैश्विक गुरुत्वाकर्षणाचा नियम|वैश्विक गुरुत्वाकर्षणाचा नियम]] मांडला. पण गुरुत्वाकर्षणाच्या न्यूटनच्या नियमांची जागा आता [[अल्बर्ट आइनस्टाइन|अल्बर्ट आइनस्टाइनच्या]] [[साधारण सापेक्षता सिद्धान्त|सर्वसाधारण सापेक्षता सिद्धान्ताने]] घेतली आहे. न्यूटनचे नियम प्रकाशापेक्षा फार कमी वेग असणाऱ्या वस्तूंसाठी पुरेसे अचूक आहेत. यासाठी ते नियम सर्वत्रअजूनही बहुतेक जागी वापरलेलागू जातातहोतात.
 
विश्वनिर्मितीच्या दृष्टिकोनातून पाहिले, तर गुरुत्वाकर्षणामुळे पसरलेले पदार्थ संगठित होऊन अखंड राहतात. त्यामुळेच ग्रह, तारे व दीर्घिकांसारख्या स्थूलमानीय वस्तू बनतात. पृथ्वी व इतर ग्रहांच्या सूर्याभोवती, चंद्राची पृथ्वीभोवती अश्या कक्षासुद्धा गुरुत्वाकर्षणामुळेच कायम असतात. संवहन व भरती-ओहोटी अशा पृथ्वीवर पाहिल्या जाणाऱ्या घटनांपासून ते तारकांच्या आंतरिक भागांमधील उष्णतेसारख्या घटनांपर्यंत भरपूर तथ्यांमध्ये गुरुत्वाकर्षणाचा वाटा आहे.
 
विश्वनिर्मितीच्या दृष्टिकोनातून पाहिले, तर गुरुत्वाकर्षणामुळे पसरलेले पदार्थ संगठित होऊन अखंड राहतात. त्यामुळेच ग्रह, तारे व दीर्घिकांसारख्या स्थूलमानीयस्थूल वस्तू बनतात. पृथ्वी व इतर ग्रहांच्या सूर्याभोवती, चंद्राची पृथ्वीभोवती अश्या कक्षासुद्धा गुरुत्वाकर्षणामुळेच कायम असतात. संवहन व भरती-ओहोटी अशा पृथ्वीवर पाहिल्या जाणाऱ्या घटनांपासून ते तारकांच्या आंतरिक भागांमधील उष्णतेसारख्या घटनांपर्यंत भरपूर तथ्यांमध्येगोष्टींमध्ये गुरुत्वाकर्षणाचा वाटा आहे.
 
== गुरुत्वाकर्षणाच्या संकल्पनेचा इतिहास आणि वाटचाल ==
=== पुरातन संकल्पना ===
==== अ‍ॅरिस्टॉटल ====
अ‍ॅरिस्टॉटलची अशी कल्पना होती की जड वस्तू हलक्या वस्तूंपेक्षा अधिक वेगाने खाली पडतात. त्याच्या मतानुसार पृथ्वीचे केंद्र (जे विश्वाचेही केंद्र मानले जात होते) ते जड वस्तूंना आकर्षित करते. जेवढी वस्तू जड, तेवढे जास्त आकर्षण असते. ही कल्पना पुढे चुकीची असल्याचे सिद्ध झाले.
 
==== टॉलेमी ====
ज्यामुळे पृथ्वी सर्व वस्तू तिच्या पृष्ठभागावर ओढून ठेवते, आणि म्हणून सर्व विश्व सुरळीतपणे काम करते अशा पृथ्वीच्या केंद्राकडे ओढणाऱ्या बलाची कल्पना टॉलेमीला होती.
 
====ब्रह्मगुप्त====
७व्या शतकामधील भारतीय गणितज्ञ व खगोलशास्त्रज्ञ ब्रह्मगुप्त, ह्याच्या मते पृथ्वी गोलाकार होती. हा दृष्टिकोन तत्कालीन पृथ्वी सपाट अथवा पोकळ असल्याच्या पौराणिक दृष्टिकोनाच्या विपरीत होता. ब्रह्मगुप्ताने सांगितल्या प्रमाणे :
<blockquote><p>"परंतु तसे [पृथ्वी गोल] नसल्यास पृथ्वी स्वर्गाच्या व वेळेच्या प्रणांशी एकविध व समान गती ठेवण्यास असफल राहील. [...] '''सर्व भारी वस्तू पृथ्वीच्या केंद्राकडे आकर्षित होतात.''' [...] पृथ्वी सर्व बाजूने समान आहे; पृथ्वीवर सगळे जण सरळ उभे राहतात, आणि प्रकृतीच्या नियमानुसार सगळ्या भारी वस्तू पृथ्वीकडे खाली पडतात, कारण '''वस्तूंना आकर्षित करणे व जवळ ठेवणे ही पृथ्वीची प्रवृत्ती आहे''', जशी पाण्याची वाहण्याची, अग्नीची जळण्याची व वाऱ्याची वाहण्याची प्रवृत्ती आहे. [...] पृथ्वी ही एकमेव खालची वस्तू आहे व बीजवस्तू नेहमी तिच्याकडे परत येतात,; तुम्ही त्यांना कोणत्याही दिशेत फेका, तेत्या कधी पृथ्वीपासून वरती जात नाहीत."<ref>ब्रह्मगुप्त, ब्रह्मस्फुटसिद्धान्त (६२८)</ref> </p>
</blockquote>
 
=== आधुनिक संकल्पना ===
==== न्यूटनचा वैश्विक गुरुत्वाकर्षणाचा नियम ====
[[File:Sir Isaac Newton (1643-1727).jpg|thumb|[[आयझॅक न्यूटन|सर आयझॅक न्यूटन]], इंग्रज भौतिकशास्त्रज्ञ, ज्याने वैश्विक गुरुर्त्वाकर्षणाचागुरुत्वाकर्षणाचा नियम मांडला]]. आपल्या १६८७ मध्ये न्यूटननेलिहिलेल्या 'प्रिन्सिपिया' ह्या ग्रंथात न्यूटनने वैश्विक गुरुत्वाकर्षणाच्या नियमाची परिकल्पना मांडली. त्यच्यात्याच्या स्वतःच्या शब्दांत:
<blockquote> मी असा तर्क केला की जी बले ग्रहांना आपल्या गोलकात ठेवतात, ती बले परिक्रमणाच्या केंद्रापासूनच्या अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात नक्की [असावीअसावीत]: आणि या प्रकारे मी चंद्राला पृथ्वीभोवतीच्या गोलकात ठेवायला लागणाऱ्या बलाची तुलना पृथ्वीच्या पृष्ठभागाच्या गुरुत्वाकर्षणाशी केली; आणि त्याचे नीटनेटके उत्तर मिळाले.<ref>चंद्रशेखर, सुब्रह्मण्यन (२००३). न्यूटन्स प्रिन्सिपिया फॉर द कॉमन रीडर (Newton's Principia for the common reader). ऑक्सफर्ड: ऑक्सफर्ड विद्यापीठ मुद्रणालय. (pp.1–2).</ref></blockquote>
 
[[न्यूटनचा वैश्विक गुरुत्वाकर्षणाचा नियम]] खालीलप्रमाणे आहे:
{| style="padding:5px;"
|-
|colspan=2| प्रत्येक वस्तुमान बिंदू इतर प्रत्येक वस्तुमान बिंदूला दोन्ही बिंदूंना जोडणाऱ्या रेषेत, एका बलाने आकर्षितो. हे बल दोन वस्तुमानांच्या गुणाकाराच्या समप्रमाणात आणि त्यांच्यामधल्या अंतराच्या वर्गाच्या व्यस्त प्रमाणात असते: <ref>{{स्रोत पुस्तक| पहिलेनाव = आयझॅक| आडनाव = न्यूटन| सहलेखक = बर्नार्ड कोहेन, आय्.; व्हिट्मॅन, ॲन (अनुवादक)| शीर्षक = द प्रिन्सिपिया: मॅथेमॅटिकल प्रिन्सिपल्स् ऑफ नॅच्युरलनॅचरल फिलॉसॉफी. प्रिसीडेड बाय अ गाइड टू न्यूटन्स् प्रिन्सिपिया, बाय आय. बर्नार्ड कोहेन. (The Principia: Mathematical Principles of Natural Philosophy. Preceded by A Guide to Newton's Principia, by I.Bernard Cohen.)| भाषा = लॅटिन मधूनलॅटिनमधून भाषांतरित; एंग्रजीइंग्रजी| प्रकाशक = कॅलिफोर्निया विद्यापीठ मुद्रणालय| वर्ष = १९९९| पृष्ठ = ९५६| आयएसबीएन = 0520088166, 0520088174| अवतरण = विधान ७५, प्रमेय ३५}}</ref>
|-
|valign="top"|
 
=====न्यूटनच्या नियमात त्रुटी=====
कमी वेग आणि ऊर्जा असलेल्या वस्तुमानांसंबंधित असापेक्षीय गणनांसाठी न्यूटनचा नियम जवळजवळ अचूक ठरतो. हा नियम वापरून अंतराळयानांचे प्रक्षेपपथ सुद्धा बऱ्यापैकी अचूक प्रकारे हा नियम वापरून काढणे शक्य आहे. तसेअसे असले तरीही सापेक्षीय गणनांसाठी ह्या नियमाने बरोबर उत्तर येत नाही. एक महत्त्वाचे उदाहरण म्हणजे [[बुध ग्रह|बुध ग्रहाच्या]] कक्षेतील छोट्या विसंगती. १९व्या शतकाच्या अंतापर्यंत हे माहीत होते की बुधाच्या कक्षेतील जे काही क्षोभ होते जेते न्यूटनच्या नियमाचा आधार घेऊन हिशेबात घेणे शक्य नव्हते, व म्हणून असे मानले जायचे की बुधाच्याहूनही सूर्याच्या जवळ एक प्रक्षोभकारी वस्तू असावी. ह्या वस्तूचा शोध निष्फळ राहिला. [[अल्बर्ट आइनस्टाइन|अल्बर्ट आइनस्टाइनच्या]] सापेक्षता सिद्धांतानेसिद्धान्ताने हे क्षोभ हिशेबात घेतले. परंतु असे असले तरीही बहुतेक जागी न्यूटनचाच नियम वापरण्यात येतो कारण तो वापरण्यात फार सोपा आहे आणि तो वापरून नीटनेटके उत्तर सुद्धाउत्तरही मिळते.
 
====समतुल्यता सिद्धान्त आणि आइन्स्टाइनची संकल्पना ====
{{सामान्य सापेक्षता}}
[[चित्र:GPB_circling_earth.jpg|right|thumb|काल-अवकाशात आलेल्या वक्रतेचे द्विमित सादृश्य चित्र. ह्या चित्रातील रेषा काही खरोखर वक्रता दर्शवत नाहीत पण त्या वक्र काल-अवकाशावर लादलेली सहनिर्देशक प्रणाली दर्शित करतातदाखवतात. सरळ काल-अवकाशात ही प्रणाली सरळरेषीय जाळीच्या रूपात असते. ह्या वक्र काल-अवकाशात असलेल्या कोणत्याही वस्तूच्या स्वदृष्टिकोनात ती वस्तू स्थानिकरित्या काल-अवकाशात सरळ पथावरच चालते.<ref>http://www.black-holes.org/relativity6.html</ref>]]
समतुल्यता तत्त्वाचा मूळ अर्थ असा की सर्व वस्तू एकच प्रकारे पडतात. गुरुत्वीय क्षेत्रामधील कोणत्याही वस्तूचे प्रक्षेपपथ फक्त त्या वस्तूच्या प्रारंभिक गती व स्थानावर अवलंबून असते व वस्तूच्या स्वरूपाशी निरवलंबी असते.<ref>पॉल एस. वेसन (२००६). पंचमितीय भौतिकशास्त्र (Five-dimensional Physics). World Scientific. पान ८२.</ref> [[साधारण सापेक्षता|साधारण सापेक्षता सिद्धान्ताची]] सुरुवातच ह्या समतुल्यता सिद्धान्ताने होते, आणि [[अल्बर्ट आइनस्टाइन|अल्बर्ट आइनस्टाइनप्रमाणे]] मुक्त पतनात कोणत्याही वस्तूवर (वातरोध सोडून) [[त्वरण]] लागत नाही, म्हणजेच ती जडत्वीय चौकटीत असते. पृथ्वीवर स्थित निरीक्षकाला स्वत:च्या त्वरणाच्या सापेक्ष त्या वस्तूवर त्वरण आहे असे वाटते.
 
आइनस्टाइनच्या मते गुरुत्वाकर्षण म्हणजे [[वस्तुमान]] असलेल्या कोणत्याही वस्तूने तिच्याभोवतीच्या [[काल-अवकाश|काल-अवकाशात]] निर्माण केलेली वक्रता होय. ताणून धरलेल्या लवचीक पडद्यावर एखादी जड वस्तू ठेवली असता पडदा जसा त्या वस्तूभोवती थोडा वाकतो, त्याच रितीने [[वस्तुमान]] असलेली कोणतीही वस्तू तिच्याभोवतीच्या [[काल-अवकाश|काल-अवकाशाला]] वाकवते (वक्रता निर्माण करते), आणि तो वाकवण्याचा गुणधर्म म्हणजेच वस्तूचे गुरुत्वाकर्षण.
 
मुक्त पतनात कोणतीही वस्तू वक्र काल-अवकाशात स्थानिकरीत्या सरळ पथावर चालते. ह्या पथांना अल्पिष्ट रेषा (geodesic) असे म्हणतात. जेव्हा वस्तूवर बल लागते, तेव्हा ती वस्तू त्या अल्पिष्ट रेषेपासून विचलित होते. उदाहरणतः आपण स्वत: जेव्हा पृथ्वीवर उभे राहतो तेव्हा आपण अल्पिष्ट रेषेपासून विचलित होतो. अश्या वेळी पृथ्वीचा भौतिक रोधामुळे आपल्यावर बल लागते, आणि म्हणून आपण स्वतःच जमिनीवर अजडत्वीय स्थितीत राहतो.<ref>ड्मिट्री पोगोस्यॅन. "व्याख्यान २०: कृष्णविवर—आइन्स्टाइन समतुल्यता सिद्धान्त (Black Holes—The Einstein Equivalence Principle)". ॲल्बर्टाअल्बर्टा विद्यापीठ. </ref>
 
=====आइन्स्टाइनची क्षेत्र समीकरणे=====
आइन्स्टाइनने साधारण सापेक्षतेसाठीची क्षेत्र समीकरणे शोधून काढली. ही समीकरणे वस्तुमानाचा काल-अवकाशातील वक्रतेशी संबंध जोडतात. ह्यांना [[आइनस्टाइनची क्षेत्र समीकरणे]] असे म्हणतात. ही १० एकसामायिक, अरेषीय विकलन समीकरणे आहेत. ह्यांच्या उकली म्हणजे काल-अवकाशाच्या दूरिक प्रदिशाचे घटक. दूरिक प्रदिश हा काल-अवकाशाची भूमिती रेखाटतो व त्याच्या मदतीने काल-अवकाशातील अल्पिष्ट रेषा काढू शकतो.
 
आइनस्टाइनची क्षेत्र समीकरणे खालीलप्रमाणे लिहिली जातात :
 
 
====गुरुत्वाकर्षण आणि पुंज यामिकी====
साधारण सापेक्षतेच्या शोधाच्या काही दशकांनंतर असे लक्षात आले की साधारण सापेक्षता व पुंज यामिकी ही एकमेकांशी विसंगत आहेत.<ref>{{स्रोत पुस्तक | पहिलेनाव = लीसा | आडनाव =रँडल | शीर्षक = वॉर्प्ड पॅसेजेस : अनरॅव्हलिंग द यूनिव्हर्सेसयुनिव्हर्सेस हिडन डायमेन्शन्स (Warped Passages: Unraveling the Universe's Hidden Dimensions) | भाषा = इंग्रजी | प्रकाशक = एको (Ecco) | वर्ष = २००५ | आयएसबीएन = 0-06-053108-8. }}</ref> गुरुत्वाकर्षणाचे अन्य बलांप्रमाणे पुंजक्षेत्र सिद्धान्ताने स्पष्टीकरण देणे शक्य आहे. त्यानुसार, जसे विद्युत्चुंबकीय बल कल्पित प्रकाशकणांच्या अदलाबदलीमुळे निर्माण होते, तसे गुरुत्वाकर्षणाचे बल कल्पित गुरुत्वाणूंच्या अदलाबदलीमुळे निर्माण होते असे मांडता येते. <ref>{{स्रोत पुस्तक | पहिलेनाव = रि. फि.| आडनाव =फेन्मन | सहलेखक =मोरिनिगो, एफ. बी.; वॅग्नर, डब्ल्यू. जी.; हॅटफील्ड, बी.| शीर्षक = गुरुत्वाकर्षणावरील फेन्मनची व्याख्याने (Feynman lectures on gravitation) | भाषा = इंग्रजी | प्रकाशक = ॲडिसन-वेस्ली (Addison-Wesley) | वर्ष = १९९५ | आयएसबीएन = 0-201-62734-5 }}</ref><ref>{{स्रोत पुस्तक | पहिलेनाव = ए.| आडनाव =झी | शीर्षक = क्वांटम फील्ड थियरी इन अ नटशेल (Quantum Field Theory in a Nutshell) | भाषा = इंग्रजी | प्रकाशक = प्रिन्स्टन विद्यापीठ मुद्रणालय | वर्ष = २००३ | आयएसबीएन = =0-691-01019-6}}</ref>. परंतु प्लँक परिणामक्रमाच्या अंतरांच्या आसपास हे स्पष्टीकरण चुकीचे ठरते. त्यामुळे आज अधिक परिपूर्ण पुंज गुरुत्वाकर्षणाच्या सिद्धान्ताची गरज भासते आहे.<ref>रँडल, लीसा (२००५)</ref>
 
== गुरुत्वाकर्षणाचे स्वरूप ==
===पृथ्वीचे गुरुत्वाकर्षण===
[[चित्र:GRACE globe animation.gif|इवलेसे|डावे|पृथ्वीच्या सैद्धांतिक साधारण गुरुत्वाकर्षणापासूनच्या विचलनाचे चित्रण. लाल क्षेत्रांजवळक्षेत्रांजवळील आकर्षण साधारणहूनसाधारण आकर्षणाहून सर्वाधिक (+५•१०<sup>-४</sup> मि./से.<sup>-२</sup> अशा अंतराने) ताकदवान आहे व निळ्या क्शेत्रांजवळक्षेत्रांजवळील आकर्षण साधारणहून सर्वाधिक (-५•१०<sup>-४</sup> मि./से.<sup>-२</sup> अशा अंतराने) कमजोर आहे.]]
 
इतर ग्रहांसारखेच, पृथ्वीचेप्रत्येक वस्तूवर आकर्षक बल लावणारे सुद्धापृथ्वीचेही स्वत:भोवतीभोवतीचे गुरुत्व क्षेत्र आहे,. जेहे प्रत्येकक्षेत्र वस्तूवर आकर्षक बल लावते व जे संख्यात्मकदृश्ट्यासंख्यात्मकदृष्ट्या त्या वस्तूच्या त्वरणाच्या समान असते. पृथ्वीच्या पृष्टभागावरील त्याच्या परिमाणाला ''g'' किंवा ''g<sub>0</sub>'' असेया अक्षराने दर्शवतात. वजन व मापांच्या अंतरराष्ट्रीयआंतरराष्ट्रीय ब्यूरोप्रमाणे अंतरराष्ट्रीयआंतरराष्ट्रीय गणना पद्धतीनुसार पृथ्वीच्या गुरुत्वाकर्षणामुळे असणारे साधारण त्वरण खालीलप्रमाणे आहे:
 
<math>g =9.80665 \ m\cdot s^{-2}</math> <ref>{{स्रोत पुस्तक | पहिलेनाव = वजन व मापांचे अंतरराष्ट्रीयआंतरराष्ट्रीय ब्यूरो (Bureau International des Poids et Mesures)| शीर्षक = The International System of Units (SI) | भाषा = इंग्रजी | प्रकाशक = वजन व मापांचे अंतरराष्ट्रीय ब्यूरो (Bureau International des Poids et Mesures) | वर्ष = २००५| पृष्ठ = १४३| अवतरण = घोषणा ३, परिशिष्ट १ }}</ref>
 
ह्याचा अर्थ असा की, वातरोध वगळता, पृथ्वीपृथ्वीजवळ जवळ पडणारीपडणाऱ्या कोणत्याही वस्तूची गती आपल्या उगमाच्याउगमापासूनच्या प्रत्येक सेकंदातसेकंदानंतर ९.८०६६५ मि./से. ह्या प्रमाणानेप्रमाणात वाढते.
 
[[चित्र:Gravity action-reaction.gif|इवलेसे|पृथ्वीच्या तुलनेचे वस्तुमान असलेली वस्तु पृथ्वीजवळ पडत असल्यास पृथ्वीचे त्वरण पाहता येईल.]]
न्यूटनच्या गतिविषयक [[न्यूटनचे गतीचे नियम|तिसऱ्या नियमानुसार]] पृथ्वीवर सुद्धापृथ्वीवरसुद्धा तेवढ्याच प्रमाणात विरुद्ध दिशेतदिशेने लागणारे एक बल लागतेअसते. म्हणजेच की पृथ्वीवरसुद्धा तवरण लागते ज्यामुळेत्यामुळे पृथ्वी त्या वस्तुजवळवस्तूजवळ येतेसरकते. पण वस्तुच्यावस्तूच्या तुलनेत पृथ्वीचे वस्तुमान फारच जास्त असल्यामुळे हे त्वरणबल अतिशय किरकोळ असते.
 
गुरुत्वाकर्षण व्यतिरिक्त पृथ्वीवर स्थित वस्तूवर फिरणाऱ्या पृथ्विबद्धपृथ्वीच्या संदर्भ चौकटीत असल्यामुळे, गुरुत्वाकर्षणाव्यतिरिक्त पृथ्वीवरील वस्तूवर एक अपकेंद्री बल सुद्धा लागतेलागू होते.
 
== बलैकत्रीकरणाचा सिद्धान्त ==
५५,१००

संपादने