बेसिक इंटरेक्शन एंड द फोर्स (पार्ट थ्री): ग्रेविटी के खिलाफ ऑल-आउट अटैक-एक ताकुमी फिजिक्स

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बेसिक इंटरेक्शन एंड द फोर्स (पार्ट थ्री): ग्रेविटी के खिलाफ ऑल-आउट अटैक-एक ताकुमी फिजिक्स (6)

राष्ट्रीय न्यायाधीशों के लिए उत्तरजीविता गाइड: पर्याप्त ज्ञान के साथ अदालत कक्ष में हर चीज का सामना करें।

एक आकाशगंगा में बहुत पहले नहीं, इतनी दूर नहीं... [1]

बल के रहस्यों का पता लगाने के लिए, हमने विद्युत चुम्बकीय, कमजोर और मजबूत बलों को मौलिक बातचीत के रूप में खोजा। हालाँकि, इस प्रक्रिया में, एक रहस्यमयी शक्ति है जिसने अभी तक अपने असली रंगों का खुलासा नहीं किया है। इसकी असीमता और शक्ति ब्रह्मांड के हर कोने में व्याप्त है...

स्टार वार्स की शुरुआत में जरूरी मार्की

स्टार वार्स की शुरुआत में जरूरी मार्की

विज्ञान कथा ग्रंथों, एनीमेशन और वीडियो गेम में गुरुत्वाकर्षण हमेशा एक सामान्य विषय रहा है। प्राचीन काल से, मनुष्यों ने बादलों की सवारी करने में सक्षम होने का सपना देखा है [2] , या पंख हैं 

[3] नीले आकाश में उड़ने के लिए; हवाई जहाज के आविष्कार के बाद, हम एक कदम आगे बढ़े और गुरुत्वाकर्षण का विरोध करने में सक्षम होने की उम्मीद की और पृथ्वी से बच निकलते हैं—तो हमारे पास रॉकेट और अंतरिक्ष यान हैं। हालांकि, हवाई जहाज और रॉकेट के सिद्धांत नए जोर पैदा करके गुरुत्वाकर्षण की बाधाओं का मुकाबला करने के लिए हैं; इसलिए, गुरुत्वाकर्षण को पूरी तरह से अवरुद्ध करने या यहां तक ​​कि गुरुत्वाकर्षण-विरोधी बनाने के प्रयास इतिहास में प्रबल रहे हैं । क्या अधिक है, भले ही महत्व नहीं माना जाता है, एंटी-ग्रेविटी शब्द अच्छा लगता है! ! कॉमिक "डोरेमोन" (पुराना अनुवाद: टिंकर बेल) में, पैरों के तलवों पर एंटी-ग्रेविटी डिवाइस के कारण डोरेमोन को तीन सेंटीमीटर की हवा में निलंबित कर दिया जाता है, ताकि पैरों के तलवे गंदे न हों ।

कॉमिक्स में, डोरेमोन के पैरों के गुरुत्वाकर्षण-विरोधी कार्य का वर्णन 

कॉमिक्स में, डोरेमोन के पैरों के एंटी-ग्रेविटी फंक्शन का वर्णन 

बेशक, गुरुत्वाकर्षण-विरोधी कैसे संभव है, इस पर चर्चा करने से पहले, हमें पहले यह समझना चाहिए कि गुरुत्वाकर्षण क्या है; और सबसे आसान तरीका, निश्चित रूप से, [4] गपशप बोर्ड पोस्ट को किक करने का अंतिम बैच है जिसका शीर्षक है "क्या एनीमे में कोई पात्र हैं जो कर सकते हैं गुरुत्वाकर्षण में हेरफेर? क्या सभी मजबूत गपशप हैं?" लेख। इसके अलावा, हम जूनियर हाई स्कूल की पाठ्यपुस्तकों से इसहाक न्यूटन के सार्वभौमिक गुरुत्वाकर्षण के नियम को भी याद कर सकते हैं

उपरोक्त समीकरण क्या कहता है कि दो वस्तुओं के बीच (आकर्षक) बल उनके द्रव्यमान (क्रमशः m 1 और m 2 ) के गुणनफल के समानुपाती होता है और उनके बीच की दूरी (r) के वर्ग के व्युत्क्रमानुपाती होता है। जी आनुपातिकता का एक स्थिरांक है, जिसे आमतौर पर गुरुत्वाकर्षण स्थिरांक के रूप में जाना जाता है।

हालाँकि, इस प्रसिद्ध सूत्र के साथ एक समस्या है जिसने एक बार हमें परीक्षा में आज़माया था: विज्ञान आज जानता है कि प्रकाश का मार्ग गुरुत्वाकर्षण द्वारा झुक जाएगा ; और तो और, ब्रह्मांड में सबसे रहस्यमय खगोलीय पिंड के रूप में, गुरुत्वाकर्षण भी फंसा सकता है रोशनी। लेकिन, प्रकाश, इसका कोई द्रव्यमान नहीं है! न्यूटन के सूत्र के अनुसार गुरुत्वाकर्षण द्वारा प्रकाश को कैसे आकर्षित किया जा सकता है? [5]

सौभाग्य से हमारे पास अल्बर्ट आइंस्टीन हैं।

लगभग सौ साल पहले, आइंस्टीन का सापेक्षता का सामान्य सिद्धांत सामने आया, जिससे गुरुत्वाकर्षण पर एक नया दृष्टिकोण सामने आया: जिस तरह स्प्रिंग बेड पर रखी सीसे की गेंद से बिस्तर डूब जाएगा, आइंस्टीन का मानना ​​था कि द्रव्यमान वाली वस्तुएं भी डूब जाएंगी। प्रभावित करता है और दिक्-समय की विकृति का कारण बनता है; पास की एक अन्य वस्तु इसकी ओर आकर्षित होगी क्योंकि यह स्पष्ट रूप से दिक्-समय के अवनमन को महसूस करती है-यह सामान्य सापेक्षता में गुरुत्वाकर्षण की सरल व्याख्या है। प्रकाश समय और स्थान में यात्रा करता है, जैसे जमीन पर चलने वाली कार, सड़क पर गड्ढों या ढलानों के प्रभाव से रास्ता बदलना अनिवार्य है। [6]

सूर्य के चारों ओर विकृत वर्ग सूर्य द्वारा रिक्त स्थान-समय का प्रतिनिधित्व करते हैं।  ए द्वारा उत्सर्जित प्रकाश अंतरिक्ष-समय के विरूपण को महसूस करता है और अपना रास्ता बदलता है, ताकि हम देख सकें कि ए बी में मौजूद है, जिसे गुरुत्वाकर्षण लेंस प्रभाव भी कहा जाता है (चित्र का स्रोत)

सूर्य के चारों ओर विकृत वर्ग सूर्य द्वारा रिक्त स्थान-समय का प्रतिनिधित्व करते हैं। ए द्वारा उत्सर्जित प्रकाश अंतरिक्ष-समय के विरूपण को महसूस करता है और अपना रास्ता बदलता है, ताकि हम देख सकें कि ए बी में मौजूद है, जिसे गुरुत्वाकर्षण लेंस प्रभाव भी कहा जाता है 

इसके अलावा, आइए हम अपने स्वयं के अनुभव के बारे में सोचें: जब आप लिफ्ट लेते हैं और लिफ्ट ऊपर जाना शुरू करती है, तो ऐसा लगता है कि अंधेरे में कोई शक्ति है जो आपको नीचे खींचती है, और आपका शरीर भारी होने लगता है (सौभाग्य से, आप तैरना नहीं)। दूसरे शब्दों में, लिफ्ट की चढ़ाई का त्वरण हमें ऐसा महसूस कराएगा कि गुरुत्वाकर्षण का एक अतिरिक्त नीचे की ओर बल है-त्वरण गुरुत्वाकर्षण जैसा प्रभाव पैदा कर सकता है। यह मामला वास्तव में आइंस्टीन द्वारा प्रस्तावित तुल्यता सिद्धांत है: एक छोटे से क्षेत्र में, गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र में पर्यवेक्षक द्वारा महसूस किया जाने वाला भौतिक प्रभाव वैसा ही होता है जैसा पर्यवेक्षक द्वारा गैर-गुरुत्वाकर्षण वातावरण में समान त्वरण के साथ देखा जाता है। भौतिक प्रभाव हैं कुछ अलग नही है। [7]

तुल्यता सिद्धांत को समझने के बाद, आइए हम पहले सीखी गई मुक्त गिरावट की समस्या को याद करें: वायु प्रतिरोध पर विचार किए बिना अलग-अलग द्रव्यमान वाली दो वस्तुओं में से कौन सी तेजी से जमीन पर गिरेगी? तुल्यता सिद्धांत हमें बताता है कि चाहे आप पृथ्वी पर पीसा की मीनार में हों या ब्रह्मांड में नीचे से ऊपर की ओर गति कर रहे अंतरिक्ष यान में हों, प्रयोग का निष्कर्ष एक ही है। हालाँकि, पृथ्वी के विपरीत, गैलीलियो गैलीली को यह साबित करना था कि गिरने वाली वस्तुओं की गति का उनके द्रव्यमान से कोई लेना-देना नहीं है; अंतरिक्ष यान में परिणाम की कल्पना करना बहुत आसान है: जब हम अपने हाथों को जाने देते हैं, तो दोनों नीचे गिरेंगे एक ही समय में जमीन ——क्योंकि यह वास्तव में अंतरिक्ष यान का फर्श था जो दो निलंबित वस्तुओं से टकराया और टकराया।

हम पृथ्वी पर, या एक तेज अंतरिक्ष यान (छवि स्रोत) में अंतर नहीं बता सकते

हम पृथ्वी पर, या एक तेज़ गति वाले अंतरिक्ष यान में अंतर नहीं बता सकते ( छवि स्रोत )

तुल्यता सिद्धांत के जादुई हथियार के साथ, गुरुत्वाकर्षण-विरोधी पहेली अब हमें परेशान नहीं कर सकती है: क्या यह संभव है कि किसी प्रकार का गुरुत्वाकर्षण-विरोधी पदार्थ है, जो न केवल पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से आकर्षित होगा, बल्कि होगा पृथ्वी के गुरुत्वाकर्षण से भी आकर्षित हो?आकाश में पीछे हटाना और "गिरना"?

असंभव! जब हम पर्यावरण को तुल्यता सिद्धांत के अनुसार एक त्वरित अंतरिक्ष यान में ले जाते हैं, तो यह स्पष्ट है कि हवा में निलंबित सब कुछ ऊपर की ओर बढ़ते हुए फर्श से टकराएगा, और कभी भी फर्श से दूर और दूर नहीं जाएगा (जब तक कि हम एक बाहरी लागू नहीं करते) बल)।

इसी तरह, क्या यह संभव है कि कोई ऐसा पदार्थ हो जो गुरुत्वाकर्षण को अलग कर दे, ताकि उस पर रखी वस्तु गुरुत्वाकर्षण के आकर्षण को महसूस न कर सके? उदाहरण के लिए, फिल्म "अपसाइड डाउन" में गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव को रद्द करने वाले पदार्थ पाए जाते हैं।

मैं अपने दादाजी के सम्मान की कसम खाता हूं [8] जवाब अभी भी नहीं है। जब तक अंतरिक्ष यान त्वरण बंद नहीं करता है, तब तक किसी भी निलंबित वस्तु को फर्श से टकराने की गारंटी दी जाती है; इसका मतलब है कि पृथ्वी पर वस्तुएं गुरुत्वाकर्षण की क्रिया के तहत हमेशा नीचे की ओर गिरेंगी [9] - जब तक कि एक दिन, हमें गुरुत्वाकर्षण की गहरी समझ न हो क्वांटम ग्रेविटी [10] की समझ <इंटरस्टेलर> की तरह खोजी गई है , चीजों में घूमने के लिए जगह हो सकती है।

हालांकि, गुरुत्वाकर्षण-विरोधी के अलावा, विज्ञान कथा ग्रंथों में कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण भी एक सामान्य विषय है। स्टार ट्रेक और स्टार वार्स सहित कई फिल्मों में, अंतरिक्ष यान पर मौजूद लोग ऐसे घूमते हैं जैसे वे सतह पर हों। क्या यह संभव है?

स्टारशिप का कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण चालक दल को स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने की अनुमति देता है ("इनटू डार्कनेस: स्टार ट्रेक" से चित्र)

स्टारशिप का कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण चालक दल को स्वतंत्र रूप से स्थानांतरित करने की अनुमति देता है ("इनटू डार्कनेस: स्टार ट्रेक" से चित्र)

वर्तमान वैज्ञानिक अनुभूति के अनुसार, क्योंकि गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान से प्राप्त होता है; जब तक हम एक ग्रह जितना बड़ा द्रव्यमान नहीं बना सकते (जैसे "वर्तमान मातृभूमि में निर्णायक लड़ाई के लिए विशेष हमला अंतिम सामूहिक हथियार" [11] ), अन्यथा यह होगा एक मौलिक अर्थ में संभव नहीं है कि रोजमर्रा के उपयोग के लिए पर्याप्त गुरुत्वाकर्षण उत्पन्न करें।

एक पल इंतज़ार करें! तुल्यता सिद्धांत अब उछलता है: जब तक अंतरिक्ष यान में तेजी आती रहती है, इसका गुरुत्वाकर्षण के समान प्रभाव हो सकता है! लेकिन अभी भी एक व्यावहारिक समस्या है - अंतरिक्ष यान जल्द ही उस अधिकतम गति तक पहुंच जाएगा जिसके लिए इसे डिजाइन किया गया है, और इसमें तेजी जारी नहीं रह सकती है।

आम तौर पर, सबसे व्यावहारिक समाधान आज अंतरिक्ष यान को एक सिलेंडर या रिंग में बनाना है, और लोगों को "ठीक" करने के लिए रोटेशन के दौरान केन्द्रापसारक बल का उपयोग करना है (ठीक उसी तरह जब घर पर कपड़े धोने की मशीन निर्जलीकरण कर रही हो, तो अंदर के कपड़े चिपक जाएंगे रोलर पर)। इसलिए, हम देख सकते हैं कि "इंटरस्टेलर इफेक्ट" में, नायक का शनि के लिए अंतरिक्ष यान एक अंगूठी के आकार में बनाया गया है, और गुरुत्वाकर्षण बनाने के लिए रोटेशन का उपयोग करता है (इसमें चक्कर आने की संभावना का भी उल्लेख किया गया है); उसी समय, कूपर अंतरिक्ष स्टेशन फिल्म के अंत (कूपर स्टेशन) को इस कारण से एक सिलेंडर में बनाया जा सकता है, और घर को सिलेंडर की भीतरी दीवार के अनुसार बनाया जाता है। [12]

"इंटरस्टेलर इफेक्ट्स" में अंगूठी के आकार का अंतरिक्ष यान धीरज कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण (चित्र स्रोत) बनाने के लिए रोटेशन का उपयोग करता है।

"इंटरस्टेलर इफेक्ट्स" में अंगूठी के आकार का अंतरिक्ष यान धीरज कृत्रिम गुरुत्वाकर्षण बनाने के लिए रोटेशन का उपयोग करता है ( चित्र स्रोत )

हालाँकि, भले ही हम गुरुत्वाकर्षण के प्रभाव का अनुकरण करने के लिए केन्द्रापसारक बल का उपयोग कर सकते हैं, "स्टार ट्रेक" या "स्टार वार्स" में अंतरिक्ष यान बिल्कुल भी घूमते हुए नहीं लगते; यदि जमीन स्थिर है, तो गुरुत्वाकर्षण कैसे बनाया जा सकता है? यह केवल इतना ही कहा जा सकता है कि वर्तमान वैज्ञानिक ज्ञान के अनुसार, यह एक असंभव कार्य है, भले ही आप टॉम से पूछें। टॉम क्रूज़ [13] के साथ भी ऐसा ही है । दूसरे शब्दों में, उनके पास वास्तव में वर्तमान पृथ्वीवासियों से परे तकनीकी शक्ति है!

पिछले दो अध्यायों में, हमने उल्लेख किया है कि विद्युत चुम्बकीय बल, कमजोर बल और मजबूत बल में संचरण के लिए जिम्मेदार कण होते हैं। उपरोक्त के समान, भौतिक विज्ञानी भी मानते हैं कि गुरुत्वाकर्षण गुरुत्वाकर्षण द्वारा प्रेषित होता है। हालांकि, गुरुत्वाकर्षण अभी तक नहीं देखा गया है [14] ; क्वांटम गुरुत्व का सिद्धांत अभी भी विकास के अधीन है, और सिद्धांत के पूरा होने से पहले अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना है। गुरुत्वाकर्षण, हालांकि हमारे जीवन में व्याप्त है, आज बहुत सीमित है।

अब तक, हमें ज्ञात बुनियादी अंतःक्रियाओं की सामान्य समझ है। अगले अध्याय में, बल की खोज की महाकाव्य यात्रा अपने अंतिम अध्याय में प्रवेश करने वाली है! इसे याद करना अफ़सोस की बात है! कृपया पूरा ध्यान दें!