Mekaniske forklaringer på tyngdekraften

De mekaniske forklaringer af tyngdekraften (også kinetiske teorier af tyngdekraften , eller tryk teorier eller indvirkning teorier om tyngdekraften ) er forsøg på at forklare loven af tyngdekraften ved hjælp af de enkle mekaniske fænomener tryk , virkninger og friktion . En langtrækkende handling , der oprindeligt blev betragtet som et koncept, der ikke tilhørte mekanikken, bør undgås. Disse teorier, der hovedsageligt blev udviklet mellem det 16. og 19. århundrede i forbindelse med æteren , betragtes ikke længere som nyttige forklaringer på tyngdekraften. Den nuværende standardmodel til beskrivelse af tyngdekraften er generel relativitet .

afskærmning

Denne sandsynligvis mest kendte mekanistiske forklaringsmodel blev først udviklet af Nicolas Fatio de Duillier (1690) og senere af blandt andre Georges-Louis Le Sage (1748), Lord Kelvin (1872), Hendrik Antoon Lorentz (1900) og af James Kontorist Maxwell (1875) og Henri Poincaré (1908) kritiserede.

Teoriens grundlæggende antagelse er eksistensen af ​​et rum , der stort set er isotropisk udfyldt af et strålingsfelt bestående af forskellige partikler (korpuskler) eller bølger . Disse bevæger sig i en lige linje i alle mulige retninger med en konstant, meget høj hastighed. Når en partikel rammer et legeme, overfører det noget momentum til det. Hvis der kun er et legeme A, udsættes det for et jævnt tryk , dvs. det er i en ligevægt af kræfter på grund af stødene, der virker i alle retninger og vil ikke bevæge sig. Men hvis der er et andet legeme B, fungerer det som en skærm, fordi A rammes af færre partikler fra retning B end fra den anden side, og det samme gælder omvendt. A og B skygger hinanden, og dette skaber et negativt tryk på siderne, der vender mod hinanden. Dette skaber en tilsyneladende attraktiv kraft, der virker nøjagtigt i retning af den anden krop.

Gennemtrængning, svækkelse og proportionalitet med massen

Loven i afstand blev forklaret som følger: Hvis man forestiller en sfærisk overflade (kugle) omkring et organ, som skal gennemløbes af både det reflekterede og de indkommende partikler, bliver det klart, at størrelsen af de sfære stiger proportionalt med kvadratet af afstanden. Imidlertid forbliver antallet af partikler, der er tale om i disse voksende sektioner, det samme, og deres densitet falder således. Og for at opnå proportionaliteten med massen blev det antaget, at sagen stort set består af et tomt rum, og at partiklerne, som antages at være meget små, let kan trænge igennem kroppen. Dette betyder, at partiklerne trænger ind i kroppen, interagerer med alle stofkomponenter, er delvist afskærmet eller absorberet og derefter svækket ud igen.

kritik

Denne teori blev hovedsagelig afvist af termodynamiske grunde, for da skyggedannelse kun opstår, når partiklerne eller bølgerne i det mindste delvist absorberes, ville der være behov for en enorm uovervåget opvarmning. Som i ether vortex-teorien er modstanden i bevægelsesretningen et stort problem, som kan løses ved at antage meget højere hastigheder for partiklerne end lysets , hvilket forværrer det termiske problem.

hvirvel

Virvler af flydende himmelsk stof - ofte benævnt ether - omkring faste stjerner og planeter ifølge René Descartes

På baggrund af filosofiske overvejelser forklarede René Descartes i 1644, at der ikke kunne eksistere noget tomt rum (rum = fysisk volumenholdig del af universet eller miljøet adskilt fra omverdenen) og derfor skulle rummet være fyldt med stof . I princippet bevæger sig delene af denne sag i en lige linje, men fordi de er tæt på hinanden, kan de ikke bevæge sig frit, og Descartes konkluderer ud fra dette, at al bevægelse grundlæggende er cirkulær eller hvirvelformet . Descartes skelner yderligere mellem forskellige former og størrelser af stof, idet stof består af grovere dele, der modstår cirkulær bevægelse stærkere end finere stof. På grund af en slags centrifugalkraft har den finere sag nu en tendens til at bevæge sig længere og længere væk fra centrum. Dette fører til en kompression af denne sag ved hvirvlernes ydre kanter. Det grovere stof kan ikke kun følge denne bevægelse på grund af dets inerti , men presses ind i midten af ​​vortexen af trykket fra det komprimerede finere stof, der er placeret på vortexens ydre kanter. Ifølge Descartes er dette tryk i midten intet andet end tyngdekraften. Descartes sammenlignede denne mekanisme af flydende himmelsk materiale med det faktum, at hvis du lægger væsken i en beholder fyldt med vand og lader små stykker let stof (f.eks. Træ) falde ind i karret, ville dette blive midt i Will samle beholder.

Efter de grundlæggende forudsætninger i Descartes designede Christiaan Huygens en meget mere præcis hvirvelmodel mellem 1669 og 1690 eller den første matematisk udarbejdede tyngdekraftsteori. Han antog, at det æteriske stof bevæger sig jævnt i alle retninger, men kastes tilbage ved vortexens ydre grænser og forekommer der i større koncentration eller tæthed, som med Descartes. Dette fører til, at det finere stof også skubber det grovere stof indad med ham. Huygens fandt ud af, at centrifugalkraften, der virker på et legeme, er lig med dets tyngdekraft ( centripetal kraft ). Han postulerede også, at normal materie stort set skal bestå af tomt rum, så det æteriske stof kan trænge igennem det jævnt. Han konkluderede, at det fine æteriske stof bevæger sig meget hurtigere, end jorden roterer. På dette tidspunkt udviklede Newton sin teori om tyngdekraft baseret på tiltrækning, hvilket Huygens fandt utilstrækkelig på grund af manglen på en mekanisk begrundelse. Newtons opdagelse af, at tyngdekraften er underlagt afstandsloven, overraskede Huygens, og han forsøgte at tage dette i betragtning ved at antage, at hastigheden af ​​ether blev mindre og mindre på større afstande, det vil sige dybest set overholdt Keplers 3. lov .

kritik

Newton protesterede mod teorien om, at strømningsmodstanden i retning af bevægelse skal føre til mærkbare afvigelser fra banerne , men dette observeres ikke. Måner bevæger sig også ofte i forskellige retninger, hvilket taler imod vortex-opfattelsen. Ifølge Horst Zehe ødelægger Huygens 'teori sig selv, fordi en gravitationsteori skulle forklare Keplers love fra tyngdekraftsmekanismen og ikke skulle forudsætte den.

Strømme

Isaac Newton antog omkring 1675, at tyngdekraft stammer fra det faktum, at tyngdekraftsetheren kan sammenlignes med en væske, der kondenserer på overfladen af ​​normalt stof. Dette skaber en strøm, der bærer de omgivende masser proportionalt med 1 / r².

Svarende til Newton, men udarbejdet i større matematiske detaljer, antog Bernhard Riemann omkring 1853, at tyngdekraftsetheren repræsenterer en ukomprimerbar væske, og normal materie skal forstås som "dræn" i denne ether. Det betyder, æterisk materiale ødelægges eller absorberes af legemerne proportionalt med deres masser og overføres således til en anden verden eller dimension, så der opstår en strøm omkring hver krop, som bærer alle omkringliggende kroppe med sig mod centrum af massen.

Ivan Ossipowitsch Jarkowski antog i 1888, at den absorberede ether hverken er ødelagt eller flydende, men omdannes til nye kemiske grundstoffer , som formodes at få jorden til at ekspandere .

kritik

Som med Le Sage-tyngdekraften er den sporløse forsvinden af ​​energi i organerne i strid med loven om bevarelse af energi , og der bør også være en strømningsmodstand i bevægelsesretningen. En skabelse af nyt stof overholdes heller ikke.

Statisk ether

I modsætning til hans første forklaring foreslog Newton senere (1717) en statisk ether, der bliver tyndere og tyndere i nærheden af ​​himmellegemerne, og analogt med den statiske opdrift i væsker er der en kraft, der virker i retning af jorden. (Newton gav imidlertid ingen grund til, at tætheden skulle falde med afstandsloven ). Han minimerede den sædvanlige modstand i bevægelsesretningen for bevægelige kroppe i væsker ved at antage en ekstremt lav densitet af tyngdekraftsetheren. Newton er nødt til at ønske at blive oprettet ved at påpege enhver hypotese, distanceret nogensinde af alle mekaniske forklaringer og muligvis - at være vidne til nogle af hans venner som Nicolas Fatio de Duillier eller David Gregory - forudsat at tyngdekraften direkte til Guds vilje er baseret.

Ligesom Newton antog Leonhard Euler omkring 1760, at tyngdekraftsetheren ville miste tæthed i overensstemmelse med loven om afstand i nærheden af ​​ligene, men selv han gav ingen grund til dette fald i densitet. Ligesom Huygens, Fatio og Le Sage antog han, at stof havde meget fine porer, som æteren let kunne trænge ind for at opretholde masseproportionalitet.

kritik

Som Newton og Euler selv indrømmede, er der ingen begrundelse her, hvorfor æterens tæthed overhovedet skal ændres. James Clerk Maxwell påpegede også, at der i denne " hydrostatiske " model er en enorm belastning på æteren, der kan defineres som stiv, hvilket er ca. 3000 gange stærkere end det mest modstandsdygtige stål, der vides på det tidspunkt, kunne modstå.

bølger

Robert Hooke spekulerede i 1671, at tyngdekraft kan opstå fra kroppe, der genererer bølger, der styrter gennem æteren i alle retninger. Andre kroppe, der interagerer med disse bølger, bevæger sig derefter mod bølgekilden. Hookes så dette som en analogi til det faktum, at små genstande på en forstyrret vandoverflade bevæger sig mod centrum af forstyrrelsen.

En lignende teori blev matematisk udarbejdet af James Challis fra 1859 til 1876. Han beregnede, at tiltrækningstilfældet opstår, når bølgelængden er stor sammenlignet med afstanden mellem de gravitationslegemer. Hvis bølgelængden er lille, afviser kroppen hinanden. Gennem en kombination af disse effekter forsøgte han også at forklare alle andre kræfter.

kritik

Maxwell protesterede mod, at denne konstante regenerering af bølger skal gå hånd i hånd med et uendeligt forbrug af energi, hvilket ikke er kompatibelt med loven om bevarelse af energi. Challis indrømmede selv, at han på grund af processernes kompleksitet ikke var nået til et endeligt resultat.

Pulsation

Her z. B. af Kelvin (1871) og Carl Anton Bjerknes (1871-1880) forstås etheren som en væske, hvorved det normale formodes at pulseere inden i denne væske. Som det er blevet fundet i eksperimenter med væsker tiltrækker to kroppe hinanden, når deres pulsationer er i fase , og en frastødende kraft opstår, når deres pulsationer er ude af fase. Denne hypotese er også blevet undersøgt af blandt andre George Gabriel Stokes og Woldemar Voigt .

kritik

For at forklare den universelle tyngdekraft må det antages, at alle universets pulsationer er i fase, hvilket virker meget kunstigt. Æteren skal også være praktisk talt ukomprimerbar for at garantere tiltrækningen over en større afstand. Og som Maxwell troede, ville æterens konstante regenerering og ødelæggelse skulle forklares.

Anden historisk spekulation

Pierre Varignon forklarede i 1690, at alle kroppe udsættes for stød fra et æterisk stof fra alle retninger. I en vis afstand fra jorden antages der at være en grænse, hvor etherpartiklerne ikke kan komme. Ifølge ham falder kroppe til jorden, når afstanden mellem jordens overflade og kroppen er mindre end afstanden mellem kroppen og grænsen. Efter hans mening indebærer dette, at flere og stærkere påvirkninger finder sted på oversiden af ​​kroppen end på undersiden.

Fysikeren Mikhail Wassiljewitsch Lomonossow , der var meget indflydelsesrig inden for Rusland , antog i 1748, at effekten af ​​et æterisk stof er proportional med det samlede overfladeareal af de elementære komponenter, som sagen er sammensat af (som Huygens og Fatio gjorde før ham ). På denne måde antager han også en enorm permeabilitet af stof. Imidlertid er der ikke givet yderligere oplysninger af ham, hvordan nøjagtigt eterpartiklerne påvirker sagen, så tyngdekraftens lov er resultatet af det.

I 1821 forsøgte John Herapath at anvende modellen for den kinetiske gasteori , som han hjalp med at udvikle, på tyngdekraften. Han antog, at æteren kan sammenlignes med en gas , der opvarmes af materialets varmestråling og mister densitet, så de andre legemer skubbes ind i disse regioner med lavere densitet. Som Taylor viste, var denne antagelse forkert: densiteten af ​​denne etergas falder ved højere temperaturer på grund af den termiske ekspansion, men etherpartiklenes hastighed stiger i samme forhold, så der er ingen tiltrækningskraft.

Se også

litteratur

  • EJ Aiton: Newtons Aether-Stream Hypotese og den omvendte firkantede lov om tyngdekraft . I: Videnskabens annaler . 25, 1969, s. 255-260.
  • Hereward Carrington: Tidligere teorier om tyngdekraft . I: Monisten . 23, 1913, s. 445-458.
  • Paul Drude: Om fjerneffekter . I: Fysikens annaler . 298, nr. 12, 1897, s. I-XLIX. doi : 10.1002 / andp.18972981220 .
  • Thomas Proctor Hall: Fysiske teorier om tyngdekraft . I: Proceedings of the Iowa Academy of Science . 3, 1895, s. 47-52.
  • Georg Helm: Om formidling af fjerneffekter gennem etheren . I: Fysikens annaler . 250, nr. 9, 1881, s. 149-176. doi : 10.1002 / andp.18812500912 .
  • Caspar Isenkrahe: Om reduktion af tyngdekraften til absorption og de love, der er afledt af den . I: Afhandlinger om matematikens historie. bånd 6 . Leipzig 1892, s. 161-204 ( quod.lib.umich.edu ).
  • James Clerk Maxwell: Atom . I: Encyclopædia Britannica niende udgave . 3, 1875, s. 36-49.
  • James Clerk Maxwell: tiltrækning . I: Encyclopædia Britannica niende udgave . 3, 1875, s. 63-65.
  • JW Peck: De korpuskulære teorier om tyngdekraft . I: Proceedings of the Royal Philosophical Society of Glasgow . 34, 1903, s. 17-44.
  • Poincaré, Henri: Lesages teori . I: Videnskab og metode . Nelson & Sons, London / New York 1908, s. 246-253 ( Wikisource ).
  • Samuel Tolver Preston: Comparative Review of some Dynamical Theories of Gravitation . I: Philosophical Magazine . 39, nr. 237, 1895, s. 145-159.
  • Taylor, William Bower: Kinetiske Gravitationsteorier . I: Smithsonian-rapport . 1876, s. 205-282.
  • F. Van Lunteren: Nicolas Fatio de Duillier om den mekaniske årsag til tyngdekraft . I: MR Edwards (red.): Pushing Gravity: New Perspectives on Le Sage's Theory of Gravitation . C. Roy Keys Inc., Montreal 2002, s. 41-59 .
  • Horst Zehe: Nicolas Fatio de Duilliers gravitationsteori . Gerstenberg, Hildesheim 1980, ISBN 3-8067-0862-2 .
  • Jonathan Zenneck : Gravitation . I: Encyclopedia of Mathematical Sciences, inklusive dens applikationer . 5, nr. 1, 1903, s. 25-67.

støttende dokumenter

  1. ↑ Taylor (1876), litteratur
  2. ↑ Drude (1897), litteratur
  3. ^ Maxwell (1875, Atom), litteratur
  4. ^ Poincaré (1908), litteratur
  5. ↑ a b René Descartes: Principper for filosofi: Fra den synlige verden , figur 8 til afsnit 23, hvortil Descarte henviser igen og igen i mange andre sektioner af hans afhandlinger "Fra den synlige verden".
  6. ↑ Se også: Shmuel Sambursky: The Path of Physics: 2500 Years of Physical Thought Texts from Anaximander to Pauli - Artemis Zurich / Munich 1975. - s. 324 i den del af teksterne af Descartes, s. 311 ff.
  7. ↑ Descartes: Se afsnit 24, hvor Descartes antager, at ikke kun spørgsmålet om solen og de faste stjerner, men for hele himlen er flydende.
  8. ↑ Descartes: Se afsnit 30. hvor Descartes nævner et græsstrå, der flyder i en hvirvel som et eksempel
  9. ↑ a b c toe (1980), litteratur
  10. ↑ Ch. Huygens, Traité de la lumière ..., Leyden 1690; (Engelsk oversættelse af SP Thomson, Dover Edition, New York 1962)
  11. ^ C. Huygens: Discours de la Cause de la Pesanteur (1690) . I: Société Hollandaise des Sciences (red.): Oeuvres complètes de Christiaan Huygens . bånd 21 . Haag 1944, s. 443-488 ( gallica.bnf.fr ).
  12. ↑ Van Lunteren (2002), litteratur
  13. ↑ Isaac Newton: Om gravitation….  : Tekster om det filosofiske fundament for klassisk mekanik; Latin-tysk tekst, oversat. og ekst. af Gernot Böhme. - Klostermann, cop., Frankfurt / M. 1988. (Klostermann Texts. Philosophy) - Et fragment, hvor Newton beskæftiger sig med Descartes 'vortexfysik.
  14. ^ I. Newton: Newtons Principia, de matematiske principper for naturfilosofi (1687) . Daniel Adee, New York 1846 ( archive.org ). ; Ny oversættelse af Bedrnard Cohen og Ann Whitman, University of California Press, Berkley 1999, Den cirkulære bevægelse af væsker. Sp. 779–790, ”Slutningen af ​​bog 2”
  15. ↑ Aiton (1969), litteratur
  16. ↑ B. Riemann: Nye matematiske principper for naturlig filosofi . I: R. Dedekind, W. Weber (red.): Bernhard Riemanns værker og indsamlede ejendom . Leipzig 1876, s. 528-538 ( quod.lib.umich.edu ).
  17. ↑ IO Yarkovsky: hypotese cinetique de la gravitation universal connexion et avec la dannelse af element chimiques . Moskva 1888.
  18. ^ I. Newton: Opticks . 4. udgave. William Innys, St. Pauls 1730 ( books.google.de ).
  19. ↑ L. Euler: halvtredsindstyvende Letter (30 August, 1760) . I: Brev til en tysk prinsesse . bånd 1 . Leipzig 1776, s. 173-176 ( books.google.at ).
  20. ↑ a b c Maxwell (1875), litteratur
  21. ↑ a b c Taylor (1876), se litteratur
  22. ^ J. Challis: Noter til principperne for ren og anvendt beregning . Cambridge 1869 ( archive.org ).
  23. ↑ a b Zenneck (1903), litteratur
  24. ^ P. Varignon: Nouvelles formodninger sur la Pesanteur . Paris 1690 ( gallica.bnf.fr ).
  25. ↑ M. Lomonossow: Om forholdet mellem mængden af ​​materiale og vægt (1758) . I: Henry M. Leicester (red.): Mikhail Vasil'evich Lomonossov om Corpuscular Theory . Harvard University Press, Cambridge 1970, s. 224-233 ( archive.org ).
  26. ↑ J. Herapath: Om årsagerne, love og fænomener med varme, gasser, tyngdekraft . I: Filosofiske annaler . bånd 9 . Paris 1821, s. 273-293 ( books.google.at ).