Гравитационо поље

Гравитационо пољеје материјални посредник преко којег се преносигравитационоделовање (гравитациона сила) са једног на друго тело. У складу са класичном (Њутновом) механиком интензитет, правац и смер гравитационог поља описани су векторском физичком величиномGкоја носи назив јачина гравитационог поља и бројно је једнака јачини гравитационесилекоја делује на тело јединичнемасекоје се налази у датојтачкигравитационог поља (G=F/m).

Класична механика

Укласичној механиципоље није реални ентитет, негомоделкоји описујегравитацију.Поље може да буде одређено користећиЊутнов закон гравитације.Кад је дефинисано на тај начин, гравитационо поље око честице јевекторско пољeкоје се у свакој тачки састоји одвектораусмереног директно ка честици. Магнитуда поља у свакој тачки се израчунава применом универзалног закона, и представља силу по јединици масе на сваком објекту у тој тачки простора. Пошто је поље сила конзервативно, постоји скаларна потенцијална енергија по јединици масе у свакој тачки у простору асоцираном са пољем сила. То се називагравитационим потенцијалом.Једначина пољаје:

$\mathbf {g} ={\frac {\mathbf {F} }{m}}=-{\frac {{\rm {d}}^{2}\mathbf {r} }{{\rm {d}}t^{2}}}=-{\frac {GM}{|\mathbf {r} |^{2}}}\mathbf {\hat {r}} =-\nabla \Phi \,\!$

где је:

• g= локално убрзање услед гравитације,
• F=гравитациона сила,
• r= позиција масеm,и$\scriptstyle \mathbf {\hat {r}} \,\!$јејединични вектору правцуr,
• t=време,
• G=гравитациона константа,
• M=гравитациона масапроизвољног тела,
• ∇ =делта оператор,
• Φ=гравитациони потенцијал.

О самом механизму деловања гравитационе силе и гравитационог поља, откривач закона гравитације,Исак Њутнодбијао је да се изјасни, правдајући то својом познатом изреком да он „хипотезе не измишља него из појава изводи “.

Општа теорија релативности

Овај проблем, међутим, са успехом ће знатно касније решитиАлберт Ајнштајн,ослањајући се на тековине новенееуклидске геометријекоја је настала током19. века,захваљујући напорима пре свега математичараНиколаја Лобачевског,Бернхарда Римана,Феликса Клајнакао иЖила Анрија Поенкареа.

Ајнштајн је механизам деловањагравитационе силеи гравитационог поља објаснио тако што је ову силу „геометрисао “, односно довео је у везу са закључцима који следе изпостулатаитеореманееуклидске геометрије. Масивна небеска тела својом масом мењају својства околног простора, који тада више није „раван “илиеуклидскинего „закривљен “или нееуклидски простор. У таквом, закривљеном простору друга тела (као исветлост) морају да одступају од праволинијске путање простирања или да се праволинијскиубрзавајуу правцу извора гравитационог поља, што ми опажамо као деловање гравитационе силе. Ајнштајн је, дакле, кретање тела у пољу гравитационих сила објаснио као врсту слободног или инерцијалног кретања тела без утицаја било каквих сила, али у простору гравитационог поља који је закривљен, а не раван, па је према томе могуће да у њему ни инерцијално кретање не мора више да буде равномерно праволинијско као што је то био случај у класичној, Њутновој, механици. У прилог тврдњи да је кретање у гравитационом пољу инерцијално или слободно, између осталог, може се навести и чињеница да када на тело делује само гравитациона сила, то дејство је неосетно (бестежинско стање). То је исто као када на тело не би деловала никаква сила, односно када би се оно налазило у стању инерцијалног кретања у простору без гравитационог поља.

Поређења ради, нешто слично би се десило када би се, на пример, на неку затегнуту гумену површину поставила једна гвоздена кугла. Кугла би тада удубила, односно закривила простор на гуменој површини, тако да би неко друго тело, на пример један кликер, у његовој близини закривљивало путању свога кретања на сличан начин и из сличних разлога као што неко мање тело закривљује своју путању у гравитационом пољу другог масивнијег тела. Једино што се у случају гравитационог поља не ради о закривљености дводимензионалне равни, каква је гумена површина, у тродимензионалном простору, него о закривљености тродимензионалног простора у четвородимензионалном континуму простор-времена.

Ово Ајнштајново објашњење гравитације настало је, иначе, као плод његових напора да прошири принцип релативности саинерцијалнихсистема референције на неинерцијалне или убрзане системе, односно да уопшти резултате до којих је дошао стварајући својуСпецијалну теорију релативностии тако створи једнуОпшту теорију релативности.У овој теорији гравитационо поље је одређено као решењеАјнштајнових једначина поља:

$\mathbf {G} ={\frac {8\pi G}{c^{4}}}\mathbf {T} \,\!$

• T= Стрес–енергијски тензор,
• G= Ајнштајнов тензор,
• c=брзина светлости,

Његова Општа теорија релативности не може се, међутим, сматрати завршеном теоријом, због неуспеха који јеАјнштајндоживео у покушају да свој нови метод „геометризације “, са гравитационе прошири и наелектромагнетну интеракцију.Због тога се ова Ајнштајнова теорија у научној јавности још увек сматра искључиво теоријом гравитације, упркос Ајнштајновој жељи и намери да од ње створи једну тоталну теоријупоља,која би у себи осим гравитационог обухватила и објашњење осталих фундаменталнихфизичких пољаи то пре свегаелектромагнетног.

Литература

• J.R. Forshaw; A.G. Smit (2009).Dynamics and Relativity.Wiley.ISBN978-0-470-01460-8.
• Geroch, Robert (1981).General relativity from A to B.University of Chicago Press. стр. 181—.ISBN978-0-226-28864-2.
• Øyvind Grøn, Sigbjørn Hervik (2007).Einstein's general theory of relativity: with modern applications in cosmology.Springer Japan. стр. 256—.ISBN978-0-387-69199-2.
• J. Foster, J. D. Nightingale (2006).A short course in general relativity(3 изд.). Springer Science & Business. стр. 55—.ISBN978-0-387-26078-5.