Как можно изменить силу притяжения

Даже человек, не интересующийся космосом, хоть раз видел фильм о космических путешествиях или читал о таких вещах в книгах. Практически во всех подобных произведениях люди ходят по кораблю, нормально спят, не испытывают проблем с приемом пищи. Это означает, что на этих – выдуманных – кораблях имеется искусственная гравитация. Большинство зрителей воспринимает это как нечто совершенно естественное, а ведь это совсем не так.

Искусственная гравитация

Так называют изменение (в любую сторону) привычной для нас гравитации путем применения различных способов. И делается это не только в фантастических произведениях, но и во вполне реальных земных ситуациях, чаще всего, для экспериментов.

В теории создание искусственной гравитации выглядит не так сложно. К примеру, воссоздать ее можно при помощи инерции, точнее, центробежной силы. Потребность в этой силе возникла не вчера – произошло это сразу, как только человек начал мечтать о длительных космических перелетах. Создание искусственной гравитации в космосе даст возможность избежать множества проблем, возникающих при продолжительном нахождении в невесомости. У космонавтов слабеют мускулы, кости становятся менее прочными. Путешествуя в таких условиях месяцы, можно получить атрофию некоторых мышц.

Таким образом, на сегодняшний день создание искусственной гравитации – задача первостепенной важности, освоение космоса без этого умения просто невозможно.

Матчасть

Даже те, кто знают физику лишь на уровне школьной программы, понимают, что гравитация – один из фундаментальных законов нашего мира: все тела взаимодействуют друг с другом, испытывая взаимное притяжение/отталкивание. Чем больше тело, тем выше его сила притяжения.

Земля для нашей реальности — объект очень массивный. Именно поэтому все без исключения тела вокруг к ней притягиваются.

Для нас это означает ускорение свободного падения, которое принято измерять в g, равное 9.8 метра за квадратную секунду. Это значит, что если бы под ногами у нас не было опоры, мы бы падали со скоростью, ежесекундно увеличивающейся на 9.8 метра.

Таким образом, только благодаря гравитации мы способны стоять, падать, нормально есть и пить, понимать, где находится верх, где низ. Если притяжение исчезнет – мы окажемся в невесомости.

Особенно хорошо знакомы с этим феноменом космонавты, оказывающиеся в космосе в состоянии парения – свободного падения.

Теоретически ученые знают, как создать искусственную гравитацию. Существует несколько методик.

Большая масса

Самый логичный вариант – сделать космический корабль настолько большим, чтобы на нем возникала искусственная гравитация. На корабле можно будет чувствовать себя комфортно, поскольку не будет потеряна ориентация в пространстве.

К сожалению, этот способ при современном развитии технологий нереален. Чтобы соорудить такой объект, требуется слишком много ресурсов. Кроме того, для его подъема потребуется невероятное количество энергии.

Ускорение

Казалось бы, если требуется достичь g, равного земному, нужно всего лишь придать кораблю плоскую (платформообразную) форму, и заставить его двигаться по перпендикуляру к плоскости с нужным ускорением. Таким путем будет получена искусственная гравитация, причем – идеальная.

Однако в реальности все гораздо сложнее.

В первую очередь стоит учесть топливный вопрос. Для того чтобы станция постоянно ускорялась, необходимо иметь бесперебойный источник питания. Даже если внезапно появится двигатель, не выбрасывающий материю, закон сохранения энергии останется в силе.

Вторая проблема заключается в самой идее постоянного ускорения. Согласно нашим знаниям и физическим законам, невозможно ускоряться до бесконечности.

Кроме того, такой транспорт не подходит для исследовательских миссий, поскольку он должен постоянно ускоряться – лететь. Он не сможет остановиться для изучения планеты, он даже медленно пролететь вокруг нее не сможет – надо ускоряться.

Таким образом, становится ясно, что и такая искусственная гравитация нам пока недоступна.

Карусель

Каждый знает, как вращение карусели воздействует на тело. Поэтому устройство искусственной гравитации по этому принципу кажется наиболее реальным.

Все, что находится в диаметре карусели, стремится выпасть из нее со скоростью, примерно равной скорости вращения. Выходит, что на тела действует сила, направленная вдоль радиуса вращающегося объекта. Это очень похоже на гравитацию.

Итак, требуется корабль, имеющий цилиндрическую форму. При этом он должен вращаться вокруг своей оси. Между прочим, искусственная гравитация на космическом корабле, созданная по этому принципу, достаточно часто демонстрируется в научно-фантастических фильмах.

Бочкообразный корабль, вращаясь вокруг продольной оси, создает центробежную силу, направление которой соответствует радиусу объекта. Чтобы вычислить получаемое ускорение, требуется разделить силу на массу.

Знающим физику людям посчитать это будет совсем не сложно: a = ω²R.

В этой формуле результат расчетов – ускорение, первая переменная – узловая скорость (измеряется в количестве радиан в секунду), вторая – радиус.

Согласно этому, для получения привычной нам g, необходимо грамотно сочетать угловую скорость и радиус космического транспорта.

Подобная проблема освещена в таких фильмах, как «Интерсолах», «Вавилон 5», «2001 год: Космическая одиссея» и подобных им. Во всех этих случаях искусственная гравитация приближена к земному ускорению свободного падения.

Как бы ни была хороша идея, реализовать ее достаточно сложно.

Проблемы метода «карусель»

Самая очевидная проблема освещена в «Космической одиссее». Радиус «космического перевозчика» составляет порядка 8 метров. Для того чтобы получить ускорение в 9.8, вращение должно происходить со скоростью, примерно, 10.5 оборота ежеминутно.

При указанных величинах проявляется «эффект Кориолиса», который заключается в том, что на различном удалении от пола действует разная сила. Она напрямую зависит от угловой скорости.

Выходит, искусственная гравитация в космосе создана будет, однако слишком быстрое вращение корпуса приведет к проблемам с внутренним ухом. Это, в свою очередь, вызывает нарушения равновесия, проблемы с вестибулярным аппаратом и прочие – аналогичные – трудности.

Возникновение этой преграды говорит о том, что подобная модель крайне неудачная.

Можно попробовать пойти от обратного, как поступили в романе «Мир-Кольцо». Тут корабль выполнен в форме кольца, радиус которого приближен к радиусу нашей орбиты (порядка 150 млн км). При таком размере скорости его вращения вполне достаточно, чтобы игнорировать эффект Кориолиса.

Можно предположить, что проблема решена, однако это совсем не так. Дело в том, что полный оборот этой конструкции вокруг своей оси занимает 9 дней. Это дает возможность предположить, что нагрузки окажутся слишком велики. Для того чтобы конструкция их выдержала, необходим очень крепкий материал, которым на сегодняшний день мы не располагаем. Кроме того, проблемой является количество материала и непосредственно процесс постройки.

В играх подобной тематики, как и в фильме «Вавилон 5», эти проблемы каким-то образом решены: вполне достаточна скорость вращения, эффект Кориолиса не существенен, гипотетически создать такой корабль возможно.

Однако даже такие миры имеют недостаток. Зовут его – момент импульса.

Корабль, вращаясь вокруг оси, превращается в огромный гироскоп. Как известно, заставить гироскоп отклониться от оси крайне сложно благодаря моменту импульса. Важно, чтобы его количество не покидало систему. Это означает, что задать направление этому объекту будет очень сложно. Однако такую проблему решить можно.

Решение проблемы

Искусственная гравитация на космической станции становится доступной, когда на помощь приходит «цилиндр О’Нила». Для создания этой конструкции необходимы одинаковые цилиндрические корабли, которые соединяют вдоль оси. Вращаться они должны в разные стороны. Результатом такой сборки является нулевой момент импульса, поэтому не должно возникнуть трудностей с приданием кораблю необходимого направления.

Если возможно сделать корабль радиусом порядка 500 метров, то он будет работать именно так, как и должен. При этом искусственная гравитация в космосе будет вполне комфортной и пригодной для длительных перелетов на кораблях или исследовательских станциях.

Space Engineers

Как создать искусственную гравитацию, известно создателям игры. Впрочем, в этом фантастическом мире гравитация – это не взаимное притяжение тел, но линейная сила, призванная ускорить предметы в заданном направлении. Притяжение тут не абсолютно, оно изменяется при перенаправлении источника.

Искусственная гравитация на космической станции создается путем использования специального генератора. Она равномерна и равнонаправленна в зоне действия генератора. Так, в реальном мире, попав под корабль, в котором установлен генератор, вы бы были притянуты к корпусу. Однако в игре герой будет падать до тех пор, пока не покинет периметр действия устройства.

На сегодняшний день искусственная гравитация в космосе, созданная таким устройством, для человечества недоступна. Однако даже убеленные сединами разработчики не перестают мечтать о ней.

Сферический генератор

Это более реалистичный вариант оборудования. При его установке гравитация имеет направление к генератору. Это дает возможность создать станцию, гравитация которой будет равна планетарной.

Центрифуга

Сегодня искусственная гравитация на Земле встречается в различных устройствах. Основаны они, большей частью, на инерции, поскольку эта сила ощущается нами аналогично гравитационному воздействию – организм не различает, какая причина вызывает ускорение. Как пример: человек, поднимающийся в лифте, испытывает на себе воздействие инерции. Глазами физика: подъем лифта добавляет к ускорению свободного падения ускорение кабины. При возвращении кабины к размеренному движению «прибавка» в весе исчезает, возвращая привычные ощущения.

Ученых давно интересует искусственная гравитация. Центрифуга используется для этих целей чаще всего. Этот метод подходит не только для космических кораблей, но и для наземных станций, в которых требуется изучать воздействие гравитации на человеческий организм.

Изучить на Земле, применять в…

Хотя изучение гравитации началось из космоса, это очень земная наука. Даже на сегодняшний день достижения в этой сфере нашли свое применение, например, в медицине. Зная, возможно ли создать искусственную гравитацию на планете, можно использовать ее для лечения проблем с двигательным аппаратом или нервной системы. Более того, изучением этой силы занимаются прежде всего на Земле. Это дает возможность космонавтам проводить эксперименты, оставаясь под пристальным вниманием врачей. Другое дело искусственная гравитация в космосе, там нет людей, способных помочь космонавтам при возникновении непредвиденной ситуации.

Имея в виду полную невесомость, нельзя брать в расчет спутник, находящийся на околоземной орбите. На эти объекты, пусть и в малой степени, воздействует земное притяжение. Силу тяжести, образующуюся в таких случаях, называют микрогравитацией. Реальную гравитацию испытывают только в аппарате, летящем с постоянной скоростью в открытом космосе. Впрочем, человеческий организм эту разницу не ощущает.

Испытать на себе невесомость можно при затяжном прыжке (до того, как купол раскроется) или во время параболического снижения самолета. Такие эксперименты часто ставят в США, но в самолете это ощущение длится только 40 секунд – это слишком мало для полноценного изучения.

В СССР еще в 1973 году знали, можно ли создать искусственную гравитацию. И не просто создавали ее, но и в некотором роде изменяли. Яркий пример искусственного уменьшения силы тяжести – сухое погружение, иммерсия. Для достижения необходимого эффекта требуется положить плотную пленку на поверхность воды. Человек размещается поверх нее. Под тяжестью тела организм погружается под воду, наверху остается лишь голова. Эта модель демонстрирует безопорность с пониженной гравитацией, которая характерна для океана.

Нет необходимости отправляться в космос, чтобы ощутить на себе воздействие противоположной невесомости силы – гипергравитации. При взлете и посадке космического корабля, в центрифуге перегрузку можно не только ощутить, но и изучить.

Лечение гравитацией

Гравитационная физика изучает в том числе и воздействие невесомости на организм человека, стремясь минимизировать последствия. Однако большое количество достижений этой науки способно пригодиться и обычным жителям планеты.

Большие надежды медики возлагают на исследования поведения мышечных ферментов при миопатии. Это тяжелое заболевание, ведущее к ранней смерти.

При активных физических занятиях в кровь здорового человека поступает большой объем фермента креатинофосфокиназы. Причина этого явления неясна, возможно, нагрузка воздействует на мембрану клеток таким образом, что она «дырявится». Больные миопатией получают тот же эффект без нагрузок. Наблюдения за космонавтами показывают, что в невесомости поступление активного фермента в кровь значительно снижается. Такое открытие позволяет предположить, что применение иммерсии позволит снизить негативное воздействие приводящих к миопатии факторов. В данный момент проводятся опыты на животных.

Лечение некоторых болезней уже сегодня проводится с использованием данных, полученных при изучении гравитации, в том числе искусственной. К примеру, проводится лечение ДЦП, инсультов, Паркинсона путем применения нагрузочных костюмов. Практически закончены исследования положительного воздействия опоры – пневматического башмака.

Полетим ли на Марс?

Последние достижения космонавтов дают надежду на реальность проекта. Имеется опыт медицинской поддержки человека при длительном нахождении вдали от Земли. Много пользы принесли и исследовательские полеты к Луне, сила гравитации на которой в 6 раз меньше нашей родной. Теперь космонавты и ученые ставят перед собой новую цель – Марс.

Прежде чем вставать в очередь за билетом на Красную планету, следует знать, что ожидает организм уже на первом этапе работы – в пути. В среднем дорога к пустынной планете займет полтора года – около 500 суток. Рассчитывать в пути придется только на свои собственные силы, помощи ждать просто неоткуда.

Подтачивать силы будут множество факторов: стресс, радиация, отсутствие магнитного поля. Самое главное же испытание для организма – изменение гравитации. В путешествии человек «ознакомится» с несколькими уровнями гравитации. В первую очередь это перегрузки при взлете. Затем – невесомость во время полета. После этого – гипогравитация в месте назначения, т. к. сила тяжести на Марсе менее 40% земной.

Как справляются с отрицательным воздействием невесомости в длительном перелете? Есть надежда, что разработки в области создания искусственной гравитации помогут решить этот вопрос в недалеком будущем. Опыты на крысах, путешествующих на «Космос-936» показывают, что этот прием не решает всех проблем.

Опыт ОС показал, что гораздо больше пользы для организма способно принести применение тренажерных комплексов, способных определить необходимую нагрузку для каждого космонавта индивидуально.

Пока считается, что на Марс полетят не только исследователи, но и туристы, желающие основать колонию на Красной планете. Для них, во всяком случае первое время, ощущения от нахождения в невесомости перевесят все доводы медиков о вреде длительного нахождения в таких условиях. Однако через несколько недель помощь потребуется и им, поэтому так важно суметь найти способ создать на космическом корабле искусственную гравитацию.

Итоги

Какие выводы можно сделать о создании искусственной гравитации в космосе?

Среди всех рассматриваемых в данный момент вариантов наиболее реалистично выглядит вращающаяся конструкция. Однако при нынешнем понимании физических законов это невозможно, поскольку корабль – это не полый цилиндр. Внутри него имеются перекрытия, мешающие воплощению идей.

Кроме того, радиус корабля должен быть настолько большим, чтобы эффект Кориолиса не оказывал существенного влияния.

Чтобы управлять чем-то подобным, требуется упомянутый выше цилиндр О’Нила, который даст возможность управлять кораблем. В этом случае повышаются шансы применения подобной конструкции для межпланетных перелетов с обеспечением команды комфортным уровнем гравитации.

До того как человечеству удастся претворить свои мечты в жизнь, хотелось бы видеть в фантастических произведениях чуточку большей реалистичности и еще большего знания законов физики.

Одним из самых удивительных фактов в науке является то, насколько универсальны законы природы. Каждая частица подчиняется одним и тем же правилам, испытывает одни и те же силы, существует в одних и тех же фундаментальных константах, независимо от того, где и когда находится. С точки зрения гравитации каждая отдельная частичка Вселенной испытывает одно и то же гравитационное ускорение или же одну и ту же кривизну пространства-времени, независимо от того, какими свойствами обладает.

Во всяком случае, так следует из теории. На практике же некоторые вещи измерить бывает очень трудно. Фотоны и обычные стабильные частицы одинаково падают, как и ожидается, в гравитационном поле, и Земля заставляет любую массивную частицу ускоряться по направлению к ее центру со скоростью 9,8 м/с². Но как бы мы ни пытались, нам ни разу не удалось измерить гравитационное ускорение антиматерии. Она обязана ускоряться так же, но пока мы не измерим, мы не можем быть уверены. Один из экспериментов направлен на то, чтобы найти ответ на этот вопрос, раз и навсегда. В зависимости от того, что он найдет, мы можем оказаться на шаг ближе к научно-технической революции.

Существует ли антигравитация?

Возможно, вы этого не осознаете, но есть два совершенно разного способа представить массу. С одной стороны, существует масса, которая ускоряется, когда вы применяете к ней силу: это m в знаменитом уравнении Ньютона, где F = ma. То же самое и в уравнении Эйнштейна E = mc², из которого вы можете рассчитать, сколько энергии вам нужно для создания частицы (или античастицы) и сколько энергии вы получите, когда она аннигилирует.

Вам будет интересно: Скоро на орбите появится космический отель с искусственной гравитацией

Но есть и другая масса: гравитационная. Это масса, m, которая появляется в уравнении веса на поверхности Земли (W = mg) или в гравитационном законе Ньютона, F = GmM/r². В случае с обычной материей нам известно, что эти две массы — инерциальная и гравитационная массы — должны быть равны с точностью до 1 части на 100 миллиардов, благодаря экспериментальным ограничениям, установленным более 100 лет назад Лораном Этвешем.

Но в случае с антиматерией мы никогда не могли все это измерить. Мы применяли негравитационные силы к антиматерии и видели, как она ускоряется; мы создавали и уничтожали антиматерию; мы точно знаем, как ведет себя ее инерционная масса — точно так же, как инерционная масса обычного вещества. F = ma и E = mc² работает в случае с антиматерией так же, как и с обычной материей.

Но если мы хотим узнать гравитационное поведение антиматерии, мы не можем просто взять за основу теорию; нам придется измерить ее. К счастью, в настоящее время проводится эксперимент, задача которого выяснить именно это: эксперимент ALPHA в ЦЕРН.

Одним из больших прорывов, случившихся за последнее время, стало создание не только частиц из антиматерии, но и нейтральных, устойчивых связанных состояний в них. Антипротоны и позитроны (антиэлектроны) могут быть созданы, замедлены и принуждены взаимодействовать друг с другом с образованием нейтрального антиводорода. Используя комбинацию электрических и магнитных полей, мы можем ограничить эти антиатомы и поддерживать их в стабильном состоянии вдали от материи, которая приведет к аннигиляции в случае столкновения.

Вам будет интересно: Искусственная гравитация перестаёт быть фантастикой

Нам удалось успешно поддерживать их в стабильном состоянии в течение 20 минут за раз, что намного превышает микросекундные временные масштабы, которые обычно переживают нестабильные фундаментальные частицы. Мы обстреливали их фотонами и обнаружили, что они имеют те же спектры излучения и абсорбции, что и атомы. Мы определили, что свойства антиматерии такие же, как предсказывает стандартная физика.

За исключением гравитационных, конечно. Новый детектор ALPHA-g, построенный на канадской фабрике TRIUMF и отправленный в ЦЕРН в начале этого года, должен улучшить пределы гравитационного ускорения антивещества до критического порога. Ускоряется ли антиматерия в присутствии гравитационного поля на поверхности Земли до 9,8 м/с² (вниз), -9,8 м/с² (вверх), 0 м/с² (в отсутствие гравитационного ускорения) или же до какой-либо другой величины?

Как с теоретической, так и с практической точки зрения, любой результат, отличный от ожидаемого +9,8 м/с², будет абсолютно революционным.

Аналог антивещества для каждой частицы материи должен иметь:

• такую же массу
• такое же ускорение в гравитационном поле
• противоположный электрический заряд
• противоположный спин
• такие же магнитные свойства
• должен связываться так же в атомы, молекулы и более крупные структуры
• должен иметь такой же спектр позитронных переходов в разнообразных конфигурациях.

Некоторые из этих свойств измерялись в течение долгого времени: инерционная масса антиматерии, электрический заряд, спин и магнитные свойства хорошо известны, изучены. Связывающие и переходные свойства измерялись другими детекторами на эксперименте ALPHA и совпадают с предсказаниями физики элементарных частиц.

Но если гравитационное ускорение окажется отрицательным, а не положительным, это буквально перевернет мир вверх дном.

В настоящее время нет такого понятия, как гравитационный проводник. На электрическом проводнике свободные заряды живут на поверхности и могут перемещаться, перераспределяя себя в ответ на любые заряды поблизости. Если у вас есть электрический заряд за пределами электрического проводника, внутренность проводника будет экранирована от этого источника электричества.

Но защититься от силы тяготения нет никакого способа. Нет никакого способа настроить равномерное гравитационное поле в определенной области пространства, как, например, между параллельными пластинами электрического  конденсатора. Причина? В отличие от электрической силы, которая генерируется положительными и отрицательными зарядами, существует только один тип гравитационного «заряда» — масса/энергия. Гравитационная сила всегда притягивает и никак это не изменить.

Но если у вас будет отрицательная гравитационная масса, все меняется. Если антиматерия на самом деле проявляется антигравитационные свойства, падает вверх, а не вниз, то в свете гравитации она состоит из антимассы или антиэнергии. Согласно законам физики, которые мы знаем, антимассы или антиэнергии не существует. Мы можем представить их и представить, как они будут себя вести, но мы ожидаем, что антиматерия будет иметь нормальную массу и нормальную энергию, если речь о гравитации.

Вам будет интересно: Вселенная однажды могла быть прозрачной

Если же антимасса действительно существует, множество технических достижений, о которых грезили писатели-фантасты многие годы, внезапно станет физически осуществимо.

• Мы можем создать гравитационный проводник, оградив себя от гравитационной силы.
• Мы можем создать гравитационный конденсатор в космосе и создать поле искусственной гравитации.
• Мы могли бы даже создать варп-двигатель, поскольку получили бы способность деформировать пространство-время так же, как того требует математического решение общей теории относительности, предложенное Мигелем Алькубьерре в 1994 году.

Это невероятная возможность, которая считается практически невозможной всеми физиками-теоретиками. Но какими бы дикими или немыслимыми не были ваши теории, вы должны подкреплять их или опровергать исключительно экспериментальными данными. Только измеряя Вселенную и подвергая ее проверкам, вы можете точно узнать, как действуют ее законы.

Пока мы не измерим гравитационное ускорение антиматерии с точностью, необходимой для определения того, падает она вверх или вниз, мы должны быть открытыми для варианта, что природа ведет себя не так, как мы от нее ожидаем. Принцип эквивалентности может не работать в случае с антиматерии; он может быть на 100% антипринципом. И в таком случае откроется мир совершенно новых возможностей. Ответ мы узнаем через несколько лет, проведя простейший эксперимент: поместим антиатом в гравитационное поле и посмотрим, как он будет падать.

Вверх или вниз, сделаете ставку? Расскажите в нашем чате в Телеграме.

Необычное астрономическое явление, кажется, подтверждает альтернативную теорию гравитации, также известную, как MOND. «Хайтек» объясняет, что меняет это открытие.

Астрофизики наблюдали загадочное поведение звездных скоплений, которое, кажется, бросает вызов нашему нынешнему пониманию гравитации в космических масштабах. Любопытно, что наблюдения согласуются с альтернативной теорией гравитации, которая отрицает необходимость существования темной материи. Однако это вызывает споры среди специалистов. 

Как работает Вселенная?

Классическая теория тяготения Ньютона — закон, описывающий гравитационное взаимодействие в рамках классической механики. В ньютоновской теории каждое массивное тело порождает силовое поле притяжения к нему. Речь идет о гравитационном поле.

Гравитационное взаимодействие в теории Ньютона распространяется мгновенно, так как сила тяготения зависит только от взаимного расположения притягивающихся тел в данный момент времени.

Также за происходящее в нашей Вселенную отвечает и темная материя. Она не участвует в электромагнитном взаимодействии и поэтому недоступна для прямого наблюдения. Темная материя составляет порядка 25% массы-энергии Вселенной и проявляется только в гравитационном взаимодействии. Не всех ученых устраивает то, что ее невозможно наблюдать. Некоторые физики отрицают темную материю и принятое устройство Вселенной. Они говорят об отсутствии гравитации и искажении пространства-времени и предлагают альтернативные варианты. Например, теорию MOND (англ. Modified Newtonian Dynamics, модифицированная ньютоновская динамика).

Какая есть альтернатива?

Согласно теории MOND — или альтернативной теории гравитации — закон тяготения Ньютона можно изменить, чтобы объяснить вращение галактик без привлечения темной материи.

По сути, теория MOND — это альтернатива для Общей теории относительности. Ее придумал Эйнштейн, чтобы объяснить, как работает гравитация и почему вообще существует темная материя, которая удерживает галактики вместе. 

MOND направлена на то, чтобы объяснить, почему разные объекты во Вселенной имеют разную массу, не используя концепцию темной материи. Ее предложил в начале 1980-х годов израильский астрофизик Мордехай Милгром. Теория модифицирует закон тяготения, ссылаясь на более сильное взаимодействие в некоторых областях пространства, объясняя таким образом искривления пространства.

Где ученые искали ответ?

Авторы нового исследования изучали рассеянные звездные скопления. Они образуются, когда за короткое время в огромном газовом облаке рождаются тысячи звезд. По мере «воспламенения», они сдувают остатки газового облака, при этом кластер значительно расширяется. Это создает «рыхлое» образование — в нем содержится от нескольких десятков до нескольких тысяч звезд. Слабые гравитационные силы, действующие между ними, удерживают члены скопления вместе.

В большинстве случаев рассеянные звездные скопления существуют всего несколько сотен миллионов лет, прежде чем растворятся. При этом, они регулярно теряют звезды, которые скапливаются в два так называемых «приливных хвоста». Один из них тянется за скоплением, когда оно путешествует в пространстве. Другой, напротив, берет на себя «инициативу», и работает как «острие».

В чем нестыковка?

Согласно законам тяготения Ньютона, вопрос о том, в каком из хвостов окажется потерянная звезда, зависит от случая. Таким образом, оба должны содержать примерно одинаковое количество звезд. Однако ученые впервые в истории доказали, что это не так. Они изучили скопления, и наблюдали, как «передний» хвост всегда содержит больше звезд, чем «задний».

До сих пор было почти невозможно определить среди миллионов близких к скоплению звезд те, которые принадлежат его хвостам. Для этого нужно обращать внимание на скорость, направление движения и возраст каждого из этих объектов. Чтобы решить проблему, авторы нового исследования разработали метод, который позволил им впервые точно сосчитать звезды в хвостах.

На данный момент рядом с Землей исследовано пять рассеянных скоплений, четыре из них максимально близко. Когда ученые проанализировали все данные, то столкнулись с противоречием текущей теории.

Стыковка с другой теорией

Данные новых наблюдений, напротив, гораздо лучше согласуются с теорией MOND. Согласно ней, звезды могут покинуть скопление «через две разные двери», объясняют ученые. «Одна ведет к “заднему” приливному хвосту, другой — к “переднему”. Однако первый намного уже второго, поэтому маловероятно, что звезда покинет скопление через нее. Теория гравитации Ньютона, с другой стороны, предсказывает, что обе “двери” должны быть одинаковой ширины», — пишут физики.

Физики рассчитали звездное распределение, ожидаемое согласно теории MOND. Оказалось, что результаты на удивление хорошо согласуются с наблюдениями. Однако для этого физикам пришлось использовать относительно простые вычислительные методы. Сейчас им не хватает математических инструментов для более детального анализа модифицированной ньютоновской динамики.

Что в итоге?

Тем не менее, симуляции также совпали с наблюдениями в другом отношении. Они предсказали, как долго обычно должны существовать рассеянные звездные скопления. И этот промежуток времени в разы короче, чем можно ожидать по законам Ньютона. Это объясняет давно известную тайну. А именно то, почему звездные скопления в ближайших галактиках исчезают быстрее, чем должны.

Однако теория MOND не бесспорна среди специалистов. Поскольку законы тяготения Ньютона «не работают» при определенных обстоятельствах, их надо изменить. Все это имеет далеко идущие последствия и для других областей физики.

С другой стороны, это решает многие проблемы, с которыми сегодня сталкивается космология. Сейчас авторы исследования изучают новые математические методы для еще более точного моделирования. Затем их можно использовать для поиска дополнительных доказательств того, верна ли теория MOND или нет.

Читать далее:

Археологи официально подтвердили сказания из Библии

Выяснилось, что происходит с клетками тела, когда умирает сердце

Сигнал Starlink взломали, чтобы использовать его в качестве альтернативы GPS

Приветствую начинающих разработчиков. Сегодня мы снова будем изменять физику. На этот раз научимся изменять силу гравитации глобально, то-есть для всех объектов. А так же научимся изменять силу гравитации локально для конкретных объектов. Изменять гравитацию так же будем как через скрипты, так и через окна Unity.

Глобальное изменение гравитации

За глобальное изменение гравитации в 2д и в 3д мирах отвечают разные классы физики:

• В мире 2д отвечает класс Physics2D, а конкретнее его свойство Physics2D.gravity
• в мире 3д отвечает класс Physics, и его свойство Physics.gravity

Все эти настройки можно изменить во вкладке Edit — Project Settings….

После чего откроется окно Project Settings. В правой стороне выберите физику, которую хотите отредактировать, 2д или 3д. После чего, в самой первой строке, в поле Gravity указываете значения гравитации для каждой оси.

Изменять эти значения так же можно и через скрипт. Например, следующий скрипт при старте игры устанавливает гравитацию на 19,6 м/c2 для 2д физики.

using UnityEngine;

public class Gravity : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        Physics2D.gravity = new Vector2(0, -19.6f);
    }
}

Локальное изменение гравитации

Бывают случаи, когда нам нужно изменить силу гравитации конкретного объекта, не затрагивая при этом глобальное изменение гравитации. Если речь идёт о 2д играх, то нам необходимо изменить свойство gravityScale в компоненте Rigidbody 2D.

Его так же можно изменить и через скрипт:

using UnityEngine;

public class Gravity : MonoBehaviour
{
    public Rigidbody2D rigidbody;

    void Start()
    {
        rigidbody = GetComponent<Rigidbody2D>();
        rigidbody .gravityScale = 19.6f;
    }
}

С играми формата 3д всё немного тяжелее, поскольку в компоненте Rigidbody нет свойства gravityScale, а значит нельзя напрямую реглировать уровень гравитации. Поэтому приходиться создавать её иммитацию через AddForce() или drag.

Пример иммитации гравитации с помощью AddForce:

using UnityEngine;

public class Example : MonoBehaviour
{
    public Rigidbody rb;

    void Start()
    {
        rb = GetComponent<Rigidbody>();
        rb.AddForce(0, 0, 2.0f, ForceMode.Impulse);
    }
}

Пример иммитации гравитации с помощью drag:

using UnityEngine;
using System.Collections;

public class ExampleClass : MonoBehaviour
{
    public Rigidbody rb;

    void Start()
    {
        rb = GetComponent<Rigidbody>();
    }

    void Update()
    {
        if (Input.GetButton("Space"))
            rb.drag = 20;
    }
}

На этом всё. Если кто знает, как ещё можно установить силу гравитации для конкретного объекта в 3д физике, то пишите в комментариях. Ну и не забывайте ставить лайки