Nyutonun Nisbiliyi: Hərəkət və Cazibə Qüvvəsinin Erkən Anlaşılması
Pendahuluan
Tarixin ən nüfuzlu alimlərindən biri olan İsaak Nyuton kainat haqqında anlayışımızı inqilabi şəkildə dəyişdirən nəzəriyyələr hazırlamışdır. Onun 1687-ci ildə nəşr olunmuş "Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica" adlı əlamətdar əsəri hərəkət qanunlarını və universal cazibə qanununu təqdim etmişdir. Bu gün daha çox bilinən nisbilik anlayışı tez-tez Albert Eynşteynə aid edilsə də, nisbilik ideyası əslində ilk dəfə klassik mexanika kontekstində Nyuton tərəfindən rəsmiləşdirilmişdir. Bu məqalədə Nyutonun nisbilik prinsipləri, onların hərəkət və cazibə qüvvəsinin anlaşılmasına təsiri və bu ideyaların Eynşteynin nisbilik dövrünə qədər necə inkişaf etdiyi araşdırılacaq.
Nyutonun Hərəkət Qanunları
Nyutonun hərəkət qanunları klassik mexanikanın əsasını təşkil edir və cismin hərəkəti ilə ona təsir edən qüvvələr arasındakı əlaqəni müəyyən edən üç qanundan ibarətdir. Bu üç qanun bunlardır:
1. Nyutonun Birinci Qanunu (Ətalət Qanunu):
"Xarici bir qüvvə həmin vəziyyəti dəyişdirmədikcə, hər bir cisim sükunətdə qalacaq və ya düz xətt üzrə sabit sürətlə hərəkət edəcək."
Bu qanun ətalətin, yəni cismin hərəkət vəziyyətini qorumaq meylinin vacibliyini vurğulayır. Nisbilik kontekstində bu o deməkdir ki, qüvvə tətbiq edilmədikcə iki cisim arasındakı nisbi hərəkət dəyişməyəcək.
2. Nyutonun İkinci Qanunu:
"Bir cismin sürətlənməsi ona təsir edən qüvvə ilə düz mütənasib, kütləsi ilə isə tərs mütənasibdir. Riyazi olaraq, bu, F = ma kimi ifadə olunur."
Burada qüvvə (F) kütlənin (m) və təcilin (a) hasilidir. Bu qanun, cismin hərəkətinin qüvvə tətbiqi ilə necə dəyişdirilə biləcəyini göstərir. Nisbilik kontekstində bu o deməkdir ki, cisimə təsir edən qüvvə onun nisbi hərəkətini dəyişdirəcək.
3. Nyutonun Üçüncü Qanunu:
"Hər bir hərəkət bərabər və əks reaksiyaya səbəb olacaq."
Bu qanun qüvvələrin həmişə cüt-cüt meydana gəldiyini izah edir. Əgər A cismi B cismi üzərində qüvvə tətbiq edərsə, B cismi A cismi üzərində bərabər, lakin əks qüvvə tətbiq edəcək. Bu, qapalı sistemdəki cisimlər arasındakı qarşılıqlı təsirləri anlamaqda vacibdir.
Nyutonun Ümumdünya Cazibə Qanunu
Nyutonun universal cazibə qanununda deyilir ki, kainatdakı hər bir hissəcik digər hissəcikləri iki hissəciyin kütlələrinin hasilinə düz mütənasib və aralarındakı məsafənin kvadratına tərs mütənasib qüvvə ilə cəzb edir. Riyazi olaraq bu qanun belə ifadə olunur:
\[ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} \]
Harada:
– \( F \) iki hissəcik arasındakı cazibə qüvvəsidir.
– \( G \) universal cazibə qüvvəsi sabitidir.
– \( m_1 \) və \( m_2 \) iki hissəciyin kütlələridir.
– \( r \) iki hissəciyin kütlə mərkəzləri arasındakı məsafədir.
Nyutonun cazibə qanunu planetlərin orbitləri və Yer səthindəki cisimlərin hərəkəti kimi hadisələri anlamaq üçün əsas yaradır. Bu qanun həmçinin Nyutonun nisbilik konsepsiyasında mühüm rol oynayır, çünki cazibə qüvvəsi cazibə sahəsində cisimlərin nisbi hərəkətinə təsir edən qüvvədir.
Nyutonun nisbilik nəzəriyyəsi
Nyuton nisbiliyi, daha dəqiq desək, Nyutonun nisbilik prinsipi, bir ətalət istinad sistemində tətbiq olunan fizika qanunlarının bütün digər ətalət istinad sistemlərində də tətbiq olunduğu anlayışdır. Bu o deməkdir ki, xüsusi ətalət istinad sistemi yoxdur; bütün hərəkət qanunları bir-birinə nisbətən sabit sürətlə hərəkət edən istənilən sistemdə bərabər şəkildə tətbiq olunur.
Klassik Nisbilik Prinsipi
Nyutonun nisbilik prinsipi aşağıdakı kimi ümumiləşdirilə bilər:
– Qalileya çevrilmələri: İnertial istinad sistemindəki hərəkət tənlikləri, tənliklərin formasını dəyişdirmədən sabit sürətlə birinci sistemə nisbətən hərəkət edən bir sistemdən digər sistemə çevrilə bilər.
Qalileya çevrilmələri fəza-zaman koordinatlarının iki ətalət istinad sistemi arasında necə dəyişdiyini təsvir edir. Tutaq ki, S'-ün S-ə nisbətən sabit sürətlə \( v \) hərəkət etdiyi iki ətalət istinad sistemi, S və S' var. Əgər \( (x, y, z, t) \) S çərçivəsindəki koordinatlar və \( (x', y', z', t') \) S' çərçivəsindəki koordinatlardırsa, onda Qalileya çevrilmələri aşağıdakı kimi ifadə edilə bilər:
\[ x' = x – vt \]
\[ y' = y \]
\[ z' = z \]
\[ t' = t \]
Bu çevrilmə göstərir ki, klassik mexanikada fundamental bir baxış olan bütün ətalət istinad sistemlərində zamanın mütləq və eynidir.
Nyutonun nisbilik nəzəriyyəsinin təsirləri
Nyutonun nisbilik nəzəriyyəsinin klassik fizikada bir neçə mühüm təsiri var:
1. Ətalət və Nisbi Hərəkət:
Nyutonun ətalət prinsipinə görə, bir ətalət istinad sistemində sabit sürətlə hərəkət edən cisim, digər ətalət istinad sistemində sabit sürətlə hərəkət etməyə davam edəcək. Bu o deməkdir ki, iki cisim üzərində qüvvə təsir etmədikcə, onlar arasındakı nisbi hərəkət dəyişmir.
2. İmpulsun Qorunması:
İnertial istinad sistemində, qapalı sistemin ümumi impulsu, sistemə heç bir xarici qüvvə təsir etmədikdə sabit qalır. Bu prinsip, cisimlər arasında toqquşmaları və qarşılıqlı təsirləri anlamaqda vacib olan impulsun qorunma qanununun əsasını təşkil edir.
3. Cazibə qüvvəsi və orbital hərəkət:
Nyutonun cazibə qanunu bizə planetlərin və digər səma cisimlərinin hərəkətini proqnozlaşdırmağa imkan verir. Nyuton nisbiliyi kontekstində bütün planetlər eyni cazibə qanununa tabe olur və müvafiq ətalət istinad sistemlərində Nyutonun hərəkət qanunlarına uyğun davranırlar.
Eynşteynin Nisbilik Nəzəriyyəsinə Keçid
Nyuton nisbilik nəzəriyyəsi hərəkət və cazibə qüvvəsini anlamaq üçün möhkəm bir təməl yaratsa da, məhdudiyyətləri var idi. İşığın sabit sürəti və yüksək sürətlərdə relyativistik təsirlər kimi bəzi hadisələr klassik Nyuton mexanikası ilə izah edilə bilməzdi. Bu, 20-ci əsrin əvvəllərində Albert Eynşteynin xüsusi və ümumi nisbilik nəzəriyyələrinin inkişafına səbəb oldu.
Xüsusi Nisbilik
Eynşteynin 1905-ci ildə təqdim etdiyi xüsusi nisbilik nəzəriyyəsi Nyuton mexanikasının bir neçə fundamental fərziyyəsini yenidən nəzərdən keçirdi. Onun əsas postulatlarından biri vakuumda işığın sürətinin sabit və müşahidəçinin sürətindən asılı olmamasıdır. Bu, Nyutonun mütləq zamana baxışına zidd idi və relyativist sürətlərdə zaman genişlənməsi və uzunluq daralması anlayışlarına gətirib çıxardı.
Ümumi Nisbilik
Eynşteyn tərəfindən 1915-ci ildə dərc edilmiş Ümumi Nisbilik Nəzəriyyəsi, Nyutonun cazibə qanununu cazibə qüvvəsinin kütlə və enerjinin yaratdığı məkan-zaman əyriliyi anlayışı ilə əvəz etdi. Bu nəzəriyyə, Nyutonun cazibə qanununun izah edə bilmədiyi Merkuri planetinin orbiti və qara dəliklər kimi güclü cazibə qüvvəsi hadisələrini daha dəqiq izah edir.
Nəticə
Nyutonun nisbilik nəzəriyyəsi, hərəkət qanunları və universal cazibə qüvvəsi ilə birlikdə, kainat haqqında anlayışımızı dəyişdirən klassik fizikanın vacib bir təməlini təşkil edir. Nyutonun nisbilik prinsipləri hərəkət və qarşılıqlı təsirlərə inertial istinad sistemlərində ardıcıl bir baxış təqdim edir. Nəticədə Eynşteynin nisbilik nəzəriyyəsi ilə əvəz olunsa da, Nyutonun irsi planetlərin hərəkətindən gündəlik dinamikaya qədər təbii hadisələri öyrənmək və anlamaq üçün güclü bir təməl olaraq qalır.
