Yuav Ua Li Cas Nkag Siab Txog Lub Tswv Yim ntawm Lub ntiajteb txawj nqus hauv Astronomy
Lub ntiajteb txawj nqus yog ib qho ntawm cov tswv yim tseem ceeb tshaj plaws hauv kev kawm txog hnub qub—qhov tseeb, nws tuaj yeem hu ua "lus" uas piav qhia vim li cas cov ntiaj teb ncig lub hnub qub, vim li cas cov hnub qub tsim cov galaxies, thiab vim li cas lub teeb los ntawm cov khoom nyob deb nkhaus. Txawm hais tias nws yuav zoo li nyuaj, lub ntiajteb txawj nqus tuaj yeem nkag siab maj mam: pib nrog kev paub txhua hnub, txav mus rau Newton txoj cai, thiab tom qab ntawd mus rau Einstein txoj kev sib piv dav dav, lub hauv paus ntawm cosmology niaj hnub no. Tsab xov xwm no tham txog yuav ua li cas nkag siab lub ntiajteb txawj nqus hauv kev kawm txog hnub qub hauv txoj kev sib raug zoo thiab siv tau.
1. Lub ntiajteb txawj nqus: los ntawm kev paub txhua hnub mus rau qhov ntsuas cosmic
Peb paub txog lub ntiajteb txawj nqus los ntawm ib lub tswv yim yooj yim: cov khoom poob rau hauv av. Tab sis hauv kev kawm txog hnub qub, lub ntiajteb txawj nqus tsis yog tsuas yog "lub zog nqes mus rau hauv qab," tab sis yog ib qho kev sib nqus ntawm txhua yam khoom uas muaj qhov hnyav (thiab, hauv kev sib piv, kuj muaj zog). Vim tias lub ntiajteb txawj nqus ua haujlwm yam tsis muaj kev sib cuag ncaj qha thiab tsis muaj "kev txwv ntau yam," nws yog tus tsav tsheb tseem ceeb ntawm kev txav mus los ntawm lub cev saum ntuj ceeb tsheej ntawm qhov loj.
Hauv Ntiaj Teb, lub ntiajteb txawj nqus zoo li yog lub zog tseem ceeb vim yog lub ntiajteb txawj nqus loj thiab peb nyob ze rau nws. Hauv qhov chaw , lub ntiajteb txawj nqus tseem ua haujlwm, tab sis "qhov kev xav ntawm qhov hnyav" tuaj yeem ploj mus vim yog qhov xwm txheej poob dawb (piv txwv li, cov neeg caij nkoj hauv chaw nres tsheb). Qhov no yog ib qho tseem ceeb kom nkag siab: microgravity tsis txhais tau tias tsis muaj lub ntiajteb txawj nqus, tab sis theej tias cov khoom nyob rau hauv lub xeev tas li ntawm kev poob ib puag ncig lub ntiaj teb.
2. Txoj Cai Lij Choj Txog Kev Ntshai Ntawm Newton: lub hauv paus thawj zaug rau kev nkag siab txog kev ncig lub voj voog
Txoj kev nkag siab zoo tshaj plaws txog lub ntiajteb txawj nqus hauv kev kawm txog hnub qub yog los ntawm Newton Txoj Cai ntawm Lub ntiajteb txawj nqus thoob ntiaj teb. Txoj cai no hais tias ob yam khoom uas muaj qhov hnyav sib rub ib leeg, thiab qhov loj ntawm lub zog yog:
- ncaj qha proportional rau cov khoom ntawm lawv cov pawg,
- inversely proportional rau lub square ntawm qhov deb ntawm lawv cov chaw ntawm pawg.
Nyob rau hauv qualitatively, nws txhais tau tias:
- Qhov loj ntawm ib yam khoom, qhov hnyav ntawm nws lub ntiajteb txawj nqus yuav muaj zog dua.
- Qhov deb ntxiv, lub zog gravitational yuav qaug zog sai dua.
Los ntawm qhov no, peb tuaj yeem nkag siab tias vim li cas lub Hnub thiaj li tswj hwm lub hnub ci : nws qhov hnyav loj dua li cov ntiaj teb. Peb kuj tuaj yeem nkag siab tias vim li cas cov ntiaj teb nyob ze rau lub Hnub txav mus sai dua: vim tias lub zog rub ntawm lub ntiajteb txawj nqus loj dua, lawv xav tau qhov ceev ntawm lub voj voog kom "ncig" lub Hnub yam tsis poob rau hauv nws.
3. Lub voj voog tsis yog "ntab", tab sis poob tas li
Ib txoj hauv kev yooj yim tshaj plaws los nkag siab txog lub voj voog yog xav txog ib yam khoom uas raug tso tawm los ntawm qhov siab heev. Nws poob ncaj qha. Txawm li cas los xij, yog tias lub khoom ntawd tau txais qhov ceev txaus, nws yuav txuas ntxiv poob, tab sis lub ntiaj teb nto yuav "nkhaus tawm" ntawm nws. Qhov tshwm sim: lub khoom yeej tsis ntaus rau ntawm qhov chaw, thiab lub voj voog tau tsim.
Hauv cov ntiaj teb thiab cov satellites, orbit yog qhov sib npaug ntawm:
- kev nyiam txav mus rau hauv kab ncaj (inertia),
- lub zog rub ntawm lub ntiajteb txawj nqus mus rau qhov chaw ntawm pawg.
Yog tias qhov ceev qis dhau, lub khoom yuav poob rau ntawm lub khoom nruab nrab. Yog tias nws siab dhau, lub khoom tuaj yeem khiav tawm thiab tsim ib txoj kev qhib (parabola lossis hyperbola), zoo li qee lub hnub qub comets lossis spacecraft ua cov maneuvers khiav tawm ntawm lub hnub ci.
4. Kepler thiab cov duab ntawm lub voj voog: elliptical, tsis yog lub voj voog zoo meej
Ua ntej Newton, Johannes Kepler tau tshawb pom cov kev cai ntawm kev txav mus los ntawm lub ntiaj teb raws li cov ntaub ntawv soj ntsuam. Kepler tau ua pov thawj tias cov voj voog ntawm lub ntiaj teb yog ellipses, nrog rau lub Hnub nyob rau hauv ib qho chaw. Qhov no tau pab piav qhia vim li cas cov ntiaj teb qhov deb ntawm lub Hnub sib txawv thoob plaws hauv ib xyoos.
Peb lub tswv yim ntawm Kepler muaj feem cuam tshuam rau kev nkag siab txog lub ntiajteb txawj nqus:
1. Lub voj voog yog elliptical.
2. Cov ntiaj teb txav mus sai dua thaum lawv nyob ze lub Hnub thiab qeeb dua thaum lawv nyob deb dua (txoj cai ntawm thaj chaw sib npaug).
3. Muaj kev sib raug zoo ntawm lub sijhawm ncig lub hnub thiab qhov nruab nrab ntawm qhov deb mus rau lub Hnub.
Tom qab ntawd Newton piav qhia tias Kepler cov kev cai lij choj tau tshwm sim los ntawm lub ntiajteb txawj nqus. Yog li ntawd, kev nkag siab Kepler yog ib qho kev sib txuas zoo los ntawm kev soj ntsuam mus rau kev piav qhia txog lub cev.
5. Lub ntiajteb txawj nqus ua ib qho "cuab yeej ntsuas" rau qhov hnyav ntawm cov khoom saum ntuj ceeb tsheej
Hauv kev kawm txog hnub qub, feem ntau peb tsis tuaj yeem "hnyav" cov ntiaj teb lossis cov hnub qub nrog lub nplai. Tab sis lub ntiajteb txawj nqus muab ib qho kev daws teeb meem ntse: qhov hnyav tuaj yeem suav tau los ntawm kev txav mus los ntawm lwm yam khoom.
Contohnya:
- Qhov hnyav ntawm lub ntiaj teb tuaj yeem suav los ntawm kev ncig ntawm nws cov satellites.
- Lub hnub qub loj tuaj yeem suav los ntawm lub voj voog ntawm lub hnub qub sib koom (binary star system).
- Qhov hnyav ntawm lub galaxy tuaj yeem kwv yees los ntawm qhov ceev ntawm cov hnub qub ncig lub plawv ntawm lub galaxy.
Qhov no yog vim li cas astronomy thiaj li siv cov ntaub ntawv orbital, Doppler shifts, thiab lub sijhawm ntawm kev hloov pauv: lawv txhua tus muaj cov ntaub ntawv gravitational uas qhia txog pawg.
6. Lub ntiajteb txawj nqus ntawm qhov loj: cov galaxies, cov pawg galaxy, thiab cov khoom tsaus ntuj
Thaum cov kws tshawb fawb txog hnub qub ntsuas qhov ceev ntawm cov hnub qub ntawm ntug ntawm lub galaxy, lawv pom tias lawv txav mus sai dhau los suav qhov hnyav ntawm cov khoom pom (cov hnub qub thiab roj). Yog tias qhov hnyav tsawg dua, cov hnub qub yuav raug "pov tseg" tawm. Tab sis lub galaxy tseem zoo li qub.
Nov yog qhov uas lub tswv yim ntawm cov khoom tsaus ntuj tau tshwm sim: ib qho khoom tsis pom uas tsis tso tawm lub teeb tab sis muaj lub zog nqus. Cov khoom tsaus ntuj pab piav qhia:
- kab nkhaus tig ntawm galaxy,
- dynamics ntawm galaxy pawg,
- kev tsim cov qauv loj lub ntiaj teb.
Kev nkag siab txog lub ntiajteb txawj nqus hauv kev kawm txog hnub qub niaj hnub no kuj txhais tau tias kev nkag siab tias lub zog gravitational uas peb pom ua rau feem ntau yog los ntawm cov pawg uas tsis pom ncaj qha.
7. Kev Sib Txheeb Ze Dav Dav: lub ntiajteb txawj nqus ua qhov nkhaus ntawm qhov chaw-lub sijhawm
Cov kev cai lij choj ntawm Newton muaj tseeb heev rau ntau qhov xwm txheej, tab sis muaj qee qhov xwm txheej hnyav heev (kev kub ceev, lub zog gravitational muaj zog heev) uas Newton cov kev cai lij choj tsis txaus. Qhov no yog qhov uas Einstein txoj kev sib raug zoo dav dav los ua qhov tseem ceeb.
Raws li kev sib piv dav dav:
- Lub ntiajteb txawj nqus tsis yog "lub zog" hauv lub ntsiab lus qub,
- qhov loj thiab lub zog nkhaus qhov chaw-lub sijhawm,
- cov khoom thiab lub teeb txav mus raws "geodesics" (cov kev ntuj tshaj plaws) hauv qhov chaw-lub sijhawm nkhaus.
Cov txiaj ntsig tseem ceeb hauv kev kawm txog hnub qub:
- Kev cuam tshuam ntawm lub teeb los ntawm lub ntiajteb txawj nqus (gravitational lensing): lub teeb los ntawm cov galaxies deb tuaj yeem raug cuam tshuam los ntawm qhov hnyav ntawm peb thiab qhov chaw teeb.
- Mercury lub perihelion: qhov kev hloov pauv ntawm qhov chaw ze tshaj plaws ntawm Mercury lub orbit phim cov lus kwv yees ntawm kev sib piv dav dav.
– Qhov dub: ib cheeb tsam ntawm qhov chaw-lub sijhawm uas nkhaus heev uas txawm tias lub teeb tsis tuaj yeem tawm tom qab dhau los ntawm lub qab ntuj khwb.
Yog tias Newton pab nkag siab "vim li cas lub ntiaj teb thiaj ncig mus ncig los", kev sib piv dav dav pab nkag siab txog tej yam xws li qhov dub, nthwv dej gravitational, thiab cov qauv ntawm lub cosmos.
8. Cov nthwv dej gravitational: "kev co" ntawm qhov chaw-lub sijhawm
Qhov kev tshawb pom ntawm cov nthwv dej gravitational (paub tseeb los ntawm LIGO hauv xyoo 2015) tau qhib txoj hauv kev tshiab los kawm txog lub ntiaj teb. Cov nthwv dej gravitational tshwm sim thaum cov khoom loj heev dhau los ua kom nrawm heev, piv txwv li:
– ob lub qhov dub ncig ib ncig thiab thaum kawg sib tsoo,
- ob lub hnub qub neutron sib koom ua ke.
Qhov no tseem ceeb heev vim tias kev kawm txog hnub qub tsis yog tsuas yog siv lub teeb xwb (optical, radio, X-rays), tab sis kuj "hnov" lub ntiaj teb los ntawm cov ripples hauv space-time. Kev nkag siab txog lub ntiajteb txawj nqus tam sim no yog ib qho cuab yeej soj ntsuam, tsis yog ib qho kev xav xwb.
9. Cov hau kev siv tau los kawm txog lub ntiajteb txawj nqus hauv kev kawm txog hnub qub
Yuav kom lub tswv yim ntawm lub ntiajteb txawj nqus "tog rau hauv," qee cov kauj ruam kawm zoo yog:
1. Pib los ntawm lub tswv yim ntawm orbit
To taub txog lub voj voog uas yog ib qho kev poob dawb tas mus li. Siv cov piv txwv ntawm cov satellites thiab cov chaw nres nkoj hauv nruab ntug.
2. Siv qhov sib piv ntawm qhov ntsuas
Muab qhov hnyav ntawm lub Ntiaj Teb, Lub Hli, thiab Lub Hnub piv rau qhov ntawd kom nkag siab txog cov teebmeem ntawm qhov hnyav thiab qhov deb.
3. Kawm txog cov teeb meem tiag tiag
Piv txwv li: vim li cas muaj dej hiav txwv (qhov cuam tshuam ntawm lub hli thiab lub hnub), lossis vim li cas cov hnub qub poob muaj lub voj voog elliptical.
4. Paub txog Newton cov kev txwv thiab thaum twg yuav tsum siv Einstein li
Newton txaus rau ntau qhov kev xam suav ntawm lub hnub ci, tab sis Einstein yog qhov xav tau rau cov teb muaj zog (qhov dub) thiab kev ua haujlwm raug siab.
5. Ua raws li cov xwm txheej soj ntsuam
Cov iav gravitational, cov kab nkhaus tig ntawm galaxy, thiab cov nthwv dej gravitational yog "pov thawj" tias lub ntiajteb txawj nqus ua haujlwm ntawm qhov ntsuas siab heev.
Xaus
Kev nkag siab txog lub ntiajteb txawj nqus hauv kev kawm txog hnub qub txhais tau tias kev nkag siab txog tus tsav tsheb tseem ceeb ntawm kev txav mus los thiab cov qauv ntawm lub ntiaj teb. Newton tau muab ib lub cuab yeej muaj zog rau kev piav qhia txog lub voj voog thiab xam cov pawg ntawm cov khoom siv saum ntuj ceeb tsheej. Kepler tau ua qauv qhia txog lub voj voog raws li kev soj ntsuam. Einstein tau nthuav peb txoj kev nkag siab tias lub ntiajteb txawj nqus yog qhov nkhaus ntawm qhov chaw-lub sijhawm uas tuaj yeem khoov lub teeb thiab tsim cov nthwv dej gravitational. Txij li cov ntiaj teb mus rau cov galaxies, los ntawm cov satellites mus rau qhov dub, lub ntiajteb txawj nqus yog txoj xov uas txuas zaj dab neeg ntawm lub ntiaj teb.
Yog tias koj xav tau, kuv tuaj yeem ua ib qho version nrov dua ntawm tsab xov xwm no rau cov nyeem ntawv hauv tsev kawm ntawv theem siab, lossis ib qho version technical nrog cov qauv yooj yim thiab cov piv txwv xam (piv txwv li xam qhov hnyav ntawm lub ntiaj teb los ntawm lub sijhawm orbital ntawm lub satellite).
