지구 중력의 원인과 사실

지구 중력의 원인과 사실

오늘은 지구의 신비이자 우리가 이렇게 똑바로 땅에 서있을 수 있는 이유인 중력에 대해서 알아보려고 한다. 중력을 알기 위해서는 만유인력법칙부터 시작해서 살펴봐야한다. 그렇다면 중력과 만유인력 등의 물체 간에 어떤 작용이 존재하기에 이러한 신비한 힘인 중력이 발생하게 되는 걸까. 지금부터 중력에 대해서 자세히 살펴보도록 하자. 중력은 자유롭게 떨어지는 물체에 주는 가속도로 측정된다. 지구 표면의 중력 가속도는 초당 약 9.8미터이다. 따라서 매 초마다 물체가 자유 낙하 할 때마다 속도가 점점 증가하게 된다. 달에서 자유롭게 떨어지는 물체의 가속은 초당 약 1.6미터로 약 6분의 1이다. 뉴턴은 천체의 움직임과 지구상의 물체의 자유 낙하가 동일한 힘에 의해 결정된다고 주장했다. 반면, 고전 그리스 철학자들은 천체가 하늘에서 끊임없이 반복되는 궤적을 따르는 것으로 관찰 되었기 때문에 천체가 중력의 영향을 받는 것으로 간주하지 않았다. 아리스토텔레스 는 각 천체가 외부 원인이나 요원의 영향을 받지 않는 특정 자연운동을 따른다고 생각했다. 아리스토텔레스는 또한 거대한 지상의 물체가 자연스럽게 움직이는 경향이 있다고 믿었다. 아리스토텔레스 개념은 수세기 동안 다른 두 가지와 함께 널리 퍼져있었다. 이러한 아이디어는 일반적으로 운동의 진정한 원리를 이해하고 보편적 중력에 대한 아이디어의 개발을 방해했다. 이 함정은 지구와 천체 운동의 문제에 대한 여러 과학적 공헌으로 바뀌기 시작했으며 이는 뉴턴의 중력 이론의 무대가 되었다. 독일 천문학자 요하네스 케플러는 덴마크 천문학자 티코 브라헤의 행성 운동에 대한 개선된 측정을 사용하여 단순한 기하학적 및 산술 관계로 행성 궤도를 묘사했다. 케플러의 행성 운동에 관한 3가지 정량적 법칙은 다음과 같다. 첫번째로 행성들은 타원 궤도를 묘사하는데 태양은 하나의 초점을 차지한다. 두번째는 행성을 태양에 연결하는 선은 같은 시간에 같은 영역을 움직인다. 그리고 세번째는 행성의 회전 주기의 제곱은 태양으로부터의 평균 거리의 입방체에 비례한다. 같은시기에 이탈리아 천문학자와 자연 철학자 갈릴레오 갈릴레이는 자연을 이해하는 데 점점 발전해 갔다. 지상 물체에 대한 움직임과 간단한 가속 움직임에 대해서 점점 알아가기 시작했다. 그는 힘에 영향을 받지 않는 몸체는 계속 움직이며 무기한으로 움직이지 않고 움직임을 바꾸는데 힘이 필요하다는 것을 깨달았다. 갈릴레오는 물체가 지구를 향해 떨어지는 방법을 연구하면서 운동이 일정하다는 것을 발견했다. 그는 이런 식으로 떨어지는 물체의 이동하는 거리가 시간의 제곱에 따라 변한다는 것을 보여 주었다. 위에서 언급했듯이 지구 표면의 중력으로 인한 가속은 초당 약 9.8 미터이다. 갈릴레오는 또한 실험에 의해 물체의 구성요소에 관계없이 동일한 가속도로 떨어진다는 것을 실험에서 처음으로 보여주었다. 갈릴레오는 물건을 떨어 뜨리는 실험을 했다. 피사의 사탑에서 실험을 실시하였다. 피사의 사탑에서 구성물질이 다른 두 물체를 떨어뜨린 결과 떨어진 시간에 대한 측정차이가 발생하지 않았고 이를 통해 구성요소와 관계가 없다는 사실을 입증했다. 뉴턴은 중력 이론을 통해 케플러의 법칙을 설명하고 현대적인 양적 중력 과학 을 확립했다. 뉴턴은 모든 물체 사이에 인력이 존재한다고 가정했다. 뉴턴은 달에 지구가 가하는 힘이 직선으로 움직이는 것이 아니라 지구에 대한 원 운동을 유지하기 위해 필요하다고 결론지었다. 그는 이 힘이 지구의 표면에 있는 물체를 아래쪽으로 끌어 당기는 힘과 동일 할 수 있다는 것을 깨달았다. 뉴턴의 이론에서 물질의 모든 최소 입자는 다른 모든 입자를 중력으로 끌어 당긴다. 충분한 거리에서 물체의 인력은 질량 중심에서의 전체 질량의 인력과 동일하다. 따라서 그는 달의 가속과 지구에 자유롭게 떨어지는 물체의 가속도를 일반적인 상호 작용, 즉 물체 사이의 거리의 역 제곱으로, 감소하는 물체 사이의 중력과 관련시킬 수 있다. 따라서 물체 사이의 거리가 두 배가 되면 물체의 힘이 4분의 1로 줄어든다. 일반적인 상대성 이론에 따르면, 시공간의 곡률은 질량의 분포에 의해 결정되며, 질량의 운동은 곡률에 의해 결정된다. 결과적으로 전자기장의 변화가 파도처럼 이동하는 것처럼 중력장의 변화는 파도로 전달되어야 한다. 필드의 원천인 질량이 시간에 따라 변하면 필드의 곡률의 파동으로 에너지를 방출해야 한다. 그러한 방사선이 존재한다고 믿는 근거가 강하다. 중력 방사선은 매우 약하다. 곡률의 변화는 한 방향으로의 팽창과 해당 방향에 직각으로 수축하는 것에 해당한다. 다음으로 중력상수를 살펴보자. 중력의 상수는 전체 우주의 대규모 구조를 결정하는 것처럼 보이기 때문에 기본 양이다. 중력은 일반적인 상대성 이론에서와 같이 본질적으로 기하학적인 종합 필드의 한 측면이다. 중력에 대한 연구를 통해 천체의 질량과 밀도를 추정 할 수 있다. 이를 통해 별과 행성의 물리적 구성을 조사 할 수 있다. 그러나 중력은 매우 약한 힘이기 때문에 질량이 매우 클 때에만 독특한 효과가 나타난다. 빛이 중력에 의해 끌릴 수 있다는 생각이 제안되었고 프랑스 수학자와 천문학자에 의해 조사되었다. 천문학에서 보면 멀리있는 물체의 빛은 태양이외의 물체에 반사 될 수 있다. 특히 그것들은 거대한 은하에 의해 편향 될 수 있다. 지구에서 본 것처럼 어떤 물체가 거대한 은하계 뒤에 있다면, 편향된 빛은 하나 이상의 경로로 지구에 도달 할 수 있다. 영국 천문학자와 지질학자는 빛이 거대한 물체에 가까워지면서 편향되어야 한다는 생각을 제시했다. 그러나 아인슈타인의 일반 상대성 이론은 뉴턴 물리학보다 2 배 더 많은 편향을 예측했습니다.