Gravitatsiya (tortishish, butun olam tortishishi, tortishish) ( lot. gravitas — «og‘irlik») — universal fundamental o‘zaro ta’sir bo‘lib, u massaga ega bo‘lgan moddiy jismlar o‘rtasida yuzaga keladi. Yorug‘lik tezligiga nisbatan kichik tezliklar va kuchsiz gravitatsion o‘zaro ta’sir sharoitida bu hodisa Nyutonning tortishish nazariyasibilan tavsiflanadi; umumiy holatda esa umumiy nisbiylik nazariyasi (Eynshteyn)bilan tushuntiriladi. Kvant miqyosida gravitatsion o‘zaro ta’sirni, taxminlarga ko‘ra, gravitatsiyaning kvant nazariyasitushuntirishi mumkin, ammo bu nazariya hali ishlab chiqilmagan.

Gravitatsiya Koinotning tuzilishi va evolyutsiyasida nihoyatda muhim rol o‘ynaydi (Koinot zichligi bilan uning kengayish tezligi o‘rtasidagi bog‘liqlikni belgilaydi), astronomik tizimlarning muvozanati va barqarorligi uchun asosiy shart-sharoitlarni yaratadi. Gravitatsiya bo‘lmaganida Koinotda sayyoralar, yulduzlar, galaktikalar va qora tuynuklar mavjud bo‘lmas edi. Gravitatsion siqilish yulduzlar evolyutsiyasining so‘nggi bosqichlarida (oq mittilar, neytron yulduzlar, qora tuynuklar) asosiy energiya manbayi hisoblanadi.

Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasigako‘ra, gravitatsion o‘zaro ta’sir invariant bo‘lib, bu xossa C-simmetriyaga, P-simmetriyaga va T-simmetriyaga nisbatan ham amal qiladi.

Tashqi videofayllar
	Chirtsov A. S. «Gravitatsiya» // «Hamma narsa oldindan belgilangan dunyoda yashash qiziqmi?» turkumidagi ma’ruza, 2016

Fizikadagi klassik mexanika doirasida gravitatsion tortishish butun olam tortishish qonuni bilan tavsiflanadi. Bu qonunga ko‘ra, massalari va bo‘lgan jismlar orasidagi masofa bo‘lsa, gravitatsion tortishish kuchi ikkala massaga to‘g‘ri, masofa kvadratiga esa teskari proporsionaldir:

Bu yerda  — gravitatsion doimiy, uning qiymati taxminan 6,67⋅10⁻¹¹ m³/(kg·s²). Bu qonun yorug‘lik tezligiga nisbatan kichik tezliklarda va kuchsiz gravitatsion o‘zaro ta’sir sharoitida (o‘rganilayotgan obyektning jismgacha bo‘lgan masofasi , jismning massasi esa bo‘lsa, quyidagi shart bajarilganda: ). Umumiy holatda gravitatsiya umumiy nisbiylik nazariyasi (Eynshteyn) bilan tavsiflanadi.

Butun olam tortishish qonuni — teskari kvadratlar qonuniqo‘llanilishining bir ko‘rinishidir. Bu qonun nurlanish (masalan, yorug‘lik bosimi) hodisalarini o‘rganishda ham uchraydi va sfera radiusi kattalashganda uning yuzasi radius kvadratiga mutanosib ravishda oshishining bevosita natijasidir. Shu sabab sfera yuzasining har bir birlik qismi butun yuzaga nisbatan radius kvadratiga teskari mutanosib ravishda kichrayadi.

Gravitatsion maydon ham og‘irlik kuchi maydoni singari, potensial xususiyatga ega. Bu tortishish kuchining bajargan ishi trayektoriya shakliga emas, faqat boshlang‘ich va oxirgi nuqtalarga bog‘liq. Boshqacha aytganda, potensial energiya jismlar juftining gravitatsion tortishishi uchun kiritilishi mumkin va jismlar yopiq kontur bo‘ylab harakatlanganidan keyin bu energiya o‘zgarmaydi. Gravitatsion maydonning potensial xususiyati kinetik va potensial energiyalar yig‘indisining saqlanish qonunini keltirib chiqaradi hamda gravitatsion maydondagi jismlar harakatini o‘rganishda masalani yechishni ko‘pincha ancha soddalashtiradi. Nyuton mexanikasida gravitatsion o‘zaro ta’sir uzoqdan ta’sir qiluvchideb hisoblanadi. Bu shuni anglatadiki, katta massali jism qanday harakatlanmasin, fazoning istalgan nuqtasidagi gravitatsion potensial faqat jismning ayni paytdagi joylashuviga bog‘liq.

Yirik kosmik obyektlar — sayyoralar, yulduzlar va galaktikalar — ulkan massaga ega, shu sababli kuchli gravitatsion maydonlarni hosil qiladi.

Gravitatsiya o‘zaro ta’sirlarning eng kuchsizidir. Biroq u istalgan masofada ta’sir qilishi va barcha massalar musbat bo‘lishi sababli Koinotdagi nihoyatda muhim ta’sirdir. Xususan, kosmik miqyosda jismlar o‘rtasidagi elektromagnit o‘zaro ta’sir kuchsiz bo‘ladi, chunki bunday jismlarning umumiy elektr zaryadi nolga teng (modda umuman olganda elektr jihatdan neytraldir).

Bundan tashqari, boshqa o‘zaro ta’sirlardan farqli ravishda gravitatsiya barcha modda va energiyaga birdek ta’sir ko‘rsatadi. Gravitatsion o‘zaro ta’sir umuman mavjud bo‘lmagan biror obyekt aniqlanmagan.

Gravitatsiyaning umumiy xususiyati tufayli u galaktikalar tuzilishi, qora tuynuklar va Koinotning kengayishi kabi ulkan miqyosli hodisalar uchun ham, sayyoralarning orbitalari kabi odatiy astronomik hodisalar, shuningdek, Yer yuzasiga tortilish va jismlarning tushishi uchun ham javobgardir.

Gravitatsiya matematik nazariya orqali tavsiflangan birinchi o‘zaro ta’sir bo‘lgan. Aristotel (miloddan avvalgi IV asr) turli massadagi jismlar turli tezlikda tushadi, deb hisoblagan. Ancha keyin, 1589-yilda, Galileo Galiley tajriba orqali bunday emasligini aniqlagan: havo qarshiligi bo‘lmaganda barcha jismlar bir xil tezlanish bilan tushadi. Isaak Nyutonning butun olam tortishish qonuni (1687-yil) gravitatsiyaning umumiy xususiyatlarini yaxshi tushuntirgan. 1915-yilda Albert Eynshteyn umumiy nisbiylik nazariyasini yaratdi; bu nazariya gravitatsiyani fazo-vaqt geometriyasi orqali yanada aniqroq tavsiflaydi.

Faqat gravitatsiya ta’sirida bo‘sh fazoda jismlar harakatini o‘rganuvchi mexanikabo‘limiga quyidagi nom berilgan: osmon mexanikasi.

Osmon mexanikasining eng oddiy masalasi — ikki jismning gravitatsion o‘zaro ta’siri ni bo‘sh fazoda hisoblashdir. Klassik mexanikada bu masala analitik usul bilan yopiq shaklda yechiladi; uning yechimidan uchta mashhur Kepler qonuni kelib chiqadi.

O‘zaro ta’sirlashuvchi jismlar soni ortgani sari masala keskin murakkablashadi. Masalan, mashhur uch jism masalasi (ya’ni massalari noldan farqli uchta jismning harakati) umumiy holatda analitik tarzda yechilmaydi. Sonli usul bilan yechganda esa yechimlar boshlang‘ich shartlarga nisbatan ancha tez beqarorlashadi. Buni Quyosh tizimi ga qo‘llasak, bunday beqarorlik sayyoralar harakatini yuz million yildan ortiq davr uchun aniq bashorat qilishga imkon bermaydi.

Ayrim xususiy holatlarda taxminiy yechimni topish mumkin. Eng muhim holat — jismlardan birining massasi boshqalarinikidan ancha katta bo‘lishidir (masalan, Quyosh tizimi va Saturn halqalaridinamikasi). Bunda birinchi yaqinlashuvda yengil jismlar o‘zaro ta’sirlashmaydi va katta massali jism atrofida Kepler trayektoriyalari bo‘ylab harakatlanadi, deb hisoblash mumkin. Ularning o‘zaro ta’sirlarini esa g‘alayonlar nazariyasi asosida hisobga olib, vaqt bo‘yicha o‘rtachalash mumkin. Bunda rezonanslar, attraktorlar, tartibsiz (xaotik) harakat va hokazo kabi murakkab hodisalar yuzaga kelishi mumkin. Bunday hodisalarning yaqqol misoli — Saturn halqalarining murakkab tuzilishi.

Massalari taxminan teng bo‘lgan ko‘plab o‘zaro tortishuvchi jismlar tizimining harakatini aniq tavsiflashga urinishlarga qaramay, bunga yo‘l qo‘ymaydigan hodisa — dinamik xaos.

Kuchli gravitatsion maydonlarda (shuningdek, gravitatsion maydonda relyativistik tezliklarbilan harakatlanganda) umumiy nisbiylik nazariyasi (UNN) ta’sirlari namoyon bo‘la boshlaydi:

• fazo-vaqt geometriya sining o‘zgarishi;
  • buning natijasida tortishish qonunining Nyuton qonunidan og‘ishi
  • o‘ta ekstremal holatlarda esa qora tuynuklarning paydo bo‘lishi;
• gravitatsion potensiallarning kechikishi, bu gravitatsion g‘alayonlar tarqalishining cheklangan tezligi;
  • bilan bog‘liq; buning natijasida gravitatsion to‘lqinlar paydo bo‘ladi;
• nochiziqlilik ta’sirlari: gravitatsion maydonlar bir-birining intensivligiga ta’sir qiladi, shu sababli superpozitsiya prinsipi kuchli maydonlarda endi bajarilmaydi.

UNNning muhim bashoratlaridan biri — gravitatsion nurlanishning mavjudligidir. Uning mavjudligi 2015-yilda bevosita kuzatishlar bilan tasdiqlandi. Biroq bundan oldin ham uning mavjudligiga oid salmoqli bilvosita dalillar bor edi. Xususan, gravitatsion ta’sir ko‘rsatuvchi ixcham obyektlar (masalan, neytron yulduzlar yoki qora tuynuklar) joylashgan zich qo‘shaloq tizimlarda energiyaning yo‘qolishi, jumladan, 1979-yilda mashhur PSR B1913+16 (Xals — Teylor pulsari) tizimida aniqlangan hodisa, energiya aynan gravitatsion nurlanish orqali olib ketilishini nazarda tutuvchi UNN modeli bilan yaxshi mos keladi.

Gravitatsion nurlanishni faqat o‘zgaruvchan kvadrupol yoki undan yuqori tartibli multipol momentlarga ega tizimlar hosil qila oladi. Bu ko‘pchilik tabiiy manbalarning gravitatsion nurlanishi yo‘nalgan bo‘lishini ko‘rsatadi va uni aniqlashni ancha qiyinlashtiradi. Gravitatsion -qutbli manbaning quvvati ga mutanosib bo‘ladi, agar multipol elektr turiga mansub bo‘lsa, va  ga — multipol magnit turiga mansub bo‘lsa; bu yerda  nurlanuvchi tizimdagi manbalarning xarakterli harakat tezligi,  esa vakuumdagi yorug‘lik tezligidir. Shunday qilib, elektr turidagi kvadrupol moment ustun bo‘ladi, tegishli nurlanish quvvati esa quyidagicha:

bu yerda  — tenzor nurlanuvchi tizim massalarining taqsimlanishiga oid kvadrupol momentni ifodalaydi. Doimiy (1/Vt) nurlanish quvvatining taxminiy kattalik tartibini baholash imkonini beradi.

1969-yildan boshlab (Veber tajribalari^[ingl.]) gravitatsion nurlanish detektorlari ishlab chiqilmoqda. AQSH, Yevropa va Yaponiyada hozirda bir nechta ishlayotgan yerusti detektorlari mavjud (LIGO, VIRGO, TAMA^[ingl.], GEO 600), shuningdek, kosmik gravitatsion detektor loyihasi ham bor — LISA (Laser Interferometer Space Antenna — lazer interferometrli kosmik antenna). Rossiyada yerusti detektori «Dulqin» gravitatsion to‘lqinlarni tadqiq etish ilmiy markazida, Tatariston Respublikasida ishlab chiqilmoqda.

Gravitatsion tortishish va vaqtning sekinlashishi kabi klassik ta’sirlardan tashqari, umumiy nisbiylik nazariyasi Yer sharoitida juda kuchsiz bo‘lgan boshqa gravitatsion hodisalar ham mavjudligini bashorat qiladi. Shu sabab ularni aniqlash va tajribada tekshirish nihoyatda mushkul. Yaqin vaqtgacha bu qiyinchiliklarni yengish tajribachilar imkoniyatidan tashqarida deb hisoblangan.

Ularga, xususan, inersial sanoq tizimlarining ergashtirilishi (yoki Lenze — Tirring effekti) hamda gravitomagnit maydonkiradi. 2005-yilda AQSH kosmik agentligi NASA Gravity Probe B nomli avtomatik apparat yordamida Yer yaqinida ushbu ta’sirlarni o‘lchash bo‘yicha misli ko‘rilmagan aniqlikdagi tajribani amalga oshirdi. Olingan ma’lumotlarni qayta ishlash 2011-yil mayigacha davom etdi va geodezik pretsessiya hamda inersial sanoq tizimlarining ergashtirilishi ta’sirlarining mavjudligi va kattaligini tasdiqladi, garchi aniqlik dastlab kutilganidan biroz pastroq bo‘lsa-da.

O‘lchovlardagi xalaqitlarni tahlil qilish va bartaraf etish bo‘yicha jadal ishlardan keyin missiyaning yakuniy natijalari NASA-TV matbuot anjumanida 4-may 2011-yilda e’lon qilindi va Physical Review Lettersjurnalida chop etildi. O‘lchangan geodezik pretsessiya qiymati −6601,8±18,3 yoy millisekundi yiliga, ergashtirilish effekti esa −37,2±7,2 yoy millisekundi yiliga bo‘ldi (nazariy qiymatlar bilan solishtiring: −6606,1 mas/yil va −39,2 mas/yil).

Gravitatsiyaning kvant ta’sirlari hatto eng ekstremal va kuzatish mumkin bo‘lgan sharoitlarda ham nihoyatda kichik bo‘lgani sababli, hozirgacha ular bo‘yicha ishonchli kuzatishlar mavjud emas. Nazariy hisob-kitoblar aksariyat hollarda gravitatsion o‘zaro ta’sirni klassik usulda tavsiflash yetarli ekanini ko‘rsatadi.

Gravitatsiyaning zamonaviy asosiy klassik nazariyasi — umumiy nisbiylik nazariyasibo‘lib, uni aniqlashtiruvchi, turli darajada ishlab chiqilgan va bir-biri bilan raqobatlashuvchi ko‘plab gipoteza hamda nazariyalar mavjud. Bu nazariyalarning barchasi hozirgi tajribalarda tekshirilayotgan yaqinlashuv doirasida juda o‘xshash natijalarni bashorat qiladi. Quyida gravitatsiya haqidagi eng asosiy, eng yaxshi ishlab chiqilgan yoki mashhur nazariyalarning ayrimlari tavsiflanadi.

Yarim asrdan ziyod urinishlarga qaramay, gravitatsiya fundamental o‘zaro ta’sirlar orasida hanuz umumiy e’tirof etilgan va ichki ziddiyatlardan xoli kvant nazariyasiishlab chiqilmagan yagona ta’sirdir. Past energiyalarda, kvant maydon nazariyasiyondashuviga ko‘ra, gravitatsion o‘zaro ta’sirni gravitonlar — spini 2 ga teng kalibrlovchi bozonlar — almashinuvi sifatida tasavvur qilish mumkin. Biroq hosil bo‘lgan nazariya qayta normallashtirilmaydiganbo‘lib, shu sababli qoniqarsiz deb hisoblanadi.

So‘nggi o‘n yilliklarda gravitatsiyani kvantlash muammosini hal qilish uchun bir necha istiqbolli yondashuvlar ishlab chiqildi: strunalar nazariyasi, halqali kvant gravitatsiyasi va boshqalar.

Strunalar nazariyasi

Bu nazariyada zarralar va fon fazo-vaqt o‘rnini strunalar hamda ularning ko‘p o‘lchamli muqobillari — branalaregallaydi. Ko‘p o‘lchamli masalalarda branalar ko‘p o‘lchamli zarralar hisoblanadi, biroq shu branalarning ichida harakatlanayotgan zarralar nuqtayi nazaridan ular fazo-vaqt tuzilmalaridir. Strunalar nazariyasining bir ko‘rinishi M-nazariya.

Halqali kvant gravitatsiyasi

Bu yondashuvda fazo-vaqtning fon tuzilishiga bog‘lanmagan kvant maydon nazariyasini yaratishga uriniladi. Nazariyaga ko‘ra, fazo va vaqt alohida diskret qismlardan tashkil topadi. Fazoning bu mayda kvant katakchalari ma’lum tarzda bir-biri bilan bog‘lanadi: kichik vaqt va uzunlik miqyoslarida ular rang-barang, diskret fazoviy tuzilmani hosil qiladi, katta miqyoslarda esa uzluksiz va silliq fazo-vaqtga aylanadi. Ko‘pgina kosmologik modellar Koinotning holatini faqat Plank vaqti dan boshlab, ya’ni Katta portlashdan keyingi davrda tavsiflay olsa, halqali kvant gravitatsiyasi portlash jarayonining o‘zini, hatto undan oldingi holatni ham tushuntirishga imkon berishi mumkin. Halqali kvant gravitatsiyasi Standart modelning barcha zarralarini ularning massasini tushuntirish uchun Xiggs bozonini kiritishni.

Sababiy dinamik triangulyatsiya

Sababiy dinamik triangulyatsiya — bu yondashuvda fazo-vaqt ko‘pxilligi oddiy Yevklid simplekslari (uchburchak, tetraedr, pentaxor) asosida, o‘lchamlari Plank tartibida bo‘lgan elementlardan sababiyat prinsipini hisobga olgan holda tuziladi. Makroskopik miqyosda fazo-vaqtning to‘rt o‘lchamliligi va psevdo-yevklid xususiyati oldindan faraz qilinmaydi, balki nazariya natijasi sifatida kelib chiqadi.

Elementar zarralar past energiyaga ega bo‘lganida mikrodunyodagi gravitatsiya boshqa fundamental o‘zaro ta’sirlardan juda ko‘p darajada kuchsiz bo‘ladi. Masalan, tinch turgan ikkita proton o‘rtasidagi gravitatsion kuchning elektrostatik kuchga nisbati .

Xuddi Kulon qonuni dagi kabi, butun olam tortishish qonuniga kiruvchi kattalik gravitatsion zaryad deb ataladi. Massa va energiyaning ekvivalentlik prinsipiga ko‘ra, gravitatsion zaryad quyidagi ifodaga teng: Gravitatsion o‘zaro ta’sir gravitatsion zaryad elektr zaryadiga tenglashganda elektromagnit o‘zaro ta’sir kuchiga teng bo‘ladi, ya’ni energiyalar GeV bo‘lganda; bunday energiyalarga elementar zarra tezlatkichlarida hozircha erishib bo‘lmaydi.

Taxminlarga ko‘ra, gravitatsion o‘zaro ta’sir dastlab boshqa o‘zaro ta’sirlar kabi kuchli bo‘lgan. Bu holat dastlabki  soniya mobaynida, ya’ni Katta portlashdan keyin yuz bergan.

• Tortishish, gravitatsiya, gravitatsion o‘zaro ta’sir // Sekin yuruvchilar (tardigradlar) — Ulyanovo. — M. : Sovet ensiklopediyasi, 1977. — B. 419—423. — (Katta sovet ensiklopediyasi : [30 jildda] / bosh muharrir A. M. Proxorov ; 1969—1978, j. 26).
• Novikov I. D. Tortishish (gravitatsiya, gravitatsion o‘zaro ta’sir) // Fizika. Katta ensiklopedik lug‘at / Bosh muharrir A. M. Proxorov. — 4-nashr. — M.: Katta Rossiya ensiklopediyasi, 1998. — B. 772—775. — 944 bet: rasmlar, 2 varaq rangli rasmlar. — ISBN 5—85270—306—0 (KRE).
• Vizgin V. P. Tortishishning relyativistik nazariyasi (kelib chiqishi va shakllanishi, 1900—1915). — M.: Nauka, 1981. — 352 bet.
• Vizgin V. P. XX asrning 1-uchdan bir qismidagi yagona nazariyalar. — M.: Nauka, 1985. — 304 bet.
• Ivanenko D. D., Sardanashvili G. A. Gravitatsiya. 3-nashr. — M.: URSS, 2008. — 200 bet.
• Mizner Ch., Torn K., Uiler J. Gravitatsiya. — M.: Mir, 1977.
• Torn K. Qora tuynuklar va vaqt burmalari. Eynshteynning jasoratli merosi. — M.: Fizika-matematika adabiyoti davlat nashriyoti, 2009.
• Halliday, David; Robert Resnick; Kenneth S. Krane. Physics v. 1. — Nyu-York: John Wiley & Sons, 2001. — ISBN 978-0-471-32057-9.
• Serway, Raymond A.; Jewett, John W. Physics for Scientists and Engineers. — 6-nashr. — Brooks/Cole^[ingl.], 2004. — ISBN 978-0-534-40842-8.
• Tipler, Paul. Physics for Scientists and Engineers: Mechanics, Oscillations and Waves, Thermodynamics (ingl.). — 5-nashr. — W.H. Freeman^[ingl.], 2004. — ISBN 978-0-7167-0809-4.

• Fizika ensiklopediyasi — «Tortishish»
• Hazewinkel, Michiel, ed. (2001), Gravitatsiya, Matematika ensiklopediyasi (ingl.), Springer, ISBN 978-1-55608-010-4
• Hazewinkel, Michiel, ed. (2001), Gravitatsiya nazariyasi, Matematika ensiklopediyasi (ingl.), Springer, ISBN 978-1-55608-010-4