Как работает гравитация?

Сила гравитации — это самое слабое взаимодействие, которое существует в природе, и именно она заставляет два тела притягиваться друг к другу. Мы все много раз сталкивались с тем, что роняли предмет, который держим в руках. А потом он падает и ударяется о землю. Вы наверняка слышали о яблоке Исаака Ньютона , истории об английском физике, который сидел под деревом и наблюдал, как яблоко падает на траву. Говорят, что затем он задался вопросом, почему яблоко упало, а Луна — нет. И с этого момента он начал свои исследования гравитации.

Что мы знали, что определили Ньютон и Галилей, так это то, что гравитация вызывает ускорение. Предмет, который изначально все еще был в вашей руке, падает с ускорением, когда вы отпускаете ее. Как я уже упоминал в начале, сила гравитации — это то, что заставляет два предмета притягиваться друг к другу. И это притяжение, или эта сила, зависит от двух вещей: в данном случае от массы Земли и массы предмета, который вы отпускаете.

Важно знать, что ускорение не зависит от массы падающего объекта. Если я хочу ускорить что-то очень большое, мне нужно приложить большую силу; если мне нужно ускорить что-то меньшее, мне нужно приложить меньшую силу, но ускорение будет тем же самым. Это то, что продемонстрировал Галилей , когда он поднялся на Пизанскую башню и сбрасывал металлические шары разной массы, чтобы показать, что время спуска не зависит от массы падающего объекта, потому что ускорение, вызванное гравитацией, одинаково. Если вам интересно, почему он не ронял перья или листья деревьев, объяснение в том, что он не делал этого, чтобы не беспокоиться о дополнительном эффекте трения.

В действительности, когда что-то падает, движутся оба: Земля движется, и падающий предмет движется. Дело в том, что гравитация, оказываемая маленьким предметом, падающим из вашей руки на огромную Землю, очень мала, поэтому мы ее не замечаем.

Все меняется, когда мы сравниваем два объекта с похожей массой, например, Луну, вращающуюся вокруг Земли. Почему Луна не падает? Объяснение в том, что когда она образовалась в Солнечной системе , Луна не была неподвижной; она вращалась с определенной скоростью. Это вращение удерживает ее от падения. Но именно сила гравитации заставляет ее вращаться. Это как лассо ковбоя на родео: когда он его раскручивает, лассо не падает. Гравитация Земли на Луне оказывает схожий эффект.

То, что я вам до сих пор объяснял, — это физика, открытая Галилеем и Ньютоном. Но когда на сцене появляется Эйнштейн, все меняется. Гравитация Эйнштейна также изменяет время, потому что, согласно его теории, гравитация — это эффект кривизны пространства-времени. Как он продемонстрировал, когда гравитационное поле очень сильное, время течет медленнее.

Если мы представим себе предмет, падающий из вашей руки, когда вы его отпускаете, то нам покажется, что он падает по прямой линии, но на самом деле это не так. Если бы мы могли видеть небольшие изменения силы тяжести, мы бы увидели, что небольшие отклонения происходят вместе с ними. Хотя они кажутся нам прямыми линиями, в искривленном пространстве-времени, подобном нашему, они не совсем таковы. Это прямые линии, адаптированные к этой геометрии, как когда вы рисуете прямую линию на сфере или цилиндре.

Другая тема, которая может вас заинтересовать, — это связь между гравитацией и весом. Ваш вес — это именно та сила, с которой Земля притягивает вас. Если бы вы были на Луне, ваш вес был бы меньше, потому что, поскольку наш спутник имеет гораздо меньшую массу, чем наша планета, то и сила гравитации, которую он оказывает, тоже меньше. И вот почему астронавты, имеющие одинаковую массу везде, весят на Луне меньше, чем на Земле, потому что эти два небесных тела имеют разные массы. Вы можете себе представить, что частицы, из которых состоят оба тела, тянут массу астронавта, притягивая ее. На Луне меньше частиц, оказывающих это притяжение, чем на Земле, поэтому сила гравитации меньше.

Рут Ласкоц имеет докторскую степень по физике и является профессором Университета Страны Басков.

Координация и написание: Виктория Торо .

Вопрос отправлен по электронной почте Франсиско Гомесом .

Nosotras Respondemos — это еженедельная научная консультация, спонсируемая программой L'Oréal-Unesco «For Women in Science» и Bristol Myers Squibb , которая отвечает на вопросы читателей о науке и технологиях. На эти вопросы отвечают ученые и технологи, члены AMIT (Ассоциация женщин-исследователей и технологов). Отправляйте свои вопросы по адресу [email protected] или через X #nosotrasrespondemos.