Dlaczego grawitacja ciągnie nas w dół, a nie w górę?

Dlaczego grawitacja ciągnie nas w dół, a nie w górę?

Grawitacja jest przyczyną przyciągania się obiektów posiadających masę lub energię. Dlatego jabłka spadają na Ziemię, a planety krążą wokół gwiazd.

Magnesy przyciągają niektóre rodzaje metali, ale mogą też odpychać inne. Jak więc po prostu czujesz przyciąganie grawitacyjne?

W 1915 roku Albert Einstein znalazł odpowiedź, publikując swoją ogólną teorię względności. Powodem, dla którego grawitacja ciągnie cię w stronę Ziemi, jest to, że wszystkie obiekty posiadające masę, takie jak nasza Ziemia, w rzeczywistości zaginają strukturę wszechświata, zwaną czasoprzestrzenią. To zakręt to uczucie grawitacji.

Co to jest czasoprzestrzeń?

Zanim wejdziesz do złożonego świata grawitacji, musisz zrozumieć czasoprzestrzeń.

Czasoprzestrzeń jest dokładnie taka, jak się wydaje: trzy wymiary przestrzeni – długość, szerokość i wysokość – połączone z czwartym wymiarem – czasem. Używając genialnej matematyki, Einstein był pierwszą osobą, która zdała sobie sprawę, że prawa fizyki działają we wszechświecie Przestrzeń i czas łączą się ze sobą.

Oznacza to, że przestrzeń i czas są ze sobą powiązane – jeśli poruszasz się w przestrzeni bardzo szybko, czas dla ciebie zwalnia w porównaniu do kogoś, kto porusza się powoli. Dlatego astronauci – którzy poruszają się bardzo szybko w przestrzeni – Starzeją się nieco wolniej niż ludzie na Ziemi.

Ziemia zagina czasoprzestrzeń w taki sposób, że opada ona w stronę Ziemi, a nie od niej. Źródło: Tokamak / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Materiał tworzy studnie grawitacyjne, a nie wzgórza grawitacyjne

Pamiętajcie, że grawitacja to koncepcja, zgodnie z którą obiekty we wszechświecie przyciągają się do siebie, ponieważ czasoprzestrzeń jest zakrzywiona i zakrzywiona. Kiedy Einstein stworzył ogólną teorię względności, pokazał, że wszystkie obiekty we wszechświecie mogą zaginać czasoprzestrzeń – z fizycznego punktu widzenia obiekty to masa i energia.

Ponieważ twój umysł zwykle myśli o świecie w trzech wymiarach, naprawdę trudno jest myśleć o czterech wymiarach czasoprzestrzeni jako o jednej idei. Aby ułatwić wizualizację, wyobraźmy sobie powierzchnię trampoliny. Jeśli nic na niej nie ma, jest płaska. Ale jeśli staniesz na trampolinie, rozciąga się ona wokół twoich stóp i tworzy dolinę, gdy jesteś w środku. Jeśli na trampolinie znajduje się piłka, potoczy się ona w kierunku Twoich stóp.

Grawitacja działa podobnie do tego, jak przedmioty toczą się w kierunku twoich stóp, jeśli stoisz na trampolinie.

To jest dwuwymiarowy przykład działania czasoprzestrzeni. Twoja masa rozciąga trampolinę, tworząc tak zwaną studnię grawitacyjną, w której toczy się piłka. Jest to bardzo podobne do tego, jak grawitacja ciężkiego obiektu – takiego jak Ziemia – przyciąga do siebie obiekty takie jak ty i ja.

A żeby było jeszcze dziwniej, skoro przestrzeń i czas są ze sobą powiązane, Czas wydłuża się również z powodu ciężkich przedmiotów!

W filmie Interstellar bohaterowie udają się na pobliską planetę Czarna dziuraKiedy tam są, starzeją się wolniej niż wszyscy inni.

Im jesteś cięższy, tym bardziej strome będą boki trampoliny. Dlatego naprawdę masywne obiekty we wszechświecie – takie jak Słońce czy czarne dziury – mają silniejsze przyciąganie grawitacyjne niż Ziemia.

Dlaczego więc grawitacja ciągnie Cię w dół, a nie odpycha?

Wyobraź sobie, że ktoś wszedł pod trampolinę i podniósł ją. Piłka się odtoczy! To będzie wzgórze grawitacyjne, a nie studnia grawitacyjna. O ile naukowcy wiedzą, materia – lub obiekty – zawsze tworzy studnie grawitacyjne, a nie wzgórza grawitacyjne. Naukowcy mogą sobie wyobrazić obiekty wykonane z egzotycznej materii lub energii, które spowodowałyby wypchnięcie grawitacyjne w przestrzeń kosmiczną, ale jak dotąd nikt nie znalazł niczego, co mogłoby spowodować wypchnięcie grawitacyjne z Ziemi.

Napisane przez Mario Borondę, profesora nadzwyczajnego fizyki na Uniwersytecie Stanowym Oklahoma.

Na podstawie artykułu pierwotnie opublikowanego w Rozmowa.