De ce gravitația ne trage în jos, spre pământ, și nu în sus?
Gravitația este motivul pentru care lucrurile cu masă sau energie sunt atrase unele de altele. Aceasta explică de ce cad merele pe pământ și de ce planetele orbitează în jurul Soarelui.
Drahomír Hugo Posteby-Mach
Natura gravitației a rămas un mister până când teoria relativității generale a lui Albert Einstein a oferit o explicație inovatoare în 1915. Practic, teoria relativității generale a lui Albert Einstein a revoluționat modul în care înțelegem gravitația.
Ea a propus că obiectele cu masă, cum ar fi Pământul, distorsionează structura Universului, cunoscută sub numele de spațiu-timp. Această distorsiune sau curbură este ceea ce noi percepem ca fiind gravitația. Teoria lui Einstein diferă de viziunea newtoniană, care considera gravitația ca fiind o forță care acționează la distanță.
Alexander Borek, CC BY-SA 4.0
Spațiul-timp, un concept esențial pentru înțelegerea gravitației, combină cele trei dimensiuni ale spațiului (lungime, lățime și înălțime) cu cea de-a patra dimensiune, timpul. Cadrul matematic al lui Einstein a arătat că legile fizicii operează într-un Univers în care spațiul și timpul sunt întrepătrunse.
Această interconectare înseamnă că mișcarea în spațiu afectează curgerea timpului. De exemplu, astronauții care se deplasează rapid în spațiu experimentează timpul într-un mod ușor diferit față de oamenii de pe Pământ.
Conceptul că spațiul-timp este curbat și încovoiat de masă și energie formează nucleul teoriei lui Einstein. În termeni mai simpli, acest lucru poate fi vizualizat folosind analogia cu o trambulină. O trambulină pe care nu este nimeni reprezintă un spațiu-timp plat. Atunci când o persoană stă pe ea – trambulina se întinde, creând o depresiune sau un gol.
Masa persoanei respective a întins trambulina, creând ceea ce se numește un puț gravitațional în care, de exemplu o mingea, se rostogolește, într-un mod similar cu modul în care obiectele sunt atrase de gravitația Pământului.
Această analogie ajută, de asemenea, să explice de ce gravitația atrage întotdeauna obiectele împreună, în loc să le îndepărteze. În cazul trambulinei, obiectele creează întotdeauna un puț gravitațional (zone de atracție), nu movile (zone de respingere).
Conceptul de movile gravitaționale, în care spațiul-timp împinge obiectele la distanță, ar necesita materie sau energie exotică, care deocamdată rămâne teoretică și neobservată. Materia exotică este un tip ipotetic de materie care are atât o densitate de energie negativă, cât și o presiune sau o tensiune negativă care depășește densitatea de energie, conform sciencefocus.com.
Forța gravitațională depinde de masă. Obiectele mai grele creează puțuri gravitaționale mai adânci, explicând de ce corpurile cerești masive, precum Soarele sau găurile negre, exercită o atracție gravitațională mai puternică decât obiectele mai mici, precum Pământul.
Acest lucru implică, de asemenea, faptul că timpul este afectat de gravitație. În apropierea obiectelor masive, unde spațiul-timp este semnificativ curbat, timpul trece diferit față de zonele cu o influență gravitațională mai mică.
În ciuda complexității relativității generale, predicțiile sale au fost validate prin diverse experimente și observații. De exemplu, teoria prezice cu exactitate orbita lui Mercur, ceea ce fizica newtoniană nu a reușit să facă. Aceasta explică, de asemenea, curbarea luminii în jurul obiectelor masive, un fenomen observat în timpul eclipselor de Soare.
Relativitatea generală, deși reușește să explice cu succes multe aspecte ale gravitației, nu se împacă pe deplin cu mecanica cuantică, celălalt mare pilon al fizicii moderne. Acest lucru i-a determinat pe oamenii de știință să caute o teorie a gravitației cuantice, care ar unifica legile foarte mari (relativitatea generală) și cele foarte mici (mecanica cuantică). Căutarea unei astfel de teorii rămâne una dintre principalele provocări ale fizicii moderne.
