Kas ir gravitācija?

Lai gan cilvēki vienmēr ir apzinājušies gravitāciju, gadu gaitā ir bijuši daudzi mēģinājumi to precīzi izskaidrot, un teorijas ir regulāri jāuzlabo, lai ņemtu vērā iepriekš neapsvērtos gravitācijas aspektus. Aristotelis bija viens no pirmajiem domātājiem, kas postulēja gravitācijas iemeslu, un viņa un citas agrīnās teorijas balstījās uz Visuma ģeocentrisku modeli, kura centrā bija Zeme. Galileo, itāļu fiziķis, kurš veica pirmos teleskopiskos novērojumus, atbalstot Saules sistēmas heliocentrisko modeli ar Sauli centrā, 17. gadsimta mijā arī guva panākumus gravitācijas teorijā. Viņš atklāja, ka dažāda svara objekti krīt uz Zemi ar tādu pašu ātrumu.

1687. gadā angļu zinātnieks sers Īzaks Ņūtons publicēja savu universālās gravitācijas likumu, ko joprojām izmanto, lai aprakstītu gravitācijas spēkus lielākajā daļā ikdienas kontekstu. Pirmais Ņūtona likums nosaka, ka gravitācijas spēks starp divām masām ir tieši proporcionāls abu masu reizinājumam un apgriezti proporcionāls attāluma kvadrātam starp tām jeb matemātiski: F=G(m1m2/d2), kur G ir nemainīgs.

Otrais Ņūtona likums nosaka, ka gravitācijas spēks ir vienāds ar ķermeņa masas un tā paātrinājuma reizinājumu jeb F=ma. Tas nozīmē, ka divas masas, kuras gravitācijas dēļ pievelk viena otrai, piedzīvo tādu pašu spēku, bet tas nozīmē daudz lielāku paātrinājumu mazākam objektam. Tāpēc, kad ābols krīt pret Zemi, gan Zeme, gan ābols piedzīvo vienādu spēku, bet Zeme paātrinās pret ābolu ar niecīgu ātrumu, jo tas ir daudz masīvāks par ābolu.

Apmēram 19. gadsimta beigās astronomi sāka pamanīt, ka Ņūtona likums neprecīzi atspoguļo mūsu Saules sistēmā novērotās gravitācijas parādības, īpaši Merkura orbītas gadījumā. Alberta Einšteina vispārējās relativitātes teorija, kas tika publicēta 1915. gadā, atrisināja Merkura orbītas jautājumu, taču kopš tā laika tika atklāts, ka tā ir arī nepilnīga, jo tā nevar izskaidrot kvantu mehānikā aprakstītās parādības. Stīgu teorija ir viena no galvenajām mūsdienu teorijām, kas izskaidro kvantu gravitāciju. Lai gan Ņūtona likums nav ideāls, tas joprojām tiek plaši izmantots un mācīts tā vienkāršības un ciešas realitātes tuvinājuma dēļ.

Tā kā gravitācijas spēks ir proporcionāls abu objektu masām, kas to piedzīvo, dažādi debesu ķermeņi iedarbojas ar spēcīgāku vai vājāku gravitācijas spēku. Šī iemesla dēļ objektam uz dažādām planētām būs atšķirīgs svars, tas ir smagāks uz masīvākām planētām un vieglāks uz mazāk masīvām planētām. Tāpēc cilvēki uz Mēness ir daudz vieglāki nekā uz Zemes.

Tas ir populārs nepareizs uzskats, ka astronauti piedzīvo bezsvara stāvokli kosmosa ceļojumu laikā, jo viņi atrodas ārpus liela ķermeņa gravitācijas spēka lauka. Faktiski bezsvara stāvoklis kosmosa ceļojumu laikā faktiski tiek sasniegts brīvā kritiena dēļ – astronauts un kosmosa atspole vai raķete abi krīt (vai paātrinās) ar vienādu ātrumu. Tas pats ātrums rada priekšstatu par bezsvara stāvokli vai peldēšanu. Tas ir tāds pats jēdziens kā personai, kas brauc “brīvā kritienā” atrakciju parkā. Gan braucējs, gan braucējs krīt ar tādu pašu ātrumu, radot iespaidu, ka braucējs krīt neatkarīgi no brauciena. Tādu pašu sajūtu var piedzīvot, braucot ar lidmašīnu vai liftu, kas pēkšņi izjaucas no ierastā pienācīgā ātruma.