Γιατί η βαρύτητα μας τραβάει προς τα κάτω και όχι προς τα πάνω;

Γιατί η βαρύτητα μας τραβάει προς τα κάτω και όχι προς τα πάνω;

Η βαρύτητα είναι ο λόγος για τον οποίο αντικείμενα με μάζα ή ενέργεια έλκονται μεταξύ τους. Αυτός είναι ο λόγος που τα μήλα πέφτουν στη Γη και οι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από αστέρια.

Οι μαγνήτες προσελκύουν ορισμένους τύπους μετάλλων, αλλά μπορούν επίσης να απωθήσουν άλλους. Πώς νιώθετε λοιπόν την έλξη της βαρύτητας;

Το 1915, ο Άλμπερτ Αϊνστάιν ανακάλυψε την απάντηση όταν δημοσίευσε τη θεωρία του για τη γενική σχετικότητα. Ο λόγος για τον οποίο η βαρύτητα σας τραβάει προς τη Γη είναι επειδή όλα τα αντικείμενα με μάζα, όπως η Γη μας, στην πραγματικότητα λυγίζουν και λυγίζουν το ύφασμα του σύμπαντος, που ονομάζεται χωροχρόνος. Αυτή η κάμψη είναι η αίσθηση της βαρύτητας.

Τι είναι ο χωροχρόνος;

Πριν μπείτε στον περίπλοκο κόσμο της βαρύτητας, πρέπει να κατανοήσετε τον χωροχρόνο.

Ο χωροχρόνος είναι ακριβώς αυτό που ακούγεται: οι τρεις διαστάσεις του χώρου – μήκος, πλάτος και ύψος – σε συνδυασμό με την τέταρτη διάσταση – τον χρόνο. Χρησιμοποιώντας μερικά λαμπρά μαθηματικά, ο Αϊνστάιν ήταν ο πρώτος άνθρωπος που συνειδητοποίησε ότι οι νόμοι της φυσικής λειτουργούν στο σύμπαν Χώρος και χρόνος συγχωνεύονται.

Αυτό σημαίνει ότι ο χώρος και ο χρόνος σχετίζονται – αν κινείστε πολύ γρήγορα στο χώρο, ο χρόνος επιβραδύνεται για εσάς σε σύγκριση με κάποιον που κινείται αργά. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι αστροναύτες – που κινούνται πολύ γρήγορα στο διάστημα – Γερνούν λίγο πιο αργά από τους ανθρώπους στη Γη.

Η Γη κάμπτει τον χωροχρόνο έτσι ώστε να πέφτει προς τη Γη και όχι μακριά από αυτήν. Πίστωση: Tokamak / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Το υλικό είναι αυτό που κάνει τα πηγάδια βαρύτητας, όχι τους λόφους βαρύτητας

Θυμηθείτε, η βαρύτητα είναι η ιδέα ότι τα αντικείμενα στο σύμπαν έλκονται μεταξύ τους επειδή ο χωροχρόνος είναι καμπύλος και καμπύλος. Όταν ο Αϊνστάιν βρήκε τη γενική σχετικότητα, έδειξε ότι όλα τα αντικείμενα στο σύμπαν μπορούν να κάμψουν τον χωροχρόνο – με όρους φυσικής τα αντικείμενα είναι και μάζα και ενέργεια.

Δεδομένου ότι το μυαλό σας συνήθως σκέφτεται τον κόσμο σε τρεις διαστάσεις, είναι πραγματικά δύσκολο να σκεφτείτε τις τέσσερις διαστάσεις του χωροχρόνου ως μια ενιαία ιδέα. Έτσι, για να είναι πιο εύκολη η οπτικοποίηση, φανταστείτε την επιφάνεια ενός τραμπολίνου. Αν δεν υπάρχει τίποτα πάνω του, είναι επίπεδο. Αλλά αν σταθείτε στο τραμπολίνο, αυτό εκτείνεται γύρω από τα πόδια σας και σχηματίζει μια κοιλάδα όταν βρίσκεστε στο κέντρο. Εάν υπάρχει μια μπάλα στο τραμπολίνο, θα κυλήσει προς τα πόδια σας.

Η βαρύτητα λειτουργεί παρόμοια με το πώς τα αντικείμενα κυλούν προς τα πόδια σας εάν στέκεστε σε ένα τραμπολίνο.

Αυτό είναι ένα δισδιάστατο παράδειγμα του πώς λειτουργεί ο χωροχρόνος. Η μάζα σας τεντώνει το τραμπολίνο, δημιουργώντας αυτό που ονομάζεται πηγάδι βαρύτητας μέσα στο οποίο κυλά η μπάλα. Αυτό είναι πολύ παρόμοιο με το πώς η βαρύτητα ενός βαρύ αντικειμένου – όπως η Γη – τραβά αντικείμενα σαν εσάς και εμένα προς το μέρος του.

Και για να κάνουμε τα πράγματα ακόμα πιο περίεργα, αφού ο χώρος και ο χρόνος είναι συνδεδεμένοι, Ο χρόνος παρατείνεται και λόγω βαρέων αντικειμένων!

Στην ταινία Interstellar, οι χαρακτήρες πηγαίνουν σε έναν κοντινό πλανήτη Μαύρη τρύπαΌσο είναι εκεί, γερνούν πιο αργά από όλους τους άλλους.

Όσο πιο βαρύς είστε, τόσο πιο απότομες θα είναι οι πλευρές του τραμπολίνου. Γι' αυτό τα πραγματικά τεράστια αντικείμενα στο σύμπαν – όπως ο Ήλιος ή οι μαύρες τρύπες – έχουν ισχυρότερη βαρυτική έλξη από τη Γη.

Γιατί λοιπόν η βαρύτητα σε τραβάει προς τα κάτω και δεν σε απομακρύνει;

Φανταστείτε ότι κάποιος πήγε κάτω από ένα τραμπολίνο και το έσπρωξε προς τα πάνω. Η μπάλα θα κυλήσει μακριά! Αυτό θα είναι ένας λόφος βαρύτητας, όχι ένα πηγάδι βαρύτητας. Από όσο γνωρίζουν οι επιστήμονες, η ύλη – ή τα αντικείμενα – δημιουργούν πάντα πηγάδια βαρύτητας, όχι λόφους βαρύτητας. Οι επιστήμονες μπορούν να φανταστούν αντικείμενα κατασκευασμένα από εξωτική ύλη ή ενέργεια που θα προκαλούσαν τη βαρύτητα να σας ωθήσει στο διάστημα, αλλά μέχρι στιγμής, κανείς δεν έχει βρει κάτι που θα μπορούσε να προκαλέσει τη βαρύτητα να σας ωθήσει μακριά από τη Γη.

Γράφτηκε από τον Mario Boronda, Αναπληρωτή Καθηγητή Φυσικής, Oklahoma State University.

Προσαρμογή από άρθρο που δημοσιεύτηκε αρχικά στο Συνομιλία.