Gravitatia

Te-ai intrebat vreodata ce te tine cu picioarele pe pamant? Dintre toate fortele fundamentale ale Universului, una singura ne domina fiecare moment al vietii: gravitatia. Ne tine cu picioarele pe pamant, ne aduce inapoi mingea de fotbal sau de tenis si ofera musculaturii motive sa functioneze.

Universul este dependent de gravitatie, de la modul in care se aglomereaza norii de hidrogen pentru a da nastere stelelor si pana la formarea galaxiilor. Gravitatia marcheaza evolutia universului de la inceput si pana in ultima sa clipa, dar, dupa mai bine de 400 de ani de studii ale gravitatiei, tot nu stim cu exactitate ce este.

Gravitatia este o forta universala

Astazi, oamenii de stiinta stiu ca exista patru forte care atrag sau resping obiectele. Exista forta tare si forta slaba, ambele operand in interiorul atomilor. Forta electromagnetica se ocupa de obiectele incarcate, precum electronii si protonii, si gravitatia in raza careia de actiune se afla obiectele cu masa.

Primele trei forte au ajuns in atentia noastra recent, dar in privinta gravitatiei am tot speculat de-a lungul secolelor pentru ca ea actioneaza asupra tuturor lucrurilor cu care interactionam. Newton a publicat in 1687 tratatul Philosophiae Naturalis Principia Mathematica, in care a scris ca orice obiect din univers, de la un graunte de nisip si pana la cele mai mari stele, este atras de orice alt obiect.

Gravitatia ca geometrie a spatiului

Descrierea lui Newton a fost indeajuns de exacta cat sa detectam existenta planetei Neptun in anii 1800, inainte ca oricine altcineva sa o vada, dar legea lui nu este una perfecta. In anii 1800, astronomii au observat ca Mercur se deplaseaza in jurul Soarelui mult mai repede decat a prezis lega lui Newton, observand o necorelare intre legea lui si legea naturii. Einstein a rezolvat problema in 1915, cand a publicat Teoria Relativitatii Generale.

Inainte ca Einstein sa publice teoria, fizicienii stiau sa calculeze forta gravitationala a unei planete, dar cunoasterea lor in privinta gravitatiei era cu putin mai avansata decat cea a filosofilor Greciei antice. Acesti oameni de stiinta au inteles ca toate obiectele se atrag cu o forta instantanee si cu o raza infinita de actiune, asa cum a spus Newton. Multi savanti contemporani lui Einstein au preferat sa lase legea lui Newton neatinsa, dar in timp ce acesta lucra la teoria relativitatii speciale, si-a dat seama ca nimic nu se poate deplasa instantaneu, iar gravitatia nu face exceptie.

Timp de secole, fizicienii au tratat spatiul ca fiind un spatiu pre-determinat in care lucrurile se intampla. Spatiul era absolut, lipsit de schimbare si inexistent in realitate. Relativitatea Generala a prezentat spatiul si timpul de la ceva static la o substanta similara aerului din camera. Einstein a unit acel spatiu si timpul intr-o textura a universului si a spus ca acest „material”, denumit spatiu-timp, poate fi intins, comprimat, intors pe toate partile, deplasand tot ce se afla in interior odata cu el.

Einstein a sugerat ca forma spatiu-timpului este ceea ce da nastere fortei pe care noi o percepem ca fiind gravitatia. O concentrare de masa, ori energie, cum ar fi Terra sau Soarele, curbeaza textura universului in jurul sau asa cum o piatra afecteaza curgerea unei ape. Cand alte obiecte se misca in jurul acestui corp, ele urmeaza curbura spatiului. Iata fotografia de mai sus. Vedem planetele cum orbiteaza stele si merele cum cad din copac pentru ca acestea urmeaza curburi ale spatiu-timpului. In situatiile zilnice, aceste traiectorii respecta legea lui Newton.

Ecuatiile relativitatii generale ale lui Einstein, o colectie de formule care ne arata ca materia si energia curbeaza spatiu-timpul, au devenit acceptate cand au prezis deplasarea planetei Mercur si curbarea luminii Soarelui in timpul unei eclipse in 1919.

Iata o demonstratie foarte interesanta. Mai tarziu, in video, este simulata si relatia Terra-Luna in jurul Soarelui:

Gravitatia ca unealta de explorare spatiala

Gravitatia este atat de exacta incat o putem folosi pentru a intelege cum masele interactioneaza si ne ajuta sa exploram universul.

Astronomii americani Vera Rubin si Kent Ford au observat in anii ’60 ca galaxiile par sa se invarta indeajuns de repede incat stelele sa sara din ele, asa cum un caine se scutura dupa ce iese din apa. Dar pentru ca galaxiile nu-si pierd stelele, si-au dat seama ca ceva le tine laolalta. Observatiile lui Rubin si Ford au oferit dovezi solide care au sustinut o teorie mai veche, ce ii apartine astronomului elvetian Fritz Zwicky, lansata in anii ’30 si care spune ca o varietate de mase accelereaza galaxiile intr-un cluster invecinat. Cei mai multi fizicieni cred acum ca aceasta „varietate de mase” este, de fapt, materia intunecata, care curbeaza spatiu-timpul cat sa pastreze galaxiile intregi. Alti savanti cred ca e posibil ca gravitatia sa fie mai puternica la scara atat de mare, iar asta ar insemna ca teoriile lui Newton si Einstein ar trebui ajustate.

[sursa]