5 fakta tentang gravitasi - salah satu gaya paling misterius di alam semesta

1. Gravitasi bumi lebih lemah dari magnet kulkas Anda

Ada empat yang disebut gaya fundamental di dunia: gaya nuklir kuat yang menjamin stabilitas inti atom, nuklir lemah, bertanggung jawab atas peluruhan radioaktif, gaya elektromagnetik, dan kekasih kita gravitasi. Yang terakhir inilah yang menjaga Bumi, planet dan bintang lain, tata surya, dan galaksi dari pembusukan.

Nah, gravitasi adalah gaya fundamental terlemah dari semuanya. Dan para ilmuwan tidak mengerti mengapa.

Anda mungkin berkata: tetapi gravitasi adalah yang menggerakkan bintang, galaksi, dan benda besar lainnya, bagaimana bisa lemah? Nah, pasang magnet di kulkas. Sekarang jawab pertanyaan mengapa kulkas kecil menariknya lebih kuatdari seluruh planet.

Dan gaya atom yang lemah dan kuat bahkan lebih kuat daripada gaya elektromagnetik. Setidaknya Anda dapat melepas magnet dari lemari es tanpa bantuan dari luar, tetapi orang belum belajar cara membelah atom dengan tangan kosong. Sebagai perbandingan: gaya listrik antara elektron dan proton di dalam atom adalah sekitar satu triliun (satu diikuti oleh 30 nol) kali

lebih kuatdaripada gaya tarik gravitasi di antara mereka.

Dan ini adalah salah satu misteri utama fisika. Para ilmuwan memiliki anggapanbahwa alam semesta mungkin memiliki dimensi tambahan yang tersembunyi dari persepsi kita. Dan gravitasi menyebar melalui semuanya, sementara gaya elektromagnetik dan gaya nuklir kuat dan lemah terbatas pada ruang-waktu empat dimensi kita.

Mungkin bahkan gravitasi kita mempengaruhi ke objek di alam semesta lain, jika mereka ada. Dan objek kita, pada gilirannya, dipengaruhi oleh daya tariknya. Ini mungkin menjelaskan mengapa kami Semesta mengembang lebih cepat dari yang diharapkan. Setidaknya, teori semacam itu dikemukakan oleh fisikawan yang tidak menyukai teori materi gelap dan energi.

Namun terlepas dari semua asumsi tersebut, saat ini tidak ada bukti eksperimental untuk mengkonfirmasi atau menyangkalnya.

2. Gravitasi menciptakan gelombang

Animasi: Dana Berry / NASA

Bayangkan ruang-waktu adalah kain yang diregangkan. Nah, atau permukaan kolam, jika Anda mau. Saat objek masif bergerak seperti lubang hitam atau bintang neutron bergabung, mereka menciptakan lengkungan dalam ruang-waktu, seperti lipatan kain. Atau seperti ombak, menyimpang dari tempat batu itu jatuh ke dalam kolam. Seperti inilah bentuk gelombang gravitasi.

Analoginya tentu saja agak melenceng, karena baik kain maupun permukaan kolamnya rata, dan Semesta tiga dimensi, tetapi para ilmuwan belum menemukan contoh yang lebih baik.

Gelombang gravitasi berbeda dengan suara atau cahaya, sehingga kita tidak dapat mendengar atau melihatnya. Namun, dengan bantuan instrumen khusus yang disebut interferometer laser, para ilmuwan dapat melakukannya menemukan. Ini memungkinkan Anda menjelajahi objek masif yang jauh dan mempelajari fenomena kosmik yang terjadi di sudut paling jauh di alam semesta.

Keberadaan gelombang gravitasi diprediksi oleh Albert Einstein seratus tahun yang lalu.

Tetapi baru belakangan ini umat manusia mengembangkan dan menerapkan alat untuk mendeteksinya. Salah satunya adalah observatorium laser-interferometrik LIGO. Ini adalah pertama kalinya pada tahun 2015 tetap gelombang gravitasi dari penggabungan dua lubang hitam pada jarak sekitar 1,3 miliar tahun cahaya Bumi.

Mereka lulus melalui semua rintangan, termasuk kehampaan, dan tidak tunduk pada penyerapan atau refleksi. Mereka juga menyebar ke seluruh alam semesta dengan kecepatan cahaya.

3. Gravitasi di Bumi tidak seragam

Animasi: ESA

Anda mungkin pernah melihat animasi ini sebelumnya. Sebuah mitos beredar di web, konon begini caranya terlihat planet kita tanpa lautan. Namun nyatanya, ini bukanlah model Bumi itu sendiri, melainkan medan gravitasinya.

Anda melihat daya tarik lebih kuat dimana terdapat massa yang besar. Dan medan gravitasi di Bumi tidak seragam karena beberapa alasan. Pertama, kami planet bukanlah bola yang sempurna. Itu sedikit diratakan di kutub dan melebar di ekuator, menghasilkan distribusi massa yang tidak merata.

Kedua, permukaan bumi sangat tidak rata. Kami memiliki pegunungan tinggi, palung laut dalam, dan bentuk lanskap lain yang memiliki massa berbeda. Dan ketiga, di dalam planet material juga tidak merata. Semua faktor ini menyebabkan gravitasi di Bumi bervariasi dari satu tempat ke tempat lain.

Ini berarti bahwa di berbagai tempat di planet kita, berat Anda akan berbeda.

Katakanlah jika Anda adalah di Kolombo di Sri Lanka, berat badan Anda akan sedikit berkurang dibandingkan jika Anda berada di Kathmandu di Nepal. Samudra Hindia adalah salah satu wilayah dengan gravitasi relatif terendah di dunia, sedangkan Himalaya yang berat, sebaliknya, meningkatkannya.

Contoh lain: untuk waktu yang lama para ilmuwan tidak mengertimengapa di wilayah sekitar Teluk Hudson di Kanada, gravitasi lebih lemah dari yang seharusnya dalam teori. Ternyata gletser berusia berabad-abad mencair di sana, massanya berkurang, dan akibatnya, gaya tarik-menariknya berkurang.

Karena itu, jika Anda tidak puas dengan angka di timbangan, ubah saja tempat tinggal Anda, dan segera turunkan satu atau dua kilogram. Benar, massanya akan tetap sama, tetapi bobotnya akan berkurang. Fisika.

4. Gravitasi membelokkan cahaya

Sangat mudah untuk melihat bagaimana gravitasi mempengaruhi benda-benda fisik. Berkat itu, kita berdiri kokoh di Bumi, dan tidak terbang ke luar angkasa, apel jatuh dari atas ke bawah, Matahari memotong lingkaran di sekitar inti galaksi, dan seterusnya.

Tetapi gaya ini tidak hanya memengaruhi materi, tetapi juga cahaya. Itulah mengapa lubang hitam disebut: mereka memiliki gravitasi yang sangat kuat sehingga semua cahaya yang mereka tarik tidak dapat meninggalkan medan gravitasi.

Namun terkadang foton tidak jatuh pada objek masif, tetapi terbang begitu saja, hanya sedikit mengubah lintasannya.

Fenomena ini diketahui seperti lensa gravitasi. Itu terjadi karena gravitasi membelokkan ruang dan waktu di sekitar objek masif seperti bintang dan galaksi. Akibatnya, cahaya yang melewati benda-benda masif ini mengikuti jalur melengkung, bukan garis lurus.

Pelensaan gravitasi adalah yang pertama diprediksi Albert Einstein dalam teori relativitas umumnya. Dia menyarankan bahwa cahaya dari objek yang jauh akan membelok saat melewati bintang masif yang dekat dengan kita. Teorinya dikonfirmasi secara eksperimental selama gerhana matahari pada tahun 1919.

Pelensaan gravitasi dapat menghasilkan efek spektakuler seperti "cincin Einstein" atau "salib". Einstein" - ketika cahaya dari galaksi yang jauh membelok ke galaksi yang lebih dekat, menciptakan cincin, sepatu kuda, dan cahaya lainnya angka.

Fenomena ini juga digunakan astronom untuk mempelajari materi gelap. Karena tidak memancarkan cahaya, ia tidak dapat diamati secara langsung. Tapi kita bisa mendeteksi keberadaannya melalui efek lensa gravitasi.

5. Tanpa bobot bukanlah ketiadaan gravitasi

Jika Anda bertanya kepada orang pertama yang Anda temui mengapa astronot melayang di udara di ISS, kemungkinan besar dia akan menjawab bahwa tidak ada gravitasi di luar angkasa. Ini, tentu saja, tidak demikian, jika tidak bagaimana Matahari dapat menjaga planet tetap pada orbitnya?

Itu sebabnya pernyataan ini salah. Bayangkan Anda berada di dalam pesawat terbang dan tiba-tiba mulai menukik. Jika Anda melempar bola saat ini, tentu saja bola itu akan jatuh. Tetapi karena pesawat juga terbang ke bawah, Anda akan merasa mainan itu melayang di udara. Ini adalah keadaan tanpa bobot. Ngomong-ngomong, sebelum terbang ke luar angkasa, para astronot beradaptasi dengannya di pesawat selam.

Ironisnya, papan untuk pelatihan semacam itu disebut oleh karyawan NASA Vomit Comet - "muntah komet". Tebak kenapa.

Hal yang sama terjadi pada astronot di orbit. Pesawat luar angkasa atau stasiun terus berjuang menuju Bumi karena gravitasi. Tetapi karena mereka bergerak maju cukup cepat, mereka tidak pernah jatuh, melainkan terbang mengelilingi planet pada setiap revolusi. Ini menciptakan ilusi kurangnya daya tarik, meskipun lebih tepat menyebut keadaan ini "gravitasi mikro".

Faktanya, semua ruang diresapi dengan gravitasi, dan tidak ada tempat di ruang angkasa yang tidak akan ada. Ilmuwan meyakinibahwa, meskipun kecepatan perambatannya dibatasi oleh kecepatan cahaya, dan kekuatannya berkurang dengan cepat seiring jarak dari sumbernya, jangkauan aksinya sendiri tidak terbatas.

Artinya, Anda sekarang cukup terpengaruh oleh gelombang gravitasi dari semacam lubang hitam, yang membutuhkan waktu puluhan ribu tahun untuk mencapai Bumi. Hanya saja kekuatan mereka sangat kecil dibandingkan dengan gravitasi planet kita. Dan itu bagus, Anda tahu.