Чому сила тяжіння тягне нас вниз, а не вгору?

Чому сила тяжіння тягне нас вниз, а не вгору?

Гравітація є причиною того, чому об’єкти з масою або енергією притягуються один до одного. Ось чому яблука падають на Землю, а планети обертаються навколо зірок.

Магніти притягують одні види металів, але вони також можуть відштовхувати інші. Отже, як ви просто відчуваєте силу тяжіння?

У 1915 році Альберт Ейнштейн знайшов відповідь, опублікувавши свою загальну теорію відносності. Причина, чому сила тяжіння тягне вас до Землі, полягає в тому, що всі об’єкти з масою, як наша Земля, насправді згинають тканину Всесвіту, яка називається простором-часом. Цей вигин – це відчуття сили тяжіння.

Що таке простір-час?

Перш ніж увійти в складний світ гравітації, вам потрібно зрозуміти простір-час.

Простір-час – це саме те, як це звучить: три виміри простору – довжина, ширина та висота – поєднані з четвертим виміром – часом. Використовуючи геніальну математику, Ейнштейн був першою людиною, яка зрозуміла, що у Всесвіті діють закони фізики Простір і час злиті воєдино.

Це означає, що простір і час пов’язані: якщо ви дуже швидко рухаєтесь у просторі, час уповільнюється для вас порівняно з тим, хто рухається повільно. Ось чому астронавти, які дуже швидко пересуваються в космосі, Вони старіють трохи повільніше, ніж люди на Землі.

Земля згинає простір-час так, що він падає до Землі, а не від неї. Авторство: Токамак / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Матеріал — це те, що створює гравітаційні колодязі, а не гравітаційні пагорби

Пам’ятайте, гравітація — це ідея про те, що об’єкти у Всесвіті притягуються один до одного, оскільки простір-час викривлений і викривлений. Коли Ейнштейн придумав загальну теорію відносності, він показав, що всі об’єкти у Всесвіті можуть викривляти простір-час — з точки зору фізики об’єкти — це маса та енергія.

Оскільки ваш розум зазвичай думає про світ у трьох вимірах, насправді важко думати про чотири виміри простору-часу як про єдину ідею. Отже, щоб легше було уявити, уявіть поверхню батута. Якщо на ній нічого немає, значить вона плоска. Але якщо ви стоїте на батуті, він простягається навколо ваших ніг і утворює долину, коли ви перебуваєте в центрі. Якщо на батуті є м’яч, він буде котитися до ваших ніг.

Сила тяжіння працює подібно до того, як предмети котяться до ваших ніг, якщо ви стоїте на батуті.

Це двовимірний приклад того, як працює простір-час. Ваша маса розтягує батут, створюючи те, що називається гравітаційним колодязем, у якому котиться м’яч. Це дуже схоже на те, як сила тяжіння важкого об’єкта, наприклад Землі, тягне до себе такі об’єкти, як ми з вами.

І що ще дивніше, оскільки простір і час пов’язані, Час також подовжується за рахунок важких предметів!

У фільмі Інтерстеллар герої відправляються на сусідню планету Чорна діраПоки вони там, вони старіють повільніше за всіх.

Чим важче ви, тим крутіше будуть боки батута. Ось чому дійсно масивні об’єкти у Всесвіті, як-от Сонце чи чорні діри, мають сильніший гравітаційний потяг, ніж Земля.

Тож чому сила тяжіння тягне вас вниз, а не штовхає?

Уявіть, що хтось зайшов під батут і штовхнув його вгору. Куля покотиться! Це буде гравітаційний пагорб, а не гравітаційний колодязь. Наскільки відомо вченим, матерія або об’єкти завжди створюють гравітаційні колодязі, а не гравітаційні пагорби. Вчені можуть уявити собі об’єкти, виготовлені з екзотичної матерії чи енергії, які могли б спричинити гравітаційний поштовх у космос, але досі ніхто не знайшов нічого, що могло б спричинити гравітаційний поштовх від Землі.

Написав Маріо Боронда, доцент фізики Університету штату Оклахома.

Адаптовано зі статті, спочатку опублікованої в Розмова.