Lực hấp dẫn là gì?

Phim hoạt hình Road Runner chơi nhanh và lỏng lẻo với trọng lực. Khi có cơ hội, Wile E. Coyote thường đuổi theo kẻ thù nhanh chân của mình ra khỏi mép một vách đá - nhưng chỉ giảm mạnh khi nhận ra mình đang chạy trên không trung.

Không cần phải nói, trọng lực không hoạt động như thế này trong cuộc sống thực. Nhưng điều gì đang xảy ra khi những tảng đá hoặc khe nước Acme lao xuống Trái đất ? Hãy bắt đầu với đôi chân của bạn và làm việc theo cách của chúng tôi để tiến tới, ồ, toàn bộ vũ trụ. Hãy nắm lấy một chiếc ghế, bởi vì điều này sẽ mất cả một trang để giải thích.

Trọng lực giữ chân bạn chạm đất vì khối lượng của hành tinh tác dụng lực hút lên khối lượng của cơ thể bạn. Trên thực tế, lực hấp dẫn tạo ra lực hút giữa hai vật thể bất kỳ trong vũ trụ: mặt trăng , bụi, sói đồng cỏ - bạn đặt tên cho nó. Bất cứ nơi nào bạn tìm thấy vật chất, bạn sẽ tìm thấy lực hấp dẫn. Bạn không bao giờ có thể du hành đến một hành tinh không có trọng lực, chỉ một hành tinh có khối lượng lớn hơn hoặc nhỏ hơn dẫn đến lực hấp dẫn lớn hơn hoặc nhỏ hơn.

Ở quy mô lớn hơn, lực hấp dẫn sắp xếp các thiên thể vũ trụ thành các quỹ đạo và thậm chí khiến các hạt không gian trôi dạt từ từ kéo lại với nhau thành các đám ngày càng lớn và cuối cùng trở thành hành tinh, sao và thiên hà . Quay trở lại những năm 1600, Isaac Newton đã định nghĩa lực hấp dẫn là một lực vũ trụ tác dụng lên mọi vật chất. Theo lý thuyết của ông, biểu thức chính xác của lực hấp dẫn phụ thuộc vào khối lượng và khoảng cách. Hai hạt càng xa nhau và có khối lượng càng nhỏ thì lực hấp dẫn càng nhỏ.

Tóm lại, đó là định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, và nó đã đứng vững trong ba thế kỷ. Sau đó, vào những năm 1900, một nhà vật lý tóc xù tên là Albert Einstein đã bước lên võ đài và bay bổng với thuyết tương đối rộng của mình .

Einstein cho rằng lực hấp dẫn không chỉ đơn thuần là một lực; nó là một đường cong trong chiều thứ tư của không gian và thời gian. Với khối lượng đủ lớn, một vật thể có thể làm cho một chùm ánh sáng thẳng khác bị cong. Các nhà thiên văn học gọi hiệu ứng này là thấu kính hấp dẫn , và đó là một trong những phương pháp chính để phát hiện các hiện tượng vũ trụ không thể quan sát được như lỗ đen. Tương tự, càng ít trọng lực thì thời gian trôi qua càng nhanh, một hiện tượng được gọi là sự giãn nở thời gian hấp dẫn . Ví dụ, một chiếc đồng hồ trên một vệ tinh quỹ đạo tiến nhanh hơn một chút so với một chiếc đồng hồ trên bề mặt Trái đất.

Trong khi lý thuyết của Einstein đã đưa lực hấp dẫn lên cấp tốc với khoa học hiện đại, chúng ta vẫn chưa biết mọi thứ về lực hấp dẫn. Một số nhà khoa học gán lực hấp dẫn cho các hạt giả thuyết được gọi là graviton , theo lý thuyết - khiến các vật thể bị hút vào nhau.

Cuối cùng, có lĩnh vực hấp dẫn lượng tử , trong đó các nhà khoa học cố gắng hòa giải thuyết tương đối rộng với thuyết lượng tử. Lý thuyết lượng tử đề cập đến cách vũ trụ hoạt động ở các mức hạ nguyên tử nhỏ nhất. Lĩnh vực này đã giúp các nhà khoa học phát triển mô hình tiêu chuẩn của vật lý hạt, mô hình chi tiết hóa hầu hết các hoạt động bên trong của vũ trụ - với một ngoại lệ đáng chú ý. Mô hình chuẩn không giải thích được lực hấp dẫn.

Vì vậy, trong khi lý thuyết lượng tử và thuyết tương đối cùng giải thích hầu hết vũ trụ có thể quan sát được, chúng cũng đôi khi mâu thuẫn với nhau, chẳng hạn như trong nghiên cứu về lỗ đen hoặc vũ trụ sơ khai. Không có gì ngạc nhiên khi nhiều nhà khoa học tiếp tục làm việc để hướng tới một lý thuyết thống nhất.

Dù cuối cùng chúng ta áp dụng lý thuyết nào đi chăng nữa, thì thật khó để phóng đại tầm quan trọng của lực hấp dẫn. Đó là chất keo giữ các vũ trụ lại với nhau, ngay cả khi nó vẫn làm dấy lên những câu hỏi chưa được giải đáp về vũ trụ.

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn