Grawitacja

Zakrzywienie czasoprzestrzeni przez grawitacje Ciał Niebieskich

Wiele zawdzięczamy grawitacji. Dzięki niej powstał świat taki, jakim go znamy. Dzięki niej kulturyści mogą powiększać swoją masę mięśniową, a naukowcy mają kolejne pole do popisu.
Co wiemy o grawitacji? Jest ona jedną z czterech podstawowych sił we wszechświecie. Utworzyła się zaraz po Wielkim Wybuchu.

Grawitacja jest siłą z jednej strony słabą, ziemia w porównaniu do człowieka jest ogromna, mimo to potrafimy się po niej poruszać bez problemu. Z drugiej strony zakrzywia czas, który dla wielu z nas nieubłaganie i bezlitośnie pędzi przed siebie.

Siła grawitacji zależy od odległości i masy. Ale wiemy również że jeżeli odległość między obiektami zwiększy się dwa razy, to siła grawitacji zmniejszy się cztery razy. Wyjaśnia to  Prawo powszechnego ciążenia, czyli coś, co na pewno mieliście na lekcjach fizyki :) 

Jest jeden poważny błąd, który wiele ludzi popełnia, otóż zapytani jakim cudem człowiek w statku  jest w stanie nieważkości, odpowiadają najczęściej iż grawitacja na nich nie działa. Grawitacja działa i działać będzie.
Obiekty na orbicie takie jak Międzynarodowa Stacja Kosmiczna (ISS) czy różnego typu satelity są w stanie spadku ale nigdy nie spadną, czyli tak zwany swobodny spadek. W przestrzeni kosmicznej nie napotkamy oporu pod postacią atmosfery, dzięki czemu nic nas nie hamuje, chyba że trafimy na inny obiekt :) Oczywiście będąc poza orbitą Ziemi magicznie nie spadniemy na podłoże w statku, również będziemy w stanie nieważkości.
Jak to wytłumaczyć jeszcze prościej? Kiedy rzucimy piłeczką, leci ona jakiś czas, więc jest w stanie spadku swobodnego. Spada przez opór powietrza. Ludzie wyrzuceni w ten sam sposób, również by byli w tym samym stanie i też by spadli. Jednak lecąc w kosmosie, nie ma tego oporu, przez co lecimy cały czas nie spadając.

Mając dwa małe obiekty, nieważne jakie, piłka, kostka,  jeżeli zostawimy dwa takie przedmioty w przestrzeni kosmicznej na jakiś czas, z dala od galaktyk, słońc i innych Ciał Niebieskich i wrócimy do nich, to zobaczymy iż przyciągnęły się nawzajem.

Znacie na pewno pewną prostą zagadkę, na którą ludzie dość często źle odpowiadają. Co spadnie szybciej na ziemie, kilogram pierzu czy tyle samo ołowiu. Otóż w przestrzeni kosmicznej, bez oporu powietrza oba obiekty spadną w tej samej chwili. Po "włączeniu" atmosfery, wszystko będzie zależeć też od objętości. Jeżeli ołów będzie malutką kulką, a pierz będzie większym sześcianem, wtedy śmiało możemy powiedzieć iż mimo że mają tą samą mase, ołów spadnie pierwszy :) Wynik zależy od tego, czy obiekty napotkają opór, czy nie.

Wielu z Was pewnie marzyło by  polecieć w kosmos. Nic dziwnego, ja również. Ale zostanie astronautą nie jest takie proste. Oprócz tego, że muszą przechodzić przez wiele testów, również ich stan fizyczny musi być wręcz idealny. Będąc w stanie nieważkości nasze ciało wydłuża się o około dwa centymetry. Ale co z naszymi mięśniami? Astronauci na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej muszą przez wiele godzin codziennie ćwiczyć by nie stracić swojej masy mięśniowej. To nie wszystko, przez to, że rasa ludzka podczas ewolucji była poddawana sile grawitacji, czyli ciążenie sprawiało, ze wszystkie płyny (krew itd.) spływały w dół. Więc serce musi intensywnie pracować by pompować je ku górze. W środowisku pozbawionym siły ciążenia dochodzi do fluktuacji płynów. Krew już nie spływa do nóg, a serce zbyt mocno je pompuje, przez co astronauci mają nabrzmiałą głowę i wiotkie nogi. Zwiększone ciśnienie na zatoki osłabia poczucie węchu, więc traci się praktycznie smak. Szkielet także próbuje zaadoptować się do warunków kosmicznych, kości stają się kruche i są podatne na złamania. Jak widzicie, po tylu latach lotów w kosmos, nadal jest to bardzo niebezpieczne.

Grawitacja a czasoprzestrzeń (pamiętamy, że mówiąc o czasie, mówimy również o przestrzeni i na odwrót. Dlaczego? Ponieważ są połączone).
Wyobraźcie sobie osobe siedzącą na trampolinie. Czarna mata jest czasoprzestrzenią, zaś człowiek obiektem, który posiada masę.

Pokażmy to na obrazku:

Otóż, wiadomo że światło to fotony. Fotony płyną w czasoprzestrzeni, więc jeżeli ona jest zakrzywiona, tor światła również. Co tak naprawdę przedstawia obraz? Patrząc przed siebie z ziemi, obok Słońca zobaczymy gwiazdę (czerwona linia). Myślimy więc, że znajduję się ona dokładnie tam. Prawda jest taka, że fotony, które wysyła ten obiekt(żółta linia), zostają zakrzywione przez grawitacje naszego Słońca, przez co widzimy coś, co jest za przeszkodą (Słońce).

Obiekty tak masywne jak czarne dziury, zakrzywiają całkowicie czasoprzestrzeń. Nie widzimy co jest wewnątrz horyzontu zdarzeń, nie zobaczymy osobliwości.Wszystko przez to, że czas i światło (aż!) są zaginane do środka i nigdy się nie wydostają. Prędkość czasu również się zmniejsza pod wpływem grawitacji. Im większa ona jest, tym wolniej on płynie.

 

 No dobra, wiemy że grawitacja jest. Wiemy również, że każdy obiekt przyciąga inny. Wiemy, że to oddziaływanie jest ale czy możemy je "zobaczyć"? Czas na małe teorie spiskowe (tak naprawdę nie są to spiskowe, a normalne).

Jest pewna hipoteza, iż istnieje cząstka elementarna, która nie posiada ani masy, ani ładunku elektrycznego. Jest ona nazywana Grawitonem. Miałaby ona przenosić oddziaływanie grawitacyjne.Jest to spora teoria, ponieważ na ten temat niestety mamy więcej pytań niż odpowiedzi. Mimo wszystko na podstawie hipotezy istnienia takiej cząstki, powstały inne teorie, na przykład kwantowych teorii grawitacji.

Dzięki grawitacji, istnieje świat takim jakim go widzimy. Bez niej nie uformował by się nasz świat, nie powstałby galaktyki, słońca i planety. a ludzie jeżdżący na wózku do Wallmartu, nie mieliby problemów z nadwagą.

Mimo tego, że dopiero zacząłem prowadzić blog, zauważyłem iż po pewnym czasie od napisania jakiegokolwiek artykułu, znajduje dodatkowe informacje. Więc postanowiłem, że w przyszłości będę kontynuował dany temat, opisując go dogłębniej, podając bardziej szczegółowe informacje :)

Ostatnio miałem możliwość obejrzenia filmu "Interstellar" więc postaram się go opisać. Skupie się na kwestii tego, co chcieli pokazać realistycznie, a potem opowiem trochę o reszcie.