على بعد ستة الآف سنة ضوئية من سطح الأرض، هناك نجم نيوتروني سريع الدوران يدعى نجم الأرملة السوداء النابض يفجر رفيقه النجم القزم البني بالإشعاعات أثناء دوران كل منهما حول الآخر كل 9 ساعات. وأنت تقف على كوكبنا، ربما تفكر بأنك مجرد مراقب لرقصة الباليه العنيفة هذه. ولكن في الحقيقة، كلا النجمين يسحبانك باتجاههما. وأنت تسحبهما بالمقابل أيضاً، متصلين عبر تريليونات الكيلومترات بالجاذبية.
More than six thousand light years from the surface of the earth, a rapidly spinning neutron star called the Black Widow pulsar blasts its companion brown dwarf star with radiation as the two orbit each other every 9 hours. Standing on our own planet, you might think you’re just an observer of this violent ballet. But in fact, both stars are pulling you towards them. And you’re pulling back, connected across trillions of kilometers by gravity.
الجاذبية هي قوة الجذب بين جسمين بكتلة... أيُّ جسمين بكتلة. وهذا يعني أن كل الأجسام في العالم تجذب كل الأجسام الأخرى: كل نجم وثقب أسود وكائن بشري وهاتف ذكي وذرة، تسحب بعضها البعض بشكل مستمر. إذا لماذا لا نشعر بأننا مشدودون في مليارات الاتجاهات المختلفة؟ لسببين: الكتلة والمسافة.
Gravity is the attractive force between two objects with mass— any two objects with mass. Which means that every object in the universe attracts every other object: every star, black hole, human being, smartphone, and atom are all constantly pulling on each other. So why don’t we feel pulled in billions of different directions? Two reasons: mass and distance.
المعادلة الأصلية التي تصف قوة الجاذبية بين جسمين كتبها إسحاق نيوتن في عام 1687. تطور فهم العلماء للجاذبية منذ ذلك الوقت، ولكن قانون نيوتن في الجذب العام لا يزال تقريبًا جيدًا في معضم الحالات. وهو كالتالي: قوة الجاذبية بين جسمين تساوي كتلة أحدهما مضروبة في كتلة الآخر، مضروبة في رقم صغير جداً يدعى بثابت الجاذبية، ومقسوم على مربع المسافة بينهما. إذا ضاعفت كتلة أحد الأجسام، ستتضاعف القوة بينهما كذلك. إذا تضاعفت المسافة بيهما، ستصبح القوة ربع القوة الأصلية.
The original equation describing the gravitational force between two objects was written by Isaac Newton in 1687. Scientists’ understanding of gravity has evolved since then, but Newton’s Law of Universal Gravitation is still a good approximation in most situations. It goes like this: the gravitational force between two objects is equal to the mass of one times the mass of the other, multiplied by a very small number called the gravitational constant, and divided by the distance between them, squared. If you doubled the mass of one of the objects, the force between them would double, too. If the distance between them doubled, the force would be one-fourth as strong.
قوة الجاذبية بينك وبين الأرض تسحبك نحو مركز الأرض، وهي القوة التي تشعر بها كوزنك. دعونا نقول بأن القوة تُعادل 800 نيوتن عندما تقف في مستوى البحر. إذا سافرت إلى البحر الميت، ستزداد القوة بمقدار جزء صغير من المئة. وإذا تسلقت قمة إفرست، ستقل القوة، ولكن مجددًا بكمية ضئيلة.
The gravitational force between you and the Earth pulls you towards its center, a force you experience as your weight. Let’s say this force is about 800 Newtons when you’re standing at sea level. If you traveled to the Dead Sea, the force would increase by a tiny fraction of a percent. And if you climbed to the top of Mount Everest, the force would decrease— but again, by a minuscule amount.
الوصول لارتفاعات أكبر سيؤثر بشكل أكبر على تأثير الجاذبية، ولكنك لن تهرب منها. تتكون الجاذبية نتيجة تغيرات في انحناء الزمان والمكان... الأبعاد الثلاثة للمكان بالإضافة للزمن... والتي تنحني حول أي جسم له كتلة. تصل الجاذبية من الأرض إلى محطة الفضاء الدولية، 400 كيلومتر فوق الأرض، مع شدته الأصلية تقريبًا. إذا كانت محطة الفضاء ساكنة فوق قمة عمود عملاق، فإنك ما زلت ستشعر بتسعين بالمئة من قوة الجاذبية هناك كتلك التي تشعر بها على الأرض. يشعر رواد الفضاء بانعدام الوزن لأن محطة الفضاء تسقط بشكل مستمر باتجاه الأرض. لحسن الحظ، هي تدور حول الأرض بسرعة كافية بحيث لا تصطدم بالأرض.
Traveling higher would make a bigger dent in gravity’s influence, but you won’t escape it. Gravity is generated by variations in the curvature of spacetime— the three dimensions of space plus time— which bend around any object that has mass. Gravity from Earth reaches the International Space Station, 400 kilometers above the earth, with almost its original intensity. If the space station was stationary on top of a giant column, you’d still experience ninety percent of the gravitational force there that you do on the ground. Astronauts just experience weightlessness because the space station is constantly falling towards earth. Fortunately, it’s orbiting the planet fast enough that it never hits the ground.
وفي الوقت الذي تصل فيه إلى سطح القمر، على بعد 400,000 كيلومتر تقريباً، ستكون قوة الجاذبية أقل من 0.03 بالمئة مما تشعر به على الأرض. الجاذبية الوحيدة التي ستشعر بها هي جاذبية القمر، والتي ستكون سدس قوة جاذبية الأرض. سافر مسافة أكبر وستقِلُّ قوة جاذبية الأرض لك، ولكنها لن تصل إلى صفر أبدًا.
By the time you made it to the surface of the moon, around 400,000 kilometers away, Earth’s gravitational pull would be less than 0.03 percent of what you feel on earth. The only gravity you’d be aware of would be the moon’s, which is about one sixth as strong as the earth’s. Travel farther still and Earth’s gravitational pull on you will continue to decrease, but never drop to zero.
حتى ونحن مرتبطون بأمان مع الأرض، نحن معرضون إلى السحابة الخفيفة من مسافات الأجسام السماوية والأرضية القريبة تؤثر عليك الشمس بقوةٍ مقدارُها نصف نيوتن. إذا كنت على بعد أمتار قليلة عن هاتف ما، ستشعر بقوة متبادلة قدرها القليل من البيكونيوتن. وهذا تقريبًا مساوٍ لقوة الجاذبية التي بينك وبين مجرة أندروميدا، والتي تبعد مسافة 2,5 مليون سنة ضوئية عنك ولكنها أثقل من الشمس بتريليون مرة.
Even safely tethered to the Earth, we’re subject to the faint tug of distant celestial bodies and nearby earthly ones. The Sun exerts a force of about half a Newton on you. If you’re a few meters away from a smartphone, you'll experience a mutual force of a few piconewtons. That’s about the same as the gravitational pull between you and the Andromeda Galaxy, which is 2.5 million light years away but about a trillion times as massive as the sun.
ولكن عندما يتعلق الموضوع بالهرب من الجاذبية، هناك ثغرة. إذا كانت الكتلة حولنا تسحبنا طول الوقت، كيف ستتغير جاذبية الأرض؟ إذا شققت نفقاً تحت السطح، باعتبار أنك تستطيع فعل ذلك من دون أن تُطبخ أو تُسحق، إذا حفرت مركز أرض دائرية... وهي ليست كذلك... ولكن دعنا ندعي أنها كذلك ستشعر بقوة سحب متساوٍ من كل الجهات، وستتعلق، بلا كتلة، وستشعر فقط بالسحب من الأجسام السماوية الأخرى. وبالتالي ستهرب من قوة الجاذبية الأرضية في مثل هذه التجربة الافتراضية. ولكن فقط من خلال الذهاب مباشرة بداخلها.
But when it comes to escaping gravity, there’s a loophole. If all the mass around us is pulling on us all the time, how would Earth’s gravity change if you tunneled deep below the surface, assuming you could do so without being cooked or crushed? If you hollowed out the center of a perfectly spherical Earth— which it isn’t, but let’s just say it were— you’d experience an identical pull from all sides. And you’d be suspended, weightless, only encountering the tiny pulls from other celestial bodies. So you could escape the Earth’s gravity in such a thought experiment— but only by heading straight into it.