Σε περισσότερα από 6.000 έτη φωτός από την επιφάνειας της Γης ένας ταχέως περιστρεφόμενος αστέρας νετρονίων ονόματι Πάλσαρ Μαύρη Χήρα βομβαρδίζει τον σύντροφό του, φαιό νάνο με ακτινοβολία καθώς οι δύο τους περιστρέφονται ο ένας γύρω από τον άλλον κάθε 9 ώρες. Καθώς στεκόμαστε στον πλανήτη μας, μπορεί να σκέφτεστε ότι είστε απλώς ένας παρατηρητής αυτού του βίαιου χορού. Όμως στην πραγματικότητα οι δύο αστέρες σάς τραβούν προς το μέρος τους. Και τραβάτε κι εσείς, διότι συνδέεστε κατά μήκος τρισεκατομμυρίων χιλιομέτρων με τη βαρύτητα.
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.
Η βαρύτητα είναι η ελκτική δύναμη ανάμεσα σε δύο αντικείμενα με μάζα -- οποιαδήποτε δύο αντικείμενα με μάζα. Αυτό σημαίνει ότι κάθε αντικείμενο στο σύμπαν έλκει κάθε άλλο αντικείμενο: κάθε αστέρας, μαύρη τρύπα, άνθρωπος, κινητό τηλέφωνο και άτομο, όλα έλκουν το ένα το άλλο συνεχώς. Γιατί τότε δεν αισθανόμαστε να μας τραβάνε από δισεκατομμύρια διαφορετικές κατευθύνσεις; Για δύο λόγους: μάζα και απόσταση.
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.
Η αρχική εξίσωση, που περιγράφει την βαρυτική δύναμη ανάμεσα σε δύο αντικείμενα γράφτηκε από τον Ισαάκ Νεύτωνα το 1687. Από τότε η κατανόηση της βαρύτητας από τους επιστήμονες έχει εξελιχθεί, αλλά ο Νόμος της Παγκόσμιας Έλξης του Νεύτωνα είναι ακόμα καλή προσέγγιση στις περισσότερες περιπτώσεις. Λέει το εξής: η βαρυτική δύναμη ανάμεσα σε δύο αντικείμενα ισούται με τη μάζα του ενός επί τη μάζα του άλλου, επί έναν πολύ μικρό αριθμό, που ονομάζεται βαρυτική σταθερά, και διά το τετράγωνο της απόστασής τους. Αν διπλασιάσετε τη μάζα του ενός αντικειμένου, η δύναμη ανάμεσά τους διπλασιάζεται, επίσης. Αν διπλασιαστεί η απόσταση, η δύναμη υποτετραπλασιάζεται.
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.
Η βαρυτική δύναμη ανάμεσα σε εσάς και τη Γη σάς τραβάει προς το κέντρο της, είναι η δύναμη, που αισθάνεστε ως το βάρος σας. Ας πούμε ότι αυτή η δύναμη είναι περίπου 800 νιούτον όταν στέκεστε στο επίπεδο της θάλασσας. Αν ταξιδέψετε στη Νεκρή Θάλασσα, η δύναμη θα αυξηθεί κατά ένα ελάχιστο ποσοστό. Και αν σκαρφαλώσετε στην κορυφή του Έβερεστ, η δύναμη θα μειωθεί -- αλλά και πάλι κατά μια μικροσκοπική ποσότητα.
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.
Αν ταξιδεύετε ψηλότερα, η επίπτωση στην επίδραση της βαρύτητας θα είναι μεγαλύτερη αλλά δεν θα της ξεφύγετε. Η βαρύτητα παράγεται από στρεβλώσεις της καμπυλότητας του χωροχρόνου -- τις τρεις διαστάσεις του χώρου και τον χρόνο -- που καμπυλώνουν γύρω από όποιο αντικείμενο έχει μάζα. Η βαρύτητα της Γης φτάνει στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό, 400 χιλιόμετρα πάνω από τη Γη με σχεδόν την αρχική της ένταση. Αν ο διαστημικός σταθμός ήταν ακίνητος πάνω σε μια τεράστια κολόνα, θα αισθανόσασταν εκεί το 90% της βαρυτικής δύναμης, που αισθάνεστε στο έδαφος. Οι αστροναύτες βιώνουν την έλλειψη βάρους, επειδή ο διαστημικός σταθμός πέφτει συνεχώς προς τη Γη. Ευτυχώς, περιστρέφεται γύρω από τη Γη τόσο γρήγορα, που δεν φτάνει ποτέ στο έδαφος.
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.
Τη στιγμή που θα πάτε στην επιφάνεια της Σελήνης, περίπου 400.000 χιλιόμετρα μακριά, η βαρυτική έλξη της Γης θα ήταν λιγότερη από 0,03% αυτής που αισθάνεστε στη Γη. Η μόνη βαρύτητα που θα αντιλαμβανόσασταν είναι αυτή της Σελήνης, που είναι περίπου το ένα έκτο από της Γης. Αν ταξιδέψετε ακόμα μακρύτερα η βαρυτική έλξη της Γης θα συνεχίζει να μειώνεται, αλλά δεν θα γίνει ποτέ μηδέν.
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.
Ακόμα κι όταν είμαστε με ασφάλεια δεμένοι στη Γη, λαμβάνουμε την αμυδρή έλξη μακρινών ουράνιων και κοντινών γήινων σωμάτων. Ο Ήλιος σάς ασκεί μια δύναμη περίπου μισού νιούτον. Αν είστε μερικά μέτρα μακριά από το κινητό σας, θα αισθανθείτε μια αμοιβαία έλξη μερικών πικονιούτον. Αυτό είναι περίπου το ίδιο όσο η βαρυτική έλξη ανάμεσα σε εσάς και τον γαλαξία της Ανδρομέδας, που βρίσκεται 2,5 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, αλλά έχει μάζα περίπου 1 τρισεκατομμύριο φορές αυτής του Ήλιου.
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.
Αλλά όσον αφορά στη διαφυγή από τη βαρύτητα της Γης υπάρχει ένα παραθυράκι. Αν όλες οι μάζες τριγύρω μας μας έλκουν κάθε στιγμή, πώς θα άλλαζε η βαρύτητα της Γης, αν σκάβαμε σε πολύ μεγάλο βάθος από την επιφάνεια υποθέτοντας ότι θα μπορούσατε να το κάνετε χωρίς να ψηθείτε ή καταπλακωθείτε; Αν ξεθάβατε το κέντρο μιας τέλεια σφαιρικής Γης -- που δεν είναι αλλά ας πούμε ότι είναι -- θα αισθανόσασταν την ίδια έλξη από όλες τις κατευθύνσεις. Και θα αιωρούσασταν, αβαρής αισθανόμενοι μόνο τις ελάχιστες έλξεις των άλλων ουράνιων σωμάτων. Έτσι θα ξεφεύγατε από τη βαρύτητα της Γης σε ένα τέτοιο νοητικό πείραμα -- αλλά μόνο πηγαίνοντας κατευθείαν μέσα της.
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.