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.
بیش از شش هزار سال نوری از سطح زمین، یک ستاره نوترونی که به سرعت در حال چرخش است به نام تپاختر بیوه سیاه طوفانی از تابش را روی ستاره کوتوله قهوهای همراهش میریزد همین طور که ۹ ساعتی یک با دور هم میچرخند. شما که روی سیاره خودمان ایستادهاید، ممکن است فکر کنید که فقط نظارهگر این باله وحشیانه هستید. اما در واقع، هر دو ستاره دارند شما را به سمت خود میکشند. و شما هم آنها را میکشید، و ورای تریلیونها کیلومتر با گرانش به هم متصل هستید.
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.
گرانش نیروی کشندگی میان دو جسم دارای جرم است -- هر دو جسمی که جرم داشته باشند. که یعنی هر چیزی در کائنات تمام چیزهای دیگر را جذب میکند: تمام ستارهها، سیاهچالهها، انسانها، گوشیهای هوشمند، و اتمها دائماً در حال کشیدن یکدیگر هستند. پس چرا احساس نمیکنیم که به میلیاردها طرف کشیده میشویم؟ دو دلیل: جرم و فاصله.
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.
معادله اصلی که نیروی گرانش میان دو چیز را وصف میکند در سال ۱۶۸۷ توسط آیزاک نیوتن نوشته شد. از آن زمان درک دانشمندان از گرانش تکامل یافته، اما هنوز قانون جهانی گرانش نیوتن در بیشتر موقعیتها با تقریب خوبی جواب میدهد. این طوری است: نیروی گرانش بین دو جسم برابر است با جرم یکی ضرب در جرم دیگری ضرب در یک عدد بسیار کوچک به نام ثابت گرانش، و تقسیم بر فاصله دو جسم به توان دو. اگر جرم یکی را دوبرابر کنید نیروی بین آنها هم دو برابر میشود. اگر فاصله بین آنها را دو برابر کنید، نیروی بین آنها یک چهارم میشود.
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.
نیروی گرانش بین شما و زمین شما را به سمت مرکز آن میکشد، نیروی که با وزن خود تجربه میکنید. فرض کنید این نیرو تقریبا ۸۰۰ نیوتن باشد وقتی که در ارتفاع سطح دریا ایستادهاید. اگر به دریای مرده سفر کنید، نیرو به اندازه کسری از درصد افزایش مییابد. و اگر به قله کوه اورست بروید، نیرو کم میشود -- اما باز هم، میزانی بسیار اندک.
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.
هر چه بالاتر بروید نیروی گرانش کمتر میشود، اما نمیتوانید از آن فرار کنید. گرانش با تغییر در انحنای فضازمان به وجود میآید -- سه بعد مکان به اضافه زمان -- که حول هر جسمی که جرم داشته باشد خم میشود. گرانش زمین به ایستگاه فضایی بینالمللی، که ۴۰۰ کیلومتر بالای زمین قرار دارد، تقریبا با شدت اصلی وارد میشود. اگر ایستگاه فضایی روی یک ستون غولآسا ثابت میایستاد، هنوز هم نود درصد از نیروی گرانش سطح زمین را احساس میکردید. فضانوردان به این دلیل بیوزنی را تجربه میکنند که ایستگاه فضایی به صورت مداوم در حال سقوط به سمت زمین است. خوشبختانه با سرعت کافی به دور سیاره میچرخد تا هیچ وقت با آن برخورد نکند.
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.
وقتی به سطح ماه رسیدید، حدود ۴۰۰٫۰۰۰ کیلومتر آنسوتر، کشش گرانشی زمین کمتر از ۰/۰۳ درصد از آنچه روی زمین احساس میکنید خواهد بود. تنها گرانشی که از آن باخبر هستید گرانش ماه خواهد بود، که حدود یک ششم گرانش زمین قدرت دارد. هنوز هم دورتر بروید و کشش زمین نسبت به شما باز هم کمتر خواهد شد، اما هیچ گاه به صفر نخواهد رسید.
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.
حتی با وجود اینکه با اطمینان به زمین بسته شدهایم، هنوز هم هدف کشش اجرام آسمانی دور و اجسام زمینی نزدیک هستیم. خورشید نیرویی حدود نیم نیوتن به شما وارد میکند. اگر چند متر با گوشی هوشمندتان فاصله داشته باشید، کشش متقابلی برابر با چند پیکو نیوتن تجربه خواهید کرد. این تقریبا برابر است با کشش گرانشی میان شما و کهکشان آندرومدا، که ۲/۵ میلیون سال نوری دور است اما یک تریلیون برابر خورشید جرم دارد.
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.
اما وقتی حرف از فرار از گرانش است، راه فراری هست. اگر تمام جرم اطراف ما دائما در حال کشیدن ما هستند، گرانش زمین چطور عوض میشود اگر تونلی عمیق در زمین حفر کنید، و فرض کنید که نه پخته و نه له میشوید؟ اگر مرکز یک زمین کاملاً کروی را خالی کنید -- که نیست اما فرض کنید هست -- کششی یکسان از تمام جهات تجربه خواهید کرد. و معلق و بی وزن خواهید شد، و فقط کششهای جزئی سایر اجرام آسمانی به شما وارد خواهد شد. پس در چنین تجربه ذهنی میتوانید از گرانش زمین فرار کنید -- اما باید با سر به طرف آن بروید.