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.
Ponad sześć tysięcy lat świetlnych od powierzchni naszej planety szybko obracająca się gwiazda neutronowa, zwana pulsarem Czarna Wdowa, bombarduje promieniowaniem towarzyszącego jej brązowego karła, z którym okrążają się nawzajem co 9 godzin. Będąc na Ziemi, możesz sądzić, że jesteś tylko obserwatorem tego burzliwego tańca. Ale tak naprawdę obie te gwiazdy cię przyciągają. A ty przyciągasz je przez biliony kilometrów, połączony za pomocą grawitacji.
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.
Grawitacja to siła przyciągania między dwoma obiektami z masą, dowolnymi obiektami posiadającymi masę. Co oznacza, że każdy obiekt we wszechświecie przyciąga inne obiekty. Każda gwiazda, czarna dziura, człowiek, smartfon i atom nieustannie przyciągają się nawzajem. Dlaczego więc nie czujemy się rozciągani na miliony różnych kierunków? Z dwóch powodów: wielkości masy i odległości.
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.
Równanie opisujące siłę grawitacyjną między dwoma obiektami napisał w 1687 roku Issac Newton. Od tamtego czasu wiedza naukowców znacznie się rozwinęła, ale prawo powszechnego ciążenia Newtona wciąż w większości przypadków dobrze określa tę zależność. Wygląda to tak: siła przyciągania między dwoma obiektami jest równa masie pierwszego pomnożonej przez masę drugiego pomnożonej przez małą liczbę, zwaną stałą grawitacji, oraz podzielonej przez odległość między nimi podniesioną do kwadratu. Jeśli dwukrotnie zwiększy się masa jednego obiektu, siła przyciągania między nimi również się podwoi. Jeśli odległość miedzy nimi dwukrotnie się wydłuży, siła przyciągania zmaleje czterokrotnie.
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.
Siła grawitacji między tobą a Ziemią przyciąga cię do jej środka, tę siłę odczuwasz jako swoją wagę. Powiedzmy, że ta siła wynosi 800 Newtonów, kiedy znajdujesz się na poziomie morza. Nad Morzem Martwym ta siła zwiększyłaby się o maleńki ułamek procenta. A na szczycie Mount Everestu zmniejszyłaby się, znowu o niewielką ilość.
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.
Im wyżej jesteś, tym bardziej słabnie siła grawitacji, ale nie można od niej uciec. Grawitacja powstaje przez zakrzywienie w krzywiźnie czasoprzestrzeni, czyli trzech wymiarach plus czas. Czasoprzestrzeń zakrzywia się wokół każdego obiektu, który ma masę. Grawitacja Ziemi dosięga do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej 400 km nad powierzchnią naszej planety z niemal taką samą siłą. Gdyby stacja stała na szczycie wysokiej kolumny, nadal odczuwano by 90% siły grawitacji Ziemi. Astronauci doświadczają nieważkości, ponieważ stacja kosmiczna cały czas "spada" na Ziemię. Na szczęście okrąża ją na tyle szybko, że nigdy nie spadnie.
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.
Na powierzchni Księżyca, około 400 000 km stąd, ziemska grawitacja wynosiłaby mniej niż 0,03% przyciągania odczuwalnego na Ziemi. Odczuwalna byłaby jedynie grawitacja księżycowa, czyli około jednej szóstej ziemskiej. W miarę oddalania malałby efekt przyciągania ziemskiego, ale nigdy nie wyniósłby zero.
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.
Mimo tego, że jesteśmy bezpiecznie przywiązani do Ziemi, wciąż odczuwamy delikatne przyciąganie ciał niebieskich i obiektów na Ziemi. Słońce przyciąga cię z siłą około pół newtona. Jeśli znajdujesz się kilka metrów od swojego smartfona, odczujesz wspólną siłę przyciągania o wartości kilku pikonewtonów. To tyle samo, co przyciąganie między tobą a Galaktyką Andromedy, oddaloną o 2,5 miliona lat świetlnych, ale bilion razy masywniejszą od Słońca.
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.
Ale w uciekaniu od grawitacji jest pewna sztuczka. Jeśli wszelka masa dookoła nieustannie nas przyciąga, jak zmieniłaby się grawitacja ziemska, gdybyśmy udali się głęboko pod powierzchnię, zakładając, że nie spalimy się ani nic nas nie zgniecie? W środku idealnie kulistej Ziemi, załóżmy na chwilę, że taka jest, odczuwałbyś identyczne przyciąganie z każdej strony. Byłbyś zawieszony, bez wagi, odczuwając tylko delikatne przyciąganie innych ciał niebieskich. A więc można uciec od ziemskiej grawitacji w takim eksperymencie myślowym, ale tylko schodząc w jej głąb.