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.
กว่าหกพันล้านปีแสง จากผิวโลก ดาวนิวตรอนที่หมุนอย่างรวดเร็ว ที่มีีชื่อว่า ดาวพัลซาร์แบล็ควินโดว์ แผ่รังสีใส่ดาวเคราะแคระสีน้ำตาล ที่เป็นเพื่อนบ้านของมัน ในขณะที่ดาวทั้งสอง โคจรรอบกันและกันทุก 9 ชั่วโมง ในขณะที่ยืนอยู่บนโลก คุณอาจคิดว่าคุณเป็นเพียง ผู้ชมการเต้นรำอันรุนแรงนี้ แต่อันที่จริง ดาวทั้งสองดวง กำลังดึงคุณเข้าหามัน และคุณก็กำลังดึงกลับด้วย เราถูกเชื่อมกัน แม้จะห่างกัน หลายล้านล้านกิโลเมตร ด้วยแรงโน้มถ่วง
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.
แรงโน้มถ่วงเป็นแรงดึง ระหว่างวัตถุทั้งสองที่มีมวล วัตถุใดก็ตามที่มีมวล ซึ่งหมายความว่าวัตถุใด ๆ ในจักรวาลจะดึงดูดวัตถุอื่น ไม่ว่าดาวฤกษ์ หลุมดำ มนุษย์ โทรศัพท์มือถือ และอะตอม ทุกสิ่งถูกดึงเข้าหากันตลอดเวลา แล้วทำไมเราถึงไม่รู้สึกถูกดึง ไปทุกทิศทุกทางล่ะ มีเหตุผลอยู่สองอย่าง คือ มวลและระยะทาง
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.
สมการแรกที่อธิบายแรงโน้มถ่วง ระหว่างวัตถุทั้งสอง ถูกเขียนขึ้นโดยไอแซค นิวตัน ในปี ค.ศ. 1687 ความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์ ที่มีต่อแรงโน้มถ่วงก็พัฒนาจากจุดนั้น แต่กฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตัน ก็ยังคงใช้งานได้ดีเกือบทุกสถานการณ์ มันมีใจความสำคัญว่า แรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุทั้งสอง เท่ากับมวลของวัตถุหนึ่ง คูณด้วยมวลของอีกวัตถุหนึ่ง คูณด้วยจำนวนเล็ก ๆ จำนวนหนึ่ง ที่เรียกว่า ค่าคงที่แรงโน้มถ่วง และหารด้วยกำลังสอง ของระยะทางระหว่างวัตถุ ถ้ามวลของวัตถุหนึ่งเพิ่มขึ้นเท่าตัว แรงระหว่างพวกมันก็จะเพิ่มขึ้น เป็นเท่าตัว ถ้าระยะห่างของพวกมัน เพิ่มขึ้นอีกเท่าตัว แรงก็จะเหลือแค่หนึ่งในสี่
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.
แรงโน้มถ่วงระหว่างคุณและโลก ดึงให้คุณเข้าใกล้ศูนย์กลางโลก แรงนั้นคือน้ำหนักตัวของคุณ สมมติว่า แรงนี้มีค่า 800 นิวตัน เมื่อคุณยืนอยู่ที่ระดับน้ำทะเล ถ้าคุณเดินทางไปยังเดธซี แรงก็จะเพิ่มขึ้น เป็นเปอร์เซ็นต์เพียงเล็กน้อย ถ้าคุณไต่ขึ้นไปบนยอดเขาเอเวอเรสต์ แรงก็จะลดลง แต่แค่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น
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.
เมื่อเราเดินทางสูงขึ้นไป แรงโน้มถ่วงก็ลดบทบาทของมันลง แต่คุณไม่อาจหนีมันพ้นได้ แรงดึงดูดเกิดจากความโค้ง ของปริภูมิ-เวลา ซึ่งคือสามมิติของปริภุมิ และเวลา ซึ่งถูกทำให้บิดโค้งรอบวัตถุที่มีมวล แรงโน้มถ่วงจากโลก ส่งผลไปถึงสถานีอวกาศนานาชาติ ที่ห่างออกไป 400 กิโลเมตร โดยมีแรงเกือบจะเท่าแรงต้น ถ้าสถานีอวกาศตั้งอยู่นิ่ง ๆ บนเสายักษ์ คุณยังได้รับแรงโน้มถ่วงเก้าสิบเปอร์เซ็นต์ ของแรงโน้มถ่วงที่คุณได้รับบนพื้นโลก นักบินอวกาศสัมผัสได้ ถึงภาวะไร้น้ำหนัก เพราะสถานีอวกาศตกลงสู่โลก อย่างต่อเนื่อง โชคดีที่มันโคจรรอบโลก เร็วพอที่มันจะไม่ตกถึงพื้นโลก
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.
แต่เมื่อคุณไปอยู่บนผิวดวงจันทร์ ที่ห่างออกไปประมาณ 400,000 กิโลเมตร แรงโน้มถ่วงของโลกที่ดึงเรา จะน้อยกว่า 0.03 เปอร์เซ็นต์ ของแรงที่คุณรู้สึกบนโลก แรงโน้มถ่วงเดียวที่คุณสัมผัสได้ คือแรงที่มาจากดวงจันทร์ ซึ่งมีค่าประมาณหนึ่งในหก ของแรงบนโลก ถ้าหากยังเดินทางออกไปอีก แรงโน้มถ่วงของโลก ที่ดึงคุณก็จะน้อยลงเรื่อย ๆ แต่มันไม่เคยมีค่าเป็นศูนย์
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.
แม้ว่าเราจะถูกผูกไว้กับโลก เราก็ถูกดึงด้วยวัตถุอื่นที่อยู่รอบ ๆ โลก ด้วยแรงอ่อน ๆ อยู่ดี ดวงอาทิตย์ส่งแรงดึงคุณประมาณครึ่งนิวตัน ถ้าคุณยืนห่างจากโทรศัพท์มือถือ ไปไม่กี่เมตร คุณก็จะถูกดึงด้วยแรงไม่กี่พิโคนิวตัน นั่นมีค่าพอ ๆ กับแรงโน้มถ่วง ระหว่างคุณกับกาแล็กซี่แอนดรอมิดา ซึ่งห่างออกไป 2.5 ล้านปีแสง แต่มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์ ประมาณล้านล้านเท่า
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.
แต่เมื่อเราพูดถึงการหนีแรงโน้มถ่วง มันก็มีจุดบอดอยู่เหมือนกัน ถ้ามวลรอบตัวเราทั้งหมด ดึงเราอยู่ตลอดเวลา แรงโน้มถ่วงของโลกจะเปลี่ยนไปอย่างไร ถ้าเราขุดโพรงลึกลงไปจากผิวโลก สมมติว่าคุณทำเช่นนั้นได้ โดยไม่ถูกย่าง หรือโดนอัดทับซะก่อน ถ้าคุณเอาแกนกลางโลก ที่เป็นทรงกลมสมบูรณ์ออกไป ซึ่งนั่นไม่ใช่ความจริง แต่สมมติเอาแล้วกัน คุณจะรู้สึกถึงแรงโน้มถ่วงเท่า ๆ กัน จากรอบด้าน และคุณก็จะลอย ไร้น้ำหนัก และได้รับแรงดึงเพียงเล็กน้อย จากวัตถุบนท้องฟ้า ฉะนั้น จากการทดลองทางความคิดนี้ คุณสามารถหนีแรงโน้มถ่วงของโลกได้ โดยการมุ่งสู่ใจกลางโลกนี่เอง