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.
Hơn sáu nghìn năm ánh sáng tính từ bề mặt trái đất, một sao neutron quay nhanh được gọi là sao xung Black Widow, phóng các xung bức xạ tới bạn đồng hành của nó: sao lùn nâu, trong lúc quay quanh nhau với chu kì 9 giờ. Đứng trên hành tinh của chúng ta, bạn nghĩ mình chỉ là người quan sát vở ballet bạo lực này. Nhưng trên thực tế, cả hai ngôi sao này đang kéo bạn về phía chúng. Và bạn cũng đang kéo lại, kết nối với nhau qua hàng nghìn tỷ kilômét bởi lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn là lực hút giữa hai vật thể có khối lượng -
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.
bất kỳ thứ nào miễn là nó có khối lượng. Có nghĩa là mọi vật trong vũ trụ luôn hấp dẫn một vật khác: mọi ngôi sao, lỗ đen, con người, smartphone và nguyên tử, tất cả đều liên tục kéo nhau. Vậy tại sao ta không cảm thấy bị kéo theo hàng tỷ hướng? Do hai nguyên nhân sau: khối lượng và khoảng cách.
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.
Phương trình ban đầu mô tả lực hấp dẫn giữa hai vật được Isaac Newton viết vào năm 1687. Các nhà khoa học đã biết nhiều hơn về lực hấp dẫn, nhưng định luật hấp dẫn của Newton vẫn cho ra một kết quả gần đúng cho hầu hết các tình huống. Phương trình đó như sau: lực hấp dẫn giữa hai vật thể bằng khối lượng của vật này nhân với khối lượng của vật kia, nhân cho một số rất nhỏ gọi là hằng số hấp dẫn, và chia cho bình phương khoảng cách giữa chúng. Nếu bạn tăng gấp đôi khối lượng của một trong các vật thể, lực hấp dẫn giữa chúng sẽ tăng gấp đôi. Nếu tăng khoảng cách giữa chúng lên gấp đôi, lực hấp dẫn sẽ giảm còn một phần tư.
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.
Lực hấp dẫn giữa bạn và trái đất kéo bạn về phía tâm của nó, lực mà bạn vẫn biết đến như là trọng lượng của bạn. Giả sử lực này là khoảng 800 Newton khi bạn đứng ở mực nước biển. Nếu đi đến Biển Chết, lực này sẽ tăng lên một chút xíu - một phần trăm. Và nếu leo lên đỉnh Everest, lực này sẽ giảm - nhưng một lần nữa, một lượng rất nhỏ.
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.
Lên cao hơn nữa, lực hấp dẫn sẽ tiếp tục giảm nhưng bạn vẫn không thể nào thoát khỏi nó. Trọng lực được tạo ra khi không-thời gian bị uốn cong - ba chiều không gian cộng với thời gian - uốn cong xung quanh bất kỳ vật nào có khối lượng. Lực hấp dẫn của Trái đất lên Trạm không gian quốc tế, cách trái đất 400 km, gần bằng giá trị ban đầu của nó. Nếu trạm không gian đứng yên trên đỉnh của một cây cột khổng lồ, tại đó, bạn vẫn cảm nhận được chín mươi phần trăm lực hấp dẫn. Các phi hành gia chỉ cảm thấy không trọng lượng bởi vì trạm không gian liên tục rơi tự do xuống trái đất. May mắn thay, nó quay quanh hành tinh đủ nhanh để không bao giờ chạm đất. Khi lên đến bề mặt của mặt trăng,
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.
cách ta khoảng 400.000 km, lực hấp dẫn của Trái Đất lên bạn sẽ chỉ còn dưới 0,03 phần trăm so với trên mặt đất. Lực hấp dẫn duy nhất mà bạn cảm nhận được là từ mặt trăng, khoảng một phần sáu lực hấp dẫn của trái đất. Tiến ra xa hơn, lực hấp dẫn của Trái Đất lên bạn sẽ tiếp tục giảm, nhưng không bao giờ bằng 0. Ngay cả khi bị buộc vào trái đất,
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.
ta vẫn phải chịu lực kéo rất nhỏ từ các thiên thể và những vật gần mình. Mặt trời tạo ra một lực kéo khoảng nửa Newton lên bạn. Nếu cách chiếc smartphone một vài mét, bạn sẽ chịu tác động của một lực cỡ vài piconewton. Bằng với lực hấp dẫn giữa bạn và chòm sao Tiên Nữ, cách bạn 2,5 triệu năm ánh sáng nhưng có khối lượng lớn gấp hàng nghìn lần mặt trời. Nhưng có một sơ hở khi nói đến việc thoát khỏi lực hấp dẫn.
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.
Nếu tất cả các vật quanh ta luôn kéo ta về phía nó. Vậy lực hấp dẫn của Trái đất sẽ thay đổi ra sao nếu đi sâu vào lòng trái đất, nếu bạn có thể làm vậy mà không bị nướng chín hoặc nghiền nát? Giả sử tâm của Trái đất rỗng - đó là điều không tưởng, nhưng hãy giả là như thế - bạn sẽ cảm nhận cùng một lực kéo như nhau từ mọi phía. Bạn sẽ ở trạng thái lơ lửng, không trọng lượng, chỉ phải chịu những lực kéo vô cùng nhỏ từ các thiên thể khác. Vậy nên, bạn có thể thoát khỏi lực hấp dẫn của Trái Đất trong thí nghiệm tưởng tượng này,