5 fakta om gravitation - en av de mest mystiska krafterna i universum

1. Jordens gravitation är svagare än din kylskåpsmagnet

Det finns fyra så kallade fundamentala krafter i världen: en stark kärnkraft som säkerställer stabilitet atomkärnor, svag kärnkraft, ansvarig för radioaktivt sönderfall, elektromagnetisk kraft och vår älskade allvar. Det är det senare som håller jorden, andra planeter och stjärnor, solsystem och galaxer från förfall.

Tja, gravitationen är den svagaste grundläggande kraften av alla. Och forskarna förstår inte varför.

Du kanske säger: men gravitationen är det som driver stjärnor, galaxer och andra enorma föremål, hur kan den vara svag? Tja, sätt en magnet på kylen. Svara nu på frågan varför det lilla kylskåpet lockar honom starkareän hela planeten.

Och svaga och starka atomkrafter är till och med kraftfullare än elektromagnetiska. Åtminstone kan du ta bort magneten från kylskåpet utan hjälp utifrån, men folk har ännu inte lärt sig hur man delar atomer med sina bara händer. Som jämförelse: den elektriska kraften mellan en elektron och en proton inuti en atom är ungefär en kvintiljon (det är en följt av 30 nollor) gånger

starkareän gravitationsattraktionen mellan dem.

Och detta är ett av fysikens huvudmysterier. Forskare har antagandeatt universum kan ha ytterligare dimensioner dolda från vår uppfattning. Och gravitationen fortplantar sig genom dem alla, medan de elektromagnetiska krafterna och de starka och svaga kärnkrafterna är begränsade till vår fyrdimensionella rum-tid.

Kanske till och med vår gravitation påverkar till objekt i andra universum, om de finns. Och våra föremål påverkas i sin tur av deras attraktion. Detta kan förklara varför vår Universum expanderar snabbare än väntat. Åtminstone föreslås en sådan teori av fysiker som inte gillar teorin om mörk materia och energi.

Men trots alla antaganden finns det för närvarande inga experimentella bevis för att bekräfta eller motbevisa detta.

2. Tyngdkraften skapar vågor

Animation: Dana Berry / NASA

Föreställ dig att rum-tid är ett sträckt tyg. Tja, eller ytan på dammen, om du föredrar det. När massiva föremål rör sig som svarta hål eller neutronstjärnor smälter samman skapar de varp i rymden, som veck i tyg. Eller som vågor, divergerande från platsen där stenen föll i dammen. Så här ser gravitationsvågor ut.

Analogin är naturligtvis lite av en sträcka, eftersom både tyget och ytan på dammen är platt, och Universum tredimensionell, men forskarna har ännu inte kommit med bättre exempel.

Gravitationsvågor skiljer sig från ljud eller ljus, så vi kan inte höra eller se dem. Men med hjälp av speciella instrument som kallas laserinterferometrar kan forskarna hitta. Detta låter dig utforska avlägsna massiva objekt och studera kosmiska fenomen som uppstår i de mest avlägsna hörnen av universum.

Förekomsten av gravitationsvågor förutspåddes av Albert Einstein för hundra år sedan.

Men först nyligen har mänskligheten utvecklat och tillämpat verktyg för att upptäcka dem. En av dem är LIGO laserinterferometriska observatorium. Det var hennes första gång 2015 fast gravitationsvågor från sammanslagning av två svarta hål på ett avstånd av cirka 1,3 miljarder ljusår från Jorden.

De passera genom alla hinder, inklusive tomrummet, och är inte föremål för absorption eller reflektion. De sprider sig också i hela universum med ljusets hastighet.

3. Tyngdkraften på jorden är inte enhetlig

Animation: ESA

Du har förmodligen sett den här animationen förut. En myt cirkulerar på webben, förmodligen är det så här utseende vår planet utan hav. Men i själva verket är detta inte en modell av jorden själv, utan av dess gravitationsfält.

Du ser attraktion starkare där det finns en stor massa. Och gravitationsfältet på jorden är inte enhetligt av flera skäl. Först vår planet är inte en perfekt boll. Den är något tillplattad vid polerna och vidgas vid ekvatorn, vilket resulterar i en ojämn fördelning av massan.

För det andra är jordens yta mycket ojämn. Vi har höga berg, djupa havsgravar och andra landskapsformer som har olika massor. Och för det tredje, inom planeten är materialen också ojämnt fördelade. Alla dessa faktorer gör att gravitationen på jorden varierar från plats till plats.

Det betyder att du på olika platser på vår planet kommer att väga olika.

Låt oss säga om du är i Colombo på Sri Lanka kommer din vikt att vara något mindre än om du var i Kathmandu i Nepal. Indiska oceanen är en av regionerna med den lägsta relativa gravitationen i världen, medan de tunga Himalaya tvärtom ökar den.

Ett annat exempel: sedan länge forskare förstod intevarför i regionen runt Hudson Bay i Kanada är gravitationen svagare än den borde vara i teorin. Det visade sig att hundraåriga glaciärer smälter där, deras massa minskar, och följaktligen minskar attraktionskraften.

Därför, om du inte är nöjd med siffran på vågen, byt bara din bostadsort och omedelbart gå ner ett kilo eller två. Visserligen kommer massan att förbli densamma, men vikten kommer att minska. Fysik.

4. Tyngdkraften böjer ljus

Det är lätt att se hur gravitationen påverkar fysiska föremål. Tack vare det står vi stadigt på jorden och flyger inte iväg ut i rymden, äpplen faller uppifrån och ner, solen skär cirklar runt galaxens kärna och så vidare.

Men denna kraft påverkar inte bara materia, utan också ljus. Det är därför svarta hål så kallade: de har gravitationen så kraftfull att allt ljus de attraherar inte kan lämna gravitationsfältet.

Men ibland faller inte fotoner på ett massivt föremål, utan flyger helt enkelt förbi, bara något ändrar banan.

Detta fenomen känd som gravitationslinser. Det händer eftersom gravitationen förvränger rum och tid runt massiva föremål som stjärnor och galaxer. Och som ett resultat följer ljuset som passerar förbi dessa massiva föremål en krökt bana, inte en rak linje.

Gravitationslinsning var först förutspått Albert Einstein i sin allmänna relativitetsteori. Han föreslog att ljus från ett avlägset föremål skulle böjas när det passerade en massiv stjärna nära oss. Hans teori bekräftades experimentellt under en solförmörkelse 1919.

Gravitationslinser kan ge spektakulära effekter som "Einstein-ringar" eller "kors". Einstein" - när ljus från en avlägsen galax böjer sig runt en närmare galax och skapar ringar, hästskor och annat ljus siffror.

Detta fenomen är också Begagnade astronomer för att studera mörk materia. Eftersom det inte avger ljus kan det inte observeras direkt. Men vi kan upptäcka dess närvaro genom gravitationslinseffekter.

5. Viktlöshet är inte frånvaron av gravitation

Om du frågar den första personen du möter varför astronauter svävar i luften på ISS kommer han med största sannolikhet att svara att det inte finns någon gravitation i rymden. Detta är naturligtvis inte så, hur skulle det annars Sol kunde hålla planeterna i sina banor?

Det är därför detta uttalande fel. Föreställ dig att du sitter i ett flygplan och det plötsligt börjar dyka. Om du kastar en boll i det här ögonblicket kommer den naturligtvis att falla. Men eftersom planet också flyger ner kommer det att verka för dig som att leksaken svävar i luften. Detta är tillståndet av viktlöshet. Förresten, innan de flyger ut i rymden anpassar sig astronauter till det i dykplan.

Styrelserna för sådan utbildning kallas ironiskt nog av NASA-anställda Vomit Comet - "kräkkomet". Gissa varför.

Samma sak händer med astronauter i omloppsbana. Rymdskepp eller så strävar stationen hela tiden mot jorden på grund av gravitationen. Men eftersom de rör sig tillräckligt snabbt framåt faller de aldrig, utan flyger runt planeten på varje varv. Detta skapar en illusion av brist på attraktion, även om det är mer korrekt att kalla detta tillstånd "mikrogravitation".

Faktum är att allt utrymme är genomsyrat av gravitation, och det finns ingen plats i rymden där det inte skulle vara. Forskare troatt även om dess utbredningshastighet begränsas av ljusets hastighet, och dess styrka minskar snabbt med avståndet från källan, är själva verkningsområdet oändligt.

Det vill säga, du är nu ganska påverkad av gravitationsvågor från något sorts svart hål, som tar tiotusentals år att nå jorden. Det är bara det att deras styrka är väldigt liten jämfört med vår planets gravitation. Och det är bra, du vet.