¿De dónde viene la fuerza de gravedad? ¿Qué es la gravedad en palabras simples? Marcos de referencia armónicos

Obi-Wan Kenobi dijo que la fuerza mantiene unida a la galaxia. Lo mismo puede decirse de la gravedad. Hecho: La gravedad nos permite caminar sobre la Tierra, la Tierra girar alrededor del Sol y el Sol moverse alrededor del agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia. ¿Cómo entender la gravedad? Esto se analiza en nuestro artículo.

Digamos de inmediato que aquí no encontrará una respuesta excepcionalmente correcta a la pregunta "¿Qué es la gravedad?". ¡Porque simplemente no existe! La gravedad es uno de los fenómenos más misteriosos, sobre el cual los científicos están desconcertados y aún no pueden explicar completamente su naturaleza.

Hay muchas hipótesis y opiniones. Hay más de una docena de teorías de la gravedad, alternativas y clásicas. Consideraremos los más interesantes, relevantes y modernos.

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La gravedad es una interacción física fundamental.

Hay 4 interacciones fundamentales en física. Gracias a ellos, el mundo es exactamente lo que es. La gravedad es una de estas interacciones.

Interacciones fundamentales:

• gravedad;
• electromagnetismo;
• fuerte interacción;
• interacción débil.

La gravedad es la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales.

Actualmente, la teoría actual que describe la gravedad es la GTR (relatividad general). Fue propuesto por Albert Einstein en 1915-1916.

Sin embargo, sabemos que la verdad en último recurso Es demasiado pronto para decirlo. Después de todo, varios siglos antes de la aparición de la relatividad general en la física, la teoría de Newton prevaleció para describir la gravedad, que se amplió significativamente.

En el marco de la relatividad general, actualmente es imposible explicar y describir todas las cuestiones relacionadas con la gravedad.

Antes de Newton, se creía ampliamente que la gravedad en la Tierra y la gravedad en el cielo eran cosas diferentes. Se creía que los planetas se mueven según sus propias leyes ideales, diferentes a las de la Tierra.

Newton descubrió la ley. gravedad universal en 1667. Por supuesto, esta ley existía incluso durante la época de los dinosaurios y mucho antes.

Los filósofos antiguos pensaron en la existencia de la gravedad. Galileo calculó experimentalmente la aceleración de la gravedad en la Tierra y descubrió que es la misma para cuerpos de cualquier masa. Kepler estudió las leyes del movimiento de los cuerpos celestes.

Newton logró formular y generalizar los resultados de sus observaciones. Esto es lo que obtuvo:

Dos cuerpos se atraen entre sí con una fuerza llamada fuerza gravitacional o gravedad.

Fórmula para la fuerza de atracción entre cuerpos:

G es la constante gravitacional, m es la masa de los cuerpos, r es la distancia entre los centros de masa de los cuerpos.

¿Cuál es el significado físico de la constante gravitacional? Es igual a la fuerza con la que actúan entre sí cuerpos con masas de 1 kilogramo cada uno, estando a una distancia de 1 metro entre sí.

Según la teoría de Newton, todo objeto crea un campo gravitacional. La exactitud de la ley de Newton se ha probado a distancias inferiores a un centímetro. Por supuesto, para masas pequeñas estas fuerzas son insignificantes y pueden despreciarse.

La fórmula de Newton es aplicable tanto para calcular la fuerza de atracción de los planetas hacia el Sol como para objetos pequeños. Simplemente no nos damos cuenta de la fuerza con la que, por ejemplo, se atraen las bolas de una mesa de billar. Sin embargo, esta fuerza existe y se puede calcular.

La fuerza de atracción actúa entre cualquier cuerpo del Universo. Su efecto se extiende a cualquier distancia.

La ley de gravitación universal de Newton no explica la naturaleza de la fuerza de gravedad, pero establece leyes cuantitativas. La teoría de Newton no contradice la GTR. Es suficiente para resolver problemas prácticos a escala terrestre y calcular el movimiento de los cuerpos celestes.

Gravedad en la relatividad general

A pesar de que la teoría de Newton es bastante aplicable en la práctica, tiene una serie de desventajas. La ley de la gravitación universal es una descripción matemática, pero no proporciona una idea de la naturaleza física fundamental de las cosas.

Según Newton, la fuerza de gravedad actúa a cualquier distancia. Y funciona al instante. Teniendo en cuenta que la velocidad más rápida del mundo es la velocidad de la luz, existe una discrepancia. ¿Cómo puede la gravedad actuar instantáneamente a cualquier distancia, cuando la luz no necesita un instante, sino varios segundos o incluso años para superarlos?

En el marco de la relatividad general, la gravedad no se considera una fuerza que actúa sobre los cuerpos, sino una curvatura del espacio y el tiempo bajo la influencia de la masa. Por tanto, la gravedad no es una interacción de fuerzas.

¿Cuál es el efecto de la gravedad? Intentemos describirlo mediante una analogía.

Imaginemos el espacio en forma de lámina elástica. Si colocas encima una pelota de tenis ligera, la superficie permanecerá nivelada. Pero si colocas un peso pesado al lado de la pelota, se formará un agujero en la superficie y la pelota comenzará a rodar hacia el peso grande y pesado. Esto es "gravedad".

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Descubrimiento de las ondas gravitacionales.

Las ondas gravitacionales fueron predichas por Albert Einstein en 1916, pero fueron descubiertas sólo cien años después, en 2015.

¿Qué son las ondas gravitacionales? Hagamos una analogía nuevamente. Si arrojas una piedra a aguas tranquilas, aparecerán círculos en la superficie del agua desde donde cae. Las ondas gravitacionales son las mismas ondas, perturbaciones. Simplemente no en el agua, sino en el espacio-tiempo global.

En lugar de agua hay espacio-tiempo, y en lugar de piedra, digamos, un agujero negro. Cualquier movimiento acelerado de masa genera una onda gravitacional. Si los cuerpos están en estado de caída libre, cuando pase una onda gravitacional, la distancia entre ellos cambiará.

Dado que la gravedad es una fuerza muy débil, la detección de ondas gravitacionales ha planteado grandes dificultades técnicas. Tecnologías modernas hizo posible detectar una explosión de ondas gravitacionales solo de fuentes supermasivas.

Un evento adecuado para detectar una onda gravitacional es la fusión de agujeros negros. Desafortunadamente o afortunadamente, esto sucede muy raramente. Sin embargo, los científicos lograron registrar una onda que literalmente rodó por todo el espacio del Universo.

Para registrar las ondas gravitacionales se construyó un detector con un diámetro de 4 kilómetros. Durante el paso de la onda se registraron las vibraciones de los espejos sobre suspensiones en el vacío y la interferencia de la luz reflejada en ellos.

Las ondas gravitacionales confirmaron la validez de la relatividad general.

Gravedad y partículas elementales.

En el modelo estándar, determinadas partículas elementales son responsables de cada interacción. Podemos decir que las partículas son portadoras de interacciones.

El gravitón, una hipotética partícula sin masa y con energía, es el responsable de la gravedad. Por cierto, en nuestro material aparte, lea más sobre el bosón de Higgs, que ha causado mucho ruido, y otras partículas elementales.

Finalmente, aquí hay algunos datos interesantes sobre la gravedad.

10 hechos sobre la gravedad

1. Para vencer la fuerza de gravedad de la Tierra, un cuerpo debe tener una velocidad de 7,91 km/s. Esta es la primera velocidad de escape. Basta que un cuerpo (por ejemplo, una sonda espacial) se mueva en órbita alrededor del planeta.
2. Para escapar del campo gravitacional de la Tierra, astronave debe tener una velocidad de al menos 11,2 km/s. Esta es la segunda velocidad de escape.
3. Los objetos con mayor gravedad son los agujeros negros. Su gravedad es tan fuerte que incluso atraen la luz (fotones).
4. No encontrarás la fuerza de la gravedad en ninguna ecuación de la mecánica cuántica. El hecho es que cuando intentas incluir la gravedad en las ecuaciones, estas pierden su relevancia. Este es uno de los más asuntos importantes física moderna.
5. La palabra gravedad proviene del latín “gravis”, que significa “pesado”.
6. Cuanto más masivo es el objeto, más fuerte es la gravedad. Si una persona que pesa 60 kilogramos en la Tierra se pesa en Júpiter, la balanza marcará 142 kilogramos.
7. Los científicos de la NASA están intentando desarrollar un rayo de gravedad que permitirá mover objetos sin contacto, superando la fuerza de gravedad.
8. Los astronautas en órbita también experimentan la gravedad. Más precisamente, microgravedad. Parecen caer sin cesar junto con el barco en el que se encuentran.
9. La gravedad siempre atrae y nunca repele.
10. El agujero negro, del tamaño de una pelota de tenis, atrae objetos con la misma fuerza que nuestro planeta.

Ahora conoces la definición de gravedad y puedes decir qué fórmula se utiliza para calcular la fuerza de atracción. Si el granito de la ciencia te presiona contra el suelo con más fuerza que la gravedad, contacta con nuestro servicio de atención al estudiante. ¡Te ayudaremos a estudiar fácilmente bajo las cargas más pesadas!

La gravedad es la "curvatura" del espacio. Cuanto mayor es la masa, mayor es la “curvatura” del espacio y, en consecuencia, los objetos más ligeros “ruedan” en esta “curvatura”. Todos los objetos que orbitan alrededor del Sol se mantienen en sus órbitas por la gravedad. Pero no sólo funciona como una especie de atadura, sino que también se convirtió en la fuerza que creó estos objetos. La fuerza de gravedad no permite que los planetas elijan el camino que desean, dando vueltas en sus órbitas. Pero la dependencia de esta fuerza disminuye exponencialmente: cuando se elimina dos veces, el impacto se debilita cuatro veces, y al triplicar la eliminación se debilita la fuerza nueve veces.

Newton asoció directamente la gravedad con la gravedad. Se aplica una fuerza de gravedad a un cuerpo cuya fuente es otro cuerpo (u otros cuerpos), y el campo gravitacional, como tal, simplemente no existe. Dado que la gravedad se refiere a la interacción directa de los cuerpos, está determinada por la Ley de Gravitación Universal. Al campo gravitacional se le da un carácter condicional, necesario sólo para los cálculos. Para condiciones terrestres esto es bastante aceptable.

Gravedad de Einstein

Aristóteles describió la influencia gravitacional. Creía que la velocidad con la que cae un objeto depende de su masa. Pero sólo Galileo pudo comprender que cualquier cuerpo tiene el mismo valor de aceleración. Y Einstein desarrolló esta afirmación en su teoría de la relatividad, describiendo la gravedad con el concepto de geometría del espacio-tiempo.

En la representación clásica, la fuerza de interacción gravitacional entre dos puntos tiene la forma de una dependencia de la masa de estos puntos de la distancia al cuadrado entre ellos. Cuanto más grande es el cuerpo, mayor es el campo gravitacional que puede crear.

Aunque la gravedad es una interacción muy débil, su efecto se extiende a cualquier distancia..

La atracción gravitacional es universal en su efecto sobre la materia, no hay objetos que no la tengan. Einstein postuló que los efectos gravitacionales no son causados ​​por las influencias de fuerza de un cuerpo o campo ubicado en el espacio-tiempo, sino por cambios en el espacio-tiempo mismo. Todo esto sucede debido a la presencia de masa-energía. Según la teoría de Einstein, la masa y la energía son un único parámetro de los cuerpos. Están conectados por una fórmula bien conocida: E = m c² Dos cuerpos masivos, al interactuar entre sí, curvarán el espacio. Pero Einstein no pudo dar una respuesta sobre por qué ocurre esta curvatura. La gravedad, por su naturaleza global, es responsable de fenómenos de gran escala. Estas son estructuras, el Universo en expansión. Pero también hechos simples La astronomía (órbitas planetarias, gravedad, caída de cuerpos) también depende de la gravedad.

Mecánica celeste

Esta parte de la mecánica estudia el movimiento de los cuerpos situados en el espacio vacío, sobre los cuales actúa únicamente la gravedad. La tarea más sencilla de la sección es comprobar la influencia gravitacional de dos cuerpos, puntuales o esféricos, en el espacio vacío. Si hay más cuerpos que interactúan entre sí, la tarea se vuelve más complicada. La solución numérica conduce a la inestabilidad de las soluciones de condiciones iniciales. Es decir, si lo aplicamos a nuestro sistema planetario, no podremos predecir movimientos planetarios por periodos superiores a los cien millones de años. Todavía no es posible describir el comportamiento a largo plazo de un sistema formado por muchos cuerpos atractivos con masas similares. Esto se ve obstaculizado por el concepto: caos dinámico.

ondas gravitacionales

Las ondas gravitacionales son cambios en el campo gravitacional que se propagan como ondas. Son emitidas por masas en movimiento, pero después de la radiación se separan de ellas y existen independientemente de estas masas. Matemáticamente relacionado con la perturbación de las métricas del espacio-tiempo y puede describirse como "ondas del espacio-tiempo". Las ondas gravitacionales son predichas por la relatividad general. Fueron detectados directamente por primera vez en septiembre de 2015 por los detectores gemelos de LIGO, que detectaron ondas gravitacionales probablemente producidas por dos agujeros negros que se fusionan para formar un único agujero negro giratorio, más masivo.

Gravitón

Dado que la interacción gravitacional está presente, debe transferirse de alguna manera. En la década de 1930, el gravitón se convirtió en un posible portador. Esta partícula es todavía hipotética, pero debería tener un espín de 2 y dos posibles direcciones de polarización. Algunos físicos niegan obstinadamente la existencia de esta partícula. Ellos sugieren: Si hay gravitones, entonces deberían ser emitidos por agujeros negros, y esto entra en conflicto con la relatividad general. Pero los intentos de ampliar el modelo estándar con tales partículas plantean verdaderos desafíos a altas energías. Algunas teorías de la gravedad cuántica que se están desarrollando se basan en la solución de este problema. Según su posición, los gravitones son el estado de las cuerdas y en ningún caso son partículas puntuales. Pero las bajas energías todavía las clasifican como partículas puntuales. Hasta ahora, los gravitones no han sido descubiertos porque su influencia gravitacional es inusualmente débil.

Gravedad cuántica

Aún no se ha desarrollado una teoría cuántica universal que explique el concepto mismo de gravedad. Para representar la interacción gravitacional, sería posible proponer un intercambio de gravitones en el que los gravitones actuaran como bosones calibre de espín 2, pero tal teoría no se considera satisfactoria. En tiempo existente Existen varios enfoques que permiten cuantificar la gravedad. Estos enfoques se consideran bastante prometedores.

• Teoria de las cuerdas. Reemplaza las partículas de fondo del espacio-tiempo con branas (como cuerdas). Para resolver problemas multidimensionales, las branas se consideran partículas ya multidimensionales, pero al mismo tiempo son estructuras del espacio-tiempo. Aquí los gravitones se convierten en estados de cuerdas en lugar de partículas individuales. Aunque las bajas energías se consideran una de ellas.
• Gravedad cuántica de bucle. Aquí el tiempo y el espacio son partes discretas. No están ligados al trasfondo del espacio-tiempo, ya que son células espaciales cuánticas. Están conectados entre sí de tal manera que en pequeñas escalas de tiempo aparecen como una estructura espacial discreta. Al ampliar la escala, las partes se convierten suavemente en espacio-tiempo continuo. La gravedad de bucle puede describir la esencia del Big Bang, así como arrojar luz sobre su umbral. Esto te permite incluso prescindir de atraer.

Fuertes campos gravitacionales

En campos gravitacionales muy fuertes pueden darse manifestaciones de algunos efectos de la relatividad general:

• La ley de la gravedad se desvía de la de Newton.
• aparecen ondas gravitacionales
• hay efectos de no linealidad
• El espacio-tiempo visible cambia su geometría.
• es posible la aparición de singularidades y el nacimiento de agujeros negros.

Pero tales manifestaciones sólo pueden tener lugar si la gravedad tiene una fuerza infinitamente mayor. Hasta el momento, los objetos más densos del Universo que se han descubierto lo son. En una de muchas teorías, el campo gravitacional se considera la base de cualquier campo: magnético, eléctrico o de gluones. En este caso, los gravitones se convierten en los elementos básicos de la materia. Bueno, un agujero negro es un gravitón, donde la fuerza de la gravedad destruye absolutamente todas las partículas elementales, excepto los gravitones. Y solo queda una propiedad: la gravedad.

Colapso gravitacional

Cuando un cuerpo masivo, que experimenta fuerzas gravitacionales, se comprime catastróficamente rápido, colapsa. Así puede terminar la vida de una estrella con una masa superior a tres veces la del Sol. Cuando las estrellas se quedan sin combustible para continuar el proceso termonuclear, su estabilidad mecánica se altera y se produce una compresión rápida y acelerada hacia la parte central. Si la presión dentro de la estrella, que aumenta constantemente, puede detener la compresión, entonces la parte central de la estrella se convertirá en una estrella de neutrones. En este caso, el caparazón puede desprenderse y estallar una supernova. Pero si la estrella supera la masa determinada por el límite de Oppenheimer-Volkov, el colapso terminará con su transformación en un agujero negro. El valor de este límite aún no se ha establecido con precisión.

Algunas paradojas

1. Un satélite que gira alrededor de la Tierra no tiene peso en relación con el planeta. Y todo lo que hay en él tampoco pesa. , relativamente, vuelve a carecer de peso, pero los cuerpos que se encuentran en su superficie ya tienen peso. Lo mismo ocurre con la Tierra. Es relativamente ingrávido, pero sentimos su peso. El Sol también carece de peso en relación con el núcleo galáctico. Y así hasta el infinito.
2. En las estrellas, durante las reacciones termonucleares, se crea una presión enorme. Pero está restringido por fuerzas gravitacionales. Es decir, la existencia de una estrella es posible porque existe un equilibrio dinámico: temperatura-presión-fuerzas gravitacionales.
3. En un agujero negro cesan todos los procesos excepto uno: la gravedad. Nada puede absorberlo o distorsionarlo.

A pesar de que la gravedad es la interacción más débil entre objetos en el Universo, su importancia en física y astronomía es enorme, ya que puede influir en objetos físicos a cualquier distancia en el espacio.

Si está interesado en la astronomía, probablemente se habrá preguntado qué es un concepto como la gravedad o la ley de la gravitación universal. La gravedad es la interacción fundamental universal entre todos los objetos del Universo.

El descubrimiento de la ley de la gravedad se atribuye al famoso físico inglés Isaac Newton. Probablemente muchos de vosotros conocéis la historia de la manzana que cayó sobre la cabeza del famoso científico. Sin embargo, si profundizamos en la historia, podemos ver que los filósofos y científicos de la antigüedad, como Epicuro, pensaban en la presencia de la gravedad mucho antes de su época. Sin embargo, fue Newton quien describió por primera vez la interacción gravitacional entre cuerpos físicos en el marco de la mecánica clásica. Su teoría fue desarrollada por otro científico famoso: Albert Einstein, quien en su teoria general La relatividad describió con mayor precisión la influencia de la gravedad en el espacio, así como su papel en el continuo espacio-tiempo.

La ley de gravitación universal de Newton establece que la fuerza de atracción gravitacional entre dos puntos de masa separados por una distancia es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia y directamente proporcional a ambas masas. La fuerza de gravedad es de largo alcance. Es decir, independientemente de cómo se mueva un cuerpo con masa, en la mecánica clásica su potencial gravitacional dependerá puramente de la posición de este objeto en un momento dado en el tiempo. Cuanto mayor es la masa de un objeto, mayor es su campo gravitacional y más poderosa es la fuerza gravitacional que tiene. Los objetos espaciales como galaxias, estrellas y planetas tienen La mayor fortaleza atracción y, en consecuencia, campos gravitacionales suficientemente fuertes.

Campos gravitacionales

El campo gravitacional de la Tierra

El campo gravitacional es la distancia dentro de la cual se produce la interacción gravitacional entre objetos del Universo. Cuanto mayor es la masa de un objeto, más fuerte es su campo gravitacional y más notable es su impacto sobre otros cuerpos físicos dentro de un determinado espacio. El campo gravitacional de un objeto es potencial. La esencia de la afirmación anterior es que si introduces la energía potencial de atracción entre dos cuerpos, entonces no cambiará después de mover este último a lo largo de un circuito cerrado. De aquí surge otra famosa ley de conservación de la suma de energía potencial y cinética en un circuito cerrado.

En el mundo material, el campo gravitacional es de gran importancia. Lo poseen todos los objetos materiales del Universo que tienen masa. El campo gravitacional puede influir no sólo en la materia, sino también en la energía. Es gracias a la influencia de los campos gravitacionales de objetos cósmicos tan grandes como los agujeros negros, los quásares y las estrellas supermasivas que se forman sistemas solares, galaxias y otros cúmulos astronómicos que se caracterizan por una estructura lógica.

Datos científicos recientes muestran que el famoso efecto de la expansión del Universo también se basa en las leyes de la interacción gravitacional. En particular, la expansión del Universo se ve facilitada por poderosos campos gravitacionales, tanto de sus objetos pequeños como de los más grandes.

Radiación gravitacional en un sistema binario.

La radiación gravitacional u onda gravitacional es un término introducido por primera vez en la física y la cosmología por el famoso científico Albert Einstein. La radiación gravitacional en la teoría de la gravitación se genera por el movimiento de objetos materiales con aceleración variable. Durante la aceleración de un objeto, una onda gravitacional parece "desprenderse" de él, lo que provoca oscilaciones del campo gravitacional en el espacio circundante. A esto se le llama efecto de onda gravitacional.

Aunque las ondas gravitacionales son predichas por la teoría general de la relatividad de Einstein, así como por otras teorías de la gravedad, nunca han sido detectadas directamente. Esto se debe principalmente a su extrema pequeñez. Sin embargo, en astronomía existen evidencias indirectas que pueden confirmar este efecto. Así, el efecto de una onda gravitacional se puede observar en el ejemplo del enfoque. estrellas dobles. Las observaciones confirman que la tasa de convergencia de las estrellas dobles depende en cierta medida de la pérdida de energía de estos objetos cósmicos, que presumiblemente se gasta en radiación gravitacional. Los científicos podrán confirmar de forma fiable esta hipótesis en un futuro próximo utilizando la nueva generación de telescopios avanzados LIGO y VIRGO.

En la física moderna, existen dos conceptos de mecánica: clásica y cuántica. La mecánica cuántica se desarrolló hace relativamente poco tiempo y es fundamentalmente diferente de la mecánica clásica. En la mecánica cuántica los objetos (cuantos) no tienen posiciones ni velocidades definidas; aquí todo se basa en la probabilidad. Es decir, un objeto puede ocupar un determinado lugar en el espacio en un determinado momento. No se puede determinar con seguridad dónde se moverá a continuación, sino sólo con un alto grado de probabilidad.

Un efecto interesante de la gravedad es que puede doblar el continuo espacio-tiempo. La teoría de Einstein afirma que en el espacio alrededor de un haz de energía o de cualquier sustancia material, el espacio-tiempo es curvo. En consecuencia, la trayectoria de las partículas que caen bajo la influencia del campo gravitacional de esta sustancia cambia, lo que permite predecir la trayectoria de su movimiento con un alto grado de probabilidad.

Teorías de la gravedad

Hoy en día los científicos conocen más de una docena de teorías diferentes sobre la gravedad. Se dividen en teorías clásicas y alternativas. El representante más famoso de la primera es la teoría clásica de la gravedad de Isaac Newton, inventada por el famoso físico británico en 1666. Su esencia radica en el hecho de que un cuerpo masivo en mecánica genera un campo gravitacional a su alrededor, que atrae objetos más pequeños. A su vez, estos últimos también tienen un campo gravitacional, como cualquier otro objeto material del Universo.

La siguiente teoría popular de la gravedad fue inventada por el mundialmente famoso científico alemán Albert Einstein a principios del siglo XX. Einstein pudo describir con mayor precisión la gravedad como fenómeno y también explicar su acción no solo en la mecánica clásica, sino también en el mundo cuántico. Su teoría general de la relatividad describe la capacidad de una fuerza como la gravedad para influir en el continuo espacio-tiempo, así como en la trayectoria de las partículas elementales en el espacio.

Entre las teorías alternativas de la gravedad, la teoría relativista, inventada por nuestro compatriota, el famoso físico A.A., quizás merezca la mayor atención. Logunov. A diferencia de Einstein, Logunov argumentó que la gravedad no es un campo de fuerza geométrico, sino físico real y bastante fuerte. Entre las teorías alternativas de la gravedad también se conocen la escalar, la bimétrica, la cuasilineal y otras.

1. Para las personas que han estado en el espacio y han regresado a la Tierra, al principio es bastante difícil acostumbrarse a la fuerza de la influencia gravitacional de nuestro planeta. A veces esto lleva varias semanas.
2. Se ha demostrado que cuerpo humano en estado de ingravidez puede perder hasta el 1% de la masa de la médula ósea al mes.
3. Entre los planetas del sistema solar, Marte tiene la menor fuerza gravitacional y Júpiter la mayor.
4. Las conocidas bacterias salmonella, causantes de enfermedades intestinales, se comportan más activamente en estado de ingravidez y son capaces de provocar al cuerpo humano mucho más daño.
5. Entre todos los objetos astronómicos conocidos del Universo, los agujeros negros tienen la mayor fuerza gravitacional. Un agujero negro del tamaño de una pelota de golf podría tener la misma fuerza gravitacional que todo nuestro planeta.
6. La fuerza de gravedad en la Tierra no es la misma en todos los rincones de nuestro planeta. Por ejemplo, en la región de la Bahía de Hudson en Canadá es más baja que en otras regiones del mundo.

Don De Young

La gravedad (o gravitación) nos mantiene firmemente en la Tierra y permite que la Tierra gire alrededor del Sol. Gracias a esta fuerza invisible, la lluvia cae sobre la tierra y el nivel del agua en el océano sube y baja todos los días. La gravedad mantiene la Tierra en forma esférica y también evita que nuestra atmósfera escape al espacio exterior. Parecería que los científicos deberían estudiar bien esta fuerza de atracción que se observa todos los días. ¡Pero no! En muchos sentidos, la gravedad sigue siendo el misterio más profundo de la ciencia. Esta fuerza misteriosa es un ejemplo notable de cuán limitado es el conocimiento científico moderno.

¿Qué es la gravedad?

Isaac Newton se interesó por este tema ya en 1686 y llegó a la conclusión de que la gravedad es la fuerza de atracción que existe entre todos los objetos. Se dio cuenta de que en su órbita se encuentra la misma fuerza que hace que la manzana caiga al suelo. De hecho, la fuerza gravitacional de la Tierra hace que la Luna se desvíe de su trayectoria recta aproximadamente un milímetro por segundo mientras orbita la Tierra (Figura 1). La Ley Universal de la Gravedad de Newton es uno de los mayores descubrimientos científicos de todos los tiempos.

La gravedad es la “cuerda” que mantiene los objetos en órbita

Foto 1. Ilustración de la órbita de la luna, no dibujada a escala. Cada segundo la luna recorre aproximadamente 1 km. A lo largo de esta distancia, se desvía aproximadamente 1 mm de la trayectoria recta; esto se debe a la atracción gravitacional de la Tierra (línea discontinua). La Luna parece constantemente quedar detrás (o alrededor) de la Tierra, del mismo modo que los planetas caen alrededor del Sol.

La gravedad es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza (Tabla 1). Tenga en cuenta que de las cuatro fuerzas, esta fuerza es la más débil y, sin embargo, es dominante en relación con los objetos espaciales grandes. Como demostró Newton, la fuerza gravitacional de atracción entre dos masas cualesquiera se vuelve cada vez más pequeña a medida que la distancia entre ellas se hace cada vez mayor, pero nunca llega completamente a cero (ver "El diseño de la gravedad").

Por lo tanto, cada partícula en el universo entero en realidad atrae a todas las demás partículas. A diferencia de las fuerzas de interacciones nucleares fuertes y débiles, la fuerza de atracción es de largo alcance (Tabla 1). La fuerza magnética y la fuerza eléctrica también son fuerzas de largo alcance, pero la gravedad es única porque es a la vez de largo alcance y siempre atractiva, lo que significa que nunca puede agotarse (a diferencia del electromagnetismo, en el que las fuerzas pueden atraerse o repelerse). .

Comenzando con el gran científico creacionista Michael Faraday en 1849, los físicos han buscado continuamente la conexión oculta entre la fuerza de gravedad y la fuerza de interacción electromagnética. Actualmente, los científicos están intentando combinar las cuatro fuerzas fundamentales en una ecuación o la llamada "Teoría del Todo", ¡pero sin éxito! La gravedad sigue siendo la fuerza más misteriosa y menos estudiada.

La gravedad no se puede proteger de ninguna manera. Cualquiera que sea la composición del tabique de bloqueo, no influye en la atracción entre dos objetos separados. Esto significa que es imposible crear una cámara antigravedad en condiciones de laboratorio. La gravedad no depende de composición química objetos, pero depende de su masa, que conocemos como peso (la fuerza de gravedad sobre un objeto es igual al peso de ese objeto; cuanto mayor es la masa, mayor es la fuerza o el peso). Bloques de vidrio, plomo, hielo o incluso espuma de poliestireno, y que tengan la misma masa, experimentarán (y ejercerán) la misma fuerza gravitacional. Estos datos se obtuvieron durante experimentos y los científicos aún no saben cómo explicarlos teóricamente.

Diseño en gravedad

La fuerza F entre dos masas m 1 y m 2 ubicadas a una distancia r se puede escribir como la fórmula F = (G m 1 m 2)/r 2

Donde G es la constante gravitacional medida por primera vez por Henry Cavendish en 1798.1

Esta ecuación muestra que la gravedad disminuye a medida que la distancia, r, entre dos objetos aumenta, pero nunca llega completamente a cero.

La naturaleza de la ley del cuadrado inverso de esta ecuación es simplemente fascinante. Después de todo, no hay ninguna razón necesaria para que la gravedad actúe como lo hace. En un universo desordenado, aleatorio y en evolución, potencias arbitrarias como r 1,97 o r 2,3 parecerían más probables. Sin embargo, mediciones precisas mostraron una potencia exacta, al menos con cinco decimales, de 2,00000. Como dijo un investigador, este resultado parece "demasiado preciso".2 Podemos concluir que la fuerza de gravedad indica un diseño creado con precisión. De hecho, si el grado se desviara aunque sea un poco de 2, las órbitas de los planetas y del universo entero se volverían inestables.

Enlaces y notas

1. Técnicamente hablando, G = 6,672 x 10 –11 Nm 2 kg –2
2. Thompsen, D., "Muy preciso sobre la gravedad", Noticias de ciencia 118(1):13, 1980.

Entonces, ¿qué es exactamente la gravedad? ¿Cómo es posible que esta fuerza pueda operar en un espacio tan vasto y vacío? ¿Y por qué existe? La ciencia nunca ha podido responder estas preguntas básicas sobre las leyes de la naturaleza. La fuerza de atracción no puede surgir lentamente mediante mutación o selección natural. Ha estado en vigor desde el principio mismo del universo. Como cualquier otra ley física, la gravedad es sin duda una prueba notable de una creación planificada.

Algunos científicos han intentado explicar la gravedad utilizando partículas invisibles, los gravitones, que se mueven entre los objetos. Otros hablaban de cuerdas cósmicas y ondas gravitacionales. Recientemente, los científicos que utilizaron un laboratorio LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser) especialmente creado, solo pudieron ver el efecto de las ondas gravitacionales. Pero la naturaleza de estas ondas, cómo interactúan físicamente los objetos entre sí a grandes distancias, cambiando su ventaja, sigue siendo una gran pregunta para todos. Simplemente desconocemos el origen de la fuerza gravitacional y cómo mantiene la estabilidad del universo entero.

Gravedad y Escritura

Dos pasajes de la Biblia pueden ayudarnos a comprender la naturaleza de la gravedad y la ciencia física en general. El primer pasaje, Colosenses 1:17, explica que Cristo “Existe ante todo, y todo depende de Él”. El verbo griego significa (συνισταω sunistao) significa: adherirse, sostenerse o mantenerse unidos. El uso griego de esta palabra fuera de la Biblia significa un recipiente que contiene agua. La palabra utilizada en el libro de Colosenses está en tiempo perfecto, lo que generalmente indica un estado presente y continuo que ha surgido de una acción pasada completada. Uno de los mecanismos físicos en cuestión es claramente la fuerza de gravedad, establecida por el Creador y mantenida indefectiblemente en la actualidad. Imagínese: si la fuerza de gravedad cesara por un momento, sin duda se produciría el caos. Todos los cuerpos celestes, incluida la Tierra, la Luna y las estrellas, ya no estarían unidos. Todo se dividiría inmediatamente en pequeñas partes separadas.

La segunda Escritura, Hebreos 1:3, declara que Cristo “Él sostiene todas las cosas con la palabra de su poder”. Palabra sostiene (φερω fero) describe nuevamente el soporte o preservación de todo, incluida la gravedad. Palabra sostiene, como se usa en este versículo, significa mucho más que simplemente sostener peso. Implica control sobre todos los movimientos y cambios que ocurren dentro del universo. Esta tarea interminable se lleva a cabo a través de la omnipotente Palabra del Señor, a través de la cual el universo mismo comenzó a existir. La gravedad, una “fuerza misteriosa” que sigue siendo poco comprendida después de cuatrocientos años de investigación, es una manifestación de este asombroso cuidado divino por el universo.

Distorsiones del tiempo y el espacio y agujeros negros.

La teoría general de la relatividad de Einstein considera la gravedad no como una fuerza, sino como la curvatura del espacio mismo cerca de un objeto masivo. Se predice que la luz, que tradicionalmente sigue líneas rectas, se curvará al atravesar un espacio curvo. Esto se demostró por primera vez cuando el astrónomo Sir Arthur Eddington descubrió un cambio en la posición aparente de una estrella durante Eclipse total en 1919, creyendo que los rayos de luz se desvían por la gravedad del sol.

La relatividad general también predice que si un cuerpo es lo suficientemente denso, su gravedad distorsionará tanto el espacio que la luz no podrá atravesarlo en absoluto. Un cuerpo así absorbe la luz y todo lo demás que es capturado por su fuerte gravedad y se llama agujero negro. Un cuerpo así sólo puede detectarse por sus efectos gravitacionales sobre otros objetos, por la fuerte curvatura de la luz a su alrededor y por la fuerte radiación emitida por la materia que incide sobre él.

Toda la materia dentro de un agujero negro está comprimida en el centro, que tiene una densidad infinita. El "tamaño" del agujero está determinado por el horizonte de sucesos, es decir un límite que rodea el centro de un agujero negro, y nada (ni siquiera la luz) puede escapar más allá de él. El radio del agujero se llama radio de Schwarzschild, en honor al astrónomo alemán Karl Schwarzschild (1873-1916), y se calcula mediante la fórmula RS = 2GM/c 2, donde c es la velocidad de la luz en el vacío. Si el Sol cayera en un agujero negro, su radio de Schwarzschild sería de sólo 3 km.

Existe buena evidencia de que cuando una estrella masiva se queda sin combustible nuclear, ya no puede resistir colapsar bajo su enorme peso y cae en un agujero negro. Se cree que existen agujeros negros con la masa de miles de millones de soles en los centros de las galaxias, incluida nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Muchos científicos creen que objetos muy brillantes y muy distantes llamados quásares aprovechan la energía liberada cuando la materia cae en un agujero negro.

Según las predicciones de la relatividad general, la gravedad también distorsiona el tiempo. Esto también lo han confirmado relojes atómicos muy precisos, que funcionan unos microsegundos más lento al nivel del mar que en zonas por encima del nivel del mar, donde la gravedad de la Tierra es ligeramente más débil. Cerca del horizonte de sucesos este fenómeno es más notorio. Si observamos el reloj de un astronauta a medida que se acerca al horizonte de sucesos, veremos que el reloj corre más lento. Una vez dentro del horizonte de sucesos, el reloj se detendrá, pero nunca podremos verlo. Por el contrario, un astronauta no notará que su reloj va más lento, pero verá que nuestro reloj va cada vez más rápido.

El principal peligro para un astronauta cerca de un agujero negro serían las fuerzas de marea causadas por el hecho de que la gravedad es más fuerte en las partes del cuerpo que están más cerca del agujero negro que en las partes más alejadas de él. El poder de las fuerzas de marea cerca de un agujero negro con la masa de una estrella es más fuerte que cualquier huracán y fácilmente destroza en pequeños pedazos todo lo que se encuentra en su camino. Sin embargo, mientras que la atracción gravitacional disminuye con el cuadrado de la distancia (1/r 2), la influencia de las mareas disminuye con el cubo de la distancia (1/r 3). Por lo tanto, contrariamente a la sabiduría convencional, la fuerza gravitacional (incluida la fuerza de marea) en los horizontes de sucesos de los agujeros negros grandes es más débil que en los agujeros negros pequeños. Por lo tanto, las fuerzas de marea en el horizonte de sucesos de un agujero negro en el espacio observable serían menos perceptibles que la brisa más suave.

El alargamiento del tiempo por la gravedad cerca del horizonte de sucesos es la base del nuevo modelo cosmológico del físico creacionista Dr. Russell Humphreys, que describe en su libro Starlight and Time. Este modelo puede ayudar a resolver el problema de cómo podemos ver la luz de estrellas distantes en el universo joven. Además, hoy es una alternativa científica a la no bíblica, que se basa en supuestos filosóficos que van más allá del alcance de la ciencia.

Nota

La gravedad, una “fuerza misteriosa” que, incluso después de cuatrocientos años de investigación, sigue siendo poco comprendida...

Isaac Newton (1642-1727)

Foto: Wikipedia.org

Isaac Newton (1642-1727)

Isaac Newton publicó sus descubrimientos sobre la gravedad y el movimiento de los cuerpos celestes en 1687, en su famosa obra " Principios matemáticos" Algunos lectores rápidamente concluyeron que el universo de Newton no dejaba lugar para Dios, ya que ahora todo podía explicarse mediante ecuaciones. Pero Newton no lo creía en absoluto, como dijo en la segunda edición de esta famosa obra:

"Nuestra más bella sistema solar, planetas y cometas sólo pueden ser resultado del plan y dominio de un ser inteligente y poderoso."

Isaac Newton no fue sólo un científico. Además de la ciencia, dedicó casi toda su vida al estudio de la Biblia. Sus libros bíblicos favoritos eran el libro de Daniel y el libro del Apocalipsis, que describen los planes de Dios para el futuro. De hecho, Newton escribió más obras teológicas que científicas.

Newton fue respetuoso con otros científicos como Galileo Galilei. Por cierto, Newton nació el mismo año en que murió Galileo, en 1642. Newton escribió en su carta: “Si vi más lejos que los demás, fue porque estaba parado en espalda gigantes." Poco antes de su muerte, probablemente reflexionando sobre el misterio de la gravedad, Newton escribió modestamente: “No sé cómo me percibe el mundo, pero a mí mismo me parece sólo un niño que juega en la orilla del mar, que se divierte encontrando de vez en cuando un guijarro más colorido que los demás, o una hermosa concha, mientras un enorme océano de una verdad inexplorada."

Newton está enterrado en la Abadía de Westminster. La inscripción en latín sobre su tumba termina con las palabras: “Que los mortales se regocijen de que tal adorno del género humano haya vivido entre ellos”..

Probablemente hayas oído que la gravedad no es una fuerza. Y es verdad. Sin embargo, esta verdad deja muchas preguntas. Por ejemplo, solemos decir que la gravedad "tira" de los objetos. En la clase de física nos dijeron que la gravedad atrae los objetos hacia el centro de la Tierra. Pero, ¿cómo es esto posible? ¿Cómo es posible que la gravedad no sea una fuerza y ​​aun así atraiga objetos?

Lo primero que hay que entender es que el término correcto es "aceleración" y no "atracción". De hecho, la gravedad no atrae los objetos en absoluto, deforma el sistema espacio-temporal (el sistema en el que vivimos), los objetos siguen las ondas formadas como resultado de la deformación y, en ocasiones, pueden acelerar.

Gracias a Albert Einstein y su teoría de la relatividad, sabemos que el espacio-tiempo cambia bajo la influencia de la energía. Y la parte más importante de esta ecuación es la masa. La energía de la masa de un objeto hace que el espacio-tiempo cambie. La masa curva el espacio-tiempo y las curvaturas resultantes canalizan la energía. Por tanto, es más exacto pensar en la gravedad no como una fuerza, sino como una curvatura del espacio-tiempo. Así como una capa de goma se dobla bajo una bola de bolos, los objetos masivos doblan el espacio-tiempo.

Así como un automóvil viaja por una carretera con varias curvas y giros, los objetos se mueven a lo largo de curvas y curvas similares en el espacio y el tiempo. Y así como un automóvil acelera cuesta abajo, los objetos masivos crean curvas extremas en el espacio y el tiempo. La gravedad es capaz de acelerar los objetos cuando entran en pozos de gravedad profundos. Este camino que siguen los objetos a través del espacio-tiempo se llama "trayectoria geodésica".

Para comprender mejor cómo funciona la gravedad y cómo puede acelerar los objetos, considere la ubicación de la Tierra y la Luna entre sí. La Tierra es un objeto bastante masivo, al menos en comparación con la Luna, y nuestro planeta hace que el espacio-tiempo se doble. La Luna gira alrededor de la Tierra debido a distorsiones en el espacio y el tiempo provocadas por la masa del planeta. Por lo tanto, la Luna simplemente viaja a lo largo de la curva resultante en el espacio-tiempo, que llamamos órbita. La luna no siente ninguna fuerza actuando sobre ella, simplemente sigue un determinado camino que ha surgido.