5 fatti sulla gravità - una delle forze più misteriose dell'universo
Miscellanea / / July 14, 2023
Come cambia il tuo peso nei diversi paesi, che tipo di onde si propagano i buchi neri e cos'è l'assenza di gravità.
1. La gravità terrestre è più debole del magnete del tuo frigorifero
Ci sono quattro forze cosiddette fondamentali nel mondo: una forte forza nucleare che assicura stabilità nuclei atomici, nucleari deboli, responsabili del decadimento radioattivo, forza elettromagnetica e nostri cari gravità. È quest'ultimo che impedisce il decadimento della Terra, di altri pianeti e stelle, dei sistemi solari e delle galassie.
Ebbene, la gravità è la forza fondamentale più debole di tutte. E gli scienziati non capiscono perché.
Potreste dire: ma la gravità è ciò che spinge le stelle, le galassie e altri oggetti enormi, come può essere debole? Bene, metti un magnete sul frigorifero. Ora rispondi alla domanda sul perché il minuscolo frigorifero lo attrae più fortedell'intero pianeta.
E le forze atomiche deboli e forti sono ancora più potenti di quelle elettromagnetiche. Almeno puoi rimuovere il magnete dal frigorifero senza un aiuto esterno, ma le persone non hanno ancora imparato a dividere gli atomi a mani nude. Per fare un confronto: la forza elettrica tra un elettrone e un protone all'interno di un atomo è di circa un quintilione (ovvero uno seguito da 30 zeri) volte
più forterispetto all'attrazione gravitazionale tra di loro.E questo è uno dei principali misteri della fisica. Gli scienziati hanno assunzioneche l'universo può avere dimensioni aggiuntive nascoste alla nostra percezione. E la gravità si propaga attraverso tutti loro, mentre le forze elettromagnetiche e le forze nucleari forti e deboli sono limitate al nostro spazio-tempo quadridimensionale.
Forse anche la nostra gravità colpisce agli oggetti in altri universi, se esistono. E i nostri oggetti, a loro volta, risentono della loro attrazione. Questo potrebbe spiegare perché il nostro Universo si espande più velocemente del previsto. Almeno, una tale teoria è proposta da fisici a cui non piace la teoria della materia oscura e dell'energia.
Ma nonostante tutte le ipotesi, al momento non ci sono prove sperimentali per confermare o confutare ciò.
2. La gravità crea onde
Animazione: Dana Berry / NASA
Immagina che lo spazio-tempo sia un tessuto teso. Bene, o la superficie dello stagno, se preferisci. Quando oggetti massicci si muovono come buchi neri o stelle di neutroni che si fondono, creano deformazioni nello spazio-tempo, come pieghe nel tessuto. O come onde, divergenti dal punto in cui la pietra è caduta nello stagno. Questo è l'aspetto delle onde gravitazionali.
L'analogia è, ovviamente, un po' forzata, perché sia il tessuto che la superficie dello stagno sono piatti, e Universo tridimensionale, ma gli scienziati non hanno ancora trovato esempi migliori.
Le onde gravitazionali sono diverse dal suono o dalla luce, quindi non possiamo sentirle o vederle. Tuttavia, con l'aiuto di strumenti speciali chiamati interferometri laser, gli scienziati possono farlo Trovare. Ciò ti consente di esplorare oggetti massicci distanti e studiare i fenomeni cosmici che si verificano negli angoli più remoti dell'universo.
L'esistenza delle onde gravitazionali è stata predetta da Albert Einstein cento anni fa.
Ma solo di recente l'umanità ha sviluppato e applicato strumenti per rilevarli. Uno di questi è l'osservatorio interferometrico laser LIGO. Era la sua prima volta nel 2015 fisso onde gravitazionali dalla fusione di due buchi neri a una distanza di circa 1,3 miliardi di anni luce da Terra.
Essi passaggio attraverso tutti gli ostacoli, compreso il vuoto, e non sono soggetti ad assorbimento o riflessione. Inoltre si propagano in tutto l'universo alla velocità della luce.
3. La gravità sulla Terra non è uniforme
Animazione: ESA
Probabilmente hai già visto questa animazione. Un mito sta circolando sul web, presumibilmente è così sembra il nostro pianeta senza oceani. Ma in realtà, questo non è un modello della Terra stessa, ma del suo campo gravitazionale.
Vedi l'attrazione più forte dove c'è una grande massa. E il campo gravitazionale sulla Terra non è uniforme per diversi motivi. Innanzitutto il nostro pianeta non è una palla perfetta. È leggermente appiattito ai poli e allargato all'equatore, determinando una distribuzione non uniforme della massa.
In secondo luogo, la superficie della Terra è molto irregolare. Abbiamo alte montagne, profonde fosse oceaniche e altre forme paesaggistiche che hanno masse diverse. E in terzo luogo, all'interno del pianeta anche i materiali sono distribuiti in modo non uniforme. Tutti questi fattori fanno sì che la gravità sulla Terra vari da luogo a luogo.
Ciò significa che in diversi luoghi del nostro pianeta peserai in modo diverso.
Diciamo se tu Sono a Colombo nello Sri Lanka, il tuo peso sarà leggermente inferiore rispetto a se fossi a Kathmandu in Nepal. L'Oceano Indiano è una delle regioni con la gravità relativa più bassa al mondo, mentre il pesante Himalaya, al contrario, la aumenta.
Un altro esempio: per molto tempo gli scienziati non ho capitoperché nella regione intorno alla baia di Hudson in Canada la gravità è più debole di quanto dovrebbe essere in teoria. Si è scoperto che i ghiacciai secolari si stanno sciogliendo lì, la loro massa sta diminuendo e, di conseguenza, la forza di attrazione sta diminuendo.
Pertanto, se non sei soddisfatto del numero sulla bilancia, cambia semplicemente il tuo luogo di residenza e perdi immediatamente un chilogrammo o due. È vero, la massa rimarrà la stessa, ma il peso diminuirà. Fisica.
4. La gravità piega la luce
È facile vedere come la gravità influisce sugli oggetti fisici. Grazie ad esso, siamo saldamente sulla Terra e non voliamo via nello spazio, le mele cadono dall'alto verso il basso, il Sole fa dei cerchi attorno al nucleo della galassia e così via.
Ma questa forza influenza non solo la materia, ma anche la luce. È per questo buchi neri così chiamati: hanno una gravità così potente che tutta la luce che attirano non può lasciare il campo gravitazionale.
Ma a volte i fotoni non cadono su un oggetto massiccio, ma semplicemente volano via, cambiando solo leggermente la traiettoria.
Questo fenomeno conosciuto come la lente gravitazionale. Succede perché la gravità deforma lo spazio e il tempo attorno a oggetti massicci come stelle e galassie. Di conseguenza, la luce che passa da questi oggetti massicci segue un percorso curvo, non una linea retta.
La lente gravitazionale è stata la prima predetto Albert Einstein nella sua teoria generale della relatività. Ha suggerito che la luce proveniente da un oggetto distante si piegherebbe mentre passa davanti a una stella massiccia vicino a noi. La sua teoria fu confermata sperimentalmente durante un'eclissi solare nel 1919.
Le lenti gravitazionali possono produrre effetti spettacolari come "anelli di Einstein" o "croce". Einstein" - quando la luce di una galassia lontana si piega attorno a una galassia più vicina, creando anelli, ferri di cavallo e altra luce figure.
Questo fenomeno è anche usato astronomi per studiare la materia oscura. Poiché non emette luce, non può essere osservato direttamente. Ma possiamo rilevare la sua presenza attraverso effetti di lente gravitazionale.
5. L'assenza di peso non è l'assenza di gravità
Se chiedi alla prima persona che incontri perché gli astronauti fluttuano nell'aria sulla ISS, molto probabilmente risponderà che non c'è gravità nello spazio. Questo, ovviamente, non è così, altrimenti come sarebbe Sole potrebbe mantenere i pianeti nelle loro orbite?
Ecco perché questa affermazione sbagliato. Immagina di essere su un aeroplano e improvvisamente inizia a tuffarsi. Se lanci una palla in questo momento, ovviamente cadrà. Ma poiché anche l'aereo sta volando giù, ti sembrerà che il giocattolo stia fluttuando nell'aria. Questo è lo stato di assenza di gravità. A proposito, prima di volare nello spazio, gli astronauti si adattano ad esso negli aerei da immersione.
Le schede per tale addestramento sono ironicamente chiamate dai dipendenti della NASA Vomit Comet - "vomiting comet". Indovina perchè.
La stessa cosa accade agli astronauti in orbita. Navicella spaziale oppure la stazione è costantemente in movimento verso la Terra a causa della gravità. Ma poiché avanzano abbastanza velocemente, non cadono mai, ma volano intorno al pianeta ad ogni rivoluzione. Questo crea l'illusione di una mancanza di attrazione, anche se è più corretto chiamare questo stato "microgravità".
In effetti, tutto lo spazio è permeato di gravità e non c'è posto nello spazio dove non lo sarebbe. Scienziati credereche, sebbene la sua velocità di propagazione sia limitata dalla velocità della luce e la sua forza diminuisca rapidamente con la distanza dalla sorgente, il raggio d'azione stesso è infinito.
Cioè, ora sei abbastanza influenzato dalle onde gravitazionali di una specie di buco nero, che impiega decine di migliaia di anni per raggiungere la Terra. È solo che la loro forza è molto piccola rispetto alla gravità del nostro pianeta. E va bene, lo sai.
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