แรงโน้มถ่วงคืออะไร?

เหวี่ยงบอลแรงพอแล้วไม่คืน คุณไม่เห็นสิ่งนั้นเกิดขึ้นในชีวิตจริงเพราะลูกบอลต้องเดินทางอย่างน้อย 11.3 กิโลเมตร (7 ไมล์) ต่อวินาทีเพื่อหนีแรงโน้มถ่วงของโลก ทุกวัตถุ ไม่ว่าจะเป็นขนนกที่มีน้ำหนักเบาหรือดาวขนาดมหึมา ต่างก็ใช้แรงดึงดูดทุกสิ่งรอบตัว แรงโน้มถ่วงทำให้คุณยึดติดอยู่กับดาวเคราะห์ดวงนี้ ดวงจันทร์ที่โคจรรอบโลก โลกที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ดวงอาทิตย์ ที่โคจรรอบศูนย์กลางของดาราจักรและกระจุกดาราจักรขนาดใหญ่ที่พุ่งทะลุจักรวาลเป็นหนึ่ง

แรงโน้มถ่วงและแรงพื้นฐานอีกสามชนิดยึดจักรวาลไว้ด้วยกัน แรงนิวเคลียร์ที่แข็งแกร่งทำให้อนุภาคในนิวเคลียสของอะตอมไม่บินออกจากกัน แรงนิวเคลียร์ที่อ่อนแอทำให้เกิดการแผ่รังสีในนิวเคลียสบางส่วน และแรงแม่เหล็กไฟฟ้าทำงานที่สำคัญ เช่น จับอะตอมของโมเลกุลไว้ด้วยกัน แม้ว่าแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์จะจับดาวเคราะห์ที่อยู่ห่างออกไปหลายพันล้านไมล์ แต่แรงโน้มถ่วงเป็นแรงพื้นฐานที่อ่อนแอที่สุด

มวล ซึ่งบางครั้งสับสนกับน้ำหนัก คือปริมาณของสสารที่วัตถุมี -- เมื่อมวลเพิ่มขึ้น แรงโน้มถ่วงก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน หลุมดำ วัตถุทางดาราศาสตร์ที่มักพบเห็นในภาพยนตร์นิยายวิทยาศาสตร์ มีขนาดใหญ่มากจนแสงไม่สามารถหลบหนีได้ เม็ดเกลือมีแรงโน้มถ่วงน้อยกว่ามากเพราะมีมวลน้อยกว่า น้ำหนักหมายถึงแรงที่แรงโน้มถ่วงของวัตถุกระทำต่อวัตถุอื่น น้ำหนักอาจผันผวน ดังที่เห็นในภารกิจทางจันทรคติที่นักบินอวกาศมีน้ำหนักน้อยกว่าที่พวกเขาทำบนดาวเคราะห์บ้านเกิดซึ่งมีมวลมากกว่าโลกถึงหกเท่า

หนังสือและบทความอาจพูดถึงนักบินอวกาศที่ลอยอยู่ใน "แรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์" แรงโน้มถ่วงของโลกยังคงมีอยู่ในอวกาศและจริง ๆ แล้วอ่อนแอลงเพียง 10 เปอร์เซ็นต์เมื่อสถานีอวกาศโคจรรอบ นักบินอวกาศลอยเพราะพวกมันตกลงมายังโลกและโคจรรอบมันอย่างรวดเร็วจนไม่ไปถึงพื้นผิว แม้ว่าแรงดึงดูดของวัตถุจะอ่อนลงตามระยะทาง แต่มันก็ขยายออกไปสู่อนันต์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง โลกยังคงดึงดูดวัตถุที่ขอบจักรวาล

ในปี ค.ศ. 1687 Issac Newton ได้แจ้งให้โลกทราบว่า "แรงโน้มถ่วงมีอยู่จริง" ก่อนหน้านั้นไม่มีใครรู้ว่า ในปัจจุบัน ทฤษฎีของนิวตันอธิบายว่าวัตถุในสวรรค์เคลื่อนไหวอย่างไรและช่วยให้ผู้คนทำนายวิธีที่แรงโน้มถ่วงมีอิทธิพลต่อชีวิตบนโลก ตัวอย่างเช่น โพรเจกไทล์ตามเส้นทางที่คาดการณ์โดยการคำนวณของนิวตัน หลายศตวรรษต่อมา ไอน์สไตน์ได้ตั้งทฤษฎีว่าวัตถุบิดเบี้ยวในอวกาศ ส่งผลให้เกิดแรงดึงโน้มถ่วง นึกภาพสิ่งนี้โดยวางลูกโบว์ลิ่งไว้บนที่นอนเพื่อทำให้เกิดอาการซึมเศร้า ถ้าคุณวางหินอ่อนไว้บนเตียง มันจะกลิ้งไปทางที่ลุ่ม ในทฤษฎีของไอน์สไตน์ ดวงอาทิตย์มวลสูงจะเป็นลูกโบว์ลิ่ง และโลกจะเป็นหินอ่อนที่เคลื่อนเข้าหาดวงอาทิตย์พร้อมกับดาวเคราะห์ ดาวเคราะห์น้อย และดาวหางทั้งหมด

หากดวงอาทิตย์สูญเสียมวลไป 95 เปอร์เซ็นต์โดยฉับพลัน โลกจะไม่รู้สึกถึงผลกระทบในทันที ไอน์สไตน์กล่าว เขาทำนายคลื่นแรงโน้มถ่วง -- ระลอกคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านอวกาศทำให้มันยืดออกและบีบตัว ดาวคู่ที่โคจรอย่างรวดเร็วและหลุมดำมวลมหาศาลที่รวมตัวกันเป็นวัตถุทางดาราศาสตร์ที่ก่อให้เกิดคลื่นโน้มถ่วง คลื่นเหล่านี้เล็กเกินกว่าจะวัดจากวัตถุขนาดเล็กได้ ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงพยายามตรวจจับคลื่นเหล่านี้โดยใช้หอดูดาวพิเศษ การพิสูจน์การมีอยู่ของคลื่นความโน้มถ่วงจะเป็นก้าวสำคัญในการแสวงหาความเข้าใจเรื่องแรงโน้มถ่วง