Гравитация — это причина, по которой объекты, обладающие массой, притягиваются друг к другу. Вот почему яблоки падают на землю, а планеты вращаются вокруг звезд.
Магниты притягивают некоторые виды металлов, но они также могут отталкивать другие магниты. Так почему же мы испытываем только влияние гравитации?
В 1915 году Альберт Эйнштейн опубликовал свою общую теорию относительности, которая объяснила, почему гравитация притягивает нас к земле. Согласно общей теории относительности, все объекты с массой, такие как наша планета Земля, искривляют пространство-время. Эта кривизна пространства-времени и есть то, что мы ощущаем как гравитацию.
Что такое пространство-время?
Прежде чем погрузиться в сложный мир гравитации, необходимо понять, что такое пространство-время. Пространство-время — это именно то, на что оно похоже: три измерения пространства — длина, ширина и высота — в сочетании с четвертым измерением — временем. Используя блестящие математические вычисления, Эйнштейн был первым человеком, который осознал, какие законы физики работают во Вселенной, где пространство и время сливаются воедино.
Это означает, что пространство и время связаны: если вы двигаетесь в пространстве очень быстро, время для вас замедляется по сравнению с тем, кто движется медленно. Вот почему астронавты, которые очень быстро перемещаются в космосе, стареют немного медленнее, чем люди на Земле.
Материя создает «гравитационные колодцы», а не «гравитационные холмы»
Помните, гравитация — это фундаментальное взаимодействие во Вселенной, которое действует между всеми объектами, обладающими массой. В своей общей теории относительности Эйнштейн показал, что все вещество во Вселенной может искривлять пространство-время, так как, с точки зрения физики, это вещество представляет собой массу и энергию.
Поскольку наш мозг воспринимает мир как трехмерную структуру, действительно трудно представить себе четыре измерения пространства-времени, которые ведут себя как единое целое. Итак, чтобы было проще разобраться в вопросе, представьте себе поверхность батута. Если на нем ничего нет, то он плоский. Но если вы встанете на батут, он растянется вокруг ваших ног и создаст углубление с вами в центре. Если на батут положить мяч, то он покатится к вашим ногам.
Это двумерный пример того, как работает пространство-время. Ваша масса растянула батут, создав так называемый гравитационный колодец, в который скатывается мяч. Это очень похоже на то, как гравитация тяжелого объекта – например, Земли – притягивает к себе таких существ, как мы с вами.
Но более странным является тот факт, что время, которое является частью пространства-времени, также растягивается тяжелыми объектами (замедляется вблизи тяжелых объектов).
В гениальном фильме Кристофера Нолана и Кипа Торна «Интерстеллар» герои отправляются на планету, расположенную рядом с черной дырой, и пока они работают там, они стареют намного (НАМНОГО!) медленнее тех, кто остался на Земле.
Чем вы тяжелее, тем глубже будет гравитационный колодец, сформированный вами на батуте. Вот почему действительно массивные объекты во Вселенной – такие как звезды или черные дыры – имеют более сильную гравитацию, чем Земля.
Почему гравитация всегда притягивает, а не отталкивает?
Представьте, что кто-то забрался под батут и отжался. Мяч укатился бы! Потому что такое воздействие, связанное с поднятием тела, привело бы к появлению гравитационного холма, а не колодца. Насколько известно ученым, материя – или что-то с массой-энергией — всегда образует гравитационные колодцы, а не гравитационные холмы.
Конечно, в теории можно представить себе объекты, состоящие из экзотической материи, которая формирует гравитационные холмы и отталкивает все, что к ней приближается. Однако до сих пор не было обнаружено никаких доказательств существования такой экзотической материи.
