Grawitacja

Teoria

Wprowadzenie

Wzór Newtona na siłę grawitacji

Przykład zastosowania wzoru

Wektorowa postać wzoru

Orbity kołowe
I prędkość kosmiczna

Orbity eliptyczne

Stan nieważkości

Czytanki

O grawitacji słów kilka

Grawitacja, a filozofia

(Roz)działy powiązane

Ciężar ciała

Masa

Teoria względności

W przygotowaniu
II prędkość kosmiczna
Praca w polu grawitacyjnym
Prawa Keplera
Ważne zadania i problemy

Nauka o grawitacji zmieniła historię ludzkości

Fakt odkrycia przez Newtona prawa grawitacji powszechnej (nazywanej też prawem ciążenia powszechnego) miał dla rozwoju ludzkości znacznie większe znaczenie niż to sobie zazwyczaj (szczególnie podczas nauki szkolnej) uświadamiamy. Jest to spowodowane tym, że z prawa grawitacji wynika ogromna ilość konsekwencji, również filozoficznych, a to w sposób nieuchronny doprowadza do nowego spojrzenia na świat, przestrzeń, materię.

Aby zrozumieć przyczyny całego tego zamieszania, trzeba uświadomić sobie, jakie było myślenie ludzi z czasów przed odkryciem prawa grawitacji.
Owo „przedgrawitacyjne” pojmowanie świata było całkowicie różne od tego co my dzisiaj traktujemy jako naturalne. Np. dla ludzi z epoki przed Kopernikiem, Galileuszem, Newtonem „oczywiste” było, że materia i prawa fizyki sięgają tylko do... Księżyca. Cały wszechświat dzielono na dwa absolutnie odrębne obszary „świat nadksieżycowy” i „świat podksiężycowy”. Świat podksiężycowy (czyli ten w którym żyją ludzie) działać miał w oparciu o normalne prawa fizyki, zaś nadksiężycowy zarezerwowany był wyłącznie dla bytów wyższych – bogów, duchów, aniołów itp. I prawie nikomu nawet przez myśl by nie przeszło, że np. gwiazdy składają się z gazów, albo że planety są zbudowane ze skał podobnych do ziemskich. Dla ludzi tamtych czasów dalszy kosmos był jedynie oknem do świata nadnaturalnego. Z przekonania tego wyrosła m.in. astrologia, wyszukująca związki pomiędzy układem obiektów na niebie a losem człowieka, stąd też biorą się, używane do dzisiaj, określenia typu „niebo”, „niebiański” – używane w odniesieniu do miejsca pobytu dusz. Dlatego zburzenie dotychczasowego podziału spowodowało wiele zamieszania w nauce, polityce, teologii.

Tyle odniesień historycznych, społecznych i filozoficznych. Ponieważ nie jestem historykiem, więc raczej nie będę drążył tematu (mimo, że jest przecież bardzo ciekawy) i wrócę już do „czystej fizyki” w jej aktualnie znanej postaci.
Grawitacja jest najsłabszym ze znanych oddziaływań – np. gdy weźmy dwa najbardziej rozpowszechnione składniki materii: proton i elektron, to okaże się, że siła przyciągania grawitacyjnego tych cząstek jest ponad bilion bilionów bilionów (konkretnie, czynnik rzędu: 10³⁹) razy mniejsza niż siła przyciągania elektrostatycznego. Oznacza, to, że w większości przypadków, gdy zaczynają działać siły typu elektrycznego, grawitacja przestaje się liczyć. Jednak, ponieważ ładunki mogą się przemieszczać, dlatego po pewnym czasie, większość ulega zobojętnieniu i siły elektrostatyczne przestają działać na dalszy dystans, a wtedy pierwsze skrzypce zaczyna grać przyciąganie grawitacyjne. Ono zapala gwiazdy i tworzy galaktyki, ono buduje układy planetarne i wymusza wybuchy gwiazd, wreszcie ono decyduje o wzajemnych związkach czasu i przestrzeni, stanowiąc spoiwo całego Wszechświata.
Schodząc bliżej naszego podwórka, na Ziemię, przekonujemy się, że grawitacja jest odpowiedzialna za cały szereg bardzo różnorodnych zjawisk – nie tylko za spadanie ciał, ale i za przypływy mórz (wskutek grawitacyjnego działania Księżyca i Słońca), wybuchy wulkanów, ruchy skorupy ziemskiej, a z nimi trzęsienia ziemi, czy takie „banalne” zjawiska jak pływanie ciał i powstawanie ciśnienia atmosferycznego. Na koniec warto wspomnieć, że gdyby nie było grawitacji, to Ziemia po prostu by się rozleciała.

Dlatego narodziny grawitacji w umyśle ludzkim, to nie prosta świadomość, że ciała masywne są przyciągane przez Ziemię (bo to czuł i wiedział już neandertalczyk). Grawitacja jako zjawisko zaistniała dla ludzkości wtedy, gdy powiązano ze sobą tak wiele różnych zjawisk na Ziemi, z przemianami i ruchem planet, gwiazd i mgławic na niebie; gdy zrozumiano, że za wszystko to odpowiada taka sama siła.

Przemyślenie konsekwencji jaką dała nam wiedza o prawie ciążenia powszechnego stawia więc całą ludzkość w zupełnie innym punkcie – oto przestaliśmy być przestraszonymi zwierzątkami, upatrującymi sił wyższych wszędzie tam, gdzie sami nie potrafimy dotrzeć, otworzyliśmy sobie Wszechświat. A uświadomienie jego ogromu jest wspaniałym doznaniem filozoficznym – wystarczy zwrócić uwagę na fakt, że gdyby wszystkie wymiary zmniejszyć tak, że Ziemi zmalałaby do wielkości wisienki (ok. 1cm średnicy), to Księżyc przypominający ziarnko pieprzu, krążyłby w odległości kilkudziesięciu centymetrów od niej, a  Słońce o rozmiarze ok. 2 m i znajdowało by się w odległości ponad 100 m od naszej planety. Niestety, nawet w tej skali, odległości do innych gwiazd znowu stają się „astronomiczne”, bo najbliższa nam gwiazda (wyłączając Słońce) znalazłaby się w tym modelu w odległości w jakiej okrążają nas sztuczne satelity, zaś sama Galaktyka znowu stałaby się większa od aktualnego Układu Słonecznego. A przecież sam Galaktyka, to też tylko „pyłek” wobec ogromu całego Wszechświata...

Wydaje mi się, że astronomia, jak żadna inna nauka, uczy człowieka pokory – w końcu trudno o megalomanię, gdy się jest tak małą cząstką nieobejmowalnego umysłem Wszechświata. I choć samego Boga nie szukamy już w postaci starca krążącego wśród gwiazd i planet, to chyba świadomość istnienia rzeczy Naprawdę Wielkich, przekraczających zwykłe ludzkie rozumienie dopiero teraz stała się naszym udziałem...