Av Kevin Lee Uppdaterad 30 augusti 2022
Henrik_L/iStock/Getty Images
Släng en boll tillräckligt hårt och den kommer aldrig tillbaka. I verkligheten skulle en projektil behöva nå minst 11,3 km/s (7 mi/s) för att undkomma jordens gravitationskraft. Varje föremål – oavsett om det är en lätt fjäder eller en kolossal stjärna – utövar en kraft som attraherar omgivande materia. Tyngdkraften håller oss förankrade till planeten, månen som kretsar runt jorden, jorden som kretsar runt solen, solen som kretsar runt galaxens centrum och massiva galaktkluster som susar genom universum som ett enhetligt system.
Tyngdkraften, tillsammans med de starka kärnkrafterna, svaga kärnkrafterna och elektromagnetiska krafterna, håller samman kosmos. Den starka kärnkraften håller nukleoner bundna inom en atomkärna; den svaga kärnkraften driver vissa typer av radioaktivt sönderfall; och den elektromagnetiska kraften styr sammanhållningen av atomer och molekyler. Även om gravitationen styr planetens rörelse, är den den svagaste av de fyra grundläggande krafterna.
Massa - skild från vikt - är mängden materia i ett föremål. När massan ökar, ökar också den gravitationella attraktionen den genererar. Svarta hål har till exempel en sådan extrem massa att inte ens ljus kan fly från deras händelsehorisonter. Däremot utövar ett saltkorn en försumbar dragkraft på grund av sin ringa massa. Vikt, definierad som den kraft som gravitationen utövar på ett föremål, varierar med gravitationsaccelerationen; astronauter på månen vägde bara en sjättedel av sin jordbaserade vikt.
Rymdstationsastronauter beskriver ofta en miljö med "nollgravitation", men jordens gravitation är fortfarande närvarande - bara cirka 10 % svagare på omloppshöjd. Känslan av att flyta är resultatet av att astronauter ständigt faller mot jorden medan de rör sig tillräckligt snabbt framåt för att de aldrig når ytan. Trots att tyngdkraften minskar med avståndet sträcker sig tyngdkraften till oändligheten och drar även de längsta objekten mot jorden.
År 1687 formulerade Isaac Newton den första kvantitativa gravitationsteorin, som gav ramarna för att förutsäga himlakropparnas rörelser och projektilers banor. Århundraden senare ombildade Albert Einsteins allmänna relativitetsteori gravitationen som krökningen av rymdtiden orsakad av massa och energi. Visualisera en bowlingklot placerad på en madrass:bollen trycker ner ytan och en kula rullar mot fördjupningen. I Einsteins modell förvränger solens massa rumtiden och leder jorden och de andra planeterna längs krökta banor.
Einstein förutspådde att massiva, accelererande objekt skulle generera gravitationsvågor - övergående krusningar som sträcker sig och komprimerar rumtiden. Händelser som inspirationen från binära svarta hål eller neutronstjärnor producerar vågor så subtila att det krävs mycket känsliga observatorier för att upptäcka dem. Bekräftelsen av gravitationsvågor har öppnat ett nytt fönster in i universum, vilket gör att vi kan observera fenomen som är osynliga för traditionella teleskop.
