Sperimentiamo la gravità ogni singolo momento vivente della nostra vita senza mai pensarci veramente. Ma che cos’è, e lo comprendiamo a fondo?
Qui esploriamo brevemente la nostra attuale comprensione della gravità e indaghiamo se potremmo mai crearla artificialmente nello spazio.
Come funziona la gravità sulla Terra?
“Ciò che sale deve scendere”, come dice il famoso adagio. Ma perché? Cosa sta succedendo e cosa causa la gravità?,
Anche se abbiamo davvero iniziato a capire di cosa si tratta, il fenomeno è stato meditato per millenni.
I filosofi greci, ad esempio, una volta pensavano che i pianeti e le stelle fossero parti del regno degli dei. Secondo la loro stima, erano soggetti a quello che chiamavano “movimento naturale”.
Anche se non hanno sviluppato il concetto molto al di là di questo, la loro spiegazione rimarrà predominante nel pensiero occidentale fino al lavoro di Galileo e Brahe nel 16 ° secolo.,
Il loro lavoro avrebbe contribuito a innescare una rivoluzione nella nostra comprensione della gravità, e avrebbe profondamente influenzato il lavoro di Isaac Newton.
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La gravità, come ha postulato Newton, è la forza che mantiene la Terra in orbita attorno al Sole. Come ricorderai dai tuoi giorni a scuola, la gravità tende ad essere definita come:
“La forza con cui un pianeta o un altro corpo attira gli oggetti verso il suo centro. La forza di gravità mantiene tutti i pianeti in orbita attorno al sole.” – NASA.,
In altre parole, qualsiasi cosa con massa esercita una forza su qualsiasi altra cosa con massa e ha una forza esercitata su di essa. Maggiore è la massa degli oggetti e minore è la distanza tra loro, più forte è l’attrazione delle forze gravitazionali che esercitano l’una sull’altra.
ogni volta che salto in aria, accidentalmente bussare qualcosa di fuori di una tabella o di lanciare una palla nel parco per il vostro cane a prendere, è intuitivamente sapere le conseguenze delle vostre azioni., Tutti tornano, alla fine, a terra.
Einstein avrebbe in seguito fornito una spiegazione molto diversa da Newton per la gravità. Secondo le sue teorie, la gravità è il risultato della curvatura nello spazio-tempo. La massa di un oggetto fa sì che lo spazio intorno ad esso essenzialmente piegare e curva. Questo distorce il percorso che gli oggetti (e la luce) devono attraversare, creando l’effetto che chiamiamo gravità.
In effetti, qualsiasi oggetto ‘catturato’ nella gravità di un altro corpo celeste è influenzato perché lo spazio che sta attraversando è curvo verso quell’oggetto.,
Einstein introdusse anche il concetto di ” principio di equivalenza.”Questo afferma che le forze gravitazionali e inerziali sono di natura simile e spesso indistinguibili.
Per illustrare questo, immagina di essere in un razzo senza finestre, incapace di visualizzare l’universo esterno dall’ambiente circostante. In questo caso, sarebbe impossibile dire se la forza verso il basso che senti come gravità è una forza reale o la conseguenza del razzo che accelera in una particolare direzione.
Comprendere la gravità
Comprendiamo completamente la gravità?, In parole povere, sì, e anche no. Mentre è uno dei fenomeni naturali più ampiamente studiati nell’universo, ancora non lo capiamo veramente.
Come abbiamo visto, Isaac Newton e Einstein hanno fatto progressi significativi nell’aiutare a capire la gravità, ma non siamo ancora del tutto sicuri di cosa sia, o se sia effettivamente una cosa.
Secondo Einstein, la gravità è più una conseguenza della flessione dello spazio-tempo che una vera forza a sé stante.
Quello che sappiamo è che i corpi con massa sono attratti l’uno dall’altro., Questa “forza” dipende dalla distanza e si indebolisce più i corpi sono lontani.
È anche un fenomeno misurabile ed è una delle forze più deboli in natura. Pensa al tuo magnete medio del frigorifero, per esempio. Questi sono facilmente in grado di sfidare la forza di gravità da qualcosa di massiccio come la Terra. Sei anche in grado di sfuggire agli effetti della gravità, anche se temporaneamente, semplicemente saltando.
Ma questa relazione sembra rompersi completamente a livello quantico. Semplicemente non sembra adattarsi, e non sappiamo perché.,
Su grande scala, le nostre attuali teorie di gravità sono abbastanza utili per aiutare a prevedere il comportamento di oggetti di grandi dimensioni, ma al teenie piccola scala quantistica, le attuali teorie di gravità non funzionano.
Questo è uno dei più grandi problemi in fisica oggi. Molti fisici sperano di creare un giorno una teoria unificata della fisica macro e quantistica che aiuterà a spiegare cosa sta succedendo.
In che modo la gravità ci aiuta?,
La gravità è una delle forze fondamentali dell’universo. Argomenti su come funziona a parte, qualunque sia la gravità, è un elemento molto importante per la vita sul nostro pianeta.
La gravità è la ragione per cui gli oggetti sulla Terra hanno peso e non semplicemente fluttuano nello spazio. Se dovessi vivere su un pianeta con meno massa, peseresti meno ed essere in grado di saltare molto più in alto.
La gravità mantiene anche la Terra all’interno della cosiddetta “Zona di riccioli d’oro”-la distanza dal nostro Sole dove l’acqua può esistere in forma liquida. Questo si dà il caso che sia vitale per la vita.,
La gravità aiuta anche a mantenere l’atmosfera terrestre in posizione, fornendo aria per respirare. Marte, ad esempio, ha meno della metà delle dimensioni della Terra e circa un decimo della massa terrestre. Meno massa significa meno attrazione gravitazionale, e infatti, l’atmosfera di Marte è solo circa 1/100th densa come quella terrestre.
Anche la gravità gioca un ruolo nel mantenere il nostro pianeta insieme. La gravità è anche ciò che mantiene la luna in orbita attorno alla Terra. L’attrazione gravitazionale della luna tira i mari verso di essa, causando le maree oceaniche.,
Ma, cosa interessante, la forza di gravità non è uguale in tutti i luoghi della Terra. È leggermente più forte su luoghi con molta più massa sotterranea rispetto a luoghi con meno massa.
Lo sappiamo a causa di due veicoli spaziali della NASA e della loro missione Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE).
Secondo la NASA, la missione GRACE “rileva piccoli cambiamenti nella gravità nel tempo. Questi cambiamenti hanno rivelato dettagli importanti sul nostro pianeta., Ad esempio, GRACE monitora i cambiamenti nel livello del mare e può rilevare i cambiamenti nella crosta terrestre causati dai terremoti.”
Può essere creata la gravità?
Come abbiamo già visto, Einstein ha proposto che la gravità sia in realtà una conseguenza della distorsione dello spazio-tempo causata da corpi diversi. Per questo motivo, dovrebbe essere possibile sviluppare la gravità artificiale, almeno nel vuoto dello spazio.
Ciò che è necessario è fornire un mezzo di accelerazione in una direzione che dovrebbe, secondo Einstein, produrre un effetto simile alla gravità., Questo può essere fatto attraverso l’accelerazione lineare, come un razzo, o attraverso il momento angolare, cioè effetto centripeto o accelerazione.
Questo è un tema comune in molti libri e film di fantascienza. Pensate al veicolo spaziale rotante nel 2001: Odissea nello spazio, per esempio.
Finché la nave è abbastanza grande, dovrebbe essere in grado di produrre una forza sui suoi occupanti che sarebbe quasi indistinguibile dalla gravità sulla Terra., Non sarebbe esattamente lo stesso, però, perché sarebbero presenti anche grandi forze di Coriolis, e le cose cadrebbero in curve invece di linee rette.
Questo ha anche alcuni problemi intrinseci. Più velocemente qualcosa sta accelerando, maggiore è l’attrazione gravitazionale, o forze g, sugli occupanti.
Questo non è un problema per le imbarcazioni stazionarie, come una stazione spaziale, ma per le navi che avrebbero bisogno di percorrere lunghe distanze ad alta accelerazione, potrebbe rivelarsi catastrofico per l’equipaggio.,
Se l’imbarcazione dovesse viaggiare solo a una piccola frazione della velocità della luce, l’equipaggio probabilmente sperimenterebbe qualcosa di superiore a 4.000 gs. Cioè, secondo un articolo di Forbes, più di 100 volte l’accelerazione necessaria per prevenire il flusso di sangue nel tuo corpo-probabilmente non è l’ideale.
È stato ipotizzato che questo possa essere ottenuto usando elettromagneti e “pavimenti” conduttivi nelle navi, ma avresti ancora il problema di una forza “verso il basso”. Probabilmente non ci sono mezzi per” schermare ” l’equipaggio dagli effetti della gravità ad alte velocità nello spazio.,
L’unico modo per affrontare questo in futuro potrebbe essere quello di sviluppare una qualche forma di campo negativo o anti-gravitazionale. Tuttavia, come tutta la materia, abbiamo almeno una massa positiva, quindi avremmo bisogno di un modo per creare una massa gravitazionale negativa.
Questo è esattamente ciò su cui si sta lavorando all’esperimento ALPHA del CERN. I ricercatori, ci stanno lavorando con atomi di antiidrogeno intrappolati, la controparte antimateria dell’idrogeno.,
Con precisi confronti di idrogeno e antiidrogeno, l’esperimento spera di studiare simmetrie fondamentali tra materia e antimateria. In definitiva, questo potrebbe portare alla misurazione dell’accelerazione gravitazionale dell’antimateria.
Se si scopre che l’antimateria accelera, in presenza del campo gravitazionale sulla superficie della Terra, ad un valore negativo (ad esempio un valore diverso da +9,8 m/s2), ciò consentirebbe teoricamente la costruzione di un conduttore gravitazionale per proteggersi dalla forza gravitazionale.,
Secondo Forbes: “Se diventa abbastanza sensibile, potremmo quindi misurare in che modo cade in un campo gravitazionale. Se cade, come la materia normale, allora ha massa gravitazionale positiva, e non possiamo usarla per costruire un conduttore gravitazionale. Ma se cade in un campo gravitazionale, questo cambia tutto. Con un singolo risultato sperimentale, la gravità artificiale diventerebbe improvvisamente una possibilità fisica.”
In caso di successo, questo potrebbe anche aprire la porta per un condensatore gravitazionale per creare un campo di gravità artificiale uniforme., Potrebbe anche, in teoria, consentire la creazione di un “warp drive” – un modo per deformare lo spaziotempo.
Tuttavia, fino a quando non possiamo scoprire una particella o un insieme di particelle, che hanno massa gravitazionale negativa, la gravità artificiale sarà possibile solo attraverso mezzi meccanici, come l’accelerazione, ecc.
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