Strona głównaPytania → Czy grawitacja ma jakieś granice?

Czy grawitacja ma jakieś granice?

Pytanie

Pyta Marcin

Czy grawitacja ma jakieś granice? Z definicji wiemy, że „każde dwa ciała przyciągają się siłami grawitacji”; ale czy pięciozłotowa moneta, którą noszę w portfelu, przyciąga z niemal nieskończenie małymi siłami galaktyki odległe o miliardy lat świetlnych od Ziemi?

Odpowiedź

Odpowiada dr hab. Piotr Sułkowski

Tak, każde dwa masywne ciała oddziałują ze sobą grawitacyjnie, bez względu na to, jak daleko są od siebie oddalone. Według teorii Newtona, siła grawitacyjnego oddziaływania dwóch ciał o masach $m_1$ oraz $m_2$ wynosi

$$ F = G\frac{m_1\cdot m_2}{r^2},$$

gdzie $r$ jest odległością między tymi ciałami, a $G\simeq 6.67\cdot 10^{-11} \frac{\textrm{m}^3}{\textrm{kg}\, \textrm{s}^2}$ stałą grawitacji. Zatem, bez względu na odległość $r$, siła oddziaływania między tymi ciałami jest niezerowa i będą się one przyciągać.

Warto natomiast zwrócić uwagę, że teoria Newtona jest słuszna tylko dla pewnego zakresu odległości $r$ oraz mas rozważanych obiektów — poprawną teorią jest szczególna teoria względności, której teoria Newtona jest jedynie przybliżeniem w odpowiedniej granicy. W szczególności w teorii Newtona przyjmuje się, że oddziaływania grawitacyjne rozchodzą się natychmiastowo — w rzeczywistości nie jest to prawdą, i oddziaływania takie mogą się rozchodzić jedynie z prędkością światła. W codziennych sytuacjach efekty takie są zaniedbywalne, ale odgrywają one rolę w różnych zjawiskach zachodzących w kosmosie — po raz pierwszy niezgodność teorii Newtona z obserwacjami zaobserwowano1859 r., analizując precesję Merkurego (która okazała się niezgodna z przewidywaniami teorii Newtona).

Tym niemniej, wedle szczególnej teorii względności każde dwa ciała również oddziałują ze sobą grawitacyjnie (co więcej, takie oddziaływania pojawia się nawet wtedy, gdy jeden z obiektów ma zerową masę, jak wspominaliśmy w takim wpisie). Natomiast oddziaływanie takie może pojawić się z pewnym opóźnieniem, w związku z czasem koniecznym do jego propagacji.