Phát biểu Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton

Lực hấp dẫn là lực hút hai vật về phía nhau, lực làm cho quả táo rơi xuống đất và lực làm các hành tinh quay xung quanh mặt trời. Một vật thể có khối lượng càng lớn thì lực hút hấp dẫn của nó càng mạnh.

Lực cơ bản

Lực hấp dẫn là một trong bốn lực cơ bản, cùng với lực điện từ, lực hạt nhân mạnh và lực hạt nhân yếu.

Lực hấp dẫn là cái làm cho các vật có trọng lượng. Khi bạn leo lên bàn cân, cái cân cho bạn biết trọng lượng tác dụng lên cơ thể bạn là bao nhiêu. Công thức xác định trọng lượng là: trọng lượng bằng khối lượng nhân với hằng số trọng trường. Trên Trái đất, hằng số trọng trường có giá trị là 9,8 m/s².

Ngày xưa, các nhà triết học như Aristotle cho rằng vật nặng thu gia tốc về phía mặt đất nhanh hơn. Nhưng những thí nghiệm sau đó cho thấy điều đó không đúng. Nguyên nhân khiến cái lông chim rơi chậm hơn hơn quả bóng bowling là vì lực cản của không khí, lực tác dụng theo chiều ngược với gia tốc trọng trường.

Albert Einstein đề xuất rằng vật chất làm cong không-thời gian, và lực hấp dẫn là sự cong làm cho các vật lệch khỏi chuyển động theo đường thẳng. Không-thời gian cong làm các vật đang chuyển động trong một mặt phẳng rơi vào một quỹ đạo tròn.

Isaac Newton đã phát triển lí thuyết vạn vật hấp dẫn của ông vào những năm 1680. Ông tìm thấy rằng lực hấp dẫn tác dụng lên tất cả vật chất và là một hàm của khối lượng lẫn khoảng cách. Mỗi vật hút lấy mỗi vật khác với một lực tỉ lệ thuận với tích khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Phương trình thường được biểu diễn là:

F_g = G (m₁ ∙ m₂) / r²

F_g là lực hấp dẫn

m₁ và m₂ là khối lượng của hai vật

r là khoảng cách giữa hai vật

G là hằng số vạn vật hấp dẫn

Các phương trình Newton hoạt động cực kì tốt trong việc dự đoán các vật thể như các hành tinh trong hệ mặt trời hành xử như thế nào.

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton phát biểu rằng lực hấp dẫn giữa hai vật tỉ lệ thuận với tích khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Thuyết tương đối

Newton công bố nghiên cứu của ông về lực hấp dẫn vào năm 1687, và nó là lời giải thích khoa học tốt nhất cho đến khi Einstein đi tới lí thuyết tương đối rộng của ông vào năm 1915. Theo lí thuyết của Einstein, lực hấp dẫn không phải là một lực, mà thay vậy, nó là hệ quả của thực tế là vật chất làm uốn cong không-thời gian. Một dự đoán của thuyết tương đối rộng là ánh sáng sẽ uốn cong quanh những vật thể khối lượng lớn.

Một số thực tế vui

• Trọng lực trên mặt trăng bằng khoảng 16% trọng lực trên Trái đất, sao Hỏa có lực hút bằng khoảng 38% lực hút của Trái đất, còn hành tinh lớn nhất trong hệ mặt trời, Mộc tinh, có trọng lực gấp 2,5 lần trọng lực của Trái đất. (So sánh tương ứng trên bề mặt từng hành tinh.)
• Mặc dù chẳng có ai “khám phá ra” lực hấp dẫn, nhưng truyền thuyết kể rằng nhà thiên văn học nổi tiếng Galileo Galilei đã tiến hành một số thí nghiệm sớm nhất với lực hấp dẫn, thả rơi các quả cầu từ đỉnh Tháp nghiêng Pisa để xem chúng rơi nhanh bao nhiêu.
• Isaac Newton chỉ mới 23 tuổi và vừa tốt nghiệp đại học khi ông để ý một quả táo rơi trong vườn nhà mình và bắt đầu vén màn bí ẩn của lực hấp dẫn. (Có lẽ đó là một huyền thoại vui.)
• Một phép đo kiểm tra thuyết tương đối của Einstein là sự bẻ cong của ánh sáng sao đi qua gần mặt trời trong kì nhật thực toàn phần xảy ra hôm 29 tháng 5, 1919.
• Lỗ đen là ngôi sao khối lượng lớn đã co lại có lực hấp dẫn mạnh đến mức kể cả ánh sáng cũng không thể thoát ra khỏi nó.
• Thuyết tương đối rộng của Einstein không tương thích với cơ học lượng tử, các định luật kì lạ chi phối hành trạng của những hạt nhỏ xíu cấu tạo nên vũ trụ – ví dụ như photon và electron.