Gravity

จาก Thailand Science and Technology Wikipedia

Gravity

ความโน้มถ่วง จาก gravity หรือ gravitation เป็นคุณสมบ้ติโดยทั่วไปของวัตถุทุกชนิด ที่จะกระทำต่อวัตถุอื่นๆ แสดงผลออกมาในรูปของแรงดึงดูด ดังนั้น ความโน้มถ่วง จึงถูกเรียกแทนบ่อยๆ เป็นแรงดึงดูดโน้มถ่วง

ไอแซก นิวตัน เป็นนักวิทยาศาสตร์คนแรกที่ตั้งกฎเกณฑ์ใช้ในการคำนวณหาขนาดของแรงดึงดูดโน้มถ่วงที่วัตถุกระทำต่อกันดังเช่นโลกกับดวงจันทร์ ในรูปของสมการ

F = G m1 m2 / r2

โดยที่ F เป็นดึงดูดโน้มถ่วงระหว่างวัตถุมีมวล m1 และ m2 อยู่ห่างกันเป็นระยะทาง r ส่วน G เป็นค่าคงที่เรียกว่า gravitational constant หรือค่านิจความโน้มถ่วง หาได้จากการทดลอง และมีค่า 6.672x10-11 Nm2 kg2

ตามทฤษฎีความโน้มถ่วงของนิวตัน แรงดึงดูดโน้มถ่วงที่วัตถุสองชิ้นกระทำต่อกันจะขึ้นอยู่กับมวล (m1 และ m2)ของวัตถุทั้งสองเท่านั้น กับระยะห่างระหว่างวัตถุทั้งสอง ไม่ขึ้นอยู่กับชนิด (ว่าเป็นชนิดเดียวกันหรือแตกต่างกัน) รูปร่างและขนาดของวัตถุทั้งสองเลย ทั้งนี้ให้ถือว่าขนาดของมวลทั้งหมดของวัตถุ คือค่าของ m1 และ m2 ไปรวมกันอยู่ที่จุดใจกลางของวัตถุ สำหรับวัตถุมีรูปร่างเป็นทรงกลม หรือไปรวมกันอยู่ที่จุดศูนย์ถ่วงสำหรับวัตถุที่มีรูปร่างแปลกไปจากทรงกลม

คำว่า gravity มีรากศัพท์จากคำภาษาละติน gravis แปลว่า หนัก เพราะผลของแรงดึงดูดของโลกกระทำต่อวัตถุต่างๆ ที่ผิวโลกดังเช่นกระทำต่อมนุษย์ทุกคน ทำให้เกิดเป็น ความหนัก หรือสำหรับมนุษย์ก็จะรู้สึกว่าตนมีน้ำหน้ก

สมการความโน้มถ่วงของนิวตันนั้น เป็นสมการหลักใช้อธิบายปรากฎการณ์และสภาพของสิ่งต่างๆ ทั้งบนโลกและในระบบสุริยะได้อย่างดีมาเป็นเวลานาน ทั้งการที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ หรือดวงจันทร์โคจรรอบโลกรวมไปถึงวิถีโคจรของดาวหางที่สามารถจะพยากรณ์ล่วงหน้ากันได้อย่างแม่นยำว่าจะเดินทางมาเยือนโลกอีกเมื่อไร หรือไม่ และในอดีตเคยมาหรือไม่ เมื่อไร

จนกระทั่งถึงปี ค.ศ.1915 ทฤษฎีความโน้มถ่วงของนิวตันจึงถูกแทนที่ด้วยทฤษฎีสัมพัทธภาพภาคทั่วไป (general theory of relativity) ของไอน์สไตน์ ซึ่งมีความถูกต้องกว่า และสามารถอธิบายความผิดปกติของวิถีโคจรของดาวพุธ ที่ไม่เป็นไปตามทฤษฎีความโน้มถ่วงของนิวตันได้

อย่างไรก็ดีสมการว่าด้วยความโน้มถ่วงของไอน์สไตน์ ตามทฤษฎีสัมพัทธภาพภาคทั่วไปเป็นสมการที่ใช้ยาก และจำเป็นต้องใช้เฉพาะกรณีที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่อย่างละเอียดมากๆ เท่านั้น

โดยทั่วไปในการคำนวณปัญหาต่างๆ เกี่ยวกับแรงดึงดูดโน้มถ่วง ที่ไม่ต้องการความละเอียดมากเป็นพิเศษ สมการความโน้มถ่วงของนิวตันก็ใช้ได้และถูกต้องอย่างพอเพียง

ความแตกต่างสำคัญเป็นพิเศษระหว่างทฤษฎีความโน้มถ่วงของนิวตันกับของไอน์สไตน์คือ ทฤษฎีของนิวตันให้เฉพาะวิธีการคำนวณหาขนาดของแรงดึงดูดโน้มถ่วงระหว่างวัตถุสองชนิด ในขณะทื่ทฤษฎีของไอน์สไตน์พยายามจะอธิบายธรรมชาติของความโน้มถ่วงว่าเป็นอะไร เกิดขึ้นมาได้อย่าไร

แนวคิดหนึ่งของไอน์สไตน์คือ แรงดึงดูดโน้มถ่วงอาจจะเป็นแรงในลักษณะคล้ายคลึงกับแรงแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งเป็นแรงลัพธ์ของสนามไฟฟ้า (electric field) กับสนามแม่เหล็ก (magnetic field) สำหรับความโน้มถ่วงน่าจะเป็นผลของสนามความโน้มถ่วง (gravitational field) โดยที่น่าจะมีอนุภาคความโน้มถ่วง ในลักษณะคล้ายกับอนุภาคของแรงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เรียกว่า โฟตอน (photon) กรณีของความโน้มถ่วง ไอน์สไตน์ตั้งชื่ออนุภาคของความโน้มถ่วงเป็น กราวิตอน (graviton) และเป็นสิ่งหนึ่งที่วงการวิทยาศาสตร์พยายามค้นหากันอยู่ว่ามีจริงหรือไม่