Jak definiuje się pole grawitacyjne?
Czy to nie ciekawe?
Czy można stworzyć sztuczną grawitację? Znający fizykę fascynaci filmów science fiction odpowiedzą zapewne: Jasne. Na przykład, można do tego wykorzystać siłę odśrodkową (zob. film Elizjum w reżyserii Neilla Blomkampa z 2013). Słysząc taką odpowiedź, niejeden nauczyciel fizyki odpowiedziałby - Doskonały pomysł! - dodając, na marginesie, że podobny pomysł pomógł Einsteinowi uchwycić fundamentalną naturę grawitacji.
W 1907 roku Einstein, będąc jeszcze wtedy szeregowym pracownikiem biura patentowego w Bernie, zdał sobie sprawę, że: Jeśli ktoś spada, nie czuje swego ciężaru, podobnie jak zjeżdżający windą w dół ludzie mogą mieć wrażenie, jakby ktoś wyłączył grawitację. Dzięki tym prostym spostrzeżeniom Einstein sformułował tzw. zasadę równoważności, którą można podsumować jednym zdaniem: Prawa natury w przyspieszającym układzie są równoważne prawom w polu grawitacyjnym.
Einstein wykorzystał zasadę równoważności do tego, by zmierzyć się z bardzo ważnym problemem: Czy grawitacja działa na promień świetlny? Dzięki zasadzie równoważności, odpowiedź na to nietrywialne pytanie staje się oczywista. Jeśli zapalimy latarkę w kabinie rozpędzającej się rakiety, promień świetlny zakrzywi się w kierunku podłogi. Stanie się tak, ponieważ w czasie, który jest potrzebny światłu, by przebiec w poprzek kabiny, rakieta przyspiesza, więc podłoga zbliża się do promienia. W efekcie Einstein skonstatował, że pole grawitacyjne również powinno zakrzywiać drogę światła. Na szczęście, Einstein nie musiał zbyt długo czekać na weryfikację swoich idei. Całkowite zaćmienie Słońca, które 29 maja 1919 miało miejsce nad Południową Ameryką i Afryką w spektakularny sposób potwierdziło jego teorię. Jeśli chcesz się dowiedzieć więcej na ten temat, nie masz wyjścia, musisz przeczytać dalszą część tego e‑materiału, gdzie poznasz zakończenie tej historii, a także zrealizujesz poniższe cele.
Zapoznanie się z treścią materiału sprawi, że:
przypomnisz sobie, czym różnią się oddziaływania bezpośrednie od oddziaływań na odległość,
dowiesz się, czym jest pole grawitacyjne i jak się je charakteryzuje,
nauczysz się obrazowo przedstawiać pole grawitacyjne z pomocą linii pola,
nauczysz się rozróżniać pole centralne i pole jednorodne.