Гравитация – одна из фундаментальных сил природы, самое слабое взаимодействие из них. Определяется взаимным притяжением между двумя атомами (или группами атомов). Если вы положите два мячика на стол, между ними будет притяжение, но крайне слабое. Если мячики вырастут до размеров Земли, соответственно, сила возрастет многократно и станет ощутимой. Гравитацией обладают, как правило, крупные объекты, образующие гравитационное поле. Благодаря ему, мы можем ходить по Земле, а сама планета удерживает атмосферу. На Луне гравитация слабая, поэтому атмосферу ничего не держит.

Изучение гравитации, в силу слабости ее проявления (только в макромасштабах), проходит крайне сложно. Есть мнение, что квантовая теория гравитации поможет объединить воедино все, что мы знаем о фундаментальных силах и материи во Вселенной.

Гравитация, она же притяжение или тяготение, – это универсальное свойство материи, которым обладают все предметы и тела во Вселенной. Суть гравитации заключается в том, что все материальные тела притягивают к себе все другие тела, находящиеся вокруг.

Если гравитация – это общее понятие и качество, которым обладают все предметы во Вселенной, то земное притяжение – это частный случай этого всеобъемлющего явления. Земля притягивает к себе все материальные объекты, находящиеся на ней. Благодаря этому люди и животные могут спокойно перемещаться по земле, реки, моря и океаны – оставаться в пределах своих берегов, а воздух – не летать по бескрайним просторам Космоса, а образовывать атмосферу нашей планеты.

Возникает справедливый вопрос: если все предметы обладают гравитацией, почему Земля притягивает к себе людей и животных, а не наоборот? Во-первых, мы тоже притягиваем к себе Землю, просто, по сравнению с ее силой притяжения наша гравитация ничтожно мала. Во-вторых, сила гравитации прямо пропорционально зависит от массы тела: чем меньше масса тела, тем ниже его гравитационные силы.

Второй показатель, от которого зависит сила притяжения – это расстояние между предметами: чем больше расстояние, тем меньше действие гравитации. В том числе благодаря этому, планеты движутся на своих орбитах, а не падают друг на друга.

Примечательно, что своей сферической формой Земля, Луна, Солнце и другие планеты обязаны именно силе тяготения. Она действует в направлении центра, подтягивая к нему вещество, составляющее «тело» планеты.

Гравитационное поле Земли – это силовое энергетическое поле, которое образуется вокруг нашей планеты благодаря действию двух сил:

• гравитации;

• центробежной силе, которая своим появление обязана вращению Земли вокруг своей оси (суточное вращение).

Поскольку и гравитация, и центробежная сила действуют постоянно, то и гравитационное поле является постоянным явлением.

Незначительное воздействие на поле оказывают силы тяготения Солнца, Луны и некоторых других небесных тел, а также атмосферных масс Земли.

Все мы знаем, что гравитация Луны вызывает приливы и отливы, гравитация Земли удерживает нас на земной поверхности, гравитация Солнца удерживает нашу планету на орбите, но насколько хорошо мы это понимаем? Гравитация влияет на то, что у больших объектов есть возможность притягивать к себе меньшие. Но почему гравитация существует? Почему в атомах так много пустого места? Почему сила, которая удерживает вместе составные части атома, отличается от гравитации? Существуют ли частицы гравитации? На эти вопросы мы не можем ответить на современном уровне развития науки.

Не смотря на то, что гравитация – это слабейшее взаимодействие между объектами во Вселенной, ее значение в физике и астрономии огромно, так как она способна оказывать влияние на физические объекты на любом расстоянии в космосе.

Если вы увлекаетесь астрономией, вы наверняка задумывались над вопросом, что собой представляет такое понятие, как гравитация или закон всемирного тяготения. Гравитация – это универсальное фундаментальное взаимодействие между всеми объектами во Вселенной.

Открытие закона гравитации приписывают знаменитому английскому физику Исааку Ньютону. Наверное, многим из вас известна история с яблоком, упавшим на голову знаменитому ученому. Тем не менее, если заглянуть вглубь истории, можно увидеть, что о наличии гравитации задумывались еще задолго до его эпохи философы и ученые древности, например, Эпикур. Тем не менее, именно Ньютон впервые описал гравитационное взаимодействие между физическими телами в рамках классической механики. Его теорию развил другой знаменитый ученый – Альберт Эйнштейн, который в своей общей теории относительности более точно описал влияние гравитации в космосе, а также ее роль в пространственно-временном континууме.

Закон всемирного тяготения Ньютона говорит, что сила гравитационного притяжения между двумя точками массы, разделенными расстоянием обратно пропорциональна квадрату расстояния и прямо пропорциональна обеим массам. Сила гравитации является дальнодействующей. То есть, в независимости от того, как будет двигаться тело, обладающее массой, в классической механике его гравитационный потенциал будет зависеть сугубо от положения этого объекта в данный момент времени. Чем больше масса объекта, тем больше его гравитационное поле – тем более мощной гравитационной силой он обладает. Такие космически объекты, как галактики, звезды и планеты обладают наибольшей силой притяжения и соответственно достаточно сильными гравитационными полями.

Гравитационное поле – это расстояние, в пределах которого осуществляется гравитационное взаимодействие между объектами во Вселенной. Чем больше масса объекта, тем сильнее его гравитационное поле – тем ощутимее его воздействие на другие физические тела в пределах определенного пространства. Гравитационное поле объекта потенциально. Суть предыдущего утверждения заключается в том, что если ввести потенциальную энергию притяжения между двумя телами, то она не изменится после перемещения последних по замкнутому контуру. Отсюда выплывает еще один знаменитый закон сохранения суммы потенциальной и кинетической энергии в замкнутом контуре.

В материальном мире гравитационное поле имеет огромное значения. Им обладают все материальные объекты во Вселенной, у которых есть масса. Гравитационное поле способно влиять не только на материю, но и на энергию. Именно за счет влияния гравитационных полей таких крупных космических объектов, как черные дыры, квазары и сверхмассивные звезды, образуются солнечные системы, галактики и другие астрономические скопления, которым свойственна логическая структура.

Последние научные данные показывают, что знаменитый эффект расширения Вселенной так же основан на законах гравитационного взаимодействия. В частности расширению Вселенной способствуют мощные гравитационные поля, как небольших, так и самых крупных ее объектов.

Гравитационное излучение или гравитационная волна – термин, впервые введенный в физику и космологии известным ученым Альбертом Эйнштейном. Гравитационное излучение в теории гравитации порождается движением материальных объектов с переменным ускорением. Во время ускорения объекта гравитационная волна как бы «отрывается» от него, что приводит к колебаниям гравитационного поля в окружающем пространстве. Это и называют эффектом гравитационной волны.

Хотя гравитационные волны предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна, а также другими теориями гравитации, они еще ни разу не были обнаружены напрямую. Связано это в первую очередь с их чрезвычайной малостью. Однако в астрономии существуют косвенные свидетельства, способные подтвердить данный эффект. Так, эффект гравитационной волны можно наблюдать на примере сближения двойных звезд. Наблюдения подтверждают, что темпы сближения двойных звезд в некоторой степени зависят от потери энергии этих космических объектов, которая предположительно затрачивается на гравитационное излучение. Достоверно подтвердить эту гипотезу ученые смогут в ближайшее время при помощи нового поколения телескопов Advanced LIGO и VIRGO.

В современной физике существует два понятия механики: классическая и квантовая. Квантовая механика была выведена относительно недавно и принципиально отличается от механики классической. В квантовой механике у объектов (квантов) нет определенных положений и скоростей, все здесь базируется на вероятности. То есть, объект может занимать определенное место в пространстве в определенный момент времени. Куда переместиться он дальше, достоверно определить нельзя, а только с высокой долей вероятности.

Интересный эффект гравитации заключается в том, что она способна искривлять пространственно-временной континуум. Теория Эйнштейна гласит, что в пространстве вокруг сгустка энергии или любого материального вещества пространство-время искривляется. Соответственно меняется траектория частиц, которые попадают под воздействие гравитационного поля этого вещества, что позволяет с высокой долей вероятности предсказать траекторию их движения.

Теории гравитации

Сегодня ученым известно свыше десятка различных теорий гравитации. Их подразделяют на классические и альтернативные теории. Наиболее известными представителем первых является классическая теория гравитации Исаака Ньютона, которая была придумана известным британским физиком еще в 1666 году. Суть ее заключается в том, что массивное тело в механике порождает вокруг себя гравитационное поле, которое притягивает к себе менее крупные объекты. В свою очередь последние также обладают гравитационным полем, как и любые другие материальные объекты во Вселенной.

Следующая популярная теория гравитации была придумана всемирно известным германским ученым Альбертом Эйнштейном в начале XX века. Эйнштейну удалось более точно описать гравитацию, как явление, а также объяснить ее действие не только в классической механике, но и в квантовом мире. Его общая теория относительности описывает способность такой силы, как гравитация, влиять на пространственно-временной континуум, а также на траекторию движения элементарных частиц в пространстве.

Среди альтернативных теорий гравитации наибольшего внимания, пожалуй, заслуживает релятивистская теория, которая была придумана нашим соотечественником, знаменитым физиком А.А. Логуновым. В отличие от Эйнштейна, Логунов утверждал, что гравитация – это не геометрическое, а реальное, достаточно сильное физическое силовое поле. Среди альтернативных теорий гравитации известны также скалярная, биметрическая, квазилинейная и другие.

Интересные факты:
1. Людям, побывавшим в космосе и возвратившимся на Землю, достаточно трудно на первых порах привыкнуть к силе гравитационного воздействия нашей планеты. Иногда на это уходит несколько недель.
2. Доказано, что человеческое тело в состоянии невесомости может терять до 1% массы костного мозга в месяц.
3. Наименьшей силой притяжения в Солнечной системе среди планет обладает Марс, а наибольшей – Юпитер.
4. Известные бактерии сальмонеллы, которые являются причиной кишечных заболеваний, в состоянии невесомости ведут себя активнее и способны причинить человеческому организму намного больший вред.
5. Среди всех известных астрономических объектов во Вселенной наибольшей силой гравитации обладают черные дыры. Черная дыра размером с мячик для гольфа, может обладать той же гравитационной силой, что и вся наша планета.
6. Сила гравитации на Земле одинакова не во всех уголках нашей планеты. К примеру, в области Гудзонова залива в Канаде она ниже, чем в других регионах земного шара.

Ученые называют гравитацию фундаментальным явлением, настолько мощным, что в силах искривлять ткань пространства-времени. Без гравитации не существовало бы жизни, эта сила удерживает все, что находится на поверхности Земли, а саму планету – на орбите вокруг Солнца. Гравитация ответственна за формирование Солнечной системы, а также делает возможным ядерный синтез внутри звезд.

Несмотря на это, гравитация – природное явление, которое все еще не изучено до конца.

Гравитация – это одна из четырех фундаментальных сил природы, как электромагнетизм, сильное и слабое ядерное взаимодействие. По сути, гравитация является одним из свойств материи. Например, вся материя притягивается друг к другу. Чем больше материи и чем ближе расстояние между объектами, тем больше сила притяжения.

В отличие от электромагнетизма, который может или отталкивать, либо притягивать, гравитация всегда притягивает материю.

Как известно, Ньютон не выдвигал гипотез о том, как работает гравитация. Вместо этого, его отправной точкой была идея о том, что гравитация – универсальна. Например, одна и та же сила отвечала за упавшее яблоко на Земле, а также за удержание Луны на ее орбите.

С помощью этой концепции и набора астрономических данных, Ньютон выяснил, что на гравитационное притяжение влияет всего два фактора: масса каждого объекта и притяжение между ними.

Конечно, Ньютон об этом не писал, но его теория явственно указывает, что гравитационное притяжение подчиняется закону обратных квадратов. Силу гравитационного притяжения можно рассчитать, умножив массы двух объектов, а потом разделить на квадрат расстояния между ними. Сила притяжения увеличивается по мере увеличения массы объектов или по мере их сближения.

Такого уравнения было более чем достаточно, чтобы объяснить движение Луны и планет, также это все, что было необходимо NASA для расчета траектории полета на Луну.

Принцип эквивалентности сил гравитации и инерции был выведен Альбером Эйнштейном. Краткая формулировка этого принципа звучит следующим образом: гравитационная и инертная массы любого тела равны.

Именно это вдохновило Эйнштейна на создание общей теории относительности, которая предсказывает силу гравитации и объясняет, как все работает. Ученый смог показать, что тела с массой от атома до звезды, искривляют пространство и время. Такое искривление объяснило то, чего не смог объяснить Ньютон: почему гравитация действует на расстоянии.

Как шар для боулинга на батуте, массивные космические объекты искривляют ткань пространства-времени, заставляя двигаться объекты вокруг себя по искривленным траекториям. Но даже меньшие тела имеют тот же эффект, например, каждый из нас оказывает крошечную гравитационную силу на окружающие объекты.

Уравнение общей теории относительности Эйнштейна, по сути, делает то же, что и уравнение Ньютона, предсказывая величину силы притяжения между двумя телами. Но теория Эйнштейна описывает, как масса может искривлять пространство и время. Иными словами, Эйнштейн помог нам понять, что вызывает силу, называемую гравитацией.

Общая теория относительности показывает, что происходит, когда сила гравитации становится чрезвычайно сильной, для чего не слишком годится уравнение Ньютона.

К тому же уравнение Эйнштейна пригодилось для предсказаний, которые даже не предусматривались основными принципами физики Ньютона.

На данный момент существует огромное количество доказательств, свидетельствующих в пользу общей теории относительности. До теории Эйнштейна, астрономы безуспешно пытались объяснить смещение перигелия Меркурия, она не подчинялась ньютоновскому закону всемирного тяготения. Но работа Эйнштейна смогла все объяснить.

Идея о том, что гравитация вызвана деформацией пространства и времени, также была подтверждена. Теория гласила, что свет, проходящий близко к очень массивному объекту, должен двигаться по кривой линии из-за искривления пространства вокруг объекта.

Впервые этот эффект увидели во время солнечного затмения в 1919 году. С тех пор, астрономы не раз подтверждали, что далекие галактики действуют как линзы, искривляя путь света позади себя.

Другое предсказание Эйнштейна заключалось в том, что массивные объекты не только могут искривлять пространство, но и замедлять ход времени. Именно поэтому постоянно корректируются сигналы спутников GPS.

Другой эксперимент под названием Gravity Probe B показал, что вращающееся массивное тело увлекает за собой пространство-время, как вращающаяся ложка в чашке чая.

Эйнштейн один из первых описал сжатую массу, где вся материя находится в одной точке – гравитационной сингулярности.

Позже астрономы подтвердили, что некоторые стареющие звезды не могут противостоять силе гравитации и могут схлопнуться, образовав черную дыру. Как известно, гравитация в черной дыре настолько сильна, что даже свет не может от нее ускользнуть.

Также общая теория относительности предсказала, что сама ткань Вселенной может как расширяться, так и сжиматься. Эта идея в сочетании с научными наблюдениями стала основой современной теории развития Вселенной – модели Большого взрыва.

Эта часть общей теории относительности также может пролить свет на темную энергию – явление, ускоряющее расширение Вселенной.

Общая теория относительности чрезвычайно эффективна, когда дело касается большинства объектов. Но она не может объяснить, что происходит в сердце черных дыр, а также рассказать, что было до Большого Взрыва.

Теория Эйнштейна пока не совместима с квантовой физикой. Предполагается, что квантовая теория гравитации сможет стать мостиком между квантовой физикой и общей теорией относительности. Пока что лучшими попытками в этом направлении является теория струн и петлевая квантовая гравитация, но ни одна из них пока не дала никаких полезных предсказаний.

В отличие от электромагнетизма, гравитация работает лишь в одну сторону – она притягивает. Ученые пока не знают такого способа, который позволил бы отключать гравитацию. Если бы это произошло, человечество могло бы создать вечный двигатель и генерировать бесплатную энергию. Единственный небольшой шанс открыть нечто подобное заключается в получении антивещества, которое может гравитационно отталкиваться от обычного вещества.

Возможно, ученые вскоре получат достаточное количество антивещества, чтобы провести такой эксперимент. Но большинство физиков склоняются к тому, что вряд ли удастся добиться вышеупомянутого эффекта с антивеществом.

Как гравитация создала нашу Вселенную? Каким образом она помогла найти неизвестную планету и указала на существование черных дыр? Почему неверно говорить, что в состоянии невесомости отсутствует гравитация? И какая главная тайна есть у этой слабой невидимой силы? Как из ничего возникло все?

Все мы знаем, как бьется чашка, взлетает ракета, идет дождь, планеты вращаются вокруг Солнца… За это отвечает гравитация – самая слабая, но самая удивительная сила, которой пронизано все мироздание. Мы так привыкли к ней, что чаще всего не замечаем. Но жизнь на Земле возможна только благодаря ей. Именно она держит планеты на орбитах, зажигает звезды и организует Вселенную. Оставаясь при этом самой слабой силой, она побеждает, потому что от нее нельзя укрыться или отгородиться.

Гравитация присутствует абсолютно везде. Когда мы смотрим, как падают камни с горы или вода струится с неба, обычно не задумываемся о тайнах этой невидимой силы и о том, как много рассказывает она об устройстве Вселенной. А ведь гравитация определяет движение Луны вокруг Земли и Земли вокруг Солнца, зажигает звезды, снабжает их планетами и организует галактики. Она создает черные дыры, является источником самых мощных выбросов энергии во Вселенной. А нам, чтобы вырваться из гравитационных объятий родной планеты, нужна ракета, доверху залитая топливом.

Хотите узнать, как гравитация создала наш мир? Молодая Вселенная была заполнена тогда всего одним элементом – водородом. Было совершенно темно, ни одной звезды еще не существовало. Каждый атом водорода стал источником притяжения, гравитация собрала вместе гигантские космические облака. Из-за давления там повысилась температура, а высокая температура делает возможными ядерные реакции. Когда ядра атомов водорода сливаются вместе, образуется гелий, и при этом выделяется энергия в виде света. Так гравитация зажгла звезды в космосе. Все они светят не гравитационной, а ядерной энергией, но гравитация была совершенно необходима для того, чтобы зажечь каждую звезду во Вселенной.

Это еще не все чудеса мироздания. В звездах создаются ядра новых элементов. Более тяжелые возникают как слияние более легких. Таким образом возникла значительная часть всего того, что нас окружает. Кроме гелия, лития и бериллия, это бор, углерод, азот, кислород, фтор, неон, натрий, магний, алюминий, кремний, фосфор, сера, хлор, аргон, калий, кальций, скандий, титан, ванадий, хром, марганец и, наконец, железо.

Для того чтобы могла возникнуть твердая планета, как наша Земля, необходимо, чтобы сначала во Вселенной прогорело целое поколение звезд, в них создались элементы, затем их разбросало по космосу и гравитация снова собрала их вместе. Именно так и возникло наше Солнце, окруженное планетами, на одной из которых есть отличные условия для жизни.

Главная тайна гравитации заключается в том, что она состоит в сговоре с материей. Из-за этого сговора и более массивные, и менее массивные тела разгоняются гравитацией совершенно одинаково. И вагон, и маленькая тележка, и птичье перо, если их отпустить вместе, будут падать под действием гравитации одинаково, не обгоняя друг друга и не отставая.

Если на Земле эти тела падают иначе, то это только потому, что присутствует воздух. Создав вакуум, можно увидеть, что дробина и перо падают вниз одинаково, потому что гравитация точно знает, во сколько раз дробина тяжелее пера, и действует на нее во столько же раз сильнее. А на поверхности Луны, где воздуха нет, остается одна лишь чистая гравитация. В этом можно убедиться, посмотрев историческое видео с опытом Галилея на Луне: командир «Аполлона-15» одновременно выпускает из рук перо и молоток, и они в один и тот же момент падают к его ногам.

Одинаковое движение всех тел под действием гравитации дает эффект невесомости. Когда в космическом корабле не включены двигатели, космонавт может выпустить чашку из рук и она зависнет рядом с ним, потому что их движением управляет гравитация, для которой все равно, легкое тело или тяжелое. Невесомость происходит не оттого, что гравитации нет, а оттого, что есть одна только гравитация.

Кстати, совсем необязательно лететь вокруг Земли. Космический корабль, направляющийся с выключенными двигателями к Луне, испытывает притяжение и Земли, и Луны, и Солнца одновременно. Они сложным образом влияют на его траекторию, но при всех поворотах и разворотах под действием гравитации невесомость всегда сохраняется.

Как известно, Луна постоянно повернута к Земле одной и той же стороной. Узнать, как выглядит обратная сторона, удалось только в 1959 году, когда ее сфотографировала посланная туда автоматическая станция. Это было долгое путешествие до Луны, вокруг нее и обратно к Земле – над Северным полушарием. При этом у станции «Луна-3» отсутствовал маршевый двигатель. Все свои маневры она выполняла под действием одной только гравитации! На протяжении всего полета на станции сохранялась невесомость.

Все во Вселенной притягивается друг к другу: камень к камню, атом к атому и даже человек к человеку. Но мы этого не замечаем, потому что величина силы притяжения очень невелика. В конце XVIII века ее взялся измерить английский ученый Генри Кавендиш. У него была установка, которую можно представить себе так: два малых тела, подвешенные на коромысле, защищены от влияния воздуха, но испытывают влияние двух больших тел – шаров. Их можно осторожно приближать и видеть, как малые тела откликаются на это поворотом нити, на которой подвешено коромысло. Результат этого измерения – интенсивность гравитационного взаимодействия в числах – вас не впечатлит. Каждый из нас притягивается к другому на расстоянии около 10 см с силой в 15 млн раз меньше, чем наше притяжение к Земле. Вот почему мы не слипаемся, словно шарики на просторной улице. Но есть мощная гравитация, которую мы замечаем: это притяжение к Земле, или сила тяжести.

Гениальный Исаак Ньютон угадал правило, по которому определяется сила гравитационного притяжения между двумя телами. Для расчета нужно знать массы тел и расстояние между ними. Этот закон традиционно называется законом всемирного тяготения. По нему можно узнать, как гравитация зависит от расстояния. Она ослабевает по вполне определенному математическому закону: в два раза дальше означает в четыре раза слабее, в три раза дальше – слабее уже в девять раз, ну а в десять раз дальше – в 100 раз слабее.

С помощью законов Ньютона рассчитываются орбиты космических кораблей, предсказываются появление планет и приближение астероидов, определяются даты всех будущих и прошлых солнечных и лунных затмений. В 1846 году, благодаря закону Ньютона, математик Леверье открыл неизвестную планету в Солнечной системе – Нептун – как недостающий источник гравитации, влияющий на движение другой, известной тогда планеты Уран.

У этого всеобщего, всемирного, универсального закона Ньютона есть одна серьезная проблема. В законе тяготения сила притяжения передается как будто мгновенно через пустоту. Природа вряд ли устроена таким образом, догадывался ученый. Но кроме теоретических сомнений предложить ничего не мог. К середине XIX века выявилось недоразумение, поставившее многих ученых в тупик: оказалась, что самая ближняя к Солнцу планета Меркурий летает не по законам Ньютона.

Меркурий вращается вокруг Солнца не точно по эллипсу, как это должно быть: его орбита медленно поворачивается как целое. Когда астрономы учли все известные причины для такого поведения, остался необъясненный поворот на 4 угловые секунды за столетие. Малое, но упрямое нарушение.

Все проблемы разрешились только тогда, когда Альберт Эйнштейн предложил новую теорию гравитации – намного сложнее ньютоновской. Эйнштейновское понимание гравитации объяснило не только поведение нарушителя законов Меркурия, но и дало ответы на вопросы о том, как гравитация распространяется, что за тайный сговор у нее с материей и что происходит вблизи черных дыр.

Черную дыру, как все знают, нельзя увидеть, потому что из нее совсем не выходит свет. Но о ее существовании можно догадаться, если что-то обращается вокруг нее. Направив телескоп в центр нашей галактики Млечный Путь, мы увидим там звезды, обращающиеся вокруг того, что кажется пустотой. Они не улетают прочь. Единственная сила, которая их может там держать, – это гравитация. Так был сделан вывод о том, что в центре нашей галактики находится черная дыра.

Большие и маленькие черные дыры – это созданные гравитацией закрытые области искореженного пространства. Они стирают свойства попавшей туда материи. Туда можно кидать вещество или антивещество, излучение и что угодно. От всего этого остаются только три свойства: масса, степень вращения и электрический заряд, если он есть. Все остальное навсегда скрыто под горизонтом событий.

О гравитации и тайнах Вселенной можно говорить бесконечно. Но лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.

5 мифов о гравитации

Почему тело, подлетающее к черной дыре, не будет разорвано и другие заблуждения о гравитационном взаимодействии. Мы развенчиваем научные мифы и объясним общепринятые заблуждения.

Искусственные спутники Земли будут обращаться вокруг нее вечно

Это правда, но отчасти. Зависит это от орбиты. На низких орбитах спутники вечно вокруг Земли не обращаются. Это связано с тем, что, помимо гравитации, существуют и другие факторы. То есть если бы, допустим, у нас была только Земля и мы бы запустили на ее орбиту спутник, то он летал бы очень долго. Летать вечно он не будет, потому что существуют различные возмущающие факторы, которые его могут свести с орбиты. В первую очередь это торможение в атмосфере, то есть это негравитационные факторы. Таким образом, связь этого мифа с гравитацией неочевидна. Если спутник обращается на высоте до тысячи километров над Землей, то торможение в атмосфере будет влиять. На более высоких орбитах начинают действовать прочие гравитационные факторы – притяжение Луны, других планет Солнечной системы. Если спутник оставить бесконтрольно на орбите вокруг Земли, то его орбита будет эволюционировать хаотически на больших интервалах времени из-за того, что Земля не единственное притягивающее тело. Не уверены, что эта хаотическая эволюция обязательно приведет к падению спутника на Землю – он может улететь или перейти на другую орбиту. Другими словами, он может летать вечно, но не по одной и той же орбите.

В космосе нет гравитации

Это неправда. Иногда кажется, что раз на МКС космонавты находятся в состоянии невесомости, то и земная гравитация на них не действует. Это не так. Более того, она там почти такая же, как на Земле. В самом деле, сила гравитационного притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Высота орбиты МКС примерно на 10% больше земного радиуса. Поэтому сила притяжения там лишь немного меньше. Однако космонавты испытывают состояние невесомости, так как они как бы все время падают на Землю, но промахиваются. Можно представить себе такую картину. Построим башню высотой километров 400 (неважно, что сейчас нет таких материалов, чтобы ее сделать). Поставим наверху стул и сядем на него. Мимо пролетает МКС, то есть мы находимся совсем-совсем рядом. Мы сидим на стуле и «весим» (хотя по сравнению с нашим весом на поверхности Земли мы полегчали, но зато нам надо надеть скафандр, так что это компенсирует наше «похудание»), а на МКС космонавты парят в невесомости. Но мы находимся в одном и том же гравитационном потенциале. Современные теории гравитации являются геометрическими. То есть массивные тела искажают пространство-время вокруг себя. Чем ближе мы к тяготеющему телу, тем больше искажение. Как вы двигаетесь по искривленному пространству – это уже не так важно. Оно остается искривленным, то есть гравитация никуда не делась.

Парад планет может «уменьшить гравитацию» на Земле

Это неправда. Парадами планет называют такие моменты, когда все планеты выстраиваются в цепочку по направлению к Солнцу и их гравитационные силы складываются арифметически. Разумеется, на одной прямой все планеты никогда не соберутся, но если ограничиться требованием, чтобы все восемь планет собрались в гелиоцентрическом секторе с углом раствора не более 90°, то такие «большие» парады иногда происходят – в среднем один раз за 120 лет. Может ли совместное влияние планет изменить гравитацию на Земле? Любители физики знают, что сила тяготения изменяется прямо пропорционально массе тела и обратно пропорционально квадрату расстояния до него (М/R2). Наибольшее гравитационное влияние на Землю оказывают Венера (она не очень массивна, но расположена близко) и Юпитер (он очень массивен). Простой расчет показывает, что наше притяжение к Венере даже при наибольшем с ней сближении в 50 млн раз слабее нашего притяжения к Земле; для Юпитера это соотношение составляет 30 млн. То есть если ваш вес около 70 кг, то Венера и Юпитер тянут вас к себе с силой примерно в 1 миллиграмм. Во время парада планет они тянут в разные стороны, практически компенсируя влияние друг друга. Но это еще не все. Обычно под гравитацией Земли мы понимаем не силу притяжения к планете, а наш вес. А он зависит еще и от того, как мы движемся. Например, космонавтов на МКС и нас с вами Земля притягивает почти одинаково, но у них там невесомость, поскольку они находятся в состоянии свободного падения, а мы упираемся в Землю. А по отношению к другим планетам мы все ведем себя, как экипаж МКС: вместе с Землей мы свободно «падаем» на каждую из окружающих планет. Поэтому мы не ощущаем даже того миллиграмма, о котором было сказано выше. Но некоторый эффект все же есть. Дело в том, что мы, живя на поверхности Земли, и сама Земля, если иметь в виду ее центр, находимся на разном расстоянии от притягивающих нас планет. Эта разница не превышает размера Земли, но иногда имеет значение. Именно из-за нее в океанах под влиянием притяжения Луны и Солнца возникают приливы и отливы. Но если иметь в виду человека и притяжение к планетам, то этот приливный эффект невероятно слаб (в десятки тысяч раз слабее прямого притяжения к планетам) и составляет для каждого из нас менее одной миллионной доли грамма – практически ноль.

Тело, подлетающее к черной дыре, будет разорвано

Это неправда. При приближении к черной дыре сила гравитации и приливные силы возрастают. Но вовсе не обязательно приливные силы становятся крайне велики, когда объект подлетает к горизонту событий. Приливные силы зависят от массы, вызывающего прилив тела, расстояния до него и от размеров объекта, в котором формируется прилив. Важно, что расстояние считается до центра тела, а не до поверхности. Так что приливные силы на горизонте черной дыры всегда имеют конечное значение. У черной дыры размер прямо пропорционален массе. Так что, если мы возьмем какой-то предмет и будем кидать его в разные черные дыры, приливные силы будут зависеть только от массы черной дыры. Причем чем больше масса, тем прилив слабее на горизонте. Это проявляется в астрофизике. Например, если звезда падает на сверхмассивную черную дыру в центре галактики, то при массе дыры, скажем, 10 миллионов масс Солнца прилив будет достаточно велик, чтобы разорвать звезду. Образовавшееся облако газа сформирует диск вокруг дыры, и мы увидим яркий объект – квазар. Если же масса дыры в 1000 раз больше (а такие есть), то звезда будет проглочена целиком: прилив слишком слаб, чтобы ее разорвать. Поэтому не будет диска – не будет и яркого объекта. Кстати, поэтому в фильме Кристофера Нолана «Интерстеллар» героев не разрывает на горизонте сверхмассивной черной дыры.

Электромагнетизм сильнее гравитации

Это правда, но отчасти. Макроскопические тела состоят из большого количества микроскопических частиц. Электромагнетизм – это сила, которая на микроскопическом уровне ответственна за все явления, которые изучаются в курсе механики: за силу трения, силу реакции опоры, силу упругости. Возьмем атом водорода. Это протон, вокруг которого летает электрон. Он определяет нашу массу и массу объектов, которые нас окружают. Это такой кирпичик, из чего все сделано. У него есть электрический заряд и масса. Электрический заряд определяет силу электромагнитного взаимодействия, а масса определяет силу гравитационного взаимодействия. Ньютоновская постоянная входит в закон о гравитации, она также определяет силу между двумя взаимодействующими телами. Произведение масс двух тел, умноженное на ньютоновскую постоянную, – это эквивалент электрического заряда одного тела, умноженный на электрический заряд другого в законе Кулона. Это аналог, который нам говорит, что гравитационная связь между двумя простейшими элементарными частицами намного меньше, чем электромагнитная. Если для электромагнитного взаимодействия в случае протонов эта константа, грубо говоря, одна сотая, то в случае гравитационного взаимодействия для протона это 10^(-19). Это очень-очень маленькая величина, если говорить о силе взаимодействия двух покоящихся протонов. Однако почему, когда мы говорим о больших объектах, мы говорим об их массе, а не об электрическом заряде? Это связано с тем, что в природе есть электрические заряды двух разных знаков, а у массы всегда один «знак», и все частицы гравитационно притягиваются. В случае электромагнетизма частицы одного электрического заряда отталкиваются, а разного – притягиваются. Когда наблюдатель смотрит на систему с положительным и отрицательным зарядами, например на атом, то она нейтральная. По этой причине, когда мы рассматриваем систему из многих протонов, то есть макроскопическое тело, где вокруг протонов с положительным зарядом летают электроны с отрицательным, система электрически нейтральна. Поэтому на таких масштабах «выигрывает» уже гравитация, она оказывает основное влияние. К примеру, если говорить о галактиках, то основные силы здесь – гравитационные. А электромагнитных сил нет.