แรงโน้มถ่วงคืออะไร?

แรงโน้มถ่วงในเงื่อนไขที่ง่ายที่สุดคือแรงดึงดูดระหว่างสองวัตถุที่แยกกัน แรงโน้มถ่วงเกี่ยวข้องกับมวล: ยิ่งมวลของวัตถุมากขึ้นเท่าใดแรงโน้มถ่วงก็ยิ่งมากขึ้นในวัตถุอื่น มันเป็นหนึ่งในกองกำลังสำคัญที่อธิบายโครงสร้างของจักรวาล แม้ว่ามันจะเป็นหนึ่งในกองกำลังของจักรวาลที่สังเกตได้ง่ายที่สุด แต่หลักการของแรงโน้มถ่วงยังไม่เป็นที่เข้าใจกันโดยวิทยาศาสตร์สมัยใหม่

แรงโน้มถ่วงเกี่ยวข้องอย่างแพร่หลายกับเซอร์ไอแซกนิวตันนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษในศตวรรษที่ 17 แต่นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาแรงโน้มถ่วงมาหลายศตวรรษก่อนนิวตัน กาลิเลโอเมื่อหลายสิบปีก่อนแสดงให้เห็นว่าวัตถุตกลงมาในอัตราเดียวกันโดยไม่คำนึงถึงน้ำหนัก การล่มสลายของแอปเปิ้ลเป็นแรงบันดาลใจให้นิวตันศึกษาแรงโน้มถ่วงถึงแม้ว่าแอปเปิ้ลไม่ได้กระทบกระเทือนศีรษะจริง ๆ เขาใช้เวลามากกว่า 20 ปีในเรื่องนี้ เขาตระหนักถึงแรงดึงดูดของโลกที่ทำให้ดวงจันทร์โคจรรอบโลกและสามารถพิสูจน์ได้โดยใช้วงโคจรของดวงจันทร์เพื่อตรวจสอบการคำนวณของเขา

นิวตันตระหนักถึงหลักการเดียวกันนี้ที่นำไปใช้กับวัตถุทุกแห่งในอวกาศ ทฤษฎีของเขากลายเป็นที่รู้จักในฐานะกฎแห่งความโน้มถ่วงสากล อย่างไรก็ตามเขายอมรับอย่างอิสระว่าเขาไม่เข้าใจว่าแรงโน้มถ่วงถูกลำเลียงจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่งได้อย่างไรในระยะทางที่กว้างไกล แม้จะมีข้อบกพร่องนี้กฎของนิวตันก็กลายเป็นที่ยอมรับในหลักการทางวิทยาศาสตร์ในอีกสามศตวรรษ มันถูกพิสูจน์ซ้ำแล้วซ้ำอีกอย่างถูกต้องโดยการทำนายเช่นตำแหน่งของดาวเคราะห์ที่ยังไม่ได้ค้นพบ

กฎของนิวตันในขณะที่ถูกต้องในการใช้งานทั่วไปส่วนใหญ่มีความไม่สอดคล้องกันเล็กน้อยที่เห็นได้ชัดเมื่อวิทยาศาสตร์ที่ก้าวหน้าขึ้นแม่นยำยิ่งขึ้น ไอน์สไตน์ทำงานในต้นศตวรรษที่ 20 ในที่สุดก็คิดว่าความไม่ถูกต้องเหล่านี้กับทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขา ตามทฤษฏีสัมพัทธภาพการเคลื่อนที่ของวัตถุผ่านอวกาศถูกควบคุมโดยผลกระทบของวัตถุเหล่านั้นบนโครงสร้างของเวลาอวกาศเอง นักวิทยาศาสตร์ยังคงใช้กฎของนิวตันเนื่องจากมันง่ายต่อการคำนวณและถูกต้องสำหรับเรื่องการปฏิบัติเช่นจรวดบังคับให้ออกจากชั้นบรรยากาศมากแค่ไหน

แม้แต่ไอน์สไตน์ก็ไม่ได้อธิบายแรงโน้มถ่วงอย่างเต็มที่ ในยุคปัจจุบันเป็นที่เข้าใจกันว่าแรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในสี่กองกำลังพื้นฐานที่ผูกจักรวาลเข้าด้วยกันพร้อมกับแม่เหล็กไฟฟ้าและพลังนิวเคลียร์ที่อ่อนแอและแข็งแกร่ง สามหลังได้รับการพิสูจน์โดยการค้นพบอนุภาคย่อยของอะตอมที่ส่งแรงเหล่านี้ในระยะไกล อนุภาคที่คล้ายกันสำหรับแรงโน้มถ่วง Graviton ที่เรียกว่ายังคงเข้าใจยากเป็นของปี 2010 หลักการแรงโน้มถ่วงอื่น ๆ ยังคงไม่ได้อธิบายโดยฟิสิกส์สมัยใหม่