Tại sao trọng lực lại kéo chúng ta xuống mà không phải là… đẩy lên?

Tại sao khi trái táo rụng, nó lại rơi xuống mặt đất mà không phải là bay vút lên không trung? Hay vì sao các hành tinh có thể quay quanh các ngôi sao mà không phải bay tứ tán mỗi nơi mỗi hướng?... Và, lực hấp dẫn là gì mà nó có khả năng khiến cho các vật có khối lượng hoặc năng lượng bị hút vào nhau?

Làm thế nào chúng ta có thể cảm nhận được lực kéo hay sự tồn tại của trọng lực?

Đối với nam châm, bạn có thể dễ dàng nhìn thấy lực hút của chúng đối với các loại kim loại, đồng thời lực đẩy khi chúng cùng chiều với các nam châm khác. Nhưng trong không gian, làm thế nào chúng ta có thể cảm nhận được lực kéo hay sự tồn tại của trọng lực?

Vào năm 1915, Albert Einstein đã tìm ra câu trả lời cho câu hỏi: "vì sao trọng lực có thể kéo chúng ta xuống?" Câu trả lời mà ông đưa ra chính là lực hấp dẫn, nó đã kéo chúng ta và tất cả các vật chất có khối lượng về phía mặt đất. Thực chất, lực hấp dẫn đã bẻ cong và uốn cong cấu trúc của vũ trụ, cái mà chúng ta có thể gọi là cấu trúc không gian – thời gian. Độ cong đó là những cái mà chúng ta có thể cảm thấy như là lực hấp dẫn.

Vậy, không gian - thời gian là gì?

Để có thể hiểu rõ hơn về lực hấp dẫn, trước tiên chúng ta cần biết thế nào là cấu trúc không gian – thời gian. không gian – thời gian là một cấu trúc 4 chiều bao gồm: chiều dài, chiều rộng và chiều cao - kết hợp với chiều thời gian. Bằng cách sử dụng một phép toán, Einstein là người đầu tiên nhận ra quy luật vật lý hoạt động trong vũ trụ, nơi không gian và thời gian hòa nhập với nhau.

Điều này có nghĩa là không gian và thời gian kết nối với nhau một cách chặt chẽ. Ví dụ: nếu bạn di chuyển nhanh trong không gian, thời gian của bạn sẽ ngắn hơn so với một người khác đang đi chậm hơn. Đó là lý do tại sao các phi hành gia - những người di chuyển với tốc độ cực nhanh trong không gian – họ sẽ già đi chậm hơn so với những người trên Trái đất.

Ngoài ra, lực hấp dẫn cho rằng: các vật thể trong vũ trụ bị hút vào nhau là do không gian - thời gian bị bẻ cong. Đồng thời, Einstein cũng chỉ ra rằng tất cả mọi vật chất trong vũ trụ đều có thể bẻ cong không gian - thời gian. Theo thuật ngữ vật lý thì các vật chất đó chính là khối lượng và năng lượng.

Một ví dụ về thế giới trong không gian 4 chiều như sau: hãy hình dung bề mặt của tấm bạt lò xo. Nếu không có vật thể nào trên đó, nó sẽ là một mặt phẳng. Nhưng nếu bạn đứng trên tấm bạt lò xo, nó sẽ ngay lập tức bị lún xuống ngay vị trí chân của bạn đồng thời tạo thành một độ dốc nhất định. Nếu có một quả bóng trên tấm bạt lò xo, nó sẽ bị đổ dồn và lăn về phía chân bạn. Khối lượng của bạn kéo căng tấm bạt lò xo và tạo ra một cái gọi là giếng trọng lực, nơi mà quả bóng lăn vào. Điều này rất giống với cách mà lực hấp dẫn của Trái đất kéo tất cả chúng ta về phía nó.

Nếu, trọng lượng của bạn càng lớn, hai bên tấm bạt lò xo càng dốc và càng trũng xuống. Đó là lý do tại sao những thứ khổng lồ trong vũ trụ - như Mặt trời hay lỗ đen - có lực hấp dẫn mạnh hơn Trái đất.

Tại sao trọng lực lại kéo vật chất xuống mà không đẩy ra xa?

Vẫn là ví dụ về tấm bạt lò xo, hãy tưởng tượng nếu có ai đó đi dưới tấm bạt và đẩy lên. Đầu tiên, quả bóng sẽ lăn đi trước! Đó được gọi là đồi trọng lực, nó ngược lại so với giếng trọng lực. Các nhà khoa học cho biết, tất cả các vật chất trong vũ trụ luôn tạo ra những giếng trọng lực, vì thế mà chúng luôn bị hút xuống chứ không thể bị đẩy ra xa. Cho đến nay, chưa ai có thể tìm ra thứ gì có thể khiến trọng lực đẩy bạn ra khỏi Trái đất.