grawitacja

grawitacja

[łac. gravitas ‘ciężkość’],

ciążenie powszechne,

zjawiska fizyczne, wśród których najważniejsze polega na wzajemnym przyciąganiu się wszystkich ciał;

do początku XX w. przez grawitację rozumiano jedynie to ostatnie zjawisko. Według teorii grawitacji I. Newtona, której podstawę stanowi prawo ciążenia Newtona (1687), czas i przestrzeń są dane a priori i nie zależą od rozkładu mas. Każde ciało wytwarza w otaczającej przestrzeni pole grawitacyjne; stosunek siły działającej do masy, umieszczonej w takim polu, nazywa się natężeniem pola grawitacyjnego &gammavec.x;; &gammavec.x; zależy od rozkładu mas i w pobliżu powierzchni Ziemi jego wartość bezwzględna γ = g ≈ 9,81 m/s² (g — przyspieszenie ziemskie). Teoria ta, opisując poprawnie ruchy większości ciał niebieskich, nie potrafiła jednak wyjaśnić np. anomalii ruchu peryhelium Merkurego. Poprawną, relatywistyczną teorię grawitacji, zwaną ogólną teorią względności, sformułował 1916 A. Einstein. Teoria Einsteina opiera się na podobieństwie sił ciążenia i sił bezwładności; według tej teorii nie można sił grawitacyjnych lokalnie odróżnić od sił bezwładności (zasada równoważności). Według ogólnej teorii względności obecność mas wpływa na właściwości przestrzeni i czasu; czasoprzestrzeń jest zakrzywiona i ma strukturę czterowymiarowej przestrzeni Riemanna; miarą zakrzywienia jest przyspieszenie grawitacyjne. Właściwości geometryczne czasoprzestrzeni są powiązane z rozkładem mas przez równanie pola grawitacyjnego. Teoria grawitacji Einsteina zawiera teorię Newtona jako przypadek graniczny dla słabych pól grawitacyjnych i ograniczonych przestrzennie rozkładów masy; przewiduje ona nadto nowe efekty: grawitacyjne przesunięcie prążków widmowych ku czerwieni, grawitacyjną dylatację czasu, zakrzywienie promieni świetlnych w pobliżu dużych mas, anomalie ruchu peryhelium planet, opóźnienie sygnałów świetlnych przechodzących w pobliżu dużych mas oraz osobliwości czasoprzestrzeni w postaci m.in. czarnych dziur; wszystkie te zjawiska są obserwowane i wykazują zgodność z przewidywaniami teoretycznymi. Ogólna teoria względności w odróżnieniu do teorii grawitacji Newtona pozwala na globalny opis struktury Wszechświata (kosmologia).