Gravitace

Rozbalit box

Obsah boxu

Gravitace je jedna ze čtyř fundamentálních interakcí v přírodě. Jedná se o jev vzájemného přitahování mezi tělesy, která mají hmotnost nebo energii. Je zodpovědná za padající předměty na Zemi, za oběh planet kolem Slunce, za udržení hvězd a galaxie pohromadě a za velký rozsah struktury ve vesmíru.

---

Gravitace v klasické fyzice (Newtonova teorie)

Historicky první úspěšný popis gravitace podal Isaac Newton ve svém zákoně všeobecné gravitace (1687).

• Newtonův gravitační zákon: Říká, že každá dvě tělesa s hmotností se vzájemně přitahují silou, která je přímo úměrná součinu jejich hmotností a nepřímo úměrná čtverci vzdálenosti mezi jejich středy.

   $$ F = G \frac{m_1 m_2}{r^2} $$
   * Kde $$F$$ je gravitační síla, $$G$$ je gravitační konstanta, $$m_1$$ a $$m_2$$ jsou hmotnosti těles a $$r$$ je vzdálenost mezi nimi.

• Okamžité působení na dálku: Newtonova teorie předpokládala, že gravitace působí okamžitě na jakoukoli vzdálenost, což bylo později zpochybněno teorií relativity.
• Úspěchy: Newtonova teorie gravitace úspěšně vysvětlila pohyb planet a předpověděla existenci neobjevených planet (např. Neptun).

---

Gravitace v obecné teorii relativity (Einsteinova teorie)

Albert Einstein ve své obecné teorii relativity (1915) představil radikálně odlišné chápání gravitace, které nahradilo Newtonovu teorii jako přesnější popis gravitace.

• Gravitace jako zakřivení časoprostoru: Podle OTR není gravitace sílou působící na dálku, ale projevem zakřivení časoprostoru způsobeného přítomností hmoty a energie.
• Geodetické trajektorie: Tělesa se v gravitačním poli pohybují po tzv. geodetických čarách – což jsou nejkratší cesty v zakřiveném časoprostoru. To vnímáme jako gravitační přitažlivost.
• Důsledky OTR:

   * Gravitační dilatace času: Čas plyne pomaleji v silnějším gravitačním poli.
   * Ohýbání světla gravitací: Světlo se ohýbá v blízkosti velkých hmotností, což bylo potvrzeno pozorováním zatmění Slunce (1919).
   * Gravitační vlny: Zvlnění časoprostoru způsobené urychleným pohybem masivních objektů, existence potvrzena v roce 2015.
   * Černé díry: OTR předpovídá existenci černých děr, oblastí časoprostoru s extrémní gravitační silou, ze kterých ani světlo nemůže uniknout.

---

Význam gravitace ve vesmíru

Gravitace hraje zásadní roli ve struktuře a vývoji vesmíru:

• Tvorba hvězd a galaxií: Gravitace způsobuje kolaps oblaky plynu a prachu do hvězd a galaxie.
• Pohyb planet a měsíců: Udržuje planety na oběžných drahách kolem hvězd a měsíce kolem planet.
• Slapové jevy: Příliv a odliv na Zemi jsou způsobeny gravitačním působením Měsíce a Slunce.
• Kosmologie: Ovlivňuje velký rozsah struktury a vývoj vesmíru, včetně jeho rozpínání.

---

Gravitace a kvantová mechanika

Gravitace je jediná fundamentální interakce, která dosud nebyla úspěšně sjednocena s kvantovou mechanikou. Fyzikové se snaží vyvinout teorie kvantové gravitace, která by popisovala gravitaci na mikroskopické úrovni a na extrémních podmínkách (např. černé díry, Velký třesk).

---

Pro laiky

Gravitace je to, co nás drží na zemi a co způsobuje, že jablko spadne ze stromu. Je to taková neviditelná síla, která přitahuje všechno, co má váhu.

• Čím je věc těžší, tím silněji přitahuje jiné věci. Proto nás Země přitahuje mnohem silněji než jablko.
• Albert Einstein ale přišel na úžasnou myšlenku – že gravitace vlastně není síla, ale že je to spíš to, jak těžké věci ohýbají samotný prostor a čas kolem sebe. A když se pak něco pohybuje v tom ohnutém prostoru, vypadá to, jako by na to působila gravitační síla.

Gravitace je důležitá, protože drží planety na oběžných drahách kolem Slunce a udržuje galaxie pohromadě. Bez ní by vesmír vypadal úplně jinak.

---