Gravitasi jauh lebih dari sekadar membuat benda-benda jatuh. Ini mengatur pergerakan planet di sekitar matahari, menyatukan galaksi dan menentukan struktur alam semesta.
Kredit gambar: Yining Karl Li
Melalui Laboratorium Akselerator Nasional SLAC.
Gravitasi adalah sesuatu yang tidak kita pikirkan terlalu banyak, setidaknya sampai kita tergelincir di atas es atau tersandung tangga. Bagi banyak pemikir kuno, gravitasi bahkan bukan kekuatan - itu hanya kecenderungan alami benda untuk tenggelam ke pusat Bumi, sementara planet-planet tunduk pada hukum lain yang tidak terkait.
Tentu saja, kita sekarang tahu bahwa gravitasi bekerja lebih dari sekadar membuat benda-benda jatuh. Ia mengatur pergerakan planet di sekitar matahari, menyatukan galaksi dan menentukan struktur alam semesta itu sendiri. Kami juga mengakui bahwa gravitasi adalah salah satu dari empat kekuatan fundamental alam, bersama dengan elektromagnetisme, gaya lemah dan gaya kuat.
Teori gravitasi modern - teori relativitas umum Einstein - adalah salah satu teori paling sukses yang kita miliki. Pada saat yang sama, kami masih belum tahu segalanya tentang gravitasi, termasuk cara tepatnya cocok dengan kekuatan fundamental lainnya.
Tapi di sini ada enam fakta penting yang kita ketahui tentang gravitasi.
1. Gravitasi sejauh ini merupakan kekuatan terlemah yang kita tahu. Gravity hanya menarik - tidak ada versi negatif dari gaya untuk mendorong hal-hal terpisah. Dan meskipun gravitasi cukup kuat untuk menyatukan galaksi, ia sangat lemah sehingga Anda bisa mengatasinya setiap hari. Jika Anda mengambil buku, Anda menangkal gaya gravitasi dari seluruh Bumi.
Sebagai perbandingan, gaya listrik antara elektron dan proton di dalam atom kira-kira satu trilyun (yaitu 30 dengan nol nol setelahnya) kali lebih kuat daripada gaya tarik gravitasi di antara mereka. Faktanya, gravitasi begitu lemah, kami tidak tahu persis seberapa lemahnya itu.
Astronot NASA Karen Nyberg menggunakan fundoscope untuk mencitrakan matanya saat berada di orbit. Kredit gambar: NASA
2. Gravitasi dan berat badan bukanlah hal yang sama. Astronot di stasiun ruang angkasa melayang, dan kadang-kadang kita dengan malas mengatakan bahwa mereka berada di gravitasi nol. Tapi itu tidak benar. Gaya gravitasi pada astronot adalah sekitar 90 persen dari gaya yang akan mereka alami di Bumi. Namun, astronot tidak berbobot, karena berat adalah gaya tanah (atau kursi atau tempat tidur atau apa pun) diberikan pada mereka di Bumi.
Ambil timbangan ke kamar mandi di lift di sebuah hotel mewah besar dan berdiri di atasnya saat naik turun, mengabaikan segala pandangan skeptis yang mungkin Anda terima. Berat badan Anda berfluktuasi, dan Anda merasakan lift melaju dan melambat, namun gaya gravitasi tetap sama. Di orbit, di sisi lain, astronot bergerak bersama dengan stasiun ruang angkasa. Tidak ada yang mendorong mereka ke sisi pesawat ruang angkasa untuk menambah berat badan. Einstein mengubah ide ini, bersama dengan teori relativitas khususnya, menjadi relativitas umum.
3. Gravitasi membuat gelombang yang bergerak dengan kecepatan ringan. Relativitas umum memprediksi gelombang gravitasi. Jika Anda memiliki dua bintang atau bintang katai putih atau lubang hitam terkunci di orbit bersama, mereka perlahan semakin dekat ketika gelombang gravitasi membawa energi menjauh. Faktanya, Bumi juga memancarkan gelombang gravitasi saat mengorbit matahari, tetapi kehilangan energi terlalu kecil untuk diperhatikan.
Kami memiliki bukti tidak langsung untuk gelombang gravitasi selama 40 tahun, tetapi Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) hanya mengkonfirmasi fenomena ini tahun ini. Detektor mengambil gelombang gravitasi yang dihasilkan oleh tabrakan dua lubang hitam lebih dari satu miliar tahun cahaya.
Salah satu konsekuensi dari relativitas adalah bahwa tidak ada yang dapat bergerak lebih cepat daripada kecepatan cahaya dalam ruang hampa. Itu berlaku untuk gravitasi juga: Jika sesuatu yang drastis terjadi pada matahari, efek gravitasi akan mencapai kita pada saat yang sama dengan cahaya dari peristiwa tersebut.
Gelombang gravitasi diciptakan dalam beberapa peristiwa paling ganas di alam semesta kita, seperti penggabungan dua lubang hitam. satu. Gambar melalui Swinburne Astronomy Productions / NASA JPL.
4. Menjelaskan perilaku mikroskopis gravitasi telah membuat para peneliti luput. Tiga kekuatan fundamental alam lainnya dijelaskan oleh teori kuantum pada skala terkecil - khususnya, Model Standar. Namun, kami masih belum memiliki teori gravitasi kuantum yang berfungsi penuh, meskipun para peneliti sedang mencoba.
Satu jalan penelitian disebut loop quantum gravity, yang menggunakan teknik-teknik dari fisika kuantum untuk menggambarkan struktur ruang-waktu. Ini mengusulkan bahwa ruang-waktu seperti partikel pada skala terkecil, materi yang sama terbuat dari partikel. Materi akan dibatasi untuk melompat dari satu titik ke titik lain pada struktur yang fleksibel dan seperti jaring. Ini memungkinkan loop quantum gravity untuk menggambarkan efek gravitasi pada skala yang jauh lebih kecil dari inti atom.
Pendekatan yang lebih terkenal adalah teori string, di mana partikel - termasuk graviton - dianggap sebagai getaran string yang melingkar dalam dimensi yang terlalu kecil untuk dicapai percobaan. Baik gravitasi quantum loop maupun teori string, maupun teori lain saat ini tidak dapat memberikan detail yang dapat diuji tentang perilaku gravitasi mikroskopis.
5. Gravitasi dapat dibawa oleh partikel tak bermassa yang disebut graviton. Dalam Model Standar, partikel berinteraksi satu sama lain melalui partikel pembawa kekuatan lainnya. Misalnya, foton adalah pembawa gaya elektromagnetik. Partikel hipotetis untuk gravitasi kuantum adalah graviton, dan kami memiliki beberapa gagasan tentang bagaimana mereka seharusnya bekerja dari relativitas umum. Seperti halnya foton, graviton kemungkinan tidak memiliki massa. Jika mereka memiliki massa, eksperimen seharusnya melihat sesuatu - tetapi itu tidak mengesampingkan massa yang sangat kecil.
6. Gravitasi kuantum muncul pada panjang terkecil apa pun bisa. Gravitasi sangat lemah, tetapi semakin dekat dua benda, semakin kuat jadinya. Pada akhirnya, ia mencapai kekuatan pasukan lain pada jarak yang sangat kecil yang dikenal sebagai panjang Planck, berkali-kali lebih kecil dari inti atom.
Di situlah efek gravitasi kuantum akan cukup kuat untuk diukur, tetapi terlalu kecil untuk percobaan apa pun untuk menyelidiki. Beberapa orang telah mengajukan teori yang akan membiarkan gravitasi kuantum muncul mendekati skala milimeter, tetapi sejauh ini kami belum melihat efeknya. Yang lain telah melihat cara-cara kreatif untuk memperbesar efek gravitasi kuantum, menggunakan getaran di batang logam besar atau kumpulan atom yang disimpan pada suhu ultra dingin.
Tampaknya, dari skala terkecil hingga terbesar, gravitasi terus menarik perhatian para ilmuwan. Mungkin itu akan menjadi pelipur lara saat Anda jatuh, ketika gravitasi juga menarik perhatian Anda.