Perché la gravità ci spinge verso il basso e non verso l'alto?

La gravità è la ragione per cui gli oggetti dotati di massa o energia sono attratti l'uno dall'altro. Ecco perché le mele cadono sulla Terra e i pianeti ruotano attorno alle stelle.

I magneti attraggono alcuni tipi di metalli, ma possono anche allontanarne altri. Allora come fai a sentire l'attrazione della gravità?

Nel 1915, Albert Einstein scoprì la risposta quando pubblicò la sua teoria della relatività generale. Il motivo per cui la gravità ti attira verso la Terra è perché tutti gli oggetti dotati di massa, come la nostra Terra, in realtà piegano e piegano il tessuto dell'universo, chiamato spazio-tempo. Questa curva è la sensazione della gravità.

Cos'è lo spaziotempo?

Prima di entrare nel complesso mondo della gravità, è necessario comprendere lo spazio-tempo.

Lo spazio-tempo è esattamente quello che sembra: le tre dimensioni dello spazio – lunghezza, larghezza e altezza – combinate con la quarta dimensione – il tempo. Usando una brillante matematica, Einstein fu la prima persona a realizzare che le leggi della fisica operano nell'universo Spazio e tempo sono fusi insieme.

Ciò significa che spazio e tempo sono correlati: se ti muovi molto velocemente nello spazio, il tempo rallenta rispetto a qualcuno che si muove lentamente. Ecco perché gli astronauti – che si muovono molto velocemente nello spazio – Invecchiano un po’ più lentamente delle persone sulla Terra.

La Terra piega lo spazio-tempo in modo che cada verso la Terra anziché allontanarsi da essa. Credito: Tokamak / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Il materiale è ciò che crea i pozzi gravitazionali, non le colline gravitazionali

Ricorda, la gravità è l'idea che gli oggetti nell'universo sono attratti l'uno dall'altro perché lo spazio-tempo è curvo e curvo. Quando Einstein inventò la relatività generale, dimostrò che tutti gli oggetti nell'universo possono piegare lo spaziotempo: in termini fisici gli oggetti sono sia massa che energia.

Dato che la tua mente solitamente pensa al mondo in tre dimensioni, è davvero difficile pensare alle quattro dimensioni dello spazio-tempo come un’unica idea. Quindi, per facilitare la visualizzazione, immagina la superficie di un trampolino. Se non c'è niente sopra, è piatto. Ma se ti trovi sul trampolino, si estende attorno ai tuoi piedi e forma una valle quando sei al centro. Se c'è una palla sul trampolino, rotolerà verso i tuoi piedi.

La gravità funziona in modo simile al modo in cui gli oggetti rotolano verso i tuoi piedi se ti trovi su un trampolino.

Questo è un esempio bidimensionale di come funziona lo spazio-tempo. La tua massa allunga il trampolino, creando quello che viene chiamato un pozzo gravitazionale in cui la palla rotola. Questo è molto simile al modo in cui la gravità di un oggetto pesante, come la Terra, attira verso di sé oggetti come me e te.

E per rendere le cose ancora più strane, dato che spazio e tempo sono collegati, Il tempo viene prolungato anche a causa di oggetti pesanti!

Nel film Interstellar, i personaggi vanno su un pianeta vicino Buco neroMentre sono lì, invecchiano più lentamente di chiunque altro.

Più sei pesante, più ripidi saranno i lati del trampolino. Ecco perché gli oggetti veramente massicci nell'universo – come il Sole o i buchi neri – hanno un'attrazione gravitazionale più forte di quella della Terra.

Allora perché la gravità ti tira giù e non ti spinge via?

Immagina che qualcuno sia andato sotto un trampolino e lo abbia spinto su. La palla rotolerà via! Questa sarà una collina gravitazionale, non un pozzo gravitazionale. Per quanto ne sanno gli scienziati, la materia – o gli oggetti – creano sempre pozzi gravitazionali, non colline gravitazionali. Gli scienziati possono immaginare oggetti fatti di materia o energia esotica che potrebbero spingere la gravità a spingerti nello spazio, ma finora nessuno ha trovato nulla che possa far sì che la gravità ti allontani dalla Terra.

Scritto da Mario Boronda, Professore Associato di Fisica, Oklahoma State University.

Adattato da un articolo originariamente pubblicato in Conversazione.