Trọng lực tồn tại nhưng hiểu biết của chúng ta về nó là sai?

Có phải trọng lực thực sự chỉ là lực hút giữa các vật thể? 

Trọng lực là một hiện tượng vật lý cơ bản được cho là xảy ra do lực hút lẫn nhau giữa hai vật thể. Với sự phát triển của khoa học và nghiên cứu ngày càng sâu rộng, ngày càng có nhiều bằng chứng cho thấy bản chất của lực hấp dẫn có thể không đơn giản như chúng ta tưởng tượng.

Trong cơ học cổ điển của Newton, lực hấp dẫn được mô tả là lực hút giữa các vật thể, được xác định bởi khối lượng. Theo định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, lực hấp dẫn giữa hai vật tỉ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Định luật này được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu các chuyển động của thiên thể, chẳng hạn như quỹ đạo của các hành tinh quanh Mặt Trời và chuyển động của các vệ tinh nhân tạo. Với sự tiến bộ của khoa học, cơ học cổ điển của Newton dần bộc lộ một số hạn chế.

Bản chất của lực hấp dẫn lần đầu tiên được thử thách trong thuyết tương đối rộng của Einstein. Thuyết tương đối rộng đề xuất khái niệm rằng lực hấp dẫn là độ cong của không-thời gian. Theo lý thuyết này, các vật thể không hút nhau trực tiếp mà tạo ra hiệu ứng hấp dẫn thông qua không-thời gian bị cong. 

Khái niệm này có thể được so sánh với một tấm lưới chứa đầy lò xo, chuyển động của vật thể sẽ khiến tấm lưới bị kéo căng hoặc bị nén lại và các vật thể khác sẽ bị ảnh hưởng bởi sự biến dạng này. Lý thuyết này đã giải thích thành công nhiều hiện tượng thực nghiệm và quan sát được.

Bản chất của lực hấp dẫn không chỉ giới hạn ở thuyết tương đối rộng của Einstein. Sự phát triển của cơ học lượng tử đã mang lại cho chúng ta sự hiểu biết sâu sắc hơn. Theo cơ học lượng tử, không gian không hoàn toàn đứng yên mà bao gồm sự sinh ra và hủy diệt của các hạt và phản hạt.

Việc tạo ra và hủy diệt các hạt ảo này diễn ra nhanh chóng và tức thời và chúng sẽ biến mất trong một khoảng thời gian rất ngắn. Chúng có ảnh hưởng quan trọng đến sự tương tác giữa các vật thể. Trên thực tế, những hạt ảo này tạo thành cấu trúc “giống như bọt” trong không gian gọi là bọt lượng tử. Sự hiện diện của những bọt lượng tử này có thể dẫn đến những thay đổi tinh tế về lực hấp dẫn, từ đó ảnh hưởng đến lực hút giữa các vật thể.

Ngoài bọt lượng tử, lý thuyết dây còn đưa ra cách nghĩ mới về bản chất của lực hấp dẫn. Theo lý thuyết dây, cả vật chất và lực đều có thể được hiểu là các dạng dao động của dây. Trong lý thuyết này, lực hấp dẫn được mô tả là kết quả của các dây dao động với nhau. 

Lý thuyết này cố gắng thống nhất cơ học lượng tử và thuyết tương đối rộng, đồng thời đề xuất rằng các đặc tính vi mô của lực hấp dẫn có thể liên quan đến mô hình rung động của dây. Lý thuyết dây vẫn là một lĩnh vực đang hoạt động và vẫn chưa được chứng minh đầy đủ.

Bản chất của lực hấp dẫn có thể không chỉ là lực hút giữa các vật thể. Nó có thể liên quan đến các hiện tượng vật lý phức tạp như độ cong của không gian và thời gian, bọt lượng tử và mô hình rung động của dây. Mặc dù chúng ta vẫn còn nhiều điều chưa biết về bản chất của lực hấp dẫn nhưng việc cộng đồng khoa học không ngừng khám phá và nghiên cứu chắc chắn sẽ mang lại những hiểu biết và kiến thức sâu sắc hơn. 

Phạm vi trọng lực là vô hạn?

Trọng lực là một lực có mặt khắp nơi trong tự nhiên, khiến các vật thể hút nhau và gây ra chuyển động. Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường có thể cảm nhận được tác dụng của trọng lực, chẳng hạn như lực hấp dẫn của Trái Đất hút cơ thể chúng ta, lực hút lẫn nhau giữa các thiên thể, v.v.. Trọng lực có phạm vi giới hạn không? Đây là một câu hỏi được khám phá nhiều.

Theo định luật vạn vật hấp dẫn của Newton, lực hấp dẫn giữa hai vật tỉ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách của chúng. Nói cách khác, khối lượng của hai vật càng lớn thì lực hấp dẫn giữa chúng càng mạnh và khoảng cách giữa hai vật càng gần thì lực hấp dẫn giữa chúng càng mạnh. Theo định luật này, chúng ta có thể kết luận rằng phạm vi trọng lực là có hạn. Tuy nhiên, các nhà khoa học đã phát hiện ra một số hành vi vi phạm định luật này.

Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường quan sát thấy một hiện tượng kỳ lạ, đó là lực hấp dẫn của Mặt Trăng đối với Trái Đất. Mặc dù khối lượng của Mặt Trăng so với Trái Đất tương đối nhỏ nhưng lực hút của chúng có thể gây ra sự thay đổi thủy triều, ảnh hưởng đến mực nước đại dương và thậm chí ảnh hưởng đến tốc độ quay của Trái Đất. Điều này cho thấy dù Mặt Trăng ở rất xa Trái Đất nhưng lực hấp dẫn của nó có thể kéo dài đến mọi ngóc ngách trên Trái Đất.

Lực hấp dẫn của Mặt Trăng lên Trái Đất chỉ là phần nổi của tảng băng chìm trong phạm vi lực hấp dẫn vô hạn. Các nhà khoa học đã quan sát lực hấp dẫn của Trái Đất thông qua các ngôi sao bên ngoài Hệ Mặt Trời và phát hiện ra rằng lực hấp dẫn của những ngôi sao này cũng có thể tác động yếu lên Trái Đất. Điều này có nghĩa là lực hấp dẫn có thể có phạm vi tác động rộng hơn chúng ta nghĩ.

Hiện tại, các nhà khoa học không thể giải thích chính xác liệu phạm vi trọng lực có thực sự là vô hạn hay không. Một số nhà khoa học tin rằng có một hạt hoặc trường chưa biết trong vũ trụ mang thông tin về lực hấp dẫn và có thể truyền tải phạm vi của lực hấp dẫn. 

Trong những năm gần đây, với sự tiến bộ không ngừng của khoa học công nghệ, việc khám phá vũ trụ của con người ngày càng trở nên sâu sắc hơn. Ví dụ, máy dò và kính thiên văn được sử dụng để quan sát hiện tượng hấp dẫn ở các thiên hà xa xôi nhằm tiết lộ bản chất thực sự của lực hấp dẫn. Đồng thời, cũng có những nhà khoa học quyết tâm nghiên cứu nguồn gốc và cấu trúc của vũ trụ với hy vọng tìm ra thêm manh mối về lực hấp dẫn.

 Tham khảo: Zhihu