ไกลแค่ไหนถึงจะพ้นแรงโน้มถ่วง - เรเน่ ลัวเฟอร์ (Rene Laufer)

ชมบทเรียนแบบเต็มได้ที่: https://ed.ted.com/lessons/how-far-would-you-have-to-go-to-escape-gravity-rene-laufer

ทุก ๆ สิ่งเหล่านี้ ดาวฤกษ์ หลุมดำ มนุษย์ โทรศัพท์มือถือ และอะตอม ถูกดึงเข้าหากันตลอดเวลาด้วยแรงโน้มถ่วง แล้วทำไมเราถึงไม่รู้สึกถูกดึงไปทุกทิศทุกทางล่ะ แล้วมีที่ใดในจักรวาลหรือไม่ที่ปราศจากแรงดึงดูด เรเน่ ลัวเฟอร์ ให้รายละเอียดเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงที่ใครก็หนีไม่พ้น

บทเรียนโดย Rene Laufer, กำกับโดย TED-Ed

กว่าหกพันล้านปีแสง

จากผิวโลก

ดาวนิวตรอนที่หมุนอย่างรวดเร็ว

ที่มีีชื่อว่า ดาวพัลซาร์แบล็ควินโดว์

แผ่รังสีใส่ดาวเคราะแคระสีน้ำตาล
ที่เป็นเพื่อนบ้านของมัน

ในขณะที่ดาวทั้งสอง
โคจรรอบกันและกันทุก 9 ชั่วโมง

ในขณะที่ยืนอยู่บนโลก

คุณอาจคิดว่าคุณเป็นเพียง
ผู้ชมการเต้นรำอันรุนแรงนี้

แต่อันที่จริง ดาวทั้งสองดวง
กำลังดึงคุณเข้าหามัน

และคุณก็กำลังดึงกลับด้วย

เราถูกเชื่อมกัน แม้จะห่างกัน
หลายล้านล้านกิโลเมตร

ด้วยแรงโน้มถ่วง

แรงโน้มถ่วงเป็นแรงดึง
ระหว่างวัตถุทั้งสองที่มีมวล

วัตถุใดก็ตามที่มีมวล

ซึ่งหมายความว่าวัตถุใด ๆ
ในจักรวาลจะดึงดูดวัตถุอื่น

ไม่ว่าดาวฤกษ์ หลุมดำ

มนุษย์ โทรศัพท์มือถือ และอะตอม

ทุกสิ่งถูกดึงเข้าหากันตลอดเวลา

แล้วทำไมเราถึงไม่รู้สึกถูกดึง
ไปทุกทิศทุกทางล่ะ

มีเหตุผลอยู่สองอย่าง
คือ มวลและระยะทาง

สมการแรกที่อธิบายแรงโน้มถ่วง
ระหว่างวัตถุทั้งสอง

ถูกเขียนขึ้นโดยไอแซค นิวตัน
ในปี ค.ศ. 1687

ความเข้าใจของนักวิทยาศาสตร์
ที่มีต่อแรงโน้มถ่วงก็พัฒนาจากจุดนั้น

แต่กฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตัน

ก็ยังคงใช้งานได้ดีเกือบทุกสถานการณ์

มันมีใจความสำคัญว่า

แรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุทั้งสอง

เท่ากับมวลของวัตถุหนึ่ง

คูณด้วยมวลของอีกวัตถุหนึ่ง

คูณด้วยจำนวนเล็ก ๆ จำนวนหนึ่ง

ที่เรียกว่า ค่าคงที่แรงโน้มถ่วง

และหารด้วยกำลังสอง
ของระยะทางระหว่างวัตถุ

ถ้ามวลของวัตถุหนึ่งเพิ่มขึ้นเท่าตัว

แรงระหว่างพวกมันก็จะเพิ่มขึ้น
เป็นเท่าตัว

ถ้าระยะห่างของพวกมัน
เพิ่มขึ้นอีกเท่าตัว

แรงก็จะเหลือแค่หนึ่งในสี่

แรงโน้มถ่วงระหว่างคุณและโลก
ดึงให้คุณเข้าใกล้ศูนย์กลางโลก

แรงนั้นคือน้ำหนักตัวของคุณ

สมมติว่า แรงนี้มีค่า 800 นิวตัน

เมื่อคุณยืนอยู่ที่ระดับน้ำทะเล

ถ้าคุณเดินทางไปยังเดธซี

แรงก็จะเพิ่มขึ้น
เป็นเปอร์เซ็นต์เพียงเล็กน้อย

ถ้าคุณไต่ขึ้นไปบนยอดเขาเอเวอเรสต์
แรงก็จะลดลง

แต่แค่เพียงเล็กน้อยเท่านั้น

เมื่อเราเดินทางสูงขึ้นไป
แรงโน้มถ่วงก็ลดบทบาทของมันลง

แต่คุณไม่อาจหนีมันพ้นได้

แรงดึงดูดเกิดจากความโค้ง
ของปริภูมิ-เวลา

ซึ่งคือสามมิติของปริภุมิ และเวลา

ซึ่งถูกทำให้บิดโค้งรอบวัตถุที่มีมวล

แรงโน้มถ่วงจากโลก
ส่งผลไปถึงสถานีอวกาศนานาชาติ

ที่ห่างออกไป 400 กิโลเมตร

โดยมีแรงเกือบจะเท่าแรงต้น

ถ้าสถานีอวกาศตั้งอยู่นิ่ง ๆ บนเสายักษ์

คุณยังได้รับแรงโน้มถ่วงเก้าสิบเปอร์เซ็นต์

ของแรงโน้มถ่วงที่คุณได้รับบนพื้นโลก

นักบินอวกาศสัมผัสได้
ถึงภาวะไร้น้ำหนัก

เพราะสถานีอวกาศตกลงสู่โลก
อย่างต่อเนื่อง

โชคดีที่มันโคจรรอบโลก
เร็วพอที่มันจะไม่ตกถึงพื้นโลก

แต่เมื่อคุณไปอยู่บนผิวดวงจันทร์

ที่ห่างออกไปประมาณ 400,000 กิโลเมตร

แรงโน้มถ่วงของโลกที่ดึงเรา

จะน้อยกว่า 0.03 เปอร์เซ็นต์
ของแรงที่คุณรู้สึกบนโลก

แรงโน้มถ่วงเดียวที่คุณสัมผัสได้
คือแรงที่มาจากดวงจันทร์

ซึ่งมีค่าประมาณหนึ่งในหก
ของแรงบนโลก

ถ้าหากยังเดินทางออกไปอีก

แรงโน้มถ่วงของโลก
ที่ดึงคุณก็จะน้อยลงเรื่อย ๆ

แต่มันไม่เคยมีค่าเป็นศูนย์

แม้ว่าเราจะถูกผูกไว้กับโลก

เราก็ถูกดึงด้วยวัตถุอื่นที่อยู่รอบ ๆ โลก
ด้วยแรงอ่อน ๆ อยู่ดี

ดวงอาทิตย์ส่งแรงดึงคุณประมาณครึ่งนิวตัน

ถ้าคุณยืนห่างจากโทรศัพท์มือถือ
ไปไม่กี่เมตร

คุณก็จะถูกดึงด้วยแรงไม่กี่พิโคนิวตัน

นั่นมีค่าพอ ๆ กับแรงโน้มถ่วง

ระหว่างคุณกับกาแล็กซี่แอนดรอมิดา

ซึ่งห่างออกไป 2.5 ล้านปีแสง

แต่มีขนาดใหญ่กว่าดวงอาทิตย์
ประมาณล้านล้านเท่า

แต่เมื่อเราพูดถึงการหนีแรงโน้มถ่วง

มันก็มีจุดบอดอยู่เหมือนกัน

ถ้ามวลรอบตัวเราทั้งหมด
ดึงเราอยู่ตลอดเวลา

แรงโน้มถ่วงของโลกจะเปลี่ยนไปอย่างไร

ถ้าเราขุดโพรงลึกลงไปจากผิวโลก

สมมติว่าคุณทำเช่นนั้นได้
โดยไม่ถูกย่าง หรือโดนอัดทับซะก่อน

ถ้าคุณเอาแกนกลางโลก
ที่เป็นทรงกลมสมบูรณ์ออกไป

ซึ่งนั่นไม่ใช่ความจริง
แต่สมมติเอาแล้วกัน

คุณจะรู้สึกถึงแรงโน้มถ่วงเท่า ๆ กัน
จากรอบด้าน

และคุณก็จะลอย ไร้น้ำหนัก

และได้รับแรงดึงเพียงเล็กน้อย
จากวัตถุบนท้องฟ้า

ฉะนั้น จากการทดลองทางความคิดนี้
คุณสามารถหนีแรงโน้มถ่วงของโลกได้

โดยการมุ่งสู่ใจกลางโลกนี่เอง