Phải đi bao xa để thoát khỏi lực hấp dẫn? - Rene Laufer

Xem toàn bộ bài học tại: https://ed.ted.com/lessons/how-far-would-you-have-to-go-to-escape-gravity-rene-laufer

Mọi ngôi sao, lỗ đen, con người, điện thoại thông minh và nguyên tử đều liên tục chịu sự tác động của một lực: lực hấp dẫn. Vậy tại sao chúng ta không cảm thấy bị kéo theo hàng tỷ hướng khác nhau? Có nơi nào trong vũ trụ mà không có tác động của lực hấp dẫn? Cùng Rene Laufer đi vào chi tiết các tính chất của lực hấp dẫn.

Bài học: Rene Laufer, đạo diễn: TED-Ed.

Hơn sáu nghìn năm ánh sáng

tính từ bề mặt trái đất,

một sao neutron quay nhanh

được gọi là sao xung Black Widow,

phóng các xung bức xạ
tới bạn đồng hành của nó: sao lùn nâu,

trong lúc quay quanh nhau
với chu kì 9 giờ.

Đứng trên hành tinh của chúng ta,

bạn nghĩ mình chỉ là
người quan sát vở ballet bạo lực này.

Nhưng trên thực tế, cả hai ngôi sao này
đang kéo bạn về phía chúng.

Và bạn cũng đang kéo lại,
kết nối với nhau

qua hàng nghìn tỷ kilômét
bởi lực hấp dẫn.

Lực hấp dẫn là lực hút
giữa hai vật thể có khối lượng -

bất kỳ thứ nào
miễn là nó có khối lượng.

Có nghĩa là mọi vật trong
vũ trụ luôn hấp dẫn một vật khác:

mọi ngôi sao, lỗ đen,

con người, smartphone và nguyên tử,

tất cả đều liên tục kéo nhau.

Vậy tại sao ta không cảm thấy
bị kéo theo hàng tỷ hướng?

Do hai nguyên nhân sau:
khối lượng và khoảng cách.

Phương trình ban đầu mô tả
lực hấp dẫn giữa hai vật

được Isaac Newton viết vào năm 1687.

Các nhà khoa học đã biết nhiều hơn
về lực hấp dẫn,

nhưng định luật hấp dẫn
của Newton

vẫn cho ra một kết quả gần đúng
cho hầu hết các tình huống.

Phương trình đó như sau:

lực hấp dẫn giữa hai vật thể

bằng khối lượng của vật này

nhân với khối lượng của vật kia,

nhân cho một số rất nhỏ

gọi là hằng số hấp dẫn,

và chia cho bình phương
khoảng cách giữa chúng.

Nếu bạn tăng gấp đôi khối lượng
của một trong các vật thể,

lực hấp dẫn giữa chúng
sẽ tăng gấp đôi.

Nếu tăng khoảng cách
giữa chúng lên gấp đôi,

lực hấp dẫn sẽ giảm
còn một phần tư.

Lực hấp dẫn giữa bạn và trái đất
kéo bạn về phía tâm của nó,

lực mà bạn vẫn biết đến
như là trọng lượng của bạn.

Giả sử lực này
là khoảng 800 Newton

khi bạn đứng ở mực nước biển.

Nếu đi đến Biển Chết,

lực này sẽ tăng lên một chút xíu
- một phần trăm.

Và nếu leo lên đỉnh
Everest, lực này sẽ giảm -

nhưng một lần nữa,
một lượng rất nhỏ.

Lên cao hơn nữa,
lực hấp dẫn sẽ tiếp tục giảm

nhưng bạn vẫn không thể nào
thoát khỏi nó.

Trọng lực được tạo ra khi
không-thời gian bị uốn cong -

ba chiều không gian
cộng với thời gian -

uốn cong xung quanh
bất kỳ vật nào có khối lượng.

Lực hấp dẫn của Trái đất
lên Trạm không gian quốc tế,

cách trái đất 400 km,

gần bằng giá trị ban đầu của nó.

Nếu trạm không gian đứng yên
trên đỉnh của một cây cột khổng lồ,

tại đó, bạn vẫn cảm nhận được
chín mươi phần trăm lực hấp dẫn.

Các phi hành gia
chỉ cảm thấy không trọng lượng

bởi vì trạm không gian liên tục
rơi tự do xuống trái đất.

May mắn thay, nó quay quanh hành tinh
đủ nhanh để không bao giờ chạm đất.

Khi lên đến
bề mặt của mặt trăng,

cách ta khoảng 400.000 km,

lực hấp dẫn của Trái Đất lên bạn

sẽ chỉ còn dưới 0,03 phần trăm
so với trên mặt đất.

Lực hấp dẫn duy nhất
mà bạn cảm nhận được là từ mặt trăng,

khoảng một phần sáu
lực hấp dẫn của trái đất.

Tiến ra xa hơn,

lực hấp dẫn của Trái Đất
lên bạn sẽ tiếp tục giảm,

nhưng không bao giờ bằng 0.

Ngay cả khi bị buộc vào trái đất,

ta vẫn phải chịu lực kéo rất nhỏ từ
các thiên thể và những vật gần mình.

Mặt trời tạo ra một lực kéo
khoảng nửa Newton lên bạn.

Nếu cách chiếc smartphone
một vài mét,

bạn sẽ chịu tác động
của một lực cỡ vài piconewton.

Bằng với lực hấp dẫn

giữa bạn và chòm sao Tiên Nữ,

cách bạn 2,5 triệu năm ánh sáng

nhưng có khối lượng lớn
gấp hàng nghìn lần mặt trời.

Nhưng có một sơ hở
khi nói đến việc thoát khỏi lực hấp dẫn.

Nếu tất cả các vật quanh ta
luôn kéo ta về phía nó.

Vậy lực hấp dẫn của Trái đất
sẽ thay đổi ra sao

nếu đi sâu
vào lòng trái đất,

nếu bạn có thể làm vậy
mà không bị nướng chín hoặc nghiền nát?

Giả sử tâm của Trái đất rỗng -

đó là điều không tưởng,
nhưng hãy giả là như thế -

bạn sẽ cảm nhận cùng một lực kéo
như nhau từ mọi phía.

Bạn sẽ ở trạng thái lơ lửng,
không trọng lượng,

chỉ phải chịu những lực kéo
vô cùng nhỏ từ các thiên thể khác.

Vậy nên, bạn có thể thoát khỏi
lực hấp dẫn của Trái Đất

trong thí nghiệm tưởng tượng này,

nhưng bằng một cách duy nhất
là đi thẳng vào tâm nó.