ఈ సమాధానం కోసం, ఖగోళశాస్త్రం కు సంబందించిన ఇద్దరు ప్రముఖ శాస్త్రవేత్తలు (వీరు మనందరికీ సుపరిచితులే ) ప్రతిపాదించిన సిదంతాలను మీ ముందు ఆవిష్కరించే ప్రయత్నం చేస్తాను.
ఐజాక్ న్యూటన్ 1687 వ సంవత్సరం లో గురుత్వాకర్షణకు సంబంధించిన సిద్ధాంతమును Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica అనే గ్రంధములో పొందుపరిచారు. మాస్( ద్రవ్యరాశి) ఉన్న ప్రతీ పదార్ధము, ఇతర పదార్థములను ఆకర్షిస్తుంది, ఈ ఆకర్షణనే గురుత్వాకర్షణ శక్తి అని న్యూటన్ ప్రతిపాదించారు. గురుత్వాకర్షణ శక్తి రెండు పధార్ధాల యొక్క మాస్ కి ( ద్రవ్యరాశి కి ) అనులోమానుపాతంగాను (directly proportional ), వాటి మధ్య దూరానికి విలోమానుపాతంగాను (inversely proportional) ఉంటుంది.
Gravitational force (గురుత్వాకర్షణ శక్తి) = (G * m1 * m2) / (r^2)
ఇక్కడ G అనేది గురుత్వాకర్షణ స్థిరాంకం (gravitational constant), m1 మరియు m2 లు రెండు పదార్దాలకు సంబందించిన మాస్ (ద్రవ్యరాశి), r ఆ రెండు పదార్థాలమధ్య దూరంను సూచిస్తుంది. దీని బట్టి మనకు రెండు పదార్దాల యొక్క మాస్ (ద్రవ్యరాశి) పెరిగితే గురుత్వాకర్షణ శక్తి పెరుగుతుంది అని, మరియు వాటి మధ్య దూరం పెరిగితే ఆ రెండిటి మధ్య గురుత్వాకర్షణ శక్తి తగ్గుతుంది అని మనకు అర్ధమవుతుంది.
ఇప్పుడు మన భూమి మాస్ (ద్రవ్యరాశి) m1 అని మనం అనుకుంటే, మరియు భూమి మీద మరొక పదార్ధం m2 గనక ఉంటే, మన భూమి మరో పదార్థమును ఆకర్షించే తీవ్రత (acceleration) నేను కింద చేసిన చిన్న లెక్క ద్వారా మనకు తెలుస్తుంది, (ఈ లెక్కకు Newton Second law మీకు తెలిస్తే చాలు) :
Derivation:
భూమికి ఉన్న గురుత్వాకర్షణ శక్తీ కారణంగా, భూమి మీద ఉన్న మరో పదార్ధం యొక్క సగటు త్వరణం (acceleration ) approximately= 9.81 m/s^2
నేను చేసిన లెక్క బాగానే ఉంది కానీ, అసలు రెండు పదార్థాల (two masses) మధ్య ఆకర్షణ ఎందుకు ఉండాలి? మనం ఇసాక్ న్యూటన్ ను ఇదే ప్రశ్న అడిగిన ఆయన మౌనము గానే ఉంటారు, ఎందుకంటే ఇసాక్ న్యూటన్ గారికి కూడా ఈ విషయం అంతుచిక్క లేదు ఆ కాలం లో!
Issac Newton Quote:
“Gravity must be caused by an agent, acting constantly according to certain laws; but whether this agent be material or immaterial, I have left to the consideration of my readers”
ఆల్బర్ట్ అయిన్‌స్టయిన్:
1916 లో ఆల్బర్ట్ అయిన్‌స్టయిన్ తాను దశాబ్దం పాటు శ్రమించి కనిపెట్టిన సాధారణ సాపేక్షత సిద్ధాంతమును (theory of general relativity) ఈ ప్రపంచానికి ప్రతిపాదించాడు. ఈ సిద్ధాంతo ద్వారా అయిన్‌స్టయిన్ రెండు పదార్దాల మధ్య గురుత్వాకర్షణ ఉండడానికి గల కారణాలు వివరించారు. ఒక పదార్థం యొక్క మాస్ (ద్రవ్యరాశి) స్పేస్ ని వక్రతకు (curvature in space) గురుచేస్తుందని, స్పేస్ లేదా స్థలములో వక్రత ఏర్పడిన కారణముగా, దాని దగ్గర తిరుగుతన్న మరో పదార్ధం ఆ వక్రత ద్వర్ర ప్రభావం చెంది, ఆకర్షణకు గురి అవుతుందని చెప్పాడు. దీన్ని సరళముగా అర్ధం చేసుకోవాలంటే ఈ కింది ఉదాహరణ చుడండి,
పైన చిత్రములో బులుగు గుడ్డ స్పేస్ (స్థలము) గా, మధ్యలోఉన్న బరువు సూర్యునిగా మనం భావిదాం. ఇప్పుడు మీరు బులుగు గుడ్డ వక్రతకు గురిఅవ్వడం గమనించవచ్చు. చిత్రములో మిగతా రంగుల బంతులు గ్రహాలుగా మనం భావిస్తే, అవి బులుగు గుడ్డ వక్రత కారణంగా సూర్యుని (చిత్రంలో మధ్య బరువు) చుట్టు తిరుగుతాయి అని మనం తేలికగా ఊహించవచ్చు. అదేవిధంగా విశ్వంలో కూడా, ఒక పదార్థం యొక్క మాస్ (ద్రవ్యరాశి) స్పేస్ లో వక్రత గురిచేసి(curvature in space), తద్వారా మరో పదార్థమును ఆకర్షణకు గురిచేయడం జరుగుతుంది. దీనినే మనం గురుత్వాకర్షణ అని అర్ధం చేసుకోవాలి.
ఇంకొక అడుగు ముందుకేస్తే, విశ్వంలో స్థలం, కాలము అనేవి వేర్వేరు నిరూపకాలు వుండవు. కనుక చతుర్మితీయమైన స్థలకాలం (spacetime) అనే కొత్త భావన మనం గనక ఉహించగలితే, స్థలకాలం యొక్క వక్రత వలన గురుత్వాకర్షణ ఏర్పడుతుందని మనం అర్ధం చేసుకోవచ్చు. ఆశ్చర్యకరమయిన విషయం ఏమిటంటే, సమయం లేదా కాలం (time) ఎప్పుడు స్థిరముగా ముందుకు జరగదు, మనం ప్రయాణించే స్థలకాలం (spacetime) బట్టి వేగంగా లేదా నెమ్మదిగా కదులుతుంది. దీనినే time dilation అని కూడా మనం అనుకోవచ్చు (this is seen in the famous movie interstellar).
Sources: Google Images, Wikipedia, Fundamentals of physics books.
