แรงโน้มถ่วง คืออะไร?

แรงโน้มถ่วง มีความสำคัญต่อการดำรงอยู่ของเรา แต่เคยสงสัยหรือไม่ว่าทำไมมันถึงมีอยู่หรือมันคืออะไร?

ในบทความนี้ เราจะมาสำรวจธรรมชาติของแรงโน้มถ่วง และผลกระทบที่มีต่อเรา และโลกของเรากันครับ

แรงโน้มถ่วงหมายถึงอะไรและทำงานอย่างไร

เราทุกคนต่างทราบดีว่ามีแรงที่เรียกว่า แรงโน้มถ่วง ซึ่งดึงดูดวัตถุเข้าหาตัวมันเอง และทำให้เราอยู่บนพื้นได้

โดยที่มาของคำว่าแรงโน้มถ่วงในภาษาอังกฤษ มาจากคำภาษาละตินว่า Gravitas ซึ่งหมายถึงน้ำหนัก กลายมาเป็นคำว่า Gravity ในภาษาอังกฤษ

บนโลก แรงโน้มถ่วงทำให้สิ่งต่าง ๆ มีน้ำหนัก ในขณะที่แรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ก็ส่งผลต่อกระแสน้ำบนโลกด้วย

ในระบบสุริยะ แรงโน้มถ่วงมีบทบาทที่หลากหลาย และทำให้ดาวเคราะห์ทุกดวงโคจรรอบดวงอาทิตย์

แรงโน้มถ่วงทำให้สิ่งต่าง ๆ ตกลงมาเมื่อเราทิ้งมันลงบนพื้นโลก เช่น เดียวกับการที่ทำให้เท้าเราเหยียบถึงพื้นหลังจากการกระโดด

ใครเป็นคนสร้างทฤษฎีแรงโน้มถ่วง?

Sir Isaac Newton นักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ได้พิจารณาถึงพลังของธรรมชาติหลังจากได้เห็นลูกแอปเปิ้ลตกลงมาจากต้นไม้ เขาก็ได้เกิดความคิดว่าอะไรทำให้เกิดเหตุการณ์นี้ขึ้น

แอปเปิลจะต้องถูกดึงลงมายังพื้นโลกด้วยแรงบางอย่าง แรงที่ทำให้มันตกลงมาถึงพื้นและหยุดเคลื่อนไหว

นิวตันเริ่มพิจารณาว่าแรงนี้ อาจจะไม่ได้ส่งผลเพียงแค่บนโลกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงที่อื่น ๆ ในระบบสุริยะด้วย

เขาเสนอแนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงในปี ค.ศ. 1632 และสร้างกฎแรงโน้มถ่วงขึ้น ซึ่งมันช่วยให้นักฟิสิกส์คนอื่น ๆ ในขณะนั้นให้เข้าใจว่าระบบสุริยะทำงานอย่างไร

ในสมัยก่อนชาวกรีกคิดว่าระบบสุริยะถูกควบคุมโดยพระเจ้าและมีรูปแบบตามธรรมชาติก่อนที่จะค้นพบแรงโน้มถ่วง

แรงโน้มถ่วงวัดได้อย่างไร?

การวัดแรงโน้มถ่วงจะใช้เทคนิคที่เรียกว่า Gravimetry ซึ่งเป็นการวัดความเข้มของสนามโน้มถ่วง

สิ่งนี้วัดโดยใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่ากราวิมิเตอร์ ซึ่งพูดง่าย ๆ ก็คือ นับความเร่งที่ลดลงของแรงโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง

จากการทดลอง กราวิมิเตอร์ ได้เผยว่า มีการเปลี่ยนแปลงของแรงโน้มถ่วงเพียง 0.5% บนพื้นผิวโลก

การเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องของดวงอาทิตย์และดวงจันทร์ มีอิทธิพลต่อแรงโน้มถ่วงของโลก

Gravimeters (กราวิมิเตอร์) เป็นเครื่องมือวัดแรงโน้มถ่วงของโลก ถูกนำมาใช้ประโยชน์ในการสำรวจธรณีฟิสิกส์ การขุดสำรวจ และการวัดสนามโน้มถ่วงเพื่อศึกษาเรื่องแผ่นดินไหว

แม้ว่า Gravimeters จะถูกนำมาใช้บนโลกเท่านั้น แต่ในทางทฤษฎีก็สามารถใช้วัดสนามโน้มถ่วงบนพื้นผิวอื่น ๆ ได้เช่นกัน เช่น บนดวงจันทร์ เป็นต้น

จะเกิดอะไรขึ้นกับโลกถ้าแรงโน้มถ่วงหายไป?

แม้ว่าการที่แรงโน้มถ่วงจะหายวับไปอย่างกะทันหันนั้นไม่น่าจะเป็นไปได้ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ได้พยายามคาดการณ์ว่าจะเกิดอะไรขึ้นหากไม่มีแรงโน้มถ่วง

จากบทความของ BBC ในปี 2016 หากโลกไม่มีแรงโน้มถ่วง โลกก็อาจจะแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยและลอยออกไป

สิ่งต่าง ๆ เช่น น้ำในมหาสมุทร น้ำในแม่น้ำ ก็จะลอยหายไป

พื้นดินจะสลายตัวและเราก็จะลอยเป็นอะตอมในอวกาศ

หากดวงอาทิตย์ไม่มีแรงโน้มถ่วง ที่จะรักษาแรงดันภายในไว้ให้อยู่ในการควบคุม ก็จะพบกับสถานการณ์ที่คล้ายคลึงกันและระเบิดขึ้น

ในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง จะเกิดอะไรขึ้นกับมนุษย์?

การใช้ชีวิตในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงนั้นไม่เพียงแต่เป็นเรื่องท้าทายของนักบินอวกาศเท่านั้น แต่ยังส่งผลเสียต่อร่างกายอีกด้วย

เนื่องจากมนุษย์มีวิวัฒนาการควบคู่ไปกับแรงโน้มถ่วง แรงโน้มถ่วงทำให้กล้ามเนื้อบางกลุ่มเกิดการใช้งาน แม้แต่การทำอะไรง่าย ๆ อย่างเช่น การยืนขึ้นก็ต้องใช้กล้ามเนื้อ เพื่อยึดให้ตัวเราตั้งตรงไว้ได้ ในสภาวะที่มีแรงโน้มถ่วง

Jay Buckey แพทย์และนักบินอวกาศของ NASA ได้ทำการวิจัยว่า ร่างกายของเราจะตอบสนองอย่างไรในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง

เนื่องจากสภาวะที่ไม่มีแรงโน้มถ่วงในอวกาศ สิ่งที่เกิดขึ้นคือ นักบินอวกาศจะสูญเสียมวลกระดูกและความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ

นี่เป็นเพราะว่า หากไม่มีแรงมากระทบกับร่างกาย ร่างกายก็ไม่จำเป็นต้องใช้กล้ามเนื้อเพราะว่าทุกส่วนกำลังลอยอยู่

ส่วนผลกระทบอื่น ๆ ต่อร่างกาย เช่น การสูญเสียการทรงตัว ก็เป็นผลมาจากการที่ร่างกายไม่ได้ใช้กล้ามเนื้อเพื่อรองรับตัวเอง

ร่างกายมนุษย์มีวิวัฒนาการให้ทำงานกับแรงโน้มถ่วง ซึ่งจะสร้างความเครียดให้กับร่างกายของเราทุกวัน (ความเครียดที่เกิดจากแรงโน้มถ่วง กระทำต่อกล้ามเนื้อ) หากปราศจากแรงโน้มถ่วง ร่างกายของเราก็จะค่อย ๆ เสื่อมลงเพราะกล้ามเนื้อจะไม่ได้ถูกใช้งาน

นี่คือเหตุผลที่นักบินอวกาศสามารถอยู่ในอวกาศได้ในเวลาจำกัด เพราะมันจะส่งผลให้ร่างกายของพวกเขาอ่อนแอลง ซึ่งจะแสดงออกได้ชัดเมื่อพวกเขากลับมายังโลก

จากการศึกษาพบว่าจะต้องใช้เวลาสองถึงสามปีในการฟื้นฟูความหนาแน่นของกระดูกที่สูญเสียไปให้ฟื้นขึ้นมาใหม่ หากใช้เวลาประมาณสามเดือนในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง

แรงโน้มถ่วงมีอยู่ใต้น้ำหรือไม่?

ใช่ มีแรงโน้มถ่วงอยู่ใต้น้ำ แรงโน้มถ่วงใต้น้ำเท่ากับแรงโน้มถ่วงบนบก

แต่สิ่งหนึ่งที่มีผลต่อการจมหรือลอยของสิ่งต่าง ๆ ที่อยู่ในน้ำคือเรื่องของความหนาแน่น

วัตถุที่มีความหนาแน่นมากกว่าความหนาแน่นของน้ำจะจมลง ส่วนวัตถุที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าความหนาแน่นของน้ำจะลอย

แรงโน้มถ่วงมีอยู่บนดาวเคราะห์ทุกดวงหรือไม่?

มีการถกเถียงกันมากมายเกี่ยวกับแนวคิดเรื่องแรงโน้มถ่วงว่ามีอยู่ในดาวเคราะห์ทุกดวงหรือไม่

ทฤษฎีที่ยอมรับกันอย่างกว้างขวางที่สุดคือแรงโน้มถ่วงเป็นผลมาจากมวลของดาวเคราะห์ ยิ่งดาวเคราะห์มีมวลมากเท่าใด ก็ยิ่งมีแรงโน้มถ่วงมากขึ้นเท่านั้น

อย่างไรก็ตาม มีบางคนที่เชื่อว่าแรงโน้มถ่วงเป็นผลมาจากขนาดของดาวเคราะห์ ยิ่งดาวเคราะห์มีขนาดใหญ่เท่าใด ก็ยิ่งมีแรงโน้มถ่วงมากขึ้นเท่านั้น

ไม่มีคำตอบที่แน่ชัด แต่คำอธิบายที่เป็นไปได้มากที่สุดคือแรงโน้มถ่วงเป็นผลมาจากมวลของดาวเคราะห์

สรุป

แรงโน้มถ่วงสามารถอธิบายได้ว่าเป็นแรงที่ดึงดูดวัตถุทั้งหมดที่มีมวลเข้าหากัน แรงโน้มถ่วงส่งผลต่อวิธีที่วัตถุทำปฏิกิริยาต่อกัน แรงโน้มถ่วงสามารถสังเกตเห็นได้ชัดเมื่อวัตถุตกลงสู่พื้นผิวโลก แต่การตกหลุมรักใครซักคนอาจจะไม่เกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงนะครับ 😆

อ่านบทความอื่น ๆ เพิ่มเติม คลิก

ติดตามครูเฟิร์สใน Facebook Fanpage : ครูเฟิร์ส The Guru First คลิก

References

• https://en.wikipedia.org/wiki/Gravity
• https://en.wikipedia.org/wiki/History_of_gravitational_theory
• https://en.wikipedia.org/wiki/Effect_of_spaceflight_on_the_human_body
• https://en.wikipedia.org/wiki/Gravimetry
• https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/gravimeter
• https://www.universetoday.com/35565/gravity-on-other-planets/
• https://www.wtamu.edu/~cbaird/sq/2012/12/18/why-is-there-no-gravity-in-space/
• https://ed.ted.com/lessons/gravity-and-the-human-body-jay-buckey
• https://www.bbcearth.com/