Есть ли в космосе традиционные "верх" и "низ"?

Основываясь на опыте астронавтов, легко подумать, что обычные обозначения, которые мы используем для определения нашего положения, такие как верх и низ или север и юг, больше не применимы вне Земли.

В некотором смысле это верно, но все еще возможно использовать человеческое восприятие пространства и времени, чтобы ориентироваться среди звезд.

Так же, как и на Земле, астронавты на борту МКС испытывают гравитацию, одну из четырех фундаментальных сил во Вселенной. По словам Санджаны Кертис, астрофизика-ядерщика из Чикагского университета, среди физиков преобладает мнение, что "вниз" - это просто направление, в котором гравитация тянет вас, а "вверх" - противоположное направление. Невесомость астронавтов проистекает из того факта, что МКС и люди внутри нее свободно падают к центру Земли, притягиваемые "вниз" гравитационной силой планеты. Станция остается в воздухе, потому что скорость станции и возникающая в результате центробежная сила, которую она генерирует, толкают ее "вверх", или прочь от Земли, со скоростью, примерно равной силе тяжести. Это равновесие называется стабильной орбитой.

"Это одна из самых захватывающих особенностей физики - то, что у нас есть основа для описания и придания смысла вещам, которые не понятны или которые мы не в состоянии воспринять", - отметил Кертис в интервью Live Science. "Верх" и "низ" могут быть расплывчатыми терминами, но в физике вы всегда можете найти подходящее определение.

Альберт Эйнштейн описал гравитацию как деформацию ткани пространства-времени, для иллюстрации этой теории ученые часто используют упрощенную аналогию с натянутой простыней. Если вы поместите шар для боулинга на простыню, его масса заставит ее прогнуться вниз в центре.

Если вы затем добавите шарик, он покатится к нижней части этого углубления, втягиваемый силой тяжести.

Каждый объект, обладающий массой, искривляет пространственно-временной континуум. Таким образом, маловероятно, что во Вселенной есть какое-либо место, которое не подвержено гравитации, считает Джессика Эскивел, специалист по физике элементарных частиц из Лаборатории Ферми в Иллинойсе. Если вы положите на простыню еще один шарик — даже на самом краю — он все равно будет двигаться вниз. "В любом месте космоса вы почувствуете искривление, это вызвано гравитацией", - сказала она.

Вообще говоря, чем массивнее объект, тем глубже деформация и сильнее притяжение, но ваша близость также имеет значение. По этой причине планета, на которой вы стоите, будь то Земля или Марс, всегда будет оказывать на вас самое сильное гравитационное воздействие. В то же время планеты нашей солнечной системы притягиваются к центру Солнца. Еще дальше массивная черная дыра в центре нашей галактики притягивает к себе всю солнечную систему. За пределами галактики наибольшее притяжение наблюдается к ближайшему скоплению галактик.

"Вы можете увеличивать и уменьшать масштаб и видеть разные глубины этой пространственно-временной ткани", - сказала Эскивель.

Хотя гравитация является фундаментальной силой, мы многого в ней не понимаем. Например, ученые не включают гравитацию в стандартную модель физики элементарных частиц, потому что ведущая теория гравитации — общая теория относительности Эйнштейна — до сих пор оказалась несовместимой со стандартной моделью.

"Одна из самых сложных вещей в моей работе - пытаться мыслить вне этих двоичных файлов, представлять пространство, где нет ни верха, ни низа, ни вперед, ни назад, ни прошлого, ни настоящего, - заключает Эскивель.