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Gravitazione

La teoria della gravitazione comprende l'insieme delle leggi e delle relazioni che descrivono il comportamento dinamico dei corpi sottoposti alla forza di gravità, una delle quattro forze o interazioni fondamentali della natura. Fu descritta per la prima volta in maniera precisa da Isaac Newton (1642-1727) mediante la relazione: 

F = Gm₁m₂/d²

secondo cui, fra due corpi di massa m₁ e m₂ posti ad una distanza d si manifesta una forza F che è sempre attrattiva e direttamente proporzionale al prodotto delle due masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza (il termine G è la costante di gravitazione universale e vale 6,67 · 10^-11 N/m²kg²). La forza di gravità ha un raggio d'azione infinito: regola sia il moto di un pianeta attorno al Sole sia la caduta di un corpo alla superficie della Terra.

Ciascun corpo dotato di massa determina attorno a sé un campo gravitazionale, cioè una zona di spazio in cui altre masse risentono della sua attrazione gravitazionale. Un corpo che si muove in un campo gravitazionale  (per esempio, una cometa nel campo del Sole) può seguire solo tre possibili traiettorie, a seconda del valore della sua velocità iniziale e della direzione di moto: iperbolica, parabolica, ellittica. Le prime due sono traiettorie aperte (il corpo si allontana indefinitamente dalla sorgente del campo), mentre la terza è chiusa (il corpo rimane legato alla sorgente del campo). La velocità necessaria per allontanarsi indefinitamente da un corpo, vincendo la forza di gravità, è detta velocità di fuga.

Lo sviluppo più importante è costituito dalla teoria della relatività generale, formulata inizialmente da Albert Einstein (1879-1955) nel 1916. Uno dei punti importanti di tale teoria è che la presenza di una massa deforma la geometria dello spazio, determinando, per esempio, la curvatura dei cammini dei raggi di luce che passano vicino ad una grande massa (come quella di una galassia) e quindi provocando una deformazione dell'immagine della sorgente della luce, una specie di miraggio chiamato lente gravitazionale. Secondo questa teoria, una massa che oscilla produce onde nel campo gravitazionale: queste onde gravitazionali sono estremamente deboli e finora non ne sono state rilevate, perlomeno in modo diretto. Secondo la teoria quantistica dei campi, anche per il campo gravitazionale dovrebbe esistere una particella che trasporta la forza rendendo possibile l'interazione fra i corpi dotati di massa: la particella viene chiamata gravitone.

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