Cường độ trường hấp dẫn phụ thuộc vào gì?

Trái Đất níu giữ chúng ta, Mặt Trời giữ Trái Đất, và vũ trụ dường như được “dán” lại với nhau bởi một lực vô hình: lực hấp dẫn. Nhưng cường độ của lực hấp dẫn này – hay nói cách khác, cường độ trường hấp dẫn – không phải là một hằng số bất biến xuyên suốt vũ trụ. Vậy, cường độ trường hấp dẫn phụ thuộc vào những yếu tố nào?

Câu trả lời nằm gọn trong định luật vạn vật hấp dẫn của Newton: cường độ trường hấp dẫn tỷ lệ thuận với khối lượng của vật thể và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách tới tâm vật thể đó. Nói một cách đơn giản hơn: một vật thể càng nặng thì trường hấp dẫn nó tạo ra càng mạnh, và càng xa vật thể đó thì trường hấp dẫn càng yếu.

Hãy hình dung một quả cầu bằng chì và một quả cầu bằng bông gòn có cùng kích thước. Quả cầu chì, với khối lượng lớn hơn, sẽ tạo ra một trường hấp dẫn mạnh hơn đáng kể so với quả cầu bông gòn, dù cả hai cùng kích thước. Đây là minh chứng cho vai trò quyết định của khối lượng trong việc xác định cường độ trường hấp dẫn.

Tuy nhiên, khoảng cách cũng đóng vai trò không kém phần quan trọng. Nếu bạn đứng trên bề mặt Trái Đất, bạn sẽ cảm nhận được một lực hấp dẫn nhất định. Nhưng nếu bạn bay lên vũ trụ, càng xa Trái Đất, lực hấp dẫn bạn cảm nhận sẽ giảm đi rất nhanh, tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Do đó, ở độ cao 10.000 km, lực hấp dẫn sẽ yếu hơn rất nhiều so với khi bạn ở trên mặt đất.

Sự kết hợp giữa khối lượng và bán kính (được xem như khoảng cách đến tâm vật thể nếu ta xem xét trường hấp dẫn trên bề mặt) tạo nên sự khác biệt đáng kể về cường độ trường hấp dẫn giữa các hành tinh. Một hành tinh có khối lượng lớn nhưng bán kính nhỏ, như sao neutron ví dụ, sẽ sở hữu trường hấp dẫn cực kỳ mạnh trên bề mặt. Ngược lại, một hành tinh có khối lượng nhỏ và bán kính lớn sẽ có trường hấp dẫn yếu hơn. Đây là lý do tại sao trọng lượng của một vật thể thay đổi khi ta di chuyển từ hành tinh này sang hành tinh khác – vì cường độ trường hấp dẫn tại mỗi nơi là khác nhau.

Tóm lại, cường độ trường hấp dẫn không chỉ đơn thuần là một hằng số, mà là một đại lượng phụ thuộc trực tiếp vào khối lượng của vật thể và nghịch đảo bình phương khoảng cách đến tâm vật thể đó. Hiểu được mối quan hệ phức tạp này giúp chúng ta lý giải được nhiều hiện tượng thiên văn học và đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu về vũ trụ bao la.