Oddziaływanie
grawitacyjne, grawitacja, ciążenie powszechne, jedno z fundamentalnych
oddziaływań fizycznych. Zachodzi pomiędzy ciałami posiadającymi masę (masa
grawitacyjna).
Klasyczna
teoria grawitacji została opracowana przez I. Newtona w 1687. Teoria Newtona
poprawnie opisuje słabe pola grawitacyjne. Ściślej zjawiska grawitacyjne
opisuje einsteinowska ogólna teoria względności (OTW, 1916).
W ujęciu Newtona, w odległości r od ciała o
masie M istnieje grawitacyjne pole potencjalne o potencjale ϕ danym skalarną funkcją:
ϕ=-grad GM/r
gdzie G grawitacji stała. Każde ciało
posiadające masę umieszczone w tym polu nabywa przyspieszenie g dane wzorem
g = -gradϕ
siła jaką działa ciało I (o masie M) na
oddalone o r, ciało II (o masie m) wynosi
F=-gMmr/r3.
Zgodnie z III zasadą dynamiki Newtona
identyczną co do wartości lecz przeciwnie skierowaną siłą działa ciało II na I.
Prawo
powszechnego ciążenia jest uogólnieniem praw rządzących obrotem planet wokół
Słońca. Newton odkrył je analizując prawa Keplera. Siły grawitacyjne są na ogół
bardzo słabe, wg teorii Newtona oddziaływania grawitacyjne rozchodzą się z
nieskończoną prędkością: zmiana położenia jakiegoś ciała wywołuje
natychmiastową zmianę położeń wszystkich innych ciał we wszechświecie, tego
typu oddziaływanie jest niezgodne z postulatem teorii względności, który głosi,
że maksymalną prędkością rozchodzenia się oddziaływań fizycznych jest prędkość
światła c.
W ujęciu Einsteina siły grawitacyjne są
analogiczne do sił bezwładności (tzw. zasada równoważności Einsteina). Zgodnie
z tym przyspieszenie oraz siły grawitacyjne są efektem czysto geometrycznym,
pojawiają się na skutek zakrzywienia przestrzeni. Podstawowymi pojęciami
charakteryzującymi pole grawitacyjne w tym ujęciu są: tensor krzywizny Riemanna
zastępujący
siłę grawitacji i wyrażony przez symbole Christoffela oraz tensor metryczny gαβ
grający podobną rolę jak potencjał w ujęciu klasycznym.
Pierwszym sukcesem teorii Einsteina było wyjaśnienie tzw. nadwyżki ruchu peryhelium Merkurego oraz przewidywania potwierdzone obserwacyjnie dotyczące krzywoliniowego rozchodzenia się światła w polach grawitacyjnych. Trwają poszukiwania doskonalszej teorii grawitacji, uwzględniającej kwantową naturę pól fizycznych.