Tak właściwie, grawitacja jest najsłabszą z czterech podstawowych sił. Uporządkowane od najsilniejszego do najsłabszego, siły są 1) silna siła jądrowa, 2) siła elektromagnetyczna, 3) słaba siła jądrowa, oraz 4) powaga. Jeśli weźmiesz dwa protony i utrzymasz je bardzo blisko siebie, będą wywierać na siebie kilka sił. Ponieważ oba mają masę, oba protony wywierają na siebie przyciąganie grawitacyjne. Ponieważ oba mają dodatni ładunek elektryczny, oba wywierają na siebie odpychanie elektromagnetyczne. Także, obaj mają wewnętrzne “kolor” ładunek i w ten sposób wywierają przyciąganie poprzez silne oddziaływanie jądrowe. Ponieważ silne oddziaływanie jądrowe jest najsilniejsze na krótkich dystansach, dominuje nad innymi siłami i dwa protony zostają związane, tworząc jądro helu (zazwyczaj do utrzymania stabilności jądra helu potrzebny jest również neutron). Grawitacja jest tak słaba w skali atomowej, że naukowcy zazwyczaj mogą ją zignorować bez popełnienia znaczących błędów w swoich obliczeniach.

Jednakże, w skalach astronomicznych, grawitacja rzeczywiście dominuje nad innymi siłami. Odpowiedź leży w zbieżnej ewolucji: 1) grawitacja ma duży zasięg, oraz 2) nie ma czegoś takiego jak masa ujemna. Każda siła zanika, gdy dwa obiekty doświadczające tej siły stają się coraz bardziej rozdzielone. Szybkość zanikania sił jest różna dla każdej siły. Silne i słabe siły nuklearne mają bardzo krótki zasięg, co oznacza, że ​​poza maleńkimi jądrami atomów, siły te szybko spadają do zera. Niewielki rozmiar jąder atomów jest bezpośrednim skutkiem ekstremalnie krótkiego zasięgu sił jądrowych. Dwie cząstki oddalone od siebie o nanometry są zbyt daleko od siebie, aby wywierać na siebie znaczną siłę jądrową. Jeśli siły jądrowe są tak słabe dla dwóch cząstek oddalonych od siebie o zaledwie nanometry, powinno być oczywiste, że siły nuklearne są jeszcze bardziej pomijalne w skali astronomicznej. Na przykład, Ziemia i Słońce są od siebie zbyt odległe (miliardy metrów) aby ich siły nuklearne mogły się dosięgnąć. W przeciwieństwie do sił nuklearnych, zarówno siła elektromagnetyczna, jak i grawitacja mają faktycznie nieskończony zasięg* i zanikają wraz z siłą 1/r².

Jeśli zarówno elektromagnetyzm, jak i grawitacja mają faktycznie nieskończony zasięg, dlaczego Ziemia utrzymuje się na orbicie wokół Słońca dzięki grawitacji, a nie dzięki sile elektromagnetycznej? Powodem jest to, że nie ma czegoś takiego jak masa ujemna, ale istnieje coś takiego jak ujemny ładunek elektryczny. Jeśli umieścisz pojedynczy dodatni ładunek elektryczny w pobliżu pojedynczego ujemnego ładunku elektrycznego, a następnie zmierzyć ich łączną siłę na innym, odległy ładunek, okazuje się, że ładunek ujemny ma tendencję do nieco znoszenia ładunku dodatniego. Taki obiekt nazywa się dipolem elektrycznym. Siła elektromagnetyczna wywołana przez dipol elektryczny zanika jako 1/r³ a nie 1/r² z powodu tego efektu anulowania. podobnie, jeśli weźmiesz dwa dodatnie ładunki elektryczne i dwa ładunki ujemne i umieścisz je odpowiednio blisko siebie, stworzyłeś elektryczny kwadrupol. Siła elektromagnetyczna wytwarzana przez elektryczny kwadrupol zanika jeszcze szybciej, jako 1/r⁴, ponieważ ładunki ujemne tak dobrze znoszą ładunki dodatnie. W miarę dodawania coraz większej liczby ładunków dodatnich do równej liczby ładunków ujemnych, zasięg siły elektromagnetycznej układu staje się coraz krótszy. Co ciekawe, większość obiektów składa się z atomów, a większość atomów ma taką samą liczbę dodatnich i ujemnych ładunków elektrycznych. W związku z tym, pomimo faktu, że surowa siła elektromagnetyczna pojedynczego ładunku ma nieskończony zasięg, efektywny zasięg siły elektromagnetycznej dla typowych obiektów, takich jak gwiazdy i planety, jest znacznie krótszy. W rzeczywistości, atomy obojętne mają efektywny zakres elektromagnetyczny rzędu nanometrów. W skalach astronomicznych, pozostawia to tylko grawitację. Gdyby istniało coś takiego jak masa ujemna (antymateria ma masę dodatnią), i czy atomy na ogół zawierały równe części masy dodatniej i ujemnej, wówczas grawitację spotkałby taki sam los jak elektromagnetyzm i nie byłoby znaczącej siły w skali astronomicznej. na szczęście, nie ma masy ujemnej, dlatego też siła grawitacji wielu ciał znajdujących się blisko siebie zawsze się sumuje. W podsumowaniu, grawitacja jest najsłabszą z sił w ogóle, ale jest dominujący w skalach astronomicznych, ponieważ ma najdłuższy zasięg i ponieważ nie ma masy ujemnej.

*UWAGA: W powyższym opisie, Użyłem starszego Newtonowskiego sformułowania grawitacji. Grawitację dokładniej opisuje sformułowanie Ogólnej Teorii Względności, co mówi nam, że grawitacja nie jest prawdziwą siłą, ale zakrzywieniem czasoprzestrzeni. W skalach mniejszych niż grupy galaktyk i z dala od supergęstych mas, takich jak czarne dziury, Grawitacja Newtona jest doskonałym przybliżeniem ogólnej teorii względności. Jednakże, aby właściwie wyjaśnić wszystkie skutki, musisz skorzystać z ogólnej teorii względności. Zgodnie z ogólną teorią względności i wieloma potwierdzającymi ją pomiarami eksperymentalnymi, grawitacja nie ma nieskończonego zasięgu, ale odchodzi w skali większej niż grupy galaktyk. W związku z tym, grawitacja ma tylko 1/r² zachowanie i “Nieograniczony” zasięg w skali mniejszej niż grupy galaktyk. Dlatego powiedziałem, że grawitacja tak “efektywnie” nieskończony zasięg. Na największą skalę, nasz wszechświat raczej się rozszerza, niż jest przyciągany grawitacyjnie. To zachowanie jest przewidywane przez Ogólną Teorię Względności. W skalach mniejszych niż grupy galaktyk, czasoprzestrzeń działa w sposób dominujący jak atrakcyjna grawitacja Newtona, podczas gdy na większą skalę, czasoprzestrzeń zachowuje się jak coś zupełnie innego, co się rozszerza.

Kredyt:https://wtamu.edu/~cbaird/sq/2013/05/22/dlaczego-grawitacja-najsilniejsza-siła/