β) Το βαρυτικό πεδίο

Ο μαθητής που σπρώχνει το θρανίο του, ή ο αέρας που κινεί το ιστιοφόρο, λέμε πως ασκεί δύναμη. Όταν προσπαθούμε να κατεβάσουμε το δεμένο με νήμα χαρταετό, λέμε πάλι πως ασκούμε δύναμη. Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, αυτός που ασκεί δύναμη και αυτός που τη δέχεται, έχουν μεταξύ τους επαφή, η οποία είναι άμεση στα πρώτα δύο παραδείγματα και έμμεση στο τρίτο. Τέτοιες δυνάμεις άμεσης ή έμμεσης επαφής που προέρχονται από την καθημερινή μας εμπειρία τις αποδεχόμαστε χωρίς καμία δυσκολία. Πώς όμως να κατανοήσουμε την έλξη που ασκεί η Γη σε όλα τα σώματα ή ακόμη καλύτερα, την έλξη που ασκεί η Γη στη Σελήνη ή στους τεχνητούς δορυφόρους; Με άλλα λόγια, πώς να αντιληφθούμε το μηχανισμό με τον οποίο ασκούνται δυνάμεις από μακριά, χωρίς καμία επαφή, όπως είναι παραδείγματος χάρη η βαρυτική έλξη; Όπως έλεγε ο Νεύτωνας, “είναι αδιανόητο, η άψυχη ύλη (Γη), να δρα και να επηρεάζει μία άλλη (Σελήνη), χωρίς αμοιβαία επαφή. Η βαρυτική έλξη ανάμεσα στη Γη και τη Σελήνη, πρέπει να προκαλείται από ένα μέσο για το οποίο δεν ξέρω αν είναι υλικό ή άυλο”. Σήμερα στη Φυσική έχει γίνει αποδεκτή η έννοια του βαρυτικού πεδίου, με την οποία προσπαθούμε να περιγράψουμε τις βαρυτικές έλξεις.

Με τον όρο βαρυτικό πεδίο, εννοούμε το χώρο γύρω από μία οποιαδήποτε μάζα Μ, ο οποίος έχει αποκτήσει την ιδιότητα να ασκεί δύναμη σε κάθε άλλη μάζα m, που θα βρεθεί στο χώρο αυτό. Τη μάζα Μ, στην οποία αποδίδουμε τη δημιουργία του πεδίου, θα την ονομάζουμε πηγή του πεδίου, και την m, που δέχεται τη δύναμη, υπόθεμα (Eικ. 1.4.2). Το χρωματικό φόντο γύρω από την πηγή και το υπόθεμα, είναι ένας τρόπος με τον οποίο αποδίδουμε την ιδιότητα του χώρου να ασκεί δυνάμεις (Eικ. 1.4.2.). Αν ως πηγή του πεδίου θεωρήσουμε τη μάζα της Γης, ο χώρος γύρω από αυτή ονομάζεται βαρυτικό πεδίο της Γης. Αυτός ο χώρος ασκεί βαρυτική έλξη σε κάθε σώμα που βρίσκεται μέσα σε αυτόν και που μπορεί να είναι ένα οποιοδήποτε αντικείμενο ή η Σελήνη ή κάποιος από τους μακρινούς πλανήτες. Η δύναμη αυτή κατευθύνεται πάντα προς το κέντρο της Γης και ονομάζεται βάρος του σώματος (Eικ. 1.4.3). Είναι σημαντικό να επισημάνουμε, πως χρειάστηκε η διορατικότητα ενός Νεύτωνα, για να αντιληφθούμε ότι αυτή η δύναμη είναι υπεύθυνη για την πτώση των σωμάτων αλλά και για την περιφορά της Σελήνης γύρω από τη Γη. Η ιδέα του βαρυτικού πεδίου της Γης, αφενός μεν περιγράφει την άσκηση των βαρυτικών έλξεων που ασκεί η Γη από μακριά σε όλα τα σώματα, αφετέρου δε υποστηρίζει πως ανάμεσα στη Γη, ως πηγή του πεδίου, και σε κάθε άλλο σώμα, ως υπόθεμα υπάρχει αλληλεπίδραση. Με άλλα λόγια, δεν μπορούμε να μιλάμε για την επίδραση, αλλά μόνο για την αλληλεπίδραση ανάμεσα στην πηγή και στο υπόθεμα (Eικ. 1.4.3).