In sostanza, la gravità è una forza attrattiva tra gli oggetti. La maggior parte delle persone ha familiarità con la gravità come la ragione per cui le cose rimangono sulla superficie terrestre, o “ciò che sale, deve scendere”, ma la gravità ha in realtà un significato molto più vasto. La gravità è responsabile della formazione della nostra Terra e di tutti gli altri pianeti e del movimento di tutti i corpi celesti. È la gravità che fa girare il nostro pianeta intorno al Sole e la Luna intorno alla Terra.
Sebbene gli umani siano sempre stati consapevoli della gravità, ci sono stati molti tentativi di spiegarla accuratamente nel corso degli anni e le teorie devono essere regolarmente migliorate per tenere conto di aspetti della gravità precedentemente non considerati. Aristotele fu uno dei primi pensatori a postulare la ragione della gravità, e la sua e altre prime teorie si basavano su un modello geocentrico dell’universo, con la Terra al centro. Anche Galileo, il fisico italiano che fece le prime osservazioni telescopiche a sostegno di un modello eliocentrico del sistema solare, con il Sole al centro, fece passi da gigante nella teoria della gravità verso la fine del XVII secolo. Scoprì che oggetti di peso variabile cadono verso la Terra alla stessa velocità.
Nel 1687, lo scienziato inglese Sir Isaac Newton pubblicò la sua legge di gravitazione universale, che è ancora usata per descrivere le forze di gravità nella maggior parte dei contesti quotidiani. La prima legge di Newton afferma che la forza di gravità tra due masse è direttamente proporzionale al prodotto delle due masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza tra di esse, o matematicamente: F=G(m1m2/d2), dove G è un costante.
La seconda legge di Newton afferma che la forza gravitazionale è uguale al prodotto della massa di un corpo per la sua accelerazione, o F=ma. Ciò significa che due masse che sono attratte gravitazionalmente l’una dall’altra sperimentano la stessa forza, ma che si traduce in un’accelerazione molto maggiore per un oggetto più piccolo. Pertanto, quando una mela cade verso la Terra, sia la Terra che la mela sperimentano la stessa forza, ma la Terra accelera verso la mela ad una velocità trascurabile, poiché è molto più massiccia della mela.
Verso la fine del XIX secolo, gli astronomi iniziarono a notare che la legge di Newton non teneva perfettamente conto dei fenomeni gravitazionali osservati nel nostro sistema solare, in particolare nel caso dell’orbita di Mercurio. La teoria della relatività generale di Albert Einstein, pubblicata nel 19, risolse il problema dell’orbita di Mercurio, ma da allora è stata trovata anch’essa incompleta, poiché non può spiegare i fenomeni descritti nella meccanica quantistica. La teoria delle stringhe è una delle principali teorie moderne per spiegare la gravità quantistica. Sebbene la legge di Newton non sia perfetta, è ancora ampiamente utilizzata e insegnata a causa della sua semplicità e della sua stretta approssimazione alla realtà.
Poiché la forza gravitazionale è proporzionale alle masse dei due oggetti che la subiscono, diversi corpi celesti esercitano una forza gravitazionale più o meno forte. Per questo motivo un oggetto avrà pesi diversi su pianeti diversi, essendo più pesante su pianeti più massicci e più leggero su pianeti meno massicci. Questo è il motivo per cui gli esseri umani sono molto più leggeri sulla Luna che sulla Terra.
È un malinteso popolare che gli astronauti sperimentino l’assenza di gravità durante i viaggi nello spazio perché sono al di fuori del campo di forza gravitazionale di un grande corpo. In effetti, l’assenza di gravità durante i viaggi nello spazio è effettivamente ottenuta grazie alla caduta libera: l’astronauta e la navetta spaziale o il razzo stanno cadendo (o accelerando) alla stessa velocità. La stessa velocità dà la nozione di assenza di gravità o galleggiamento. Questo è lo stesso concetto di una persona su un giro in “caduta libera” in un parco di divertimenti. Sia il ciclista che la giostra stanno cadendo alla stessa velocità, facendo sembrare che il ciclista stia cadendo indipendentemente dalla corsa. La stessa sensazione può essere provata durante la guida di un aereo o di un ascensore che si interrompe improvvisamente dal suo normale ritmo di decente.