La legge di gravitazione universale è un principio essenziale della fisica. Fu codificato per la prima volta da Sir Isaac Newton nel 1600. Afferma che tutti gli oggetti sono attratti l’uno dall’altro dalla gravità; la forza di attrazione dipende dalla massa degli oggetti e diminuisce in base alla distanza tra loro. La scoperta di Newton fu sostituita dalla teoria della relatività generale di Einstein. È ancora accurato, tuttavia, per la maggior parte delle applicazioni pratiche.
Newton non ha scoperto la gravità, come sostiene la credenza popolare, ma ha ampliato il lavoro di scienziati precedenti come Galileo. Newton si riferiva a questi scienziati quando scrisse notoriamente: “Se ho visto oltre, è stando sulle spalle dei giganti”. La caduta di una mela ispirò Newton a studiare il tema della gravità; tuttavia, la mela non ha portato una comprensione immediata battendo la testa. Invece, ha usato l’orbita della luna intorno alla Terra per controllare e confermare i suoi calcoli in un arco di 20 anni. La legge della gravitazione universale è stata dettagliata nel suo libro rivoluzionario Principia Mathematica, pubblicato nel 1687.
Il libro di Newton includeva formule matematiche che descrivono la legge di gravitazione universale. In sostanza, la legge afferma che tutti gli oggetti esercitano un’attrazione gravitazionale su tutti gli altri oggetti. Gli oggetti con una grande massa hanno aree di gravità più forti, o campi gravitazionali, motivo per cui oggetti e persone sono attratti dalla Terra, ma non in modo evidente l’uno dall’altro. L’attrazione gravitazionale diminuisce all’aumentare della distanza; questa diminuzione può essere misurata con precisione ed è nota in fisica come legge dell’inverso del quadrato. La gravitazione universale è la forza che mantiene i pianeti e i satelliti bloccati in orbita, piuttosto che viaggiare liberamente nell’universo.
Nei secoli successivi alla vita di Newton, la legge di gravitazione universale fu usata per prevedere la posizione di pianeti e satelliti naturali che non erano ancora stati scoperti. Le eventuali scoperte di questi corpi celesti hanno confermato che la legge era corretta. Un aspetto della legge che Newton non riusciva a spiegare era il modo in cui la forza gravitazionale viene trasmessa tra gli oggetti. Altre forze fondamentali, come l’elettromagnetismo, funzionano perché le particelle subatomiche viaggiano tra gli oggetti, attirandoli l’uno verso l’altro. Una particella simile per trasportare la gravità, il gravitone, è stata descritta in teoria, ma rimane sconosciuta più di 300 anni dopo il lavoro di Newton.
Nel XX secolo, gli scienziati avevano scoperto incongruenze minori nella legge di gravitazione universale. Queste incongruenze sono state spiegate dalla teoria della relatività generale di Einstein. Einstein si rese conto che, in effetti, le masse dei corpi celesti non solo influenzano l’un l’altro, ma il tessuto dello spazio-tempo che li circonda. Questi effetti sono evidenti solo in misurazioni e calcoli molto precisi. Per applicazioni pratiche come il lancio di razzi, la legge di gravitazione universale è ancora accurata e molto più facile da calcolare rispetto agli effetti della relatività.