Gravitationsfältet

Gravitationsfältet är regionen i rymden där en massa upplever gravitationens verkan. I Newtonsk fysik beskrivs fältet av vektorfältet g(r) som ger F = m g för en testmassa m. För en punktmassa M i avståndet r är g = -GM/r^2, riktat mot massan. Gravitationspotentialen Φ(r) = -GM/r, och g = -∇Φ.

Gravitationsfältet bestäms av massfördelningen och följer Poissons ekvation ∇^2 Φ = 4πG ρ. Utanför massor är ρ = 0 och Φ uppfyller ∇^2 Φ = 0. I Newtonska teorin är gravitationen ett fysiskt kraftfält i rumtiden där geodeserna beskriver fritt fall.

I allmän relativitet uppträder gravitationen i stället som kurvatur i rumtiden orsakat av energirik massa och rörelse. Enligt likvärdighetsprincipen uppträder effekter av gravitation som om man befann sig i konstant acceleration i fritt fall, vilket gör att gravitationen inte uppfattas som en separat kraft i lokala experiment. Denna teori leder till effekter som tidsdilatation, gravitationsrödskift, ljusböjelse och fenomen som gravitationsvågor.

Användningsområden inkluderar banberäkningar, satellitnavigering, geodesi och studier av kosmologi. Newtonsk gravitation är en bra approximation vid svaga fält och låga hastigheter; för starka fält krävs relativitetsteori.