r. Kütleçekimi, kütleçekimini bir kuvvet olarak değil, kütlenin / enerjinin düzensiz dağılımının yol açtığı uzay-zaman eğriliğinin bir sonucu olarak tanımlayan genel görelilik teorisi (1915'de Albert Einstein tarafından önerildi) tarafından açıklanmaktadır.

Uzay zamanının bu eğriliğinin en uç örneği, hiçbir şeyin, ışığın bile, ufkuna girdikten sonra kara delikten kaçamamasıdır. Daha fazla kütleçekimi çekim kuvveti zaman dilatasyonuyla sonuçlanır, burada zaman daha yavaş (daha güçlü) bir kütleçekimi potansiyeline daha yavaş geçer. Bununla birlikte, çoğu uygulama için, kütleçekimi, kütleçekiminin neden olduğu varsayılan Newton'un evrensel çekim yasasıyla anlatılır.

İki cisim kütlesinin çekim kuvvetinin kitlelerinin çarpımı ile doğru orantılı olduğu ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılı olduğu matematiksel bir ilişkiye göre birbirlerine doğrudan çekilen (veya çekilen) bir kuvvet. Kütleçekimi, doğanın dört temel etkileşiminin en zayıf yönüdür. Kütleçekimi kuvveti,  güçlü kuvvetten yaklaşık 1038 kat daha zayıf, elektromanyetik kuvvetten 1036 kat daha zayıf ve zayıf kuvvetten 1029 kat daha zayıftır.

Sonuç olarak, kütleçekimi, atom altı parçacıkların davranışı üzerinde önemsiz bir etkiye sahiptir ve günlük maddenin iç özelliklerini belirleme konusunda rol oynamaz (ancak kuantum çekim kuvvetine bakınız). Öte yandan, kütleçekimi, makroskopik ölçekte egemen etkileşimdir ve astronomik cisimlerin oluşum şekli ve yörüngesinin (yörünge) sebebidir.

Kütle çekimi dünya ve evren boyunca gözlemlenen çeşitli olaylardan sorumludur. Örneğin, Dünya ve diğer gezegenlerin Güneş'in yörüngesinde, Ay'ın Dünyanın Yörüngesinde olmasına gelgitlerin oluşumuna, Güneş Sistemi'nin oluşumuna ve evrimine, yıldızlara ve galaksilere neden olur. Planck döneminde (Evrenin doğumundan 10-43 saniye sonrasına kadar) geliştirilen, muhtemelen kuantum kütleçekimi, süper gravite veya kütleçekimi tekilliği biçimindeki evrende kütleçekiminin en eski örneği, muhtemelen bir sahte vakum, kuantum vakumu veya sanal parçacık gibi ilkel bir durumdan bilinmeyen bir biçimde meydana gelmiştir. Bu nedenle, kısmen her şeyin teorisinin araştırılması, genel görelilik teorisinin ve kuantum mekaniğinin (veya kuantum alan teorisinin) kuantum kütleçekimine birleştirilmesi bir araştırma alanı haline gelmiştir.

Modern Avrupalı ​​düşünürler haklı olarak kütleçekimi teorisinin geliştirilmesi ile bağlantı kuruyorsa da, kütleçekimi kuvvetini belirleyen önceden var olan fikirler vardı. İlk açıklamalardan bazıları, Dünya döndüğünde nesnelerin neden düşmediğini açıklamak için kütleçekim kuvvetini belirleyen Aryabhata gibi erken matematikçi astronomlardan geldi.

Daha sonra, Brahmagupta'nın eserleri bu kuvvetin varlığına değinmişti.

Kütleçekimi kuramıyla ilgili modern çalışmalar, Galileo Galilei'nin 16. yüzyılın sonu ve 17. yüzyıl başlarındaki çalışmaları ile başladı. Galileo, Pisa Kulesi'nden topları atan meşhur (muhtemelen apokrif deneyinde) eğilimleri düşen eğik top ölçümleri ile, kütleçekimi ivmesinin tüm nesneler için aynı olduğunu gösterdi.

Bu, Aristo'nun daha ağır nesnelerin daha yüksek bir kütleçekimi ivmesi olduğuna olan inancından ciddi bir sapmaydı. Galileo, bir atmosferde daha az kütleye sahip nesnelerin daha yavaş düşebileceği için hava direnci olduğunu öne sürdü. Galileo'nun çalışmaları Newton'un kütleçekimi kuramının formülasyonu için gerekli altyapıyı hazırladı.

Sir Isaac Newton, 1642'den 1727'ye kadar yaşayan İngiliz fizikçi. 1687'de İngiliz matematikçisi Sir Isaac Newton Principia'yı yayınladı ve evrensel çekim kuvvetinin ters kare yasasını hipotez haline getirdi. Kendi sözleriyle, "Gezegenleri küreler içinde tutan güçlerin karşılıklı olarak etraflarındaki merkezlerden uzaklıklarının kareleri olması gerektiği ve dolayısıyla ayı Orb'da tutmak için gereken kuvveti karşılaştırdıklarını dile getirdim Yeryüzündeki kütleçekimi kuvveti ile neredeyse tümüyle cevabını buldular. "

Denklem şudur:

formula_1

F kuvveti olduğunda, m1 ve m², etkileşen nesnelerin kütleleridir; r, kütle merkezleri arasındaki uzaklıktır; G, kütleçekimi sabitidir.

Newton'un teorisi, diğer gezegenlerin eylemleri tarafından hesaplanamayan Uranüs hareketlerine dayalı Neptün varlığını öngörmek için kullanıldığında en büyük başarısını elde etti. Hem John Couch Adams hem de Urbain Le Verrier tarafından yapılan hesaplar gezegenin genel konumunu ve Le Verrier'in hesaplamaları Johann Gottfried Galle'in Neptün'ü keşfetmesine neden olan hesaplamalardı. Cıva yörüngesindeki bir tutarsızlık, Newton'un teorisindeki kusurları belirtti.

19. yüzyılın sonlarına doğru, yörüngesinin Newton'un teorisine göre açıklanamayan hafif dalgalanmalar gösterdiği biliniyordu, ancak başka rahatsız edici bir cisim (Güneş'i Merkür'den bile daha yakın bir gezegen gibi) aramıştı. Konu, Albert Einstein'ın yeni genel görelilik teorisi tarafından Merkür'ün yörüngedeki küçük tutarsızlıktan sorumlu olan 1915'te çözüldü.

Newton'un teorisi Einstein'ın genel göreliliğiyle değiştirilirken, modern, göreceli olmayan kütleçekimi hesaplamaları, Newton'un teorisini kullanarak yapılmaya devam etmektedir çünkü daha basit bir şekilde çalışılmaktadır ve yeterince küçük kütleler, hızlar ve enerjiler içeren çoğu uygulama için yeterince doğru sonuçlar verir.

Galileo, Loránd Eötvös ve Einstein gibi bir dizi araştırmacı tarafından araştırılan eşdeğerlik ilkesi, tüm nesnelerin aynı şekilde düştüğü ve kütleçekiminin etkilerinin ivme ve yavaşlamanın bazı yönlerinden ayırt edilemez olduğunu ortaya koymaktadır. Zayıf eşdeğerlik prensibini test etmenin en basit yolu, farklı kütlelerin veya kompozisyonların iki nesnesini vakumda bırakıp aynı anda zemine çarpıp vurmadıklarını görmektir.

Bu tür deneyler, diğer kuvvetlerin (hava direnci ve elektromanyetik etkiler gibi) önemsiz olduğu durumlarda tüm nesnelerin aynı hızda düştüğünü göstermektedir. Daha sofistike testler Eötvös tarafından icat edilen bir torsiyon dengesini kullanıyor. Uzayda daha doğru deneyler için uydu deneyleri, örneğin STEP, planlanmaktadır.

Eşdeğerlik ilkesinin formülleri şunları içerir:

Genel görelilikte, kütleçekiminin etkileri, bir kuvvet yerine uzay-zaman eğriliğine atfedilir.

Genel görelilik için başlangıç ​​noktası, serbest düşüşe atalet hareketi eşlik eden eşdeğerlik ilkesidir ve serbest düşen atalet nesneleri yerdeki atıl olmayan gözlemcilere göre hızlandırılmış olarak tanımlar. Bununla birlikte, Newton fiziğinde, nesnelerden en az birisi bir kuvvet tarafından işletilmedikçe böyle bir ivme oluşabilir.

Einstein, uzay zamanının madde tarafından kıvrıldığını ve serbest düşen cisimlerin kavisli uzayda yerel düz yol boyunca ilerlediğini önermişti. Bu düz yollara jeodezik denir. Newton'un hareket ilk yasası gibi, Einstein'ın teorisi, bir cisim üzerine bir kuvvet uygulanıyorsa, bir jeodezikten sapacaktır. Mesela, Dünya'nın mekanik direnci üzerimizde yukarı doğru bir kuvvet uyguladığından ayakta dururken jeodezik çalışmaları izlemiyoruz; bunun sonucu olarak yeryüzünde eylemsiz durumdayız. Bu, uzayda jeodeziklerin birlikte hareket etmenin neden atalet olarak kabul edildiğini açıklar.

Einstein alan denklemlerinin başlıca çözümleri şunlardır:

Genel göreliliğin testleri şunlardır:

Genel göreliliğin keşfini takip eden on yıllarda, genel göreliliğin kuantum mekaniği ile uyumsuz olduğu görülmüştür. Diğer temel kuvvetlerde olduğu gibi kütleçekimini de kuantum alan teorisi çerçevesinde açıklamak mümkündür. Burada, kütleçekiminin çekimsel kuvvetinin, tıpkı sanal fotonların değiş tokuş edilmesi yolu ile elektromanyetik kuvvetlerin açığa çıkması gibi, sanal gravitonların alışverişi sırasında ortaya çıktığı düşünülür. Bu açıklama, genel göreliliği klasik limitte ortaya çıkarır. Ancak, bu yaklaşım, Planck uzunluğu ölçeğindeki kısa mesafelerde başarısızdır. Bu ölçeğe inildiğinde, kuantum çekiminin daha eksiksiz bir teorisine (veya kuantum mekaniğine daha yeni bir yaklaşıma) ihtiyaç bulunmaktadır.

Bütün gezegensi cisimler kendi kütleçekimsel alanları ile çevrelenmişlerdir. Bu alanlar, Newton fiziği kullanılarak bakıldığında, bütün cisimler üzerinde çekim gücü uyguluyor olarak tarif edilebilirler. Küresel olarak simetrik bir gezegen varsaydığımızda, bu alanın, gezegensi cismin yüzeyinin üzerindeki herhangi bir noktadaki gücü, cismin kütlesi ile doğru orantılı, cismin merkezine olan uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.

Yer çekimsel alanın kuvveti, etkisi altındaki cisimlerin ivmelenmesine sayısal olarak eşittir. Dünya’nın yüzeyi yakınındaki düşen cisimlerin ivmelenme oranları yüksekliğe, dağlar ve tepeler ve belki sıra dışı oranda yüksek veya düşük yüzey altı yoğunluğuna bağlı olarak çok düşük miktarlarda değişkenlik gösterir. Ağırlıklar ve uzunluklar ile ilgili olarak Uluslararası Ağırlıklar ve Uzunluklar Bürosu tarafından standart bir kütleçekimi değeri tanımlanmıştır. Bu değer Uluslararası Birimler Sistemi altında belirtilmektedir.

Standart kütleçekimi g ile gösterilir ve değeri g = 9.80665 m/s2 (32.1740 ft/s2) ‘dir.

Bu 9.80665 m/s2’lik değer, Uluslararası Ağırlıklar ve Uzunluklar Komitesi tarafından ilk seferinde benimsenmiş olan değerdir. 1901 yılında yapılan ölçüme dayanan bu bilgi, her ne kadar 10 binde beş oranında fazla yüksek olduğu gösterilmiş olsa da, halen standart değer olarak kullanılmaya devam etmektedir. Bu değer meteorolojide kullanılmaya devam edilmiştir ve bazı standart atmosferlerde,  her ne kadar asıl değer 45 derece 32 dakika 33 saniye olsa da, 45 derecelik enlemdeki değer olarak kabul edilmektedir.

Bu, G için standart değeri baz alırsak ve hava direnci ihmal edersek, Dünya’nın yüzeyinde serbest bir biçimde düşen bir nesnenin, düştüğü her saniye için 9.80665 m/s (32.1740 ft/saniye) hızlanacağı anlamına gelmektedir. Böylece, durağan konumdan harekete geçen bir cisim, bir saniye sonunda 9.80665 m/s (32.1740 ft/saniye) hıza ulaşacaktır. Bu hız, ikinci saniye sonunda yaklaşık 19.62 metre/saniye (64.4 ft/s) olacak ve bu şekilde, sonrasında geçen her saniye içim hıza 9.80665 m/s (32.1740 ft/saniye) eklenecektir. Ayrıca, yine hava sürtünmesini ihmal ettiğimizde, ayn