KIJK De Theorie van Alles - 2023 - Inkijkexemplaar

DE BASIS VAN DE NATUURKUNDE
ALLES STAAT OF VALT MET DE
ZWAARTEKRACHT
Wat omhooggaat, komt ook weer naar beneden. Maar waar dat door komt,
is een raadsel waar veel knappe koppen zich eeuwenlang het hoofd over
hebben gebroken. En we weten nog steeds niet alles van de zwaartekracht.
TEKST: BRIAN CLEGG
Er zijn vier fundamentele natuurkrachten
actief in het universum:
de sterke kernkracht, de zwakke
kernkracht, de elektromagnetische
kracht en de zwaartekracht. Die laatste is
het makkelijkst te zien, maar bleek lastig
om te ontrafelen.
De oude Grieken zagen de zwaartekracht
als onderdeel van de elementen.
Aristoteles beschreef in de vierde eeuw
voor Christus hoe aarde en water zwaartekracht
hadden, en dat beweging meestal
richting het centrum van het heelal
ging – oftewel: richting aardkern. De Indiase
wiskundige Brahmagupta speelde
in de zevende eeuw na Christus een
tijdje met het idee dat de zwaarte kracht
ongeveer werkte als een magneet, de
islamitische wetenschapper Al-Biruni
deed dat driehonderd jaar later nog eens
dunnetjes over. Maar de theorie van
Aristoteles werd pas na tweeduizend
jaar aan het wanke len gebracht, toen
Newton besefte dat
de zwaartekracht
ervoor zorgde dat de
planeten in hun baan
bleven en niet de
kosmos in suisden
Coper nicus en Galileo in de zestiende en
de zeventiende eeuw radicaal de bestaande
ideeën over het zonnestelsel omgooiden.
Als zij gelijk hadden en de aarde
draaide om de zon, dan had Aristoteles
afgedaan. In zijn model, dat was gebaseerd
op logisch redeneren in plaats van
op waarnemingen en experimenten,
moest de aarde het middelpunt van het
heelal zijn. Als de zon dat was, zou alles
wat gewicht had de ruimte in moeten
vliegen.
Bovendien vielen zware voorwerpen
volgens Aristoteles sneller dan lichte;
doordat ze uit meer materie bestonden,
zouden ze zich sterker aangetrokken
voelen en daardoor vlugger bewegen.
Galileo haalde die aanname onderuit.
Hij vroeg zich af wat er zou gebeuren als
je een zwaar en een licht voorwerp aan
elkaar zou vinden. Volgens Aristoteles
zou het zware voorwerp sneller willen
vallen dan het lichte, dat daardoor sneller
zou gaan, maar het lichte voorwerp
zou het zware vertragen, en dus zouden
ze vallen met een snelheid tussen beide
uitersten in. Aan de andere kant: beide
voorwerpen bij elkaar waren zwaarder
dan elk voorwerp afzonderlijk, dus
zouden ze samen juist sneller moeten
vallen. Dat sloeg nergens op.
Het verhaal dat Galileo gewichten van
de toren van Pisa liet vallen en er zo
achter kwam dat ze allemaal binnen
dezelfde tijd landden, is (jammer genoeg)
vrijwel zeker niet waar. Wel bouwde hij
slingers met gewichten van kurk en lood,
de een “meer dan honderd keer zwaarder”
dan de ander. Vervolgens toonde hij
aan dat ze even snel slingerden. Verder
rolde hij ballen door schuin aflopende
geulen om de zwaartekracht te meten.
Met Isaac Newton werd de zwaartekracht
echt voer voor wiskundigen en
natuurwetenschappers. Het verhaal is
hier dat hij door een vallende appel werd
geïnspireerd. De appel viel in elk geval
niet op zijn hoofd, maar of hij er überhaupt
die ene briljante ingeving door
kreeg, kunnen we niet meer achterhalen.
Newton vertelde het wel zo. In een gesprek
met natuurkundige en archeoloog
William Stukeley in april 1726 zei hij dat
hij de appel zag vallen en dacht: “Waarom
moet een appel altijd recht naar beneden
vallen?”
Volgens Stukeley zei Newton dat de
appel door een ‘aantrekkingskracht’ naar
de aarde wordt getrokken en dat die
kracht evenredig moet zijn aan de hoeveelheid
appel. De appel trekt aan de
aarde en de aarde trekt aan de appel.
Maar Newton ging nog een stap verder en
kwam met het begrip universele zwaartekracht.
Hij paste dezelfde kracht toe in
het hele universum en be sefte dat de
zwaarte kracht ervoor zorgde dat de planeten
in hun baan bleven en niet in een 5
GETTY IMAGES
28 DE THEORIE VAN (BIJNA) ALLES