Logo Universiteit Utrecht

De Natuurkunde Top 10

Zwaartekracht en Zwaartekrachtgolven

Newton

Isaac Newton was niet de eerste die probeerde te begrijpen hoe zwaartekracht werkt. Maar hij was wel de eerste die een eenvoudige formule opschreef waarmee hij niet alleen de zwaartekracht op aarde goed kon beschrijven, maar ook de beweging van de sterren en planeten. Dat deed hij in het jaar 1686.

Door de zwaartekracht draaien hemellichamen om elkaar heen. Dat werkt als volgt: Als je een steen voor je uit gooit dan valt hij verderop op de aarde. De baan van de steen is door de zwaartekracht verbogen naar de aarde toe. Hoe harder je de steen gooit, hoe minder krom zijn baan wordt. Op een gegeven moment gooi je de steen zo hard, dat zijn baan even krom is als de aarde zelf. De steen valt wel naar de aarde, maar omdat de aarde rond is, raakt de steen de aarde niet en gaat hij rond. Dat is ook precies waarom sattelieten niet op de aarde neerstorten en ook waarom de maan om de aarde draait en de aarde zelf weer om de zon draait. Eigenlijk is een satteliet dus continu aan het neerstorten, maar mist hij de aarde steeds.

Een andere vreemde eigenschap van zwaartekracht werd al eerder (rond 1590) door Galileo Galilei gedemonstreerd: Zware dingen vallen NIET sneller dan lichte dingen. De zwaartekracht is wel groter voor zware dingen, maar tegelijkertijd is er ook meer kracht nodig om zware dingen in beweging te krijgen. Newton wist ook dit principe te vatten in zijn formules.

Maar met alleen formules zijn natuurkundigen nog niet tevreden. We willen graag begrijpen waarom de zwaartekracht er überhaupt is. Waar komt zwaartekracht vandaan?

Einstein

Dat vroeg Einstein zich ook af. Einstein was toch van het tijdreizen? Ja, dat klopt. Maar Einsteins werk heeft ook betrekking op zwaartekracht. Als je een camera op een appel zet die van de boom valt en je laat de camera meebewegen, dan lijkt er in het beeld van de camera geen zwaartekracht te werken op de appel. Dat is het equivalentie principe en Einstein leidde daaruit af dat ruimte en tijd niet absoluut, maar buigbaar zijn. De massa van iets buigt de ruimte-tijd?

Je kan je dat het beste voorstellen als zware knikkers op een gestrekt laken: Als je een grote knikker op het laken legt, deukt het laken in naar de knikker toe. Als je dan een kleinere knikker op het laken legt, rolt deze naar de grote knikker toe vanwege die verbuiging. Dat zien wij dan weer als zwaartekracht: De aarde is een grote knikker en wij zijn hele kleine knikkers die naar de grote knikker toe willen rollen.

Einsteins beschrijving bestaat niet uit 1, maar 10 formules. Als we die willen toepassen op situaties in ons dagelijks leven op aarde dan versimpelen die 10 formules weer tot de formule van Newton. Maar om zwarte gaten te beschrijven hebben we wel alle 10 de formules nodig.

Golven

Als zo’n grote knikker op het laken heen en weer beweegt, gaat het laken golven. Zo kunnen we ook golvende ruimte en tijd hebben. Die golven noemen we zwaartekrachtsgolven en zijn recent ook waargenomen met een erg gevoelige meetopstelling. Ver weg in het heelal tolden twee zwarte gaten (dat zijn zo’n zware knikkers, dat ze het laken verticaal omlaag trekken) om elkaar heen en de golven die dat veroorzaakte zijn hier op aarde opgepikt! Kijk hier of onderaan deze pagina voor een link naar het artikel over deze ontdekking.

Informatie theorie

Maar als natuurkundige kan je nog verder doorvragen. Waarom wordt ruimte en tijd verbogen door materie? Op het moment zijn onderzoekers bezig om een goed antwoord te vinden op die vraag. Een mogelijk antwoord komt van de informatie theorie en snaar theorie. Zwaartekracht en informatie? Misschien dat men in deze video daarom met die boeken op zijn hoofd rondloopt!

Meer info?

Interessante filmpjes:

Interessante websites of artikelen: