De kracht van een gebogen lijn die zwaartekracht wordt genoemd

//

Sinds de oudheid hebben veel mensen getheoretiseerd waarom dingen naar de aarde zijn gevallen. De oude Grieken, Newton en Einstein hebben ons begrip allemaal drastisch uitgebreid. Zelfs vandaag de dag is het nog steeds een onderwerp van discussie, aangezien nieuwe experimenten licht kunnen werpen op een onderwerp dat zo oud is als het universum zelf. Zwaartekracht wordt meestal omschreven als een aantrekkingskracht. Maar die kracht is eigenlijk een bijproduct van de kracht in een gebogen lijn.

Oude meetkundigen waren zich bewust van gebogen lijneffecten, maar de betekenis van dit concept werd pas in de tijd van Einstein aan de zwaartekracht gehecht. De geschriften van Aristoteles verklaarden dat alle dingen op de aarde vielen omdat alles gemaakt was van aardse substanties en ze werden aangetrokken tot hun natuurlijke thuis. Galileo onderbouwde deze bewering door te stellen dat het middelpunt van de slingerbeweging altijd naar de aarde wees, die de bron van aantrekkingskracht vormde.

Newton onderschreef ook deze opvatting over aantrekkingskracht, maar hij breidde deze op belangrijke manieren uit. Hij wordt gecrediteerd voor het geven van de effecten van zwaartekracht een wiskundige basis en het direct associëren van zwaartekracht met de massa van een object. Een appel heeft bijvoorbeeld massa. De aarde ook. Omdat de planeet groter is dan de appel, heeft hij meer massa en dus meer aantrekkingskracht of zwaartekracht. Dus een appel valt naar de grond omdat de aantrekkingskracht van de aarde groter is. Hij paste dit idee op kosmologische schaal toe om te verklaren waarom de planeten in ons zonnestelsel om de zon cirkelden en waarom manen om planeten draaiden. Vanwege de gecombineerde kennis van Newton in oude geometrie, alchemie en het gebruik van Calculus om versnelling langs een gebogen lijn te bepalen, is het verbazingwekkend dat hij dit concept niet in verband bracht met de zwaartekracht. Maar uiteindelijk deed iemand dat.

Einsteins eerste verhandeling bleek een speciaal geval te zijn vanwege een beperkt aantal omstandigheden, vandaar de gebruikelijke naam Speciale Relativiteitstheorie. Het hield geen rekening met de effecten van de zwaartekracht. Hij ontwikkelde toen een meer algemene theorie die dat wel deed. Het kostte hem een ​​decennium om te voltooien en het bracht een revolutie teweeg in het model dat we gebruiken om te begrijpen wat zwaartekracht is en hoe het werkt.

Einstein stelde dat massa niet per se aantrekkelijk was, maar gewoon de ruimte eromheen boog of kromde en dat die welving de middelen bood om het ene lichaam naar het andere te bewegen. In de speciale relativiteitstheorie liet hij zien dat ruimtetijd eigenlijk een weefsel is. In de algemene relativiteitstheorie liet hij zien hoe het door massa wordt gebogen of vervormd.

Een gemakkelijke manier om je dit proces voor te stellen, is door je een bowlingbal voor te stellen, die een planeet voorstelt, in het midden van een trampoline, die het weefsel van de ruimtetijd vertegenwoordigt. Omdat de bal massa of gewicht heeft, buigt hij het oppervlak van de trampoline ver in het midden en slechts een klein beetje aan de rand. Als we een golfbal dichtbij de rand plaatsen, heeft deze heel weinig massa, dus buigt hij het oppervlak niet erg. Als we de golfbal een klein duwtje geven langs de rand, zal deze in een spiraal ronddraaien die steeds dichter naar de bowlingbal toe trekt.

Hier is het belangrijkste punt dat Einstein maakte. De golfbal volgt slechts een pad dat wordt bepaald door de curve van de trampoline. De bowlingbal oefent niet actief een aantrekkingskracht uit. Naarmate de golfbal het midden nadert, is de curve groter, dus de kracht is groter en hij “valt” zelfs nog sneller richting de bowlingbal. Einstein toonde aan dat de versnelling die het ene massieve object ‘voelt’ wanneer het een ander nadert, de zwaartekracht vormt. Met andere woorden, versnelling en zwaartekracht zijn hetzelfde fenomeen. Zwaartekracht is dus een effect of bijproduct van het buigen van de ruimte.

Het is jammer dat de meeste woordenboeken en tekstboeken de zwaartekracht nog steeds beschrijven als een aantrekkende kracht, die vaak verkeerd wordt opgevat als verwant aan andere soorten aantrekkingskracht, zoals magnetisme. Dit concept is misleidend omdat het de kracht toeschrijft aan het massieve lichaam, niet aan de curve.

Er zijn verschillende redenen om dit idee van aantrekkingskracht bij te werken. Je wordt niet op het aardoppervlak gehouden omdat het je naar beneden trekt. Je blijft op zijn plaats omdat de ruimte op je drukt. De maan heeft minder massa dan de aarde en buigt daarom de ruimte eromheen minder. Dus je weegt minder op de maan, simpelweg omdat de ruimte je daar minder opdringt. Einsteins model laat ook zien hoe alles in het universum verbonden is met en wordt beïnvloed door al het andere in het universum.

Er is geen manier om het belang van het begrijpen van de aard van de zwaartekracht te benadrukken voor onze toekomstige kennis van hoe het universum is ontstaan, wat het is en hoe alles erin werkt.

De zwaartekracht is verreweg de zwakste van de vier bekende krachten. Deze ongelijkheid is de steeksleutel die natuurkundigen ervan weerhoudt een Grand Unified Theory te genereren. Gehoopt wordt dat experimenten bij de nieuwe Large Hadron Collider zullen helpen identificeren waarom de krachten niet gelijk zijn en of de zwaartekracht uit ons universum naar anderen zou kunnen lekken, zoals gesuggereerd door Lisa Randall, hoogleraar theoretische fysica aan de Harvard University.