Wat is de ontsnappings snelheid ? -----> Voor de Aarde bedraagt de ontsnappingssnelheid ongeveer 11,2 km/s (ongeveer 40.000 kilometer per uur), voor de Maan 2,38 km/s, voor de planeet Jupiter 59,5 km/s, voor de Zon 600 km/s, maar voor een zwart gat is zelfs de lichtsnelheid (ongeveer 300.000 km/s niet genoeg

mannen op de maan, geen vrouw, staat de jaloerse maan niet toe, het geheim....?? 

De ontsnappingssnelheid van een hemellichaam (bijvoorbeeld een planeet) is de minimale snelheid waarmee een niet-aangedreven voorwerp (met veel kleinere massa dan het hemellichaam) vanaf dat hemellichaam zou moeten worden weggeschoten (onder ideale theoretische condities, geen wrijving van de atmosfeer, geen invloed van andere hemellichamen) zodat de afstand tot dat hemellichaam naar oneindig nadert, en het object dus niet naar het hemellichaam terugvalt. "Minimale snelheid" impliceert dat de limiet van de snelheid van het voorwerp nul is. Niet-aangedreven is cruciaal: mét aandrijving is theoretisch geen minimale snelheid nodig.

Een andere, mathematisch equivalente, formulering is dat de ontsnappingssnelheid de snelheid is waarmee een voorwerp, van oneindig hoog vallend, op het oppervlak zou botsen. De beginsnelheid (in het oneindige) moet dan nul zijn, en er moet ook aangenomen worden dat er geen luchtwrijving en dergelijk optreedt.

Meer algemeen kan men de ontsnappingssnelheid vanaf een punt op of buiten het hemellichaam beschouwen.

Zolang de motoren van een raket nog blijven werken hoeft de snelheid niet zo hoog te zijn als de plaatselijke ontsnappingssnelheid, om uiteindelijk aan een hemellichaam te ontsnappen. De snelheid hoeft pas gelijk te zijn aan de plaatselijke ontsnappingssnelheid wanneer de aandrijving stopt. Dat is bij een raket pas op zekere hoogte, waar de ontsnappingssnelheid lager is dan op het oppervlak, dus de raket hoeft niet een snelheid te bereiken gelijk aan de ontsnappingssnelheid op het oppervlak van het hemellichaam.

De ontsnappingssnelheid in een punt op of buiten het hemellichaam kan bepaald worden door de totale energie van het te ontsnappen voorwerp op nul te stellen, de kinetische energie zou dus gelijk moeten zijn aan de benodigde toename (van een negatieve waarde tot nul) van de totale potentiële energie van het object.

De omgezette kinetische energie bij het bewegen van een punt P naar het oneindige is:

${\displaystyle -E_{pot}(P)=-\int _{P}^{\infty }\mathbf {F} (\mathbf {r} )\cdot \mathbf {dr} =-m\int _{P}^{\infty }\mathbf {g} (\mathbf {r} )\cdot \mathbf {dr} }$

met ${\displaystyle \mathbf {g} (\mathbf {r} )}$ de zwaartekrachtversnelling op positie ${\displaystyle \mathbf {r} }$, en de punt het inwendig product.

De kinetische energie bij snelheid v bedraagt:

${\displaystyle E_{kin}={\frac {1}{2}}mv^{2}}$

De massa van het te ontsnappen voorwerp kan in de vergelijking weggestreept worden, want beide zijden van de vergelijking zijn ermee evenredig:

${\displaystyle -\int _{P}^{\infty }\mathbf {g} (\mathbf {r} )\cdot \mathbf {dr} ={\frac {1}{2}}v^{2}}$

Ontsnapping aan een bolsymmetrisch hemellichaam

${\displaystyle E_{kin}={\frac {1}{2}}mv^{2}}$

De omgezette potentiële energie is voor een bolsymmetrisch hemellichaam:

${\displaystyle E_{pot}=\int _{R}^{\infty }F(r)dr=\int _{R}^{\infty }{\frac {GmM}{r^{2}}}dr=0-{\big (}{\frac {-GmM}{R}})={\frac {GmM}{R}}}$

waarbij G de gravitatieconstante, M de massa van het hemellichaam en R de straal is.

Met het gelijkstellen van kinetische en potentiële energie volgt nu:

${\displaystyle v={\sqrt {\frac {2GM}{R}}}}$

en met substitutie van de formule voor de zwaartekrachtversnelling g aan het oppervlak

${\displaystyle g=G\cdot {\frac {M}{R^{2}}}}$

volgt hieruit

${\displaystyle v={\sqrt {2gR}}}$

Voor de Aarde bedraagt de ontsnappingssnelheid ongeveer 11,2 km/s (ongeveer 40.000 kilometer per uur), voor de Maan 2,38 km/s, voor de planeet Jupiter 59,5 km/s, voor de Zon 600 km/s, maar voor een zwart gat is zelfs de lichtsnelheid (ongeveer 300.000 km/s) niet genoeg. Dat is ook de reden waarom dit hemellichaam zwart is; er ontsnapt immers geen licht.

Bij gebruik van raketten zijn de omstandigheden zodanig anders (meestal wel wrijving in een atmosfeer, geen versnelling in een enkel moment maar gedurende een periode (dus aandrijving), verandering van massa van de raket tijdens het branden van de motor, invloed van de rotatie van het hemellichaam) dat de ontsnappingssnelheid niet meer dan een ruwe indicator is van de voor het ontsnappen benodigde energie. Ook bij een object dat door een elektromagnetische katapult gelanceerd wordt zal de lucht in de atmosfeer het object afremmen, waardoor de uiteindelijke ontsnappingssnelheid van dit object hoger is dan als deze wordt berekend zonder luchtweerstand. Dit geldt natuurlijk niet voor hemellichamen zonder een uitwendige atmosfeer, zoals veel manen, of objecten zoals de cilinder van Bernal.^[2]

De ontsnappingssnelheid op een bepaalde afstand is ${\displaystyle \scriptstyle {\sqrt {2}}}$ maal de omloopsnelheid bij een cirkelbaan. Zo is ter hoogte van de Aarde de ontsnappingssnelheid van de Zon 42,1 km/s.

Ontsnapping aan een bewegend hemellichaam

Voor de definitie van de ontsnappingssnelheid van een "bewegend" hemellichaam (omdat we een model hebben met alleen dit hemellichaam en het te ontsnappen voorwerp is dit vrijwel een eenparige beweging) kan men, in aanmerking nemend dat snelheden altijd relatief zijn, een inertiaalstelsel kiezen waarbij het hemellichaam vrijwel niet beweegt. Terugvertaald naar een ander inertiaalstelsel krijgen we dan dat de ontsnappingssnelheid voor een bewegend hemellichaam de minimale relatieve snelheid van een object ten opzichte van het hemellichaam is om de afstand van het object tot het hemellichaam tot oneindig te laten naderen. "Minimale relatieve snelheid" impliceert dat de limiet van de snelheidsvector van het voorwerp die van het hemellichaam is.

Voor de techniek van het afschieten maakt het uiteraard niet uit welk inertiaalstelsel men kiest: het is net zo gemakkelijk of moeilijk om vanaf een hemellichaam met een snelheid van 10 km/s een object weg te schieten met een snelheid van 14 km/s of vanaf de andere kant te vertragen tot 6 km/s als het is om het vanuit stilstand weg te schieten met een (ontsnappings)snelheid van 4 km/s; dit ondanks het feit dat de aan het object toegevoegde kinetische energie respectievelijk 48 (van 50 naar 98), -32 (van 50 naar 18) en 8 (van 0 naar 8) MJ/kg is. De netto benodigde energie is in alle gevallen 8 MJ per weggeschoten kilogram. De verschillen worden verklaard door de verandering van de kinetische energie van het hemellichaam (dat door de wet van behoud van impuls een geringe snelheidsverandering ondergaat), respectievelijk -40, 40 en 0 MJ per weggeschoten kilogram.^[3]

De 40 MJ per weggeschoten kilogram die men extra aan het te ontsnappen object bij afschieten in de bewegingsrichting van het hemellichaam moet meegeven (boven de 50 die het al had en de 8 die altijd nodig zijn) vloeit geleidelijk weer terug naar het hemellichaam doordat het wordt aangetrokken door het afgeschoten voorwerp, en daardoor geleidelijk wordt versneld tot zijn oorspronkelijke snelheid. In de limietsituatie heeft het object nog steeds zijn oorspronkelijke 50 MJ/kg die het vóór afschieten had. Die is nodig om mee te blijven bewegen met het hemellichaam, zodat het niet alsnog wordt ingehaald. Een en ander geldt omgekeerd bij het afschieten vanaf de andere kant.

Ontsnapping aan een niet-bolsymmetrisch hemellichaam of een statische combinatie van hemellichamen

Bij een niet-bolsymmetrisch hemellichaam of een statische combinatie van hemellichamen is ${\displaystyle \int _{P}^{\infty }\mathbf {g} (\mathbf {r} )\cdot \mathbf {dr} }$ de som van deze integralen voor gedeelten van het samenstel van massa's. De ontsnappingssnelheid voor het geheel valt daardoor te berekenen als de wortel uit de som van de kwadraten van de afzonderlijke ontsnappingssnelheden in hetzelfde punt. Als men spreekt over de ontsnappingssnelheid van een hemellichaam zonder meer bedoelt men die vanaf het oppervlak. Als het hemellichaam echter niet bolsymmetrisch is hangt de ontsnappingssnelheid af van de plaats op het oppervlak.

Bij bijvoorbeeld het verlaten van het zonnestelsel met vertrek vanaf de Aarde kan men de vraag stellen wat de minimale snelheid is waarmee een niet-aangedreven voorwerp zou moeten worden weggeschoten (onder ideale theoretische condities, geen wrijving van de atmosfeer, geen invloed van andere hemellichamen dan de Aarde en de Zon) zodat het tot in het oneindige van het zonnestelsel af blijft bewegen en niet terugvalt.

Als de Aarde stil zou staan ten opzichte van de Zon dan zou deze "gecombineerde ontsnappingssnelheid" zijn: ${\displaystyle \scriptstyle {\sqrt {11,2^{2}\ +\ 42,1^{2}}}}$ oftewel 43,6 km/s.

Ontsnapping aan een combinatie van ten opzichte van elkaar bewegende hemellichamen

Als het bovenstaande ook zou gelden bij de werkelijke situatie, waarbij de Aarde een baansnelheid van 29,8 km/s om de Zon heeft, dan zou, als het object wordt gelanceerd in de richting waarin de Aarde in zijn baan om de Zon beweegt, slechts een relatieve snelheid ten opzichte van de Aarde van 43,6 - 29,8 = 13,8 km/s nodig zijn.

Bij bewegende lichamen is het echter gecompliceerder; dat het bovenstaande dan niet geldt wordt al gesuggereerd door het feit dat als de baansnelheid van de Aarde lager zou zijn, de uitkomst lager zou kunnen worden dan de ontsnappingssnelheid zonder Zon. Als een object zich van de Aarde af beweegt in dezelfde richting als de Aarde beweegt dan verbruikt het object niet alleen kinetische energie voor het vergroten van de afstand tot de Aarde (en de Zon), dus voor omzetting in potentiële energie, maar wordt ook kinetische energie van het object overgeheveld naar de Aarde (de Aarde wordt versneld doordat het object haar aantrekt, zie ook boven en kinetische energie). Hierbij vloeit een deel van de kinetische energie die bij lancering is overgeheveld van de Aarde naar het object weer terug.

De benodigde snelheid ten opzichte van de Zon is dus hoger dan 43,6 km/s als het object wordt gelanceerd in de richting waarin de Aarde in zijn baan om de Zon beweegt. Het voordeel dat de benodigde snelheid ten opzichte van de Aarde lager is dan ten opzichte van de Zon omdat de baansnelheid van de Aarde van 29,8 km/s er vanaf gaat, wordt slechts gedeeltelijk tenietgedaan.

Ontsnapping aan de Melkweg

Wetenschappers van het Duitse Leibniz Instituut voor Astrofysica in Potsdam hebben de snelheid berekend die een ruimteschip nodig heeft om te ontsnappen aan de zwaartekracht van de Melkweg. Die snelheid blijkt 537 kilometer per seconde te bedragen.^[4][5] Om die snelheid te kunnen berekenen, moesten de onderzoekers eerst een schatting maken van de massa en omvang van de Melkweg. Die massa bleek volgens hen met 1,6 biljoen zonnen half zo klein als eerder verondersteld.

Externe link

• Web-gebaseerde berekeningstool om ontsnappingssnelheid te bepalen

De zwaartekracht vertraagt de tijd op aarde zo dat er vandaar uit nog wel sterren zichtbaar zijn. Vanaf de maan (en mars, 66% zekerheid) en de rest van het zonnestelsel zijn geen sterren zichtbaar. Zou de zwaartekracht er nu ook voor zorgen dat mensen zo achterlijk twee dimensionaal in de middeleeuwen leven en dat domweg blijven doen,

En ook nog dat "men" zegt dat de tweede wet van thermodynamica maxwells engine (wimshurst/van der graaff bliksem energie van 60.000 kilometer per seconde, ctv, van doorne, tesla coil, van alles twee om elkaar oneindig te stimuleren) onmogelijk zou maken, de wetten van elektro dynamica zijn anders dan thermo dynamica (babbelt een alfa met 1 jaar natuurkunde op vwo niveau en een 6 MIN voor wiskunde havo) en op elke planeet gelden andere wetten....en een quantum computer kan vanuit de toekomst terug redeneren naar nu.......vanuit een ideale situatie, vrijheid, gelijkwaardigheid, solidariteit, maxwells engine werkend met maxwells demon. Olie, gas en steenkool zijn niet meer nodig om de wereld te vernielen zoals nu nog steeds gebeurt.


Het schijnt ook waar te zijn volgens ãrtificial intelligence dat voorbij pluto en sedna (soms op 985 AE van de zon vandaan, het object in ons zonnestelsel dat het diepste de ruimte of het universum in is geweest), voorbij de kuiper gordel en de oort wolk er alleen maar oneindige duisternis zichtbaar is. 

4,3 triljard jaar zichtbare sterren (alleen vanaf de aarde zichtbaar) is op oneindigheid 4,3 seconden. 

De zon schittert en straalt wel, 10 miljard jaar en dan zwelt onze zon enorm op, slokt de vier binnenplaneten op. Mercurius, venus, aarde en mars worden extra brandstof voor de laatste reusachtige stuiptrekking van onze zon, dan wordt onze zon een zwart gat.
Maar omdat de zon nu 5 miljard jaar oud zou zijn en nog 5 miljard jaar te gaan heeft, waarom zijn er dan geen sterren zichtbaar in de rest van ons zonnestelsel ? 
Omdat je op 30.000 kilometer afstand van de aarde in de tijdsdimensie van het universum terecht komt, niet de tijdsdimensie van de zon. Ook een vreemde griezelige gedachte, ons zonnestelsel met minstens 8 planeten, dwergplaneten als Pluto en Sedna, bijna 400 manen, kuiper gordel en oort wolk "drijft" of "zweeft" volgens aardse begrippen en tijdmeting in het melkwegstelsel en het universum. 
Volgens de tijdmeting van het universum of dark matter drijft of zweeft ons zonnestelsel in oneindige duisternis (4,3 secondes of 4,3 triljard jaar waren er sterren en sterrenstelsels). 

De zwaartekracht of gravitatie is een aantrekkende kracht die twee of meer massa's op elkaar uitoefenen. De zwaartekracht is een van de vier natuurkrachten. Deze kracht is op het niveau van atomen zeer klein vergeleken met de andere krachten, maar is de meest alledaagse op macroscopische afstanden: een op elk voorwerp werkende kracht, in de richting van het zwaartepunt en evenredig met de massa van het voorwerp.^[1] De zwaartekracht is op astronomische afstanden in nog sterkere mate de overheersende kracht, bijvoorbeeld tussen de aarde en de maan, tussen de zon en alle planeten en zelfs tussen sterrenstelsels, waardoor de uitdijing van het heelal tegengewerkt wordt. De zwaartekracht, die verantwoordelijk is voor het vallen van bijvoorbeeld een appel, zorgt er eveneens voor dat de maan of een satelliet in een baan om de aarde blijft, dat de aarde zelf in een baan om de zon blijft draaien, en dat de zon op zijn beurt samen met alle andere sterren van de Melkweg om een zeker middelpunt heen blijft draaien. Bovendien veroorzaakt de zwaartekracht de getijdenvelden rond het massamiddelpunt van een hemellichaam. De getijdenvelden van de zon en de maan zijn op de aarde bijvoorbeeld verantwoordelijk voor een verschijnsel als springtij.

Inhoud

• 1Formule
• 2Zwaartekracht op aarde
• 3Geschiedenis van onderzoek naar de zwaartekracht
  • 3.1Oudheid
  • 3.2Vroegmoderne tijd
  • 3.3Relativiteitstheorie
• 4Aard van de zwaartekracht
• 5Snelheid van het zwaartekrachtveld
• 6Zwaartekrachtgolven
• 7Anti-zwaartekracht
• 8Problemen met de huidige theorieën van zwaartekracht^[7]
• 9Nieuwe verklaring
• 10Zie ook
• 11Literatuur
• 12Externe link
• 13Referenties

Formule[bewerken | brontekst bewerken]

Zwaartekracht is de onderlinge aantrekking van twee massa's

De gravitatiewet van Newton luidt:

${\displaystyle F_{g}=G\cdot {\frac {m\cdot M}{r^{2}}}}$

met

• ${\displaystyle F_{g}}$ de zwaartekracht tussen twee voorwerpen (in newton)
• ${\displaystyle m}$ de massa van het eerste voorwerp (in kg)
• ${\displaystyle M}$ de massa van het tweede voorwerp (in kg)
• ${\displaystyle r}$ de afstand tussen de zwaartepunten van die voorwerpen (in m)
• ${\displaystyle G}$ de gravitatieconstante = (6,67428 ± 0,00067) × 10⁻¹¹ Nm² kg⁻².

De aantrekkingskracht die de aarde uitoefent op een voorwerp dat zich op het aardoppervlak bevindt kan berekend worden door in deze vergelijking voor ${\displaystyle m_{1}}$ de massa van de aarde te gebruiken, en voor ${\displaystyle r}$ de (gemiddelde) straal van de aarde. In dat geval kan bovenstaande vergelijking vereenvoudigd worden tot:

De vergelijking wordt meestal geschreven als:

${\displaystyle F_{z}=m\cdot g}$

waarin ${\displaystyle m}$ de massa van het betreffende voorwerp is, en ${\displaystyle g}$ de hierboven berekende valversnelling aan het aardoppervlak.

De vergelijking tussen ${\displaystyle F_{z}}$ en ${\displaystyle F_{g}}$ luidt:

${\displaystyle F_{z}=F_{g}}$

dus

${\displaystyle m\cdot g=G\cdot {\frac {m\cdot M}{r^{2}}}}$

De bepaling van de zwaartekracht van de planeet:

${\displaystyle g={\frac {G\cdot M}{r^{2}}}}$

waarin

${\displaystyle g=G\cdot {\frac {M_{\text{aarde}}}{r_{\text{aarde}}^{2}}}\approx 9{,}81{\text{ m/s}}^{2}}$

Zwaartekracht op aarde[bewerken | brontekst bewerken]

Verschillen in zwaartekracht rondom Antarctica (gecorrigeerd voor aardrotatie)

De gravitatiewet van Newton geeft de aantrekkingskracht tussen twee puntmassa's, maar geldt ook voor homogene bolvormige lichamen. Bij de aarde moeten we ermee rekening houden dat deze van binnen niet homogeen is (de massa is niet overal gelijkmatig verspreid). Dat is een van de oorzaken dat de zwaartekracht op sommige plaatsen op het aardoppervlak groter kan zijn dan op andere, bijvoorbeeld door aanwezigheid van massievere steensoorten.

Daarnaast zorgt de rotatie van de aarde om haar as ervoor dat op voorwerpen op aarde naast de zwaartekracht ook een middelpuntvliedende kracht werkt, min of meer tegen de richting van de zwaartekracht in. Hoe verder van de aardas af, hoe groter deze middelpuntvliedende kracht. Op de evenaar is deze kracht het grootst, aan de polen is ze nul. De niet-gecorrigeerde gemeten zwaartekracht is daarom op hogere breedtegraden groter dan op lagere.

Ten derde is de vorm van de aarde niet zuiver rond maar - onder invloed van de rotatie - bij de polen heel licht afgeplat. De aarde heeft de vorm van een oblate sferoïde. Dat betekent dat men zich op de polen ongeveer 21 km dichter bij het centrum van de aarde bevindt dan op de evenaar, wat de zwaartekracht op de polen iets groter maakt.

Valversnelling in Nederland

De zwaartekracht- of valversnelling op het aardoppervlak varieert door al deze oorzaken tussen ongeveer 9,789 m·s⁻² en 9.832 m·s⁻². In Nederland en België bedraagt die gemiddeld 9,81 m·s⁻². Dit wordt voor niet al te nauwkeurige toepassingen afgerond naar 10 m·s⁻².

Het zwaartekrachtveld van de maan werd in kaart gebracht door de tweeling-satellieten Ebb en Flow.

Geschiedenis van onderzoek naar de zwaartekracht[bewerken | brontekst bewerken]

Oudheid[bewerken | brontekst bewerken]

Uit de oudheid is niet veel bekend over onderzoek naar de zwaartekracht. De Griekse filosofen spraken er soms over; zo meende Aristoteles dat alles naar beneden valt omdat het midden van de aarde de "natuurlijke plaats" van de materie was in de zogenaamde ladder der natuur. Rond die tijd hadden Chinese filosofen van het mohisme al theorieën rondom de zwaartekracht beschreven. Zij hadden trouwens geen contact hierover met de oude Grieken. Zij beschreven dat de afwezigheid van krachten, zoals wrijving, de werking van zwaartekracht kon laten zien.^[2]

Vroegmoderne tijd[bewerken | brontekst bewerken]

Tijdens de Wetenschappelijke Revolutie was Galileo Galilei de eerste die de zwaartekracht onderzocht door middel van waarnemingen aan banen van hemellichamen en valproeven op aarde. Zijn valproef zou op de maan in juli 1971 worden herhaald door de bemanning van de Apollo 15.

Isaac Newton heeft de aard van de zwaartekracht in de kosmologie als eerste ingezien. Volgens eigen zeggen kwam hij op het idee toen hij een appel uit de boom zag vallen. Dat de appel op zijn hoofd viel, zoals soms wordt beweerd, is twijfelachtig.^[3] Het baanbrekende karakter van zijn theorie zat hem vooral in het toepassen van eenzelfde wet voor aardse situaties, bijvoorbeeld een appel die van een boom valt en hemellichamen. Newton verklaarde met zijn wet van de zwaartekracht de banen van planeten, die Nicolaus Copernicus, Johannes Kepler en Tycho Brahe hadden beschreven maar niet hadden verklaard. In elk geval realiseerde hij zich dat de maan aantrekkingskracht van de aarde ondervindt, maar dat die in evenwicht wordt gehouden door middelpuntvliedende kracht van Christiaan Huygens.^[4] De getijdenbeweging kon hij verklaren uit de aantrekkingskracht van de maan.

Een ander voorbeeld van Newton is de kanonskogel. Een kanonskogel die met voldoend grote snelheid wordt weggeschoten, kan ook in een baan om de aarde gaan vliegen, of zelfs nooit meer terugkomen (zie ontsnappingssnelheid).

Relativiteitstheorie[bewerken | brontekst bewerken]

In het begin van de twintigste eeuw is de theorie van de zwaartekracht drastisch bijgesteld door met name Albert Einstein. Zijn algemene relativiteitstheorie (1915) geeft een beschrijving van de tot dan toe onverklaarbare precessie in het baanvlak van de planeet Mercurius (zie Vulcanus) en voorspelt ook correct nieuwe verschijnselen die tot dan toe volstrekt ondenkbaar waren, zoals de toename van de massa van een deeltje als het de lichtsnelheid nadert, of de afbuiging van lichtstralen in een zwaartekrachtveld, wat tot uiting komt bij een zwaartekrachtlens om een melkwegstelsel of een Einsteinring rondom een ster. Dit werd voor het eerst waargenomen aan een ster bij een zonsverduistering. Ook verklaart de theorie waarom massa twee aspecten heeft: traagheid (verzet tegen snelheidsverandering) en gravitatie (het veroorzaken van de zwaartekracht). Bovendien is het mogelijk er modellen mee op te stellen voor de evolutie van het heelal.

Aard van de zwaartekracht[bewerken | brontekst bewerken]

Zoals in de vorige sectie vermeld staat, zijn er sinds de nieuwe tijd twee zeer succesvolle gravitatietheorieën bekend. De oudste wet is de gravitatiewet van Newton. Deze is tamelijk precies, en in de meeste gevallen nauwkeurig genoeg om een goed resultaat te berekenen. De "opvolger" van deze wet, de algemene relativiteitstheorie van Einstein, is echter preciezer en vollediger. Deze theorie leidt in de meeste gevallen tot dezelfde uitkomst, en spreekt de wet van Newton dus niet tegen, maar geeft in bepaalde extreme gevallen een antwoord dat preciezer is dan de Newtoniaanse zwaartekracht. Het grote verschil tussen Einsteins theorie en Newtons theorie is:

• Newton: Zwaartekracht gaat uit van een massa en beïnvloedt van daaruit onmiddellijk de overige massa in het heelal.
• Einstein: Zwaartekracht is een vervorming van het ruimte-tijd-continuüm, het 'weefsel' van de lege ruimte, veroorzaakt door de aanwezigheid van een massa. Een kunstmaan om de aarde bijvoorbeeld volgt de vervorming die de massa van de aarde in het omringende ruimte-tijdweefsel maakt en gaat langs het pad dat in die ruimte-tijd het kortst is. Dit zien we als de baan van deze satelliet.

Snelheid van het zwaartekrachtveld[bewerken | brontekst bewerken]

Newton dacht dat de zwaartekracht direct, zonder vertraging van invloed is. Uit Einsteins algemene relativiteitstheorie volgt daarentegen dat zwaartekrachtvelden zich voortplanten met de lichtsnelheid.

Dat de theorie van Einstein overeenkomt met de werkelijkheid is al vaak gebleken, maar op 7 januari 2003 is de snelheid van het zwaartekrachtveld voor het eerst (indirect) gemeten door Ed Fomalont en Sergei Kopeikin.^[5][6] Met behulp van de bewegingen van de planeet Jupiter hebben zij deze metingen verricht. Op 8 september 2002 stond Jupiter namelijk vanaf de aarde gezien zeer dicht bij een quasar, die heldere radiogolven uitzendt. Fomalont en Kopeikin combineerden metingen van een aantal radiotelescopen verspreid over de aarde. Hiermee konden ze de schijnbare verplaatsing van de quasar als gevolg van het zwaartekrachtveld van Jupiter bepalen. Uit deze gegevens konden zij berekenen dat het zwaartekrachtveld 1,06 ±0,21 keer zo snel beweegt als het licht; hieruit kan dus geen verschil tussen de twee snelheden worden gezien. De resultaten zijn controversieel; er zijn andere wetenschappers die zeggen dat de metingen niets met de snelheid van het zwaartekrachtveld te maken hebben.

Zwaartekrachtgolven[bewerken | brontekst bewerken]

Zie Zwaartekrachtgolf voor het hoofdartikel over dit onderwerp.

In februari 2016 werd een wetenschappelijk onderzoek bekendgemaakt dat daadwerkelijk zwaartekrachtgolven heeft gemeten. Deze kunnen bijvoorbeeld optreden bij een grote explosie in het heelal. Zwaartekrachtgolven zijn naar verwachting transversaal, al voorspellen sommige theorieën daarnaast ook longitudinale golven. Indien zwaartekrachtgolven kunnen optreden bij grote explosies in het heelal dan vertaalt zich dat in een tijdelijke ruimtevermeerdering, die waargenomen kan worden door tijdelijke grotere spectrale roodverschuivingen. Omgekeerd krijg je bij implosies ruimtevermindering, wat zich vertaalt in spectrale blauwverschuiving.

Aan de universiteit van Leiden wordt in het Kamerlingh Onnes Laboratorium gewerkt aan een uiterst gevoelige bolvormige antenne die zwaartekrachtgolven kan waarnemen. De naam van het project is MiniGrail. Deze antenne is zo gevoelig, dat trillingen met een uitwijking van ongeveer 10⁻²⁰ meter kunnen worden gedetecteerd.

Anti-zwaartekracht[bewerken | brontekst bewerken]

Vóór Einstein meenden veel natuurkundigen dat er ook anti-zwaartekracht mogelijk was. Met Einsteins theorie verviel hiervoor de noodzaak, omdat er geen tegenhanger voorstelbaar is voor een 'anti' tijd-ruimtecontinuüm vervorming. Maar bij recente metingen aan de kosmische achtergrondstraling is gebleken dat er misschien toch een soort uitdijende kracht in het universum werkzaam is, die de zwaartekracht tegenwerkt. Deze uitdijende kracht is door Einstein de kosmologische constante genoemd en zou veroorzaakt worden door donkere energie.

Problemen met de huidige theorieën van zwaartekracht^[7][bewerken | brontekst bewerken]

Ondanks het succes van Newtons zwaartekrachttheorie, die in bijna alle gevallen heel goed voldoet, bleken er aan het eind van de negentiende eeuw, toen meettechnieken steeds preciezer werden, toch verschijnselen te zijn die hiermee niet helemaal te verklaren zijn. Dat werd in het begin van de twintigste eeuw verholpen met Einsteins relativiteitstheorie die een aanscherping is van Newtons theorie. Maar ook met deze verder zeer succesvolle theorie blijken er verschijnselen te zijn die hiermee niet beschreven kunnen worden:

• De banen van de planeten dijen sneller uit dan te verklaren is met verlies van zonsmassa.
• De uitdijing van het heelal lijkt te versnellen, wat moeilijk te verklaren is als er niet een of andere mysterieuze anti-zwaartekracht werkzaam is.
• De baanbeweging van sterrenstelsels kan alleen verklaard worden als er extra onzichtbare massa is (donkere materie). Een alternatieve verklaring voor de extra aantrekkingskracht is een aangepaste zwaartekrachttheorie die volgens onder anderen Erik Verlinde effect heeft op supergrote schaal.

Nieuwe verklaring[bewerken | brontekst bewerken]

De Nederlandse natuurkundige Erik Verlinde kwam in 2009 en later met een afleiding van Newtons zwaartekrachtwet, uitgaande van het holografisch principe van Gerard 't Hooft.^[8][9] Al eerder hadden natuurkundigen als Richard Feynman een verband gelegd tussen zwaartekracht en thermodynamica. Verlinde stelt dat de kracht het gevolg is van het verschil in informatiedichtheid in de ruimte tussen twee elkaar aantrekkende massa's en de ruimte daarbuiten. In drie dimensies neemt deze dichtheid met het kwadraat van de afstand af. Volgens deze theorie is zwaartekracht geen fundamentele kracht, maar het gevolg van microscopische kwantummechanische effecten, die statistisch samen de zwaartekracht opleveren ("entropische zwaartekracht").

De alternatieve zwaartekrachtstheorie (MOND,MOdified Newtonian Dynamics), die al in 1983 door Mordehai Milgrom geformuleerd en is gespecificeerd, is sindsdien niet aangepast door astronomische waarnemingen. In een computermodel onderzoek door de The Stellar Populations and Dynamics Research Group, geleid door professor Pavel Kroupa, werd het ontstaan van een sterrenstelsel, zonder donkere materie nagebootst. De uitkomst is heel goed vergelijkbaar met de waarneembare sterrenstelsels.^[10][11]

Zie ook[bewerken | brontekst bewerken]

• Equivalentieprincipe
• Graviton
• Gewicht
• G-kracht
• Gewichtloosheid
• Graviteitsmodel in de geografie
• Intelligent falling
• Invloedssfeer van een hemellichaam
• Omgekeerde kwadratenwet
• Oerknal
• Ruimtetijd
• Snaartheorie
• Zwaartekrachtinstorting
• Zwaartekrachtsveld
• Zwart gat

Literatuur[bewerken | brontekst bewerken]

• George Gamow Gravity (1962); vertaling: De zwaartekracht die het heelal beheerst (1963)

Externe link[bewerken | brontekst bewerken]

• Minigrail, een zwaartekrachtdetector Universiteit Leiden

Referenties[bewerken | brontekst bewerken]

1. ↑ Andere op afstand werkende krachten die men in het dagelijks leven tegen komt zijn veel minder overheersend: die van magneetjes en statische elektriciteit. Door gasdruk werkende krachten kunnen lijken op afstand te werken doordat men de gasdeeltjes niet ziet.
2. ↑ Rens Bod. (2019). Een wereld vol patronen - De geschiedenis van kennis. Amsterdam, Nederland: Uitgeverij Prometheus.
3. ↑ White, Michael (1997). Isaac Newton: The Last Sorcerer. Fourth Estate Limited. ISBN 1-85702-416-8., p. 86
4. ↑ De grootte (straal) van de maanbaan en zijn omloopsnelheid waren bekend, evenals de zwaartekrachtversnelling op het aardoppervlak (appel), zodat getoetst kon worden of de aardse zwaartekracht verantwoordelijk zou kunnen zijn voor de baan van de maan.
5. ↑ Forumdiscussie over het experiment van Kopeikin en Fomalont (engels)
6. ↑ Download link originele artikel (engels)
7. ↑ Dit artikel of een eerdere versie ervan is een (gedeeltelijke) vertaling van het artikel Gravity op de Engelstalige Wikipedia, dat onder de licentie Creative Commons Naamsvermelding/Gelijk delen valt. Zie de bewerkingsgeschiedenis aldaar.
8. ↑ Preprint Xarchiv: On the Origin of Gravity and the Laws of Newton
9. ↑ Volkskrant: Is Einstein een beetje achterhaald?
10. ↑ Galaxy formation simulated without dark matter, University Bonn, 7 februari 2020
11. ↑ In heelal met alternatieve zwaartekracht ontstaan realistische sterrenstelsels, Newscientist, 14 februari 2020