Door Kevin Lee Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Henrik_L/iStock/Getty Images

Gooi een bal hard genoeg en hij komt nooit meer terug. In werkelijkheid zou een projectiel een snelheid van minstens 11,3 km/s (7 mi/s) moeten bereiken om aan de zwaartekracht van de aarde te ontsnappen. Elk object – of het nu een lichtgewicht veertje of een kolossale ster is – oefent een kracht uit die omringende materie aantrekt. De zwaartekracht houdt ons verankerd aan de planeet, de maan die in een baan om de aarde draait, de aarde die rond de zon draait, de zon die rond het centrum van de melkweg draait, en enorme galactische clusters die als een verenigd systeem door het universum razen.

De fundamentele krachten die het universum binden

De zwaartekracht houdt, samen met de sterke nucleaire, zwakke nucleaire en elektromagnetische krachten, de kosmos bij elkaar. De sterke kernkracht houdt nucleonen gebonden binnen een atoomkern; de zwakke kernkracht drijft bepaalde vormen van radioactief verval aan; en de elektromagnetische kracht regelt de samenhang van atomen en moleculen. Hoewel de zwaartekracht de beweging van planeten regelt, is het de zwakste van de vier fundamentele krachten.

Massa bepaalt de zwaartekracht

Massa – verschillend van gewicht – is de hoeveelheid materie in een object. Naarmate de massa toeneemt, neemt ook de zwaartekracht die deze genereert toe. Zwarte gaten bezitten bijvoorbeeld zo’n extreme massa dat zelfs licht niet aan hun waarnemingshorizon kan ontsnappen. Daarentegen oefent een zoutkorrel een verwaarloosbare aantrekkingskracht uit vanwege zijn minuscule massa. Gewicht, gedefinieerd als de kracht die door de zwaartekracht op een object wordt uitgeoefend, varieert met de zwaartekrachtversnelling; astronauten op de maan wogen slechts een zesde van hun gewicht op aarde.

De verreikende invloed van de zwaartekracht

Astronauten van ruimtestations beschrijven vaak een ‘zero-gravity’-omgeving, maar toch is de zwaartekracht van de aarde nog steeds aanwezig – slechts ongeveer 10% zwakker op orbitale hoogte. Het gevoel van zweven ontstaat doordat astronauten voortdurend naar de aarde vallen, terwijl ze zo snel vooruit bewegen dat ze nooit het oppervlak bereiken. Ondanks dat de zwaartekracht afneemt met de afstand, strekt deze zich uit tot in het oneindige, waardoor zelfs de verste objecten naar de aarde worden getrokken.

Belangrijke theorieën over zwaartekracht

In 1687 formuleerde Isaac Newton de eerste kwantitatieve theorie van de zwaartekracht, die het raamwerk vormde om de beweging van hemellichamen en de banen van projectielen te voorspellen. Eeuwen later herinterpreteerde de Algemene Relativiteitstheorie van Albert Einstein de zwaartekracht als de kromming van de ruimtetijd veroorzaakt door massa en energie. Visualiseer een bowlingbal die op een matras is geplaatst:de bal drukt het oppervlak in en een knikker rolt naar de holte. In het model van Einstein vervormt de massa van de zon de ruimtetijd, waardoor de aarde en de andere planeten langs gebogen paden worden geleid.

Zwaartekrachtgolven:rimpelingen in de ruimtetijd

Einstein voorspelde dat massieve, versnellende objecten zwaartekrachtgolven zouden genereren:voorbijgaande rimpelingen die de ruimtetijd uitrekken en comprimeren. Gebeurtenissen zoals de inspiratie van binaire zwarte gaten of neutronensterren produceren golven die zo subtiel zijn dat voor het detecteren ervan zeer gevoelige observatoria nodig zijn. De bevestiging van zwaartekrachtsgolven heeft een nieuw venster op het universum geopend, waardoor we verschijnselen kunnen waarnemen die onzichtbaar zijn voor traditionele telescopen.