Top 6 dingen over zwaartekracht

Afbeelding tegoed: Yining Karl Li

Afbeelding tegoed:Yining Karl Li


Via het SLAC Nationaal Versneller Laboratorium.

Zwaartekracht is iets waar we niet te veel aan denken, tenminste totdat we op ijs uitglijden of op de trap struikelen. Voor veel oude denkers was zwaartekracht niet eens een kracht - het was gewoon de natuurlijke neiging van objecten om naar het centrum van de aarde te zinken, terwijl planeten onderworpen waren aan andere, niet-gerelateerde wetten.


Natuurlijk weten we nu dat de zwaartekracht veel meer doet dan dingen laten vallen. Het regelt de beweging van planeten rond de zon, houdt sterrenstelsels bij elkaar en bepaalt de structuur van het heelal zelf. We erkennen ook dat zwaartekracht een van de vier fundamentele natuurkrachten is, samen met elektromagnetisme, de zwakke kracht en de sterke kracht.

De moderne theorie van de zwaartekracht -Einsteins algemene relativiteitstheorie– is een van de meest succesvolle theorieën die we hebben. Tegelijkertijd weten we nog steeds niet alles over zwaartekracht, ook niet hoe het precies past bij de andere fundamentele krachten.

Maar hier zijn zes gewichtige feiten die we wel weten over zwaartekracht.

1. Zwaartekracht is verreweg de zwakste kracht die we kennen.Zwaartekracht trekt alleen aan - er is geen negatieve versie van de kracht om dingen uit elkaar te duwen. En hoewel de zwaartekracht krachtig genoeg is om sterrenstelsels bij elkaar te houden, is ze zo zwak dat je ze elke dag overwint. Als je een boek oppakt, ga je de zwaartekracht van de hele aarde tegen.




Ter vergelijking: de elektrische kracht tussen een elektron en een proton in een atoom is ongeveer een triljoen (dat is een met 30 nullen erachter) keer sterker dan de aantrekkingskracht tussen hen. In feite is de zwaartekracht zo zwak dat we niet precies weten hoe zwak het is.

NASA-astronaut Karen Nyberg gebruikt een fundoscoop om haar oog in een baan om de aarde in beeld te brengen. Afbeelding tegoed: NASA

NASA-astronaut Karen Nyberg gebruikt een fundoscoop om haar oog in een baan om de aarde in beeld te brengen. Afbeelding tegoed: NASA

2. Zwaartekracht en gewicht zijn niet hetzelfde.Astronauten op het ruimtestation drijven, en soms zeggen we lui dat ze in gewichtloosheid zijn. Maar dat is niet waar. De zwaartekracht op een astronaut is ongeveer 90 procent van de kracht die ze op aarde zouden ervaren. Astronauten zijn echter gewichtloos, aangezien gewicht de kracht is die de grond (of een stoel of een bed of wat dan ook) op hen op aarde uitoefent.

Neem een ​​weegschaal in een lift in een groot luxe hotel en ga erop staan ​​terwijl je op en neer rijdt, en negeer alle sceptische blikken die je zou kunnen krijgen. Je gewicht fluctueert en je voelt de lift versnellen en vertragen, maar de zwaartekracht is hetzelfde. In een baan om de aarde bewegen astronauten zich daarentegen met het ruimtestation mee. Er is niets om ze tegen de zijkant van het ruimteschip te duwen om gewicht te maken. Einstein veranderde dit idee, samen met zijn speciale relativiteitstheorie, in de algemene relativiteitstheorie.


3. Zwaartekracht maakt golven die met lichtsnelheid bewegen.De algemene relativiteitstheorie voorspelt zwaartekrachtsgolven. Als je twee sterren of witte dwergen of zwarte gaten in een gemeenschappelijke baan hebt, komen ze langzaam dichterbij omdat zwaartekrachtsgolven energie wegdragen. In feite zendt de aarde ook zwaartekrachtsgolven uit terwijl ze om de zon draait, maar het energieverlies is te klein om op te merken.

We hebben al 40 jaar indirect bewijs voor zwaartekrachtsgolven, maar alleen de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO)bevestigde het fenomeen dit jaar. De detectoren pikten een uitbarsting van zwaartekrachtsgolven op die werden veroorzaakt door de botsing van twee zwarte gaten op meer dan een miljard lichtjaar afstand.

Een gevolg van relativiteit is dat niets sneller kan reizen dan de lichtsnelheid in vacuüm. Dat geldt ook voor de zwaartekracht: als er iets ingrijpends met de zon zou gebeuren, zou het zwaartekrachtseffect ons tegelijkertijd bereiken met het licht van de gebeurtenis.

Zwaartekrachtgolven ontstaan ​​bij enkele van de meest gewelddadige gebeurtenissen in ons universum, zoals het samensmelten van twee zwarte gaten. een.Afbeelding via Swinburne Astronomy Productions / NASA JPL.

Zwaartekrachtgolven ontstaan ​​bij enkele van de meest gewelddadige gebeurtenissen in ons universum, zoals het samensmelten van twee zwarte gaten. een.Afbeelding via Swinburne Astronomy Productions /NASA JPL.


4. Het verklaren van het microscopische gedrag van zwaartekracht heeft onderzoekers voor een lus gegooid. De andere drie fundamentele natuurkrachten worden beschreven door kwantumtheorieën op de kleinste schaal, met name het standaardmodel. We hebben echter nog steeds geen volledig werkende kwantumtheorie van de zwaartekracht, hoewel onderzoekers het proberen.

Een onderzoeksrichting is de luskwantumzwaartekracht, die technieken uit de kwantumfysica gebruikt om de structuur van ruimte-tijd te beschrijven. Het stelt voor dat ruimte-tijd op de kleinste schaal deeltjesachtig is, net zoals materie uit deeltjes bestaat. Materie zou beperkt blijven tot het springen van het ene punt naar het andere op een flexibele, maasachtige structuur. Hierdoor kan luskwantumzwaartekracht het effect van zwaartekracht beschrijven op een schaal die veel kleiner is dan de kern van een atoom.

Een bekendere benadering is:snaartheorie, waar deeltjes – inclusiefgravitonen– worden beschouwd als trillingen van snaren die zijn opgerold in afmetingen die te klein zijn om door experimenten te worden bereikt. Noch de kwantumzwaartekracht van de lus, noch de snaartheorie, noch enige andere theorie kan momenteel toetsbare details geven over het microscopische gedrag van de zwaartekracht.

5. Zwaartekracht kan worden gedragen door massaloze deeltjes die gravitonen worden genoemd.In het standaardmodel interageren deeltjes met elkaar via andere krachtdragende deeltjes. Het foton is bijvoorbeeld de drager van de elektromagnetische kracht. De hypothetische deeltjes voor kwantumzwaartekracht zijn gravitonen, en we hebben enkele ideeën over hoe ze zouden moeten werken vanuit de algemene relativiteitstheorie. Net als fotonen zijn gravitonen waarschijnlijk massaloos. Als ze massa hadden, hadden experimenten iets moeten zien - maar het sluit een belachelijk kleine massa niet uit.

6. Kwantumzwaartekracht verschijnt op de kleinste lengte die iets kan zijn.Zwaartekracht is erg zwak, maar hoe dichter twee objecten bij elkaar staan, hoe sterker het wordt. Uiteindelijk bereikt het de sterkte van de andere krachten op een zeer kleine afstand die bekend staat als de Planck-lengte, vele malen kleiner dan de kern van een atoom.

Dat is waar de effecten van kwantumzwaartekracht sterk genoeg zullen zijn om te meten, maar het is veel te klein voor enig experiment om te onderzoeken. Sommige mensen hebben theorieën voorgesteld die de kwantumzwaartekracht bijna op de millimeterschaal zouden laten verschijnen, maar tot nu toe hebben we die effecten niet gezien. Anderen hebben gekeken naar creatieve manieren om kwantumzwaartekrachteffecten te vergroten, met behulp van trillingen in een grote metalen staaf of verzamelingen atomen die bij ultrakoude temperaturen worden bewaard.

Het lijkt erop dat, van de kleinste schaal tot de grootste, de zwaartekracht de aandacht van wetenschappers blijft trekken. Misschien zal dat een troost zijn de volgende keer dat je een duik neemt, wanneer de zwaartekracht ook je aandacht trekt.

Genieten van ForVM? Schrijf u vandaag nog in voor onze gratis dagelijkse nieuwsbrief!

Kortom: zes feiten over zwaartekracht van het SLAC National Accelerator Laboratory.