Waarom trekt de zwaartekracht ons naar beneden en niet naar boven?

Waarom trekt de zwaartekracht ons naar beneden en niet naar boven?

Zwaartekracht is de reden waarom objecten met massa of energie tot elkaar aangetrokken worden. Dit is de reden waarom appels op aarde vallen en planeten om sterren draaien.

Magneten trekken bepaalde soorten metalen aan, maar kunnen andere ook wegduwen. Dus hoe voel je gewoon de aantrekkingskracht van de zwaartekracht?

In 1915 ontdekte Albert Einstein het antwoord toen hij zijn algemene relativiteitstheorie publiceerde. De reden waarom de zwaartekracht je naar de aarde trekt, is omdat alle objecten met massa, zoals onze aarde, feitelijk het weefsel van het universum, dat ruimte-tijd wordt genoemd, buigen en buigen. Deze bocht is hoe de zwaartekracht voelt.

Wat is ruimtetijd?

Voordat je de complexe wereld van de zwaartekracht betreedt, moet je ruimte-tijd begrijpen.

Ruimte-tijd is precies hoe het klinkt: de drie dimensies van ruimte – lengte, breedte en hoogte – gecombineerd met de vierde dimensie – tijd. Met behulp van briljante wiskunde was Einstein de eerste persoon die besefte dat de wetten van de natuurkunde in het universum gelden Ruimte en tijd worden samengevoegd.

Wat dit betekent is dat ruimte en tijd met elkaar verbonden zijn: als je heel snel door de ruimte beweegt, vertraagt ​​de tijd voor jou vergeleken met iemand die langzaam beweegt. Dit is de reden waarom astronauten – die zich heel snel in de ruimte bewegen – Ze verouderen iets langzamer dan mensen op aarde.

De aarde buigt de ruimte-tijd zodat deze naar de aarde toe valt in plaats van ervan af. Krediet: Tokamak / Wikimedia Commons, CC BY-SA

Het is materiaal dat zwaartekrachtputten maakt, en niet zwaartekrachtheuvels

Bedenk dat zwaartekracht het idee is dat objecten in het universum tot elkaar aangetrokken worden omdat de ruimte-tijd gebogen en gekromd is. Toen Einstein met de algemene relativiteitstheorie op de proppen kwam, liet hij zien dat alle objecten in het universum de ruimtetijd kunnen buigen – in natuurkundige termen zijn objecten zowel massa als energie.

Omdat je geest gewoonlijk in drie dimensies aan de wereld denkt, is het erg moeilijk om de vier dimensies van ruimte-tijd als één enkel idee te beschouwen. Dus, om het gemakkelijker te visualiseren, stel je het oppervlak van een trampoline voor. Als er niets op staat, is het plat. Maar als je op de trampoline staat, strekt deze zich uit rond je voeten en vormt een vallei als je in het midden staat. Als er een bal op de trampoline ligt, rolt deze richting je voeten.

De zwaartekracht werkt op dezelfde manier als hoe voorwerpen naar je voeten rollen als je op een trampoline staat.

Dit is een tweedimensionaal voorbeeld van hoe ruimte-tijd werkt. Je massa rekt de trampoline uit, waardoor een zogenaamde zwaartekrachtput ontstaat waarin de bal rolt. Dit lijkt erg op hoe de zwaartekracht van een zwaar object – zoals de aarde – objecten zoals jij en ik ernaartoe trekt.

En om het nog vreemder te maken, aangezien ruimte en tijd met elkaar verbonden zijn, De tijd wordt ook verlengd vanwege zware voorwerpen!

In de film Interstellar gaan de personages naar een nabijgelegen planeet Zwart gatTerwijl ze daar zijn, verouderen ze langzamer dan alle anderen.

Hoe zwaarder je bent, hoe steiler de zijkanten van de trampoline zullen zijn. Dat is de reden waarom echt massieve objecten in het universum – zoals de zon of zwarte gaten – een sterkere zwaartekracht hebben dan die van de aarde.

Dus waarom trekt de zwaartekracht je naar beneden en duwt je je niet weg?

Stel je voor dat iemand onder een trampoline door ging en deze omhoog duwde. De bal zal wegrollen! Dit zal een zwaartekrachtheuvel zijn, geen zwaartekrachtput. Voor zover wetenschappers weten, vormen materie – of objecten – altijd zwaartekrachtputten, geen zwaartekrachtheuvels. Wetenschappers kunnen zich objecten voorstellen die zijn gemaakt van exotische materie of energie en die ervoor kunnen zorgen dat de zwaartekracht je de ruimte in duwt, maar tot nu toe heeft niemand iets gevonden dat ervoor kan zorgen dat de zwaartekracht je van de aarde wegduwt.

Geschreven door Mario Boronda, universitair hoofddocent natuurkunde, Oklahoma State University.

Aangepast van een artikel oorspronkelijk gepubliceerd in Gesprek.