Waarom trekt de zwaartekracht ons naar beneden in plaats van naar boven? Zwaartekracht zorgt ervoor dat objecten met massa of energie elkaar aantrekken. Dit is de reden waarom appels op de grond vallen en planeten in een baan om sterren draaien. Magneten trekken bepaalde soorten metalen aan, maar duwen andere weg. Dus waarom voel je alleen de aantrekkingskracht van de zwaartekracht?

In 1915 vond Einstein het antwoord toen hij zijn algemene relativiteitstheorie publiceerde. De reden dat de zwaartekracht je naar de grond trekt, is dat alle objecten met massa, zoals onze aarde, feitelijk het weefsel van het universum, dat ruimte-tijd is, buigen. Deze buiging is wat je voelt als zwaartekracht.

Wat is ruimte en tijd?

Voordat je de complexe wereld van de zwaartekracht kunt begrijpen, moet je ruimte en tijd begrijpen.

Ruimtetijd is precies wat de naam doet vermoeden: een combinatie van de drie dimensies van ruimte – lengte, breedte en hoogte – met een vierde dimensie – tijd. Door een behoorlijk briljante wiskunde was Einstein de eerste die zich realiseerde dat de wetten van de natuurkunde gelden in een universum waar ruimte en tijd samenvloeien.

Dit betekent dat ruimte en tijd met elkaar verbonden zijn: als je snel door de ruimte beweegt, zal de tijd vertragen vergeleken met iemand die langzaam beweegt. Dat is de reden waarom astronauten – die zich heel snel in de ruimte bewegen – iets langzamer verouderen dan mensen op aarde.

De aarde zal de ruimte-tijd buigen, waardoor je naar de aarde toe valt in plaats van ervan af. Afbeeldingsbron: Tokamac/Wikimedia Commons, CCBY-SA

Materie creëert zwaartekrachtbronnen, geen zwaartekrachtbergen

Zwaartekracht is de aantrekking van objecten in het universum tot elkaar als gevolg van de kromming van ruimte en tijd. Toen Einstein zijn algemene relativiteitstheorie voorstelde, liet hij zien dat alles in het universum ruimte-tijd buigt – in natuurkundige termen zijn deze dingen massa en energie.

Omdat je hersenen normaal gesproken in drie dimensies over de wereld denken, is het moeilijk om vier dimensies van ruimte-tijd als één enkel concept te beschouwen. Dus, om het begrijpelijker te maken, stel je het oppervlak van een trampoline voor. Als er niets op zit, is het plat. Maar als je op een trampoline staat, strekt deze zich om je voeten uit en creëert een vallei waarin jij centraal staat. Als er een bal op de trampoline ligt, rolt deze richting je voeten.

De zwaartekracht werkt alsof je op een trampoline staat, voorwerpen rollen naar je voeten.

Dit is een tweedimensionaal voorbeeld van hoe ruimte en tijd werken. 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 naar de aarde trekt.

Wat nog vreemder is, is dat aangezien ruimte en tijd met elkaar verbonden zijn, de tijd ook zal worden uitgerekt door zware voorwerpen!

In de film 'Interstellar' gaan de hoofdrolspelers naar een planeet in de buurt van een zwart gat, waar ze langzamer verouderen dan alle anderen.

Hoe zwaarder je bent, hoe steiler de zijkanten van de trampolineput zullen zijn. Dit is de reden waarom de werkelijk massieve objecten in het universum – zoals de zon of zwarte gaten – een grotere aantrekkingskracht hebben dan de aarde.

Dus waarom trekt de zwaartekracht je naar beneden in plaats van je weg te duwen?

Stel je voor dat iemand onder de trampoline door zou lopen en zich omhoog zou duwen, dan zou de bal wegrollen. Dit zou een zwaartekrachtheuvel zijn, geen zwaartekrachtput. Voor zover wetenschappers weten, vormt materie – of spullen – altijd zwaartekrachtputten, geen zwaartekrachtbergen. Wetenschappers kunnen zich dingen voorstellen die gemaakt zijn van exotische materie of energie en die ervoor zorgen dat de zwaartekracht je de ruimte in duwt, maar tot nu toe heeft niemand iets gevonden waardoor de zwaartekracht je van de aarde wegduwt.

Auteur: Mario Borunda, universitair hoofddocent natuurkunde aan de Oklahoma State University.

Samengestelde bron: ScitechDaily