Wat is de wet van universele zwaartekracht?
De wet van universele zwaartekracht is een essentieel natuurkundig principe. Het werd voor het eerst gecodificeerd door Sir Isaac Newton in de jaren 1600. De wet van universele zwaartekracht stelt dat alle objecten door zwaartekracht tot elkaar worden aangetrokken; de kracht van de attractie hangt af van de massa van de objecten en neemt af op basis van de afstand tussen hen. De ontdekking van Newton werd vervangen door Einsteins algemene relativiteitstheorie. Het is echter nog steeds nauwkeurig voor de meeste praktische toepassingen.
Newton ontdekte niet de zwaartekracht, zoals het populaire geloof beweert, maar breidde zich uit over het werk van eerdere wetenschappers zoals Galileo. Newton verwees naar deze wetenschappers toen hij beroemd schreef: "Als ik verder heb gezien, is het door op de schouders van reuzen te staan." De val van een appel inspireerde Newton om het onderwerp zwaartekracht te bestuderen; de appel bracht echter geen onmiddellijk begrip door zijn hoofd te slaan. In plaats daarvan gebruikte hij de baan van de maan rond de aarde om zijn berekeningen over een periode van 20 jaar te controleren en te bevestigen. De wet van universele zwaartekracht werd gedetailleerd beschreven in zijn baanbrekende boek Principia Mathematica , gepubliceerd in 1687.
Newtons boek bevatte wiskundige formules die de wet van universele zwaartekracht beschrijven. In wezen stelt de wet dat alle objecten een zwaartekracht uitoefenen op alle andere objecten. Objecten met veel massa hebben sterkere gebieden met zwaartekracht, of zwaartekrachtvelden, en daarom voelen objecten en mensen zich aangetrokken tot de aarde, maar niet merkbaar tot elkaar. De zwaartekracht neemt af naarmate de afstand toeneemt; deze afname kan nauwkeurig worden gemeten en staat in de natuurkunde bekend als een omgekeerde kwadraatwet. Universele zwaartekracht is de kracht die planeten en satellieten in een baan houdt, in plaats van vrij rond het universum te reizen.
In de eeuwen na Newton's leven werd de wet van universele zwaartekracht gebruikt om de locaties van planeten en natuurlijke satellieten te voorspellen die nog niet waren ontdekt. De uiteindelijke ontdekkingen van deze hemellichamen bevestigden dat de wet correct was. Een aspect van de wet dat Newton niet kon verklaren, was hoe zwaartekracht tussen objecten wordt overgebracht. Andere fundamentele krachten, zoals elektromagnetisme, werken omdat subatomaire deeltjes zich tussen de objecten verplaatsen en ze naar elkaar aantrekken. Een vergelijkbaar deeltje voor het overbrengen van de zwaartekracht, de graviton, is in theorie beschreven, maar blijft meer dan 300 jaar na Newtons werk onontdekt.
Tegen de 20e eeuw hadden wetenschappers kleine inconsistenties ontdekt in de wet van universele zwaartekracht. Deze inconsistenties werden verklaard door Einsteins algemene relativiteitstheorie. Einstein realiseerde zich dat de massa van hemellichamen in feite niet alleen elkaar beïnvloeden, maar ook de structuur van ruimte-tijd om hen heen. Deze effecten zijn alleen merkbaar in zeer precieze metingen en berekeningen. Voor praktische toepassingen zoals raketlanceringen is de wet van universele zwaartekracht nog steeds nauwkeurig en veel gemakkelijker te berekenen dan de effecten van relativiteitstheorie.