Je leest:

Snelheid van de zwaartekracht nog onbepaald

Snelheid van de zwaartekracht nog onbepaald

Auteur: | 1 juli 2003

Hoe snel is zwaartekracht? Volgens de Algemene Relativiteitstheorie net zo snel als het licht. Maar experimenteel bewijs daarvoor is nooit geleverd. Begin dit jaar claimden Sergei Kopeikin en Edward Fomalont van de universiteit van Missouri dat ze de snelheid van de zwaartekracht hadden gemeten.

Snelheid van de zwaartekracht

De zwaartekrachtssnelheid is als volgt voor te stellen. Onze aarde staat zo’n 8 lichtminuten van de zon af. Dat betekent dat als die nú verdwijnt, het licht pas over 8 minuten uitgaat. Maar wat gebeurt er ondertussen met de baan van de aarde? Zonder de zon vliegt de aarde uit de bocht – volgens Einstein ook pas als wij de zon uit zien gaan. Maar volgens algemenere theorieën dan de Algemene Relativiteitstheorie kan het meteen gebeuren, of na een andere tussenperiode.

Eddington toonde het door Einstein voorspelde effect aan tijdens een zonsverduistering in 1919: grote massa’s buigen licht af. Hoe dat eruit ziet hangt af ondermeer van de snelheid van de zwaartekracht. Kopeikin en Fomalont deden berekeningen en vonden een situatie waarin ze nét nauwkeurig genoeg konden meten om de zwaartekrachtssnelheid te meten. Op deze afbeelding is te zien hoe de grote melkwegcluster Abell 2218 licht van achtergelegen stelsels afbuigt. De gebogen strepen zijn verwrongen afbeeldingen van die stelsels. bron: ESA/NASA

Jupiter in beweging

Kopeikin en Fomalont maakten voor hun meting gebruik van een redelijk zeldzaam verschijnsel. Ze bekeken een quasar, een ver verwijderd sterrenstelsel dat zeer veel straling produceert, terwijl Jupiter vlakbij de lijn tussen aarde en quasar stond. Zwaartekracht kan niet alleen aan voorwerpen, maar ook aan licht trekken; de precieze manier waarop dat gebeurt wordt voorspeld door Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie.

Door de zwaartekracht van Jupiter bewoog het beeld van de quasar in cirkels langs de hemel. Daaruit was af te leiden hoe snel de invloed van de bewegende planeet zich liet gelden. Het experiment leverde de volgende meting op: de zwaartekrachtssnelheid is gelijk aan de lichtsnelheid, plus of min 20%. Niet geweldig exact, maar ‘oneindig’ was in ieder geval uitgesloten. Toch?

Jupiter stilzetten

Stuart Samuel deed wat elke student natuurkunde heel snel leert – een ander gezichtspunt innemen. Stel je eens een ping-pong tafel in een rijdende trein voor. Voor een waarnemer op het station is het spelletje maar moeilijk te volgen. Hij ziet de constante beweging van de trein en de wisselende beweging van de bal samen opgeteld. Een waarnemer die in de trein zit hoeft alleen maar op de bal te letten – de beweging van de trein ziet hij niet, die staat namelijk stil ten opzichte van hemzelf. In de relativiteitstheorie is het verspringen van de ene waarnemer naar de andere dé manier om moeilijke problemen aan te pakken.

In het geval van Jupiter was de moeilijkheid dat een aardse waarnemer een bewegende Jupiter ziet – en dat levert allerlei lastige termen op in de berekening. Samuel vroeg zich af hoe het beeld van de quasar vanaf Jupiter gezien zou bewegen.

Nadat hij zijn berekening aan het beeld van de quasar had afgerond, vertaalde Samuel terug voor een waarnemer op aarde – en ontdekte dat het effect van Kopeikin en Fomalont minstens honderd keer zo zwak was als voorspeld. Met de huidige techniek was dat onmogelijk waar te nemen. Samuel concludeert dus dat ‘de snelheid van de zwaartekracht best de lichtsnelheid kan zijn – maar dít experiment kan daar geen uitsluitsel over geven.’

Controverse

De meting van Kopeikin en Fomalont al eerder de tongen los. Een aantal collega’s twijfelt aan wat ze met het experiment precies hebben gemeten: was het de snelheid van de zwaartekracht, een ander zwaartekrachtseffect, of toch gewoon een verkapte meting van de lichtsnelheid?

Dat de geleerden er nog niet uit zijn, blijkt uit de tijd die men nodig heeft om de artikelen te keuren. Voor een wetenschappelijk tijdschrift namelijk artikelen publiceert, wordt het eerst door experts doorgelezen om de kwaliteit te beoordelen. Met alle verschillende meningen die de ronde doen kan dat nog een tijdje duren. Dat Kopeikin en Fomalont hun meetresulaten al aan de pers presenteerden voor ze in een vakblad publiceerden viel trouwens ook niet bij iedereen even goed. Maar, zegt criticus Clifford Will van Washington University, de wetenschappelijke gemeenschap zal er ongetwijfeld achter komen wat er nou precies is gemeten.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 juli 2003
NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.