GRAVITATIEWET VAN NEWTON KLOPT OOK OP 0,2 MM AFSTAND

De gravitatiewet van Newton klopt ook op zeer korte afstanden. Fysici van de Universiteit van Washington in Seattle hebben met een uiterst gevoelige torsiebalans de zwaartekracht gemeten tussen twee nabije massa's, met als uitkomst dat de Newtons theorie minstens tot op 0,2 millimeter deugt (Physical Review Letters, 19 febr.). Tot nu toe was deze wet getest (en in orde bevonden) bij afstanden groter dan een centimeter. Het nieuwe resultaat heeft gevolgen voor de snaartheorie, die werkt met extra ruimtelijke dimensies bovenop de drie uit ons dagelijks leven. Die extra dimensies zijn weliswaar `opgerold' maar ze kunnen met zich meebrengen dat de zwaartekracht op korte afstand afwijkt van Newtons wet.

De zwaartekracht is een van de grootste mysteries in de moderne natuurkunde. In vergelijking met de andere natuurkrachten is hij extreem klein – het feit dat hij op macroschaal toch overheerst komt doordat de zwaartekracht altijd aantrekkend is. Bij grote massa's (de aarde die de maan aantrekt) is de zwaartekracht relatief fors omdat andere krachten (zoals de elektrische kracht) ook afstotend kunnen zijn, zodat de netto uitkomst daar veel kleiner uitvalt.

Newton publiceerde de wet in 1687 in zijn Principia: twee massa's trekken elkaar aan met een kracht die evenredig is met de grootte van elk van beide massa's, en omgekeerd evenredig is met het kwadraat van hun onderlinge afstand. Op basis van deze wet is de NASA in staat een sonde op de honderden miljoenen kilometers verwijderde rotsklomp Eros te parkeren.

Maar werkt hij ook op korte afstand? Op millimeterschaal is dat een onuitgemaakte zaak: de zwaartekracht tussen twee bolletjes is dan zo klein dat nauwkeurige metingen erg lastig worden en allerlei fouten op de loer liggen. De Eöt-Washgroep uit Seattle, geleid door Eric Adelberger en Blayne Heckel, heeft de gevoeligheid van zwaartekrachtsmetingen op korte afstand weten op te schroeven met een factor tien. In hun opstelling, die in een hoogvacuümruimte was geplaatst, hing een aluminium ring aan een dun wolfraamdraadje. Onder de ring bevond zich een koperen schijf die in een traag tempo ronddraaide. Ring en schijf hadden elk 10 gaten. Aldus ontstond op de ring een wisselend koppel met als gevolg draaiing (torsie). Door een laserstraal te laten weerkaatsen op een aan de ring bevestigd spiegeltje, kon de rotatiebeweging nauwkeurig worden gevolgd. Om statische elektriciteit geen kans te geven was tussen de ring en de schijf dun metaalfolie gespannen. De afstand tussen ring en schijf varieerde van 0,2 tot 5 millimeter. Steeds bleek de gravitatiekracht in overeenstemming met de wet van Newton.

Aanhangers van de snaartheorie zullen deze uitkomst met lichte teleurstelling hebben begroet. Volgens de laatste ideeën binnen deze theorie is zwaartekracht klein omdat de ermee gepaard gaande energie naar hogere dimensies `weglekt'. Dit in tegenstelling tot het elektromagnetisme en de sterke wisselwerking (die atoomkernen bij elkaar houdt). Sommige snaartheoretici menen dat de opgerolde extra dimensies wel een millimeter groot kunnen zijn. Dat zou zich moeten vertalen in een gravitatie die op zo'n kleine schaal niet met het kwadraat van de afstand afneemt, maar met een hogere macht. Daarvan is dus vooralsnog niets gebleken.