Een appel valt uit een boom.

De maan blijft rond de aarde bewegen.

Op het eerste gezicht lijken die twee gebeurtenissen nauwelijks iets met elkaar te maken te hebben.

De appel valt naar beneden.

De maan bevindt zich honderdduizenden kilometers verderop in de ruimte.

Maar in de zeventiende eeuw stelde een Engelse geleerde een revolutionaire vraag:

Wat als dezelfde kracht beide verschijnselen veroorzaakt?

Wat als de kracht die een appel naar de aarde trekt ook de maan in haar baan houdt?

En wat als diezelfde kracht eveneens verantwoordelijk is voor de beweging van de aarde rond de zon, de banen van Jupiter en Saturnus en uiteindelijk de beweging van hemellichamen overal in het universum?

Die gedachte veranderde de sterrenkunde voorgoed.

De geleerde die haar mathematisch uitwerkte was:

Isaac Newton

Copernicus had de aarde uit het middelpunt van het zonnestelsel gehaald.

Kepler had ontdekt hoe planeten rond de zon bewegen.

Galileo had met zijn telescoop laten zien dat het oude beeld van de hemel niet klopte en had belangrijke wetten van beweging onderzocht.

Newton bracht deze ontwikkelingen samen.

Hij gaf antwoord op een vraag die nog openstond:

Waarom bewegen de planeten zoals ze bewegen?

Zijn antwoord was:

zwaartekracht.

Wie was Isaac Newton?

Isaac Newton werd geboren in Woolsthorpe in Lincolnshire, Engeland.

Volgens de toen in Engeland gebruikte kalender werd hij geboren op 25 december 1642. Omgerekend naar de huidige Gregoriaanse kalender is dat 4 januari 1643.

Newton werd geboren in een periode waarin Europa midden in een enorme wetenschappelijke verandering zat.

Galileo was nog maar kort daarvoor overleden.

Keplers wetten van de planeetbeweging waren bekend.

De telescoop had laten zien dat de hemel veel ingewikkelder was dan men eeuwenlang had gedacht.

Maar er ontbrak nog een theorie die alles met elkaar kon verbinden.

Newton zou uiteindelijk degene worden die dat voor elkaar kreeg.

Hij werd wiskundige, natuurkundige en sterrenkundige, maar hield zich daarnaast intensief bezig met onderwerpen die we tegenwoordig minder snel met hem associëren, zoals theologie en alchemie.

Hij was dus geen "wetenschapper" in precies de moderne betekenis van het woord.

Newton leefde in een periode waarin natuurfilosofie, wiskunde, religie en andere vormen van onderzoek veel sterker met elkaar verweven waren.

Cambridge

Newton ging studeren aan Trinity College van de Universiteit van Cambridge.

Daar maakte hij kennis met de nieuwste ideeën over wiskunde en natuurfilosofie.

Hij las werk van onder anderen:

Galileo Galilei

Johannes Kepler

René Descartes

en andere denkers die probeerden de natuur met wiskunde te begrijpen.

Newton nam oude kennis niet zomaar aan.

Hij wilde zelf begrijpen waarom natuurverschijnselen plaatsvonden.

Dat zou kenmerkend worden voor zijn werk.

De pest verandert alles

In 1665 werd Engeland getroffen door een ernstige pestepidemie.

De universiteit van Cambridge sloot tijdelijk haar deuren.

Newton keerde terug naar zijn ouderlijk huis in Woolsthorpe.

Voor veel mensen was dit een verschrikkelijke periode.

Voor Newton werd het tegelijk een uitzonderlijk productieve tijd.

Tussen ongeveer 1665 en 1667 werkte hij aan ideeën over:

wiskunde;

beweging;

zwaartekracht;

licht;

kleur.

Het Fitzwilliam Museum in Cambridge beschrijft juist deze pestjaren als een bijzonder belangrijke periode waarin Newton experimenteerde en ideeën over zwaartekracht en licht ontwikkelde.

Sommige van de ideeën waarvoor hij later wereldberoemd zou worden, begonnen dus vorm te krijgen terwijl hij relatief geïsoleerd op het platteland verbleef.

En dan is er natuurlijk die appel

Bijna iedereen kent het verhaal.

Newton zit onder een appelboom.

Plotseling valt er een appel op zijn hoofd.

Op datzelfde moment ontdekt hij de zwaartekracht.

Het is een prachtig verhaal.

Maar zo eenvoudig gebeurde het waarschijnlijk niet.

Newton heeft de zwaartekracht bovendien niet "ontdekt" in de zin dat niemand vóór hem wist dat voorwerpen naar beneden vallen.

Mensen wisten natuurlijk al duizenden jaren dat voorwerpen vallen.

Newton probeerde iets veel fundamentelers te begrijpen:

Waarom vallen ze?

En zou diezelfde oorzaak ook buiten de aarde werken?

Is het verhaal van de appel dan verzonnen?

Niet helemaal.

Er bestaat werkelijk een historische bron voor het appelverhaal.

Newton vertelde op latere leeftijd aan zijn vriend en biograaf William Stukeley dat het zien vallen van een appel hem aan het denken had gezet over zwaartekracht.

Stukeley legde dit later schriftelijk vast.

Volgens dat verhaal zat Newton in een tuin toen hij zich begon af te vragen waarom een appel steeds richting aarde valt.

Er staat nergens in die oorspronkelijke beschrijving dat de appel Newton op zijn hoofd raakte.

Dat gedeelte behoort waarschijnlijk tot de latere legende.

Het interessante aan het echte verhaal is juist de vraag die Newton zichzelf stelde:

Waarom gaat een appel altijd naar de aarde?

Waarom zijwaarts niet?

Waarom omhoog niet?

Waarom steeds richting het centrum van de aarde?

Maar hoe ver reikt de zwaartekracht?

Daar kwam vervolgens een veel grotere gedachte uit voort.

Misschien stopt de aantrekkingskracht van de aarde niet plotseling bij de toppen van bergen.

Misschien reikt zij veel verder.

Hoger dan de wolken.

Verder dan de atmosfeer.

Misschien helemaal tot:

de maan.

Dat zou betekenen dat dezelfde natuurkracht zowel op aarde als in de hemel werkt.

Dat idee was enorm belangrijk.

Eeuwenlang waren aarde en hemel vaak als twee verschillende werelden beschouwd.

Galileo had dat onderscheid al ernstig verzwakt.

Newton zou het nog veel verder afbreken.

Waarom valt de maan niet op aarde?

De maan wordt door de zwaartekracht van de aarde aangetrokken.

Waarom stort hij dan niet gewoon neer?

Het antwoord is verrassend:

De maan valt voortdurend naar de aarde.

Maar tegelijkertijd beweegt hij zo snel zijwaarts dat hij de aarde telkens mist.

Dat klinkt vreemd, maar het is de essentie van een baan.

Stel je een kanon voor

Newton gebruikte een beroemde gedachtegang die later bekend werd als Newton's kanon.

Stel je voor dat je bovenop een extreem hoge berg staat.

Je schiet een kanonskogel horizontaal af.

Bij een lage snelheid valt de kogel na een bepaalde afstand op de grond.

Schiet je hem sneller af, dan legt hij een grotere afstand af voordat hij de aarde bereikt.

Maar de aarde is rond.

Wanneer je de kogel snel genoeg zou kunnen afvuren en er geen luchtweerstand was, zou de grond onder de kogel steeds wegkrommen.

De kogel zou blijven vallen...

...maar nooit de grond bereiken.

Hij zou:

om de aarde blijven vallen.

Dat noemen we een baan.

Dit is in essentie ook wat de maan doet.

En wat satellieten tegenwoordig doen.

Een satelliet valt dus?

Ja.

Een satelliet in een baan om de aarde bevindt zich eigenlijk in een voortdurende vrije val.

De aarde trekt hem naar zich toe.

Maar de satelliet beweegt tegelijkertijd snel genoeg zijwaarts om telkens langs de kromming van de aarde te blijven vallen.

Daarom kan een satelliet jarenlang rond onze planeet bewegen.

Hetzelfde principe geldt voor:

de maan rond de aarde

en:

de aarde rond de zon.

De grote stap van Newton

Newton begreep dat er misschien geen aparte natuurwetten nodig waren voor de aarde en de hemel.

Dezelfde kracht kon overal werken.

Een vallende steen.

Een appel.

De maan.

De planeten.

Allemaal zouden ze aan dezelfde fundamentele natuurwet kunnen gehoorzamen.

Dat idee noemen we:

Universele zwaartekracht

Het woord universeel is hier ontzettend belangrijk.

Newton stelde niet alleen een zwaartekracht van de aarde voor.

Hij stelde dat:

alle massa elkaar aantrekt.

De aarde trekt aan de maan.

Maar de maan trekt óók aan de aarde.

De zon trekt aan de aarde.

De aarde trekt óók aan de zon.

Jupiter trekt aan zijn manen.

Die manen trekken ook aan Jupiter.

Ieder object met massa oefent zwaartekracht uit op andere massa.

Hoe werkt die aantrekkingskracht?

Newton liet zien dat de sterkte van de zwaartekracht afhankelijk is van twee belangrijke dingen.

1. De massa

Hoe groter de massa's van twee objecten zijn, hoe sterker ze elkaar aantrekken.

2. De afstand

Hoe verder twee objecten van elkaar verwijderd zijn, hoe zwakker de aantrekkingskracht wordt.

En niet zomaar een beetje zwakker.

Newton ontdekte dat zwaartekracht volgens een zogenoemde:

inverse-kwadratenwet

afneemt.

De bekende formule wordt geschreven als:

F = G × (m₁ × m₂) / r²

Daarbij is:

F = zwaartekracht

m₁ en m₂ = de massa's van de twee objecten

r = de afstand tussen hun middelpunten

G = de gravitatieconstante.

Wanneer de afstand bijvoorbeeld twee keer zo groot wordt, wordt de zwaartekracht vier keer zo zwak.

Bij drie keer de afstand wordt zij negen keer zo zwak.

Deze mathematische relatie werd één van de fundamenten van de klassieke natuurkunde. Newtons Principia formuleerde universele gravitatiewerking als een kracht die met massa toeneemt en met het kwadraat van de afstand afneemt.

Newton verklaart Kepler

Johannes Kepler had tientallen jaren eerder drie beroemde wetten van planeetbeweging gevonden.

Hij had ontdekt dat planeten geen perfecte cirkels beschrijven.

Hun banen zijn:

ellipsen.

Hij wist ook dat planeten dichter bij de zon sneller bewegen en verder van de zon langzamer.

En hij vond een mathematisch verband tussen de afstand van een planeet tot de zon en de tijd die de planeet nodig heeft om één omloop te maken.

Keplers wetten werkten uitstekend.

Maar er bleef één enorme vraag:

Waarom?

Waarom ellipsen?

Waarom versnellen planeten wanneer ze dichter bij de zon zijn?

Waarom blijven ze überhaupt in hun baan?

Newton liet zien dat Keplers wetten voortkomen uit de combinatie van:

beweging

en:

zwaartekracht.

Dat was een doorbraak.

Kepler had beschreven hoe planeten bewegen.

Newton verklaarde waarom.

Galileo + Kepler = Newton

We kunnen de ontwikkeling bijna als een puzzel bekijken.

Galileo

Onderzocht hoe voorwerpen bewegen en versnellen.

Kepler

Ontdekte de mathematische wetten van de planeetbanen.

Newton

Bracht beide werelden samen.

De wetten die beweging op aarde bepalen, gelden ook voor hemellichamen.

Daarmee verdween één van de oudste grenzen uit de geschiedenis van wetenschap.

Er was niet langer één natuurkunde voor de aarde en een andere natuurkunde voor de hemel.

Er was:

één universum met dezelfde natuurwetten.

De drie wetten van Newton

Newton ontwikkelde drie fundamentele bewegingswetten.

Ze vormen samen de basis van de klassieke mechanica.

Eerste wet – traagheid

Een voorwerp dat stilstaat blijft stilstaan.

Een bewegend voorwerp blijft met dezelfde snelheid in dezelfde richting bewegen...

...tenzij er een kracht op werkt.

Dat lijkt misschien vreemd.

Op aarde stoppen bewegende dingen immers vanzelf.

Rol een bal over de grond en uiteindelijk stopt hij.

Maar dat komt door krachten zoals:

wrijving en luchtweerstand.

Zonder dergelijke krachten zou het voorwerp blijven bewegen.

Dit idee is essentieel om planeetbanen te begrijpen.

Een planeet heeft de neiging rechtdoor te bewegen.

De zwaartekracht van de zon verandert voortdurend zijn bewegingsrichting.

Het resultaat is een baan rond de zon.

Tweede wet – kracht veroorzaakt versnelling

De tweede bewegingswet wordt tegenwoordig vaak samengevat met:

F = m × a

Of:

kracht = massa × versnelling.

Een kracht kan de beweging van een voorwerp veranderen.

Hoe sterk die verandering is hangt mede af van de massa van het voorwerp.

Deze wet maakte het mogelijk om beweging mathematisch te berekenen.

Niet alleen ongeveer.

Maar met getallen en voorspellingen.

Derde wet – actie en reactie

De derde wet wordt vaak samengevat als:

Op iedere kracht bestaat een even grote tegengestelde kracht.

Wanneer object A een kracht uitoefent op object B, oefent object B tegelijkertijd een even grote tegengestelde kracht uit op A.

Dat principe zien we tegenwoordig bijvoorbeeld bij:

raketten.

Een raket stoot hete gassen met hoge snelheid naar achteren uit.

De raket wordt daardoor de andere kant op versneld.

Newton leefde eeuwen vóór de ruimtevaart.

Maar zijn bewegingswetten behoren tot de natuurkundige basis waarmee we ruimtevaartuigen kunnen begrijpen.

1684 – Edmond Halley bezoekt Newton

Een belangrijke rol in het verhaal werd gespeeld door een andere beroemde astronoom:

Edmond Halley

Ja, dezelfde Halley naar wie later de komeet van Halley werd genoemd.

In 1684 bezocht Halley Newton in Cambridge.

Astronomen waren op dat moment zeer geïnteresseerd in de vraag welke baan een planeet zou volgen wanneer de kracht naar de zon met het kwadraat van de afstand afnam.

Newton vertelde Halley dat hij dit probleem al had onderzocht.

Het antwoord:

een ellips.

Halley besefte hoe belangrijk Newtons ideeën waren.

Hij moedigde hem sterk aan om ze uitgebreid op papier te zetten. De Royal Society beschrijft hoe Halleys bezoek en aanmoediging uiteindelijk leidden tot de ontwikkeling van Newtons grote werk.

Een van de belangrijkste boeken uit de wetenschap

Het resultaat verscheen in:

1687

De volledige Latijnse titel was:

Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica

Meestal noemen we het simpelweg:

Principia

of:

Mathematical Principles of Natural Philosophy

In dit boek presenteerde Newton zijn bewegingswetten en zijn theorie van universele zwaartekracht.

Het werk veranderde de natuurkunde en sterrenkunde fundamenteel.

De Royal Society noemt de Principia een werk dat bepaalde hoe het universum vervolgens werd begrepen; het manuscript dat als basis diende voor de eerste gedrukte editie van 1687 is nog altijd in haar collectie.

Het boek kwam er bijna niet

Ook dit verhaal heeft een opmerkelijk detail.

De Royal Society wilde Newtons boek publiceren, maar de organisatie had op dat moment financiële problemen.

Een eerder kostbaar boek over vissen had veel geld gekost en nauwelijks het gehoopte financiële succes opgeleverd.

Daarom speelde Edmond Halley opnieuw een cruciale rol.

Hij hielp de publicatie organiseren en droeg uiteindelijk zelf financieel bij.

Daardoor kon de Principia in 1687 verschijnen.

Een van de belangrijkste boeken uit de geschiedenis van wetenschap kwam dus mede tot stand dankzij een astronoom die inzag hoe belangrijk Newtons werk was.

Newton en de komeet van Halley

De nieuwe natuurkunde kon vervolgens iets spectaculairs doen:

hemelverschijnselen voorspellen.

Kometen werden lange tijd beschouwd als bijzondere en soms zelfs angstaanjagende verschijnselen.

Maar met Newtons theorie kon Edmond Halley banen van kometen onderzoeken.

Halley concludeerde dat verschillende historische waarnemingen waarschijnlijk betrekking hadden op hetzelfde object dat telkens terugkeerde.

Hij voorspelde dat de komeet opnieuw zou verschijnen.

De komeet keerde inderdaad terug nadat Halley was overleden.

We kennen hem tegenwoordig als:

de komeet van Halley.

Dit was een prachtige demonstratie van de kracht van de nieuwe Newtoniaanse sterrenkunde.

Als je de natuurwetten kent, kun je niet alleen verklaren wat je ziet.

Je kunt ook voorspellen wat er later zal gebeuren.

Newton keek ook naar licht

Newton hield zich niet alleen bezig met zwaartekracht.

Hij deed ook belangrijke experimenten met:

licht.

In een beroemde proef liet hij zonlicht door een glazen prisma vallen.

Er verscheen een spectrum van kleuren.

Rood.

Oranje.

Geel.

Groen.

Blauw.

Indigo.

Violet.

Maar wat betekende dat?

Een veelgehoorde gedachte was dat het prisma zelf het witte licht kleurde.

Newton kwam tot een andere conclusie.

De verschillende kleuren zaten al:

in het witte licht.

Het prisma scheidde ze van elkaar.

Newton publiceerde zijn nieuwe theorie over licht en kleur in 1672; zijn latere boek Opticks verscheen in 1704.

Waarom is dat belangrijk voor sterrenkunde?

Enorm belangrijk.

Moderne sterrenkunde draait niet alleen om het maken van mooie foto's.

Een groot deel van onze kennis van sterren komt uit:

hun licht.

Door sterrenlicht in een spectrum uiteen te rafelen kunnen astronomen tegenwoordig onder andere onderzoeken:

welke chemische elementen een ster bevat;

hoe heet een ster is;

hoe snel een object beweegt;

of een sterrenstelsel naar ons toe of van ons af beweegt.

Newton wist dat allemaal nog niet.

Maar zijn onderzoek naar licht werd een onderdeel van de lange ontwikkeling naar:

spectroscopie.

En spectroscopie zou eeuwen later één van de belangrijkste technieken van de sterrenkunde worden.

Het probleem van telescopen

Newton had ook praktische belangstelling voor telescopen.

Galileo gebruikte een telescoop met lenzen.

Maar lenzentelescopen hadden een vervelend probleem.

Verschillende kleuren licht worden door een lens niet precies op dezelfde manier afgebogen.

Daardoor ontstaan gekleurde randjes en onscherpte.

Dat noemen we:

chromatische aberratie.

Newton besloot daarom een telescoop te bouwen die niet voornamelijk met een grote objectieflens werkte.

Hij gebruikte:

een spiegel.

De Newton-telescoop

In 1668 bouwde Newton een werkende spiegeltelescoop.

Royal Museums Greenwich vermeldt dat Newton in dat jaar een praktisch werkend exemplaar vervaardigde nadat James Gregory eerder een ontwerp voor een reflecterende telescoop had voorgesteld.

In een Newton-telescoop valt licht op een gebogen hoofdspiegel.

Die spiegel verzamelt het licht en weerkaatst het richting een kleinere diagonale spiegel.

Daarna wordt het licht naar een oculair aan de zijkant geleid.

Het principe gebruiken we nog steeds.

Sterker nog:

veel amateurtelescopen zijn Newton-telescopen.

Wanneer je tegenwoordig een klassieke Dobson-telescoop gebruikt om naar Jupiter, Saturnus of een nevel te kijken, gebruik je in de basis nog steeds een optisch systeem dat teruggaat op Newtons ontwerp.

Van Newton naar enorme moderne telescopen

Het gebruik van spiegels werd uiteindelijk ontzettend belangrijk voor de sterrenkunde.

Grote lenzen worden zwaar en moeilijk te ondersteunen.

Spiegels kunnen op andere manieren worden geconstrueerd en steeds groter worden gemaakt.

Veel van de grootste professionele telescopen ter wereld zijn daarom:

reflectortelescopen.

Zelfs de James Webb Space Telescope gebruikt grote spiegelsegmenten om licht te verzamelen.

De technologie is natuurlijk onvergelijkbaar veel geavanceerder dan Newtons kleine instrument.

Maar het fundamentele idee — sterrenlicht verzamelen met een spiegel — verbindt moderne observatoria rechtstreeks met de zeventiende eeuw.

Was Newton altijd de vriendelijke eenzame geleerde?

Nee.

De echte Newton was ingewikkelder dan het beroemde beeld van een rustige man onder een appelboom.

Hij kon buitengewoon gedreven zijn.

Maar ook:

koppig;

competitief;

wantrouwend;

fel in wetenschappelijke conflicten.

Hij raakte onder andere verwikkeld in hevige discussies met Robert Hooke over zwaartekracht en met Gottfried Wilhelm Leibniz over de ontwikkeling van calculus.

Newton en Leibniz ontwikkelden onafhankelijk belangrijke vormen van calculus, en tegenwoordig wordt de bijdrage van beiden erkend.

Het laat opnieuw zien dat wetenschap zelden het werk is van één volledig geïsoleerd genie.

Ook Newton bouwde voort op werk van anderen.

Newton stond op de schouders van voorgangers

Voor Newton waren er:

Copernicus

Tycho Brahe

Kepler

Galileo

Descartes

Hooke

en vele anderen.

Kepler had de planeetbanen ontdekt.

Galileo had beweging onderzocht.

Hooke had eveneens nagedacht over krachten en planeetbeweging.

Halley hielp Newton zijn grote theorie naar buiten te brengen.

Newton wist deze verschillende ontwikkelingen echter op een ongekend krachtige manier mathematisch samen te brengen.

Dat maakte zijn prestatie zo bijzonder.

Het universum werd een rekenmachine

Na Newton was sterrenkunde fundamenteel veranderd.

Wanneer je wist:

waar een object zich bevond;

hoe snel het bewoog;

welke massa's erbij betrokken waren;

welke krachten erop werkten,

kon je proberen te berekenen:

waar het later zou zijn.

Dat idee werd ontzettend krachtig.

Planeetbanen konden steeds nauwkeuriger worden berekend.

Kometen konden worden gevolgd.

De beweging van manen kon worden voorspeld.

En afwijkingen in berekende banen konden zelfs wijzen op onbekende objecten.

Newton helpt uiteindelijk een nieuwe planeet vinden

Newton zelf kende alleen de planeten tot en met Saturnus.

Uranus werd pas in 1781 ontdekt.

Nog later merkten astronomen dat Uranus niet helemaal bewoog zoals berekeningen voorspelden.

Misschien trok een onbekende planeet eraan.

Met Newtoniaanse zwaartekracht konden astronomen berekenen waar die onbekende planeet zich ongeveer moest bevinden.

In 1846 werd daar daadwerkelijk een nieuwe planeet gevonden:

Neptunus.

Dat is misschien wel één van de spectaculairste triomfen van Newtons theorie.

Een planeet kon dankzij zwaartekrachtberekeningen worden voorspeld vóórdat iemand hem bewust door een telescoop had geïdentificeerd.

Zwaartekracht regeert het zonnestelsel

Wanneer we tegenwoordig naar het zonnestelsel kijken, zien we Newtons zwaartekracht overal.

De aarde blijft in haar baan door de aantrekkingskracht van de zon.

De maan blijft bij de aarde.

De vier grote manen die Galileo bij Jupiter ontdekte blijven rond Jupiter bewegen.

Saturnus houdt zijn enorme systeem van manen en ringen vast.

Kometen volgen langgerekte banen door het zonnestelsel.

Asteroïden worden beïnvloed door planeten.

Ruimtesondes gebruiken zwaartekracht zelfs bewust om hun baan te veranderen.

Allemaal zijn het verschijnselen die binnen de klassieke sterrenkunde met Newtoniaanse mechanica kunnen worden beschreven.

Zelfs ruimtevaart gebruikt Newton

Wanneer tegenwoordig een raket naar Mars wordt gestuurd, mikken ruimtevaartorganisaties niet simpelweg op de plek waar Mars op dat moment staat.

Mars beweegt.

De aarde beweegt.

Het ruimteschip beweegt.

De zwaartekracht van de zon en planeten beïnvloedt die beweging.

Daarom moet een baan worden berekend.

Newton leefde in een tijd van paardenkoetsen en zeilschepen.

Toch vormen zijn bewegingswetten en zwaartekracht nog altijd een belangrijk onderdeel van de berekeningen waarmee we:

satellieten lanceren

naar de maan vliegen

ruimtesondes naar planeten sturen

en:

banen voorspellen.

Maar Newton had niet het laatste woord

Newtons theorie was buitengewoon succesvol.

Toch bleek eeuwen later dat zij niet onder alle omstandigheden volledig genoeg was.

Aan het begin van de twintigste eeuw ontwikkelde:

Albert Einstein

een nieuwe theorie van zwaartekracht:

de algemene relativiteitstheorie.

Bij Einstein wordt zwaartekracht niet simpelweg beschreven als een kracht tussen twee massa's.

Massa en energie vervormen de structuur van:

ruimtetijd.

Objecten bewegen vervolgens door die gekromde ruimtetijd.

Dat nieuwe beeld kon verschijnselen verklaren die met de klassieke Newtoniaanse theorie niet volledig konden worden beschreven.

Had Newton dan ongelijk?

Niet op de manier waarop je misschien denkt.

Newtons theorie werkt nog steeds uitstekend in enorm veel situaties.

Voor:

gebouwen;

auto's;

vliegtuigen;

veel satellietbanen;

planeetbewegingen;

gewone technische berekeningen

is Newtoniaanse mechanica vaak meer dan nauwkeurig genoeg.

Einsteins theorie wordt belangrijk wanneer we extreem hoge precisie nodig hebben of te maken hebben met:

zeer sterke zwaartekracht;

zeer hoge snelheden;

zwarte gaten;

neutronensterren;

kosmologische verschijnselen.

Wetenschap vervangt een oude theorie daarom niet altijd door te zeggen:

Alles was fout.

Vaak ontstaat een bredere theorie waarin de oudere theorie een uitstekende benadering blijft binnen bepaalde omstandigheden.

Dat is wetenschap

Newton is daarmee ook een prachtig voorbeeld van hoe wetenschap zich ontwikkelt.

Copernicus verbeterde het oude wereldbeeld.

Kepler verbeterde Copernicus.

Newton verklaarde Kepler.

Einstein breidde Newton uit.

En ook Einstein wordt nog altijd getest.

Wetenschappelijke kennis is dus geen afgesloten boek.

Iedere generatie krijgt de mogelijkheid om:

beter te meten

nieuwe instrumenten te bouwen

nieuwe vragen te stellen

en:

oude ideeën opnieuw te testen.

Newton en de Royal Society

Newton werd in 1672 Fellow van de Royal Society.

Later, in 1703, werd hij president van de organisatie.

Hij zou die functie tot aan zijn dood blijven vervullen.

In 1705 werd hij geridderd en mocht hij zich voortaan:

Sir Isaac Newton

noemen.

Zijn wetenschappelijke reputatie was tegen die tijd enorm.

Newtons laatste jaren

Newton hield zich later in zijn leven niet uitsluitend met academische wetenschap bezig.

Hij werd onder andere bestuurder bij de Royal Mint, de Engelse munt.

Ook daar stond hij bekend om zijn grondigheid.

Ondertussen bleef zijn invloed op natuurkunde en sterrenkunde groeien.

Newton stierf in 1727.

Hij kreeg een bijzonder eervolle begrafenis in:

Westminster Abbey.

Daar ligt hij nog altijd begraven.

De man die geboren was op een boerderij in Lincolnshire werd uiteindelijk bijgezet op één van de beroemdste plaatsen van Groot-Brittannië.

Wat Newton werkelijk veranderde

Newton ontdekte niet simpelweg dat er zoiets als zwaartekracht bestaat.

Zijn echte prestatie was veel groter.

Hij liet zien dat:

dezelfde natuurwetten overal gelden.

De appel die uit een boom valt gehoorzaamt aan dezelfde fundamentele natuurkunde als de maan.

De maan gehoorzaamt aan dezelfde principes als Jupiter.

Jupiter aan dezelfde als Saturnus.

En de planeten bewegen niet omdat hemellichamen een totaal andere soort natuur volgen.

Zij bewegen volgens mathematische wetten die we kunnen onderzoeken.

Dat was een enorme verandering in ons denken over het universum.

Van sterrenkijken naar hemelmechanica

Kijk nog eens terug naar onze reis door de geschiedenis.

De Babyloniërs

observeerden de hemel en ontdekten patronen.

De Grieken

probeerden de kosmos met meetkunde en modellen te begrijpen.

Copernicus

plaatste de planeten rond de zon.

Kepler

ontdekte de ware vorm van hun banen.

Galileo

richtte een telescoop omhoog en onderzocht beweging.

Newton

bracht hemel en aarde onder dezelfde natuurwetten.

Hierdoor ontstond:

hemelmechanica.

De hemel werd steeds minder een verzameling mysterieuze bewegingen.

Hij werd een systeem dat met natuurkunde en wiskunde kon worden onderzocht.

Van Newton naar de sterren

Toch was er nog een enorme grens.

Newton kon verklaren hoe planeten bewegen.

Maar astronomen wisten nog nauwelijks:

wat sterren eigenlijk zijn.

Hoe ver staan ze weg?

Waarom geven ze licht?

Bestaan er verschillende soorten sterren?

Hoe ziet onze Melkweg werkelijk eruit?

En bevinden zich buiten onze Melkweg nog andere sterrenstelsels?

In de eeuwen na Newton werden telescopen groter en krachtiger.

En één familie zou daar een enorme rol in spelen.

Met gigantische spiegeltelescopen begon een astronoom systematisch de diepe hemel te onderzoeken.

Hij ontdekte een nieuwe planeet.

Hij onderzocht nevels.

Hij probeerde zelfs de vorm van onze Melkweg te bepalen.

Zijn naam was:

William Herschel

En samen met zijn zus Caroline Herschel zou hij de sterrenkunde opnieuw veel verder het universum in brengen.