Wokke schreef:Gravitonen zijn theoretisch voorspelde deeltjes zoals hierboven al gezegd. Indien ze een oneindige snelheid zouden hebben, dan zou de zwaartekracht een instantane kracht zijn. (Newton ging hiervan uit) Dit is echter niet het geval. Het is ook precies hierom dat Albert Einstein zich over de theorie van de zwaartekracht heeft gebogen. In zijn Speciale Relativiteitstheorie toonde hij aan dat de lichtsnelheid de maximaal haalbare snelheid is in het universum. Het beeld van Newton van een oneindig snelle kracht was dus onmogelijk in zijn ogen.
Uit dat onderzoek volgde dan Einstein's Algemene Relativiteitstheorie waarin hij een (revolutionaire) nieuwe beschrijving van de zwaartekracht invoerde. Het volgt vrij eenvoudig uit speciale relativiteit dat de massa van een deeltje afhangt van zijn snelheid en dat de afhankelijkheid als volgt is:
ˆm=mγ=m√1−(vc)2
waarin
ˆm
de relativistische massa is,
m
de klassieke massa (in feite rustmassa),
v
de snelheid van het deeltje en
c
de lichtsnelheid. Hieruit zien we onmiddellijk dat de (rust)massa
m
van een deeltje dat aan de lichtsnelheid beweegt (
v=c
) gelijk moet zijn aan nul om een eindige relativistische massa te behouden en dat het onmogelijk is voor een deeltje met (rust)massa groter dan nul om de lichtsnelheid te halen.
Gravitonen zijn massaloos vanwege de dracht van de gravitatiekracht. Wat we hiermee bedoelen is dat een kracht op een zekere manier afhangt van de afstand. De zwaartekracht werkend tussen een massa 1 en een massa 2 hangt bijvoorbeeld af van het omgekeerde kwadraat van de afstand tussen beide massa's. Om de massa van het krachtdragend deeltje te voorspellen leidde een zekere Yukawa een vrij eenvoudige formule af (zie Yukawa potentiaal op wikipedia voor meer uitleg). Hij slaagde erin de massa van de krachtdrager te verbinden aan de potentiaal ten gevolge van de betreffende kracht:
V(r)∝exp(−mr)r
,
met andere woorden: de potentiaal is evenredig met de exponentiële van het negatief product tussen de massa van de krachtdrager en de afstand en hij is omgekeerd evenredig met de afstand. Nu is de potentiaal ten gevolge van de zwaartekracht alleen omgekeerd evenredig met de afstand:
Vg(r)∝1r
.
Dit is alleen mogelijk als
m=0
.
Samengevat hebben gravitonen dus geen massa. Dit leidt men af uit de draagwijdte van de gravitatiekracht en hieruit volgt ook meteen dat gravitonen bewegen aan de lichtsnelheid volgens Einstein's relativiteitstheorie.
Leuk extraatje: in de buurt van een zwart gat kom je hiermee in de problemen. Deeltjes die aan de lichtsnelheid reizen volgen namelijk altijd zogenaamde
geodeten. Een geodeet is eigenlijk gewoon de kortste weg van punt A naar punt B. In 3D is dit een rechte, maar aangezien Einstein ons leert dat tijd en ruimte verstrengeld zijn in een 4D ruimtetijd zijn de geodeten in ons universum krommen. De exacte vorm van de geodeten hangt af van de kromming van de ruimte. Nu leert opnieuw Einstein ons dat de ruimte gekromd wordt door massa die zich erin bevindt. En in de buurt van een zwart gat wordt de ruimte zo sterk gekromd dat de geodeten gesloten zijn. Dit betekent dat een deeltje dat zich voldoende dicht bij het zwart gat bevindt nooit kan ontsnappen omdat de korste weg (de geodeet) terug naar het zwarte gat leidt. Dat is de reden waarom ook licht niet aan een zwart gat kan ontsnappen en hoe zwarte gaten aan hun naam komen.
De paradox is nu het volgende: gravitonen moeten eveneens de geodeten volgen. Dus zij kunnen ook niet weg uit het zwarte gat. Aangezien er uitwisseling van gravitonen nodig is om een zwaartekracht tussen twee lichamen te creëren stelt de vraag zich hoe een zwart gat in godsnaam een aantrekkingskracht kan uitoefenen op andere lichamen. De gravitonen geraken er immers niet uit weg! De reden waarom we dit probleem niet kunnen oplossen is omdat er nog geen kwantumtheorie van de zwaartekracht bestaat en we dus niet accuraat kunnen beschrijven wat er gebeurt in en nabij een zwart gat. Enkele vooraanstaande theorieën die dit probleem proberen op te lossen zijn
M-theorie (snaartheorie) en
loop quantum gravity.