Het laat zien hoe ver de renaissancegenie zijn tijd vooruit was.
Zwaartekracht, één van de vier natuurkrachten, werd voor het eerst tegen het einde van de zeventiende eeuw door de Engelse geleerde Isaac Newton beschreven. Hij bedacht de zogenaamde ‘Gravitatiewet van Newton’ die de aantrekking door zwaartekracht tussen voorwerpen beschrijft. Maar nu blijkt dat meer dan een eeuw eerder de vooraanstaande kunstenaar en wetenschapper van de Italiaanse Renaissance Leonardo Da Vinci al redelijk op het goede spoor zat. Uit zijn aantekeningen blijkt namelijk dat hij begreep dat zwaartekracht een soort versnelling is.
Codex Arundel
Onderzoekers komen tot die ontdekking nadat ze een frisse blik op Da Vinci’s notitieboekjes, de zogenoemd Codex Arundel, hadden geworpen, zo schrijven ze in het vakblad Leonardo. De Codex Arundel bestaat uit met de hand geschreven notities die tussen 1480 en 1518, in Leonardo’s befaamde spiegelschrift, op papier zijn gepend. Ze bevatten een verscheidenheid aan onderwerpen die Da Vinci bezighielden, waaronder wetenschap, kunst, mechanica en geometrie.
Equatione di Moti
Terwijl onderzoeker Mory Gharib door de gedigitaliseerde versie van Codex Arundel bladerde, ontdekte hij iets opavllends in enkele schetsen van driehoeken. “Wat mijn aandacht trok was dat Da Vinci de zin ‘Equatione di Moti’ had geschreven naast de schuine zijde van één van zijn driehoeken – die een gelijkbenige rechthoekige driehoek voorstelde,” herinnert Gharib zich. “Ik wilde weten wat Leonardo met die zin bedoelde.”
De driehoeken horen bij een experiment dat Da Vinci had uitgevoerd, waarbij hij een waterkruik evenwijdig aan de grond voortbewoog die onderweg water of een korrelig materiaal (hoogstwaarschijnlijk zand) dumpte. Uit de aantekeningen blijkt dat de genie zich ervan bewust was dat het water of zand niet met een constante snelheid zou vallen, maar eerder zou versnellen. Dit materiaal zou niet horizontaal versnellen, zo snapte Da Vinci. Hij begreep dat het zou gaan om een neerwaartse versnelling, door de zwaartekracht.
De driehoek
Terug naar de driehoek. Als de ‘werper’ (de waterkruik in dit geval) met een constante snelheid beweegt, is de lijn die gecreëerd wordt door vallend materiaal verticaal – dus er vormt zich geen driehoek. Als de werper met een constante snelheid versnelt, vormt de lijn die wordt gecreëerd door de verzameling vallend materiaal een schuine lijn, die vervolgens een driehoek vormt. En, zoals Da Vinci in zijn schetsen aangaf, als de beweging van de werper wordt versneld met dezelfde snelheid als de zwaartekracht het vallende materiaal versnelt, ontstaat er een gelijkzijdige driehoek. En dat is precies de driehoek die Gharib oorspronkelijk opmerkte en waarbij Da Vinci de notitie ‘Equatione di Moti’ (gelijkwaardige bewegingen) had opgeschreven.
Versnelling
Wat dit allemaal betekent? Dit besef van de verandering in snelheid die een vallend object in de loop van de tijd ondergaat, vormt een cruciale stap op weg naar de gravitatieconstante. Het laat zien dat Da Vinci de zwaartekracht en het verband met versnelling dus wiskundig probeerde te beschrijven. Hij modelleerde de gravitatieconstante zelfs met een nauwkeurigheid van 97 procent! Het betekent dat Da Vinci het mysterie van zwaartekracht bijna had gekraakt, ondanks dat er fouten in zijn berekeningen zaten.
Fout
Kortom, Da Vinci zat op het goede spoor. Hij merkte patronen op in de manier waarop objecten vallen, al wist hij deze niet helemaal goed wiskundig op papier te zetten. Dat had er onder andere mee te maken dat Galileo Galilei nog niet had getheoretiseerd dat de afstand die een vallend voorwerp aflegt evenredig is met het kwadraat van de verstreken tijd – dat deed hij pas in 1604. En dus rekende Da Vinci met een verkeerde vergelijking. “Wat hij deed was verkeerd, maar we kwamen er later achter dat hij dergelijke verkeerde vergelijkingen op de juiste manier gebruikte,” zegt onderzoeker Chris Roh.
Ondanks dat Da Vinci’s begrip van de zwaartekracht niet helemaal nauwkeurig was, zijn de onderzoekers onder de indruk van Leonardo’s methoden. “We weten niet of Da Vinci verdere experimenten heeft uitgevoerd of deze vraag dieper heeft onderzocht,” zegt Gharib. “Maar het feit dat hij op deze manier met dit probleem worstelde – in het begin van de 16e eeuw – toont aan hoe ver hij zijn tijd vooruit was.”