Italialainen renessanssi-ihminen Leonardo da Vinci (1452–1519) oli yleisnero, jolla oli paljon tietoa ja taitoa monilta eri tieteenaloilta.
Leonardo ei ollut aikaansa edellä vain maalaus- ja insinööritaidoissa, sillä hiljattain löydetyt luonnokset osoittavat, että hän 1500-luvun alussa oli myös kehittelemässä painovoiman kuvausta.
Tämä tapahtui reilua vuosisataa ennen kuin Galilei esitteli vapaan putoamisen mallinsa vuonna 1604 ja Newton teoriansa yleisestä painovoimalaista vuonna 1687.
Ja 400 vuotta ennen Einsteinin teoriaa ekvivalenssiperiaatteesta vuodelta 1907.
Löytö tehtiin sattumalta
Joukko tutkijoita Kalifornian teknillisestä korkeakoulusta ja Cornellin yliopistosta Yhdysvalloista on tutkinut sattumalta löytyneitä luonnoksia.
Leonardo-aikakauslehdessä julkaistu tutkimus osoittaa, että Leonardon kuvaus painovoimasta osui oikeaan 97 prosentin tarkkuudella nykyisiin yhtälöihin verrattuna.
Insinööri Mory Gharib Cornellin yliopistosta törmäsi luonnoksiin Leonardon julkisessa muistiinpano- ja luonnoskokoelmassa Codex Arundelissa, jossa on tekstejä vuosilta 1480–1518.
Gharib aikoi käyttää muistiinpanoja opetuksessaan, mutta hän ällistyi nähdessään luonnoksia kolmioista ja etenkin erään lauseen, jonka Leonardo oli tapansa mukaan kirjoittanut peilikirjoituksella.
Kuvassa kolme kolmiomallia Leonardo da Vincin luonnoskirjasta. Kukin esittää eri lähtökohdasta todisteen painovoimasta kiihtyvyytenä. Painovoiman esittäminen puhtaan geometrisesti on tutkijoiden mukaan osoitus Leonardon neroudesta ja terävistä aivoista.
”Huomioni vangitsi se, kun hän oli kirjoittanut 'equatione di Moti' yhden luonnostelemansa kolmion – tasakylkisen suorakulmaisen kolmion – hypotenuusaan", kertoo Gharib lehdistötiedotteessa.
Muistiinpanot lähetettiin sitten kollegoille, jotka tutkivat niitä tarkemmin.
Edistyksellinen koe kolmioilla
Kolmioluonnokset kuvaavat koetta, jossa ruukku siirtyy Maan pintaa myötäilevää suoraa linjaa pitkin samalla, kun siitä tippuu vesipisaroita tai hiekanjyviä. Tarkoituksena on osoittaa painovoiman olevan tietyn tyyppistä kiihtyvyyttä.
Muistiinpanoissaan Leonardo tekee selväksi, että aine ei putoa vakionopeudella vaan se pikemminkin kiihtyy.
Leonardo kirjoittaa myös, että aineen kiihtyminen vaakasuoraan loppuu, kun ruukku ei enää vaikuta siihen, ja että sen kiihtyvyyteen pystysuoraan vaikuttaa painovoima.
Jos ruukku liikkuu vakionopeudella, aineen luoma linja on pystysuora, mutta jos se kiihtyy tasaisesti, aine muodostaa suoran mutta vinon linjan, josta muodostuu kolmion hypotenuusa.
Tutkijat loivat Leonardon kokeiluista tietokonesimulaation. Siinä he havaitsivat, miksi Leonardo ei ollut onnistunut todistamaan painovoimakokeitaan matemaattisesti. Koska hänellä ei aikoinaan ollut tarkkoja laitteita, joilla olisi voinut mitata pisaroiden putoamisajan, hän ei tiennyt tämän olevan yhtälöön kuuluva tekijä.
Leonardo havaitsi, että jos ruukku kiihdyttää aineen tippumista samalla nopeudella kuin painovoima kiihdyttää niitä maata kohti, muodostuu tasakylkinen kolmio.
Tässä kohtaa lause "equatione di Moti" on tärkeä, sillä se voidaan kääntää "liikkeen ekvivalenssiksi", joka kertoo kiihtyvyyden ja painovoiman yhteydestä.
Leonardo ei pystynyt kuvaamaan teoriaansa matemaattisesti, koska hänen aikansa alkeellisella tekniikalla ei aikaa voitu mitata riittävän tarkasti. Tutkijat toteavat kuitenkin Leonardon yhtälöineen olleen oikealla tiellä.