frit fald

Første store skridt blev taget af Galieo Galilei, der eksperimentelt observerede, at alle legemer uafhængigt af deres masse falder ens i Jordens tyngdefelt, hvis det sker under ideelle forhold, hvor gnidningsmodstand kan ignoreres.

Galilei benyttede ikke direkte frit fald til at konstatere dette, da et frit fald foregår alt for hurtigt til, at det kunne måles nøjagtigt med datidens tidsbestemmelser. Men han indså, at samme erkendelse kunne nås gennem nøjagtige målinger af rulninger ned langs en rampe.

Isaac Newton bragte denne observation til et højere abstrakt niveau ved at indse, at også under et kast opad tæt ved jordoverfladen eller for Månens bevægelse omkring Jorden er der i virkeligheden tale om samme frie fald.

I et fundamentalt gennembrud i fysikkens historie introducerede Newton på matematisk præcis måde det, der i dag kendes som den Newtonske tyngdelov.

Newtons ekstremt nøjagtige fysiske lovmæssighed stod som en milepæl i fysikken frem til, at Albert Enstein indså, at en forening af den specielle relativitetsteori med tyngdeloven krævede et helt nyt begrebssæt, der fuldstændigt ville revolutionere den måde, hvorpå vi forstår tid og rum og disse fænomeners relationer til energi og masse. I denne såkaldte generelle relativitetsteori er rum og tid ikke fastlåste koordinater som i et retvinklet koordinatsystem, men dynamiske parametre, der uløseligt knytter sig til fysiske legemer i et krumt rum-tid-kontinuum.

Det frie fald spillede igen en meget væsentlig konceptuel rolle i Einsteins udvikling af denne nye forståelse af tyngdeloven, hvor det såkaldte ækvivalensprincip placerer frit fald som en hjørnesten i teorien. Ifølge Einstein er frit fald lokalt en perfekt beskrivelse af et inertialystem idet tyngdefeltet overhovedet ikke føles, og man synes at befinde sig i vægtløs tilstand. Når et system som fx en rumstation med slukkede motorer i kredsløb omkring Jorden befinder sig i et frit fald, kan det helt åbenlyst ses at være et inertialsystem, hvor alle objekter inklusive astronauterne synes at svæve frit, til trods for at de befinder sig i Jordens tyngdefelt.