Albert Einstein (1979-55)

• 
• 

Gegevens

Gemaakt op zaterdag 15 juli 2023 14:52

Laatst bijgewerkt op donderdag 21 september 2023 15:58

Gepubliceerd op zaterdag 15 juli 2023 14:57

Hits: 606

Einstein 14 maart 1879 – 18 april 1955

Einstein wordt door velen gezien als een van de intelligentste personen die ooit geleefd hebben. Zijn prestaties in wis- en natuurkunde verdienen meerdere nobelprijzen. Einstein kreeg er maar een.

Als zijn belangrijkste prestatie worden de algemeen en de speciale relativiteitstheorie gezien. Waarom is de algemene relativiteitstheorie zo'n belangrijke prestatie?

Op de eerste plaats is het een grote cratieve en wiskundige prestatie. Creatief omdat de inzichten waarmee Einstein in deze theorie kwam, nog nooit eerder door iemand vermoed werden, laat staan dat er diep over gedacht was.
De inzichten van Einstein gingen over hoe materie, tijd, ruimte, zwaartekracht en de snelheid van het licht met elkaar samenhangen.
De inzichten waarmee Einstein in zijn speciale en algemene relativiteitstheorie kwam, haalden een aantal zekerheden onderuit. Vóór Einstein ging de mensheid er vanuit dat wij allemaal in dezelfde driedimensionale ruimte verblijven en dat de tijd voor ons allen in hetzelfd tempo en snelheid verstrijkt. Twee gebeurtenissen kunnen op hetzelfde moment of na elkaar plaatsvinden. Wanneer er maar genoeg energie is bestaat er geen snelheidslimiet. Materie kan gecreeërd en vernietigd worden. De hoeken van een driehoek bij elkaar opgeteld zijn 180 graden. De omtrekvan een Cirkel is 2π x de straal. In een vacuüm reist het licht altijd langs een rechte lijn.
Einstein liet zien dat elk van deze genoemde inzichten in bepaalde omstandigheden niet kloppen.

het principe van relativiteit en de lichtsnelheid
Stel je voor dat je in een stilstaande trein zit. op het spoor naast je trein staat een andere trein. op een gegeven moment rijdt je trein weg. Echter wanneer de laatste wagon van de trein naast je uit het zicht is verdwenen, kom je er achter dat jouw trein nog steeds op dezelfde plaats staat. je hebt helemaal niet bewogen. De trein op het spoor naast je is weggereden.
Feitelijk is het onmogelijk voor jou vast te stellen in welke richting dan ook je beweegt. Wij praten dan over een vaste snelheid in een rechte lijn. In een auto weet je echter zelfs met gesloten ogen dat je beweegt. Je voelt het acceleren, remmen en deat de auto door de bocht gaat. In een vliegtuig met een kruissnelheid voel je deze beweging echter niet, afgezien van het geluid van de motor. Het vliegtuig vormt een inert referentieframe. Ook wanneer je naar de begane grond kijkt die voortglijdt kun je niet echt vaststellen of je beweegt danwel de grond zelf. Niet echt want de aarde draait zelf ook rond en beweegt zich met een bepaalde snelheid rond de zon en met het zonnenstelsel en het universum dijdt de ruimte in het zonnenstelsel zelf ook uit. Einstein was op de hoogte van de lichtsnelheid deze was immers in 1676 bij benadering vastgesteld door de Deen Ole Christensen Rømer.Ook was hij op de hoogte van de Maxwel vergelijkingen. Maxwel had vastgesteld dat een lichtstraal vanuit een rijdende trein geen hogere snelheid heeft dan en lichtstraal die vanuit een stilstaand punt wordt verstuurd Hoewel geleerden voor hem er van uitgingen dat er wellicht grotere snelheden waren dan de snelheid van het licht stelde Einstein vast dat niets in de natuur sneller is dan licht.
Einstein was werkelijk de eerste die bedacht dat ruimte en tijd gekromd worden door de zwaartekracht en omgekeerd dat er zoiets als zwaartekracht bestaat omdat ruimte en tijd gekromd zijn. Deze fenomenen bestaan wanneer situaties met elkaar vergeleken worden waar in de ene situatie zich iets of iemand zich met de lichtsnelheid voorbeweegd en in de andere situatie iemand ander stilstaat of zich tenminste niet met de lichtsnelheid voorbeweegt. De ruimte in de situatie met de lichtsnelheid zal krimpen maar niet alleen de ruimte, ook de tijd. Dat zal tot gevolg hebben dat wanneer beide situaties weer met elkaar verenigd worden. Dat in de stilstaande situatie vele jaren verstreken zijn en in de situatie die met de lichtsnelheid bewoog hooguit enkele minuten verstreken zijn. Het principe van relativiteit zegt dat de natuurwetten in alle inerte referentiekaders hetzelfde is. Met een inert referentikader wordt een afgesloten ruimte bedoeld die zich met gelijke snelheid in een richting voortbewwegd dan wel stilstaat. Een van deze natuurwetten is dat de snelheid van het licht in een inert referentiekader voor alle waarnemers hetzelfde is. De positie van de waarnemer of zijn of haar snelheid veranderd hier niets aan. Einstein merkte op dat er iets vreemds aan de hand is wanneer het waar is dat wanneer er tegelijkertijd een lichtstraal in een bewegend voorwerp wordt afgeschoten en een lichtstraal in een stilstaand voorwerp dat beide lichtstralen toch even snel bewegen. Een van deze verschijnselen is tijd dilatie. Einstein illustreert dat met een gedachtenexperiment. Bjvoorbeeld wanneer er in een ruimtevaartuig dat om de aarde cirkelt ofwel beweegt van bodem tot plafond door een atronaut een laderstraal wordt aangezet, meet je de tijd die de laserstraal erover doet om de 4 meter afstand van bodem tot het plafond, 90 graden verticaal, te overbruggen (houdt hierbij in gedachte dat het ruimtevaartuig een inert referentiekader is.
De snelheid van de laserstraal is afgerond 300.000 km per seconde. Dus Tijd=4/300000000=1,33333333333E-8. Dat is in feite onwaarneembaar klein maar niet onmeetbaar klein.

De waarnemer op de aarde ziet echter het ruimtevaartuig van van links naar rechts bewegen voordat de laserstraal het plafond van het vliegtuig bereikt. De waarnemer ziet de laserstraal hierdoor niet haaks op de vliegrichting maar als een lichte hellingshoek. Door die lichte hellingshoek die de laserstraal maakt is de afstand die de laserstraal moet afleggen bijvoorbeeld geen 4 maar 5 meter. De tijd die de laserstraal erover doet is dus ietsje langer namelijk Tijd=5/300000000=1,66666666667E-5. Dat is bijna niks langer maar belangrijk; Voor de waarnemer op aarde is er dus ietsje meer tijd verstreken dan in het ruimtevaartuig.
Je kunt dus zeggen dat wanneer een ruimtevaartuig een veel hogere snelheid heeft ten opzichte van de waarnemer op aarde, dat deze waarnemer door de hellingshoek van de laserstraa, die daardoor een langere moet afleggen van bodem tot plafond, langer moet wachten tot de laserstraal het plafond bereikt .
Wanneer het ruimtevaartuig een relativistische snelheid bereikt van bijvoorbeeld 100000km per seconden; Dan praten wij over 100000000/300000000=0,33 seconden meer tijd op aarde verstreken. Dat betekent na een uur reizen met het ruimte vaartuig met deze snelheid dat op aarde al 80 minuten verstreken is.
Conclusie: De tijd in een snel bewegend ruimtevaartuig ten opzichte van een persoon op aarde loopt langzamer.

Op de tweede plaats heeft de relativiteitstheorie geleid tot het voorspellen en ontdekken van zwarte gaten, neutronensterren, donkere energie, donkere materie zwaartekrachtsgolvenen en het uitdijen van het universum. Nog steeds zijn duizenden wiskundigen en natuurkundigen bezig met het ontdekken, begrijpen en verder uitwerken van de relativiteitstheorie. Waarschijnlijk zouden de kwantumfysica en snaartheorie niet bestaan hebben zonder de relativiteitstheorie.

Literatuur:
Russell Stanard, Relativity a very short introduction. university Press, Oxford, 2008.
Yannic Fritchy. Ruimtetijd,New Scientist, 2020.
David Bodanis. E=MC², AMBOO/Anthos,2Amsterdam, 2015.
Pedero G. Ferreira. De volmaakte theorie. Singel uiteverij, Amsterdam, 2014.