Albert Einstein
Honderd jaar geleden openbaarde Albert Einstein zijn speciale relativiteitstheorie. Het was een theorie die de wetenschap op zijn grondvesten deed schudden. Vanachter zijn bureau veranderde Einstein de wereld. Een brief aan de Amerikaanse president veroorzaakte de atoombom. Toen Einstein stierf, was ons begrip over tijd voorgoed veranderd. Nu nog proberen anderen te vinden waar hij op zijn sterfbed naar zocht: een Theorie van Alles.
Vraag iemand wat hij weet over Albert Einstein, en hij zal ongetwijfeld uitroepen: “De relativiteitstheorie!” Maar op de vraag of hij ook wéét wat die theorie inhoudt, zal de persoon in kwestie in 99 procent van de gevallen het antwoord schuldig blijven.
Relativiteitstheorie in een notendop
De grondbeginselen van de relativiteitstheorie zijn heel eenvoudig. Iedereen heeft wel eens iets laten vallen in een rijdende trein of auto. Het doet er dan niet toe hoe snel men zelf voortbeweegt: 100 kilometer per uur met de trein of auto, of zelfs 1000 kilometer per uur in een vliegtuig. Altijd valt het voorwerp loodrecht naar beneden en altijd met dezelfde valsnelheid. Maar voor een achterblijver die de voortrijdende trein of het voorbijvliegende vliegtuig van verre gadeslaat, is de weg die het vallende voorwerp aflegt minder eenvoudig. Doordat het tijdens de val met de trein of het vliegtuig meebeweegt, valt het langs een grote boog naar beneden en niet langs een rechte lijn. Daaruit kan geconcludeerd worden dat het voorwerp al vóórdat het begon te vallen van zichzelf een snelheid bezat.
Alleen: de reiziger die het voorwerp liet vallen kan die conclusie niet trekken. Tenzij hij versnellingen of vertragingen ondergaat, kan hij uit de loodrechte valweg niet opmaken of zijn omgeving onder hem wegvlucht, of dat hij zelf voortbeweegt. Al zijn waarnemingen hebben dus een relatieve waarde. Dat wil zeggen: ze staan in relatie (verband) met de omstandigheden waarin hij zich bevindt. De relativiteitstheorie is voornamelijk op het bovenstaande experiment gebaseerd. Eén van de conclusies van de theorie is dan ook dat niets in absolute rust is. Niet de snel voortbewegende reiziger, maar ook niet de op het aardoppervlak achterblijvende waarnemer. Die beweegt immers mee met de aswenteling van de aarde en met de omloop van de aarde rond de zon. Alsook met de omloop van de zon rond het centrum van de Melkweg en met de beweging van de Melkweg door de ruimte als gevolg van de uitdijing van het heelal.
In 1905 – op 26-jarige leeftijd – zond Einstein het resultaat van zijn jarenlange geestelijke arbeid naar het wetenschappelijke tijdschrift Annalen der Physik te Leipzig. Het artikel droeg de titel Zur Elektrodynamik bewegter Körper (Over de elektrodynamica van bewegende lichamen). Het werd door het tijdschrift geaccepteerd en een maand later ontplofte het als een bom in de wetenschappelijke wereld. Het werk, waarop de hedendaagse natuurkunde is gebaseerd, is onsterfelijk geworden onder de naam Speciale Relativiteitstheorie.
Speciale Relativiteitstheorie
Einsteins conclusies waren duidelijk. Bij zeer hoge snelheden vervormen ruimte en tijd. In de slotconclusie van de Speciale Relativiteitstheorie luidt dat massa en energie aan elkaar gelijk zijn volgens de beroemd geworden formule: E = mc2. In deze formule staat E voor energie, m staat voor massa en c is de snelheid van het licht. Einsteins formule betekende het begin van het atoomtijdperk. Jaren later ontdekten kernfysici namelijk dat bij het splijtingsproces van uranium-235 kleine hoeveelheden materie volledig werden omgezet in pure energie. Doordat de term ‘lichtsnelheid in het kwadraat’ in de formule een buitengewoon groot getal oplevert, blijkt dat uit een geringe hoeveelheid materie een enorme hoeveelheid energie kan worden vrijgemaakt. De winning van energie uit kernsplijting en kernfusie is dus een rechtstreeks gevolg van de relativiteitstheorie.
In 1939 verzochten enkele Amerikaanse geleerden Einstein om als vermaard natuurkundige een brief te schrijven aan president Roosevelt. Einstein woonde in die tijd in Amerika, omdat hij in 1933 op grond van zijn joodse afkomst Nazi-Duitsland moest verlaten. Omdat het onvermijdelijk was dat de oorlog uit zou breken schreef Einstein dat de kernsplijting ook als militair wapen kon worden gebruikt:
“Eén enkele atoombom kan een hele haven en het gebied daaromheen vernietigen.” Toen de atoombom eenmaal was ontwikkeld hebben Einstein én de aan het project verbonden geleerden er steeds voor gepleit om de bom niet te gebruiken. In plaats daarvan wilden zij door een proefontploffing boven een verlaten gebied Japan tot de overgave dwingen. Het heeft niet mogen baten. Toen op 6 augustus 1945 de eerste bom boven Hiroshima ontplofte werd tegelijkertijd de verschrikkelijke werking van E=mc2 als militair wapen aangetoond én het falen van de geleerden om hun ontdekkingen te behoeden voor vernietigingsdoeleinden.
Het foto-elektrisch effect en de theorie van alles
Einsteins faam als de grootste geleerde van onze tijd is vreemd genoeg niet gevestigd door zijn relativiteitstheorie, maar door een andere ontdekking die hij op 26-jarige leeftijd deed: het foto-elektrisch effect. ln 1921 werd Einstein hiervoor de Nobelprijs voor de Natuurkunde toegekend. Het belang van het foto-elektrisch effect blijkt uit de toepassingen ervan: lichtgevoelige cellen (fotografische lichtmeters), alarminstallaties en liftbeveiligingen (infrarode straling op een fotocel), geluidsfilm en televisieschermen. Maar ook de gehele natuurkunde is erdoor veranderd. Op grond van het feit dat licht zich gelijktijdig gedraagt als een golf en als een deeltje is de zogenaamde kwantummechanica ontwikkeld: één van de bases van de huidige natuurkunde.
De laatste jaren van zijn leven heeft Einstein zich gewijd aan een probleem dat nu nog niet is opgelost: de ‘Verenigde Veldentheorie’. Daarbij wordt een verband verondersteld tussen alle fundamentele krachten in de natuur: de zwaartekracht, de elektrodynamische kracht, de zwakke kernkracht (radioactief verval) en de sterke kernkracht (waardoor atoomkernen bij elkaar worden gehouden). Deze zoektocht is nog steeds gaande.
Bron: Universiteit Twente
Bron Plaatje : Universiteit Twente
Hagar Hagarson