Relativiteitstheorie basic, hoofdstuk 6: voelen


Figuur 1: gewoon even rustig zitten ...

Figuur 2: ... en het contact met de Aarde voelen

De titel van dit hoofdstuk zal waarschijnlijk bij jou de vraag oproepen waar het heengaat met dit verhaal en daarom zal ik het volgende maar gelijk bij je voor de voeten werpen: zwaartekracht kun je niet voelen. Inderdaad, zwaartekracht kun je niet voelen. Wanneer ik deze zin uitspreek dan zijn de ja-maar’s over het algemeen niet van de lucht. “Ik voel toch dat de zwaartekracht mij op deze stoel gedrukt houdt” zeggen mensen bijvoorbeeld. Of ze voelen dat hun voeten op de grond staan of op een andere manier ervaren ze het contact met de Aarde. Het simpele antwoord is: je voelt inderdaad de stoel of de vloer of het wegdek, maar je voelt geen zwaartekracht.

Dit klinkt wellicht heel flauw maar dat is toch echt datgene wat je werkelijk voelt. Indien je van een flat afspringt (niet proberen hoor!) dan voel je helemaal niets! Je voelt wel het angstzweet op je rug staan omdat je weet dat je gaat sterven maar verder voel je absoluut niets. Dit besef had Einstein honderd jaar geleden ook en hij noemde het later “de gelukkigste gedachte van mijn leven”. Iemand die ergens ver weg in de ruimte, ver van alle planeten en sterren en dus ver van alles wat zwaartekracht veroorzaakt, rondzweeft voelt exact hetzelfde als iemand die van een flat afspringt en onder invloed van de zwaartekracht richting aardoppervlak suist. In beide gevallen voel je helemaal niets, nul-komma-nul.


Figuur 3: de vrouw links voelt hetzelfde als de vrouw rechts, namelijk helemaal niets
(afgezien van haar emoties)
Zolang je nog op de flat staat voel je het dak van de flat onder je voeten. En als je op een stoel zit dan voel je de stoel tegen je zitvlak drukken. De zwaartekracht trekt je omlaag waardoor je het dak van de flat respectievelijk de zitting van de stoel ervaart. Echter, ik kan ook een andere argumentatie gebruiken om jouw gevoel te verklaren. Ik kan ook stellen dat de hele flat respectievelijk de stoel omhoog beweegt en daardoor druk op jouw lichaam uitoefent. Indien er onder de stoel kleine raketmotoren gemonteerd zitten die de stoel met jou daarop omhoog voortstuwen dan zul je precies dezelfde sensatie voelen als wanneer er zwaartekracht in het spel zou zijn die jou op de stoel gedrukt houdt (ervan uitgaande dat de raketmotoren de juiste afstelling hebben, overeenkomend met de kracht die de zwaartekracht uitoefent, en volledig geruisloos zijn). En hetzelfde geldt voor de flat. Wanneer er onder de flat een stel gigantische raketmotoren gemonteerd zitten dan zul je, staande op het dak van de flat, dezelfde sensatie voelen als in het geval dat de zwaartekracht jou ‘naar beneden trekt’ en je stevig op het dak van de flat laat staan.

Figuur 4: dit voelt voor de jongen en het meisje precies hetzelfde als wanneer
de bank op de grond staat respectievelijk het meisje op het strand zit
Of je op een stoel zit die omhoog versneld wordt door raketmotoren die onder de stoel gemonteerd zijn of dat je op een stoel gedrukt wordt door zwaartekracht is in de praktijk niet van elkaar te onderscheiden. Vooropgesteld natuurlijk dat we te maken hebben met ideale raketmotoren die geen geluid maken en geen trillingen veroorzaken of andere bijeffecten hebben die hun aanwezigheid zouden verraden. En de kracht die de raketmotoren uitoefenen moet natuurlijk zo ingesteld worden dat die precies overeenkomt met de zwaartekracht daar ter plaatse. Maar afgezien van dit soort praktische dingetjes zijn zwaartekracht en versnelling absoluut niet van elkaar te onderscheiden. Met andere woorden, versnelling en zwaartekracht zijn gelijkwaardig en daarom is dit de geschiedenis en de natuurkundeboeken ingegaan als het equivalentieprincipe (equivalent betekent gelijkwaardig).

Figuur 5: het equivalentieprincipe, de situaties boven (wel zwaartekracht aanwezig) zijn niet te
onderscheiden van de situaties onder (geen zwaartekracht aanwezig, maar wel versnelling)
Wanneer je op een flat staat of op een stoel zit dan voel je indirect de zwaartekracht, maar dit zou ook de versnelling van een of ander aandrijfsysteem kunnen zijn dat onder de flat of stoel gemonteerd zit. Spring je van een flat af of ‘hang’ je ergens ver weg in de ruimte rond dan voel je helemaal niets (afgezien van emoties zoals doodsangst of verlatenheid) en kun je stellen dat er geen versnelling is. Dus zwaartekracht en versnelling zijn verschillende zijden van dezelfde munt, ze zijn volledig gelijkwaardig.

Figuur 6: het equivalentieprincipe, de situatie links (wel zwaartekracht aanwezig) is niet te
onderscheiden van de situatie rechts (geen zwaartekracht aanwezig)


Figuur 7: het equivalentieprincipe, de situaties boven (wel zwaartekracht aanwezig) zijn niet te
onderscheiden van de situaties onder (geen zwaartekracht aanwezig, maar wel versnelling),
links voelt ze het dak van het huisje stevig onder haar voeten en het huisje beweegt niet vanuit haar perspectief,
rechts voelt ze helemaal niets (afgezien van haar emoties) en ziet ze in beide gevallen het huisje ‘opstijgen’


Figuur 8: omdat het huisje niets toevoegt wanneer de vrouw niet meer op het dak staat kan het huisje dan
ook wel weggelaten worden (rechts), de bovenstaande vier situaties zijn natuurkundig gezien identiek