Relativiteitstheorie

Wanneer ik om mij heen kijk en luister dan zijn er meer dan genoeg mensen die de relativiteitstheorie van Einstein willen begrijpen, echter de overgrote meerderheid van deze mensen is niet natuurkundig en/of wiskundig onderlegd. Is het daarom voor deze mensen een onmogelijkheid om de essentie van Einstein’s werk te begrijpen? Volgens mij absoluut niet. Doorgaans wordt een uitleg voor deze doelgroep aangeduid als “voor dummies”, maar dat vind ik een denigrerende term. Ik noem de uitleg waar onderstaande link naar verwijst daarom “basic”. Oftewel, geen “relativiteitstheorie voor dummies” maar “relativiteitstheorie basic”. Maar het had net zo goed “relativiteitstheorie voor beginners” of “relativiteitstheorie voor niet-wiskundigen” kunnen heten. Het bestaat uit acht korte hoofdstukken met alleen maar tekst, en het bevat geen enkele wiskundige formule en geen grafieken.



Het volledige wiskundige apparaat dat nodig is om de relativiteitstheorie in al zijn facetten te doorgronden is gigantisch. Dit maakt de relativiteitstheorie extra afschrikwekkend (naast de contra-intuïtieve - en abstracte aspecten). Toch is het natuurlijk wel interessant om een keer te zien waar de relativiteitstheorie wiskundig toe leidt en hoe dit uitpakt in de werkelijkheid, onze dagelijkse wereld. Onderstaande link verwijst naar een rekenkundige uitleg die volgens mij voor een voortgezet-onderwijs-scholier met wiskunde goed te volgen is. Aan het eind reken ik een aantal concrete situaties door om aan te tonen wat de relativistische impact is in de wereld om ons heen.



In het najaar van 1905 komt Einstein met een kort artikel dat de gelijkheid tussen energie en massa aantoont. Eerder dat jaar kwam hij reeds met de speciale relativiteitstheorie op de proppen en nu komt hij met een “zeer interessant gevolg” daarvan, als ware het een soort voetnoot. Energie en massa, voorheen twee totaal verschillende werelden, blijken ineens twee zijden van dezelfde munt te zijn! Iedereen kent de bijbehorende formule, de bekendste uit de hele natuurkunde: E = mc2. Via onderstaande link volgen we het spoor terug zoals Einstein tot zijn ontdekking kwam. Die ontdekking was revolutionair, maar wat ook spectaculair is, is dat E = mc2 in het hele artikel niet voorkomt!



De algemene relativiteitstheorie is door Einstein in een artikel gegoten en in mei 1916 gepubliceerd. Het is echter absoluut niet iets om ‘effe’ op een zondagmiddag door te nemen. Je kunt er met gemak honderd of duizend uur voor uittrekken en als je allergisch bent voor wiskunde dan is het raadzaam om er niet aan te beginnen (raadzaam, maar niet verboden). Alle details worden uitgewerkt en alle wiskundige manoeuvres van Einstein worden minitieus nagelopen. Bovendien worden alle noodzakelijke zijweggetjes eveneens erbij betrokken zodat er geen ‘dingen’ uit de lucht komen vallen. Daarnaast wordt tegelijkertijd heel veel wiskundeles gegeven om te voorkomen dat dat een blokkade gaat vormen.



Op donderdag 18 november 1915 spreekt Einstein in Berlijn voor de Königlich Preussischen Akademie der Wissenschaften en zet daar uiteen hoe zijn algemene relativiteitstheorie de precessie van Mercurius kan verklaren (de relativistische bijdrage aan die precessie). Al lange tijd zorgde de baan van Mercurius voor vele hoofdbrekens waarbij over de jaren diverse hypotheses werden aangedragen om theorie en praktijk met elkaar in overeenstemming te brengen, maar allen zonder succes. Uiteindelijk is het Einstein die dit verschil weet te verklaren. Zijn presentatie van die donderdag is in een artikel gegoten en onderstaande link brengt je bij de uitleg van dat artikel. Ook hier geldt dat als je allergisch bent voor wiskunde dan is het raadzaam om er niet aan te beginnen (raadzaam, maar niet verboden).



Op enig moment komt waarschijnlijk (denk ik) de aandrang om zelf eens te gaan rekenen aan relativiteitstheorie en alles wat daarmee samenhangt. Om je op weg te helpen en om je te enthousiasmeren heb ik een aantal vraagstukken alvast uitgewerkt.



Over relativiteitstheorie kun je nooit genoeg gelezen hebben. Zelfs in het zoveelste boek kom je altijd nog weer verrassende inzichten tegen (is mijn ervaring). Sowieso is lezen buitengewoon verrijkend. Zou Einstein daarom ook een uitpuilende boekenkast hebben gehad?