Het brein van Albert Einstein (2): Zwaartekrachttheorie

1905 was Einstein’s wonderjaar. Zijn brein stroomde over van de ideeën. Hij onderzocht de kwantumtheorie en de deeltjesnatuur van licht en het bestaan van de atoom. Daarna paste hij speciale relativiteit toe op massa en energie. Hier komt zijn beroemde formule E = mc2 vandaan. Dit betekent: de energie van een voorwerp is gelijk aan de massa maal de lichtsnelheid in het kwadraat. Iedere gram materie bevat een enorme hoeveelheid energie, maar als die energie niet ontsnapt kan ze niet worden waargenomen. Einstein: ‘Je kunt het vergelijken met een extreem rijke man die nooit iets uitgeeft. Niemand kan zien hoe rijk die man is.’

Hoe bijzonder Einstein’s ontdekkingen ook waren, de wereld leek ze eerst niet op te merken. Wie zou kunnen vermoeden dat een 26-jarige ambtenaar ideeën zou bedenken die voor altijd ons begrip van het universum zou veranderen? Maar hoe revolutionair de speciale relativiteitstheorie ook was, Einstein realiseerde dat er één ding aan ontbrak: zwaartekracht.

Revolutionaire nieuwe zwaartekrachttheorie
Zwaartekracht lijkt eenvoudig, maar alle wetenschappers waarschuwde Einstein er niet aan te beginnen. Het zou te een te moeilijk probleem zijn en zelfs al zou hij het oplossen zou niemand hem geloven. Toch begon hij – koppig als hij was – aan deze uitdaging en het zou een lange periode van ongekend hard werken worden voordat hij deze puzzel zou kraken.

Een gedachte-experiment bracht ook hier weer uitkomst. Wat gebeurt er als iemand in een lift staat en de kabel breekt? Hij zou gewichtloos zweven. Hij en de lift zouden beiden even hard vallen in het zwaarteveld van de aarde en de passagier zou loskomen van de vloer. Daarna veranderde Einstein het decor. De persoon zat nu in een raket die door de ruimte zweefde ver van de aarde af. Hij zou nog steeds zweven, zonder zwaarteveld dat hem aan de grond hield. Maar wat zou er gebeuren als de raket bewoog? Door de acceleratie van de raket komt de vloer omhoog en drukt zich tegen de passagier aan. Voor hem lijkt het alsof de zwaartekracht hem aan de grond houdt. Als zwaartekracht en acceleratie hetzelfde voelen, zijn ze dat mogelijk ook wel.

Einstein 2

Dit was de basis van Einstein revolutionaire zwaartekrachttheorie. Jaren later bedacht Einstein dat tijd en ruimte zouden kunnen kromtrekken. Wat zou er dan ontstaan? Zwaartekracht. Einstein’s briljante idee dat alles kloppend maakt bestond eruit dat materie en energie de ruimte en tijd doen krommen. Ruimtelijke materie is vlak, maar voeg een enorme massa toe – zoals een ster of planeet – en het hele plaatje verandert. De massa van de ster creëert een gigantische deuk in de ruimtetijd. Alles dat vlakbij passeert, rolt in en rond deze kromming. Dat is de zwaartekracht: Het rechtste pad door die kromming gecreëerd door materie en energie.

Het bijzondere bij al zijn ontdekkingen is dat hij ze vrijwel uit het niets bedacht heeft. Zijn theorieën zijn gebaseerd op zijn redenaties over hoe god het universum geschapen moet hebben. Bij het berekenen van de banen van planeten kwamen er natuurlijk wel eens afwijkingen naar voren, maar Einstein wist deze – met behulp van Wiskundige vrienden die verstand hadden van de complexe geometrie van krommingen – op te lossen. Einstein: ‘Toen ik ontdekte dat mijn berekeningen de baan van Mercurius exact voorspelden knapte er iets in me. Het gevoel was zeer extreem. Ik kon dagenlang niet werken, ik was buiten mezelf. Nog nooit was ik zo vreugdevol geweest.’

De berekening onderstreepte Einsteins radicale idee dat ruimtetijd gekromd is. Mercurius, de binnenste planeet, wijzigt z’n baan rond de deuk in de ruimtetijd gecreëerd door de enorme massa van de zon. Alle massa vervormt de ruimte om zich heen. Zelfs licht, had Einstein jaren eerder ontdekt moet alle krommingen in ruimte en tijd volgen en brengt zo het universum als geheel in kaart. Dit inzicht stuwt het wetenschappelijke verhaal van de schepping. De oerknal, het uitdijende universum, de structuur van melkwegstelsels: de grote stap van de moderne kosmologie is direct afgeleid van deze vergelijking:

Einstein 3
Ruimte en tijd staan links, materie en energie staan rechts.

Dit is de algemene relativiteitstheorie, Einstein’s zwaartekrachttheorie.

‘Waarom was ik degene die dit bedacht?’, vroeg Einstein zich af. ‘Normale volwassenen denken nooit na over dingen als tijd en ruimte. Alleen kinderen vragen daar naar en ik ben altijd kind gebleven. Ik bleef de simpelste vragen stellen. Dat is mijn geheim.’

Einstein 5

Advertenties

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit /  Bijwerken )

Google photo

Je reageert onder je Google account. Log uit /  Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit /  Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit /  Bijwerken )

Verbinden met %s