Het Relativiteitsbegrip
Inleiding
De relativiteitstheorie heeft al sinds de publicatie (1905) heel wat mensen in het weer gebracht. Niet alleen natuurkundigen, ook een groot aantal buitenstaanders gingen ermee werken. Voor de buitenstaanders heeft de theorie iets mystieks. Het verhaal ging rond dat alleen Einstein zelf knap genoeg was om zijn eigen theorie werkelijk te doorgronden. Dit is echter niet zo.
“De relativiteitstheorie is gewoon een natuurkundige theorie, opgebouwd op een aantal hypothesen waarvan de juistheid in principe voldoet aan de eis van toetsbaarheid”
Sommige vooronderstellingen zijn echter wat moeilijker te toetsen dan anderen, dat ligt vooral aan de nog niet voldoende verfijnde meettechnieken. Ze zijn al wel getoetst, echter nog niet zo nauwkeurig.
Er zijn ook honderden mensen die het ongelijk van Einstein proberen te bewijzen. De aanleiding hiervoor is dat vooral de moeilijk te toetsen zaken en enkele conclusies nogal in strijd schijnen met wat we dagelijks om ons heen zien. Het bewijs dat Einstein ongelijk heeft is echter nog niet geleverd.
Twistpunten
Hier volgen twee twistpunten uit de relativiteitstheorie:
- Uit de relativiteitstheorie volgt dat als er een lid van een tweeling met grote snelheid een lange ruimtereis maakt, hij bij terugkeer jonger zal zijn dan zijn thuisgebleven broer. Het verschil word groter naarmate hij langer is weggeweest, maar vooral naarmate hij sneller heeft gereisd.
- Dit geldt ook voor klokken. Als één van de twee precies gelijke klokken op reis word gestuurd zal de thuisgebleven klok na terugkeer van de andere voorlopen. In 1971 is dit met klokken in het echt geprobeerd en het is nog waar ook.
Het principe van de relativiteit
- Je zit in de trein, je kijkt naar buiten naar de trein naast je en je denkt dat je al rijdt. Totdat blijkt dat de trein naast je in tegenovergestelde richting rijdt en jou trein stilstaat.
- Je zit in de auto achter het stuur, plotseling trap je op je rem omdat je het gevoel krijgt dat je achteruit rijdt. Dan blijkt dat je buurman in de file langzaam vooruit reed.
“Wij hebben blijkbaar alleen gevoel voor snelheid ten opzichte van iets anders en niet voor de absolute snelheid”
Speciale relativiteitsprincipe
“Alle natuurwetten zijn dezelfde in alle referentiesystemen die ten opzichte van elkaar een constante snelheid bezitten”
Het gedrag van een vliegtuig bijvoorbeeld is in de lucht hetzelfde als die van een vliegtuig in een windtunnel. Het maakt dus voor de opwaartse kracht op de vleugel niets uit of deze vleugel nou met grote snelheid door de (stilstaande) lucht gaat of dat de lucht met grote snelheid tegen de (stilstaande) vleugel blaast.
Algemene relativiteitstheorie
De algemene relativiteitstheorie is in 1917 gepubliceerd. In deze theorie moeten alle natuurwetten op gelijke wijze geformuleerd kunnen worden in alle referentiesystemen, dus ook die welke onderling versneld zijn, zoals bijvoorbeeld een vrijvallende lift vergeleken met een stilstaande lift. Deze theorie is een combinatie van de relativiteitstheorie en de zwaartekrachttheorie van Newton. Hiermee kan je de oude nauwkeuriger maken.
Tweede uitgangspunt relativiteitstheorie
“De gemeten lichtsnelheid is voor iedere waarnemer constant.”
De snelheid van het licht is constant. Die snelheid is niet groter of kleiner te maken door het uitzenden vanuit een bewegend voorwerp. Je meet ook niet méér als je met grote snelheid ‘tegen de lichtstraal inloopt’ of minder als je ‘met de lichtstraal meeloopt’. Dit is wel anders dan wat gewone mensen in het dagelijkse leven meemaken. Als je een flesje uit een trein gooit krijgt deze een extra grote snelheid door de vaart van de trein.
De relativiteit van ruimte en tijd
Inleiding
Als een astronaut zich beweegt met een snelheid van 259.000 km/sec op enige afstand van de aarde en hij bestudeerd via een telescoop de aarde dan ziet hij geen ronde maar een ovale aarde. Als hij inzoomt op de aarde ziet hij dat alles verkort is in de richting waarheen hij zich verplaatst.
De mensen die op aarde door een telescoop naar het ruimtevoertuig kijken komen tot dezelfde conclusies. Voor hen is de aarde normaal en het ruimtevoertuig verkort.
Naast deze waarnemingen is er ook iets vreemds met de tijd. Gezien door de astronaut duurt alles op aarde 2 keer langer dan normaal.
“Deze effecten berusten op fysische werkelijkheid”
De verkorting heet Lorentz-Fitzgerald-concentratie en het langzamer gaan van de tijd heet tijdsdilatatie.
Als in het midden van een trein een lichtflits is, dan zal door een passagier, die in de trein zit, worden waargenomen dat het licht op hetzelfde moment zowel voorin als achter in de trein aankomt. Als er een flits, buiten, midden op de trein is gevestigd en de trein langs het station raast dan zal een persoon die op het perron staat waarnemen dat het licht eerst achterin te zien is en dan pas voorin. Dit is erg raar.
Tijdsdilatatie
“Een waarnemer ziet een ten opzichte van hemzelf bewegende klok langzamer lopen”
Om deze zin wat uit te leggen volgt hier een voorbeeld:
In een trein zit een man op een stoel. Voor hem word er op de grond een spiegel gelegd en daarboven op het plafond een andere. Deze kunnen meten hoelang een lichtstraal doet over een keer naar boven en naar beneden. Dit is dan de trillingtijd. Deze is bij dit voorbeeld 6 sec. Als er van buiten word gekeken is de tijdsduur 10 sec. Dit komt omdat de lichtstraal dan diagonaal gezien wordt.
Bij de tijdsdilatatie hoort de zogenaamde Lorentzfactor:
Bij deze formule is er alleen een groot verschil te meten als er met erg grote snelheden gemeten wordt. De uitkomst bij deze formule in het dagelijkse leven zal niet veel van de 1 afliggen.
Het verband tussen ‘oorzaak en gevolg’ & ‘de lichtsnelheid als grootste snelheid’
”Als we het causaliteitsbeginsel in zijn gebruikelijke vorm willen handhaven, dan mag er in het heelal geen mogelijkheid bestaan signalen met een snelheid ‘groter’ dan de lichtsnelheid over te brengen”
Een treinconducteur voorin draait een schakelaar om en op hetzelfde moment (voor hem) gaat achter in een lamp aan. Een stationschef die van buiten kijkt zou als de stroom sneller was dan licht, eerst het licht achterin zien aangaan en dan pas de conducteur de schakelaar zien draaien. Dit kan niet, maar zou wel gebeuren als de stroom sneller zou zijn, een oneindige snelheid.
De lichtsnelheid kan nooit overschreden worden. Als we een ruimtevoertuig lanceren, dat t.o.v. de aarde bijvoorbeeld 150.000 km/sec (=0,5c) beweegt, met een beginsnelheid van nog eens 150.000 km/sec dan is de totale snelheid niet 300.000 km/sec (=c) maar 240.000 km/sec (=0,8c).
De speciale relativiteitstheorie behoort tot het veiligste en meest verantwoorde bezit van de moderne natuurkunde. In tientallen experimenten kan worden aangetoond dat de gemeten lichtsnelheid een natuurkundeconstante is en onafhankelijk is van de beweging van de waarnemer en / of van het waargenomen. In een nog veel groter aantal experimenten is de Lorentzconcentratie en de tijdsdilatatie waargenomen.
REACTIES
1 seconde geleden
R.
R.
cool werkstuk ik wou dat ik zo slim was
21 jaar geleden
AntwoordenK.
K.
heey carlos,
wat een mooi een werkstuk! bedankt he makker!
Koesjes Kim en Charly
20 jaar geleden
Antwoorden