een astronaut wordt wakker in een ruimteschip, zonder zich te herinneren hoe ze daar kwam. Alleen in een stoel zittend vraagt ze zich af: “waar in het universum ben ik?”
het schip heeft geen vensters. Zijn instrumenten zijn dood. De enige aanwijzing is het duwen van de stoel tegen haar lichaam. OEF, er is zwaartekracht, denkt ze. Haar schip moet nog steeds op aarde zijn.
maar dan doet zich een tweede mogelijkheid voor. Het schip kan door de ruimte versnellen en haar in de stoel duwen als een raceauto die snelheid opvoert. Vanuit het schip is er — angstaanjagend-geen manier om dat te zeggen.
Dit ruimteveer dilemma zou bekend zijn geweest voor Albert Einstein. Zijn algemene relativiteitstheorie uit 1915 is gebaseerd op het idee dat zwaartekracht en versnelling niet alleen gemakkelijk verward worden, maar één en hetzelfde zijn. Deze equivalentie, “de gelukkigste gedachte” van Einsteins leven, was zijn uitgangspunt voor het herdefiniëren van zwaartekracht.
algemene relativiteitstheorie is voortgekomen uit Einsteins speciale relativiteitstheorie, die beschrijft hoe de lichtsnelheid (in een vacuüm) altijd constant kan zijn.
volgens de relativiteit gebeurt alles wat in een doos kan gebeuren om de snelheid op te pikken — dat wil zeggen, versnellen — ook in de aanwezigheid van zwaartekracht. Stel je bijvoorbeeld een horizontale laser voor in een lift die naar boven versnelt. Als het licht zijdelings beweegt, stijgt de lift, waardoor de balk een plek op de muur iets lager raakt dan waar het begon. Als de lift snel genoeg accelereert, buigt de balk zichtbaar naar de vloer.
Einstein toonde aan dat hetzelfde gebeurt met een straal in een stationaire Lift binnen een krachtig zwaartekrachtveld; de zwaartekracht buigt het licht. Ook verwachtte hij dat een lichtbundel van sterrenlicht zou buigen bij het passeren van de zwaartekracht van de zon. Deze voorspelling bleek juist toen de sterren bewogen tijdens de zonsverduistering van 1919.
relativiteit beschrijft waarom een klok op een satelliet een paar dozijn microseconden sneller tikt dan een klok op aarde; zonder rekening te houden met die discrepantie zouden GPS-technologieën niet werken.
om acceleratie en zwaartekracht op deze manier te koppelen, zette Einstein een van zijn eigen helden omver: Isaac Newton. Je hebt misschien geleerd dat Newton zwaartekracht beschreef als een kracht, een onzichtbare rubberen band die objecten samentrekt met massa. Newtons wiskunde voorspelde goed hoe alles van projectielen tot planeten bewoog, maar het hield zwaartekracht gescheiden van versnelling.
Einstein betoogde dat zwaartekracht helemaal geen kracht is. Hij beschreef het als een kromming van tijd en ruimte veroorzaakt door massa en energie. Verward? De Duitse natuurkundige ook, en hij worstelde met de theorie voor bijna een decennium. Hij kreeg hulp van wiskundige Marcel Grossmann, een oude vriend die zijn aantekeningen deelde toen een jonge Einstein spijbelde.
hun wiskunde, vastgelegd in 10 vergelijkingen, legde uit hoe zwaartekracht rond objecten kon bewegen via een kromme werkelijkheid, versnellend zonder ooit mysterieuze Newtoniaanse krachten te voelen.
the Relative Basics
the main takeaways behind Einstein ‘ s general theory of relativity:
1. Tijd en ruimte zijn niet vlak noch vast; ze zijn gekromd en vervormd door massa en energie.
2. Zwaartekracht is geen kracht, maar eerder een vervorming van tijd en ruimte.
3. De effecten van zwaartekracht zijn niet te onderscheiden van de effecten van versnelling, over een kleine ruimte.
Einstein ‘ s eigenaardige voorspellingen
relativiteit maakt talrijke bizarre voorspellingen, waarvan vele experimenteel geverifieerd. Ze lijken alleen maar bizar omdat we ze niet opmerken in ons dagelijks leven — we leven voor het grootste deel in Newton ‘ s realiteit. Maar daarbuiten ligt Einsteins universum, waar zwaartekracht ruimte en tijd naar zijn wil buigt. Hier zijn enkele van de vreemdste bijwerkingen van de theorie:
-
zwaartekracht vertraagt letterlijk de tijd. Golven van licht uitgezonden door sterren strekken zich uit als gevolg van deze tijd buigen, en objecten dichter bij een massieve object leeftijd langzamer. Supernauwkeurige klokken, die tikken volgens de trillingen van atomen, hebben bevestigd dat zwaartekracht de stroom van de tijd verandert. satellieten hebben aangetoond dat roterende hemellichamen het weefsel van de kosmos om zich heen draaien, als honing die door een lepel wordt gedraaid, en de beweging van gyroscopen beïnvloeden.
-
Eén voorspelling loste een al lang bestaand dilemma op, een vreemde wiebel in de baan van Mercurius die Newton ‘ s wiskunde niet kon verklaren. (Astronomen hadden aanvankelijk een verborgen planeet genaamd Vulcan de schuld gegeven.) Relativiteit verklaarde de wonky baan in termen van de kromming van de ruimte door de krachtige zwaartekracht van de zon.
-
kleine rimpelingen in werkelijkheid, veroorzaakt door botsende zwarte gaten, hebben sensoren geactiveerd in zeer gevoelige instrumenten die onder de grond op aarde zijn begraven.
Dit verhaal verscheen oorspronkelijk als ” It ‘ s All Relative.”