Speciale Relativiteit

1
Speciale Relativiteit
Einsteins Speciale Relativiteitstheorie werd op
30 juni 1905 ontvangen bij Annalen der Physik 17,
pag. 891-921 met als titel Zur Elektrodynamik
bewegter Körper, wat vertaald wordt als 'Over de
elektrodynamica van bewegende voorwerpen. Het
begrip relativiteit was niet zo revolutionair
in de fysica. Einstein zelf beschouwde het als
een natuurlijke ontwikkeling van een lijn die
door de eeuwen is gevolgd. Galileo formuleerde al
veel eerder een relativiteitsprincipe dat zegt
dat de wetten van de mechanica dezelfde zijn in
elk goed referentiestelsel. Stel je voor dat je
in een bewegende trein zit. In deze trein kun je
alles normaal doen. Je kunt normaal lopen en
gewoon een balletje overgooien. Al deze
activiteiten gebeuren hetzelfde in deze bewegende
trein, als buiten de trein. Je kunt zeggen dat de
wetten voor mechanica hetzelfde zijn voor een
persoon buiten en voor een persoon in de
bewegende trein. Dit klassieke relativiteitsprinci
pe was al meer dan 400 jaar geleden gekend. Wat
Einstein deed, was het relativiteitsprincipe
veralgemenen voor de wetten van de optica en van
de elektrodynamica, en niet enkel de
mechanica. Wanneer Einstein voor de eerste keer
nadenkt over het probleem van bewegende
voorwerpen, is er één vraag die hem zeer sterk
bezig houdt wat betekent het als twee
gebeurtenissen op hetzelfde ogenblik
plaatsvinden? Einstein is een kei in het voeren
van gedachtenexperimenten. Hij komt uiteindelijk
tot twee belangrijke postulaten die de basis van
de Speciale Relativiteit vormen. Het eerste
postulaat is, zoals hierboven al vermeld, te
veronderstellen dat de wetten van de fysica, en
niet enkel de mechanica, dezelfde zijn in elk
referentiestelsel. Het tweede postulaat houdt in
dat de snelheid van het licht dezelfde is in elk
referentiestelsel. Beide postulaten zijn eerder
al afzonderlijk voorgesteld. Einsteins sterkte
ligt in het feit dat hij de klassieke mechanica
en de elektrodynamica naar elkaar toe brengt. Zo
kan hij het universum meer accuraat
beschrijven. Eerst mediteert Einstein over de
definitie van gelijktijdigheid en het probleem
van tijdsmeting in de fysica. Hierbij is het
belangrijk te onthouden dat absolute
gelijktijdigheid een relatief begrip is. Zo
zullen twee gebeurtenissen die gelijktijdig zijn
wanneer ze beschouwd worden vanuit een bepaald
referentiestelsel, niet langer gelijktijdig zijn
wanneer ze beschouwd worden vanuit een systeem
dat beweegt ten opzichte van het eerste, omdat
signalen zich niet met een oneindig grote
snelheid kunnen voortplanten.
2
Speciale Relativiteit
Vervolgens is er het probleem van de invariantie
van de lichtsnelheid en het eerste postulaat.
Wanneer één referentiestelsel beweegt ten
opzichte van een ander, moet de snelheid van een
voorwerp in het ene stelsel omgezet worden met
behulp van transformatieformules om de snelheid
van dat object te bepalen in het andere stelsel.
Dat vormt een probleem voor de lichtsnelheid. Met
behulp van Lorentztransformaties kan deze
omzetting voor een relativistisch systeem wel
uitgevoerd worden. Het is belangrijk op te merken
dat, wanneer de snelheid van de systemen laag is,
zoals in het dagelijkse leven, de
Galileo-transformaties te voorschijn komen als
een speciaal geval van de relativiteitstheorie. Do
ordat de lichtsnelheid een constante is en dus
invariant, zijn tijd en lengte geen invarianten
meer tijd en lengte zijn relatief. Dit heeft een
paar belangrijke gevolgen. Zo zal een staaf die
beweegt volgens zijn lengterichting, verkort zijn
ten opzichte van dezelfde staaf die in rust is in
hetzelfde systeem. Dit is het fenomeen van de
lengtecontractie van bewegende voorwerpen. Een
ander fenomeen is dat van de tijdsvertraging van
bewegende klokken. Klokken tikken trager wanneer
ze bewegen. De snelheid van de beweging waarover
hier gesproken wordt, is relativistisch, hun
grootte ligt in buurt van die van de
lichtsnelheid. Wat de consequenties zijn van
Einsteins Speciale Relativiteit wordt aangetoond
met de tweelingparadox. In dit gedachtenexperiment
vertrekt een astronaut met een ruimteschip
terwijl hij zijn tweelingbroer op aarde
achterblijft. Het ruimteschip reist met een zeer
hoge snelheid, in de buurt van de lichtsnelheid.
Wanneer hij na een lange reis terug op aarde
landt, staat zijn tweelingbroer hem op te
wachten. Tot zijn grote verbazing is de
tweelingbroer die op aarde achterbleef veel
ouder. Dit is het gevolg van de tijdsdilatatie.
De klokken aan boord van het ruimtschip, en dus
ook de biologische klok van de astronaut, tikten
trager dan de klok en de biologische klok van de
broer die achterbleef. Vele andere gevolgen van
de Speciale Relativiteitstheorie zijn elders te
vinden.
3
Speciale Relativiteit
In een laatste artikel in 1905 leidt Einstein een
ander merkwaardig gevolg af van de speciale
relativiteitstheorie. Het wordt wellicht de
beroemste formule ooit. Als een voorwerp een
bepaalde hoeveelheid energie uitzendt, daalt de
massa er van met een zekere waarde massa wordt
omgezet in energie. Dat energie en massa in
elkaar omgezet worden, wordt uitgedrukt met de
formule E m . c2 E staat voor de energie, m
is de massa van het voorwerp en c is de snelheid
van het licht. http//science.howstuffworks.com
/relativity.htm http//www.btinternet.com/j.doyle
/SR/sr1.htm http//www.walter-fendt.de/ph11d/zeitd
ilatation.htm