Relativiteitstheorie
Met relativiteitstheorie wordt in de gepopulariseerde natuurkunde de theorie van Albert Einstein aangeduid, namelijk de speciale relativiteitstheorie.
Wetenschappelijk gezien bestaan er meerdere beschrijvingen van relativiteit. Het gaat daarbij om het principe dat de wetten van de mechanica, of de natuurkunde in het algemeen, niet afhankelijk zijn van de relatieve snelheid die een waarnemer heeft ten opzichte van andere waarnemers. Galileo Galileï had rond 1600 al een visie op dit principe. Eeuwen later werden de speciale en de algemene relativiteitstheorie ontwikkeld.
[bewerk] Galileiaanse relativiteitstheorie
De Galileiaanse relativiteitstheorie gaat uit van het volgende principe: De wetten van de mechanica zijn dezelfde voor waarnemers in twee stelsels die eenparig ten opzichte van elkaar bewegen. Zulke stelsels noemt men inertiaalstelsels. Een andere manier om dit te formuleren is dat het voor diezelfde twee waarnemers niet mogelijk is om te bepalen wie van beiden een absolute beweging uitvoert of mogelijk stilstaat gebruikmakend van de wetten van de mechanica. Dit heeft als direct gevolg dat er alleen relatieve snelheden bestaan; vandaar de naam relativiteitsprincipe.
In de Galileiaanse relativiteitstheorie zijn coördinatenstelsels die eenparig ten opzichte van elkaar bewegen, als volgt gerelateerd. Stel dat in het stelsel S de snelheid van een stelsel S' gelijk is aan w, dat de nulpunten op tijdstip t=0 van beide stelsels gelijk zijn. Als we posities in S met r aanduiden en in S' met r', dan geldt:
Het is binnen dit relativiteitsprincipe dat de klassieke mechanica volgens de wetten van Newton past.
[bewerk] Speciale relativiteitstheorie
De speciale relativiteitstheorie werd ontwikkeld in 1905. Deze theorie gaat uit van de volgende twee postulaten:
- De wetten van de natuurkunde (inclusief die van de elektrodynamica) zijn dezelfde voor waarnemers in twee stelsels die eenparig ten opzichte van elkaar bewegen.
- De lichtsnelheid in vacüum is een universele constante.
Om deze twee basisideeën met elkaar te verzoenen, zijn er speciale transformaties genaamd Lorentztransformaties nodig om plaats en tijd van de ene waarnemer om te rekenen in plaats en tijd van de andere.
Het artikel van Einstein dat in dat jaar verscheen had de titel "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" (over de elektrodynamica van bewegende lichamen). De theorie heeft als postulaat dat de lichtsnelheid in vacuüm hetzelfde zal zijn voor alle waarnemers. Dit was in overeenstemming met de eerdere experimenten van Michelson en Morley, waar de wetenschap tot op dat moment niet goed raad mee wist. In deze experimenten was aangetoond dat er geen absoluut stilstaand medium, de ether, bestaat, dat als drager van lichtgolven fungeert.
[bewerk] Algemene relativiteitstheorie
De algemene relativiteitstheorie werd voorgesteld door Albert Einstein in een serie lezingen voor de Pruisische Academie van Wetenschappen in 1915.
In deze theorie wordt aangenomen dat alle waarnemers equivalent zijn, niet alleen degenen die met een uniforme snelheid bewegen, maar ook de waarnemers die een versnelling ondervinden. Deze veralgemening van het relativiteitsprincipe gaat samen met een nieuwe theorie van de zwaartekracht. In deze theorie wordt zwaartekracht niet langer als een kracht gezien zoals dat bij de Wetten van Newton het geval was, maar als een meetkundige eigenschap van de ruimte zelf. (Het Nederlandse woord 'zwaartekracht' is hier dus enigszins misleidend; beter is het te spreken van 'gravitatie'.) Een massa trekt de ruimte rondom zich als het ware krom, zodat deeltjes in de buurt van die massa afgebogen worden.
Zie voor meer informatie de afzonderlijke artikelen.
