Precies 100 jaar geleden, op 25 november 1915, las fysicus Albert Einstein op zijn 36ste de vierde en laatste lezing in de Pruisische Academie van Wetenschappen over zijn nieuwe algemene relativiteitstheorie. Het idee veranderde niet alleen het concept van zwaartekracht, het liet ook eigenlijk toe om het perspectief van de mensheid te heroverwegen. Hier is een blik op theorie in denken en handelen.
Experimenteer met lift
Einstein stond bekend om zijn gedachte-experimenten, die hij in de loop der jaren vaak door zijn hoofd rolde. Een van de beroemdste experimenten begon in 1907, toen Einstein zich afvroeg of iemand zich in een lift bevindt, kan hij zeggen of hij in een vrije zwaartekracht valt of onder constante versnelling staat? Einstein besloot dat de wetten van de natuurkunde in beide gevallen hetzelfde zouden moeten zijn. De wiskundige vergelijking, die hij een beetje later heeft afgeleid, stelt ons in staat om dit zogenaamde equivalentieprincipe uit te leggen, dat de effecten van zwaartekracht gelijkstelt aan versnelling in gewichtloosheid. Dit werd de basis voor de algemene relativiteitstheorie.
Experimenteer met eclips
De totale zonsverduistering van 29 mei 1919 gaf astronomen de gelegenheid om de algemene relativiteitstheorie van Einstein te testen, en bewees dat de zwaartekracht van de zon een sterlichtachtergrond verbuigt. Het effect werd waargenomen wanneer het zonlicht zo zwak was dat de sterren zichtbaar werden. De Britse astronoom Arthur Eddington leidde een expeditie naar het eiland Principe aan de westkust van Afrika om een eclips te fotograferen die bijna zeven minuten duurde. Het beeld van sterren in de regio rond de zon bewees dat Einstein's interpretatie van de zwaartekracht het 200 jaar oude Newtoniaanse model uitbeeldde, dat de zwaartekracht interpreteert als een kracht tussen twee lichamen. Einstein zag zwaartekracht als de basis en kromme in ruimte en tijd.
Uitbreiding van de universe
In 1917 veranderde Einstein zijn algemene relativiteitstheorie om te introduceren wat hij de "kosmologische constante" noemde - een wiskundige manier om de zwaartekracht op een kosmologische schaal te weerstaan en de ineenstorting van het universum te voorkomen. In die tijd geloofden astronomen dat de Melkweg was omgeven door oneindige en statische leegte. In 1923 vonden Edwin Hubble en andere astronomen de eerste sterren buiten de melkweg, en tegen 1929 betoogde Hubble dat de ruimte groter werd. Einstein besefte dat de kosmologische constante een vergissing was. Of misschien ook niet. In 1998 deden wetenschappers een verbazingwekkende ontdekking - de expansie van het heelal wordt versneld door de antizwaartekrachtkracht, die 'donkere materie' werd genoemd en die fungeert als de kosmologische constante van Einstein.
Het extreem diepe beeld dat Hubble hier toont, toont ongeveer 5.500 sterrenstelsels.
Zwarte gaten
Een van de eerste consequenties van de algemene relativiteitstheorie was het besef dat als een object sterk genoeg krimpt, het een gat in het weefsel van ruimte-tijd zal creëren dat zelfs voor fotonen van licht te veel zwaartekracht zal hebben. Zo ontstond het idee van zwarte gaten. Hoewel astronomen tot nu toe niet in staat zijn geweest om zwarte gaten direct waar te nemen, kunnen we ze detecteren vanwege de manier waarop ze nabijgelegen sterren en gas beïnvloeden. De afbeelding hierboven toont het zicht van de kunstenaar op een zwart gat genaamd "Swan X-1", dat materie van een nabije ster opzuigt.
Gravitatiegolven
Wetenschappers geloven dat zwaartekracht als rimpelingen in een vijver door golven worden overgedragen, waardoor ruimte en tijd in het universum worden vervormd. Dit is vergelijkbaar met de beweging van elektromagnetische straling, die wordt gepropageerd door golven. Bovendien verplaatsen gravitatiegolven het weefsel van ruimte en tijd zelf. Tot nu toe zijn pogingen om gravitatiegolven te vinden die kunnen worden veroorzaakt door bijvoorbeeld het botsen van zwarte gaten, niet met succes bekroond.
Hierboven ziet u een artistieke weergave van samengevoegde sterrenstelsels die rimpelingen veroorzaken in ruimte en tijd.
