Samenvatting dr  Laura van der Schaaf

Turnhouts Wetenschapscafé Laura van der Schaaf: relativiteitstheorie - Einstein
Dr Laura van der Schaaf: 100 Jaar Algemene Relativiteitstheorie

100 jaar Algemene Relativiteitstheorie.

(Laura van der Schaaf ter vervanging van Chris Van den Broeck)

 

De geschiedenis van de zwaartekracht binnen de natuurkunde start bij Galileo die leefde tussen 1564 en 1642. Hij poneerde dat beweging in een gravitatieveld niet afhing van de massa van betrokken materies en introduceerde de notie van relativiteit en referentiestelsels.
Newton maakte aansluitend een megasprong, met de publicatie van zijn elegante gravitatiewetten. De toepasbaarheid van deze wetten is tot op vandaag voldoende om er mensen mee naar de maan te navigeren en de banen van hemellichamen mede te berekenen.
Maxwell, gestorven 1879 -48 jaar oud-, postuleerde dat de lichtsnelheid constant was en onafhankelijk van het referentiestelsel. Tevens verenigde hij elektrische en magnetische krachten in een set formules.

 

Toen kwam het wonderjaar van Albert Einstein, 1905, met artikelen over oa de speciale relativiteitstheorie, en het foto-elektrisch effect.
Tien jaar (tot 1915) werkt hij om Newton in overeenstemming te brengen met zijn theorie: de algemene relativiteitstheorie is geboren. Het zwaartekrachtveld is niet aanwezig in de ruimte maar is de ruimte zelf, die kromt, net als de tijd, in de nabijheid van massa. In 1916 postuleerde hij ook het bestaan van zwaartekrachtgolven. In de algemene relativiteitstheorie, is een zwaartekrachtgolf of gravitatiegolf een fluctuatie in de kromming van de ruimtetijd, die zich van de bron af naar buiten voortplant als een golf. Ze vervoeren energie als zwaartekrachtstraling. Het zijn als rimpels in het weefsel van de ruimtetijd, die zich met de snelheid van het licht voortbewegen en energie afvoeren. Als je je hand beweegt door stilstaand water, zie je rimpels

ontstaan die de beweging volgen en zich naar buiten bewegen door het water. Volgens Einstein gebeurt dit het duidelijkst als zware objecten (type neutronensterren en zwarte gaten) door de ruimtetijd bewegen.

 

Met Einstein kwamen we in een wereld van wiskunde en aanvullend waarschijnlijkheden (kwantumfysica ed) die in de praktijk juist bleken, maar niet meer met ons voorstellingsvermogen te vatten waren.
Intussen werd de juistheid van Einsteins relativiteitstheorie herhaaldelijk bevestigd. In 1919 werd bij een algemene zonsverduistering door Arthur Eddington aangetoond dat licht afbuigt als het een massa passeert. In 1971 werd met het Hafele-Keaton experiment aangetoond dat tijd trager gaat naarmate de klok zich dichter bij de aarde bevindt dan wel sneller beweegt tov de waarnemer. In 1974 werd door Russell Hulse en Joseph Taylor voor het eerst en indirect zwaartekrachtgolven waargenomen, eveneens zoals voorspeld. Ze namen twee

neutronensterren waar -nu bekend als de Hulse-Taylor binaire pulsar- die om elkaar heen draaiden. Omdat de ene component een pulsar was en als klok kon worden gebruikt, waren nauwkeurige metingen van de baan van de twee objecten mogelijk. Op deze manier kon worden vastgesteld dat de baan van de twee objecten kromp, in overeenstemming met Einsteins voorspellingen. Dit is alleen mogelijk als er energie 'weglekt' door de emissie van zwaartekrachtgolven.

In 2015 werden de eerder voorspelde zwaartekrachtgolven aangetoond binnen het Advanced LIGO-project (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory). Men maakt daarbij gebruik van de wijze dat de golven de ruimtetijd beïnvloeden. Als een zwaartekrachtgolf voorbijtrekt, rekt ze immers de ruimtetijd uit in één richting, en doet ze de ruimtetijd inkrimpen in een andere richting. LIGO probeert die minieme veranderingen op te sporen met een instrument dat een interferometer heet. Dat instrument splitst een enkele laserstraal in twee en stuurt de

twee stralen vervolgens door een vier kilometer lange vacuümbuis, waar ze op het einde worden teruggekaatst door spiegels. Als de stralen dezelfde afstand afleggen, moeten de golven waaruit ze bestaan nog steeds op één lijn liggen als ze terugkomen. Een voorbijtrekkende zwaartekrachtgolf kan echter de lengte van elke arm van het experiment veranderen, zodat één straal een andere afstand zal afleggen dan de andere. Verschillende afstanden werden waargenomen.

Zo werd, na ruim 100 jaar, Einsteins algemene relativiteitstheorie nogmaals bevestigd. En zo kwam er voor de wetenschappelijke fijnproever en geëngageerde amateur van het café, weer een einde aan de boeiende avond.

 

Een pluim trouwens voor spreker Laura die prima invalbeurt maakte, met een elegante presentatie van een moeilijk onderwerp voor een zeer heterogeen publiek.

 

© Jozef Konings


Download
Presentatie Laura van der Schaaf over '100 Jaar relativiteitstheorie'
Presentatie Laura van der Schaaf over '100 Jaar relativiteitstheorie'
PDF document
presentationS.pdf
Adobe Acrobat document 3.8 MB

Foto's Laura van der Schaaf: '100 jaar Algemene Relativiteitstheorie'


Cartoons Gie Campo