info@wetenschapsnet.com

De mooiste theorie van allemaal

Wetenschap is voor iedereen

De mooiste theorie van allemaal

“In de vroege jaren nadat de theorie van Einstein was gepubliceerd, leende Sir Arthur Eddington zijn aanzienlijke aanzien in het Britse wetenschappelijke establishment in een poging om het werk van Einstein te verdedigen. Omdat de theorie zo complex was dat ze zelfs vandaag de dag wordt beschouwd als het toppunt van wetenschappelijk denken. Het gerucht ging dat slechts drie mensen ter wereld het toen begrepen. Hierover was een verhelderende anekdote. Tijdens een van de lezingen van Eddington vroeg Ludwik Silberstein: “Professor Eddington, u bent zeker één van de drie personen in de wereld zijn die de algemene relativiteitstheorie begrijpt?” Eddington zweeg even en kon niet antwoorden. Silberstein ging verder: “Wees niet bescheiden, Eddington!” Ten slotte antwoordde Eddington: “Integendeel, ik probeer te bedenken wie de derde persoon is.”

Waar gaat deze theorie over?

Albert Einstein publiceerde zijn algemene relativiteitstheorie in 1916. Het is de geometrische theorie van de zwaartekracht. Hij kwam met een uniforme beschrijving van zwaartekracht als een geometrische eigenschap van ruimte en tijd (ruimtetijd zoals hij het noemde), die kan krommen.

Om dit beter te begrijpen stel ik voor om je een trampoline voor te stellen. Wanneer je er een zwaar voorwerp op plaatst, bijvoorbeeld een bowlingbal, buigt de trampoline en de bal ‘zinkt’ erin. Als je er ook iets met minder massa op zet, zoals knikkers, zul je merken dat ze naar het zwaardere object gaan bewegen. De ruimtetijd is het gedeelte van de trampoline waar we onze voorwerpen op hebben gelegd. Zo stelde Albert Einstein de zwaartekracht voor, de kromming van ruimtetijd.

Je vraagt ​​je misschien af ​​waarom het ‘ruimtetijd’ wordt genoemd. In de natuurkunde is ruimte-tijd een wiskundig model dat de drie dimensies van ruimte (lengte, breedte en hoogte) en de ene dimensie van tijd versmelt tot één vierdimensionaal continuüm.

We leven in een 3D-wereld, dat klopt. Maar het is niet zo gek om je een 4D-wereld voor te stellen, waarbij tijd de vierde dimensie is. Wanneer je een afspraak maakt, maak je deze altijd in vier dimensies. Je wilt weten waar je moet zijn (de 3 ruimtelijke dimensies) en je wilt ook weten hoe laat je elkaar kunt ontmoeten (de tijdsdimensie). We leven dus in een 4D-wereld. Er schuilt echter een addertje onder het gras, we zijn vrij om ons in de 3 ruimtelijke dimensies te verplaatsen, maar we zijn gevangen in de vierde dimensie, de tijd. We kunnen niet naar gisteren of volgend jaar gaan als we dat zouden willen.

De expeditie van Arthur Stanley Eddington in 1919 bevestigde Einsteins voorspelling voor de afbuiging van het licht door de zon tijdens de totale zonsverduistering van 29 mei 1919. Dit hielp de status van algemene relativiteit als een ware theorie te bevestigen. Sindsdien hebben veel waarnemingen de juistheid van de algemene relativiteitstheorie bevestigd. Deze omvatten studies van binaire pulsars, observaties van radiosignalen die de ledemaat van de zon passeren, en zelfs het Global Positioning System (GPS). Aanvankelijk waren zwarte gaten ook een voorspelling van algemene relativiteitstheorie.

Voorspellingen en bewijzen

Licht kan dus buigen wanneer het iets met veel massa passeert. Ook licht volgt de kromming van ruimtetijd. Dit betekent dat wanneer je naar een ster kijkt, het onwaarschijnlijk is dat het op precies die plek is. Dit ‘buigen’ van het licht werd, zoals eerder genoemd, tijdens een expeditie van Eddington bewezen.

De theorie voorspelt zwaartekrachtsgolven, dat zijn rimpelingen in de ruimtetijd die zich voortplanten als golven. Je zou je dit kunnen voorstellen als een steen die in een meer wordt gegooid en kleine rimpelingen of golven achterlaat. Deze rimpelingen in de structuur van ruimtetijd werden voor het eerst ontdekt in september 2015 door het Advanced LIGO-team. Ze kwamen van de botsing van 2 zwarte gaten en voegt nogmaals een bevestiging van de theorie toe, 100 jaar nadat het werd gepubliceerd.

De eerste afbeelding van een zwart gat (hieronder weergegeven), het superzware zwarte gat in het centrum van het sterrenstelsel Messier 87, werd gepubliceerd door de Event Horizon Telescope Collaboration op 10 april 2019. Elk sterrenstelsel heeft zo’n superzwaar zwart gat in het midden en nog vele andere soorten zwarte gaten in de rest van het sterrenstelsel. Het superzware zwarte gat in het midden van onze Melkweg heet Sagittarius A* (uitspraak: Sagittarius A ster).

Messier 87, de eerste foto van een zwart gat.

Een andere voorspelling die voortkwam uit de theorie van Einstein is een gravitatielens (de buiging van licht). Het doet zich voor wanneer een waarnemer een enorm zwaartekrachtveld (zoals een sterrenstelsel) en het object erachter zich op een rechte lijn bevinden. Het licht dat het object achter het massieve zwaartekrachtveld verlaat, zal zoveel buigen dat het beelden toont zoals hieronder getoond.

Het meest verbazingwekkende feit

Tijd kan ook vertragen of versnellen, omdat het verweven is met, of liever hetzelfde is als ruimte. Dus wanneer ruimte kromt, kromt de tijd ook. Laten we de aarde als voorbeeld nemen. Hoe dichter je bij het midden van het object komt, des te langzamer tijd verstrijkt. En hoe verder je ervan verwijderd bent, hoe sneller het gaat. Dit is herhaaldelijk bewezen met behulp van een atoomklokken. Door op de top van een berg en aan de voet van de berg 1 te plaatsen. Het verschil is bijzonder klein met deze korte afstand, maar het bewijst wel dat tijd niet overal even snel voorbij gaat.

Als je in de buurt van een zwart gat bent en er heel dicht omheen zou gaan om vervolgens naar huis te gaan, zou de tijd voor jou zo langzaam zijn verstreken dat wanneer je terug komt op aarde je kinderen waarschijnlijk al ouder zijn dan jij, of misschien zelfs al overleden.

Dit komt omdat hun tijd ten opzichte van jou niet veel is veranderd vanwege het feit dat het zwaartekrachtveld en de snelheid van de aarde niet zijn veranderd. Dit is misschien niet zo logisch en het is moeilijk om je voor te stellen dat dit zou kunnen gebeuren, maar dat betekent niet dat het niet echt is. We weten dat dit correct is. Algemene relativiteitstheorie voorspelt ook dat; tijdreizen mogelijk is, wormgaten bestaan, witte gaten bestaan en nog veel meer. Deze dingen zijn tot op heden nog niet gevonden of bewezen.

Algemene relativiteitstheorie vandaag

Natuurkundigen worden geconfronteerd met een probleem met algemene relativiteitstheorie: het kan geen singulariteit verklaren zoals de Big Bang (oerknal) en die in een zwart gat. Dit komt omdat de theorie niet goed werkt met de kwantummechanica, een andere gevestigde theorie over hoe onze wereld werkt. Het probleem is dat we nog geen verklaring hebben over hoe zwaartekracht werkt in de kwantumwereld. Wetenschappers zijn op zoek naar een theorie die kwantummechanica verenigt met algemene relativiteitstheorie, ze noemen het de theorie van alles. Snaartheorie en loop-kwantumzwaartekracht zijn 2 van de meest bekende theorieën om een ​​theorie van alles te worden. Dus, genoeg om naar uit te kijken en te ontdekken.

Deel dit bericht:

Tags: , , , , , ,

nl_NLDutch
en_GBEnglish nl_NLDutch