14 maart 1879: geboortedag van Albert Einstein

Albert Einstein in1905

1905 werd bekend als het Magische Einstein Jaar. Hij publiceerde toen vier artikelen die de wetenschap drastisch zouden veranderen. (Credit: Wikimedia Commons)

14 maart 1879 is de geboortedag van Albert Einstein, de beroemdste wetenschapper van de moderne tijd. Hij veranderde ons beeld over de ruimte, de tijd en de materie.

Albert Einstein werd op 14 maart 1879 geboren in het Duitse Ulm. Zijn oom Jakob Einstein, een ingenieur, bracht hem de eerste beginselen van de wiskunde bij. Nadat hij een jaar eerder was gezakt voor zijn toelatingsexamen begon hij op 17-jarige leeftijd aan een studie aan het Zwitserse Polytechnische Instituut. In 1900 studeerde hij af en in 1902 werd hij in dienst genomen als junior patent onderzoeker bij het Zwitserse Patentbureau in Bern waar hij zich specialiseerde in elektrische apparaten.

 

Het foto-elektrisch effect

Het eerste artikel verklaart wat we noemen het foto-elektrisch effect. Het is één van de bases van de moderne (televisie) elektronica. Zijn artikel over het foto-elektrisch effect hielp mee de weg te plaveien voor de kwantummechanica door te stellen dat licht zowel een deeltjes- als een golfverschijnsel is. Voor zijn werk hieraan kreeg Einstein later de Nobelprijs voor de natuurkunde.

Brownse beweging

In 1905 publiceerde hij ook een artikel dat is gerelateerd aan de Brownse beweging. Einstein stelde dat de schijnbare at random beweging van deeltjes in een vloeistof (Brownse beweging) voorspelbaar is en een meetbaar deel is van de bewegingen van atomen en moleculen. Dit droeg bij aan de theorie over moleculaire kinetiek. Als je iets verhit dan gaan de moleculen er in vibreren. Hierbij leverde Einstein een directe bevestiging dat atomen en moleculen daadwerkelijk bestaan.

Speciale relativiteitstheorie

In 1905 publiceerde Einstein ook zijn Speciale Relativiteitstheorie. Voor het opstellen van deze theorie ging men er van uit dat ruimte, tijd en massa voor iedereen absoluut waren. Dat wil zeggen, voor iedereen gelijk. Einstein toonde aan dat verschillende mensen massa, ruimte en tijd verschillend kunnen ervaren maar dat deze effecten niet optreden totdat je beweegt met ongeveer de snelheid van het licht. Dan pas zal je zien dat de tijd op een snel bewegend ruimteschip langzamer wordt terwijl de massa van het ruimteschip toeneemt. Volgens Einstein heeft een ruimteschip dat beweegt met de snelheid van het licht een oneindige massa en een lichaam met oneindige massa heeft ook een oneindige weerstand tegen beweging. Dit houdt ook in dat niets sneller dan de lichtsnelheid kan bewegen. Vanwege de speciale relativiteitstheorie van Einstein wordt licht nu als absolute constante gezien in een heelal dat variabele waardes voor ruimte, tijd en materie kent.

De relatie tussen massa en energie

In het vierde artikel uit 1905 stelde Einstein dat massa en energie gelijk zijn aan elkaar. Dit artikel is bekend geworden vanwege de beroemde formule E=m*c2. Deze formule betekent dat de energie (E) gelijk is aan de massa (m) vermenigvuldigd met het kwadraat van de lichtsnelheid c.

Dit klinkt heel simpel en op een bepaalde manier is het dat ook. Het betekent dat materie en energie hetzelfde zijn. Maar het is ook erg diepgaand want de snelheid van het licht is een heel groot getal. De vergelijking laat zien dat een kleine hoeveelheid materie kan worden omgezet in een hele grote hoeveelheid energie. Zoals bijvoorbeeld in een atoombom. Het is bijvoorbeeld ook dezelfde omzetting van materie naar energie die het mogelijk maakt dat sterren schijnen.

Kromming van de ruimte

In zijn Algemene Relativiteitstheorie toonde Einstein aan dat licht wordt afgebogen als het in de buurt komt van een zeer zwaar object. Dat wil zeggen: het zware object zorgt voor een kromming van de ruimte (Credit: Wikimedia Commons)

In zijn Algemene Relativiteitstheorie laat Einstein zien dat materie er voor zorgt dat de ruimte krom trekt. Zo kan het licht van sterren enigszins worden afgebogen door de zwaartekracht van de Zon.

In 1911 had hij voorspeld dat licht dat een zware ster passeert afgebogen kan worden. Dit idee leidde tot de Algemene Relativiteitstheorie die in 1916 werd gepubliceerd. Dit artikel leidde tot een moderne theorie over zwaartekracht en bracht ons de kromming van de ruimte. Zo toonde Einstein bijvoorbeeld aan dat kleine massa’s als planeten deukjes vormen in de ruimte-tijd die nauwelijks effect hebben op de weg van het sterlicht. Echter, grotere massa’s, zoals zware sterren, produceren een meetbare gekromde ruimte.

Het feit dat de gekromde ruimte rond onze eigen Zon meetbaar moest zijn leidde er toe dat wetenschappers Einsteins theorie wilden bewijzen. In 1919 fotografeerden twee expedities onder leiding van Arthur Eddington, tijdens een zonsverduistering sterren dichtbij de Zon. De verplaatsing van deze sterren ten opzicht van hun ware positie aan de hemelbol liet zien dat de zwaartekracht van de Zon inderdaad een kromming van de ruimte veroorzaakt waarbij sterlicht dat rakelings langs de Zon reist wordt afgebogen van zijn oorspronkelijke pad. Met deze waarnemingen werd de theorie van Einstein bewezen.

Interessant is dat de theorieën van Einstein elementen bevatten die hij zelf maar lastig kon accepteren. Hij verafschuwde het om te ver te moeten afwijken van de destijds gangbare theorieën van Newton en Maxwell. Theorieën waarop zijn eigen werk was gebaseerd.

Sommige regels binnen de kwantummechanica, zoals het idee over onbepaaldheid, werden door hem niet geaccepteerd. Aan het eind van de jaren 20 van de vorige eeuw stond de kwantummechanica binnen de natuurkunde volop in de belangstelling maar Einstein accepteerde verschillende nieuwe theorieën nooit volledig. Hij stelde:

God dobbelt niet!

De Algemene Relativiteitstheorie uit 1916 stelde ook dat het heelal of bleef uitdijen of weer een keer gaat samentrekken. Ook dit was iets wat Einstein niet kon accepteren. In 1917 introduceerde hij dan ook een kosmologische constante die zorgde voor een stabiel heelal. In 1929 toonden waarnemingen van Edwin Hubble echter aan dat het heelal uitdijt. Einstein werd gedwongen zijn theorie te herzien. Hij noemde later de introductie van zijn kosmologische constante zijn grootste blunder.

Laatste bewerking: 28 februari 2016
Bron: Eartsky