Wie was Albert Einstein?

Albert Einstein wordt vaak gezien als de meest invloedrijke wetenschapper van de 20-ste eeuw. Zijn werk helpt astronomen bij het bestuderen van zowel zwaartekrachtgolven als de baan van Mercurius.

Zijn formule E = m * c2 hielp bij het verklaren van de speciale relativiteit en is zelfs onder niet-wetenschappers beroemd. Einstein is verder bekend voor zijn werk aan de algemene relativiteitstheorie en het photo-elektrische effect. Voor zijn werk hieraan kreeg hij in 1921 de Nobelprijs.

Einstein deed ook verwoede pogingen om alle krachten in het heelal in één enkele theorie onder te brengen. Hij heeft hier tot zijn dood aangewerkt. In zijn tijd werd hij als redelijk revolutionair beschouwd en zoals altijd met nieuwe grote ideeën duurt het enige tijd voordat ze algemeen geaccepteerd worden.

Einstein’s vroege leven

Albert Einstein in1905
1905 werd bekend als het Magische Einstein Jaar. Hij publiceerde toen vier artikelen die de wetenschap drastisch zouden veranderen.

Einstein werd op 14 maart 1879 geboren in de Duitse stad Ulm, een stad die tegenwoordig ongeveer 120.000 inwoners telt. Er is een kleine plaquette op de plaats waar vroeger zijn geboortehuis stond. Dit huis werd tijdens de tweede Wereldoorlog verwoest. Kort na zijn geboorte verhuisde de familie naar München en nog later naar Italië toen het zijn vader onmogelijk werd gemaakt een eigen bedrijf te runnen. Zijn vader Hermann had een elektrochemische fabriek en moeder Pauline zorgde voor Albert en zijn jongere zus Maria.

 

In zijn memoires schreef Einstein dat twee ‘wonderen” zijn jonge leven sterk hebben beïnvloed. Het eerste wonder zag hij op 5-jarige leeftijd toen hij een kompas kreeg. Hij was geboeid door de mysterieuze onzichtbare krachten die de naald van het kompas deden bewegen. Het leidde tot een levenslange fascinatie voor onzichtbare krachten. Het tweede wonder zag hij op 12-jarige leeftijd toen hij een boek over geometrie kreeg dat hij zijn “heilige geometrieboek” noemde.

In tegenstelling tot wat vaak algemeen wordt aangenomen was de jonge Albert een goede student. Hij blonk uit in natuurkunde en wiskunde maar was op andere onderwerpen een gemiddelde student. Einstein had echter grote problemen met de autoritaire houding van enkele van zijn docenten en hij stopte op zijn 16-de met school. Later deed hij een toegangsexamen voor de Zwitserse Federale Polytechnische School in Zurich. Zijn scores voor natuurkunde en wiskunde waren uitstekend maar andere vakken waren onvoldoende en daardoor zakte hij voor dit toelatingsexamen. Hij volgde cursussen om zijn kennis bij te spijkeren en in 1896 werd hij wel toegelaten tot de Zwitserse PolyTechnische School. In 1901 behaalde hij een diploma om les te mogen geven in natuurkunde en wiskunde.

Hij kon echter geen baan als docent vinden en dus ging hij in 1901 aan de slag bij het patentbureau in Bern. Tijdens zijn werk hier ontwikkelde hij de speciale relativiteitstheorie en andere delen van de natuurkunde die hem beroemd maakten.

Einstein trouwde met Mileva Maric, een oude jeugdliefde uit Zurich. Ze kregen twee kinderen, Hans Albert in 1904 en Eduard in 1910. In 1919 scheidde hij van Maric en trouwde hij met Elsa Löwenthal, een nicht van zijn vader. Elsa stierf in 1933.

Einstein’s carrière

Einstein behaalde in 1905 zijn doctoraat. Hij kreeg in 1909 een positie als professor in Zurich, in 1911 in Praag en in 1912 weer in Zurich. Daarna vertrok hij naar Berlijn waar hij directeur werd van het Kaiser Wilhelm Physical Institute en werd hij in 1914 professor aan de universiteit van Berlijn. Hij werd ook Duits staatsburger.

In 1919 kreeg zijn werk erkenning toen Sir Arthur Eddington, secretaris van de Royal Astronomical Society een expeditie naar Afrika leidde die de positie van sterren ging meten tijdens een totale zonsverduistering. De groep ontdekte dat de positie van een ster afweek als gevolg van de buiging van het licht door de Zon. De resultaten van Eddington deden de wetenschap op zijn fundering schudden. De ontdekking van Eddington bevestigde de theorie van Einstein en dat betekende dat het geordende heelal zoals dat door Isaac Newton was opgesteld werd vervangen door een compleet andere filosofie. Toen dat in de pers kwam werd Einstein wereldberoemd.

Einstein bleef tot 1933 in Duitsland maar de opkomst van Hitler was voor Einstein het teken om zijn Duitse paspoort in te leveren en naar de Verenigde Staten te vertrekken. Hij werd er professor in de theoretische natuurkunde aan de universiteit van Princeton. In 1940 werd hij Amerikaans staatsburger en in 1945 ging hij met pensioen.

Einstein bleef ook op hogere leeftijd actief in de natuurkundige gemeenschap. In 1939 schreef hij een brief aan de toenmalige president van de Verenigde Staten, Franklin D. Roosevelt, waarin hij waarschuwde dat uranium gebruikt kon worden voor atoombommen.

Het was één van de belangrijke triggers voor het Manhattan Project dat leidde tot het bouwen van nucleaire wapens door de Verenigde Staten tijdens de Tweede Wereldoorlog. De brief overtuigde de regering er van om zijn bewering serieus te nemen. Zijn stem werd tot in de hoogste regeringskringen gehoord.

Later in zijn leven raakte Einstein verwikkeld in discussies met de natuurkundige Niels Bohr over de validiteit van de kwantum theorie. Bohr’s theorieën hielden stand en Einstein gebruikte ze later in zijn eigen berekeningen. Einstein stierf op 18 april 1955 aan de gevolgen van een aneurysma.

Einstein’s wetenschappelijke werk

Einstein heeft een grote bijdrage geleverd aan de natuurkunde. Onderstaand enkele van zijn belangrijkste bedragen:

De speciale relativiteitstheorie

Einstein toonde aan dat natuurkundige wetten oor alle waarnemers hetzelfde zijn zolang ze niet worden versneld. Echter de lichtsnelheid in een vacuüm is altijd hetzelfde ongeacht met welke snelheid de waarnemer zich voortbeweegt. Dit leidde tot het begrip dat ruimte en tijd aan elkaar zijn gekoppeld in wat we nu de ruimte-tijd noemen. Een gebeurtenis de door een waarnemer wordt gezien kan door een andere waarnemer op een ander tijdstip worden gezien.

De algemene relativiteitstheorie

Dit was een herformulering van de zwaartekrachtwetten. In de 17-de eeuw formuleerde Isaac Newton drie bewegingswetten die ook beschreven hoe de zwaartekracht tussen twee objecten zich gedraagt. De kracht tussen twee objecten is afhankelijk van hun massa en onderlinge afstand. Einstein vertaalde dit naar de ruimte-tijd. Een zwaar object is een verstoring in de ruimte-tijd (vergelijk het met een zware bal die op een trampoline wordt gelegd). Er wordt zwaartekracht uitgeoefend als objecten in de put vallen die door de verstoring in de ruimte-tijd is ontstaan (vergelijk het met een knikker die naar een zware bal toe rolt).

Het photo-elektrische effect

In 1905 stelde Einstein dat licht beschouwd moest worden als een stroom van deeltjes (fotonen) in plaats van een enkele golf zoals in die tijd algemeen werd aangenomen. Zijn werk hielp om de vreemde resultaten te verklaren die wetenschappers in die tijd zagen. Het photo-elektrisch effect verwijst naar de manier waarop elektronen van een metalen oppervlak worden gestoten door invallend licht. De golftheorie suggereert dat de elektronen worden afgestoten met een grotere energie als het invallende licht wordt vergroot maar experimenten toonden aan dat de gemeten energieën onafhankelijk zijn van de stralingsintensiteit. Dat was destijds lastig te accepteren door de wetenschap omdat het tegenstrijdig was met het 19-de eeuwse golfmodel van licht.

Algemene veldtheorie (de grote unificatietheorie)

Einstein spendeerde in de latere jaren veel tijd om de theorieën over elektromagnetisme en zwaartekracht te bundelen tot een algemene theorie. Hij slaagde daar niet in maar bijvoorbeeld de sterke kracht im de kwantummechanica werd in de jaren ‘70 en ‘80 veel beter begrepen. Andere natuurkundigen werken overigens nog steeds aan dit probleem.

Toepassingen van Einstein’s werk

Er zijn veel toepassingen van Einstein’s werk. Onderstaand overzicht is dan ook niet compleet.

Zwaartekrachtgolven

In 2016 ontdekte de LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) rimpelingen in de ruimte-tijd, ook wel bekend als zwaartekrachtgolven, die optraden nadat zwarte gaten met elkaar botsten op een afstand van ongeveer 1,4 miljard lichtjaar van de Aarde. LIGO ontdekte ook in 2015 al zwaartekrachtgolven, dat was een eeuw nadat Einstein dergelijke rimpelingen in de ruimte-tijd voorspelde. De golven maken deel uit van de algemene relativiteitstheorie van Einstein.

De baan van Mercurius

De planeet Mercurius is een kleine planeet die in een nauwe baan om een groot en zwaar object draait: onze Zon. Deze baan kon niet verklaard worden voordat de algemene relativiteitstheorie aantoonde dat de kromming van de ruimte-tijd van invloed is op de bewegingen van de planeet en de veranderende baan. Er is een kleine kans dat Mercurius over enkele miljarden jaren uit ons zonnestelsel wordt gestoten als gevolg van deze veranderingen waarbij de kans dat de planeet dan met de Aarde botst nog kleiner is.

Zwaartekrachtlenzen

Dit is een fenomeen waar bij een zwaar object (zoals een zwart gat of een sterrenstelsel) licht om zich heen kan buigen. Astronomen die door een telescoop naar dat gebied kijken kunnen dan objecten zien die zich direct achter dat zware object bevinden. Een beroemd voorbeeld hiervan is het kruis van Einstein. Dit is een quasar in het sterrenbeeld Pegasus. Een sterrenstelsel op een afstand van ongeveer 400 miljoen lichtjaar afstand buigt het licht van de quasar zodat het vier keer om het sterrenstelsel zichtbaar is.

Eerste publicatie: 14 maart 2018