Relativiteitstheorie
Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Met relativiteitstheorie worden in de gepopulariseerde natuurkunde twee theorieën van Albert Einstein aangeduid, namelijk:
In de natuurkunde bestaan er verschillende beschrijvingen van relativiteit. Dit is het principe dat de wetten van de mechanica, of de natuurkunde in het algemeen, niet afhankelijk zijn van de relatieve snelheid die een waarnemer heeft ten opzichte van andere waarnemers. Galileo Galileï had rond 1600 al een visie op dit principe. Eeuwen later werden de speciale en de algemene relativiteitstheorie ontwikkeld.
[bewerk] Galileïse relativiteitstheorie
De Galileïse relativiteitstheorie gaat uit van het volgende principe: De wetten van de mechanica zijn dezelfde voor waarnemers in twee stelsels die eenparig (een beweging die geen versnelling of vertraging kent) ten opzichte van elkaar bewegen. Zulke stelsels noemt men inertiaalstelsels. Anders gezegd: het is voor diezelfde twee waarnemers onmogelijk om aan de hand van de wetten van de mechanica te bepalen wie van beiden een absolute beweging uitvoert of mogelijk stilstaat. Dit heeft als direct gevolg dat er alleen relatieve en geen absolute snelheden bestaan - vandaar de naam relativiteitsprincipe.
In de Galileïse relativiteitstheorie zijn coördinatenstelsels die eenparig ten opzichte van elkaar bewegen, als volgt gerelateerd. Stel dat ten opzichte van het stelsel S de snelheid van een ander stelsel S' gelijk is aan w, en dat de nulpunten van beide stelsels op tijdstip t = 0 samenvallen. Als we posities in S met r aanduiden en in S' met r', geldt na verloop van een tijd t:
De klassieke mechanica volgens de wetten van Newton nam dit relativiteitsprincipe over van Galileo Galileï.
[bewerk] Speciale relativiteitstheorie
De speciale relativiteitstheorie werd ontwikkeld in 1905 door Albert Einstein. Deze theorie gaat uit van de volgende twee postulaten:
- De wetten van de natuurkunde (inclusief die van de elektrodynamica) zijn dezelfde voor waarnemers in twee stelsels die eenparig ten opzichte van elkaar bewegen.
- De lichtsnelheid in vacuüm is een universele constante.
Om deze twee basisideeën met elkaar te verzoenen, zijn er speciale transformaties genaamd Lorentztransformaties nodig om plaats en tijd van de ene waarnemer om te rekenen in plaats en tijd van de andere. Hieruit volgt dat plaats en tijd met elkaar verbonden zijn. Evenzo zijn elektrische en magnetische velden (E en B) voor verschillende waarnemers in elkaar om te rekenen met Lorentztransformaties. Het blijkt dat elektrisch en magnetisch velden met elkaar verbonden zijn.
Het artikel van Einstein verscheen in 1905 onder de titel Zur Elektrodynamik bewegter Körper (over de elektrodynamica van bewegende lichamen). De theorie heeft als postulaat dat de lichtsnelheid in vacuüm hetzelfde is voor alle waarnemers. Dit was in overeenstemming met de eerdere experimenten van Michelson en Morley, waar de wetenschap tot op dat moment niet goed raad mee wist. In deze experimenten was aangetoond dat er geen absoluut stilstaand medium, de ether, bestaat, dat als drager van lichtgolven zou fungeren. De speciale relativiteitstheorie is ook volledig in overeenstemming met de Wetten van Maxwell voor elektromagnetisme. Magnetisme is het relativistisch effect van elektriciteit. Stel dat een waarnemer een stilstaande elektrische lading ziet en dus een elektrisch veld. Een andere waarnemer in eenparige beweging ten opzichte van de eerste ziet dan een bewegende lading, dus een elektrische stroom, dus een magnetisch veld.
[bewerk] Algemene relativiteitstheorie
De algemene relativiteitstheorie werd voorgesteld door Albert Einstein in een serie lezingen voor de Pruisische Academie van Wetenschappen in 1915.
In deze theorie wordt aangenomen dat waarnemers die zich in rust in een gelijkmatig zwaartekrachtsveld bevinden "equivalent" zijn met andere waarnemers die een constante (uniforme) versnelling ondervinden. Deze veralgemening van het relativiteitsprincipe gaat samen met een nieuwe theorie van de zwaartekracht. In deze theorie wordt zwaartekracht niet langer als een kracht gezien zoals dat bij de Wetten van Newton het geval was, maar als een meetkundige eigenschap van de ruimte zelf. Een massa trekt de ruimte rondom zich als het ware krom, zodat deeltjes in de buurt van die massa afgebogen worden.
Zie voor meer informatie de afzonderlijke artikelen.
