Algemene relativiteitstheorie
Van Wikipedia
De algemene relativiteitstheorie werd gepubliceerd door Albert Einstein in 1916 als een serie lezingen voor de Pruisische Academie van Wetenschappen. De theorie gaat anders dan de speciale relativiteitstheorie over de zwaartekracht en de kromming van de ruimte. Einstein voorspelde correct dat licht van verre sterren dat langs de zon scheert in het zwaartekrachtsveld van de zon wordt afgebogen.
Uitgangspunt is het equivalentieprincipe. Waarnemers die uniform versneld worden zijn "equivalent " met andere waarnemers die stilstaan in een homogeen zwaartekrachtsveld. Dat wil zeggen dat de mechanica en andere natuurkundige wetten voor beide partijen dezelfde zijn. In de algemene relativiteitstheorie wordt de zwaartekracht niet als een kracht gezien die voldoet aan de Wetten van Newton , maar als een "schijnkracht" die het gevolg is van de kromming van de ruimte-tijd.
De algemene relativiteitstheorie is een geometrische theorie, waarin wordt aangenomen dat zowel massa als energie de ruimtetijd doen krommen, en dat deze kromming de beweging van vrije deeltjes, waaronder ook het licht, beïnvloedt.
Met zijn algemene relativiteitstheorie (1915) heeft Einstein over de zwaartekracht zeer vernieuwende opvattingen geformuleerd. Hij stelde dat er geen verschil bestaat tussen een constante versnelling (trage massa) en een constante zwaartekracht (zware massa) (ga maar na: in een lift 9,8 m/s2 naar boven versnellen (ergens op een afgelegen plekje zonder zwaartekracht in de ruimte) geeft hetzelfde gevoel als op aarde te staan en met 9,8 N/kg (of ook m/s2) naar beneden te worden getrokken). Hij stelde ook dat materie (en elke andere vorm van energie) de ruimte vervormt. We vallen dus naar de aarde toe vanwege een kromming van de ruimte ten gevolge van de massa van de aarde. Dit is een grote wijziging ten opzichte van de ideeën van Newton. Deze theorie voorspelde afbuiging van sterrenlicht die tijdens een zonsverduistering in 1919 ook inderdaad waargenomen werden door Arthur Eddington. Ook biedt deze theorie een verklaring voor het verspringen van de baan van Mercurius om de zon.
De algemene relativiteitstheorie breidt de speciale relativiteitstheorie uit, door aan inertiaalstelsels een lokale betekenis te geven: een coördinatenstelsel geassocieerd met een waarnemer in vrije val. Een bijzonder geval hiervan is, dat een algemene eenparige versnelling van massa's niet van een constant gravitatieveld onderscheiden kan worden. Meer algemeen kan gravitatie, als de versnelling van waarnemers in vrije val t.o.v. elkaar, worden geinterpreteerd als een gevolg van kromming van de ruimte.
Wiskundig betekent het bestaan van lokale inertiaalstelsels, dat de ruimte-tijd een 4-dimensionale differentieerbare variëteit is, ongeveer zoals beschreven in de differentiaalmeetkunde van Bernhard Riemann. Bijgevolg maakt de algemene relativiteitstheorie gebruik van tensoren, omdat hiermee beweringen gedaan kunnen worden die onafhankelijk van coördinaten zijn. Technisch gesproken zijn de gebruikte ruimten geen Riemann-variëteiten, maar Lorentz-variëteiten, omdat de metrische tensor niet positief definiet is, maar daarentegen index 1 heeft (de enkelvoudige eigenwaarde in de tijd-richting is tegengesteld aan de drievoudige eigenwaarde in de ruimte-richtingen).
De theorie is gebaseerd op slechts een kleine groep formules en dit maakt de theorie erg elegant. Deze formules gebruiken echter ingewikkelde wiskundige concepten. De hoofdformule van algemene relativiteit (de Einstein-vergelijkingen) luidt:
waarbij geldt:
- Rab is de Ricci-tensor
- gab is de metrische tensor
- R is de scalaire kromming (scalar curvature)
- Tab is de energie-impuls-tensor (stress-energy tensor)
[bewerk] Ontwikkelingen
Tot nog toe zijn alle experimenten in overeenstemming met de theorie, maar niet alle aspecten van de theorie zijn experimenteel getoetst. In het bijzonder wordt er wereldwijd gepoogd gravitatiegolven waar te nemen, die als belangrijk dynamisch fenomeen door de theorie voorspeld worden. Voorts is er een probleem met de kwantummechanica, daar er nog geen theorie is die gravitatie quantumtheoretisch consistent beschrijft. In de meeste gevallen kunnen natuurkundigen met twee theorieën leven, de kwantummechanica op subatomaire schaal, de relativiteitstheorie op kosmische schaal, en 'simpele' Newtoniaanse mechanica op tussenliggende schalen, maar in enkele gevallen is de combinatie tussen sterke gravitatie en kleine schaal dusdanig dat beide theorieën invloed hebben, in het bijzonder bij zwarte gaten en in de eerste korte tijd na de oerknal.
Mogelijke oplossingen voor dit probleem zijn de snarentheorie, de loop-quantumzwaartekracht en als hypothese de allesomvattende M-theorie.
[bewerk] Zie ook
[bewerk] Externe link
- Relativity on the World Wide Web
- [1] Einstein, Albert (1916). "Die Grundlage der allgemeinen Relativitātstheorie" (PDF). Annalen der Physik vierte Folge. Band 49, p. 769-822 en Engelse vertaling.
