Categorieën
Bètacanon

Bètacanon (28): Einstein

Albert Einstein is de icoon van de moderne wetenschap. Iedereen herkent meteen zijn beeltenis met de warrige haren en zachte maar slimme ogen. Het bekende Amerikaanse Time Magazine verkoos hem zelfs tot ‘persoon van de 20ste eeuw’. Die keuze stuitte nauwelijks op bezwaar: Einstein heeft niet alleen de natuurkunde op zijn kop gezet maar speelde ook een prominente publieke rol, bijvoorbeeld als pacifist tijdens de Eerste Wereldoorlog en als tegenstander van de Amerikaanse communistenjacht in de jaren vijftig.

Einsteins genie is omgeven met mythes. Zo zou hij een slechte leerling zijn geweest. Dat is niet waar: hij haalde goede cijfers. Wel had hij een afkeer van autoriteit. Met tegenzin volgde hij de lessen op het strenge Luitpold-Gymnasium in München. Einstein brak zijn opleiding aan deze school zelfs voortijdig af (maar haalde later in Zwitserland toch nog zijn diploma). Het is verleidelijk te denken dat de afkeer van autoriteit ook de rode draad is die zijn wetenschappelijke werk met zijn politieke stellingnames verbindt.

Einsteins naam is verbonden met veel theorieën, formules en filosofische standpunten, maar twee bijdragen springen er echt uit: het lichtquantum en natuurlijk de relativiteitstheorie, waarvan hij in 1905, zijn ‘wonderjaar’, een eerste versie publiceerde.
De gedachte dat licht in kleine pakketjes energie – ‘quanta’ – uitgestraald wordt, vond hij zelf vooral ‘zeer revolutionair’. Het duurde lang tot Einsteins collega’s het idee van het lichtquantum accepteerden. De relativiteitstheorie was minstens even controversieel, maar naar Einsteins eigen oordeel veel minder revolutionair. Hij zag dit juist als een vervolmaking van het werk van James Maxwell en de Nederlander Hendrik Lorentz.

Volgens de wetten van Maxwell plant licht zich altijd met een en dezelfde snelheid voort. Dit leek echter in tegenspraak met oude en vertrouwde wetten over beweging. Einstein nam in 1905 toch gewoon aan dat de lichtsnelheid altijd dezelfde is, ongeacht de snelheid van de bron die het licht uitzendt. Daarnaast stelde hij dat de snelheid van een laboratorium niet van belang is: ongeacht die snelheid zal de laborant altijd dezelfde natuurwetten vinden.

Hieruit leidde hij een verrassende conclusie af, de relativiteit van gelijktijdigheid: waarnemers verschillen van mening over het gelijktijdig zijn van twee gebeurtenissen als ze ten opzichte van elkaar bewegen. Dit idee zette de wetenschap op zijn kop. Belangrijke begrippen moesten geherdefinieerd worden. Zo volgde uit de relativiteitstheorie dat massa omgezet kan worden in energie: E=mc2. Een formule die inmiddels eveneens een icoon van de wetenschap is.

De ‘speciale’ relativiteitstheorie gaat alleen op voor waarnemers met constante snelheden, die geen zwaartekracht voelen. In 1907 zette Einstein de eerste stap naar een algemenere theorie die ook de zwaartekracht en de versnelling omvatte.
Kort gezegd realiseerde hij zich dat het voor iemand die met zijn ogen dicht van het dak valt niet uit te maken is of hij gewichtloos in de lege ruimte zweeft, of versneld wordt door de zwaartekracht (totdat hij grond raakt natuurlijk). Jaren van hard werken volgden, want Einstein moest zich veel nieuwe wiskunde eigen maken.

In november van 1915, inmiddels gearriveerd op een zeer prestigieuze Berlijnse leerstoel, vond Einstein de definitieve vergelijkingen van de ‘algemene’ relativiteitstheorie. Daarin was de zwaartekracht niets anders dan een kromming in de ruimte en tijd. Voorheen werd de ruimte vooral gezien als een grote hal waarin een klok wegtikte; nu werden tijd en ruimte samen een soort beweeglijk rubber vlak dat wordt gekromd door de aanwezige massa. De theorie bewees direct haar kracht: Einstein rekende voorheen onverklaarbare afwijkingen in de planeetbaan van Mercurius voor. Dezelfde methoden geven tegenwoordig de precieze banen van gps-sattelieten. Zonder relativiteit geen TomTom. En in de moderne beschrijving van het heelal is relativiteit evengoed onmisbaar. Zwarte gaten zijn bijvoorbeeld putten in het heelal waar de ruimte zo krom is dat zelfs licht niet kan ontsnappen.

In Berlijn begon Einstein zich meer en meer over politieke zaken uit te spreken: hij werd een tegenstander van de Eerste Wereldoorlog en ijverde voor internationale verzoening. Markant is dat de Britten – die ook tegen Duitsland hadden gevochten – in 1919 een tweede bevestiging van de relativiteitstheorie waarnamen: licht dat langs de zon scheert buigt af door de kromme ruimte om de zon. ‘Revolution in science. New theory of the universe’ kopte de Times in Londen, en Einstein werd wereldberoemd.

Beroemd zijn heeft ook nadelen: in Berlijn werd al in 1920 een concertgebouw gevuld met een anti-relativistische manifestatie, ter behoud van de ‘zuivere wetenschap’ die door de joodse Einstein tot een warboel zou verworden. In 1933, na de machtsovername van Adolf Hitler, wilde Einstein na een werkbezoek aan de Verenigde Staten niet meer terugkeren naar Duitsland. Hij voelde zich er niet langer veilig; zijn theorieën konden slechts met de grootste moeite worden gedoceerd. Einstein vond een nieuw thuis in het Amerikaanse universiteitsstadje Princeton.

Einstein heeft de moderne natuurkunde wel een probleem nagelaten: het quantum en zijn theorie voor de zwaartekracht zijn met elkaar in tegenspraak. Dit probeerde hij al tijdens zijn leven op te lossen door het quantum af te leiden uit nog verder veralgemeniseerde relativiteitstheorieën. Het thema behelst haast de helft van zijn oeuvre, maar het werd fronsend en later zelfs met enige gêne door vakgenoten bekeken.

De tegenspraak bleef echter. Nog steeds is het een van de meest complexe problemen van de natuurkunde. De heersende benaderingen, zoals in de stringtheorie, zijn alleen tegengesteld aan die van Einstein. De theoretisch natuurkundigen van nu gaan vooral met het quantum de zwaartekracht te lijf. Einstein wilde het probleem juist andersom aanpakken en daarom overheerste in 1955 bij zijn overlijden, naast groot ontzag voor zijn revolutionaire werk, een gevoel dat hij als wetenschapper te behoudend was geworden.

Tekst: Jeroen van Dongen (1974)

Relevante boeken
Worden in de loop van 2020-2021 toegevoegd (3 september 2020)

Homepage Bètacanon
(donderdag 19 juli 2007)

Door Hans van Duijnhoven

Bibliothecaris sinds september 1979. Werkzaam in de regio Noord Oost Brabant.

Geef een reactie