Relativiteitstheorie van Einstein ter discussie

Italiaanse natuurkundigen hebben aanwijzingen dat bepaalde elementaire deeltjes zich sneller dan het licht kunnen bewegen. Als dat klopt dan staat dit haaks op de relativiteitstheorie die Einstein in 1905 uitvond.

Volgens de speciale relativiteitstheorie van Albert Einstein kan niets zich sneller voortbewegen dan het licht. Hij duidde dat aan met zijn beroemde E=mc2 vergelijking. Het betekent dat energie gelijk is aan de massa maal de lichtsnelheid in het kwadraat. Het centrale idee van de theorie is dat wetten van de mechanica niet afhankelijk mogen zijn van snelheid die een waarnemer heeft ten opzichte van andere waarnemers. De oorsprong van de theorie ligt al bij het onderzoek van Galileo Gelilei in de 17e eeuw.

Galileo Galilei (1564-1642)

De relativiteitstheorie van Galilei gaat uit van het principe dat de wetten van de mechanica hetzelfde zijn voor waarnemers in twee stelsels die eenparig van elkaar bewegen. Dat wil zeggen dat de beweging geen versnelling of vertraging kent. Dat is het intertiaalstelsel. Als er twee waarnemers zijn wil dat dus zeggen dat niet te bepalen is: wie van de twee beweegt en wie er stilstaat. De klassieke mechanica volgens de wetten van Newton nam dit stelsel over. Zij gingen er van uit dat er een absoluut stilstaand referentiekader moest bestaan.

Newton (1643-1727)

Isaac Newton nam dus aan dat er een absolute beweging bestond. Hij ging ervanuit dat rust en beweging twee van elkaar te onderscheiden toestanden zijn. Hij veronderstelde dat licht zich voortplant door een lege ruimte. In die tijd werd aangenomen dat licht een golf was en dat. golven een medium nodig hadden om zich voort te bewegen. In deze theorie zou iemand die op een rijdende wagen rijdt een andere geluidssnelheid meten dan wanneer de wagen stilstaat.

Albert Einstein

Deze interpretatie van licht bleef bestaan totdat de jonge natuurkundige Albert Einstein aan het werk ging. Hij was een Amerikaans wis- en natuurkundige van Duitse afkomst. Hij werd op 14 maart 1879 geboren in Ulm in het zuiden van Duitsland. Kort na zijn geboorte verhuisde de familie Einstein naar het Beierse München. Na zijn lagere- en middelbare school te hebben afgerond, vertrok hij naar Zwitserland om daar wiskunde en natuurkunde te gaan studeren. Na een langzame start, vond hij zijn draai op de universiteit en werd hij al op dertigjarige leeftijd, in 1909, klom hij op tot professor. Eerst aan de universiteit van Zürich en vervolgens aan de universiteit in Berlijn.

Relativiteitstheorie

Tijdens zijn tijd aan de universiteit legde hij zich volledig toe op zijn onderzoek. Van 1905 tot 1915 publiceerde hij de twee delen waaruit de relativiteitstheorie bestaat. Al eerder was de voorzet van de theorie gegeven door de natuurkundigen George FitzGerald en Hendrik Lorentz met de Lorentz-FitzGeraldcontractie. De belangrijkste formules van de speciale relativiteitstheorie waren hiermee al bekend. Maar Einstein plaatste ze in een algemeen theoretisch kader, dat hij later nog verder zou uitbouwen tot de algemene relativiteitstheorie.

Nobelprijs voor de Natuurkunde

Hij kwam tot de conclusie dat lichtsnelheid onafhankelijk is van de beweging van de waarnemer. Dit was in strijd met de eerdere bevindingen van Newton. Het was een revolutionaire ontdekking in de opvattingen over ruimte en tijd. Waar Newton nog sprak van absolute entiteiten, toonde Einstein aan dat er slechts sprake was van relatieve ruimte en tijd. In 1921 ontving hij de nobelprijs voor natuurkunde voor zijn onderzoek. Volgens Einstein is de lichtsnelheid dus de grootst mogelijke snelheid. In de afgelopen eeuw hebben alle metingen dat ook bevestigd.

Einde van de historische theorie?

Maar zijn theorie in nu aan het wankelen gebracht. De snelheden die nu werden waargenomen in een neutronenstraal die vanuit een deeltjesversneller in Genève op een laboratorium in Italië, 730 kilometer verderop, werd afgevuurd. De neutronen zouden hierbij zestig nanoseconden sneller zijn gegaan dan de lichtsnelheid van ongeveer driehonderdduizend kilometer per seconde. Als de resultaten worden bevestigd, betekent het een fundamentele heroverweging van de natuurwetten, te beginnen met Einsteins speciale relativiteitstheorie uit 1905. In het tijdschrift Nature zegt theoreticus John Ellis van CERN dat een overschrijding van de lichtsnelheid opmerkelijk zou zijn, maar dat hij vooralsnog twijfelt aan de juistheid van de Italiaanse conclusies.