plaatje - SVAT Astatine - Universiteit Twente

Figuur 3: Artist impression van gekromde ruimte-tijd.
golfbal werkt, hij volgt gewoon een geodeet in gekromde
ruimte-tijd, die zo gekromd is door de bowlingbal.
Iets dat vaak verkeerd wordt begrepen is dat de ruimtetijd
wordt gekromd door energie en niet alleen door
massa. Dat massieve planeten de ruimte-tijd krommen
is een gevolg van de equivalentie van massa en energie,
zoals blijkt uit Einsteins beroemde formule:
Op deze manier valt ook goed te zien dat deeltjes zonder
massa, maar met een impuls (p), zoals fotonen,
invloed uit kunnen oefenen op de ruimte-tijd.
Natuurlijk moet elke theorie aan de tand gevoeld
worden en zo ook algemene relativiteit. De eerste test
was de eerdergenoemde periheliumprecessie van
Mercurius die Newton de das om had gedaan. Einstein
berekende een precessie van 43 boogseconden, wat
precies overeenkomt met de metingen.
Een ander effect waar Newton geen bevredigend
antwoord op kon geven werd door Einstein berekend:
gravitational lensing. Op 29 mei 1919 werd door Arthur
Eddington bewezen dat licht om massieve objecten
heen buigt door foto’s te maken van een eclips op het
eiland Principe. Gravitational lensing was een feit en
de geloofwaardigheid van algemene relativiteit kreeg
een enorme impuls. Deze ontdekking was vooral bruikbaar
voor astronomen, omdat dit ze in staat stelde om
heldere objecten, zoals quasars, die verscholen lagen
achter andere zware objecten, zoals melkwegstelsels,
te zien. Overigens verbaasde dit alles Einstein weinig;
toen een student Einstein eens vroeg wat hij had gedaan
als dit experiment uitgewezen zou hebben dat
gravitational lensing niet bestond antwoordde Einstein:
“Then I would have felt sorry for the dear Lord. The
theory is correct.”
Nog een effect zijn gravitational waves. Deze zouden
kunnen ontstaan als twee zeer zware objecten snel om
elkaar heen roteren, zoals bij een “binary star“ (figuur
4). Een samenwerkingsverband tussen ESA en NASA
genaamd “Laser Interferometer Space Antenna” (LISA)
zal deze rond 2020 gaan meten.
20
Figuur 4: Artist impression van gravitational waves; op
de voorgrond valt detector LISA te zien.
Een laatste interessant effect doet zich voor bij het
Global Positioning System (GPS). Om correct te functioneren
moet de tijd in elke satelliet tot op enkele nanoseconden
precies bekend zijn. Algemene relativiteit
voorspelt dat de tijd op een satelliet zo’n 7 microseconden
per dag langzamer loopt dan op aarde vanwege
zijn beweging rond de aarde. De klok zal echter zo’n 45
microseconden sneller tikken doordat hij zich verder
van de aarde bevindt, waar de ruimte-tijdkromming
minder is. In totaal is dat dus een afwijking van +38
microseconden. Dit lijkt weinig, maar in termen van
afstand betekent dit dat er elke dag een afwijking van
10km insluipt!
Hoewel algemene relativiteit op een aantal manieren
dus goede resultaten weet neer te zetten, is er een
gebied waar hij het gruwelijk laat afweten: kwantummechanica.
Op kleine schaal (lees: lage potentialen) is
de theorie onbruikbaar. Daarom is er een nieuw veld,
kwantumzwaartekracht genaamd, dat probeert de algemene
relativiteit en de kwantummechanica onder te
brengen in een “Theory of Everything“.
Eerder al werden de zwakke kernkracht en de elektromagnetische
kracht verenigd in de “Elektroweak
theory“ en werd deze theorie vervolgens met de sterke
kernkracht uitgebreid tot de “Grand Unified Theory“.
Het enige dat dus nog resteert is de zwaartekracht.
Op dit moment is er een aantal kandidaten, maar verreweg
de grootste is snaartheorie.
De snaartheorie gaat er vanuit dat deeltjes in werkelijkheid
kleine, trillende, eendimensionale snaren zijn.
Verschillende trillingswijzen van een snaar worden
waargenomen als verschillende deeltjes, er zijn echter
11 dimensies voor nodig om het te laten werken.
Opmerkelijk genoeg voorspelt de snaartheorie ook nog
het gravitondeeltje, dat verantwoordelijk moet zijn voor
de overbrenging van zwaartekracht. Dus, mocht je nog
een Nobelprijs willen winnen, probeer het eens in de
zwaartekracht.