§1: algemene relativiteit

We hebben het al gehad over Einsteins speciale relativiteitstheorie. De algemene relativiteitstheorie gaat over zwaartekracht, en over de relatie van massa met de ruimtetijd.

Eerst moeten we het hebben over de ruimtetijd. We weten dat Einstein de termen ruimte en tijd aan elkaar gekoppeld heeft, een briljante zet. Maar wat is het nou precies, ruimtetijd? Ruimtetijd is eigenlijk de vorm van het universum, en de vorm van het universum is niet recht: het is gekromd, gebogen. Je moet het zien als een trampoline met daarop een bal: op de plek van de bal is de trampoline ingezakt, de trampoline is niet meer recht maar gebogen.
Maar waarom is de ruimtetijd dan gekromd? Dat komt door de massa die zich in de ruimtetijd bevindt. Denk maar weer aan de trampoline: zonder bal was hij niet gekromd, maar zodra er een bal was zakte hij in. En hoe zwaarder de bal, hoe meer kromming!

“Space time tells matter how to move. Matter tells space time how to curve.” -John Weeler. Dit is eigenlijk de beknopte uitleg van algemene relativiteit.

Onze aarde is best zwaar: het heeft een grote massa. Dat zorgt ervoor dat de ruimtetijd is gebogen. Dat ziet er dan (versimpeld) zo uit:

Doordat de ruimtetijd zo gebogen is in de buurt van de aarde, blijft onze maan rondjes cirkelen om de aarde. En de aarde? Die cirkelt om de zon heen, vanwege de gekromde ruimtetijd in de buurt van de zon. Nu is ook de zwaartekracht (soort van) verklaard: waarom massa’s elkaar van een afstand kunnen beïnvloeden. Waarom blijven wij op de grond staan en vliegen we niet van de aarde af? Omdat de ruimtetijd door de massa van de aarde is gebogen en een zwaartekrachtsveld heeft gecreëerd.

Oké, we hebben nu een beter beeld bij de ruimtetijd. Maar hoe hoort tijd hier eigenlijk nog bij? We hebben het eigenlijk alleen nog maar gehad over de kromming van de ruimte, toch? De reden waarom er “tijd” in “ruimtetijd” zit, is omdat niet alleen de ruimte wordt veranderd als er massa aanwezig is: ook de tijd verandert. We hebben het in het vorige hoofdstuk al gehad over de vertraging van tijd bij hoge snelheden. Maar dat gebeurt ook in de buurt van een sterk zwaartekrachtsveld. En een sterk zwaartekrachtsveld ontstaat weer door een grote massa.
Dus: hoe meer massa, hoe meer de ruimte en de tijd veranderen. Hoe meer massa, hoe meer de ruimtetijd verandert.

Snap je het nog niet helemaal, of ben je benieuwd naar meer details? Kijk dan dit filmpje van Arvin Ash. Dan snap je daarna echt alles!