Public

Albert Einstein, E=MC2

Djarum76 > Science in progress

 

 

E is MC in het kwadraat. Dé formule van de vorige eeuw. Verzonnen en beredeneerd door de grote Albert Einstein. Iedereen kent, of heeft wel eens gehoord van die magische formule E=MC2. Ik denk echter dat niet iedereen precies begrijpt wat deze formule precies inhoud. Alles is betrekkelijk, kun je zeggen. Maar niets is zo betrekkelijk als het onbetrekkelijke.

Wist u dat zonder deze formule uw navigator en de gps op uw smart-phone niet goed zouden functioneren? Ik ga een poging wagen het zo goed mogelijk uit te leggen.

 

                                               

Wat houdt de formule ongeveer in? (voor een gedeelte dan)

Op de eerste plaats hebben we de algemene relativiteitstheorie én de speciale relativiteitstheorie. Grofweg brengt Einstein de verhoudingen tussen licht en tijd onder in één theorie. In zijn formule beredeneerd hij dat niets sneller is dan het licht  en dat tijd en ruimte niet los van elkaar staan..

Energie= massa x lichtsnelheid 2 (kwadraat)

 

Het begrip "licht" en haar snelheid. ( wat we allemaal als zo vanzelfsprekend zien)

Licht heeft een snelheid van  299.793 km per seconde.

Oftewel 300 meter per microseconde. (éénmiljoenste seconde).

Alles wat u kunt zien en waarnemen heeft te maken met licht. Als u naar uw hand kijkt dan ziet u in feite het licht dat naar uw ogen tóestraald. Wat uw hand betreft, gaat het om licht dat wordt weerkaatst door daglicht, of door bijvoorbeeld een lamp. 

Stelt u zich nu voor dat u naar een boom kijkt die 300 meter (3 voetbalvelden) verderop staat. Het licht doet er dan 1 microseconde over om uw ogen te bereiken. U 'ziet' de boom in feite in een toestand van 1 microseconde geleden.

Als bijvoorbeeld op 21 december ( :)) ) de zon ontploft, dan ziet u dat pas 8 minuten later. Dus als om 12.00 uur precies de zon ontploft, zien wij dat op aarde om 12.08. Dat komt omdat licht tijd nodig heeft om de afstand van de zon naar de aarde te overbruggen.

In termen van lichtsnelheid,  is de aarde maar heel erg klein. Stel dat we de aarde even uitrollen en plat maken. (goed aanstampen svp)  Op het meest westelijke punt doet iemand een enorme lamp aan. Op het meest oostelijke punt  ( 40.000 km verderop) wordt dat licht na 0,133 seconden  gezien. 

Nu kijken we naar sterren en andere zonnestelsels, dan praten we over lichtjaren. De zon staat 'slechts' 8 minuten van ons vandaan De sterren aan de hemel  tientallen, tot duizenden, tot miljarden lichtjaren van ons vandaan. De dichts bijzijnde ster ná de zon is Proxima Centauri. Deze ster staat 4,27 lichtjaar van ons vandaan.

Kortom het licht van de sterren die u 's nachts aan de hemel ziet, kunnen al duizenden jaren lang onderweg naar de aarde zijn geweest. Dus u kijkt eigenlijk naar het verleden als het licht van die sterren eindelijk de aarde bereikt. Het kan dus zo zijn, dat we het licht van een ster zien, die al een miljoen jaar geleden ontploft is. 

Ook het licht van de maan (weerspiegeling van zonlicht) doet er gemiddeld 1,3 seconden over om de aarde te bereiken. 

Het is zo moeilijk om je echt voor te stellen hoe groot ons heelal is. Maar met dergelijke afstanden worden de verhoudingen tussen tijd en ruimte steeds duidelijker.  

 

Onweer is een goed voorbeeld van de lichtsnelheid. Bij onweer gaan de knal en de lichtflits tegelijkertijd af. U ziet altijd eerst de flits (299.793 km/s) en vervolgens hoort u de knal die met slechts 330 meter per seconde op u afkomt. Licht arriveert ongeveer een miljoen keer sneller dan het geluid. Door de tijd te meten tussen de lichtflits en de knal, kunt u berekenen hoe ver het onweer van u verwijdert is.

Als de zon in het eerdere voorbeeld zou ontploffen, dan zouden we dat na 8 minuten kunnen zien, en na 15 jaar (ruwweg) pas kunnen horen.(Mits geluid zich door de ruimte zou kunnen voortbewegen)

Gedachtenexperiment van Einstein

Volgens Einstein's relativiteitstheorie zien we bewegende klokken langzamer lopen, komt een tweelingbroer jonger terug van een ruimtereis en lijken voorwerpen in beweging korter te zijn.

We nemen twee personen. Eén persoon staat op het perron van een treinstation en de ander staat in de trein. In de trein staat een klok met een secondewijzer. De trein ligt op volle snelheid en nadert het perron.

                            

De persoon in de trein kijkt naar de secondewijzer en deze zal normaal bewegen. Voor degene die op het perron staat 'lijkt' het alsof de secondewijzer trager tikt. Als we de snelheid van de trein opvoeren naar de snelheid van het licht, dan zal het voor de waarnemer op het perron lijken alsof de tijd stil staat. Immers, het licht dat u waarneemt vanaf de klok is gelijk aan de snelheid van de trein. Voor de waarnemer op het perron staat de tijd stil, en voor de waarnemer op de trein, loopt de klok normaal. Snapt u het nog?

Dit is zo'n beetje de inleiding van de relativiteitstheorie. Ik heb onderaan een link geplaats naar een artikel  met een 'verteerbare' uitleg door iemand die er wél voor gestudeerd heeft. :)

 

E=MC2 en het navigatiesysteem

De satellieten die wij gebruiken voor GPS en navigatie, draaien in een baan om de aarde op een afstand van ongeveer 36.000 kilometer. Ze bereiken daar snelheden van 180 kilometer per minuut!

Op het moment dat u uw navigator aanzet, zend uw navigator een signaal naar een aantal satellieten. Op het plaatje hierboven ziet u respectievelijk de plaatsbepaling van 1, 2 of 3 satellieten. In het plaatje links waarin de navigator contact heeft met slechts één satelliet, kunt u zich overal ín die cirkel bevinden. De cirkels zijn plat afgebeeld, maar ze zijn bol, de vorm van de Aarde is ook bol. U bevindt zich met uw navigator dus in 3 dimensies.  Van minimaal drie satellieten (rechterkant)  heeft u een signaal nodig om uw exacte positie te bepalen. Vervolgens rekent uw navigator de afstand uit tot die satellieten op door toepassing van S= V x T (afstand= (licht)snelheid x tijd)

In het prille begin van de uitvinding van gps en navigators ging er iets fout, omdat er geen rekening werd gehouden met de tijd en de ruimte. Het signaal heeft namelijk tijd nodig om heen en weer te gaan van de aarde naar de satellieten. Er ontstond tijdsverschil in de berekening van uw positiebepaling. Zonder Einstein zat u ineens een paar kilometer verderop. :(

Door de toepassing van E=MC2, werd de tijdruimte-correctie in de berekeningsformule toegepast

 

Omdat Albert Einstein inzag dat tijd en ruimte onlosmakelijk van elkaar verbonden zijn, kan de hedendaagse navigator goed functioneren.

Dank je wel, Albert.

 

 

Maar....

Als volgens Einstein NIETS sneller is dan het licht. Hoe kan het dan dat de informatieoverdracht tussen twee verstrengelde deeltjes 'onmiddelijk' is?? Als een foton op aarde verstrengeld zou zijn met een foton op Jupiter, dan zijn veranderingen in fotons direkt waarneembaar. Terwijl licht de afstand van de Aarde tot Jupiter aflegt in ongeveer 12 minuten....

Is er dan toch iets wat sneller reist dan het geluid? Misschien gaan we er deze eeuw nog achter komen. Of kan iemand mij dit nu al uitleggen? Mijn dank zal groot zijn.

 

Als u een wat meer uitgebreidde uitleg over de relativiteitstheorie wilt lezen, klik dan op de link hieronder.

http://www.natuurwetenschappen.nl/modules.php?name=News&file=print

20/12/2012 18:28

Reacties (6) 

Voordat je kunt reageren moet je aangemeld zijn. Login of maak een gratis account aan.
26/07/2014 13:19
in het stukje over de gps staat dat er een signaal van de navigator naar de sateliet wordt gezonden. Dit is volgens mij niet juist want de navigator ontvangt alleen signalen en gaat daarmee aan het rekenen.
30/11/2013 13:09
Erg mooi artikel en ken de theorieën van Einstein en vind het een zeer boeiende man en dus ook jou artikel:-) maar dat had je net al begrepen van mij, vandaar dat je me deze link even stuurde, mijn grote dank daarvoor en een betere reactie had je niet kunnen geven;-)
Djarum76 tegen Yneke
30/11/2013 13:15
Dank je en graag gedaan..:))
18/12/2012 12:41
Goed overzicht voor de instappende relativist. Het blijft fascinerende materie. Leuk om het op deze manier inzichtelijk te maken, eigenlijk aan de hand van een alledaags voorbeeld.
18/12/2012 09:21
Goed artikel joh, tijd en ruimte en verbuiging van die twee levert weer de black holes , de worm holes en space warps op..
18/12/2012 12:34
Dank je, volgende keer gaan we tijdreizen
:)