Die honderdjarige herdenking van een van die beroemdste wetenskaplike teorieë van alle tye vind vanjaar plaas, en ofskoon dit nie juis die hoofopskrifte in die media haal nie, word dié mylpaal in die mens se geskiedenis in wetenskaplike kringe gevier.
Ek verwys na die relatiwiteitsteorie, wat Albert Einstein in 1915 bekend gestel het.
Die wêreldwye vierings se hoogtepunt is die ISRSG (International Society on Relativity and Gravitation) se konferensie getiteld "ʼn Eeu van Algemene Relatiwiteit" by die Max Planck Instituut vir Gravitasiefisika (ook bekend as die Albert Einstein-instituut) gedurende die week van 30 November 2015. Dit word gehou in die onlangs opgeknapte Harnackhuis in Berlyn, waar Albert Einstein gereeld lesings tussen 1915 en 1931 aangebied het.
Ander byeenkomste vanjaar in lande soos die VSA, Israel, Duitsland, China, Brasilië, Oostenryk, Engeland en Indië gee erkenning aan wat die meeste wetenskaplikes beskou as Einstein se grootste nalatenskap as een van die grootste wetenskapsfilosowe (indien nie die heel grootste nie) van alle tye. Vanjaar is ook die 60-jarige herdenking van sy heengaan in 1955.
Einstein se eerste deurbrake
Reeds tien jaar gelede, tydens die “Einsteinjaar van 2005", het die kollig geval op hierdie merkwaardige mens, wie se naam sinoniem is met genialiteit.
Dit is naamlik in 1905, in wat genoem word Einstein se Annus Mirabilis (Wonderjaar), dat hy – as amptenaar werksaam by die patentekantoor in Bern, Switserland – binne die bestek van vier maande nie minder nie as vier baanbrekende onderling verwante wetenskaplike artikels in die tydskrif Annalen der Physik gepubliseer het, en daarmee die wêreld se begrip van ruimte, tyd, materie, massa, energie en gravitasie, en trouens die hele vakgebied van die fisika, revolusionêr verander het. Dit het die begrip van die mense se fisiese bestaanswêreld oopgekloof.
Einstein het self erken dat sy denke oor tyd en ruimte gestimuleer was deur die filosoof David Hume se A Treatise of Human Nature (1738). Hume, 'n empirikus en skeptikus, het geglo dat alle wetenskaplike konsepte gebaseer moet wees op ondervinding en bewyse, nie slegs rede nie. Hy het ook geglo dat tyd nie afsonderlik van die beweging van liggame bestaan nie.
Die vier Annalen der Physik-artikels was gebaseer op twee beginsels: eerstens, dat die fisikawette orals en vir alle waarnemers geld en dieselfde is; en tweedens, dat ligsnelheid (299 338 km/s) onveranderlik en absoluut is, en onafhanklik van die relatiewe beweging van die ligbron en waarnemer.
Op grond hiervan bestaan daar geen enkele absolute vaste verwysingsraamwerk in die heelal nie; alles beweeg relatief tot alle ander dinge. Mens kan sê álles is relatief.
Die vier artikels handel onderskeidelik oor
- die fotoëlektriese effek (die begrip van lig as bestaande uit fotone, of diskrete pakkies energie, en wat aanleiding gegee het tot die kwantumteorie)
- Brown-beweging (die onreëlmatige beweging van partikels in ʼn vloeistof of gas as gevolg van molekulêre aksie, wat die atoomteorie ondersteun dat alle materie uit atome en molekules bestaan)
- die Spesiale Relatiwiteitsteorie (die elektrodinamika van bewegende liggame, wat bewys dat die ligsnelheid c onafhanklik is van die waarnemer se bewegingspoed, en wat die begrip van tyd-ruimte postuleer)
- die massa-energie-vergelyking E = mc2 (die verband tussen massa en energie, en die basis van die moderne kernbedryf, wat impliseer dat wanneer massa omgesit word in energie, dit ʼn enorme hoeveelheid energie vrystel).
Dit is die artikel "Zur Elektrodynamik bewegter Körper" ("Ivm die elektrodinamika van bewegende liggame"), gepubliseer op 26 September 1905, wat Maxwell se vergelykings vir elektrisiteit en magnetisme (die basis van elektromagnetiese uitstraling, oftewel radiogolwe) met die 200 jaar oue wette van die meganika van Newton versoen. Dit sou later bekend staan as sy Spesiale Relatiwiteitsteorie, maar is slegs op spesiale gevalle van toepassing, nl verwysingsraamwerke in gevalle van konstante, onveranderlike beweging relatief tot mekaar.
Die Spesiale Relatiwiteitsteorie was aanvanklik omstrede, maar is mettertyd aanvaar deur vooraanstaande fisici, beginnende met Max Planck.
Ook sy teorie oor lig as bestaande uit golfpartikels genaamd fotone was aanvanklik algemeen verwerp deur vele fisici, insluitende Max Planck en Niels Bohr. Hierdie teorie is eers in 1919 universeel aanvaar, met Robert Millikan se deurslaggewende eksperimente oor die fotoëlektriese effek, en met die meting van Compton-verstrooiing, wat die teorie bevestig het.
Algemene Relatiwiteitsteorie
Vanaf 1907 tot 1915 het Einstein sy werk aan die Spesiale Relatiwiteitsteorie voortgesit om dit meer algemeen van toepassing te maak, en dit is uiteindelik in 1915 uitgebrei met sy Algemene Relatiwiteitsteorie. Wat vandag algemeen bekend staan as Einstein se relatiwiteitsteorie, bestaan dus in wese uit die twee teorieë: die Spesiale Relatiwiteitsteorie van 1905 en die Algemene Relatiwiteitsteorie van 1915, en dit is laasgenoemde waarvan die 100-jarige bestaan gevier word.
Die aanvanklike omstredenheid van die relatiwiteitsteorie is dan ook die rede waarom Einstein die Nobelprys vir Fisika in 1921 ontvang het, veral vir sy bydrae tot die verklaring van die fotoëlektriese effek, ʼn sleutelbegrip in die evolusie van kwantumteorie.
Saam met die kwantumteorie vorm die relatiwiteitsteorie vandag die basis van die moderne fisika.
Die wiskundige formules en tegnieke wat die relatiwiteitsteorie onderskryf, is so ingewikkeld dat aanvanklik gesê is dat net ʼn handvol mense dit verstaan, maar dié dorpslegende is as onwaar bevind deur Richard Feynman.
Implikasies van die relatiwiteitsteorie
Die relatiwiteitsteorie het ʼn aantal implikasies.
Tyd word nie deur almal teen dieselfde tempo ondervind nie. ʼn Vinnig-bewegende waarnemer ervaar tyd stadiger as ʼn (relatief) stadig-bewegende waarnemer, ʼn verskynsel wat bekend staan as tyddilasie (tydverlenging of -rekking). Dit beteken prakties dat ʼn vinnig-bewegende horlosie stadiger loop as ʼn stadig-bewegende een. ʼn Ruimtevaarder wat byvoorbeeld teen hoë spoed verbyvlieg, se sekondes word "uitgerek" vergeleke met dié van ʼn waarnemer wat, relatief gesproke, stadiger beweeg.
Terselfdertyd sal ʼn vinnig-bewegende objek lengtekrimping ervaar in die bewegingsrigting, dws skynbaar korter voorkom as ʼn stadig-bewegende een. Laasgenoemde effek is baie gering totdat die bewegende liggaam naby ligsnelheid beweeg. Die ruimtereisiger self ervaar egter nie tyd en lengte anders nie.
As gevolg van E = mc2 sal ʼn vinnig-bewegende objek se massa skynbaar toeneem relatief tot dié van ʼn stadig-bewegende een. Dit is die gevolg van die feit dat deur ʼn objek se snelheid te laat toeneem, sy kinetiese energie, en derhalwe sy massa, verhoog sal word. Dit is hierdie toename in massa, volgens Einstein, waarom materie nooit vinniger as ligsnelheid kan beweeg nie. Wanneer die liggaam se snelheid ligsnelheid benader, word die massa daarvan oneindig groot. ʼn Oneindige massa vereis oneindige energie om te beweeg, iets wat onhaalbaar is.
Ruimte en tyd is deel van een kontinuum, genoem ruimte-tyd, wat gevisualiseer kan word as ʼn rubbermembraan wat deur die teenwoordigheid van massa vervorm word. (Foto verskaf)
Ruimte en tyd is deel van een kontinuum, genoem ruimte-tyd, wat gevisualiseer kan word as ʼn rubbermembraan wat deur die teenwoordigheid van massa vervorm word.
Relatiwiteit verklaar waar swaartekrag vandaan kom, en die rubbermembraanmodel toon dat swaartekrag die gevolg is van massiewe liggame wat ruimte-tyd verwring, ʼn verwringing wat bekend staan as ʼn gravitasieput.
Wentelliggame volg die kortste pad en vereis die minste hoeveelheid energie. So byvoorbeeld beweeg die planete in elliptiese bane, wat die mees effektiewe energie-doeltreffende baan in die gravitasieput van die son is.
Hernude belangstelling in die relatiwiteitsteorie
Teen ongeveer 1960 het belangstelling in die relatiwiteitsgeorie opnuut opgevlam en het die relatiwiteitsteorie ʼn sentrale plek in fisika en astronomie ingeneem.
Nuwe wiskundige tegnieke het berekeninge vir die toepassing van die teorie aansienlik vergemaklik. Terselfdertyd het die ontdekking van nuwe astronomiese verskynsels, waarin relatiwiteit relevant is, ʼn hernude belangstelling in die relatiwiteitsteorie ontketen. Dit sluit in die ontdekking van kwasars (1963), die 3° Kelvin mikrogolf agtergrondstraling (1965), pulsars (1967), en die waarneming van die eerste gravitasiekolkkandidate (1981).
Maar die relatiwiteitsteorie is nie net van toepassing op eksotiese sterrekundige studies nie. Die mens se alledaagse lewe word daardeur beïnvloed.
Die elektrone in ʼn katodestraalbuis van TV-stelle beweeg teen sowat 30% van ligsnelheid; relatiwistiese effek vereis dat die ontwerp van die defleksiemagnete in ʼn TV-stel hiermee rekening moet hou. Volgens die fisikus Thomas Moore het ons magnetisme, elektromagnete, en elektriese generators – dus elektrisiteit – te danke aan die relatiwiteitsteorie, en is relatiwiteit ook die rede waarom massa en energie uitruilbaar is volgens Einstein se E = mc2-vergelyking, wat die basis is waarop kernkragstasies werk, en waarom die son en alle sterre skyn.
ʼn GPS in ʼn voertuig sal nie akkuraat funksioneer as daar nie vergoed word vir relatiwistiese effekte nie. Al sou GPS-satelliete nie naasteby teen ligsnelheid beweeg nie, moet vergoed word vir hul wentelspoed van ongeveer 10 000 km/h (relatief tot die aarde), wat ʼn tydvertraging van 4 mikrosekondes per dag tot gevolg het. As gevolg van gravitasie-effekte neem die vertraging tot 7 mikrosekondes toe. Dié verskil is belangrik: indien daar nie daarvoor vergoed word nie, sal ʼn GPS-eenheid wat bereken dat die afstand na die volgende vulstasie 1 km is, inderdaad 10 km foutief wees.
Einstein die mens
Albert Einstein is op 14 Maart 1879 in Ulm, Duitsland, uit ʼn niepraktiserende Joodse gesin gebore.
Op 12-jarige ouderdom het hy vir homself meetkunde geleer. Op ouderdom 13 ontdek hy die vioolsonates van Mozart, waarna hy musiek bestudeer het – ʼn passie wat hy lewenslank sou beoefen. Hy het homself viool leer speel "sonder om sistematies te oefen", en het besluit "liefde vir iets is ʼn beter leermeester as ʼn pligsbesef."
Na ʼn draai in Italië vestig sy ouers hulle in Switserland, en studeer hy wiskunde en fisika aan die Switserse Federale Instituut van Tegnologie in Zürich, waar hy in 1900 gradueer. Hy verwerf Switserse burgerskap in 1901, en behou dit vir die res van sy lewe (afgesien van Amerikaanse dubbele burgerskap in sy latere lewe). In 1905 verwerf hy sy doktorsgraad met ʼn proefskrif wat neerslag vind in sy Spesiale Relatiwiteitsteorie.
Omdat hy nie ʼn onderwyspos kon bekom nie, werk hy by die Switserse patentekantoor in Bern as amptenaar wat patentaansoeke moet evalueer. Hy trou met ʼn Serbiese vrou, Mileva Maric, in 1903, by wie hy twee seuns het: Hans Albert (1904) en Eduard (1910) (en moontlik nog ʼn kind, Lieserl, wat voor hul huwelik gebore is, en óf as suigeling oorlede is, óf vir aanneming gegee is). Die egpaar skei in 1919; later sou Einstein met sy niggie Elsa Einstein in die huwelik tree, wat ʼn kinderlose verbinding was.
Tydens ʼn besoek van Albert Einsten aan die VSA in 1933 kom Adolf Hitler aan bewind in Duitsland, en omdat hy van Joodse afkoms was, het Einstein nie teruggekeer na Duitsland toe, waar hy professor aan die Berlynse Akademie van Wetenskap was nie. Die Nazi's vries sy bankrekening en konfiskeer sy huis. Hy vestig hom in Princeton in die VSA, en word ʼn Amerikaanse burger in 1940, maar behou dubbele burgeskap met Switserland.
In sy leeftyd het hy meer as 300 wetenskaplike artikels, afgesien van 150 niewetenskaplike artikels, gepubliseer. As wetenskaplike filosoof het sy intellektuele prestasies en oorspronklike wetenskaplike denke die naam Einstein sinoniem met genialiteit gemaak.
Op godsdienstige gebied was Einstein nie ʼn praktiserende Jood nie, maar op politieke gebied was hy ʼn sosialistiese Sionis wat die stigting van Israel in die Britse mandaatgebied van Palestina ondersteun het, en het hy geld vir Joodse organisasies ingesamel.
Hy was ʼn passievolle pasifis en antirassis, en sluit aan by die NAACP (National Association for the Advancement of Colored People) in Princeton, waar hy vir die burgerregte van Amerikaanse swartmense betoog.
By die afsterwe van Chaim Weizmann, Israel se eerste president, in 1952 het eerste minister David Ben-Gurion vir Einstein die pos van president van Israel, ʼn grootliks seremoniële pos, aangebied. Einstein het die aanbod van die hand gewys en in sy reaksie geskryf dat "(ek) diep geroer, maar terselfdertyd hartseer en skaam is omdat ek dit nie kan aanvaar nie".
Albert Einstein (foto voorsien)
As mens was Einstein ʼn platjie met ʼn goeie sin vir humor. Op sy 72ste verjaardag het die fotograaf Arthur Sasse probeer om hom so ver te kry om vir die kamera te glimlag; in plaas daarvan het Einstein sy tong uitgesteek. Dit is een van die mees gewilde foto’s van Einstein, en hy self het nege afdrukke daarvan vir persoonlike gebruik bestel.
Wanneer hy op straat gestop was deur vreemdelinge wat vra dat hy "die teorie" aan hulle moet verduidelik, was sy antwoord altyd: "Jammer, maar ek word dikwels met Einstein verwar."
Op 17 April 1955 ondervind Albert Einstein interne bloeding as gevolg van ʼn aneurisme van die aorta wat gebars het. Hy weier chirurgiese ingryping en verklaar: "Ek sal gaan wanneer ek wil. Dit is nutteloos om lewe kunsmatig te verleng. Ek het my deel gedoen; dit is nou tyd om te gaan. Ek sal dit op elegante wyse doen."
Vroeg die volgende oggend is hy in die Princeton-hospitaal op die ouderdom van 76 oorlede terwyl hy tot die einde besig was om te werk aan ʼn toespraak wat hy op televisie sou lewer vir die sewende herdenking van die stigting van die staat van Israel. Sy liggaam is veras en op ʼn onbekende plek uitgestrooi.
In sy boek The Perfect Theory skryf Pedro G Ferreira, ʼn vermaarde astrofisikus aan die Universiteit van Oxford: "Die … algemene relatiwiteitsteorie van Albert Einstein is niks minder nie as die sleutel tot die heelal, en om die oorsprong van tyd, en die evolusie en ontstaan van al die sterre en sterrestelsels in die heelal te verstaan."
* Christo Viljoen, OVD, PrIng is ʼn afgetrede akademikus en ingenieur van Stellenbosch.
|