Equivalentie principe van Einstein m.b.t. gravitatie Dit principe is een geniale gedachte met verstrekkende consequenties voor de fysica. Toch is het vrij eenvoudig uit te leggen. We doen dat in deze presentatie door de animatie van drie z.g. Gedachte Experimenten (in dat soort virtuele proeven was Einstein heel goed). Experiment 1: Een waarnemer A staat in een afgesloten kamer op aarde. Hij voelt zelf de zwaartekracht en ziet een kogel uit een kanon over hem heen vliegen. Deze kogel volgt een gebogen baan (een parabool). Hij begrijpt die gebogen baan ook als een gevolg van diezelfde zwaartekracht. Experiment 2: Een waarnemer C is nu in een afgesloten kamer die ergens in de het heelal zweeft. Hij voelt geen zwaartekracht (is gewichtsloos) en ziet een kogel uit een kanon in een rechte lijn van de linkerbenedenhoek naar rechtsboven vliegen. Experiment 3: Een waarnemer E is in een afgesloten ruimte. Deze ruimte bevindt zich weer in het heelal. Aan de onderkant van de kamer bevinden zich krachtige raketmotoren die de kamer steeds verder versnellen. Waarnemer E voelt zelf een ‘schijnbare’ kracht. De versnelling tgv de raketmotoren drukt hem als het ware tegen de onderkant van de kamer. Verder ziet hij (net als A in 1) een kogel uit een kanon over hem heen vliegen in een gebogen baan, maar ook dat is maar schijn, want de kogel volgt ten opzichte van de ruimte een rechte baan. We vergelijken ten slotte de situatie van A in 1 en E in 3 en formuleren de Conclusie die Einstein trok. Harm van der Lek

Exp. 1 Een waarnemer A staat in een ruimte. Links beneden gaat en kanon af. A zag de kogel uit het kanon over hem heen (gelukkig) vliegen. Deze kogel volgde een gebogen baan (een parabool). Hij begrijpt die gebogen baan als een gevolg van zwaartekracht. Waarnemer B staat buiten en kan naar binnen kijken. Hij zag hetzelfde gebeuren als A. B A Aarde

Exp. 2 Een waarnemer C is nu in een afgesloten kamer die ergens in de het heelal zweeft. Hij voelt geen zwaartekracht (is gewichtsloos). Kijk wat er gebeurt als het kanon links weer een kogel afvuurt. Hij zag de kogel uit het kanon in een rechte lijn van de een hoek naar de tegenover liggende hoek vliegen. Waarnemer D zweeft buiten de kamer, kan naar binnen kijken en ziet hetzelfde. Ze concluderen beide dat er geen zwaartekracht is. D C

E E E E Exp. 3 Een waarnemer E is in een afgeslotenkamer. Hij kan niet naar buiten kijken. Deze ruimte bevindt zich weer in het heelal. Aan de onderkant van de kamer bevinden zich nu echter krachtige raketmotoren die de kamer steeds verder versnellen. Kijk weer wat er gebeurt. E E E E E E E F STOP! Waarnemer E voelt zelf een ‘schijnbare’ kracht. De versnelling tgv de raketmotoren drukt hem als het ware tegen de onderkant van de kamer. Hij zag de kogel (net als A in 1) een kogel uit een kanon over hem heen vliegen in een gebogen baan (de rode baan), maar ook dat is maar schijn, want de kogel volgt ten opzichte van de ruimte een rechte baan (de blauwe baan). Aangezien E niet naar buiten kan kijken en ook de motoren niet hoort noch de trillingen daarvan voelt (alles is goed geisoleerd) lijkt alles net hetzelfde als voor waarnemer A in 1. Waarnemer F weet echter wel beter: die ziet de versnelling van de kamer en van A en ziet een keurige rechte baan van de kogel. Je kunt de versnelling ook zien aan de streepjes rechts van de kamer.

Equivalentie principe van Einstein m.b.t. gravitatie Dit principe is een geniale gedachte met verstrekkende consequenties voor de fysica. Toch is het vrij eenvoudig uit te leggen. We zagen dat waarnemer A in experiment 1 en waarnemer E in experiment 3 allebei hetzelfde voelden en zagen. Einstein veronderstelde nu dat er geen enkele natuurkunde proef mogelijk is om uit te maken of je in situatie 1 of 3 bent. Experimenten binnen de kamer dus (je kunt niet naar buiten kijken!). Dus ook experimenten met electromagnetisme en licht niet. Een belangrijke consequentie hiervan is dat licht afgebogen zal worden door zwaartekracht. Vervang immers in bovenstaande experimenten het kanon door een laserstraal. Het is zeker dat in situatie 3 waarnemer dan een gebogen straal zal zien. En dus moet dat ook zo zijn in een zwaartekrachtsveld. Vanwege de enorm grote snelheid van het licht is dit effect op aarde niet meetbaar. Maar in een beroemde meting op 29 mei 1919 bij een zonsverduistering werd inderdaad geconstateerd dat een licht van een ster net naast de zon door de zwaartekracht werd afgebogen.