Waarom de Speciale Relativiteitstheorie van Einstein onhoudbaar is

Waarom de Speciale Relativiteitstheorie
van Einstein onhoudbaar is
Een (korte) eenvoudige argumentatie
Aanleiding
Zo’n 25 jaar geleden vond ik diverse fundamentele bewijzen voor de onhoudbaarheid van de Speciale
Relativiteitstheorie (SRT), maar ik ben nooit in de gelegenheid gesteld deze bewijzen in welk tijdschrift
dan ook te publiceren. Uiteindelijk heeft dat geresulteerd in een Engelstalig boekje, met als titel: The
reference for c, uitgegeven in december 2013. Dit boekje is alleen redelijkerwijze te lezen met
minstens een VWO opleiding. Het is eigenlijk bedoeld voor natuurkundigen en studenten natuurkunde.
Vrij snel daarna bedacht ik dat het mogelijk moet zijn een veel beknoptere en eenvoudiger
argumentatie tegen de SRT te schrijven, waarmee ik verwacht een veel groter aantal mensen te
zullen bereiken. Die poging heeft geleid tot onderstaand epistel.
De lichtsnelheid nader beschouwd
Als van iets de snelheid, uitsluitend in de zin van afstand/tijd, wordt genoemd, is het onvermijdelijk dat
de zogenaamde referentie voor die snelheid ondubbelzinnig duidelijk moet zijn.
Als iemand zou vertellen dat zij met een snelheid van 10 km/uur van A naar B is gelopen, zal niemand
de behoefte hebben haar te vragen naar de referentie voor die snelheid. Zonder enige notie over het
begrip referentie te hebben, weet iedereen dat ze het aantal kilometers tussen A en B heeft gedeeld
door de tijd dat ze er over deed om die afstand af te leggen. Formeel uitgedrukt: haar snelheid ten
opzichte van (voortaan t.o.v.) die weg was 10 km/uur. Daarmee is die weg de referentie voor haar
snelheid geworden. In dit voorbeeld zal ook bij niemand het idee opkomen dat het punt A geen vast
punt op die weg zou zijn. Dus is A dezelfde referentie voor die snelheid als die weg. Voor het gemak
van de uitleg wordt alleen een recht traject beschouwd.
Stel bedoelde dame liep met iemand samen genoemd traject. Dus ze starten tegelijkertijd in A en
eindigen tegelijkertijd in B. Ten behoeve van de eenvoud van dit gedachte-experiment neem ik aan
dat onderweg hun onderlinge afstand ook “nul” is gebleven. In B aangekomen hebben beiden de weg
van A naar B met een snelheid van 10 km/uur afgelegd, maar omdat hun onderlinge afstand “nul” is
gebleven op dat traject, is de snelheid van de een t.o.v. de ander steeds 0 km/uur geweest.
De ene dame koos de andere dame als referentie, om tot die conclusie te komen.
Deze uitleg komt ondertussen waarschijnlijk over als overbodig. Toch is het van wezenlijk belang voor
het goede begrip van het betoog in zake de ongeldigheidsverklaring van de SRT.
Einstein heeft zijn SRT namelijk gebaseerd op een aanname, formeel: hypothese, wat betreft de
referentie voor de lichtsnelheid. Net als in bovenbeschreven voorbeeld wordt met de lichtsnelheid
bedoeld: de afstand die het licht aflegt gedurende een zekere tijd.
Einstein heeft onmiskenbaar de referentie voor de lichtsnelheid genoemd in zijn artikel in 1905.
Ik schrijf nadrukkelijk “genoemd” en niet “gedefinieerd”. Het waarom blijkt uit zijn formulering van die
referentie, namelijk als het systeem “in rust”. Voor de volledigheid geef ik hier de letterlijke vertaling
van zijn hypothese:
Elke lichtstraal beweegt zich in het coördinatenstelsel “in rust” met de bepaalde snelheid V, onafhankelijk
van het feit of deze lichtstraal door een in rust zijnd of bewegend lichaam wordt uitgezonden.
N.B. De aanhalingstekens rondom ‘in rust’ zijn dus van hem! Hij geeft daarmee al impliciet
aan dat deze uitdrukking niet koosjer is. Ik kom daar aan het einde van dit epistel op terug.
Wat betreft de lichtsnelheid waren tot 1905 de natuurkundigen het eens over het volgende model.
Het universum is, buiten de hemellichamen om, leeg van wat dan ook. De luchtlaag die de aarde
omsluit is slechts zo’n 100 km dik. Daarbuiten heerst het luchtledige, meestal aangeduid met vacuüm.
Tot 1905 werd verondersteld dat in dat vacuüm zich iets bevond dat er voor zorgde dat licht zich kon
voortbewegen in dat vacuüm. Dat iets werd aangeduid met het woord “ether”, maar het was niet tastof zichtbaar. Verder werd aangenomen dat die ether in absolute rust verkeerde. Met de toevoeging
“absoluut” werd bedoeld dat de snelheid van wat dan ook in het universum, dus ook die van het licht,
gemeten kon worden t.o.v. die ether. Die ether vormde dus de referentie voor elke snelheid.
Gebaseerd op deze veronderstelling hebben de natuurkundigen Michelson en Morley midden 19de eeuw
een experiment opgezet waarmee de snelheid van de aarde t.o.v. die ether gemeten zou moeten
kunnen worden. Het feit dat na twee pogingen geen enkele snelheid van de aarde werd gemeten, dus
ook niet de snelheid die bekend is als de omloopsnelheid rondom de zon, heeft het bestaan van deze
absolute referentie in ernstige twijfel getrokken. Die twijfel speelde nog volop in de tijd dat Einstein bezig
was met zijn SRT, dus enige decennia na het laatste experiment van M & M.
Einstein heeft in zijn artikel over de SRT in 1905 expliciet afstand genomen van het begrip absolute
ether. Alleen voor de curiositeit, dus zeker niet voor het begrip, hierbij zijn hoogdravende tekst (ik heb
zijn tekst zo veel mogelijk letterlijk uit het Duits vertaald):
De introductie van een “licht-ether” zal zich in zoverre als overbodig bewijzen als, volgens de te
ontwikkelen opvatting, noch een met bijzondere eigenschappen uitgeruste “absoluut stilstaande ruimte”
wordt geïntroduceerd, noch aan een punt in de lege ruimte, waarin elektromagnetische processen
plaatsvinden, een snelheid wordt toegekend.”
Ik stel ik me zo voor dat bij de meeste natuurkundigen het elimineren van het begrip “ether” er wel in
ging, gegeven dit zogenaamde ‘nulresultaat’ van de beide experimenten van M & M.
Het bijzondere van licht is dat het zich kan voortbewegen in het luchtledige. Dit in tegenstelling tot
bijvoorbeeld geluid, dat daarvoor een tastbaar medium nodig heeft. Dat heeft als consequentie dat als
het licht, uitgezonden in het luchtledige, eenmaal los is van zijn bron, de referentie voor zijn snelheid
in principe ook kwijt is. Immers het luchtledige wil zeggen “niets” en “niets” kan per definitie geen
referentie vormen. Geluid plant zich voort, na losgekomen te zijn van de bron, in (dus t.o.v.) dat
tastbare medium. Geluid verliest zijn referentie niet.
Die bijzondere eigenschap van licht heeft Einstein op het verkeerde been gezet, in die zin dat hij als
referentie voor de lichtsnelheid het systeem “in rust” heeft genomen. Daarmee verloochent hij dus zijn
woorden dat hij het begrip “absoluut stilstaande ruimte” heeft geëlimineerd. Mogelijk zou Einstein deze
kritiek pareren met de woorden: ik heb de “absoluut stilstaande ruimte” vervangen door de “stilstaande
ruimte”. Maar, zoals ik boven al schreef: dan moet wel gedefinieerd zijn ten opzichte waarvan die
ruimte stil staat. En zo zou je toch weer bij een “absoluut stilstaande ruimte” uitkomen.
Einstein zijn hypothese is dus fundamenteel onjuist, omdat er geen systeem “in rust” bestaat.
Er bestaan alleen systemen in rust ten opzichte van elkaar. Zoals bijvoorbeeld boven aangehaalde
beide dames, jogging van A naar B, ook al is dat wat moeilijk voor te stellen vanwege dat joggen.
Het probleem kan eenvoudig uit de wereld worden geholpen door te stellen dat de referentie voor de
lichtsnelheid zijn bron is. Deze veronderstelling is niet in strijd met welke natuurwet dan ook.
Maar de natuurkundige gemeenschap wenst deze hypothese (nog) niet te aanvaarden.
Einstein heeft met die SRT de zogenaamde transformatieformules voor plaats en tijd geïntroduceerd.
Wiskundig gezien zijn die curieus. Ze hebben alleen niets met de werkelijkheid uit te staan, omdat de
theorie waarop ze berusten niet deugt. Bovendien heeft Einstein in zijn wiskundige afleiding van deze
formules en dermate opzichtige fout gemaakt, dat het riekt naar opzet. Toch is de natuurkundige
gemeenschap erg gehecht aan deze formules, heb ik ondervonden.
Alleen al vanwege die verkeerde referentie voor de lichtsnelheid en genoemde fout in de wiskundige
afleiding van de transformatieformules zou de SRT afgewezen moeten worden als natuurkundige
theorie. Maar er is nog een, minstens zo fundamentele, reden.
Bij de beschrijving daarvan zal tevens tot uiting komen waarom Einstein de woorden ‘in rust’ tussen
aanhalingstekens heeft geplaatst.
Het Principe van de Relativiteit
Het Principe van de Relativiteit (afgekort tot PvdR, niet te verwarren met: Partij voor de Rust) is ook
een hypothese, en wel een zeer fundamentele die al eeuwen oud is en niet ter discussie staat. En ook
niet, in tegenstelling tot de hiervoor behandelde hypothese, door mij ter discussie zal worden gesteld.
Einstein heeft het PvdR in zijn SRT zowel toegepast als geweld aangedaan.
De bedoelde hypothese kan als volgt worden uitgelegd.
Indien in een ruimtevaartuig, dat met bijvoorbeeld 20000 km/uur vliegt, een natuurkundige proef wordt
uitgevoerd, zijn de resultaten van die proef gelijk aan de resultaten als wanneer die zouden worden
uitgevoerd bij bijvoorbeeld een snelheid van 40000km/uur. In dit voorbeeld is de aarde als referentie
voor die snelheid gekozen. Ik had ook een willekeurige planeet kunnen nemen en dan waren de
snelheden geheel anders geweest, maar de uitkomsten van die proeven natuurlijk niet. De toevoeging
“natuurlijk” komt voort uit de overweging dat die “proeven niet kunnen voelen” welke referentie voor de
snelheid van het ruimtevaartuig wordt gekozen. Het PvdR gaat alleen op indien de snelheid constant
is. De natuurkundige wetten in een dergelijk systeem zijn dus onafhankelijk van de grootte van de
snelheid van dat systeem. Al was het dus alleen maar omdat de referentie voor die snelheid
willekeurig kan worden gekozen.
De natuurkundige wetten volgens welke de lichtsnelheid, aangeduid met c, kan worden berekend,
heten de wetten van Maxwell. Deze wetten toegepast op een lichtbron in zo’n ruimtevaartuig leidt tot
de onvermijdelijke constatering dat de lichtsnelheid c is t.o.v. dat ruimtevaartuig, onafhankelijk van de
snelheid van dat ruimtevaartuig en daarmee geheel in overeenstemming met het PvdR.
De wijze waarop Einstein dit principe geweld aan doet is de volgende. De uitkomst van zijn theorie is
de reeds genoemde set van transformatieformules voor plaats en tijd. Onder die tijdtransformatie moet
worden verstaan dat de tijd in een systeem dat beweegt t.o.v., wat hij noemt, een systeem “in rust”,
anders verloopt dan in dat systeem “in rust”. Ik heb al beredeneerd dat er geen system “in rust”
bestaat, dus alleen al daarom gaat deze vlieger niet op. Maar ook op grond van het PvdR kan dit dus
niet waar zijn, want de tijd wordt gemeten op basis van 1 of meer natuurkundige wetten, welke dat ook
moge zijn!
Er is mij vaak verweten dat ik de SRT niet begrijp en dat ik hier moet lezen: de tijd door een
waarnemer in het systeem “in rust”, waargenomen in het bewegende systeem, verschilt van de tijd die
de waarnemer in het systeem “in rust” waarneemt. Ja, inderdaad, even een leespauze inlassen!
De tijd waarnemen in een bewegend systeem vanuit een systeem “in rust”, is een dermate
onnatuurkundige aangelegenheid, dat ik deze tegen-argumentatie verre van mij werp.
Zoals reeds betoogd op grond van het PvdR: waar dan ook in het universum heerst dezelfde tijd en
als ik die anders waarneem vanuit welk systeem dan ook, dan doe ik een foute waarneming.
De tijd is universeel, daar verandert geen SRT wat aan.
Zoals beloofd kom ik terug op Einstein zijn systeem “in rust”.
Einstein begint paragraaf 1 van zijn artikel met de volgende, letterlijk vertaalde, formulering:
Er zij een coördinatenstelsel waarin de Newtonse mechanische vergelijkingen gelden. We noemen dit
coördinatenstelsel, voor de taalkundige onderscheiding van later te introduceren coördinatenstelsels, en
ten behoeve van de precisering van de voorstelling, het “systeem in rust”.
Het PvdR schrijft voor dat in elk systeem met constante snelheid die “Newtonse mechanische
vergelijkingen” op dezelfde wijze (en met dezelfde uitkomst) toegepast kunnen worden. Op grond
daarvan suggereert Einstein met dit statement dus dat hij met een “systeem in rust” elk systeem
bedoelt dat een constante snelheid heeft. Van “in rust” is dan geen sprake meer en waarschijnlijk
heeft hij daarom die woorden tussen aanhalingstekens gezet. Maar dat zou betekenen dat de
lichtsnelheid t.o.v. welk, met constante snelheid bewegend, systeem dan ook c zou zijn. Aan het begin
van zijn wiskundige behandeling laat Einstein duidelijk zien dat hij niet op die basis te werk gaat. Hij
onderscheidt ondubbelzinnig de snelheid van het licht t.o.v. een systeem in rust van die t.o.v. een
systeem dat beweegt (t.o.v. die in rust). De snelheden c+v en c-v getuigen van dit onderscheid.
Het zou ook een wel zeer toverachtige eigenschap van licht zijn: maakt niet uit welke referentie je
kiest, de lichtsnelheid zal zich altijd zodanig, en dus ook nog eens tegelijkertijd, aanpassen zodat het
als c zal worden gemeten/ervaren.
En toch heeft de natuurkundige gemeenschap deze eigenschap aan licht toegedacht, dus zelfs tegen
de bedoeling van Einstein in! En dat vormt mede de basis voor de huidige moderne natuurkunde!
Sjaak Uitterdijk
Januari 2014