Einstein tavle

Einstein trekt het hele heelal krom

Op een herfstdag in 1907 schiet het Einstein te binnen dat je je in een vrije val gewichtloos zou voelen. Zo komt hij in de buurt van een verklaring van de zwaartekracht, maar de wiskunde zit zijn geniale brein in de weg.

9 november 2015

Al heeft Einstein met zijn vier artikelen de hele 20e-eeuwse natuurkunde beïnvloed en is hij inmiddels gepromoveerd, de wetenschappelijke banen liggen nog altijd niet voor het oprapen. Zelfs aan de middelbare school kan hij niet aan de slag, maar het octrooibureau geeft hem een flinke loonsverhoging en bevordert hem van derde- naar tweedeklas technisch deskundige.

Einstein werkt op alle dagen behalve zondag hard achter zijn bureau aan zijn natuurkunde, en al heeft hij nu een klein gezin – hij en Mileva hebben in 1904 een zoon gekregen –, hij vindt minstens een keer per week tijd om in een strijkkwartet te spelen. Maar waar hij zijn tijd ook aan besteedt, hij blijft het gevoel hebben dat de relativiteitstheorie nog een aantal gebreken heeft.

Einstein zou de theorie het liefst zo uitwerken dat deze ook de zwaartekracht kan verklaren, en als hij op een najaarsdag in 1907 over zijn aantekeningen gebogen zit, valt hem een gedachte in die hij later als de beste van zijn leven zal bestempelen.

In een vlaag van extreme helderheid realiseert hij zich dat een persoon die een vrije val maakt, niets zal merken van zijn eigen gewicht – hij zal zich dus gewichtloos voelen. Dit eenvoudige inzicht brengt Einstein op het spoor van een heel nieuwe theorie over de zwaartekracht: de algemene relativiteitstheorie. Maar van het ontstaan van het idee tot het moment waarop de theorie zich in al zijn pracht zal hebben ontvouwen, moet Einstein zijn brein jarenlang laten kraken.

Krijg grip op de zwaartekracht met ons Flitscollege.

Een nichtje als geliefde

Vier jaar nadat Einstein de natuurkunde heeft omgegooid, krijgt hij zijn eerste leerstoel. In het najaar van 1909 wordt hij docent aan de universiteit van Zürich, en daarna gaat het hard. De academische wereld heeft eindelijk oog voor Einsteins genialiteit. Overal ter wereld worden hem prestigieuze betrekkingen aangeboden.

Van Zürich gaat het in 1911 naar Praag, het jaar daarop keert Einstein terug naar Zürich en in 1914 wordt het 34-jarige wonderkind van de natuurkunde voor het hoogleraarschap en het lidmaatschap van de Pruisische academie van wetenschappen in Berlijn gevraagd.

Voor het eerst kan Einstein nu met de zwaartekracht aan de slag, maar vrijheid van onderzoek en een goed salaris zijn niet de enige zaken die deze betrekking aanlokkelijk maken: in Berlijn woont Elsa Löwenthal, Einsteins nicht – en geliefde.

Einstein met de oprichter van Universal Studios. Waarschijnlijk juni 1932. Einsteins tweede vrouw Elsa Löwenthal mengt zich in het gesprek, dat in het Duits wordt gevoerd.

Het huwelijk met Mileva staat al een tijd onder druk, en in een brief noemt Einstein haar een ‘onaardig, humorloos wezen, dat zelf niets leuks in het leven heeft en de levensvreugde van andere mensen alleen al door haar aanwezigheid weet te vergallen’.

Met Mileva heeft Einstein twee zoons, maar verder delen ze bitter weinig, naast de eeuwige ruzies. Mileva is jaloers op het succes van haar man, zijn vrienden en zijn werk, terwijl zijn nicht Elsa zorgzaam en lief is. Ze is trots op haar geliefde en ze staat altijd voor hem klaar.

Wanneer Einstein ziek is, zorgt Elsa goed voor hem. Ze doet hem een borstel cadeau om zijn wilde manen te kunnen temmen, en ze wast en strijkt zijn kleren, zodat hij bij voorname diners fatsoenlijk voor de dag kan komen. En zodra Einstein zich in zijn werk begraaft en alles om zich heen vergeet, zegt zij hem dat hij moet bewegen, rusten en gezond eten. Maar dat is tegen dovemansoren gezegd, want Einstein leeft zelf volgens het motto: ‘Rook als een schoorsteen, werk als een paard, eet zonder na te denken en wandel alleen in echt goed gezelschap.’

In februari 1919 scheidt Einstein van Mileva Maric. Drie maanden later trouwt hij met met zijn nicht Elsa.

Newton van de troon gestoten

Dag en nacht ploetert hij als een bezetene om zijn relativiteitstheorie uit te werken, en vaak komt hij wekenlang de deur niet uit. Een bekende die hem een bezoekje brengt, vertelt dat Einstein lijkt op een ‘afwezige, langharige leeuw, die net een hevige stroomstoot heeft gekregen’. Vaak is hij zo in beslag genomen door zijn werk dat hij vergeet om te eten en naar bed te gaan, en in zijn grote maar spaarzaam gemeubileerde appartement is de vloer bezaaid met papieren die volgekrabbeld zijn met wiskundige formules.

Einstein wikt en weegt, maar moet ten slotte toegeven dat zijn wiskundige vermogens tekortschieten voor deze exercitie. ‘Ik heb een enorm ontzag voor de wiskunde gekregen, waarvan ik de subtielere onderdelen in mijn onkunde tot dusver heb aangezien voor pure luxe,’ schrijft hij aan een bekende.

De klassieke geometrie is simpelweg niet toereikend om Einsteins opvatting van het heelal te beschrijven, en steeds stuit hij met zijn formules op problemen. Maar met de hulp van onder andere een vriend, wiskundige Marcel Grossmann, komt hij na een krachttoer zo ver dat hij in 1913 naar buiten komt met de schets van een theorie die het vloerkleed onder het klassieke wereldbeeld vandaan trekt. Want de ruimte is niet plat en absoluut, zoals Isaac Newton – een van de grootste natuurkundigen ooit – had beweerd, maar krom, en de zwaartekracht is een kromming van de ruimte, stelt Einstein, die er meteen aan toevoegt dat zijn theorie voorlopig slechts een bewering is – en misschien een te frivole bovendien. Bij dat laatste sluiten zijn sceptische collega’s binnen de natuurkunde zich maar al te graag aan.

Er zijn wel mensen die enthousiast worden als Einstein lezingen geeft over zijn relativiteitstheorie, maar de meeste wetenschappers verwerpen zijn ideeën, die in hun ogen indruisen tegen het gezond verstand en alle voorstellingen over beweging, tijd en ruimte omgooien.

Zelf is Einstein ervan overtuigd dat hij gelijk heeft, maar om elke twijfel weg te nemen stelt hij een praktische proef voor: als gevolg van zijn voorspellingen zal het licht van een verre ster afgebogen worden wanneer het vlak langs het gravitatieveld van de zon komt – en dat is aan te tonen met foto’s van sterren rond de zon tijdens een totale zonsverduistering.

Wereldoorlog staat in de weg

De volgende zonsverduistering zal op 21 augustus 1914 plaatsvinden en zichtbaar zijn in het zuiden van Rusland. Einstein probeert ijverig de astronomen voor zijn plan te winnen om de theorie te testen.

‘Niets kan nog door theoretici worden beslist. In deze zaak kunnen alleen de astronomen volgend jaar de theoretische natuurkunde een dienst van onschatbare waarde leveren,’ schrijft hij in 1913.

Een jonge astronoom in Berlijn, Erwin Freundlich, wil de handschoen oppakken, maar heeft geen geld. ‘Haak maar aan en bestel de fotografische platen. Verdoe je tijd niet met geldproblemen,’ antwoordt Einstein. Desnoods wil hij zelf wel uit zijn bescheiden spaarpot putten.

Maar dat is niet nodig; de particuliere geldschieters staan in de rij, en op 19 juni 1914 zet Freundlich samen met een aantal collega’s koers naar de Krim.

Maar de oorlog gooit roet in het eten. Op 1 augustus 1914, 20 dagen voor de zonsverduistering die de raadsels van het heelal moet oplossen, verklaart Duitsland Rusland de oorlog, en op het schiereiland neemt het Russische leger Freundlich en zijn collega’s gevangen en confisqueert het alle apparatuur. Wanneer de maan voor de zon schuift, zit Freundlich achter de tralies. Hij komt na enkele weken vrij, maar de kans om de zonsverduistering te zien is verkeken. Zo moet Einstein zijn strijd om zijn theorie voor het voetlicht te brengen, weer in zijn eentje voeren.

De laatste punt

De rest van 1914 en een groot deel van 1915 zondert Einstein zich af in zijn werkkamer, waar hij worstelt met zijn ideeën. En terwijl Europa kampt met de oorlog, stoomt de nu 36-jarige natuurkundige door, tot hij – de volledige uitputting nabij – in de laatste week van november 1915 een punt zet achter een van de grootste wetenschappelijke ontdekkingen ooit: de algemene relativiteitstheorie.

‘Deze theorie is van een schoonheid die haar weerga niet kent,’ merkt Einstein onbescheiden op tegen een vriend. Tegen een ander vertelt hij dat het ‘de meest waardevolle ontdekking van mijn leven’ is. Nu moet hij de theorie alleen nog in de praktijk zien te bewijzen. Einstein heeft nog een zonsverduistering nodig.

Lees het volgende hoofdstuk: Het bewijs – De wereld heeft een nieuwe superster. (NB. Hiervoor moet je zijn ingelogd op de website van Wetenschap in Beeld.)

100 jaar relativiteitstheorie: Lees het grote thema over Albert Einstein en zijn relativiteitstheorie.

Ook gelezen

Niet gevonden wat je zocht? Zoek hier: