Wie beweegt ten opzichte van wie? En hoe stel je dat vast? Is er een universeel stilstaand 'grid' in het heelal?

Question

In de tweelingenparadox wordt gesteld dat 1 van de twee vertrekt in een ruimteschip en nagenoeg de lichtsnelheid bereikt. Tijd vertraagd voor hem, en hij komt terug in de toekomst.

Maar waarom kan je niet stellen dat dit schip stil blijft staan en de aarde, zon en dergelijke allemaal met (nagenoeg) de lichtsnelheid juist bij hém vandaan gaan. In dat geval zou namelijk de tijd in het schip juist versnellen.

Snelheid is altijd relatief ten opzichte van iets. Dus wanneer staat iets stil?
De aarde is in beweging ten opzichte van de zon, dus wij op die aarde ook. De zon is ook alweer in beweging ten opzichte van het centrum van het sterrenstelsel, ja en zelfs dat draait vast ook weer ergens om heen.

We hebben dus waarschijnlijk al een ontzettende snelheid ten opzichte van 'iets' dus stel dat het schip in tegengestelde richting van ons vliegt, dan staat misschien dat schip bijna wel stil en gaan wij ontzettend hard.

Maar de vraag is dus, wat bepaald dat? En is er inderdaad een 'iets' wat absoluut stilstaat, en hoe snel bewegen wij dan ten opzichte van dat 'iets'?

Cryofiel · Accepted Answer

Absolute positie, en absolute snelheid, bestaan niet. Er is dus inderdaad geen stilstaand "grid" in het heelal.

(Overigens wordt dat "grid" in de natuurkunde een referentiestelsel, of beter nog, een inertiaalstelsel genoemd.)

Kijk je naar de tweelingparadox, dan wordt het verschil in leeftijd niet veroorzaakt door het verschil in snelheid. Immers, zoals je zelf al constateert, kun je net zo goed zeggen dat de reizende persoon stilstaat terwijl degene die op aarde blijft met een enorme snelheid beweegt.

Het verschil in leeftijd wordt dus niet veroorzaakt door de snelheid of door het verschil in snelheid, maar doordat de ene persoon drie keer versnelt: bij vertrek, bij het keerpunt, en bij terugkomst.

In onderstaande Bronnen kun je hier meer over lezen.

Toegevoegd na 7 minuten:
 
Laten we het eens niet over een tweeling hebben waarvan de ene persoon op reis gaat terwijl de andere persoon op aarde blijft, maar over twee personen die toevallig "tegelijk" geboren worden. De ene persoon wordt op aarde geboren, de andere persoon wordt geboren aan boord van een sterrenschip dat met enorme snelheid op weg is van de ene kant van de Melkweg naar de andere kant, en daarbij toevallig langs de Aarde komt.

Als de persoon die op aarde is geboren door zijn telescoop naar het voorbijvliegende sterrenschip kijkt, zal hij zien dat de klok aan boord van dat schip veel langzamer loopt dan de klok bij hem aan de muur. Als hij lang genoeg kijkt, ziet hij dan ook dat de reizende persoon veel langzamer ouder wordt dan hijzelf: als ze beide in 2000 zijn geboren, is de aardse persoon nu net een beginnende puber (hij is nu 12 jaar oud), terwijl de reizende persoon nog in de luiers ligt.

Maar andersom geldt hetzelfde. Als de reizende persoon vanuit zijn sterrenschip met een telescoop naar de aarde kijkt, ziet hij juist dat de klokken op aarde veel langzamer lopen dan de klok in zijn sterrenschip. Als hij kijkt op het moment dat hij een beginnende puber van 12 jaar is, ziet hij dat iemand op aarde die "tegelijk" met hem is geboren nu nog in de luiers ligt.

Conclusie: gelijktijdigheid bestaat niet. Daarom heb ik het woord "tegelijk" in bovenstaande tekst tussen aanhalingstekens geplaatst. Tijd, en de snelheid waarmee de tijd verstrijkt, zijn lokale begrippen die geen absolute cq alomvattende betekenis hebben. Deze wonderlijke (want: tegen-intuïtieve) voorspelling van de relativiteitstheorie is inmiddels experimenteel bevestigd.

 · Answer

Het is inderdaad zo dat je ook kunt stellen dat het schip juist stil blijft. Het is dus wederzijds.
Er is geen absoluut iets wat stilstaat alles is relatief volgens Einstein. Behalve de lichtsnelheid.

 · Answer

Er is geen universele stilstaande grid in het universum. Dit wordt aangetoond doordat de bewegingswetten ook gelden in een omgeving die versneld. Als je in een ruimteschip zit dat versneld met dezelfde valversnelling als op aarde dan zul je niet kunnen aangeven of je stilstaat op aarde of in die versnelling zit (mits geen ramen beschikbaar).

De tweelingparadox is als volgt:

Gea en Stella zijn tweelingen. Stella gaat op reis met hoge snelheid, Gea blijft op aarde achter. Gedurende de reis ziet Gea Stella's klok trager lopen, dus ze verwacht dat bij terugkomst Stella jonger is gebleven dan zijzelf. 
Maar Stella ziet juist Gea's klok trager lopen en komt dus tot de tegengestelde conclusie dat Gea jonger is gebleven.

Het antwoord is: Achterblijver Gea heeft gelijk, de reiziger Stella is na terugkomst jonger dan zijzelf.

De tweelingparadox berust op een denkfout, namelijk dat Stella en Gea verwisselbaar zijn, snelheid is immers relatief volgens de Relativiteitstheorie.

Die laatste uitspraak is waar en inderdaad, zowel gedurende de heenreis van Stella als gedurende de terugreis, zijn hun posities verwisselbaar, ze zien elkaars klokken trager lopen. Maar het is alleen Stella die over een heenreis en een terugreis kan spreken, zij zal halverwege de reis haar snelheid moeten veranderen! Door die snelheidsverandering komt zij in een ander inertiaalsysteem terecht, waar wel de gammafactor weer even groot is als op de heenreis, maar waar klokken niet meer gelijk lopen die dat eerst wel deden! Let op dat als je nu de opmerking maakt "ik zet het schip stil" dan gaat deze redenering niet meer op. Maar dat betekent dan dat de aarde ergens moet stoppen en en terug moet bewegen, waarna de redenering omdraait.

Voor een uitgebreide en duidelijke uitleg verwijs ik naar de eerste link, waar bovenstaande ook van afkomstig is.

 · Answer

Het meest universele grid dat we hebben is de kosmische achtergrondstraling die afkomstig is uit de tijd dat het heelal doorzichtig werd voor licht. Als je deze schil als stilstaand beschouwd dan bewegen wij met 371 km/s in de richting van het sterrenbeeld leeuw (dat is gemeten door middel van de dopplerverschuiving). Daar kun je al de snelheden die je genoemd hebt vanaf trekken, maar er blijft blijkbaar nog een bepaalde snelheid over die toegeschreven moet worden aan onregelmatigheden tijdens de big bang.

Een universeel grid is echter niet meer nodig sinds we de speciale en algemene relativiteitstheorie hebben. In het geval  zonder versnellingen heb je genoeg aan de speciale relativiteitstheorie om de snelheden en gebeurtenissen relatief aan elkaar te beschrijven. Door middel van Lorenzcorrecties kun je de tijden, en snelheden van verschillende coordinaatsystemen in elkaar omzetten, zonder dat de natuurwetten veranderen. Met name de constantheid van de lichtsnelheid blijft altijd gehandhaafd, ten koste van een universele tijd.

Een echt universeel grid is een denkbeeldige mathematische constructie. Het grootste bezwaar met zo een leeg coordinatenstelsel is dat het een lege doos is zonder relevantie. Je kunt geen onderscheid maken tussen  bewegende, versnellende  en roterende lege coordinatenstelsels.

Wie beweegt ten opzichte van wie? En hoe stel je dat vast? Is er een universeel stilstaand 'grid' in het heelal?

Het beste antwoord

Andere antwoorden (3)

Bekijk alle vragen in deze categorieën: