* “TIJD” is relatief.
Relatief is een verschijnsel, dat het beeld, dat men waarneemt afhankelijk is van de plaats van waarneming. Als voorbeeld gebruiken we het beeld van figuur 1:
Vanuit de voorkant gezien, ziet de waarnemer X links; vanuit de achterkant gezien, ziet de waarnemer X rechts. De waarnemingen zijn verschillend en toch hebben beide waarnemers gelijk.
X Y
Figuur 1 : voorbeeld van relativiteit
Tijd is een raadsel.
Tijd is onzichtbaar en ongrijpbaar.
Tijd loopt maar één kant op.
Tijd is een volgorde in een proces van opeenvolgende gebeurtenissen en is niet omkeerbaar.
We kunnen er alleen maar naar raden hoe TIJD is begonnen en hoe het zal eindigen.
Op het moment van schrijven van dit artikel was het 6 april 2014 14.40 uur in het tijdschema Midden-Europese Tijd. Een seconde later was dit geschiedenis en is niet meer terug te draaien.
Niemand kan zich verplaatsen naar het verleden, maar ook niet naar de toekomst.
Tijd heeft een duidelijk één richtingverkeer: van het verleden, naar nu, naar de toekomst.
Tijd is een menselijke maat en wordt gebruikt om te bepalen hoe lang een gebeurtenis na een andere gebeurtenis heeft plaatsgevonden. Zonder een afgesproken tijdstandaard kunnen we een verandering nooit aangeven of meten.
Een afmeting van een voorwerp bijvoorbeeld wordt bepaald met een meetlint. De “meter” is hierbij een van de gekozen maten en een meter is gedefinieerd als de afstand, die het licht in 1/299792458 seconde aflegt.
Tijd wordt bepaald met een klok. Er zijn verschillende eenheden, zoals jaar, maand, week, dag, uur, minuut en seconde.
Zo is een jaar de tijd, dat de Aarde eenmaal om de Zon draait. Een dag is de tijd, dat de Aarde eenmaal om haar as draait. Een dag is onderverdeeld in 24 uur, etc.
In werkelijkheid draait de Aarde in 23 uur, 56 minuten en 4 seconden om haar as en wel van west naar oost.
Het oosten “ziet” de Zon het eerste: De Zon komt in het oosten op.
De exacte tijd, dat de Aarde om de Zon draait is 365 dagen, 5 uren, 48 minuten en 46 seconden. Onze jaartelling omvat 365 dagen.
We komen hier dus aan te kort en dat betekent dat we er af en toe iets aan moeten toevoegen:
Eens in de 4 jaar (schrikkeljaar: het jaar, dat door 4 deelbaar is): een dag, maar dat is weer te veel en dus moet er een correctie worden toegepast: Eeuwjaren, welke niet door 400 deelbaar zijn, zijn geen schrikkeljaren; bijvoorbeeld 1900 en 2100 zijn geen schrikkeljaar.
“Tijd” is relatief.
Immers de tijd op een andere planeet met een andere omloopsnelheid om de Zon verschilt met die van de Aarde.
Ook blijkt “Tijd” niet gelijk te zijn als het gaat om twee gelijktijdige gebeurtenissen A en B, bijvoorbeeld explosies, waarbij de afstand tussen A en B zeer groot is en de waarneming wordt gedaan door twee verschillende personen (P1 en P2), die op verschillende plaatsen staan. Zie onderstaande schets:
A-----------------P1---------------------------------------------B---------------P2
Explosie A vindt gelijktijdig plaats met explosie B.
P1 zal explosie A eerder zien dan explosie B en P2 zal explosie B eerder zien dan explosie A.
Zowel P1 als P2 ziet een tijdverschil tussen beide explosies, maar dit tijdverschil is voor beiden ook nog eens verschillend.
Tijd is dus niet absoluut!
Ook kan de gevoelswaarneming van tijd (interne klok) bij een en dezelfde mens verschillend zijn.
Vergelijk de 15 minuten op de stoel bij de tandarts eens met de 15 minuten wandelen in een prachtige omgeving.
Het was Albert Einstein (1879 – 1955), die ons begrip over tijd voorgoed heeft veranderd.
Zijn speciale Relativiteitstheorie van 1905 omvat o.a. twee postulaten:
1. De voortplantingssnelheid van licht (en andere straling) is constant, namelijk
300.000 km/sec en dit is tevens de maximum snelheid in ons hele heelal.
2. Tijd is relatief en is afhankelijk van de bewegingssnelheid van de waarnemer.
Punt 2 vraagt om een nadere toelichting:
Stel, dat op de buitenkant van een ruimteschip een klok (klok 1) is bevestigd. Eenzelfde klok (klok 2) staat op Aarde naast de waarnemer. Als het ruimteschip nog niet is gelanceerd ziet de waarnemer, dat beide klokken gelijk lopen. Als het ruimteschip vertrekt en een flinke afstand heeft afgelegd zal het beeld van klok 1 enige tijd nodig hebben om de waarnemer op Aarde te bereiken en de waarnemer ziet dan dat klok 1 achter loopt bij klok 2. Oftewel door de bewegingssnelheid van het ruimteschip wordt de tijd vertraagd. Als het ruimteschip de lichtsnelheid zou kunnen bereiken dan zal op dat moment het beeld van klok 1 nooit meer de Aarde bereiken en blijft de tijd zichtbaar van vlak vóór het bereiken van de lichtsnelheid: de tijd staat stil.
Datzelfde geldt voor de astronaut in het ruimteschip, die dus de aardse klok ziet stilstaan.
Dit gedachte experiment is trouwens wiskundig bewezen.
(Zie hiervoor pag. 7 e.v.)
Het zal duidelijk zijn, dat het beeld van een zeer verre weg gelegen sterrenstelsel er lang over zal doen om de Aarde te bereiken. In ons Heelal zijn er ongeveer 200 miljard sterrenstelsels, die op zeer grote afstanden van elkaar staan. Elk stelsel bevat zo’n 100 à 400 miljard sterren. Onze Zon in het Melkwegstelsel is ook een doodgewone ster.
De afstanden tussen de sterrenstelsels zijn moeilijk in onze aardse maten (kilometers) uit te drukken.
De Heelal maat is: lichtjaar.
Een lichtjaar is de afstand, die het licht in één jaar tijd aflegt.
De snelheid van het licht is 300.000 km/sec en dat betekent , dat 1 lichtjaar overeenkomt met:
365 x 24 x 60 x 60 x 300.000 = 9.460.000.000.000 km = 9,4 biljoen kilometer.
De ruimtetelescoop Hubble heeft sterrenstelsels gefotografeerd tot op 12,7 miljard lichtjaren afstand.
Dat betekent, dat het licht er 12,7 miljard jaar over gedaan heeft om de Aarde te bereiken. Zie figuur 2.
Astronomen zijn dus in staat om terug te kijken in de tijd.
Maar het is best mogelijk, dat deze sterrenstelsels er al niet meer zijn.
Figuur 2: Sterrenstelsels op een afstand van 12,7 lichtjaren = 12,7 x 9,4 = 119 biljoen km.
Een ander voorbeeld is onze Zon. De Zon staat op een afstand van 150 miljoen km en dat betekent dat het zonlicht er 8 minuten over doet om ons te bereiken. Als de Zon zou vergaan, merken wij dat pas 8 minuten later.
In de ruimtevaart wordt succesvol gebruik gemaakt van de Speciale Relativiteitstheorie van Albert Einstein.
Om bijvoorbeeld het Mars wagentje Curiosity goed te kunnen besturen zijn beelden van het landschap nodig. Met de huidige kennis weten we dat het beeldmateriaal van Mars er 3 minuten over doet om de Aarde te bereiken. Het beeld, dat we zien is dus 3 minuten oud en als er bijgestuurd moet worden voor een kuil of een grote steen duurt het terugsturen van de stuurcorrectie ook 3 minuten. Oplettendheid voor deze tijdsvertraging is dus geboden.
Ook op Aarde komt deze kennis van tijdvertraging goed van pas en wel bij onze navigatie (GPS) systemen.
Rondom de Aarde vliegen voor dit doel 32 satellieten, die voor het GPS systeem worden gebruikt. De snelheid van deze satellieten is 30.000 km/uur. Vanuit het punt waar wij ons bevinden zijn er altijd 4 satellieten in beeld. De plaatsbepaling vindt plaats door het uitzenden van radiosignalen, die in de auto of een ander verkeersmiddel worden opgevangen.
De tijd, welke het signaal nodig heeft is bepalend voor de afstand. De radiogolven hebben evenals licht een snelheid van 300.000 km/sec. Met 4 satellieten worden 4 afstanden vastgelegd en daarmee is het exact mogelijk om de plaatsbepaling op Aarde te doen. Zie figuur 3.
Figuur 3: Met 4 satellieten kan de plaatsbepaling op Aarde exact plaatsvinden.
Door de snelheid van de satellieten t.o.v. het aardse punt moet er rekening gehouden worden met een tijdsvertraging. Als hier geen rekening mee wordt gehouden dan kan de afwijking meerdere tientallen km zijn. Zie figuur 4.
Figuur 4 : Afwijking kan meerdere kilometers zijn
GPS is een Amerikaans systeem en Europa heeft besloten om niet langer afhankelijk te zijn van dit Amerikaanse systeem. De Europese Unie en de Europese Ruimtevaartorganisatie (ESA) zijn bezig met de bouw en lancering van een niet-militair wereldwijd navigatiesysteem: Galileo. Dit nieuwe systeem is begroot op 3,4 miljard Euro en moet in 2019 operationeel zijn. Galileo zal uiteindelijk bestaan uit 27 operationele satellieten en 3 reserve satellieten.
De levensduur is 12 jaar.
De grote hoeveelheid ruimtepuin rondom de Aarde vormt een bedreiging voor satellieten.
Met namen Rusland en China hadden de gewoonte om niet functionerende satellieten in puin te schieten.
Tegenwoordig is men alerter en wordt ruimtemateriaal, dat niet meer nodig is terug naar de Aarde gehaald.
Ook kan schade ontstaan door de enorme straling die vrijkomt bij een zonnevlam en vooral als deze op de Aarde is gericht.
Sunspot 1429 van 10 maart 2012 heeft veel schade aangericht aan elektrische installaties in Noord-Amerika en Canada. De zonnevlam was 3 dagen op de Aarde gericht en had een vermogen van 26 miljoen KWh, hetgeen overeenkomt met het energieverbruik gedurende 2 jaar van de stad New York met 8,3 miljoen inwoners.
Galileo heeft een aantal voordelen t.o.v. GPS:
1. Grotere nauwkeurigheid tot op 1 meter;
2. Betere dekking op hogere geografische breedten (Scandinavië);
3. Mogelijkheden voor het versturen van noodsignalen.
Een andere toepassing is het dragen van enkelbanden bij Alzheimer patiënten en gevangenen tijdens hun verlof.
Men kan hierbij met een nauwkeurigheid van 5 tot 10 meter de plaats bepalen waar deze mens zich bevindt.
Ook wordt het GPS systeem gebruikt in de transport sector, waardoor de thuisbasis exact kan bepalen waar het voertuig zich bevindt.
Wat is ruimte?
Allereerst iets over “de ruimte” zoals wij dit in ons dagelijks leven ervaren: Geen ruimte betekent geen plaats voor materie, geen plaats voor je lichaam.
U hebt waarschijnlijk nooit nagedacht over het bestaan van ruimte: u beschouwt het als vanzelfsprekend dat het er is.
Maar, wat is nu eigenlijk ruimte en is dit niet iets heel wonderlijks.
Ons lichaam neemt ruimte in en u vindt het heel normaal, dat als u een stap naar voren doet dat er voor uw lichaam weer ruimte is. Ook als u in een auto stapt en u zich met een snelheid van 100 km/uur voortbeweegt, is er steeds ruimte voor deze verplaatsing. U denkt er geen moment over na!
Is ruimte dan de lucht, die om u heen is? Neen, want een ruimtevaarder die zich tussen de Aarde en de Maan bevindt en waar luchtledigheid heerst, kan zich ook verplaatsen en een nieuwe ruimte innemen.
Is het dan de grond waar op u loopt?
Neen, want een vliegtuig met een snelheid van 1000 km/uur kan zich ook verplaatsen en vindt dus steeds nieuwe ruimte. Materie neemt ruimte in en dat weten we. We zullen nooit dwars door een gesloten voordeur lopen, want hier is de ruimte al door een ander voorwerp ingenomen.
We durven wel door de schilderijlijst van National Geographic te stappen, zoals deze op het eiland Terschelling is opgesteld. Onze intuïtie zegt ons, dat er ruimte is. Zie figuur 5.
Figuur 5: kunstwerk van National Geographic op Terschelling
Wetenschappers zijn van mening, dat “Ruimte” en “Tijd” tijdens de oerknal zijn ontstaan.
Als we Tijd definiëren als:
“ Tijd is een volgorde in een proces van opeenvolgende gebeurtenissen” dan kunnen we ons iets daarbij voorstellen. Immers, de oerknal, die 13,7 miljard jaar geleden heeft plaats gevonden, was een opeenvolging van processen: uitdijing, afkoeling, ontstaan van deeltjes zoals quarks en vervolgens protonen en neutronen etc. etc.
In die periode was er nog geen mens te bekennen, dus was er ook nog geen afgesproken tijdstandaard.
Tijdens de uitdijing moet dan ook de ruimte zijn ontstaan. Met de tijd is de ruimte dus toegenomen.
Tijd en Ruimte zijn dus afhankelijk van elkaar of anders gezegd:
Tijd en Ruimte hebben een verband met elkaar = stelling 1
Het is Einstein geweest, die Tijd en Ruimte als één dimensie heeft benoemd. Dit is dan naast lengte, breedte en hoogte de 4e dimensie.
In zijn Algemene Relativiteitstheorie van 1915 heeft Einstein het volgende postulaat gedicteerd:
“ Op grote afstand vervormt zwaartekracht de ruimte/tijd dimensie”.
Deze theorie gaat volgens Einstein voornamelijk op in het heelal, waar sprake is van grote afstanden.
De dimensie Tijd/Ruimte ziet Einstein als een rubber laken ( Zie figuur 6) waar sterren en planeten een deuk in veroorzaken. In ons zonnestelsel veroorzaakt de Zon een flinke deuk (trechter) in dit laken (Tijd/Ruimte).
De planeten hebben de neiging om in de trechter te vallen, maar hun snelheid zorgt ervoor, dat ze in een baan om de Zon blijven draaien.
Figuur 6 : Ruimte/Tijd wordt door massa vervormt
De planeten, die het dichtst bij de Zon staan en dus dieper in de trechter liggen moeten een grotere snelheid hebben dan de planeten, die verder van de Zon af liggen.
Vanaf de Zon gerekend is de volgorde: Mercurius, Venus, Aarde en Mars
(zie figuur 7).
De omloopsnelheden zijn:
Mercurius = 48 km/sec
Venus = 35 km/sec
Aarde = 30 km/sec
Mars = 24 km/sec
Figuur 7 : Ons zonnestelsel
In deze volgorde neemt de zwaartekracht door de Zon af.
Er is dus een verband tussen Zwaartekracht en Snelheid. = stelling 2
Einstein heeft het verband tussen Snelheid en Tijd vastgelegd in een formule:
waarin
T = is de tijd die heerst op het bewegend lichaam
t = is de tijd van de waarnemer vanaf een stilstaand lichaam
v = de snelheid van het bewegend lichaam
c = de lichtsnelheid
Hoe hoger de snelheid v, hoe groter v x v/c x c en daarmee wordt T groter en dat betekent vertraging van de tijd.
Snelheid en tijd zijn dus met elkaar verweven en daarmee is er dus ook:
Een verband tussen Snelheid en Tijd = stelling 3.
We verzamelen nu de genoteerde stellingen:
Stelling 1: Er is een verband tussen Tijd en Ruimte. Einstein verbindt deze twee zaken tot één dimensie: Tijd/Ruimte.
Stelling 2: Er is een verband tussen Zwaartekracht en Snelheid.
Stelling 3: Er is een verband tussen Snelheid en Tijd/Ruimte.
Uit stelling 2 en 3 volgt, dat er ook een verband is tussen Zwaartekracht en Tijd/Ruimte
of zoals Einstein zegt: Zwaartekracht vervormt Tijd/Ruimte.
Bestond er “TIJD” vóór de oerknal?
Er kunnen zich twee mogelijkheden hebben voorgedaan:
a. Het oeratoom, een supergloeiend hete pit van °C, is geschapen door een Hogere Macht, Opperwezen of God.
Op dat moment is dan ook de tijd gaan lopen als een proces van opvolgende gebeurtenissen.
Het merendeel van de wereldbevolking (58%) gelooft in een God of Opperwezen
en een groot deel van deze gelovigen zullen zich met dit standpunt kunnen verenigen.
b. Het oeratoom is ontstaan via een zwart gat uit een ander heelal.
Dat betekent dat er meerdere heelallen kunnen zijn (Multiversum).
Maar ook dan kom je op de vraag wat er vóór het ontstaan van het eerste heelal is geweest. Ook hier weer de vraag: wat was er dan vóór die tijd?
Daar zijn wel theorieën over o.a. de theorie van Alan Guth (Amerikaanse kosmoloog), die beschrijft dat het oeratoom is ontstaan in een lege ruimte met een negatief vacuüm en omringd wordt door een lege ruimte met een positief vacuüm. Door implosie zou dan enorm veel energie zijn ontstaan en daarmee het oeratoom zijn geboren.
Overigens zullen we in een van de volgende artikelen, welke zal gaan over “Het ontstaan van het heelal” deze theorie nader toelichten.
In alle eerlijkheid moeten we bekennen, dat we het gewoon niet weten.
De moraal van dit artikel:
“Tijd” is relatief, maar dank zij de Speciale Relativiteitstheorie van Einstein kunnen we de gegevens omrekenen tot bruikbare waardes voor de aardse waarnemer.
Het economisch profijt is nauwelijks in geld uit te drukken en zeker niet de veiligheid (luchtvaart/scheepvaart) die ermee bereikt wordt.
En dan te weten, dat Albert Einstein nooit de Nobelprijs voor zijn theorieën heeft gekregen.
Er waren in zijn tijd maar een klein aantal wetenschappers die iets van zijn Relativiteitstheorie hebben begrepen. Einstein zei zelf hier het volgende over:
“Why is it, that nobody understands me, yet everybody likes me.”
Hopelijk vind u Albert Einstein een aardige man en begrijpt u ook iets van zijn theorieën.
Zwartebroek, april 2014
Ap Cloosterman