100 jaar na Einstein: zwaartekrachtgolven bewezen

In september 2017 werd de Nobelprijs voor Natuurkunde toegekend aan de Amerikaanse onderzoekers Rainer Weiss, Barry Barish en Kip Thorne voor hun empirische bewijs voor een theorie over zwaartegolven die Albert Einstein 100 jaar eerder bedacht. Twee jaar geleden, op 14 september 2015, werden de zwaartekrachtgolven voor het eerst waargenomen door het meetapparaat waar zij 45 jaar lang aan gewerkt hadden.

De briljante natuurkundige

In 1896 werd Albert Einstein toegelaten tot de technische universiteit van Zürich en vier jaar later studeerde hij met indrukwekkende cijfers af en kreeg hij zijn lesbevoegdheid in de natuurkunde. Toch had Einstein na zijn afstuderen de grootste moeite met het vinden van een baan. Vanaf mei 1901 begon Einstein daarom als invalleraar natuurkunde aan een middelbare school, waardoor hij veel tijd overhield voor zijn onderzoek. Een half jaar later kwam hij uiteindelijk terecht bij een patentenbureau in Bern, waar hij als technisch expert oordelen moest geven over nieuwe patentaanvragen.  

Einsteins wonderjaar

In 1905 beleefde de 26-jarige Einstein een wonderjaar met de publicatie van maar liefst vier baanbrekende natuurkundige onderzoeken. Zo legde hij met zijn theorie van over het foto-elektrisch effect de basis voor de kwantummechanica, waarvoor hij in 1921 een Nobelprijs kreeg. Daarnaast leverde hij met zijn beschrijving van het Brownse effect het definitieve bewijs voor de atoomtheorie, een vraagstuk waar wetenschappers al decennialang verdeeld over waren. Veruit het bekendst werd Einstein echter door zijn speciale relativiteitstheorie, waarin hij stelde dat de snelheid van het licht altijd constant is, ongeacht de snelheid van de waarnemer.

Rimpelingen in ruimtetijd

Onderdeel van de relativiteitstheorie was het idee dat ruimte en tijd samen één geheel vormen: de ruimtetijd. Einstein voorspelde in 1916 dat het bestaan van zwaartekrachtgolven, oftewel rimpelingen in de ruimtetijd. De ruimtetijd kon volgens Einstein trillen bij heftige gebeurtenissen, zoals wanneer twee zwarte gaten fuseren of als zware sterren aan het einde van hun leven ontploffen. De energie die daarbij vrijkwam vervormde de ruimte en de schokgolven die het veroorzaakte noemde Einstein zwaartekrachtgolven. Ze bewegen als rimpelingen na een steen in een vijver of als een waterbed waar een klap op is gegeven en komen met snelheden van ongeveer 300.000 kilometer per seconde op de aarde af. 

Empirisch bewijs

Het effect van zwaartekrachtgolven op aarde is zo minimaal, dat het lange tijd onmogelijk was om ze waar te nemen. Tot 2015 dus. Thorne en Weiss ontwikkelden in de jaren '70 een techniek die de meting mogelijk maakte die door Barish werd geperfectioneerd. Het meetinstrument bestaat uit twee kilometerslange buizen die haaks op elkaar staan, waar lasers doorheen geschoten worden. Op het moment dat de zwaartekrachtgolven de aarde raken, doen de lasers er niet iets langer of net iets korter over om de andere kant van de buis te bereiken. Daarmee werd het empirische bewijs geleverd voor de theorie die Einstein 100 jaar eerder had bedacht.