Inleiding
Rond 1900 is duidelijk dat het mechanische wereldbeeld een te simpele voorstelling van zaken is. De wetten van Newton werken uiteraard maar voor het hele kleine (subatomair) en hele grote (heelal) zijn ze niet nauwkeurig genoeg. De natuur zit ingewikkelder in elkaar. Het is vooral Albert Einstein (1879 – 1955) met zijn publicaties over de speciale (1905, over snelheid) en algemene relativiteitstheorie (1915, over zwaartekracht) die het tekort van het mechanische wereldbeeld aantoont.

Wat het ingewikkeld maakt zijn niet alleen de rekenformules, maar ook dat het tegen onze ervaring ingaat. Die is gebaseerd op de menselijke omgeving. De ervaringskennis die dat oplevert is geschikt voor huis, tuin en keuken gebruik. Maar nu gaat het niet meer om de menselijke maat, maar om het astronomisch grote en het onvoorstelbaar kleine. Dan blijkt een seconde niet onder alle omstandigheden een seconde te zijn, een meter niet altijd een meter, en recht is soms krom. Het vraagt een omdenken als ooit ttv van Copernicus en Galileï om deze dingen te begrijpen. Alles blijkt ‘relatief’ te zijn.

Relatief
Het woord relatief heeft uiteenlopende betekenissen. Bekend is relatief in de betekenis van ‘betrekkelijk, niet zo belangrijk’. Bv: ‘rijk zijn is heel relatief, je gezondheid is met geen geld te koop. Dat betekent het bij Einstein niet. Hij bedoelt in de eerste plaats relatief in de zin van ‘in relatie tot de waarnemer’.

Relatief tov de waarnemer
Stel astronaut Piet is onderweg met een raket naar Mars. Piet zelf ziet de aarde onder zich weggaan. Maar Kees die op de grond staat, ziet de raket van de aarde weggaan. Wat beweegt er nu eigenlijk? De raket of de aarde? Heeft Piet gelijk of Kees? Einstein stelt dat beide waarnemingen gelijkwaardig  zijn en correct. Je kunt niet zeggen dat Piet gelijk heeft en dat Kees zich vergist (of andersom). Ze zien het allebei goed. Vanuit hun standpunt (relatief) gezien klopt de waarneming.

De reden: er is eenvoudigweg niet een absoluut standpunt te vinden dat Piet, Kees of wie dan ook kunnen innemen om aan deze relativiteit te ontkomen. Rust en beweging zijn niet twee verschillende toestanden; ze zijn relatief. Wat voor de ene waarnemer in rust is (voor Piet is dat de raket, voor Kees de aarde) is voor de andere waarnemer in beweging (voor Piet is dat de aarde, voor Kees de raket).

Relatief tov lichtsnelheid
Er is één ding dat bij Einstein niet relatief is: de snelheid van het licht. Die geldt onder alle omstandigheden.

Dat is een buitengewone gedachte: snelheid is altijd relatief tov iets anders. Een geluidsgolf gaat 330 m/s tov de lucht. En als die lucht zich verplaats met 10 m/s, dan gaat het geluid dat tegen de wind in gaat met 320 m/s, het geluid dat met de wind meegaat met 340 m/s. Maar tov wat beweegt licht? Men dacht wel aan een ijle lucht ether genaamd, maar die ether en elk ander medium bleven onvindbaar.

Einstein trok de conclusie dat de lichtsnelheid van 300.000 km/s een constante is die niet tov iets anders geldt, maar altijd en overal dezelfde is. Het maakt dus niet uit of de lamp een snelheid van bv 100.000 km/s de ene of de andere kant op heeft. De snelheid van het licht wordt niet 200.000 km/s of 400.000 km/sec. Die blijft 300.000 km/sec. Die wordt dan ook meestal met de C van constant weergegeven. Aan dit inzicht zit al het andere vast. Alles is dus ook relatief tov C:

• Twee gebeurtenissen die voor de ene persoon op hetzelfde moment gebeuren, zijn voor een ander niet gelijktijdig.
• Wat er vandaag gebeurt in mijn wereld, kan voor een ander in beweging en op grote afstand al verleden tijd zijn, of nog in zijn toekomst liggen. Verleden, heden en toekomst zijn alle drie relatief en gelijkwaardig reëel.
• Voor iets of iemand op hoge snelheid
  • gaat zijn tijd langzamer dan voor iemand in rust (tijdvertraging),
  • wordt zijn lengte korter (lengtekrimp), dat geldt ook van zijn reisafstand
  • en neemt zijn gewicht toe
    maw een seconde, een meter, een kilogram staan niet vast, ze veranderen met een bepaalde factor  afhankelijk van de snelheid (de zgn Lorentzfactor)
• Energie en massa, straling en deeltjes zijn geen twee verschillende dingen, maar twee aspecten van dezelfde zaak. Ze zijn als Dollar en Euro met C als wisselkoers.In formule E = MC²
• Op lege plekken kunnen we de ruimte abstract als een kubus voorstellen, met rechte lijnen voor lengte, breedte en hoogte. Maar bij zware planeten en sterren vervormt de ruimte: de rechte lijnen van de denkbeeldige kubus verbuigen.
  Waar de ruimte gekromd is, is een rechte weg ook gekromd (zoals een rechte lijn op een bal tegelijk ook gebold is). De rondjes die planeten om de zon draaien, zijn eigenlijk rechte banen.

Dat deze dingen onlogisch overkomen, heeft te maken met onze dagelijkse ervaring. Die is nooit bezig met het hele grote in afstand of snelheid. Daarom laten intuïtie en gezond verstand ons in de steek. Ondertussen hebben vele proeven het gelijk van Einstein aangetoond. Zo is er 1971 een atoomklok rondgevlogen om te zien of die echt langzamer ging lopen in vergelijking met eenzelfde atoomklok die op aarde bleef. Dat bleek zo te zijn. GPS zou niet die nauwkeurigheid hebben als we van relativiteit niet wisten.

Conclusie: alles is relatief
Een waarneming is dus altijd gekoppeld aan de waarnemer en zijn situatie. Er is niet een klok in het universum die de absolute tijd aangeeft. Hoe laat het is, hoe lang iets is, hoe zwaar iets is enz hangt af van degene aan wie je het vraagt. Beweegt hij op hoge snelheid van je af of naar je toe, dan krijg je een ander antwoord dan van iemand die naast je staat.
Dit is een schokkende uitkomst voor de natuurkunde aan het begin van de twintigste eeuw. Het ideaal van de exacte wetenschappen was altijd zoveel mogelijk objectieve dingen te weten komen, dwz dingen die voor iedereen onder alle omstandigheden gelden. Einstein toont aan, dat dat niet mogelijk is.

Tot nu toe ging het over het hele grote in afstand en in snelheid. Einstein's inzichten betekenden een verbetering, een precisering van Newton's natuurwetten. Wat niet veranderde was het deterministische karakter. De relativiteitswetten leveren zeer precieze uitkomsten en voorspellingen op. Anders waren er geen mensen op de maan geland. Maar er is ook de wereld van het hele kleine: de subatomaire deeltjes. Daar verliest de natuurkunde haar deterministische karakter.

Meer uitleg van de relativiteitstheorie