natuurkunde

Tijdrek - lichtklok

Deze applet demonstreert tijdrek.

Klik hier

om de applet te starten
(in een nieuw scherm).

Applet: 'Galileo and Einstein', University of Virginia
https://galileoandeinstein.phys.virginia.edu

---

Speciale relativiteitstheorie

In 1905 publiceerde Einstein zijn speciale relativiteits-
theorie, gebaseerd op twee postulaten (uitgangspunten).

Voor waarnemers die ten opzichte van elkaar bewegen met constante snelheid geldt:

1. De natuur maakt geen onderscheid. De waarnemers nemen precies dezelfde natuurwetten waar.
2. De lichtsnelheid is invariant (absoluut). Voor alle waarnemers heeft hij dezelfde waarde.

Het tweede postulaat is de kern van de speciale relativiteitstheorie.

Tijdrek

Een van de (vreemde) gevolgen van het tweede postulaat is tijdrek: bewegende klokken lopen langzamer.
Een voorbeeld: Ruimtereizigers lezen de tijd af op een klok in hun ruimteschip. Ze vinden uiteraard dat die klok goed loopt. Maar achterblijvende familieleden constateren bij terugkomst van het ruimteschip dat de klok aan boord langzamer heeft gelopen dan hun eigen, aardse klok. En dat alle processen in het ruimteschip langzamer zijn gegaan: groei, veroudering, radioactief verval, enzovoorts.

De applet

Je ziet twee lichtklokken. Elke lichtklok bestaat uit een lampje met daarboven een spiegel. Tussen het lampje en de spiegel kaatst een foton op en neer. Eén keer op en neer is één 'tik' van de klok.

1. De linker lichtklok (Jack) staat stil.
2. Klik onderaan op Play (▶) en elk lampje zendt een foton uit. Tegelijk gaat de rechter lichtklok (Jill) met constante snelheid bewegen. De grootte van de snelheid regel je met de slider.
   
3. Met Trace maak je de baan van de fotonen zichtbaar.
4. Rechts boven wordt de tijd op beide klokken aangegeven zoals de stilstaande waarnemer (Jack) die meet.

Vergeleken met de stilstaande klok legt het bewegende foton nu per tik een langere weg af. Is de lichtsnelheid invariant, dan duurt een tik van de bewegende klok dus langer dan die van de stilstaande klok. De stilstaande waarnemer (Jack) ziet de bewegende klok dus langzamer lopen: tijdrek.

Opmerking
Jill beweegt met haar klok mee dus zij merkt niets van tijdrek. Voor haar beweegt haar lichtklok immers niet. Zij ziet haar klok correct lopen, niet vertraagd.