Ruimtereizen zonder warp technologie

Transcriptie

1 2017 Ruimtereizen zonder warp technologie In een op 12 april 2017 gehouden speech aan de Oxford University roept Stephen Hawking de mensheid op binnen honderd jaar de planeet te verlaten om te kunnen overleven. De toekomst van de mens ligt in de ruimte en we moeten zo snel mogelijk beginnen met het koloniseren van een nieuwe planeet. Ik zal laten zien dat dat zonder warp technologie kan. Henk Lahuis

2 Leonard Susskind (stringtheorie) zei in 2011: `Ik denk dat we een grote verrassing gaan beleven, waardoor alles weer op zijn kop wordt gezet.` Pagina 1

3 Samenvatting De warp-technologie is een fictieve technologie uit de televisieserie Star Trek om ruimteschepen met een snelheid groter dan de lichtsnelheid te laten voortbewegen. Het principe waarop deze aandrijving zou moeten werken is het samentrekken (to warp, vervormen) van de ruimte die vóór je ligt en het uitrekken van de ruimte die achter je ligt, zodat de feitelijk af te leggen afstand kleiner wordt en je een effectieve verplaatsing hebt die sneller is dan de lichtsnelheid, zonder dat je de speciale relativiteitstheorie overtreedt. In 2017 zijn er zeven leefbare planeten rond de op 39 lichtjaar afstand gelegen ster Trappist-1 ontdekt. Het zou de oproep van Stephen Hawking een stuk realistischer maken als we de mens in een tijdsbestek van 12 jaar naar de planeten rond Trappist-1 zouden kunnen sturen. Deze mogelijkheid ligt dichterbij dan we denken. Volgens Einsteins in 1905 gepresenteerde speciale relativiteitstheorie is het onmogelijk om sneller dan het licht te reizen. Ik zal in deze notitie aantonen dat de speciale relativiteitstheorie nooit opgesteld had mogen worden omdat deze in strijd is met de eerste en de tweede hoofdwet van de thermodynamica. Het zonder warp technologie sneller reizen dan het licht moet al mogelijk zijn met technieken als kernfusie. In deze notitie zal ik in hoofdstuk 1 aantonen dat de speciale relativiteitstheorie (SRT) nooit opgesteld had mogen worden. Hoofdstuk 2 gaat in op alle bewijzen die er zijn voor de SRT. In hoofdstuk 3, 4 en 5 zal ik aantonen dat ruimtetijd, lengtecontractie en singulariteiten niet bestaan. In hoofdstuk 6 en 7 ga ik dieper in op kinetische energie en plasmakosmologie. Tot slot zal ik in hoofdstuk 8 aangeven hoe de wens van Stephen Hawking in vervulling kan gaan. ing. Henk Lahuis Speciale dank gaat uit naar mijn, helaas op 30 maart 2017 overleden, broer Bert, die mij stimuleerde op de ingeslagen weg door te gaan en mijn dochter Miranda, die vaak als filosofisch klankbord fungeerde. henk.lahuis@home.nl Pagina 2

4 Inhoudsopgave blz. Samenvatting 2 Hoofdstuk 1 Waarom de SRT nooit opgesteld had mogen worden 4 Hoofdstuk 2 Géén bewijzen van de SRT? 6 Hoofdstuk 3 Ruimtetijd bestaat niet 7 Hoofdstuk 4 Lengtecontractie bestaat niet 8 Hoofdstuk 5 Singulariteiten bestaan niet 10 Hoofdstuk 6 Kinetische energie 11 Hoofdstuk 7 Plasmakosmologie 12 Hoofdstuk 8 Ruimtereizen zonder warp technologie 14 Bijlage 1 Cirkelredenatie 15 Bijlage 2 Tijddilatatie 16 Bijlage 3 Het Michelsen-Morley experiment 17 Pagina 3

5 Hoofdstuk 1 Waarom de SRT nooit opgesteld had mogen worden Wat is tijd? Tijd is een opeenvolging van gebeurtenissen in het verleden, heden of toekomst. Wel een proces van opeenvolging van gebeurtenissen dat onomkeerbaar is, want tijd verloopt op macroschaal (het heelal) slechts in één richting, namelijk vóóruit in de richting van een toestand van maximale entropie zoals vereist in de tweede hoofdwet van de thermodynamica (de entropie in een geïsoleerd systeem neemt toe tijdens spontane verandering). De tweede hoofdwet van de thermodynamica geeft namelijk aan dat in een gesloten systeem zoals het heelal de hoeveelheid orde afneemt en wanorde toeneemt anders gezegd: dat met het verstrijken van de tijd de entropie of mate van complexiteit toeneemt. Omdat entropie in het microrijk (waar de deeltjes leven) niet bestaat, ligt de richting van de tijd in het microrijk niet vast. Niet zo lang geleden was op de Nederlandse televisie op het net van National Geographic de serie Genius over Albert Einstein te zien. In deze serie vertelde hij aan zijn vriend Michele Besso waarom hij dacht dat tijd niet absoluut maar relatief was. Doe je ogen dicht zei Einstein en stel je voor dat je een trein met een ongelofelijke snelheid ziet. Stel je voor dat ik op het perron sta en op het moment dat de trein voorbijrijdt twee blikseminslagen gelijktijdig inslaan in de voor- en achterzijde van de trein. Stel je ook voor dat jij in ditzelfde scenario in het midden van de trein met de trein meerijdt. Zouden dan de blikseminslagen ook nog gelijktijdig inslaan? Het antwoord is natuurlijk ja. Dit antwoord klopt echter niet als het licht maar één snelheid heeft, zoals Maxwell aangeeft. Ga nu terug naar het moment dat jij in de trein staat. Kijk dan of jij de twee blikseminslagen gelijktijdig ziet. Het antwoord is nee. Jij rijdt naar de ene toe en van de andere weg. Toen ik nog op het perron stond zag ik de blikseminslagen gelijktijdig. Hoe kan het dan, dat ik op het perron en jij in de trein dezelfde gebeurtenis anders ervaren? De bewering van Newton dat tijd absoluut is kan daarom niet kloppen. Tijd is niet absoluut maar relatief. Ik kan mij voorstellen dat Einstein werkelijk dacht dat de tijd stil zou staan als je net zo snel als het licht zou reizen. Ga maar na, als de trein net zo snel als het licht rijdt, dan zou zijn vriend de blikseminslag aan de achterzijde van de trein nooit zien en daarom moet de tijd wel stil komen te staan als je net zo snel als het licht gaat. Toch kan ik aantonen dat het verhaal van Einstein niet klopt. Stel je voor, dat Einstein in zijn voorbeeld blind zou zijn, hij zou alleen de blikseminslag aan de voorzijde horen, het geluid van de blikseminslag aan de achterzijde van de trein zou hem nooit bereiken omdat de trein sneller dan het geluid reed. Heeft de blikseminslag aan de achterzijde van de trein dan nooit plaatsgevonden of staat de tijd dan stil? Nee natuurlijk niet. Het wordt nog erger, als je in het voorbeeld van Einstein hem in de achterzijde van de trein zet en zijn vriend Besso in de voorzijde van de trein. Opnieuw slaat de bliksem gelijktijdig aan de voor- en achterzijde in. Aan de achterzijde van de trein ziet Einstein de blikseminslag in zijn coupe gebeuren en even later ziet hij de blikseminslag in de coupe aan de voorzijde van de trein waar zijn vriend zit. Zijn vriend Besso aan de voorzijde van de trein ziet de blikseminslag in zijn coupe gebeuren en even later ziet Besso de blikseminslag in de coupe aan de achterzijde van de trein waar Einstein zit. Tijd mag in de ogen van Einstein dan relatief zijn, één van beide zal toch echt terug in de tijd moeten om te kunnen voldoen aan de speciale relativiteitstheorie en dat is in strijd met de tweede hoofdwet van de thermodynamica. Tijd is dus slechts een opeenvolging van gebeurtenissen. In de anekdote van Einstein kun je de twee blikseminslagen als één gebeurtenis zien, in feite zijn het echter twee gebeurtenissen (twee blikseminslagen). De informatie van de twee gebeurtenissen die Pagina 4

6 gelijktijdig plaatsvinden (in de zin van géén opeenvolging van gebeurtenissen) wordt echter op verschillende tijdstippen door de waarnemers ontvangen. De conclusie is dat licht alleen maar drager van informatie is. Net als op aarde de lucht dat is (geluid). Het licht heeft helemaal niets met de tijd te maken, laat staan met een stilstaande tijd bij het bereiken van de lichtsnelheid. Niet alleen is de SRT in strijd met de tweede hoofdwet van de thermodynamica, hij is ook in strijd met de eerste hoofdwet van de thermodynamica (wet van behoud van energie). Deze eerste hoofdwet stelt dat energie niet verloren kan gaan en ook niet uit het niets kan ontstaan. De speciale relativiteitstheorie geeft aan dat niet alleen tijd maar ook massa door de relativistische snelheid wordt beïnvloed. Wanneer een voorwerp met een relativistische snelheid beweegt, wordt zijn massa groter. De factor waarmee de massa van het voorwerp toeneemt is weer de Lorentzfactor γ. Willen we met onze raket de snelheid van het licht benaderen, moeten we versnellen. Voor versnellen is kracht nodig (raketmotoren) en voor kracht is energie (brandstof) nodig. Hoe meer massa een voorwerp heeft, hoe meer kracht en dus hoe meer energie er nodig is. Naarmate we sneller bewegen, krijgt onze raket meer massa, hebben we meer brandstof nodig om hem verder te versnellen, krijgt onze raket nog meer massa, hebben we nog meer brandstof nodig, enzovoorts. Het kost dus oneindig veel energie om onze raket het laatste stukje tot de lichtsnelheid te versnellen en dus zullen we de lichtsnelheid nooit bereiken, aldus de speciale relativiteitstheorie. De eerste hoofdwet van de thermodynamica (wet van behoud van energie) stelt dat energie niet verloren kan gaan en ook niet uit het niets kan ontstaan. Er kunnen alleen omzettingen van energie plaatsvinden. Sinds Einstein met zijn beroemde formule E=mc 2 poneerde dat de massa en energie van een systeem met elkaar verbonden zijn, weten we dat energie verloren kan gaan wanneer er massa gecreëerd wordt, en vice versa. Wanneer we de massa van een raket dan ook volledig als energie benaderen, is de speciale relativiteitstheorie strijdig met de eerste hoofdwet van de thermodynamica. Ga maar na. Een raket verbrand brandstof om zichzelf voort te stuwen. De helft van de energie van brandstof gaat daarbij verloren. Actie is reactie. De energie die de lege ruimte in geblazen wordt, is gelijk aan de toename van kinetische energie (bewegingsenergie). De in de ruimte geblazen energie plus de kinetische energie van de raket plus de energie van de raket zelf (de massa, die door de verbranding van brandstof dus iets is afgenomen) blijven samen gelijk (eerste hoofdwet van de thermodynamica). Bij een gelijk blijvende versnelling (de motor langdurig laten branden) met bijvoorbeeld 10 m/s 2 zal op den duur de snelheid van het licht worden benaderd. Om de raket zwaarder te laten worden zal de toename aan energie (dat is alleen de toegevoegde kinetische energie) groter moeten zijn dat de afname aan energie bij het laten branden van de motor. Omdat slechts de helft van deze energie van de raketmotor wordt teruggezet aan de energie van de raket zelf in de vorm van kinetische energie, moet er dus ergens uit het niets energie aan de raket toegevoegd worden om steeds meer massa (energie) te krijgen. Dat een raket dus steeds meer massa krijgt bij het versnellen richting de snelheid van het licht is dus pertinent in strijd met de eerste hoofdwet van de thermodynamica. Aangezien de SRT in strijd is met zowel de eerste als de tweede hoofdwet van de thermodynamica, kan niet anders geconcludeerd worden dan dat de SRT nooit opgesteld had mogen worden. Conclusie: we moeten afscheid nemen van de speciale relativiteitstheorie. Pagina 5

7 Hoofdstuk 2 Géén bewijzen van de SRT? Zonder speciale relativiteit geen algemene relativiteit? De speciale relativiteitstheorie is gebaseerd op waarnemers met een eenparige beweging (m/s). De algemene relativiteitstheorie is gebaseerd op waarnemers met een versnelling (m/s 2 ). Daarmee lijkt de algemene relativiteitstheorie onlosmakelijk verbonden met de speciale relativiteitstheorie. Waar het echter om gaat is niet de snelheid van de versnelde waarnemer (m/s 2 ), het gaat om de snelheid van de zwaartekracht in m/s 2. De algemene relativiteitstheorie is gebaseerd op het ombouwen van een snelheid van elektromagnetische straling (m/s) naar een snelheid van zwaartekracht (m/s 2 ), niet op het ombouwen van een waarnemer met eenparige beweging naar een waarnemer in versnelling. De algemene relativiteitstheorie kan dus heel goed bestaan zonder de speciale relativiteitstheorie. Speciale relativiteitstheorie bewijst zichzelf? Aan de speciale relativiteitstheorie, waar zoveel bewijs voor is en waarvoor de logische en mathematische onderbouwing zo gedegen (en eenvoudig) kan zeker niet getwijfeld worden. Relativistische formules bewijzen echter zichzelf, het zijn selffulfilling prophecy (zie bijlage 1), Kijk ook maar naar de formule om de snelheden van twee botsende objecten te relativeren: W=(V+U)/(1+VU/c²), waarin V en U de snelheden van de twee objecten zijn en c de snelheid van het licht in meters per seconde. Vul ook hier maar oneindig voor c in en de relativistische formule verdwijnt als sneeuw voor de zon. Waargenomen tijddilatatie bewijs van speciale relativiteitstheorie? Dat we tijddilatatie hebben waargenomen, heeft alles te maken met de gekromde ruimte volgens de algemene relativiteitstheorie (zie bijlage 2). E=mc 2 bewijs van speciale relativiteitstheorie? Velen zien de beroemde formule E=mc 2 1) als bewijs van de speciale relativiteitstheorie. Deze heeft hier echter niets mee te maken. Einstein veranderde zijn uit 1905 daterende oorspronkelijke formule L= m/v 2 2), waarin L voor energie staat en V voor de snelheid van elektromagnetische straling in 1907 in de meer populaire versie E=mc 2. 1 Einstein, A., "Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen", Jahrbuch der Radioaktivität 4, 1907, pp Einstein, A.: Does the Inertia of a Body Depend upon its Energy Content?, Annalen der Physik, 18(1905), pp (September 1905; received 27 September, 1905) Pagina 6

8 Hoofdstuk 3 Ruimtetijd bestaat niet Aangezien ruimte en tijd volgens de speciale relativiteitstheorie van elkaar afhankelijk zijn introduceerde Hermann Minkowski (en dus niet Einstein) in 1908 het begrip ruimtetijd 3), waarbij de drie ruimtedimensies worden gecombineerd met één enkele tijddimensie tot één vierdimensionale entiteit die de gehele ruimtetijd voorstelt. Minkowski bedacht dat als je de snelheid van licht vermenigvuldigd met de tijd, je iets over houdt uitgedrukt in de eenheid meter. Omdat de drie tastbare ruimtedimensies die we kennen ook uitgedrukt worden in de eenheid meter, bedacht Minkowski dat de vier vectoren van ruimte en tijd uitwisselbaar zouden zijn in de vierdimensionale entiteit ruimtetijd. Ruimtetijd is dus een begrip uit de theoretische natuurkunde dat de vier dimensies van ons heelal geïntegreerd in één model beschrijft: 3 dimensies in ruimte (lengte, breedte en hoogte) 1 dimensie in tijd (duur) Deze verenigde visie vloeit voort uit de speciale relativiteitstheorie, die stelt dat ruimte en tijd niet los van elkaar, maar met elkaar verweven zijn. Daarbij zou niet over ruimte en tijd gesproken moeten worden als twee afzonderlijke entiteiten, maar slechts als één entiteit, namelijk de ruimtetijd, die alle gebeurtenissen in het verleden, heden en toekomst in ons heelal bevat. De vier dimensies worden in dezelfde eenheid gemeten, namelijk de eenheid meter wanneer we de tijd vermenigvuldigen met de lichtsnelheid. De unificatie van ruimte en tijd wordt geïllustreerd door de gangbare praktijk van de selectie van een metriek (de maat die het interval tussen twee gebeurtenissen in de ruimtetijd specificeert), zodanig dat alle vier dimensies in termen van eenheden van afstand worden gemeten: een gebeurtenis weergegeven als (x 0,x 1,x 2,x 3) = (ct,x,y,z), waarbij c de lichtsnelheid is en t de tijd. Ruimtetijden zijn de arena's waarin alle natuurkundige gebeurtenissen plaatsvinden - een gebeurtenis is een punt in de ruimtetijd, dat wordt gespecificeerd door tijd en plaats. In het beschrijven van natuurkundige fenomenen (die zich op bepaalde momenten van de tijd in een bepaalde gebied van de ruimte voordoen) kiest iedere waarnemer een hem goed uitkomend metrisch assenstelsel. Gebeurtenissen worden zoals boven beschreven gespecificeerd door vier reële getallen in enig coördinatenstelsel. Omdat de SRT in strijd is met zowel de eerste als de tweede hoofdwet van de thermodynamica zijn ruimte en tijd niet van elkaar afhankelijk en bestaat de entiteit ruimtetijd alleen maar op papier. De enige relatie tussen ruimte en tijd is het feit dat wij uitsluitend in het verleden kunnen kijken omdat licht alleen maar een informatiedrager is van gebeurtenissen uit het verleden. Stephen Hawking geeft aan dat inflatie algemene covariantie mist, het hoofdingrediënt van Einsteins theorie dat ervoor zorgt dat elk referentiekader een even geldige beschrijving van het heelal bevat. In plaats van te werken met de volledig geünificeerde vierdimensionale ruimtetijd vereist inflatie dat de ruimtetijd wordt opgesplitst in drie dimensies van ruimte en één van tijd (zie het boek In Einsteins achtertuin van Amanda Gefter) 4). Conclusie: de entiteit ruimtetijd bestaat in werkelijkheid niet. 3 Minkowski, H. ( ), "Raum und Zeit", Physikalische Zeitschrift 10: Gefter, A.: In Einsteins Achtertuin, Maven Publishing, 2014, p. 105 Pagina 7

9 Hoofdstuk 4 Lengtecontractie bestaat niet In 1887 wilden Michelsen en Morley experimenteel aantonen dat het heelal gevuld zou zijn met ether 5). Het werd het meest beroemde mislukte experiment uit de geschiedenis (zie bijlage 3). Het bestaan van ether kon niet worden aangetoond. Om het feit te verklaren dat alle waarnemers ongeacht hun eigen bewegingstoestand dezelfde lichtsnelheid meten, bedacht George FitzGerald in 1889 dat objecten fysisch precies zo veel inkrimpen of uitrekken dat het effect van de beweging van een waarnemer wordt gecompenseerd en de lichtsnelheid constant blijft (in dit geval de afgelegde afstand die het experiment door de ruimte had afgelegd verdisconteerd in de afstand die het licht in het experiment had afgelegd vanuit diverse richtingen 6). In 1892 kwam de Nederlander Hendrik Antoon Lorentz met zijn beroemde formule γ= (1-v²/c²) waarmee hij deze lengtecontractie kon berekenen 7). In 1898 stelde Jules Henri Poincaré dat de snelheid van het licht een onverbeterlijke limiet zou zijn, mits de veronderstelling van lengtecontractie juist zou zijn 8). Als verschillende waarnemers verschillend verslag doen van dezelfde opeenvolging van gebeurtenissen, dient elk van die beschrijvingen te worden begrepen als relatief ten opzichte van een bepaalde waarnemer. Een beschrijving van een bepaald systeem (toestand en/of waarden van fysische hoeveelheden) kan derhalve niet worden opgevat als een absolute (waarnemer-onafhankelijke) beschrijving van de werkelijkheid, maar veeleer als een formalisering van de eigenschappen van een systeem ten opzichte van een bepaalde waarnemer. Vergelijk een en ander met het kijken naar een meetlat van 30 centimeter. Kijk je er tegen de zijkant tegenaan is de meetlat 30 centimeter. Zodra je de meetlat draait, lijkt hij korter te worden, tot zelfs vrijwel helemaal nul. Lorentztransformaties zijn dus waarnemerafhankelijke beschrijvingen van de werkelijkheid. In werkelijkheid blijft de meetlat 30 centimeter! Zou de meetlat in werkelijkheid korter worden, zou dit in strijd zijn met de eerste hoofdwet van de thermodynamica (wet van behoud van energie), die stelt dat energie niet verloren kan gaan en ook niet uit het niets kan ontstaan. Met de beroemde formule E=mc 2 weten we dat massa en energie van een systeem met elkaar verbonden zijn. We weten dat energie verloren kan gaan wanneer er massa gecreëerd wordt, en vice versa. Zou lengtecontractie werkelijk bestaan zou met het draaien van de meetlat energie verloren moeten gaan in het niets of zou er energie uit het niets moeten ontstaan. Lengtecontractie is dus pertinent in strijd met de eerste hoofdwet van de thermodynamica. Jules Henri Poincaré gaf in 1898 al aan dat de snelheid van het licht dan ook géén onverbeterlijke limiet zou zijn. Hoewel lengtecontractie dus niet bestaat, kon Einstein de relatieve tijd berekenen door de formule voor lengtecontractie van Lorentz (voor iets dat dus niet bestaat) om te keren γ=1/ (1-v²/c²). Logisch, als je bedenkt dat de eenheid voor snelheid aangegeven wordt met lengte (m) gedeeld door tijd (s). 5 Michelson, A.A. and Morley, E.W.: Am. J. Sci., 134, 333 (1887). 6 FitzGerald, G.F.: The ether and the earth's atmosphere, Science deel 13, nr. 328, p. 390, jaar Lorentz, H.A.: La théorie electromagnétique de Maxwell et son application aux corps mouvants, Archives néerlandaises des Sciences exactes er naturelles, Poincaré, H. (1905), Sur la dynamique de l électron Pagina 8

10 In 1923 omschreef Einstein zijn tweede postulaat van de speciale relativiteitstheorie als volgt:. licht plant zich altijd voort door het vacuüm met een vaste snelheid c, die niet afhankelijk is van de bewegingstoestand van het uitzendende lichaam 9). Wanneer we deze tweede postulaat loslaten op het experiment van Michelsen en Morley had FitzGerald helemaal geen lengtecontractie bedacht. Zoals Einstein aangaf is de snelheid van het licht niet afhankelijk van de bewegingstoestand van het uitzendende lichaam (in het experiment van Michelsen en Morley de meebewegende oorsprong van waaruit gemeten wordt). Conclusie: de entiteit lengtecontractie bestaat in werkelijkheid niet. 9 Einstein, A., Lorentz, H.A., Minkowski, H. en Weyl, H.: The Principle of Relativity, 1923 (Dover) Pagina 9

11 Hoofdstuk 5 Singulariteiten bestaan niet De huidige natuurwetenschap gaat er van uit dat in een zwart gat alle materie samengeperst zit in een zogenaamd singulariteit. Een singulariteit is in de kosmologie een punt met een oneindig klein volume en een oneindige grote dichtheid. Rondom een zwart gat bevindt zich een zone van waaruit het licht niet meer kan ontsnappen, een zogenaamd waarnemingshorizon. Omdat het licht hier niet uit kan ontsnappen, staat volgens de speciale relativiteitstheorie de tijd daar dan ook stil. De waarnemingshorizon is uit te rekenen met de formule voor de Schwarzschildstraal. Binnen de waarnemingshorizon zijn volgens huidige inzichten de natuurwetten niet meer van kracht (omdat de tijd daar stil komt te staan). De vector tijd (één van de vier vectoren van ruimtetijd ) mag hier dan nul zijn, de drie vectoren ruimte hoeven dit niet te zijn. Wel gaat de huidige wetenschap er van uit dat de zwaartekracht hier zo sterk is, dat alle massa wordt samengeperst in een punt met een oneindig klein volume en een oneindige grote dichtheid (een singulariteit). Of dit ook echt zo is? We weten het niet. Omdat tijd echter niet stil komt te staan, zoals in hoofdstuk 1 beschreven, zal dit beeld waarschijnlijk niet kloppen en zal alle massa waarschijnlijk zijn samengeperst tot een quark-gluonplasma (QGP of quarksoep ) in een punt met enige omvang. De afmeting van deze quarksoep is (vermoedelijk) kleiner dan de waarnemingshorizon, vergelijkbaar met de afmeting van de zwarte stip in bovenstaand plaatje (géén singulariteit dus). In de oerknal onderging de quarksoep (ontstaan in de eindkrak van ons vorig heelal) een overgang naar hadronische materie, waarin quarks en gluonen hun huidige vorm kregen en uitsluitend in neutronen en protonen huizen. In een zwart gat ontstaat vermoedelijk een dusdanig extreem hoge temperatuur en dichtheid, vergelijkbaar met de situatie die voorkwam in de eerste 20 tot 30 microseconden na de oerknal, dat hadronische materie overgaat in een quarksoep. Conclusie: de entiteit singulariteit bestaat in werkelijkheid niet. Pagina 10

12 Hoofdstuk 6 Kinetische energie In hoofdstuk 8 van zijn boek A Brief History of Time schrijft Hawking dat de materie in het heelal is samengesteld uit positieve energie. Hij schrijft dat een zwaartekrachtsveld rondom een zekere massa negatieve energie bevat die precies wegvalt tegen de positieve energie die wordt belichaamd door de materie van die massa. In hoofdstuk 10 van zijn boek schrijft Hawking dat materie met een positieve energiedichtheid zorgt voor een positief gekromde ruimte. Beweging (en ook rotatie) wordt veroorzaakt door kinetische energie. Bij een gelijkblijvende snelheid veranderd de kinetische energie niet. Een toename van snelheid zorgt voor een grotere hoeveelheid kinetische energie, die alleen verkregen kan worden door afname van massa (E=mc 2 ), denk aan een verbrandingsmotor van een raket. Afname van massa zorgt voor een minder positief gekromde ruimte, oftewel een meer negatief gekromde ruimte. Beweging (ook rotatie) zorgt dus voor een negatief gekromde ruimte. De algemene relativiteitstheorie zegt dat de aanwezigheid van massa de (gekromde) geometrie van de ruimte veroorzaakt (een positief gekromde ruimte). De in het verleden opgebouwde kinetische energie van de aarde zorgt ook voor een kromming van de ruimte (een negatief gekromde ruimte). Omdat de som van negatief en positief gekromde ruimte nul is, blijft de aarde in haar baan om de zon draaien. Dat dit een wezenlijk andere benadering is dan de klassieke mechanica mag duidelijk zijn. Kinetische energie (rechtlijnige of rotende beweging) zorgt voor een (negatieve) kromming van de ruimte en niet voor een toenemende massa bij een toenemende kinetische energie zoals de speciale relativiteitstheorie aangeeft. Beweging en rotatie bestaan uit negatieve energie. Massa bestaat uit positieve energie. Gezamenlijk houden ze de totale energiebalans in het heelal op nul. Om de totale energiebalans in evenwicht te houden moet er dus wel gigantisch veel beweging in het heelal zijn (tot in het kleinste deeltje toe). Ook zwarte gaten zullen dus (vermoedelijk) roteren. Pagina 11

13 Hoofdstuk 7 Plasmakosmologie In de plasmakosmologie wordt ervan uitgegaan dat tussen de hemellichamen plasma's bestaan. Plasma is een geïoniseerde -geleidende- hoeveelheid materie waardoor er in de ruimte elektrische stromen kunnen lopen. In de ruimte zijn dit zeer ijle gassen. Maar door de enorme grootte van het plasma kunnen die elektrische stromen zeer groot zijn. Elektrische stromen genereren magnetische velden, welke weer invloed kunnen hebben op de plaats in de ruimte van de stromen zelf. Parallelle bundels trekken elkaar aan en gaan om elkaar heen spiraliseren. Dit worden Birkelandstromen genoemd. Elektromagnetische krachten zijn veel groter dan de krachten van de zwaartekracht. De zwaartekracht reikt verder, maar vanwege de geleidende plasma's die het heelal vullen kunnen die elektrische stromen met hun elektromagnetische werking overal komen. De plasma's zelf (de wolken ionen zelf) kunnen ook bewegen. Als deze plasma's door een magnetisch veld bewegen dan ontstaan in het plasma weer nieuwe elektrische stromen. Als er elektrische stromen door een plasma lopen kunnen deze als ze boven een bepaalde waarde komen lichtverschijnselen geven, zoals bij tl-lampen en bij nog hogere waarden vergelijkbare effecten vertonen als bij elektrische vlambogen zoals die gebruikt worden bij het elektrisch lassen. De eerste hypotheses werden ontwikkeld door Kristian Birkeland ( ) bij zijn onderzoek naar het noorderlicht. Hij voorspelde een aanwezigheid van plasma in de ruimte waardoor elektrisch geladen deeltjes (elektronen en protonen) een elektrische verbinding kunnen maken van de zon met de magnetische polen van de aarde. Deze deeltjes ioniseren de gassen van de aardse atmosfeer en genereren zo het noorderlicht. In 1959 werd dit plasma gemeten door de Loena 2. De westerse wetenschappers verwierpen deze metingen als meetfouten. Tot dan toe was de opvatting dat de ruimte een elektrisch isolerend vacuüm was. In 1962 werd door de Mariner 2 opnieuw de aanwezigheid van elektrisch geladen gas gemeten. Dat werd de Zonnewind genoemd. Door zonnewind veroorzaakt noorderlicht (aurora borealis) en zuiderlicht (aurora australis) Pagina 12

14 In 1937 liet de Nobelprijswinnaar en plasmawetenschapper Hannes Alfvén de plasmakosmologie het licht zien. In 1973 werd de grote invloed van plasma in de ruimte door satellietwaarnemingen bevestigd. Op 24 september 2012 maakte de NASA bekend dat ons melkwegstelsel wordt omringd door een halo van "heet gas" met een grootte van honderdduizenden lichtjaren. Deze halo is waargenomen met de Chandra X-Ray Observatory, een satelliet die astronomische waarnemingen doet in het röntgengebied in het heelal. Toen de Voyager 1 ruimtesonde de heliosfeer verliet, werd het geluid van dit plasma in de interstellaire ruimte opgenomen. Tekening van halo rondom ons melkwegstelsel NASA s Jet Propulsion Laboratory publiceerde op 6 maart 2014 een nieuwe theorie gebaseerd op 3D modellen van planeetvormende schijven en metingen van NASA s Spitzer Space Telescope. Hierdoor wordt de verklaring hoe planeten, asteroïden en kometen kunnen ontstaan verbeterd door de effecten van gigantische magnetische stormen in plasma. Deze ontdekkingen betekenen een paradigmaverschuiving richting plasmakosmologie. Pagina 13

15 Hoofdstuk 8 Ruimtereizen zonder warp technologie Om prettig ruimtereizen te kunnen maken zullen we de zwaartekracht moeten nabootsen. Science fiction gaat tot nu toe uit van een constante snelheid, waarbij de zwaartekracht nagebootst wordt door middelpuntvliedende krachten. Het grote probleem is echter eerst op die constante snelheid te komen zonder verpletterd te worden door gigantische g-krachten. Allemaal leuk en aardig, de werkelijke oplossingen liggen zo als zo vaak direct om de hoek. Zoals we in hoofdstuk 1 hebben gezien kunnen we wel sneller reizen dan het licht. Met kernfusie-technologie moet het mogelijk zijn voor lange tijd een constante versnelling van 10 m/s 2 (oftewel 1g = de zwaartekracht op aarde) te realiseren (en uiteraard ook dezelfde vertraging om op tijd te stoppen). Om de zwaartekracht op aarde na te bootsen moet een reis naar een andere ster dus tot halverwege met 1 g worden versneld en daarna (nadat je de raket hebt omgekeerd) met 1 g worden vertraagd. De formule om de benodigde tijd uit te rekenen om een andere ster te bereiken is: t = 2 x d/g. De benodigde tijd (t in seconden) om te vertrekken uit stilstand en een ster te bereiken in stilstand onder een gelijkblijvende versnelling (tot halverwege) en vertraging (vanaf halverwege) bedraagt twee maal de wortel uit de afstand d (in meters van vertrek tot eindpunt) gedeeld door de continu gehanteerde versnelling/vertraging g (in m/s 2 ). In een op 12 april 2017 gehouden speech aan de Oxford University roept Stephen Hawking de mensheid op binnen de honderd jaar de planeet te verlaten om te kunnen overleven. Volgens Hawking ligt de toekomst van de mens in de ruimte en moeten we zo snel mogelijk beginnen met het koloniseren van een nieuwe planeet. Zoals ik aangeef kan dat zonder warp technologie. Rondom de op 39 lichtjaar afstand gelegen ster Trappist-1 liggen een zevental planeten met een ESI (Earth Similarity Index = aarde gelijkenis Index) tussen de 0,45 en 0,90. Dit lijkt dan ook een bijzonder aantrekkelijke ster om nader te onderzoeken. Willen we de zeven planeten van Trappist-1 eerst onderzoeken, voordat we er zelf heen gaan, zouden we met een verkenningsrobot kunnen doen, waarmee we een veel grotere versnelling kunnen toepassen. Een reis naar Trappist-1 met een versnelling/vertraging van bijvoorbeeld 100 m/s 2 duurt dan slechts 3,85 jaar. Met dezelfde snelheid weer terug kan een verkenningsrobot dus binnen acht jaar de eerste close-up foto s van de zeven planeten van Trappist-1 laten zien. Aan de hand hiervan kan een expeditie richting Trappist-1 opgezet worden, waarbij de eerste mens na 12 jaar en 106 dagen deze ster kan bereiken. Verkenning en missie dus binnen een periode van één generatie. Met de huidige ontwikkeling van technologie (kernfusie) kan bewoning van één van deze (mogelijk) bewoonbare planeet aan het begin van de 22 e eeuw plaatsvinden. De oproep van Hawking om één van de zeven planeten van Trappist-1 te koloniseren kan dus in 2117 bewaarheid worden. De formule om de maximale snelheid gedurende de reis uit te rekenen is: v max = ½t g. De maximale snelheid (halverwege) bedraagt de helft van de totale reistijd (in seconden) maal de continu gehanteerde versnelling (in m/s 2 ). Als wij de reis naar Trappist-1 maken hebben we halverwege een snelheid van 6,15 jaar maal maal 9,81 m/s 2 = m/s = 6,35 c (lichtsnelheid). Ruim 6 keer de lichtsnelheid, oftewel in 79 seconden van de aarde naar de zon (normaal doet het licht er 500 seconden over om van de zon naar de aarde te komen). Onze verkenningsrobot naar Trappist-1 haalt halverwege zelfs een snelheid van 20,26 c (oftewel in 25 seconden van de aarde naar de zon). Pagina 14

16 Bijlage 1 Cirkelredenatie Zoals in hoofdstuk 2 beschreven bewijzen relativistische formules zichzelf, het zijn selffulfilling prophecy (of cirkelredenatie; het is zo omdat het zo is). Onderstaand zal dat aan de hand van een muon worden aangetoond. Tijddilatatie is decennia geleden al bevestigd, door waarnemingen aan elementaire deeltjes 10), die zeer kleine massa s hebben (gewoonlijk t/m kg) en dus weinig energie vragen om te kunnen worden versneld tot snelheden in de buurt van de snelheid van het licht. Veel van deze elementaire deeltjes zijn niet stabiel en vervallen na enige tijd tot lichtere deeltjes. In het laboratorium meet de laborant een snelheid van de muon v = 0,6 c, oftewel 1,80 x 10 8 m/s. De laborant meet een gemiddelde levensduur van 2,8 x 10-6 s en hij meet een afgelegde afstand van 500 meter, voordat het vervalt. De speciale relativiteitstheorie zegt dat de gemiddelde levensduur van een muon met een snelheid van 0,6 c dus een gemiddelde levensduur oplevert van 2,2 x 10-6 s. Wanneer deze levensduur vermenigvuldigd wordt met de snelheid 1,80 x 10 8 m/s krijgen we een afgelegde afstand van 400 meter. Dit is korter dan de gemeten afstand. Aangezien de tijd langzamer loopt voor de muon met een snelheid van 0,6 c legt deze een afstand af van 1,25 maal 400 meter = 500 meter. Precies wat in het laboratorium is gemeten! Wanneer ik echter Einsteins woorden in herinnering neem:. licht plant zich altijd voort door het vacuüm met een vaste snelheid c, die niet afhankelijk is van de bewegingstoestand van het uitzendende lichaam, zie ik dat de toevoeging die niet afhankelijk is van de bewegingstoestand van het uitzendende lichaam ook geldt voor het meten van de snelheid van een muon. In dit geval meten we de werkelijke levensduur van de muon op het moment van ontstaan tot het eind, onafhankelijk van de bewegingstoestand van het uitzendende lichaam. We meten een snelheid 0,6 c van de muon, een gemiddelde levensduur van de muon van 2,8 x 10-6 s en een afgelegde afstand van de muon tijdens zijn gemiddelde levensduur van 500 meter, voordat het vervalt. Precies wat in het laboratorium is gemeten! 10 Giancoli, D.C.: Natuurkunde deel 2, Elektriciteit, magnetisme, optica en moderne fysica vierde editie, Pearson Benelux B.V., maart 2014, hoofdstuk 36 (speciale relativiteitstheorie) Pagina 15

17 Bijlage 2 Tijddilatatie Zoals eerder beschreven is tijd een opeenvolging van gebeurtenissen. Tijddilatatie of tijdsrek (dilatatie = uitrekking) is het verschijnsel dat volgens een waarnemer de tijd van een andere waarnemer trager verloopt. Men onderscheidt tijddilatatie in verband met beweging (bewegingstijddilatatie) en tijddilatatie in verband met gravitatie (gravitationele tijddilatatie). Gravitationele tijddilatatie en bewegingsdilatatie onder invloed van een gekromde ruimte is op bovenstaande afbeelding weergegeven. Bij satellietklokken dient rekening te worden gehouden met bovenstaande feitelijk waargenomen tijddilatatie. Ik ga er van uit dat met het veranderen van de kromming van de ruimte er een kleine verandering in cycli van de straling die hoort bij de overgang tussen twee energietoestanden van het isotoop 133 H plaatsvindt. Dit zou ook mogelijke verklaringen kunnen geven (door de draaiing van de aarde) in geconstateerde tijdverschillen bij vliegtuigen die in tegengestelde richting rond de aarde vlogen. Pagina 16

18 Bijlage 3 Het Michelsen-Morley experiment Om het bestaan van ether te bewijzen hebben Michelsen en Morley in 1887 een experiment ontwikkeld 11). Met behulp van een interferometer wilden zij het bestaan van ether als medium voor lichtgolven aantonen. Aangezien de aarde door die ether beweegt, zou de lichtsnelheid van lichtgolven ten opzichte van de ether dus verschillend moeten zijn naargelang de aarde met de ether mee of er tegenin draaide. Hoe deze opstelling er in werkelijkheid uitziet, zien we op onderstaande foto uit Michelson, A.A. and Morley, E.W.: Am. J. Sci., 134, 333 (1887). Pagina 17

19 Hier is een schematische opstelling van de proef: De bol links stelt een lichtbron voor die licht uitzendt op een half verzilverde spiegel S. Deze heeft de eigenschap dat hij ook licht doorlaat en niet alles afkaatst. Het licht dat door deze spiegel S komt, gaat naar spiegel B en kaatst weer terug. De lengte van dit stuk is l. Het licht dat door spiegel S weerkaatst wordt, gaat naar spiegel A over eenzelfde afstand l, waar het weer terugkaatst en samen met het licht uit spiegel B naar de waarnemer gaat. Als deze constructie stilstaat, v = 0, moet het licht natuurlijk even snel aankomen. De afstand is namelijk hetzelfde. Maar het toestel wordt in constante beweging gebracht over SB (over een denkbeeldige x-as) met snelheid v. Het licht van S naar B krijgt te maken met etherwind en vertraagt met c v. Op de terugweg heeft het dus de etherwind mee, en dan wordt de snelheid c + v. Verschil in tijd? Wij gaan nu berekenen hoeveel het verschil in tijd is. De tijd, aangegeven met t 1, om van spiegel S naar B te gaan en terug te komen is... Nu gaan we kijken wat de tijd is om van A naar S te komen en terug. Hier zal de tijd langer zijn, omdat de spiegels verplaatsen en het licht dus schuin gaat. Dit ziet er ongeveer zo uit: Pagina 18

20 ...waarin S 1, S 2 en S 3 de spiegel S voorstelt in beweging, hetzelfde geldt voor A. De afstand van S 1 tot S 2 is de simpelweg de helft van S 1 tot S 3 en dus 0,5vt 2, waarin t 2 de tijd, waarin het licht de afstand A tot S aflegt. Deze gaan we nu berekenen met de stelling van Pythagoras: Hier dus de wortel van en dat maal 2 (het licht moet ook nog terug), maakt... Omdat we nu de afstand hebben en ook de snelheid (c), kunnen we t 2 berekenen, namelijk... Als we t 2 vergelijken met t 1, vinden we... t 2 is dus alleen t 1, wanneer v=0. De conclusie was dat etherwind niet bestaat! Toch komt uit iedere meting t 2 = t 1! Men kon dus geen beweging ten opzichte van de ether vaststellen. Nadat George F. FitzGerald al tot het concept van lengtecontractie was gekomen kon de Nederlander Hendrik Antoon Lorentz deze berekenen met de formule: Pagina 19