Albert Einstein, het genie

Het is een geweldig script voor een film. Aan het eind van de negentiende eeuw meenden wetenschappers dat de natuur geen grote geheimen meer voor ze had. De belangrijkste fenomenen, zoals elektriciteit en magnetisme, lagen keurig netjes vast in wetten. De natuurkunde was wel zo’n beetje ‘af’. Dachten ze.

Maar wat zaten ze er naast. Albert Einstein (1879 – 1955) maakte dat pijnlijk duidelijk. Zijn relativiteitstheorieën schetsten een compleet ander beeld van de natuur dan men gewend was. Geen vaste plaats en tijd, maar een vervormbare ‘ruimtetijd’, gekromd door zwaartekracht. Zijn theorieën leidden tot moderne natuurkunde, zoals quantummechanica, maar spelen ook een cruciale rol in technologieën die we vandaag de dag gebruiken. Kennislink beeldde zich in hoe het zou zijn om de beroemde geleerde te kunnen interviewen. Hier lees je het resultaat.

Professor Einstein, u weet als geen ander dat dit interview met u wel fictief moet zijn, nietwaar?
“Haha, een grapje om mee te beginnen, daar houd ik van. Maar u heeft gelijk, tijdreizen is voor zover ik weet onmogelijk. Je moet dan sneller dan het licht kunnen gaan; het uitgangspunt van mijn relativiteitstheorie is dat dit niet kan.”

Vijf jaar na uw afstuderen, in 1905, beleeft u een ‘wonderjaar’. U schrijft in korte tijd vier invloedrijke wetenschappelijke artikelen. Beschrijf uw situatie eens op dat moment.
“Ik was 26 jaar, en net getrouwd met mijn Hongaarse vrouw Mileva Marić. Mijn eerste zoon Hans Albert was een jaar oud. Na mijn studie kon ik een tijdlang geen fatsoenlijke baan vinden. Uiteindelijk begon ik in 1903 bij het patentbureau in Bern, als ‘expert derde klas’ (de laagste rang als academicus, red.). Daar vertaalde ik ideeën van uitvinders in octrooien. Leuk werk hoor, maar ik miste een echte uitdaging. Ik was tijdens mijn werk vaak aan het dagdromen over actuele vraagstukken uit de natuurkunde, waar ik me in mijn vrije tijd in verdiepte. In het voorjaar van 1905 kwamen voor mij alle ideeën bij elkaar.”

De natuurkundige James Clerk Maxwell had in zijn vergelijkingen over elektromagnetisme laten zien dat de lichtsnelheid een eindige waarde heeft. En hierbij speelden waarnemers geen rol. Stel, dacht ik, dat je aanneemt dat de lichtsnelheid voor iedereen hetzelfde is, wat betekent dat voor onze waarnemingen?

In de vergelijkingen die ik vervolgens afleidde, kon ik laten zien dat lengtematen korter lijken voor onderling bewegende waarnemers en klokken langzamer tikken. Daar was Lorentz ook al op uitgekomen, al ging hij daarbij uit van een bewegende ether die eigenschappen van objecten verandert.”

Dat is lastig voor te stellen. Kunt u een voorbeeld geven?
“Jazeker, in lezingen voor een groot publiek gebruikte ik vaak het voorbeeld van een klok die bestaat uit twee verticale spiegels. Daartussen kaatst een lichtstraal heen en weer. Elke keer als het licht een spiegel raakt, ‘tikt’ de klok. Dus als de afstand tussen de spiegels een meter is, tikt de klok 300 miljoen keer per seconde (de lichtsnelheid is 300.000 kilometer per seconde, red.). Tenminste, voor iemand die naast de klok staat. Dat is misschien moeilijk voor te stellen, maar het is een gedachte-experiment, onthoud dat!

U was een uitgesproken pacifist. En toch spoorde u de Amerikanen aan een verschrikkelijk wapen te ontwikkelen?
“Ik weet het, ik heb er veel verdriet om gehad. Mijn hele leven heb ik gepleit voor vrede en tegen geweld. Geweld kan nooit een oplossing zijn voor conflicten. Maar wat ik vaak heb uitgelegd is dat je soms een uitzondering moet maken als de vijand dreigt jouw groep te verwoesten. Dat was het geval met het Duitsland onder Hitler. In dit land was ik sinds 1933 niet meer welkom vanwege mijn Joodse achtergrond. Liever dat de Amerikanen een bom maakten, dan het Nazi-regime. Maar toen ik zag wat zo’n bom teweeg bracht, heb ik me intensief ingezet om kernwapens uit te bannen.”

Even terug naar de relativiteit. Want daarmee zou u in 1915 uw wereldwijde doorbraak bereiken, toen u de theorie uitbreidde met de zwaartekracht.
“Dat klopt. Mijn in 1905 gemaakte artikel beschreef de speciale relativiteitstheorie. Het betrof namelijk alleen constante snelheden. Maar in 1907 begon ik me af te vragen wat er gebeurt als iets versneld beweegt. En bovendien wilde ik de zwaartekracht beschrijven.

Mijn eerste ingeving voor deze algemene relativiteitstheorie kreeg ik tijdens mijn werk in het patentbureau. Ik dacht plots aan de situatie dat een man van het dak valt. De zwaartekracht trekt de man naar beneden, maar de man zelf voelt tijdens de val zijn eigen gewicht niet. Blijkbaar is versnelling hetzelfde als zwaartekracht! Dit noemde ik het ‘equivalentieprincipe’.

Het betekende ook dat zwaartekracht de vorm van de ruimtetijd kan veranderen. Met andere woorden: de massa van een object laat de ruimtetijd om zich heen krommen! Maar ook al had ik dit idee vrij snel voor ogen, om het in goede vergelijkingen op te schrijven was een nachtmerrie en heeft me vele jaren gekost. Ik had de grootste moeite om de wiskunde van transformaties van meerdere dimensies te doorgronden.

Gelukkig kreeg ik daar hulp bij van mijn oude studievriend Marcel Grossman. Eind 1915 wist ik dat ik klaar was toen ik het verloop van het perihelium (de kortste afstand tussen de planeet en de zon, red.) van de baan van Mercurius correct kon berekenen. Ik was een paar dagen uitzinnig van vreugde.”

U moest alleen uw collega’s nog overtuigen.
“Ja, want in eerste instantie waren ze sceptisch. Logisch, ze beseften dat ik de ideeën van Isaac Newton terzijde schoof. Hij was een soort God. Ze hadden bewijs nodig. Dat bewijs was te vinden in de sterrenhemel. Volgens mijn theorie kromt een zwaar object de ruimte om zich heen, waardoor ook licht een buiging ondervindt. Het licht van de sterren achter de zon wordt dus iets afgebogen door de zon als het de aarde bereikt.

In 1919 deed een expeditie met onder andere de Britse astronoom Arthur Eddington waarnemingen aan een zonsverduistering. Het licht van de sterren rondom de zon was precies volgens mijn voorspelde berekeningen verschoven. Dat was maar beter ook, want mijn theorie was correct. Dat klinkt misschien arrogant, maar ik wist gewoon dat ik gelijk had.”

Het bewijs voor uw theorie was wereldwijd voorpaginanieuws.
“Ik herinner me de kop nog van de Amerikaanse krant The New York Times: ‘Einstein theory triumphs’. Het was echt gekkenwerk, al die fotografen en verslaggevers! Ze stonden dagenlang voor mijn deur. En iedereen wilde dat ik lezingen of interviews gaf! Ik vond het zeer vermakelijk dat mensen zich zo opwonden over theorieën die ze zelf niet begrepen.”

U was niet altijd even gecharmeerd van de fotografen. We herinneren ons de opvallende foto met uw uitstekende tong.
“Dat was op mijn 72e verjaardag, in Princeton. We waren een avond uit geweest en ik zat achterin de auto. Fotografen hadden ons opgewacht en wilden maar niet weggaan. In al mijn irritatie heb ik toen mijn tong uitgestoken. Uiteindelijk kon ik erg om de foto lachen. Ik heb de foto nog vaak op ansichtkaarten gebruikt voor vrienden.”

Naast uw groei tot superster leidde uw algemene relativiteitstheorie ook tot ‘uw grootste blunder’. Licht u dat eens toe.
“Uit mijn theorie volgde dat het heelal óf uitdijt óf krimpt. Maar metingen leken aan te tonen dat het heelal statisch moest zijn. Ik voegde daarom een constante toe aan mijn vergelijkingen zodat mijn model een statisch heelal voorspelde en de overige uitkomsten hetzelfde bleven, de kosmologische constante. Maar later zou blijken, dankzij Edwin Hubble in 1929, dat het heelal wél uitdijt. Die kosmologische constante was dus helemaal niet nodig! Dat heb ik inderdaad mijn grootste blunder genoemd.”

Het zal u goed doen dat we inmiddels weten dat het heelal versneld uitdijt en een vergelijkbare kosmologische constante dit goed lijkt te kunnen beschrijven. Zo’n blunder was het dus misschien niet. Iets anders: we moeten het nog even hebben over uw theorie van licht. U noemde het zelfs uw meest revolutionaire idee. Waarom?
“De speciale relativiteitstheorie hing eigenlijk in de lucht. Dat de lichtsnelheid voor iedereen hetzelfde is volgt uit de beschrijvingen van elektromagnetische golven van Maxwell. De afleiding is zo eenvoudig, dat als ik het niet was, iemand anders het vroeg of laat wel had gedaan. De energie-eigenschappen van licht vond ik pas echt revolutionair.

Ik vond het merkwaardig dat toestanden van gassen en vloeistoffen bepaald worden door afzonderlijke atomen, terwijl elektromagnetische golven zich over alle punten in de ruimte voortplanten. Veel verschijnselen met licht zijn echter beter te begrijpen als je licht óók opgebouwd ziet uit een reeks losse deeltjes. Planck had dat ook gedaan, maar alleen als wiskundig trucje. Ik zag het als de realiteit, ook al ontbrak het bewijs daarvoor.”

Het bewijs kwam met het foto-elektrisch effect.
“Inderdaad, dat is het effect waarbij licht elektriciteit opwekt als je het richt op een metalen oppervlak. Daarbij was de kleur van het licht bepalend voor het wel of niet ontstaan van elektriciteit en werd de stroom niet groter als de intensiteit van het licht toenam. Dat waren sterke aanwijzingen voor mijn theorie dat licht uit energetische deeltjes bestaat die elektronen losslaan uit het metaal. Het Nobelcomité zag ook de revolutionaire waarde in blijkbaar, want ik heb er in 1922 de Nobelprijs voor gekregen.”

Interessanter is misschien wel dat uw lichttheorie aan de basis lag voor de nieuwe theorie van quantummechanica, die later door Niels Bohr en Werner Heisenberg uitgewerkt werd. U voerde jarenlang discussies met Bohr over deze theorie. Vertelt u uw kant van het verhaal.
“In de quantumtheorie stond onzekerheid centraal. Eigenschappen van materie en energie konden alleen in kansen uitgedrukt worden. Dat kon ik niet accepteren. Alsof niets zeker is en toeval domineert! Het kan niet zijn dat God dobbelt met de natuur. Voor alles moet een oorzaak gevonden kunnen worden. Er moest dus een soort onderliggende realiteit zijn die we niet konden zien. Dat maakte de theorie naar mijn mening onvolledig.”

Helaas heeft u ongelijk gekregen. Later is uit experimenten gebleken dat Bohr het bij het rechte eind had.
“Daar geloof ik niets van. Het is een theorie waar intuïtie geen plaats heeft. Er moeten diepere processen zijn die we nog niet hebben gevonden.”

In 1920 kreeg u een eredoctoraat in Leiden. Wat voor band had u met Nederland?
“Nederland speelde een belangrijke rol in mijn leven. Ten eerste zag ik Hendrik Antoon Lorentz als een soort geestelijk vader. Lorentz was een genie. We ontmoetten elkaar voor het eerst tijdens de eerste Solvay-conferentie in Brussel, in 1911. Maar we hebben zeer intensief met elkaar gecorrespondeerd over relativiteit en straling.

Verder hebben Utrecht en Leiden beide geprobeerd mij als hoogleraar aan te stellen. Dat wilde ik niet, maar op aandringen van mijn goede vriend Paul Ehrenfest heb ik een eredoctoraat in Leiden aangenomen. De aanstelling had nog wel wat voeten in de aarde. De Nederlandse overheid ging pas laat akkoord, omdat er geruchten gingen over conflicten met studenten en intieme relaties. Allemaal misverstanden hoor. Uiteindelijk kwam ik geregeld in Leiden en logeerde ik bij Paul. Ik vond hier de rust tussen de hectiek in Berlijn.”

Bedankt voor het interview. U bent inmiddels door het tijdschrift Time uitgeroepen tot persoonlijkheid van de 20^e eeuw. Een mooie erkenning, nietwaar?
“Zeker, en toepasselijk gezien de naam van het tijdschrift. Je kunt wel stellen dat ik het begrip van tijd heb veranderd.”