Hoofdstuk 1. Uitgangspunten

Het eerste postulaat gaat over twee referentiekaders, of twee (groepen) waarnemers, die met constante snelheid reizen ten opzichte van elkaar. Deze kaders worden inertiaalstelsels genoemd. Het 'speciale' van de speciale relativiteitstheorie slaat erop dat de theorie beperkt is tot dergelijke inertiaalstelsels: er zijn dus geen onderlinge versnellingen in het spel.

Het postulaat is dat die waarnemers in hun eigen stelsel, als ze de juiste experimenten doen en slim genoeg zijn, allemaal dezelfde natuurkundige wetten zullen ontdekken, dezelfde vergelijkingen voor de mechanica, de zwaartekracht, het elektromagnetisme enzovoort.

Dat klinkt niet al te schokkend, toch? Het lijkt heel aannemelijk en Einstein was zelfs niet de eerste die dit voorstelde. Galileo Galileï ging hem zo'n driehonderd jaar eerder al voor toen hij in zijn 'Dialoog over de twee voornaamste wereldsystemen' schreef:

"Sluit jezelf op, in de hoofdkajuit benedendeks van een groot schip. Neem een grote kom water met enkele vissen erin. Als het schip stilligt, zwemmen de vissen zonder voorkeur in alle richtingen. Nadat je dit nauwkeurig hebt bestudeerd, laat dan het schip voortgaan met een willekeurige constante snelheid. Je zult géén verschil merken - noch zou je kunnen zeggen of het schip beweegt of niet."

Galileo Galileï

Het tweede postulaat stelt dat de lichtsnelheid in vacuüm hetzelfde is voor alle waarnemers die met een constante snelheid bewegen. In vacuüm betekent in de 'lege ruimte', dus niet in een materiaal waar het licht allerlei obstakels tegenkomt en interacties ondergaat.

Als je bij deze uitspraak stilstaat, is die nogal vreemd. Ze klopt niet met ons intuïtieve begrip van snelheden, en ook niet met de theorie van Newton. Als je aan het fietsen bent met 15 km/u, en je gooit een bonbon naar iemand, die verderop op de stoep staat, met nog eens 20 km/u, dan zal die de bonbon opvangen en zeggen dat die aankwam met een snelheid van 15 + 20 = 35 km/u. We zijn het er snel over eens dat dat klopt als een bus. Wacht even - we moeten zeggen: er was eens een tijd dat dat léék te kloppen.

We zijn het er allemaal over eens dat als je met een zeer snelle trein reist die voortraast met de helft van de lichtsnelheid, $v=\mathrm{½}c$ , en met je laserzaklamp een lichtflits uitzendt naar je partner op een station een eind verderop, die lichtflits ten opzichte van jou beweegt met de lichtsnelheid. Volgens onze oude intuïtieve redenering zou je partner op het station, als ze de snelheid van de lichtflits zou meten, uitkomen op een snelheid $u=c+\mathrm{½}c=\text{ 1}\mathrm{½}c$. Maar hier komt Einstein om de hoek kijken die ijskoud beweert dat de lichtsnelheid voor haar hetzelfde is als voor jou, dus dat $u=c$ . Dat staat haaks op onze intuïtie en lijkt op het eerste gezicht krankzinnig.

Hoe kan dit? Hoe kan zo'n eenvoudige redenering onjuist zijn? Zo reageerden de meeste natuurkundigen aanvankelijk ook. Als Einstein gelijk had, dan moest er ergens iets goed mis zijn - en dat bleek inderdaad het geval te zijn. Snelheid is gedefinieerd als afstand (ruimte) per tijd, en om de lichtsnelheid hetzelfde te laten zijn voor alle waarnemers, zullen we ons begrip van ruimte en tijd grondig moeten herzien. Dat was de boodschap. Het is nooit gemakkelijk om vooropgezette ideeën aan de kant te schuiven, zeker als ze volstrekt evident lijken. Maar feiten zijn immuun voor verzet. Daarom gaan we ons nu door middel van een reeks diagrammen ontdoen van een paar even hardnekkige als foutieve denkwijzen.