Wat is lengte contractie?
Lengtecontractie verwijst naar een fenomeen waarin een object als korter wordt gezien langs de dimensie van zijn beweging door een waarnemer wanneer het object in beweging is ten opzichte van die waarnemer. Het wordt ook Lorentzcontractie of Lorentz – Fitzgerald-contractie genoemd, naar fysici Hendrik Lorentz en George Fitzgerald. Hoe sneller een object beweegt ten opzichte van de waarnemer, hoe meer het samentrekt vanuit het perspectief van de waarnemer. Dit effect is zo klein dat het verwaarloosbaar is bij snelheden die mensen in het dagelijks leven waarschijnlijk tegenkomen, maar bij objecten die met een aanzienlijke fractie van de lichtsnelheid bewegen, wordt het meer merkbaar.
Het fenomeen van samentrekking van de lengte is een gevolg van speciale relativiteitstheorie. Volgens de relativiteitstheorie is de snelheid van het licht in een vacuüm (ongeveer 300.000 kilometer of 186.000 mijl per seconde), of c, altijd constant voor alle waarnemers. In tegenstelling hiermee blijft dit het geval voor licht dat wordt uitgezonden door een bron die beweegt vanuit het perspectief van een waarnemer.
Stel dat een object wordt gelanceerd in de richting van de reis vanuit een ruimteschip dat met 5 kilometer per seconde (KPS) ten opzichte van de aarde beweegt en het met 1 KPS van het schip af stuwt. Een waarnemer in het schip zal het waarnemen als wegbewegend bij 1 KPS, terwijl een waarnemer op aarde het waarneemt bewegend bij 6 KPS. Als een extern licht op het schip wordt ingeschakeld, zal de waarnemer in het schip het licht detecteren dat van het schip weggaat bij c, maar de waarnemer op aarde zal ook het licht waarnemen dat bij c beweegt, niet c plus de snelheid van het schip .
Het resultaat is dat het precieze moment waarop het licht van het schip een bepaalde locatie bereikt, voor verschillende waarnemers zal variëren, afhankelijk van hun snelheid ten opzichte van het ruimteschip. Bijgevolg zullen ze het oneens zijn over welke andere gebeurtenissen op datzelfde moment plaatsvonden. Dit wordt de relativiteit van gelijktijdigheid genoemd.
Hoe dit verband houdt met de gedetecteerde lengte van een object, wordt meestal uitgelegd in het volgende gedachte-experiment. Stel je een rij gesynchroniseerde klokken voor, waarbij elke klok kan meten wanneer het linker- en rechteruiteinde van een bewegend object ervoor passeren. Nadat een object voorbij de rij klokken is gegaan, kan een waarnemer de lengte bepalen door de afstand te berekenen die twee klokken van elkaar moeten zijn om het rechteruiteinde van het object een klok te laten bereiken op hetzelfde moment dat het linkeruiteinde de tweede bereikt klok.
Twee waarnemers die een referentiekader delen, zullen het eens zijn over de lengte. Aangezien de meting is gebaseerd op welke gebeurtenissen tegelijkertijd plaatsvinden, zullen waarnemers die in beweging zijn ten opzichte van elkaar het niet eens zijn over de lengte. Hoe groter de snelheid van een waarnemer ten opzichte van de klokken, hoe meer hun metingen zullen verschillen van die van een waarnemer in rust ten opzichte van hen.
Het effect van lengte-krimp groeit bij hogere snelheden. Een object dat 0,05c (5 procent van de lichtsnelheid) verplaatst, ongeveer 14.999 kilometer (9.314 mijl) per seconde, lijkt heel licht te zijn ingekort voor een stationaire waarnemer - ongeveer 99,87 procent van de lengte in rust als het parallel is georiënteerd naar de lijn van zijn beweging. De lengte waargenomen door de waarnemer krimpt tot 97,79 procent van zijn lengte in rust bij 0,2c, 91,65 procent bij 0,4c en 71,41 procent bij 0,7c. Bij 0,9c wordt de gedetecteerde lengte van het object teruggebracht tot 43,58 procent en bij 0,999c trekt het terug naar slechts 4,47 procent. Dichter bij c krimpt zelfs nog extremer, hoewel de lengte nooit tot nul krimpt.
Als er een waarnemer met het object reist, neemt deze waarnemer het object niet als samentrekkend omdat, vanuit zijn of haar perspectief, de relatieve snelheid van het object nul is. In het referentiekader van die waarnemer staat het object stil terwijl de rest van het universum in beweging is ten opzichte van de waarnemer, en dus vanuit het perspectief van die waarnemer is het de rest van het universum die samentrekt.
De verandering in de gemeten lengte van een object dat een lengte-contractie ondergaat, verschilt van hoe het object er visueel zou uitzien, zoals gezien door het menselijk oog of een camera, omdat een object dat snel genoeg beweegt om een merkbare lengte-contractie te produceren, met een aanzienlijk percentage van de snelheid van zijn eigen licht. Bij dergelijke snelheden zullen fotonen die tegelijkertijd uit verschillende delen van het object worden uitgezonden de waarnemer op aanzienlijk verschillende tijdstippen bereiken, waardoor het visuele uiterlijk van het object wordt verstoord. Aldus zou een object dat met een hoge snelheid naar een waarnemer toe beweegt, worden vervormd, zodat het ondanks visuele contractie langer lijkt voor visuele inspectie. Een object dat van de waarnemer af beweegt, zou korter lijken vanwege hetzelfde vertragingseffect, bovenop de werkelijke lengtecontractie, en een object dat voorbij de waarnemer gaat, lijkt scheef of gedraaid.