De Hemel boven Bern de Nacht dat Einstein het Universum Veranderde
Op 30 juni 1905 voltooide een zesentwintigjarige klerk van het Federale Octrooibureau in een bescheiden appartement in Bern een artikel van eenendertig pagina's dat de fundamenten van de Newtoniaanse natuurkunde zou slopen. Albert Einstein diende «Over de elektrodynamica van bewegende lichamen» in bij het tijdschrift Annalen der Physik. Deze sterrenkaart vangt het sterrengewelf boven Bern die avond — dezelfde sterren waarvan het licht, zoals Einstein net had aangetoond, met een absolute en onveranderlijke snelheid reist.
Historische context
Het jaar 1905 staat in de wetenschapsgeschiedenis bekend als het «Annus Mirabilis» — het wonderjaar. In de loop van enkele maanden publiceerde een zesentwintigjarige onbekende, een ambtenaar derde klasse bij het Federale Bureau voor Intellectueel Eigendom in Bern, vier wetenschappelijke artikelen die elk op hun eigen manier ons begrip van het universum revolutioneerden. Het derde van deze artikelen, ingediend op 30 juni 1905, droeg een onopvallende titel: «Over de elektrodynamica van bewegende lichamen». Het bevatte de theorie van de speciale relativiteit.
Albert Einstein was geen professor. Hij had geen laboratorium. Hij had geen prestigieuze universitaire aanstelling. Na zijn afstuderen aan de Eidgenössische Technische Hochschule in Zürich in 1900 had hij twee moeilijke jaren doorgebracht op zoek naar een assistentenpositie, de ene afwijzing na de andere incasserend. Het was via een vriend, Marcel Grossmann, dat hij uiteindelijk in 1902 deze bescheiden ambtenarenpost in Bern bemachtigde. Zijn werk bestond uit het beoordelen van octrooiaanvragen — vaak gerelateerd aan elektrische apparaten en de synchronisatie van klokken.
Misschien was het juist deze dagelijkse onderdompeling in de praktische vragen van tijdsynchronisatie die zijn diepste overpeinzingen voedde. Want de speciale relativiteitstheorie is in wezen een theorie van de tijd. Einstein realiseerde zich dat als de lichtsnelheid constant is voor alle waarnemers — zoals hedendaagse experimenten suggereerden — de tijd zelf relatief moet zijn. Twee klokken die ten opzichte van elkaar bewegen, tikken niet in hetzelfde tempo. Gelijktijdigheid is een illusie. Ruimte en tijd zijn niet de starre, absolute kaders die Newton had gepostuleerd, maar een soepel, verweven weefsel: de ruimtetijd.
Op 30 juni 1905, op een warme Berner zomeravond, voltooide Einstein zijn manuscript. Men stelt zich de jonge man voor, met zijn prille snor en nog getemd haar, die zijn pen neerlegde in het appartement aan de Kramgasse 49, op de tweede verdieping. Zijn vrouw Mileva zorgde waarschijnlijk voor hun zoon Hans Albert, pas een jaar oud. Door het raam tekenden de daken van de oude binnenstad van Bern zich af tegen de schemering.
Welk hemels schouwspel strekte zich die avond uit boven Bern? De zomerzon ging laat onder achter de Berner Alpen en badde de middeleeuwse arcades van de stad in gouden, strijkend licht. Toen de duisternis eindelijk inviel, ontvouwde de Zwitserse zomerhemel zich in al zijn pracht. De Melkweg welfte zich als een lichtgevende band van noordoost naar zuidwest, het zenit kruisend met opmerkelijke helderheid dankzij de zuivere Alpenlucht.
Het sterrenbeeld Schorpioen domineerde de zuidelijke horizon, met Antares, zijn bloedrode hart, zachtjes pulserend. Boven de Schorpioen richtte de Boogschutter zijn pijl op het centrum van de melkweg — die mysterieuze kern waarvan de aard pas decennia later begrepen zou worden. Vega, in het sterrenbeeld Lier, schitterde met een blauwwitte glans bijna recht in het zenit en domineerde de «Zomerdriehoek» met Deneb in de Zwaan en Altair in de Arend. Arcturus, de oranje ster van de Ossenhoeder, daalde langzaam naar de westelijke horizon.
De kosmische ironie is treffend: Einstein had op dat precieze moment net bewezen dat het licht van deze sterren zich niet gedroeg zoals iemand had gedacht. Het licht van Arcturus, reizend met 299.792 kilometer per seconde, deed er ongeveer 37 jaar over om Einsteins netvlies te bereiken. Dat van Vega 25 jaar. Dat van Antares 550 jaar. En dit licht, hoe snel een waarnemer het ook tegemoet zou reizen, zou altijd met exact dezelfde snelheid aankomen. Dit postulaat, zo eenvoudig in zijn formulering, zo duizelingwekkend in zijn consequenties, impliceerde dat de tijd vertraagt wanneer je versnelt, dat massa toeneemt met snelheid, en dat energie en massa uitwisselbaar zijn — E=mc².
Die laatste vergelijking, de beroemdste in de wetenschapsgeschiedenis, verscheen enkele maanden later in een kort addendum gepubliceerd in september 1905. Vijf symbolen. Drie letters. De equivalentie van materie en energie. In deze formule lag het geheim van de zon — de kernfusie die sterren al miljarden jaren doet branden. In deze formule lag helaas ook het principe van de atoombom die veertig jaar later Hiroshima zou verwoesten.
Einstein kreeg geen onmiddellijke reactie op zijn artikel. De wetenschappelijke wereld had jaren nodig om de reikwijdte te bevatten van wat hij had geschreven. Max Planck in Berlijn was een van de eersten die het belang van het werk erkende. Maar voor de meeste fysici in 1905 verdiende een artikel van een obscure Zwitserse ambtenaar die octrooien beoordeelde geen aandacht.
Toch was onder de sterrenhemel van Bern, in die juninacht van 1905, de natuurkunde voorgoed veranderd. De sterren die Einstein vanuit zijn raam aanschouwde zouden nooit meer dezelfde zijn — niet omdat zij veranderd waren, maar omdat de mensheid, dankzij een slapeloze, visionaire kantoorklerk, eindelijk had begrepen wat ze werkelijk waren: kernfornuizen waarvan het licht een kneedbare ruimtetijd doorkruiste, gekromd door de zwaartekracht, waar de tijd slechts één dimensie was onder andere in een universum dat veel vreemder en wonderlijker was dan wat Newton zich ooit had voorgesteld.