>>NFS>>Arkiv>>Verdens Fysikk�r 2005

Verdens Fysikk�r 2005

Albert Einstein av �yvind Gr�n

Einstein ble f�dt 14. mars 1879 i byen Ulm i Syd-Tyskland. Einstein fikk i 1901 stilling som saksbehandler i Bern kontoret til Det sveitsiske patentbyr�, som han beholdt til 1909. Dette var en enormt skapende periode i Einsteins liv.

Da Einstein var 16 �r, hadde han gjort seg f�lgende tanker: Hva ville jeg se dersom jeg kunne bevege meg sammen med en lysb�lge? Jeg ville ha observert et "fastfrosset" elektromagnetisk felt som varierer periodisk i rommet. Noe slikt synes imidlertid ikke � eksistere; det har aldri v�rt observert, og Maxwells elektromagnetiske likninger har ingen l�sninger som beskriver et slikt fastfrosset b�lgem�nster i rommet. "Det ble da intuitivt klart for meg," skriver Einstein i sin selvbiografi, "at sett av en observat�r som beveger seg, skulle alle fysiske fenomener skje if�lge de samme fysiske lover som for en observat�r i ro p� jorden." Denne tanken forble viktig for Einstein og munnet ti �r senere ut i den spesielle relativitetsteorien.

�ret 1905 var Einsteins mirakel�r. Han presenterte fire betydningsfulle arbeider dette �ret, hvorav tre var epokegj�rende. I det f�rste arbeidet gikk Einstein videre med ideen til Max Planck om at energien til lyset er delt opp i lyspartikler kalt fotoner. Energien til fotonene er bestemt av fargen p� lyset. Teorien til Einstein kunne forklare fenomenet som kalles foto-elektrisk effekt: det at man kan produsere elektrisk str�m ved � sende lys mot et metall. I 1921 fikk Einstein nobelprisen i fysikk for dette arbeidet.

I et annet arbeid fra 1905 diskuterte Einstein s�kalte brownske bevegelser. Det er tilfeldige bevegelser av mikroskopisk sm� partikler i en v�ske. Han ga her en matematisk analyse av hvordan slike partikler vil oppf�re seg under p�virkning av en rekke st�t fra molekyler i vesken. Denne betraktningen gir et solid fysisk bevis for at molekyler er reelle objekter, noe som ikke var helt opplagt for 100 �r siden.

Allerede tidlig p� 1600-tallet inns� Galilei at ingen mekaniske eksperimenter i et laboratorium kan brukes til � m�le laboratoriets hastighet. Alle laboratorier med konstant fart er likeverdige uansett hvor raskt de beveger seg. Dette kalles i dag for mekanikkens relativitetsprinsipp. Einsteins tanke fra 16-�rsalderen innebar en utvidelse av mekanikkens relativitetsprinsipp til � omfatte optiske og elektromagnetiske fenomener. I 1905 tok Einstein den fulle konsekvensen av dette. Han konstruerte en ny bevegelsesl�re basert p� at relativitetsprinsippet m� gjelde for alle fenomener. Han antok ogs� at lyshastigheten er like stor i alle retninger uansett hvordan lyskilden beveger seg. Teorien kalles den spesielle relativitetsteorien fordi relativitetsprinsippet her kun omfatter bevegelse med konstant fart.

I et tredje arbeid fra 1905 utledet Einstein den kanskje mest betydningsfulle konsekvens av relativitetsteorien. Han viste at et legeme med masse m har energi E=mc2, der c er lyshastigheten. Hvis et milligram masse blir gjort om til energi, f�r man nok energi til � dekke energiforbruket i et vanlig norsk hjem i et helt �r.

I november 1907 fikk Einstein hva han kaller "den lykkeligste tanken i mitt liv". I en forelesning i Kyoto i desember 1923 fortalte Einstein: "Plutselig kom jeg p� en tanke da jeg satt i en stol i patenkontoret i Bern: 'Hvis en person faller fritt, vil han ikke f�le sin egen vekt. Jeg ble helt oppjaget. Denne enkle tanken gjorde et dypt inntrykk p� meg. Den drev meg mot en gravitasjonsteori."

Allerede i en artikkel fra 1907 nevnte Einstein to nye effekter som forutsies av en relativistisk gravitasjonsteori. Den ene er at lysets frekvens �ker n�r det beveger seg nedover i et gravitasjonsfelt og avtar n�r det beveger seg oppover. Den andre er at lys avb�yes i et gravitasjonsfelt. Det tok Einstein ytterligere �tte �r � utarbeide den relativistiske gravitasjons-teorien. H�sten arbeidet Einstein som besatt med den nye teorien og var periodevis temmelig utslitt. Endelig, 25. november 1915, kunne han presentere den versjonen av likningene som er blitt st�ende. De kalles Einsteins feltlikninger. Den generelle relativitetsteorien var n� fullf�rt.

�yvind Gr�n, Fysisk institutt, UiO