>>NFS>>Verdens Fysikkår 2005
Verdens Fysikkår 2005
Albert Einstein - relativitetsteorien
I 1905, i en alder av 26 år, fortalte Einstein oss noe utrolig - at vi
hadde tatt fullstendig feil om hvordan universet fungerer. Einstein byttet
ut Newtons og Galileos lover med sin spesielle relativitetsteori, som sier
hvordan rom og tid egentlig henger sammen. Den spesielle
relativitetsteorien er kombinasjonen av to ideer og deres tilsynelatende
merkelig konsekvenser. Fysikklovene er de samme uansett hvor du er. Dette
betyr at et eksperiment som man utfører på et tog i bevegelse vil gi samme
resultat som i en lab. Dessuten, hvis det ikke var noen vinduer på toget
og det beveget seg med konstant hastighet, finnes det ikke noe eksperiment
som kan avgjøre om toget virkelig beveger seg. Lyshastigheten er den samme
for alle. At lyshastigheten er den samme uansett hvor man er, virker
kanskje ikke så rart, men tenk på hvordan vi vanligvis opplever fart. En
ball som kastes inni et tog i bevegelse, vil ha større fart enn en ball
som kastes med samme kraft av noen som står på en perrong. Dette er fordi
farten til toget legges til farten til ballen for å få den totale farten.
Men dette er ikke tilfellet for lys. Hvis du måler lyshastigheten fra
fakler på et tog i bevegelse og fra en stasjonær plattform, vil du få
samme fart - farten til toget betyr ikke noe. Når du måler lyshastigheten,
har det ingen betydning om du er i bevegelse eller står i ro, eller om
lyskilden beveger seg - hastigheten er alltid den samme: 300 000 000 meter
pr. sekund.
Den eneste måten fysikklovene og lyshastigheten alltid kan være de samme,
er om noe annet endrer seg. Den spesielle relativitetsteorien viser at
måling av avstand og tid avhenger av hvor fort man beveger seg - et
resultat som bryter med vår dagligdagse erfaring. Hvis du målte lengden av
en baguette og tiden det tok å spise den, ville det ikke betydd noe om du
var på et tog i bevegelse eller sto på en perrong, men det er bare fordi
farten til toget er så liten. Når farten øker opp mot lyshastigheten, vil
de såkalte relativistiske effektene av tidsdilatasjon (klokker går
saktere) og lengdekontraksjon (objekter blir kortere) bli mer og mer
tydelige.
En reiser i verdensrommet gir oss et eksempel på effektene av
tidsdilatasjon. To 25 år gamle tvillinger, Sarah og Jane, har helt
forskjellige karrierer. Sarah er astronaut og Jane er advokat. Sarah drar
tur, retur til en nærliggende stjerne, med en hastighet som er nær
lyshastigheten. Jane blir på jorda og går i rettssalen hver dag. Når Sarah
tilslutt kommer tilbake, er ikke Jane fornøyd. Både klokka og utseendet
til Jane viser at det har gått 10 år, mens for Sarah har det bare gått 8
år. Og det er ikke bare avstand og tid som endres. Den spesielle
relativitetsteorien sier også at når et objekt beveger seg fortere, vil
også massen øke. Når massen øker, vil det kreve mer og mer energi for å
øke farten ytterligere. Til slutt, når hastigheten nærmere seg
lyshastigheten, vil objektet være så massivt at det, uansett mengde
energi, ikke vil gå fortere. Dette betyr at lyshastigheten er en
universell fartsgrense som ingenting med masse kan bryte.
Den mest berømte delen av relativitetsteorien er ligningen E=mc2, der E er
energi, m er masse og c er lyshastigheten. Denne ligningen stammer,
delvis, fra sammenhengen mellom energi og bevegelsesmengde som Einsten
utviklet for å sørge for at lyshastigheten var den samme for alle, uansett
hva de gjorde. Ligningen forteller oss at energi kan omformes til masse og
motsatt - de er altså ekvivalente.
E=mc2 har blitt et symbol på hele Einsteins arbeid, men den spesielle
relativitetsteorien med rom, tid og masse som endrer seg, er bare en del
av et større bilde. 10 år senere produserte Einstein sin generelle
relativitetsteori, der han også inkluderte gravitasjon i sitt syn på rom
og tid. Det er ikke overraskende at relativitetsteorien er vanskelig å
forstå og til og med tro på - den bryter jo med alle våre dagligdagse
erfaringer. Relativitetsteorien har imidlertid overlevd utallige tester
siden den gang, og uansett om vi liker det eller ikke, så er faktisk
universet så merkelig.
|