Einsteins relativitetsteori

Bilde fra Store norske leksikon

Du har garantert hørt om Albert Einstein, selv om du kanskje ikke er en – ahem – Einstein selv? Og dersom du liker (eller i det minste ikke hater) science fiction, har du garantert hørt om Einsteins teorier i en eller annen fantasifull sammenheng. Men teoriene hans, som er så uintuitive at de nesten fremstår som fri fantasi, er veldig langt fra science fiction eller fantasi, de er høyst reelle!

Hva er Einsteins to store teorier, kort fortalt?

Da jeg var 26 år gammel kunne jeg lage mat, re opp senger og kunne en del om musikk. Men da Albert Einstein var 26 fant han ut at lysets hastighet alltid er konstant, mens tid og avstand ikke er det – tid og avstand kan “strekkes” eller “krympes” avhengig av hvilken fart du beveger deg i.

Altså Einsteins spesielle relativitetsteori, som forklarer hvordan fart påvirker tid og rom. Denne teorien gav oss formelen E = mc². Einstein (ikke jeg...) oppfant en matematisk formel på hvordan energi er lik masse ganger lysets hastighet i andre potens.

Ti år senere, da jeg var 36, hadde jeg lært meg enda mer om musikk, masse oppskrifter, og var blitt riktig så dyktig til å skifte bleier (altså ikke på meg selv). Med da Einstein var 36 kom han frem til at tyngdekraften ikke er en “kraft” i ordets vanlige forstand, men en sideeffekt av at rom og tid bøyer seg rundt større masser.

Altså Einsteins generelle relativitetsteori, som forklarer nærmere hvordan masse og energi påvirker tid og rom; og hvordan (og hvorfor) måner går rundt planeter – og her kan vi faktisk se resultatet ved å enkelt og greit observere med det blotte øyet at månen går rundt jorden mens jorden går rundt solen. Med mindre du ikke tror på slikt.

Hva har disse teoriene med meg å gjøre?

Du har sikkert lagt merke til at dersom du sitter i en sofa sammen med en annen person, og så plutselig reiser deg opp og går til andre enden av rommet, så går tiden litt saktere for deg enn den gjør for personen som blir sittende? At personen som blir sittende, faktisk blir litt eldre enn deg mens du beveger deg?

Ikke?

Vel, det er ikke så rart. Det stemmer faktisk at det er akkurat slik det er, men effekten er knapt målbar (og i hvert fall ikke i nærheten av merkbar) i vårt dagligliv.

Hvis du virkelig vil se effekten med egne øyne, må du kjøpe et romskip som går veldig fort. Romskipet trenger ikke gå helt i lysets hastighet (slike romskip har de uansett ikke på Clas Ohlson) men jo fortere romskipet går, jo bedre merker du effekten av tidsdilitasjonen.

Er du fast innstilt på å måle dette, men med litt mer tilgjengelig teknologi enn raske romskip, som tross alt ikke er hyllevare? Ok, here’s what to do: Fly med et helt vanlig passasjerfly i 10 timer (noe som skulle fått deg fra Sola Lufthavn til Mexico City, Lima, Bangkok eller Hong Kong dersom du fyr et Boeing 737 i vanlig snittfart) - og ha en klokke på armen og pass på at en helt lik klokke står stille på bakken dit du skal.

Når du kommer frem vil du se at klokken på armen din vil være omtrent 30-40 nanosekunder bak klokken på bakken når du er fremme, så tiden har vitterlig, og målbart, gått forskjellig for klokken som stod stille på bakken, og klokken som beveget seg med deg på flyet, med en snittfart på ca. 900 km/t.

Jeg burde kanskje nevne at du ikke kan bruke vanlige klokker, du må selvsagt bruke to presise atomklokker. Og det finner du kanskje ikke på Clas Ohlson (tror jeg?), men mulighetene for deg til å teste disse teoriene er der.

Dersom du hadde flydd VELDIG mye fortere enn fly vanligvis gjør, hadde du sett at alle du kjente hadde blitt eldre enn deg da du kom frem. Og jo mer du nærmet seg lysets hastighet, jo mer dramatisk hadde denne effekten vært.

Dersom du ikke er så glad i fart så kan du gjøre det mer bedagelig for deg selv og bare sitte og slappe av så nær som mulig gravitasjonsfeltet til et sort hull. Da hadde også tiden gått mye saktere for deg – jo større det sorte hullet, jo saktere – og alt dette uten stresset med å sitte i et superraskt romskip. Du kan jo ta med piknik!

Du hadde på en måte reist til fremtiden. Men bare på en måte. Du hadde strengt tatt ikke “reist i tiden”, slik man ser for seg at en gjør med en tidsmaskin - tiden hadde bare gått forskjellig for deg og for de andre. For tiden (og rommet) er faktisk relativt – derav navnet på disse teoriene.

De færreste av oss vil selvsagt oppleve å reise i slike hastigheter. Og det å sitte og slappe av ved siden av et sort hull har muligens flere ulemper enn fordeler. Men her er et enkelt tankeeksperiment for å forstå dette med relativitet: Se for deg at du sitter i en park, og så plutselig setter det seg noen ved siden av deg med en høy ghettoblaster. Du synes lyden er plagsom, pakker sammen tingene dine, og labber femti meter lenger bort. Lyden blir svakere og svakere, og når du har gått femti meter er ikke lyden plagsom lenger – problem solved.

Dersom du derimot hadde vært en bitteliten, veldig treig snegle som fortsatt syntes lyden var plagsom, hadde du hatt et langt større problem. Det å flytte femti meter lenger bort hadde tatt så lang tid at problemet hadde fremstått som konstant og uløselig for deg. Altså: Alt er relativt.

Det beste stedet for oss vanlige dødelige å merke effektene av Einsteins teorier er når vi bruker GPS – ved bare å konstatere at de stort sett virker. Uten Einsteins teorier hadde de ikke vært i nærheten av like nøyaktige - GPSen hadde bommet med flere kilometer på hvor du skulle hver eneste bidige gang. GPSer bruker en kjent, gammel metode som heter triangulering – men må bruke Einsteins teorier til å finregne.

Så send gjerne en takknemlig tanke til Einstein når du bruker Google Maps og havner trygt i Stavanger, og ikke på Sandnes!

For fysikere, atomforskere og astronomer (altså ikke astrologer!) er det noe helt annet – der merker de resultatet av Einsteins teorier hele tiden!

Dette høres jo kjempespennende ut! Kan jeg låne noe om dette på Sølvberget?

Nå høres du litt sarkastisk ut, men jeg tar deg på ordet og gir deg noen personlige anbefalinger – samt en lengre liste med Einstein-relatert materiale under artikkelen - som du kan ønske deg til under juletreet (husk å levere tilbake innen lånefristen):

En kort historie om nesten alt (A Short History of Nearly Everything) - Bill Bryson, 2003

Ok, denne handler om mye, mye mer enn bare Einstein og hans store teorier. Men det er en av de beste introduksjonene til vitenskap og vitenskapshistorie som jeg vet om.

Bryson – som ikke er en vitenskapsmann selv – tar oss gjennom alle viktige vitenskapelige oppdagelser helt frem til vår tid. Boken er skrevet med entusiasme, humor, og en imponerende vilje til å grave. Boken har blitt hyllet av flere vitenskapspersoner, og er en fantastisk introduksjon til... vel, nesten alt.

Einstein, hans liv og hans teorier, og hvordan de har virket inn på menneskeheten, får selvsagt stor plass.

En kort historie om tid (A Brief History of Time) - Stephen Hawking

Akkurat som med Bill Brysons bok må du ta boktittelen med en klype salt. Stephen Hawking (1942-2018) var en anerkjent teoretisk fysiker, kosmolog og forfatter som jobbet videre med Einsteins teorier, og som stod bak flere banebrytende oppdagelser. Han var bundet til rullestol store deler av livet sitt på grunn av ALS, men han var oppsiktsvekkende aktiv ut hele livet hans.

Interstellar, 2014

Jeg ELSKER denne filmen! Dette er et heller realistisk science fiction drama med glimrende skuespill, fantastisk filmmusikk av Hans Zimmer, visuelt storslåtte bilder – og et manus som bygger MYE på Einsteins teorier, uten at det gjør filmen kjedelig – snarere tvert imot!

Utgangspunktet for filmen er en dystopisk verden hvor forurensing har ødelagt mye av livsgrunnlaget til menneskene, og samfunnet konsentrerer seg kun om å utdanne bønder. Men så viser det seg at rester av det som var NASA har funnet et ormehull, hvor løsningen på at jorden snart er ubeboelig kan ligge på den andre siden.

Filmen – hvor mye av handlingen bunner i kjærligheten mellom en pappa og hans datter – er skrevet og regissert av Christopher Nolan – med masse hjelp fra den teoretiske fysikeren (og nobelprisvinneren) Kip Stephen Thorne. Fem år senere, da de første bildene av et sort hull, tatt med Event Horizon Telescope, ble publisert, tipper jeg at både Nolan og Thorne var glade over at likheten med det sorte hullet i filmen var slående!

En god film er det uansett, uavhengig av vitenskap. Så kan man se på det som en interessant bonus at alt som skjer i filmen er teoretisk mulig med bakgrunn i Einsteins teorier – denne filmen er faktisk mer science enn fiction!

Se gjerne denne filmen på kino hvis du kan – eller i hvert fall på en svær skjerm av god kvalitet, og et godt lydanlegg, og gjerne med litt høyere lyd enn hva naboene dine liker – men du kan selvsagt invitere dem også.

Se ellers i listen under!