Einsteins 100 år gamle kinderæg begejstrer stadig fysikerne

Videnskabens Verden på P1 fortæller om Albert Einsteins generelle relativitetsteori, der har sat hele universet på plads.

Albert Einstein. (Dato ukendt) NORDFOTO 1994 (Foto: NF © NF og Scanpix)

I disse dage er det 100 år siden, at fysikeren Albert Einstein kom med sin banebrydende formel, den generelle relativitetsteori, der blandt andet handler om, hvordan alle objekter bøjer rummet og derfor tiden omkring sig, så tiden ikke er konstant. Albert Einstein fandt ud af sammenhængen mellem rum, tid, tyngdekraft og acceleration.

Vi er for små til, at man kan måle vores påvirkning af rummet, men for planeter og sorte huller kan man måle det.

Videnskabens Verden på P1 har i denne uge hyldet Albert Einstein med en sang (se videoen længere nede i teksten) og samtidig været en tur på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet for at tale med fysikerne, lektor Anja C. Andersen og professor Poul Henrik Damgaard, om, hvorfor fysikere stadig synes, at Einsteins teori – et slags kinderæg på grund af det overraskende indhold i teorien og lidt en slags visdomsgave til menneskeheden - er genial.

Einsteins første teori haltede

Allerede i 1905 havde Albert Einstein udviklet den første af to relativitetsteorier – den specielle relativitetsteori, som var en revolution inden for fysikken. Mange har sikkert set formlen for den - E=mc2. Det vil sige, at Energi (E) er lig med masse (m) gange lysets hastighed i anden (c2). Den betyder, at masse er en form for energi, som kan konverteres til andre former for energi. Formlen satte tid og rum i et perspektiv, som folk normalt ikke havde tænkt på.

Læs også

Videnskabens Verden: Åh Einstein - 17. nov. 2015 | DR P1 | DR

Men straks Albert Einstein var færdig med den specielle relativitetsteori, forstod han, at den var speciel og ikke generel. Den specielle relativitetsteori handler kun om jævn bevægelse. Det vil sige, ting der bevæger sig i forhold til hinanden med konstant hastighed.

- Der er altså ingen acceleration. Det er selvfølgelig ikke en komplet beskrivelse af verden. Hvis vi skal beskrive al dynamik i verden, skal vi også vide, hvad der sker under acceleration, siger Poul Henrik Damgaard.

- Det var den oprindelige tanke bag dét at udvide den specielle relativitetsteori til den generelle. Så teorien så at sige voksede under Albert Einstein, mens han tænkte over det. Og den generelle relativitetsteori, der kom 10 år senere, var på en helt anden skala, siger han.

Den største konstruktion inden for teoretisk fysik

Albert Einsteins generelle relativitetsteori er så svær, at fysikstuderende først lærer om den ret sent. Teorien tager hans første specielle relativitetsteori og omdanner til den generelle relativitetsteori ved at tage både tyngdekraft, acceleration, tid og masse og koble dem sammen.

Læs også

Fem ting du bør vide om Niels Bohr

Poul Henrik Damgaard er ikke bleg for at udnævne den generelle relativitetsteori som den største konstruktion, der er i videnskaben, i hvert fald inden for teoretisk fysik, ved at vise effekten af tyngdekraften på rum og tid.

- Man kan ikke forestille sig en anden så alt omfattende konstruktion, som den generelle relativitetsteori. Den beskriver universet som ét hele. Den beskriver lovmæssigheder, der gælder for hele universet, siger Poul Henrik Damgaard.

- Det er jo fantastisk at Einstein kom frem til den konstruktion i løbet af 10 år fra et ret spinkelt grundlag med to systemer, der bevæger sig i konstant fart i forhold til hinanden. Det har jo ingen relation til tyngdekraft. Der er ubegribeligt, at han kunne foretage det kæmpe spring, så han fandt en generel teori med masser og acceleration og som også indeholder den specielle relativitetsteori med noget, der bevæger sig konstant, siger han.

Loading preview...

Tankeeksperimenter i det tidlige 1900-tal

Albert Einsteins teorier er udviklet i begyndelsen af 1900-tallet, hvor det var svært at lave eksperimenterne. I dag kan man sende en satellit op, men det var utænkeligt på Einsteins tid, så han lavede i stedet tankeeksperimenter.

- Det var helt unikt, at han næsten på logiske måder kunne udlede teorier uden eksperimenter, men bare ved at der skulle være konsistens. Og teorierne skulle give mening, være logiske og hænge sammen. Han elskede at lave tankeeksperimenter, og på samme måde tænkte ham, hvad sker der, når man bliver accelereret? siger Poul Henrik Damgaard.

Rummet krummer

Hidtil havde man troet, at rummet var fladt og uforanderligt i kraft af Newtons love. Men Albert Einstein fandt ud af, at rummet krummede.

- På den måde er det en helt fantastisk smuk teori. Og det er jo derfor, at Albert Einstein er så guruagtig, fordi man tænker, hvordan kom han på det? Var han en tidsrejsende, der er kommet tilbage fra fremtiden for at lære os noget? siger Anja C. Andersen.

Hun forklarer, at den generelle relativitetsteori i virkelighed er en forening af den specielle relativitetsteori med vores forståelse af, hvad tyngdekraft er.

- Det har så ført til det, som man kalder rumtidskrumning, hvor man pludselig forstår en masse som noget, der krummer rummet. Så man i virkelighed taler om, at når lys bliver afbøjet af en masse, som den specielle relativitetsteori viser, at det gør, kan vi nu forstå det, som at lyset får en længere vejlængde på grund af, at rummet krummer som følge af den masse, som det objekt, der vekselvirker med lyset, har, siger hun og uddyber.

Gummilagen med frugter svarer til lyset

Man kan sammenligne det med at tage et gummilagen og strække det ud og smide en frugtskål med vandmelon, æbler og appelsiner oven på lagenet. Og så alt efter hvor tunge frugterne er, vil de lave forskellige fordybninger i gummilagenet.

Læs også

Fem ting du bør vide om Niels Bohr

- I denne analogi er det så sådan, at lyset bevæger sig gennem rummet, der svarer til gummilagenet. Hvis man smider en balje vand på gummilagenet og så forestiller sig, at vandet bevæger sig fra den ene side af gummilagenet til den anden side. Og det svarer til, hvordan lys bevæger sig gennem universet, forklarer Anja C. Andersen.

- Der, hvor der ligger en stor vandmelon, vil der være en stor fordybning, og der vil der ende noget mere vand. Og sådan er det faktisk også, når lyset bevæger sig gennem rummet. Der hvor der er noget med meget masse, vil lyset blive afbøjet derhen og blive lidt på grund af den lidt længere vejlængde, det skal igennem, siger hun.

Teori for noget han ikke selv kunne se

- Det var det, som Albert Einstein viste, og han var egentlig også selv overrasket over det, han nåede frem til. For hvis det er rigtigt, bør det være sådan, at hvis man har en kikkert og ser mod en fjern galakse, og der er et eller andet mellem os og den fjerne galakse, som vejer et eller andet og derfor laver en fordybning eller en krumning i rummet (som på gummilagenet, red.), bør vi kunne se afbøjningen fra den fjerne galakse som en ring, der ligesom bliver tværet ud hele vejen rundt omkring det her tunge objekt, siger Anja C. Andersen.

Læs også

VIDEO Film fra 1920 var så vild at den udløste Nobelprisen

I dag kalder man det fænomen en Einstein Ring, og Albert Einstein mente ikke, at vi ville kunne være så heldige, at vi kunne observere det, for det kræver, at tingene ligger fuldstændig lige på en lige linje, men det er faktisk observeret.

- Så man kan sige, at selv Albert Einstein var for skeptisk i forhold til sin egen teori. Men fordi universet er så stort, og vores kikkerter er blevet så gode, kan vi faktisk se meget fjerne lyskilder og synslinjen er blevet så lang, at engang imellem er man heldig, så tingene ligger på den smukkeste måde på en ret linje, så vi får en Einstein Ring, siger Anja C. Andersen.

Herunder kan du se den musikvideo, som Videnskabens Verden på P1 har lavet om Albert Einstein. Musiker og sanger Morten Remar synger. Han er til daglig tilrettelægger på Hjernekassen på P1 og reporter på Videnskabens Verden på P1.

Sammenhængen mellem tyngdekraft

Albert Einstein startede med at tænke på, hvad der sker med systemer, der accelerer, altså noget dagligdags.

Læs også

Planetforsker: Ny Marsfilm er tæt på virkeligheden

- Det spændende er, at han pludselig opdagede, at det havde en sammenhæng til tyngdekraften. Det var overraskende, for det var ikke noget, som man kunne have gættet. Umiddelbart vil man have troet, at det drejede sig om accelererede systemer, men lige pludselig blev det faktisk en teori for tyngdekraft, siger Poul Henrik Damgaard.

Hvis man forestiller sig en elevator, der hænger langt ude i rummet, langt fra Solen, Jorden og andre planeter og langt fra tyngdefelt og så starter raketmotoren i sådan en elevator, så den accelerer i en bestemt retning.

Hvis vi ikke er klar over, at nogen har trykket på knappen og startet motoren, vil vi faktisk bare tro, at vi står på en tung planet og bliver trukket ned ad mod planeten. Og det er ækvivalensen (overensstemmelsen) mellem acceleration og tyngdekraft. Hvis der ikke er vinduer i vores elevator, kan vi ikke kende forskel på, om vi står i et tyngdefelt eller er accelereret.

Det var den konklusion Albert Einstein nåede frem til og som senere blev kaldt ækvivalensprincippet: Det forklarer, at Newtons tyngdelov og Newtons 2. lov – accelerationsloven - var to ting, der var eksakt lig med hinanden.

Vores dagligdag er slet ikke som den ser ud

Den generelle relativitetsteori gør det geniale, at den relaterer dig og mig og bilerne, og hvad der ellers er af objekter i universet til rum-tid. Den betyder, at vores dagligdag består af objekter med masse, forklarer Poul Henrik Damgaard:

- Det er den ene side af Albert Einsteins ligning. Men samtidig består venstre side af ligningen af rum-tid – så den fortæller, hvordan rum og tid er omkring os. Altså på hvilken måde vi influerer i rum og tid.

- Vi kan ikke se det i vores dagligdag her, men vores dagligdag er ikke, som vi tror. Det er besynderligt at tænke på, at hver af os faktisk bøjer rum-tid omkring os en lille smule. Det er jo ikke måleligt omkring os, men for store objekter, er det måleligt inden for astronomien, astrofysikken og kosmologien, siger han.