Da relativitetsteorien kom frem i begyndelsen af 1900-tallet, satte den århundreders videnskab på hovedet og gav fysikerne en ny forståelse af rum og tid. Isaac Newton så rum og tid som faste, men i det nye billede, som den specielle relativitetsteori og den generelle relativitetsteori gav, var de flydende og formbare.

Hvem fandt frem til relativitetsteorien?

Albert Einstein. Han offentliggjorde den første del af sin teori – den specielle relativitetsteori – i det tyske fysiktidsskrift Annalen der Physik i 1905 og færdiggjorde først sin teori om den generelle relativitetsteori efter yderligere ti års vanskeligt arbejde. Han præsenterede sidstnævnte teori i en række foredrag i Berlin i slutningen af 1915 og offentliggjorde den i Annalen i 1916.

Hvad er speciel relativitetsteori?

Teorien er baseret på to nøglebegreber.

• For det første tillader den naturlige verden ingen “privilegerede” referencerammer. Så længe et objekt bevæger sig i en lige linje med en konstant hastighed (dvs. uden acceleration), er fysikkens love de samme for alle. Det er lidt ligesom når man kigger ud af et togvindue og ser et tog ved siden af sig selv bevæge sig – men bevæger det sig, eller gør man det? Det kan være svært at afgøre. Einstein erkendte, at hvis bevægelsen er fuldstændig ensartet, er det bogstaveligt talt umuligt at se det – og identificerede dette som et centralt princip i fysikken.
• Sekundt bevæger lyset sig med en uændret hastighed på 186.000 miles i sekundet. Uanset hvor hurtigt en observatør bevæger sig, eller hvor hurtigt et objekt, der udsender lys, bevæger sig, giver en måling af lysets hastighed altid det samme resultat.

Med udgangspunkt i disse to postulater viste Einstein, at rum og tid er sammenflettet på måder, som forskerne aldrig tidligere havde forstået. Gennem en række tankeeksperimenter viste Einstein, at konsekvenserne af den specielle relativitetsteori ofte er kontraintuitive – endda overraskende.

Hvis du f.eks. suser af sted i en raket og passerer en ven i en identisk, men langsommere raket, vil du se, at din vens ur tikker langsommere end dit (fysikere kalder dette “tidsudvidelse”).

Hvad mere er, så vil din vens raket virke kortere end din egen. Hvis din raket accelererer, vil din og raketens masse stige. Jo hurtigere du kører, jo tungere bliver tingene, og jo mere vil din raket modstå dine bestræbelser på at få den til at køre hurtigere. Einstein viste, at intet, der har en masse, nogensinde kan nå lysets hastighed.

En anden konsekvens af den specielle relativitetsteori er, at stof og energi er indbyrdes udskiftelige via den berømte ligning E = mc² (hvor E står for energi, m for masse og c² lysets hastighed ganget med sig selv). Fordi lysets hastighed er et så stort tal, svarer selv en lille mængde masse til – og kan omdannes til – en meget stor mængde energi. Det er derfor, atombomber og brintbomber er så kraftige.

Hvad er generel relativitetsteori?

Det er i bund og grund en teori om tyngdekraften. Den grundlæggende idé er, at i stedet for at være en usynlig kraft, der tiltrækker objekter til hinanden, er tyngdekraften en krumning eller forvrængning af rummet. Jo mere massivt et objekt er, jo mere forvrænger det rummet omkring det.

For eksempel er solen massiv nok til at forvrænge rummet i hele vores solsystem – lidt ligesom den måde, en tung bold, der hviler på en gummiplade, forvrænger pladen. Som følge heraf bevæger Jorden og de andre planeter sig i krumme baner (baner) omkring den.

Denne forvrængning påvirker også målingerne af tid. Vi har en tendens til at tænke på tiden som en tid, der tikker af sted med en jævn hastighed. Men på samme måde som tyngdekraften kan strække eller forvrænge rummet, kan den også udvide tiden. Hvis din ven klatrer op på toppen af et bjerg, vil du se hans ur tikke hurtigere end dit; en anden ven, der befinder sig på bunden af en dal, vil have et langsommere tikkende ur på grund af forskellen i tyngdekraftens styrke på hvert sted. Senere eksperimenter viste, at dette faktisk sker.

Hvordan ser relativitetsteorien ud “under kølerhjelmen”?”

Speciel relativitetsteori er i sidste ende et sæt ligninger, der relaterer den måde, tingene ser ud på i én referenceramme, til den måde, de ser ud i en anden – strækningen af tid og rum og masseforøgelsen. Ligningerne er ikke mere komplicerede end gymnasiematematik.

General relativitetsteori er mere kompliceret. Dens “feltligninger” beskriver forholdet mellem masse og rummets krumning og tidens udvidelse, og der undervises typisk i fysik på universitetsniveau på kandidatniveau.

Test af den specielle og generelle relativitetsteori

I løbet af det sidste århundrede har mange eksperimenter bekræftet gyldigheden af både den specielle og den generelle relativitetsteori. I den første store test af den generelle relativitetsteori målte astronomer i 1919 afbøjningen af lyset fra fjerne stjerner, da stjernelyset passerede forbi vores sol, hvilket beviste, at tyngdekraften faktisk forvrænger eller krummer rummet.

I 1971 testede forskere begge dele af Einsteins teori ved at placere præcist synkroniserede atomure i passagerfly og flyve dem rundt i hele verden. En kontrol af urene efter at flyene var landet viste, at urene om bord på flyene kørte en lille smule langsommere (mindre end en milliontedel af et sekund) end urene på jorden.

Disse forskelle skyldtes flyenes hastighed (en speciel relativitetsteoretisk effekt) og deres større afstand fra Jordens tyngdekraftfelt (en generel relativitetsteoretisk effekt).

I 2016 var opdagelsen af gravitationsbølger – subtile krusninger i rumtidens struktur – endnu en bekræftelse af den generelle relativitetsteori.

Relativitetsteori i praksis

Mens idéerne bag relativitetsteorien virker esoteriske, har teorien haft en enorm indflydelse på den moderne verden.

Kernekraftværker og atomvåben ville for eksempel være umulige uden viden om, at stof kan omdannes til energi. Og vores GPS-satellitnetværk (Global Positioning System) skal tage højde for de subtile virkninger af både den specielle og den generelle relativitetsteori; hvis de ikke gjorde det, ville de give resultater, der afveg med flere kilometer.

FØLG NBC NEWS MACH PÅ TWITTER, FACEBOOK OG INSTAGRAM.