Albert Einstein var berømt for mange ting, men hans største hjernebarn er relativitetsteorien. Det ændrede for evigt vores forståelse af rum og tid.
Hvad er relativitet? Kort sagt er det forestillingen om, at fysiklovene er de samme overalt. Vi her på Jorden adlyder de samme love om lys og tyngdekraft som nogen i et fjernt hjørne af universet.
Fysikens universalitet betyder, at historie er provinsiel. Forskellige seere vil se timingen og afstanden til begivenheder forskelligt. Hvad der for os er en million år, kan bare være et øjeblik for en person, der flyver i en højhastighedsraket eller falder ned i et sort hul.
Det hele er relativt.
Særlig relativitet
Einsteins teori er opdelt i særlig og generel relativitet.
Særlig relativitet kom først og er baseret på, at lysets hastighed er konstant for alle. Det kan virke enkelt nok, men det har vidtrækkende konsekvenser.
Einstein kom til denne konklusion i 1905, efter at eksperimentelle beviser viste, at lysets hastighed ikke ændrede sig, da Jorden svingede rundt om solen.
Dette resultat var fysikere overraskende, fordi hastigheden af de fleste andre ting afhænger af, hvilken retning observatøren bevæger sig. Hvis du kører din bil langs et jernbanespor, ser et tog, der kommer til dig, ud til at bevæge sig meget hurtigere, end hvis du vendte dig om og fulgte det i samme retning.
Einstein sagde, at alle observatører vil måle lysets hastighed til at være 186.000 miles i sekundet, uanset hvor hurtig og hvilken retning de bevæger sig.
Denne maksimale fik komikeren Stephen Wright til at spørge: "Hvis du er i et rumskib, der kører med lysets hastighed, og du tænder forlygterne, sker der da noget?"
Svaret er, at forlygterne tændes normalt, men kun set fra en person i rumskibet. For en person, der står udenfor og ser på skibet flyve forbi, ser det ikke ud til, at forlygterne tænder: lys slukker, men det kører med samme hastighed som rumskibet.
Disse modstridende versioner opstår, fordi linealer og ure - de ting, der markerer tid og rum - ikke er ens for forskellige observatører. Hvis lysets hastighed skal holdes konstant, som Einstein sagde, kan tid og rum ikke være absolut; de skal være subjektive.
For eksempel vil et 100 fod langt rumskib, der kører med 99,99% lysets hastighed, en fod lang for en stationær observatør, men det vil forblive sin normale længde for dem, der er ombord.
Måske endnu mere skrøbelige, tiden går langsommere jo hurtigere man går. Hvis en tvilling kører i det hurtige rumskib til en fjern stjerne og derefter vender tilbage, vil hun være yngre end sin søster, der blev på Jorden.
Masse afhænger også af hastighed. Jo hurtigere et objekt bevæger sig, jo mere massivt bliver det. Faktisk kan intet rumskib nogensinde nå 100% af lysets hastighed, fordi dens masse vokser til uendelig.
Dette forhold mellem masse og hastighed udtrykkes ofte som et forhold mellem masse og energi: E = mc ^ 2, hvor E er energi, m er masse og c er lysets hastighed.
Generel relativitet
Einstein var ikke færdig med at forstyrre vores forståelse af tid og rum. Han fortsatte med at generalisere sin teori ved at inkludere acceleration og fandt, at dette forvredte formen på tid og rum.
For at holde sig med ovenstående eksempel: forestil dig, at rumskibet fremskyndes ved at skyde dens thrustere. Disse ombord vil holde sig til jorden, ligesom de var på Jorden. Einstein hævdede, at den kraft, vi kalder tyngdekraften, ikke kan skelnes fra at være i et accelererende skib.
Dette i sig selv var ikke så revolutionerende, men da Einstein udarbejdede den komplekse matematik (det tog ham 10 år), opdagede han, at rum og tid er krumme nær et massivt objekt, og denne krumning er det, vi oplever som tyngdekraften.
Det er vanskeligt at forestille sig den buede geometri af generel relativitet, men hvis man tænker på rumtid som et slags stof, strækker en massiv genstand det omgivende stof således, at alt, der passerer i nærheden, ikke længere følger en lige linje.
Ligningerne af generel relativitet forudsiger en række fænomener, hvoraf mange er blevet bekræftet:
- bøjning af lys omkring massive genstande (gravitationslinse)
- en langsom udvikling i planeten Merkurius bane (perihelion-præcession)
- rammetrækning af plads-tid omkring roterende organer
- svækkelse af lys, der undgår gravitationens træk (gravitationsrødskift)
- tyngdekraftsbølger (krusninger i rum-tid stof) forårsaget af kosmiske smashups
- eksistensen af sorte huller, der fælder alt inklusive lys
Krumningen af rumtid omkring et sort hul er mere intens end andre steder. Hvis den rumfarende tvilling falder ned i et sort hul, ville hun blive strakt ud som spaghetti.
Heldigvis for hende ville det hele være forbi på få sekunder. Men hendes søster på Jorden ville aldrig se det ende - se sin stakkels søster trinvis trille ind mod det sorte hul over universets alder.
Denne artikel blev opdateret 2. juli 2019 af Live Science-bidragyder Tim Childers.
