en astronaut vågner op i et rumskib uden hukommelse om, hvordan hun kom derhen. Når hun sidder alene i en stol, undrer hun sig: “hvor i universet er jeg?”
skibet har ingen vinduer. Instrumenterne er døde. Den eneste ledetråd er stolens skub mod hendes krop. Pyha, der er tyngdekraft, tænker hun. Hendes fartøj skal stadig være på jorden.
men så opstår der en anden mulighed for hende. Skibet kunne accelerere gennem rummet og presse hende ind i sædet som en racerbil, der tager fart. Inde fra skibet er der-skræmmende-ingen måde at fortælle.
denne rumfarers dilemma ville have været kendt for Albert Einstein. Hans generelle relativitetsteori fra 1915 byggede på forestillingen om, at tyngdekraft og acceleration ikke bare let forveksles, men er en og samme. Denne ækvivalens,” den lykkeligste tanke ” i Einsteins liv, var hans udgangspunkt for at omdefinere tyngdekraften.
generel relativitet voksede ud af Einsteins teori om særlig relativitet, som beskriver, hvordan lysets hastighed (i et vakuum) altid kan være konstant.
i henhold til relativitet sker alt, hvad der kan ske inde i en kasse, der optager hastighed — dvs.accelererer — også i nærvær af tyngdekraften. Forestil dig for eksempel en vandret laser inde i en elevator, der accelererer opad. Når lyset bevæger sig sidelæns, stiger elevatoren, hvilket får bjælken til at slå et sted på væggen lidt lavere end hvor den startede. Hvis elevatoren accelererer hurtigt nok, bøjer bjælken synligt mod gulvet. Einstein viste, at det samme sker med en stråle inde i en stationær elevator inden for et kraftigt tyngdefelt; tyngdekraften bøjer lyset. Tilsvarende forventede han, at en stråle af stjernelys skulle bøjes, når han passerede gennem solens tyngdekraft. Denne forudsigelse viste sig korrekt, da stjernerne bevægede sig under solformørkelsen i 1919.
relativitet beskriver, hvorfor et ur på en satellit tikker et par dusin mikrosekunder hurtigere end et ur på jorden; uden at tage højde for denne uoverensstemmelse ville GPS-teknologier ikke fungere.
for at forbinde acceleration og tyngdekraft på denne måde væltede Einstein en af sine egne helte: Isaac Nyton. Du har måske lært, at nyton beskrev tyngdekraften som en kraft, et usynligt gummibånd, der samler genstande med masse. Math gjorde et godt stykke arbejde med at forudsige, hvordan alt fra projektiler til planeter flyttede — men det holdt tyngdekraften adskilt fra acceleration. Einstein hævdede, at tyngdekraften slet ikke er en kraft. Han beskrev det som en krumning af tid og rum forårsaget af masse og energi. Forvirret? Den tyske fysiker var også, og han kæmpede med teorien i næsten et årti. Han fik hjælp fra matematikeren Marcel Grossmann, en gammel ven, der delte sine noter, da en ung Einstein sprang over klassen.
deres matematik, der er fastlagt i 10 ligninger, forklarede, hvordan tyngdekraften kunne bevæge sig rundt om objekter via en skæv virkelighed og accelerere uden nogensinde at føle nogen mystiske Nytoniske kræfter.
de Relative grundlæggende
de vigtigste grillbarer bag Einsteins generelle relativitetsteori:
1. Tid og rum er hverken flade eller faste; de er buede og forvrængede af masse og energi.
2. Tyngdekraften er ikke en kraft, men snarere en forvrængning af tid og rum.
3. Virkningerne af tyngdekraften kan ikke skelnes fra virkningerne af acceleration over et lille rum.
Einsteins ejendommelige forudsigelser
relativitet gør adskillige bisarre forudsigelser, mange af dem eksperimentelt verificeret. De virker kun bisarre, fordi vi ikke bemærker dem i vores daglige liv — vi lever for det meste i Nytons virkelighed. Men ud over det ligger Einsteins univers, hvor tyngdekraften bøjer rum og tid til sin vilje. Her er nogle af teoriens mærkeligste bivirkninger:
-
Gravity sænker bogstaveligt talt tiden. Bølger af lys udsendt af stjerner strækker sig ud på grund af denne tid bøjning, og objekter tættere på en massiv genstand alder langsommere. Superpræcise ure, der krydser i henhold til atomernes vibrationer, har verificeret, at tyngdekraften ændrer tidens strømning.
-
satellitter har vist, at roterende himmellegemer snurrer stoffet i kosmos omkring sig selv, som honning snoet af en ske, der påvirker gyroskopernes bevægelse.
-
en forudsigelse løste et langvarigt dilemma, en underlig slingring i Mercury ‘s bane, som Nyton’ s matematik ikke kunne redegøre for. (Astronomer havde oprindeligt skylden en skjult planet kaldet Vulcan.) Relativitet forklarede den vældige bane med hensyn til vridning af rummet ved solens kraftige tyngdekraft.
-
bittesmå krusninger i virkeligheden, forårsaget af kolliderende sorte huller, har udløst sensorer i meget følsomme instrumenter begravet under jorden på jorden.
denne historie optrådte oprindeligt på tryk som “det hele er relativt.”