100 år i dag: Einsteins teori, der bragte Astro-Andreas tilbage igen

16x9

For præcis 100 år siden nåede Albert Einstein frem til en vigtig pointe.

For præcis 100 år siden nåede Albert Einstein frem til en vigtig pointe. Det havde taget ham fire ugers torsdagsforelæsninger at snakke sig frem til den. Historien melder intet om, hvorvidt tilhørerne på Det kongelige preussiske Videnskabsakademi sad neglebidende på kanten af stolene gennem hans beregninger eller for længst var faldet i søvn.

Men da den tyskfødte fysiker endelig satte to streger under sit budskab, stod det klart, at han havde fat i noget stort. Noget banebrydende.

Det var den almene relativitetsteori. Og den kom til at ændre verden. 

Astro-Andreas ville aldrig være kommet hjem uden Einstein
Teorien ligger som fundamentet under hele vores forståelse af, hvordan universet er stykket sammen.

Helt lavpraktisk er det for eksempel den, der ligger til grund for det gps-system, du har i din bil eller på din mobiltelefon. Og havde det ikke været for Einsteins teori, så var Danmarks første astronaut, Andreas Mogensen, slet ikke kommet ud i rummet. 

- Hvis ikke det var for den teori, så ville det i hvert fald være meget svært at få ham hjem igen. For vi ville ikke ane, hvor han var, siger Niels Obers, professor i teoretisk partikelfysik og kosmologi ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet. 

- Så det er en stor begivenhed i dag. Vi fejrer Einsteins tyngdekraftteori. Uden denne teori ville vi ikke forstå sorte huller, universets udvikling - inklusiv 'the big bang' - eller tyngdekraftbølger, siger professoren.

Sådan ser et genis arbejdsværelse ud. I hvert fald Albert Einsteins.
Sådan ser et genis arbejdsværelse ud. I hvert fald Albert Einsteins. Foto: Polfoto

Fysikkens svar på gaffatape
Relativitetsteorien gav løsninger på ting, som forskerne indtil da ikke havde kunnet få til at hænge sammen.

Isaac Newton var nået et stykke ad vejen med sin opdagelse af tyngdekraft cirka 200 år forinden. Men hans opdagelse kom til kort i mange tilfælde, hvor det skulle vise sig, at Einsteins teori var nøglen.

Einstein kom først med 'den specielle relativitetsteori' i 1905 og altså i 1915 med den, trods navnet, noget mere komplicerede 'almene relativitetsteori'. 

Relativitetsteorien forenede tyngdeloven, elektrodynamikken og termodynamikken og gav en forklaring, der kunne bruges i alle sammenhænge. En slags fysikkens svar på gaffatape.

Faldende æbler og en kugle i en roulette
Relativitetsteorien, der nu har 100 år på bagen, går ud på at forklare tyngdekraften. 

Vi forsøger at holde tungen lige i munden og sætte nogle ord på den - uden at bruge fire uger på det:

Altså... Newton havde sidde og set et æble falde til jorden. Han undrede sig over, at det faldt lige netop nedad.

Det gav ham inspirationen til at opdage tyngdekraft - forstået som en usynlig kraft, der trækker ting mod jorden. Så æblet altså falder nedad og hverken opad eller rundt i luften. Det er den samme kraft, der sørger for, at planeter drejer rundt om solen. 

Før Einstein kom på banen med sin teori troede man, at tyngdekraften var konstant. At faldende æbler opførte sig ens over alt i universet.

Et udateret fødselsdagsbillede af Einstein. Det er blevet sagt om ham, at han brugte mere krudt på kvinder end på relativitetsteori.
Et udateret fødselsdagsbillede af Einstein. Det er blevet sagt om ham, at han brugte mere krudt på kvinder end på relativitetsteori. Foto: Scanpix

Men Albert Einstein gav en ny forståelse af tyngdekraften. Tyngdekraften er ikke konstant, men relativ. Den er en egenskab af selve rummet og tiden, vi bevæger os i. 

- Det er lidt abstrakt, medgiver Niels Obers fra Niels Bohr Institutet og forsøger med et eksempel fra vores solsystem: 

- Forestil dig en rouletteskål. Skålen er rund, og i midten ligger solen. Solens tilstedeværelse forårsager ifølge Einsteins teori en krumning. En krumning i tid og rum. (Krumningen i rum er nem at forestille sig, fordi overfladen på jorden er krum, men det er lidt sværere at visualisere en krumning i tid.) Jorden vil bevæge sig rundt om solen i den letteste bane. Ligesom en kugle, der triller rundt i en rouletteskål. 

- Ud fra matematikken kan man vise, at selvom jorden drejer rundt om solen, så er det en fri bevægelse. Summa summarum: Det, vi oplever som tyngdekraft, er komplet fri bevægelse, men i et krumt rum. Det er det grundlæggede i teorien, siger professoren. 

Planeter krummer rummet omkring sig
Et andet billede på teorien, som vi har lånt af Wikipedia, beskriver krumningen i rummet med en billardkugle.

Altså: Teorien siger, at alle planeter, solen og stjerner krummer rummet omkring sig. Så forestil dig, at billiardkuglen ligger på et udspændt klæde. Kuglen er halvtung, så den synker ned i en fordybning i klædet, der illustrerer krumningen i rummet. 

Hvis du lægger en lille golfbold på klædet, vil det også synke ned mod fordybningen. Ikke fordi golfbolden drages af billiardkuglen, men fordi rummet så at sige 'går ned ad bakke'. 

Det er ikke en helt præcis metafor for relativitetsteorien, men det giver et indtryk af, hvor vi er henne af. 

Time Magazine kårede i 1999 Albert Einstein til århundredets person på grund af hans relativitetsteori. Han fik Nobel-prisen i fysik i 1921.Men allerede inden da, var han så skråsikker på, at han nok skulle få Nobel-prisen en dag, at han faktisk lovede sin første kone, at hun måtte få pengene fra prisen, når han fik den, hvis hun lod sig skille fra ham. De havde mødt hinanden på studiet, så hun havde set ham over skulderen og kunne godt se, at det ikke var tomme løfter. 

Hvorfor astronauter ældes langsommere
En af de vigtige ting, Albert Einstein forudså, var, at lys falder - på nøjagtig samme måde som en jernkugle - på grund af tyngdekraften.

Det er svært at forstå, at noget, der ikke har nogen masse, kan falde. Og Isaac Newton havde da heller ikke fået så vild en tanke. Men det fik Albert Einstein, og han påviste det ene mand med sindrige tankeeksperimenter. En opdagelse, der siden har fået enorm betydning for vores forståelse af alting. 

Teorien er i det hele taget meget abstrakt. Den siger, at tiden går langsommere, hvis man bevæger sig ekstremt hurtigt. Og når man er tæt på et tungt objekt, som for eksempel jorden, så går tiden langsommere. 

Det betyder, at hvis et menneske sendes ud i rummet i en raket, vil det ældes langsommere, end de mennesker som lever på Jorden.

Så havde vores egen Andreas Mogensen for eksempel været på mission i rummet i 10 år i stedet for 10 dage, så ville han ikke være ældet så meget på den tid i rummet, som hvis han havde været 10 år herhjemme på landjorden. 

Der er forskel på ure p jorden og i rummet
Og så er vi tilbage ved gps'en i din bil eller smartphone og Andreas Mogensens tur hjem fra den internationale rumstation, ISS.

Gps står for 'global positioning system', og det handler meget kort sagt om, at satelliter beregner din geografiske positiv. 

Professoren forklarer: 

- Hele vores gps-system kunne ikke fungere uden at tage højde for de to effekter i Einsteins teori. Så vi bruger alle Einsteins arbejde på daglig basis.

- Satellitterne flyver i en meget høj bane om jorden. Tiden i de satellitter er ikke den samme tid, som vi har på jorden. Ud fra Eisteins teori går tiden hurtigere i en satellit end på jorden. For at kunne bruge gps-systemet, skal vi kunne regne ud, hvad forskellen er på tiden i satellitten og tiden på jorden. 

- Hvis vi ikke tager højde for tidsforskellen mellem uret på jorden og det i satelitterne, så ville vi køre flere hundrede kilometer forkert på blot et døgn. Og det ville være meget svært at få Andreas Mogensen tilbage på jorden igen, for vi ville ikke ane, hvor han var henne, hvis ikke vi vidste, hvordan vi skulle tage højde for, at der er forskel på tiden hos astronauten i raketten og på jorden, forklarer Niels Obers. 

Efter 1. Verdenskrig brændte jorden mere og mere under jøderne i Europa. Einstein fik mordtrusler, og Hitler beskyldte ham efter sin magtovertagelse for at udvikle ’jødisk fysik’. Einstein flygtede til USA, hvor han fik en stilling ved Princeton University. Han døde i Princeton i 1955 som 76-årig.
Efter 1. Verdenskrig brændte jorden mere og mere under jøderne i Europa. Einstein fik mordtrusler, og Hitler beskyldte ham efter sin magtovertagelse for at udvikle ’jødisk fysik’. Einstein flygtede til USA, hvor han fik en stilling ved Princeton University. Han døde i Princeton i 1955 som 76-årig. Foto: Polfoto

Vi er ikke i mål endnu
Han er slet ikke i tvivl om, at Albert Einsteins teori er værd at fejre: 

- Relativitetsteorien gav os en helt ny forståelse for tyngdekraften. Og på et højere plan - og dette mener jeg faktisk - for menneskeheden. Det er den ultimative triumf i menneskets ræsonnement og logik, siger Niels Obers, der som sagt er professor i teoretisk partikelfysik og kosmologi. 

Han er dog også klar til at tysse lidt på jubelkoret. For teorien er ikke perfekt. Den er "flot", som professoren siger, men man kan ikke bruge den til at beskrive ekstreme fænomener. Einstein gav altså ikke hele svaret dengang. Kun en del af det, ligesom Newton før ham. 

Derfor er der også stor spænding blandt Niels Obers' studerende på Niels Bohr Institutet i København. Blandet dem kan sidde "den næste Albert eller Alberte", som han udtrykker det. 

Den næste Albert eller Alberte
For vi er måske kun fem til 10 år fra den næste banebrydende fysik-åbenbaring, der - ligesom Einsteins relativitetsteori gjorde det - vil ændre hele vores måde at forstå verden på og give os de brikker, der kan få nogle af de helt store puslespil til at gå op.

- Vi har store og spændende forventninger om at finde tyngdekraftbølger indenfor de næste fem til 10 år. Og det er ekstra spændende for os danskere. Lige nu er vi nemlig i gang med at sætte et dansk teleskop op i Grønland, hvor man håber at kunne observere tyngdekraftbølger en dag i de kommende år, fortæller Niels Obers. 

Relativitetsteorien er sammen med kvantemekanikken, som vores egen Niels Bohr var med til at opdage (og som i øvrigt fyldte 100 for to år siden), de største opdagelser i det seneste århundrede. Det er dem, nærmest alt går ud fra. 

Det ikoniske billede af fysikeren, der blev verdensberømt, er fra Einsteins 70-års fødselsdag. 

Men der mangler et led, der kan kæde de to store teorier sammen. Og det kan være lige på trapperne. Generation tre af tyngdekraftens forståelse, udtrykker professoren det.

Først var der Newton, så kom Einstein, og snart kommer der formentlig en ny forsker med en teori, der forklarer endnu mere. 

- Uden at overdrive: Måske vil historien gentage sig indenfor de kommende 10 år. Vi har brug for nye teorier, der kan forene Einsteins teori med Niels Bohrs kvantemekanik. Og vi forventer, at der inden for ikke alt for mange år vil komme observationer, særligt fra astrofysik, som ikke kan forklares med Einstein. Vi forventer helt nye spændende observationer - også fra fremtidens partikelacceleratorer, fortæller Niels Obers begejstret.

- Så vi kan meget snart stå med en slags tredje generation af forståelsen for tyngdekraft. Det er nok den store motivation blandt vores fysikstuderende at blive den næste Albert eller Alberte Einstein. Et geni, der giver os redskaber til at forstå universet.