Ei total solformørking i 1919 medverka til å gi teorien til Einstein enorm merksemd verda over.  (Foto: NTB scanpix/Ferdinand Schmutzer)
Ei total solformørking i 1919 medverka til å gi teorien til Einstein enorm merksemd verda over. (Foto: NTB scanpix/Ferdinand Schmutzer)

Difor vart Einstein vitskapeleg popstjerne

Ein spektakulær solformørkings-ekspedisjon beviste teorien som vi ikkje klarar oss utan.

Publisert

I samarbeid med NRK

 

I år er det hundre år sidan Albert Einstein lanserte det som i dag er den kanskje mest berømte teorien i verda – den generelle relativitetsteorien.

Hundre år etter har teorien stått ei rekke testar og er i vidstrekt bruk innanfor mange viktige område av fysikken, skriv R.D. Blandford i Science denne månaden.

Vi har snakka med norske forskarar om kva teorien har betydd for fysikken – og for deg og meg.

Eitt av dei to beina som fysikken står på

– Den generelle relativitetsteorien er for fysikken det evolusjonsteorien er for biologien, seier Bjørn Harald Samset. (Foto: Universitetet i Oslo)
– Den generelle relativitetsteorien er for fysikken det evolusjonsteorien er for biologien, seier Bjørn Harald Samset. (Foto: Universitetet i Oslo)

– Den generelle relativitetsteorien er for fysikken det evolusjonsteorien er for biologien. Det er det verdsbiletet vi jobbar med. Det er eitt av dei to beina fysikken står på, seier partikkelfysikar Bjørn Harald Samset i Cicero. (Det andre beinet er kvantefysikk.)

Sjølv om vi som oftast kan klare oss med newtonsk fysikk til å forklare daglegdagse fenomen, er mange av dei meir ekstreme fenomena i universet umoglege å forstå utan Einstein.

– Einstein bygde eit stort rammeverk utanpå fysikken til Newton. Han forbetra Newton og drap ikkje teoriane hans, seier Samset.

Spektakulært bevis

Det som kanskje mest av alt medverka til å gjere Einstein og teorien kjent for vanlege folk, var at viktige delar av den vart bevist under spektakulære omstende.

Ifølge relativitetsteorien til Einstein ville lyset bli bøygd mykje meir enn ifølge newtonsk fysikk. Skilnaden skulle vere så stor at han skulle la seg måle under ei solformørking, når ein kunne observere lyset frå stjerner som låg bak sola.

På tampen av første verdskrig drog derfor to ekspedisjonar under leiing av den engelske fysikaren Arthur Eddington til Brasil og øya Principe utanfor Afrika. Dei skulle teste teorien til Einstein under ei total solformørking 29. mai 1919.

Dei engelske fysikarane heia i utgangspunktet på Einstein, men for å få offentleg støtte til ekspedisjonen argumenterte dei med at det var viktig for England å forsvare newtonsk fysikk mot den tyske relativitetsteorien. Dette argumentet vann fram.

Heime der Gaute Einevoll vaks opp, hadde familien bøker om Einstein i bokhylla. (Foto: Erlend Lånke Solbu, NRK)
Heime der Gaute Einevoll vaks opp, hadde familien bøker om Einstein i bokhylla. (Foto: Erlend Lånke Solbu, NRK)

I november 1919 la Eddington fram udiskutable bevis for teorien til Einstein på eit dramatisk møte i London.

Popstjerneberømt

– Teorien kom med ein spådom som vart spektakulært bevist. Media omfamna saka, og det gjorde Einstein popstjerneberømt over heile verda. Folk svima av når han kom inn i lokalet, seier «hjernefysikar» Gaute Einevoll ved NMBU og Universitetet i Oslo. Einevoll bruker fysikk til å forklare korleis hjernen fungerer.

– Einstein viste samtidig at det vi tar som absolutt, ikkje treng å vere det, fortel Einevoll.

Einevoll vaks opp i ein heim med bøker om Einstein i bokhylla, trass i at foreldra hans ikkje var forskarar.

– Det at ein vitskapsperson kan nå ein slik status som Einstein, og at det nådde fram til foreldra mine, som ikkje var akademikarar, det er fascinerande, seier Einevoll.

– Det er trygt å seie at ingen annan fysikar eller forskar for den saks skuld enno har nådd opp til same status som Einstein, seier han.

– Umogleg utan Einstein

– Kosmologi er umogleg å gjere utan generell relativitetsteori, fortel kosmolog Marit Sandstad. Ho er forskar ved Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo.

– Det er heilt umogleg å forstå hendingar som svarte hol, Big Bang eller utviklinga til universet utan denne teorien.

– Det er svært lite vi kan endre på før vi får ein teori som fungerer dårlegare, seier Marit Sandstad. (Foto: Privat)
– Det er svært lite vi kan endre på før vi får ein teori som fungerer dårlegare, seier Marit Sandstad. (Foto: Privat)

Kosmologar brukar dagleg lysbøyingseffekten til Einstein til å observere ting i universet, noko som blir kalla gravitasjonslinsing. Blant anna kan kosmologar få informasjon om mørk materie ved å sjå på korleis lyset blir bøygd gjennom universet.

Innanfor forskingsfeltet til Marit Sandstad forsøker ein å lage alternative teoriar til den generelle relativitetsteorien og ser korleis det i så fall vil innverke på fenomen i universet.

– Det vi ser, er at det er svært lite vi kan endre på før vi får ein teori som fungerer dårlegare.

Kart og kompass

Det er likevel ikkje berre innanfor kosmologien vi har nytte av Einstein. Eit hjelpemiddel mange av oss bruker dagleg, ville vore ubrukeleg utan den generelle relativitetsteorien: GPS.

– Den generelle relativitetsteorien tilseier at tida vil gå litt fortare i den dumpa i rommet der vi ligg, seier Sandstad.

– For at vi skal få eit riktig kartbilete av kvar vi er og kvar vi skal, er vi derfor heilt avhengige av at klokka på satellittane blir justert etter teorien til Einstein. Elles ville feilen i satellittklokkene bygge seg opp til at GPS vart fullstendig unøyaktig.

Når du bruker kartfunksjon med GPS på mobilen din, kan du altså sende ein venleg tanke til Einstein.

Gravitasjonsbølgjer

– Sjølv om teorien til Einstein har passert dei fleste viktige testar, er det enno ein veldig viktig ting som enno ikkje har blitt observert, fortel Sandstad. Dette er gravitasjonsbølgjer – dei bølgjene som Square Kilometre Array i Sør-Afrika skal jakte på, som du kunne lese om i den kosmiske påskeserien på forskning.no.

Den generelle relativitetsteorien tilseier at ved nokre ekstreme hendingar, som det tidlege universet, eller system med to stjerner som går i bane omkring kvarandre, vil rommet bli endra kontinuerleg, og det vil bli sendt ut gravitasjonsbølgjer.

I fjor trudde forskarar at dei hadde funne det første beviset på gravitasjonsbølgjer i det såkalla BICEP2-eksperimentet. Men funnet vart seinare vist tilbake og forklart med støy.

Fenomen som svarte hol er umoglege å forklare utan relativitetsteorien. (Foto: (Illustrasjon: NASA))
Fenomen som svarte hol er umoglege å forklare utan relativitetsteorien. (Foto: (Illustrasjon: NASA))

Eit nytt og kraftigare romobservatorium som er under planlegging, eLISA, vil forhåpentlegvis kunne bevise at gravitasjonsbølgjer eksisterer. Men dette har planlagt oppskyting først i 2034.

Bygge bru

Eitt av dei store spørsmåla i fysikken er korleis fysikarar kan bygge bru mellom kvantefysikken og Einstein.

– Hovudproblemet er at desse to teoriane behandlar naturen på heilt ulike måtar, fortel partikkelfysikaren Bjørn Samset.

Mens dei tre naturkreftene, som er elektromagnetisme, den sterke og den svake kjernekrafta, kan forklarast ved hjelp av elementærpartiklar som dytter eller trekker, finst det ingen partikkel for tyngdekrafta, fortel han.

– Vi klarer ikkje å forstå kvantefysikken på Eisteinmåten, og vi klarer ikkje å forstå tyngdekraft med kvantefysikk.

– Forhåpentlegvis vil det komme nokon og bygge noko utanpå teorien til Einstein igjen, slik at kvanteteorien kan bli bygd inn, seier Samset.