Vad är relativitet?

Låt oss lägga ytterligare en skopa på relativitetskon – en härlig smak av Schwarzwald från den tyskfödde fysikern Albert Einstein. Som vi nyss nämnde var den galileiska relativitetsteorin trasig, även efter att den hade fått några justeringar från den newtonska fysiken. Vetenskapsmännen fick veta att ljuset färdas med konstant hastighet, även på ett snabbtåg.

Därpå föreslog Einstein den speciella relativitetsteorin, som kan sammanfattas på följande sätt: Fysikens lagar är desamma i alla tröghetsramar, och ljusets hastighet är densamma för alla observatörer. Oavsett om du sitter i en trasig skolbuss, ett snabbtåg eller något slags futuristiskt raketfartyg rör sig ljuset med samma hastighet, och fysikens lagar förblir konstanta. Om man antar att hastighet och riktning är konstanta och det inte fanns ett fönster att kika igenom, skulle man inte kunna säga vilket av dessa tre fartyg man färdades i.

Men förgreningarna av den speciella relativitetsteorin påverkar allting. I huvudsak föreslog teorin att avstånd och tid inte är absoluta.

Nu är det dags för den tredje glassbiten, och det är ytterligare en rejäl portion från Einstein. Låt oss kalla den tysk choklad. År 1915 publicerade Einstein sin allmänna relativitetsteori för att ta hänsyn till gravitationen i den relativistiska synen på universum.

Nyckelbegreppet att komma ihåg är ekvivalensprincipen, som säger att gravitation som drar i en riktning är likvärdig med acceleration i en annan riktning. Detta är anledningen till att en hiss som accelererar ger en känsla av ökad gravitation när den stiger och minskad gravitation när den sjunker. Om gravitation är likvärdig med acceleration innebär det att gravitation (liksom rörelse) påverkar mätningar av tid och rum.

Detta skulle innebära att ett tillräckligt massivt objekt som en stjärna förvränger tid och rum genom sin gravitation. Einsteins teori ändrade alltså definitionen av själva gravitationen från en kraft till en förvrängning av rumtiden. Forskare har observerat gravitationens förvrängning av både tid och rum för att styrka denna definition.

Här är hur man gör: Vi vet att tiden går snabbare i omloppsbana än på jorden eftersom vi har jämfört klockor på jorden med klockor på satelliter i omloppsbana som befinner sig längre bort från planetens massa. Forskarna kallar detta fenomen för gravitationell tidsutvidgning. På samma sätt har forskare observerat raka ljusstrålar som kröker sig runt massiva stjärnor i vad vi kallar gravitationslinser.

Så vad gör relativitetsteorin för oss? Den ger oss en kosmologisk ram utifrån vilken vi kan dechiffrera universum. Den gör det möjligt för oss att förstå himlens mekanik, förutsäga existensen av svarta hål och kartlägga de avlägsna delarna av vårt universum.

Utforska länkarna nedan för att lära dig ännu mer om kosmologi.

Mer bra länkar