100 år tog det, før det lykkedes fysikerne at måle de tyngdebølger, som Albert Einstein fandt frem til alene ved tankens kraft. I 1916 offentliggjorde den store, tysk-schweiziske fysiker sin generelle relativitetsteori, hvor han forklarede, at tid og rum kan påvirkes og ændre sig. Og i februar år lykkedes det så amerikanske forskere at måle de tyngdebølger, som er en konsekvens af relativiteten.
Den generelle relativitetsteori er forudsætningen for den moderne astronomi. Den vendte op og ned alt på det, fysikerne troede, de vidste om tyngdekraften, en af naturens og fysikkens grundlæggende love, som siden Newton havde været det ubestridte grundlag for forståelsen af fysikkens lovmæssigheder.
”I dag er der fuld enighed om, at den generelle relativitetsteori er den korrekte teori om, hvordan naturen opfører sig. Men da Einstein fremsatte den for 100 år siden, var den så revolutionerende, at mange videnskabsfolk tvivlede på den,” forklarer professor Hans-Rudolf Ott, som er formand for det internationale Einstein-selskab i Bern i Schweiz.
Einstein udviklede med den generelle relativitetsteori grundlaget for al moderne fysik. Og dermed også for adskillige af de teknologiske opfindelser, som er en del af vores hverdag, for eksempel gps’en.
”Albert Einstein er den sidste af videnskabshistoriens store enere. Efter hans død i 1955 har vi ikke været vidne til opdagelser, som bare nærmer sig så skelsættende nye måder at forstå naturen på. Relativitetsteorien er 100 procent hans eget intellektuelle produkt, selvom han naturligvis står på skuldrene af sine forgængere. Kvantemekanikken er derimod mere et resultat af flere tænkeres kollektive indsats, selvom Einstein spillede en afgørende rolle,” påpeger professor Helge Kragh fra institut for matematik og videnskabshistorie ved Aarhus Universitet.
1905 er blevet kaldt Einsteins ”mirakelår”, for på blot få måneder udviklede han de fleste af de teorier, der skulle revolutionere fysikken, men også hele vores forståelse af universet og af tid og rum. Han var kun en beskeden funktionær i det schweiziske patentkontor i Bern, da han offentliggjorde fire artikler i det videnskabelige tyske tidsskrift Annalen der Physik (på dansk: Fysikkens annaler). ”Den specielle relativitetsteori” blev siden det populære navn for modellerne i den tredje af artiklerne, ” Zur Elektrodynamik bewegter Körper,” (på dansk: Om bevægede legemers elektrodynamik).
”Den specielle relativitetsteori er en teori om, hvordan tingene bevæger sig ved lysets hastighed. Og her bliver verden ejendommelig. Tid og rum ændrer sig. Vi opfatter intuitivt tid og rum som forskellige størrelser, men Einstein forstår, at der i stedet er tale om en rum-tid, og vi ved i dag, at det er den virkelige tid. Men hans teori var på mange måder sær og syntes at lede til absurde resultater, for eksempel at samtidighed er relativ, således at to hændelser, der er samtidige for én iagttager, ikke nødvendigvis er det for en anden, der bevæger sig i forhold til den første,” fastslår Helge Kragh.
Denne første artikel om relativitet blev fulgt op tre måneder senere med den berømte ligning, E = mc2. Den fortæller, at når stof forsvinder, opstår stor energi, og det er et af principperne bag kernespaltning og atomenergi. Men det gør ikke Einstein til ”atombombens fader”, som han nogle gange kaldes, heller ikke selvom han i 1939 skrev til den amerikanske præsident Roosevelt for at advare ham om, at Tyskland formentlig var i færd med at udvikle en bombe med en hidtil uset ødelæggelseskraft.
”Einstein deltog aldrig i Manhattan-projektet om udviklingen af atombomben. Og få dage før sin død underskrev han det manifest, hvor han sammen med filosoffen Bertrand Russell advarede mod den kolde krigs atomkapløb,” påpeger professor Hans-Rudolf Ott.
”Einstein var på mange måder pacifist. Han forstod ikke, hvordan man under Første Verdenskrig kunne opflamme unge mænd til at drage syngende i krig. Han var blandt de første, der forlod Nazityskland, fordi han som jøde indså, hvor det autoritære regime var på vej hen. Han var indgroet anti-autoritær og havde svært ved at underkaste sig autoriteter, hvilket gav ham problemer i skolen. Men det var også det, der satte ham i stand til at tænke så revolutionerende,” siger Hans-Rudolf Ott.
Den specielle relativitetsteori var nemlig i modstrid med alt det, videnskaben vidste om tyngdeloven, som siden Isaac Newtons opdagelse i 1600-tallet havde været en af fysikkens vigtigste grundpiller. Det var denne modsætning, Einstein løste med den generelle relativitetsteori, som han udviklede 10 år senere og offentliggjorde i 1916.
Einstein forklarer kort fortalt, at rummet under meget stor tyngdekraft reagerer som et udspændt elastisk klæde, hvorpå man lægger en kugle. Den vil tynge klædet ned og danne en krumning, og hvis man lægger en mindre kugle i kanten af klædet, vil den nødvendigvis trille ned i krumningen. Det er det, der sker når jorden går i kredsløb om solen, eller månen omkring jorden.
Tyngdekraften, konkluderer Einstein, er slet ikke en kraft i sig selv, men et resultat af denne krumning. Den generelle relativitetsteori ligger til grund for hele den moderne astrofysik, herunder eksistensen af de sorte huller og big bang-forklaringen om universets fødsel.
Selve tankeeksperimentet om det krumme rum blev bekræftet af den britiske astronom Arthur Eddington, som under en solformørkelse i 1919 konstaterede, at lyset bevægede sig præcist, som Einstein havde forudsagt. Men det betyder ikke, at vi havde kunnet observere os til Einsteins indsigt.
”Man kan se meget i et teleskop. Men uden den generelle relativitetsteori havde vi ikke kunnet forstå, hvad vi ser. Einsteins ligninger angiver, hvordan universet udvikler sig. De fortæller ikke, at der for 14 milliarder år siden var et big bang. Men hvis man kombinerer astronomiske målinger og Einsteins ligninger, så når man frem til, at universet er opstået ved et big bang,” siger Helge Kragh.
Einsteins relativitetesteorier forbindes ofte fejlagtigt med påstanden om, at ”alt er relativt”. Og dermed også med en form for værdirelativisme. Det er hus forbi, men hans teorier har ikke desto mindre lige så vidtrækkende konsekvenser i filosofien som i de eksakte videnskaber, siger Hans-Rudolf Ott fra Einstein-selskabet, hvis årlige Einstein-forelæsninger i Bern på skift handler om fysik, matematik og filosofi.
”Med Einstein er man aldrig helt sikker på, hvornår man taler om fysik, og hvornår man har bevæget sig ind i filosofien. Hvis tiden er knyttet til rummet og altså til universet, så følger det, at tiden ikke eksisterede før universets opståen. Men dybest set ved vi ikke, hvad tid er. Det er et filosofisk begreb i lige så høj grad som et begreb, der kan forklares med fysikkens ræsonnementer.”
Relativitetsteorien udfordrer den intuitive opfattelse af tid som et lineært, fremadskridende fænomen, hvor nutiden bliver til fortid, og fremtiden er ukendt.
”Et tilsyneladende absurd resultat af relativitetsteorien er, at et legemes masse afhænger af hastigheden, og at et ur i bevægelse går anderledes end et ur i hvile. Da tiden afhænger af hastigheden, vil et menneske i stor fart ældes langsommere end et menneske i hvile, og en mor kan i princippet være yngre end sin datter,” siger Helge Kragh.
Hvis det er tilfældet, er fremtiden ikke nødvendigvis et ubeskrevet ark, som vi intuitivt forstår det. Tid og rum kan være sammenspundne dimensioner, hvor fremtidige begivenheder allerede eksisterer. Einsteins teorier bevæger sig i det grænseland, hvor de eksakte videnskaber krydser ind over filosofien.
”Han beskæftiger sig med de helt grundlæggende fænomener i naturen, som har optaget filosofien op igennem idehistorien. Fra Aristoteles til Kant har filosofferne gjort sig tanker om tid og rum og om kausalitet eller årsagssammenhæng, og hvorfor ting sker. Det er det, Einstein beskæftiger sig med i henholdsvis relativitetsteorien og kvantemekanikken,” konstaterer Helge Kragh.
Men Albert Einstein har også efterladt fysikken med et paradoks, der udfordrer den logiske sans: Hans to store teorier er ubestrideligt korrekte og grundlaget for al moderne fysisk. Men de modsiger hinanden.
”Og det er en væsentlig intellektuel udfordring. For i vores videnskabsteoretiske univers kan man ikke have to korrekte, fundamentale teorier, der begge beskriver den fysiske verden, men som ikke har noget med hinanden at gøre eller endog modsiger hinanden. Vi mener, at der i givet fald må være en dybere teori, som gør det muligt at forklare dem begge. Videnskabsteoretisk kan man knytte denne tanke til forestillingen om én eneste skabergud,” fastslår Helge Kragh.