Derfor blei Einstein vitskapens popstjerne

I år er det hundre år sidan Albert Einstein lanserte det som i dag er verdas kanskje mest berømte teori, den generelle relativitetsteorien.

Hundre år etter har teorien stått ei rekke testar, og er i vidstrakt 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 fysikkens to bein

– 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 universets meir ekstreme fenomen umoglege å forstå utan Einstein.

– Einstein bygde eit stort rammeverk utan på Newtons fysikk. Han forbetra Newton, og drap ikkje Newtons teoriar, 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 teorien vart bevist under spektakulære omstende.

Ifølge Einsteins relativitetsteori ville lyset bli bøygd mykje meir enn ifølge Newtonsk fysikk. Skilnaden skulle vere så stor at den 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 Eddington til Brasil og øya Principe utanfor Afrika for å teste Einsteins teori 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.

I november 1919 la Eddington fram udiskutable bevis for Einsteins teori på eit dramatisk møte i London.

Popstjerneberømt

– Einsteins teori kom med ei føreseiing som vart spektakulært bevist. Media omfamna saka, og det gjorde han popstjerneberømt over heile verda. Folk svima av når han kom inn i lokalet, seier «hjernefysikar» Gaute Einevoll ved Norsk Universitet for Miljø- og biovitenskap 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 der bøker om Einstein stod 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 mine foreldre, 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 som er forskar ved Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo.

– Det er heilt umogleg å forstå hendingar som svarte hol, Big Bang eller universets utvikling utan denne teorien.

Kosmologar brukar dagleg Einsteins lysbøyingseffekt 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 Marit Sandstads forskingsfelt forsøker ein å lage alternative teoriar til den generelle relativitetsteori 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. Eitt hjelpemiddel mange av oss bruker dagleg, ville vore ubrukeleg utan den generelle relativitetsteorien, det er GPS.

– Den generelle relativitetsteori 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 avhengig av at klokka på satellittane blir justert etter Einsteins teori, 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 Einsteins teori har passert dei fleste viktige testar, er det enno ein veldig viktig ting som enno ikkje har blitt observert, fortel Sandstad. Dette er gravitasjonsbølgjer.

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 tilbakevist og forklart med støy.

Eit nytt og kraftigare rom-observatorium 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 Einsteins teori igjen, slik at kvanteteorien kan bli bygd inn, seier Samset.