Vores læser Mogens Hansen har spurgt:
Man hører så meget om relativitetsteorien, men hvad nytte har den egentlig gjort for menneskeheden? Hvilke praktiske opfindelser knytter sig til den?
Jeg har prøvet at finde et svar på nettet, men har virkelig ikke kunnet finde noget.
Læs også: Verdens mest berømte ligning
Christian Bierlich, MSc, ph.d. fellow på Lund Universitet, Theoretical High Energy Physics, og blogger på ing.dk, svarer:
Relativitetsteorien er fællesbetegnelsen for Albert Einsteins to berømte teorier, der blev formuleret i starten af det 20. århundrede.
Begrebet dækker over den specielle relativitetsteori, der beskriver, hvad der sker, hvis man bevæger sig med hastigheder tæt på lysets hastighed (altså meget hurtigt, lysets hastighed er ca. 300.000.000 m/s), og den generelle relativitetsteori, der beskriver, hvad der sker, hvis man nærmer sig noget med en meget stor tyngdekraft.
Dermed er det ikke umiddelbart klart, hvordan Einsteins teorier påvirker vores dagligdag. Hvis man kigger sig om, er der ikke desto mindre en række fænomener og teknologier, der ikke kan forklares uden relativitetsteorien – jeg vil her komme med et par eksempler.
Læs også: Relativitetsteoriens jubilæum: Den øverste fartgrænse
Effekter af relativitetsteorien
Først må vi forstå, hvad en relativistisk effekt overhovedet er. Ganske kort sagt fortæller relativitetsteorien os, at længder og tider ikke er absolutte størrelser – dvs. det samme, uanset hvem der kigger – men afhænger af vores hastighed i forhold til den lineal, der måler længden, eller det ur, der måler tiden.
Først den specielle relativitetsteori: Hvis jeg har en meterstok, som jeg har skåret til at måle præcis én meter, og jeg derefter sætter den på en rumraket, så den bevæger sig i forhold til mig, så vil meterstokken (for mig) synes kortere end en meter.
Ifølge teorien vil den synes kortere med en faktor
[latex] \sqrt{1 - v^2/c^2} [/latex] hvor v er rakettens hastighed, og c er lysets hastighed. Da lysets hastighed er enormt stor, er det ikke en effekt, vi ser, før v også bliver meget høj.
På samme måde bliver tider kortere. Hvis vi havde sendt et ur sammen med meterstokken, ville vi kunne se forskel på den tid, vi måler, og den tid, uret i rumraketten måler. Her bliver tiden målt i rumraketten længere, denne gang med en faktor
[latex] \frac{1}{\sqrt{1 - v^2/c^2}} [/latex].
Den generelle relativitetsteori fungerer på samme måde, bare med hastighed byttet ud med tyngdekraft. Sidder man altså et sted uden tyngdekraft og kigger ind i et tyngdefelt på eksempelvis en planet, vil længderne på planeten synes kortere, og tiderne synes længere.
Læs også: Spørg Scientariet: Hvad betyder relativitetsteorien for programmeringen af satellitter?
GPS-teknologi
Det nok mest benyttede eksempel på relativitetsteoriens effekter er GPS-teknologi. GPS fungerer på den måde, at man i en række satellitter har placeret meget præcise atomure. Satellitterne ved derfor med stor præcision, hvad klokken er, og også hvor de er.
Denne information sendes til GPS-modtagere i biler, fly, telefoner osv., der bruger informationen til at regne ud, hvor de selv befinder sig.
Denne udregning beror på tidsforskellen fra signalet blev sendt fra satellitten, til det blev modtaget, den såkaldte time-of-flight. Men da satellitten bevæger sig med en høj hastighed i forhold til os, er man nødt til at korrigere denne tid ved hjælp af den specielle relativitetsteori.
For at det ikke skal være løgn føler satellitten også en anden tyngdekraft end os, da den jo befinder sig længere væk fra Jorden. Derfor er man også nødt til at lægge en korrektion ind fra den generelle relativitetsteori. Hvis man ikke foretager disse korrektioner, virker en GPS simpelthen ikke, som den skal.
Læs også: Professor: Fundamental fysikligning strider mod relativitetsteorien
Gulds farve
Vi ved alle, at guld har en speciel farve i forhold til andre metaller, der fremstår hvidlige eller grålige som sølv – lad os kalde dem sølvfarvede.
Når et metal er sølvfarvet, skyldes det, at det reflekterer synligt lys af alle bølgelængder. Når en lyspartikel (også kaldet en foton) nærmer sig et metal, bliver den absorberet, hvis en af metallets elektroner har plads til at absorbere den og springe fra sin egen bane om kernen til en anden bane.
Synligt lys har en bølgelængde fra ca. 400 til 700 nanometer, hvor de små bølgelængder svarer til blåt og lilla lys og de store bølgelængder til gult og rødt.
I et metal som sølv er der ingen elektroner, der kan absorbere det synlige lys, og det bliver derfor reflekteret. Guld er meget tungt, og derfor bevæger nogle af dets elektroner sig meget hurtigt, og vi er derfor nødt til at medtage effekter fra den specielle relativitetsteori.
Disse effekter gør, at nogle af elektronbanerne rykker tættere sammen, og nu kan de mest energirige synlige fotoner blive absorberet. Dette er fotonerne med den laveste bølgelængde, altså de blå og lilla.
Resten bliver stadig reflekteret, og derfor er guld rød-gult, mens andre metaller er sølvfarvede.
