Uden Einstein ingen præcise GPS’er
more_vert
close
close

Vores nyhedsbreve

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser og accepterer, at Mediehuset Ingeniøren og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Mediehuset Ingeniøren kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Uden Einstein ingen præcise GPS’er

Når din GPS fortæller dig, at du om 300 meter skal dreje til højre, er satellitter årsagen til, at den ved, hvor du er. De kunne dog ikke levere de præcise koordinater uden at tage højde for Albert Einsteins nu 100 år gamle generelle relativitetsteori.

Den beskriver blandt andet, hvordan objekter som planeter og stjerner påvirker rumtiden og dermed tyngdekraften.

Hvis man forestiller sig en bowlingkugle liggende på et udspændt lagen, vil den danne en fordybning i lagnet. Denne fordybning viser, hvordan rumtiden krummer sig om en masse og samtidig skaber tyngdekraft – og kendskab til disse forhold er afgørende for satellitterne:

»Vi kommer jo ikke uden om Jordens tyngdefelt, og dets effekter skal forstås med ekstrem præci­sion, hvis moderne teknologi skal virke korrekt. Et klassisk eksempel er GPS-systemet, som er nødt til at tage effekterne af det svagere tyngdefelt ude ved GPS-satellitterne i forhold til tyngdefeltet ved jordoverfladen med i beregningerne,« siger Poul Henrik Damgaard, der er professor teoretisk fysik ved Niels Bohr Institutet.

»Det siges, at GPS-systemet ville tage fejl af din position med en rate på omkring 10 kilometer om dagen, hvis der ikke blev korrigeret i forhold til den generelle relativitetsteori. Så uden Einsteins 1915-artikel, ingen GPS.«

Albert Einstein i 1914 i Det Preussiske Videnskabsakademi, hvorfra han i 1915 fik publiceret sin generelle relativitetsteori.

Relativitetsteori 2.0

Inden den generelle relativitetsteori blev beskrevet, var der en anden relativitetsteori. Albert Einstein fremlagde nemlig den specielle relativitetsteori i 1905, som beskriver den måde, hvorpå rum og tid ændrer sig, når man betragter et system i jævn bevægelse fra et system i hvile. Men der manglede et led.

»Det var åbenlyst for Einstein, at næste skridt måtte inkludere effekten af acceleration. Den geniale konklusion, han meget hurtigt kom frem til, var, at acceleration ikke kan skelnes fra påvirkning fra et tyngdefelt,« siger Poul Henrik Damgaard og forklarer, at Einstein med den generelle relativitetsteori med det samme blandt andet kunne forklare, hvordan lys bliver afbøjet i et tyngdefelt, fordi planeter og stjerner krummer rumtiden, som danner et tyngdefelt, hvor lyset afbøjes:

»Det var en fantastisk og helt overraskende konklusion, som senere er blevet verificeret til ekstrem høj præcision,« siger han.

Der gik da heller ikke længe efter fremlæggelsen af den generelle relativitetsteori 25. november 1915 før den britiske astronom Arthur Eddington kunne bekræfte en del af den. Han observerede i 1919 under en total solformørkelse i Vestafrika en lille afbøjning af lyset fra en stjerne bag ved Solen. Det skyldes, at Solens masse krummer rumtiden, som afbøjer det lys, der kommer bagfra.

Den generelle relativitetsteori skabte ifølge Poul Henrik Damgaard en ny revolution for dem, der forstod matematikken bag, fordi den kan bruges til at forstå universets udvikling og fysiske fænomener som sorte huller.

»Einstein var allerede verdenskendt, men da han i 1915 nedskrev de korrekte feltligninger for generel relativitetsteori var det simpelthen en ny revolution. Få forstod matematikken bag, men de, der gjorde, kastede sig over teorien som vilde dyr.

For eksempel opdagede tyskeren Karl Schwarzschild kun få uger efter Einsteins 1915-artikel en eksakt løsning til Einsteins ligninger. Denne eksakte løsning danner kimen til forståelse af, at teorien forudsiger eksistensen af sorte huller,« siger han.

100 år uden en skramme

Men ikke alle var ligeså begejstrede som Karl Schwarzschild. Flere har gennem tiden forsøgt at modbevise teorien eller tilføje ekstra ligninger. Men ifølge professor i fysik ved Aarhus Universitet Ulrik Uggerhøj er det efter 100 år endnu ikke lykkedes:

»Mange har forsøgt at modbevise den, men det er ikke lykkedes endnu. Der findes også udvidelser af teorien, men disse udvidelser har ikke vist sig nødvendige,« siger han.

Poul Henrik Damgaard forklarer dog, at der muligvis kan rykkes lidt ved teorien i fremtiden.

»I modsætning til den specielle relativitetsteori, som der bare ikke kan rokkes ved, er det faktisk muligt, at det sidste ord om den generelle relativitetsteori ikke er sagt endnu,« siger han.

Det seneste danske eksempel på, hvordan teorien er blevet verificeret og brugt, kommer fra Niels Bohr Institutet. Her har forskere nemlig observeret, hvordan lyset fra en supernova bliver afbøjet rundt om en galakse, der ligger mellem Jorden og supernovaen. Netop som teorien foreskriver, at lyset vil.

Poul Henrik Damgaard vurderer da også, at der er en langt større forskningsaktivitet inden for kosmologi og astrofysik i dag, fordi vi nemmere kan observere rummet og dets fænomener ud fra teorien i dag.

»Generel relativitetsteori spiller en enorm rolle i moderne forskning. Fra brugen af dens forudsigelser i astrofysik og kosmologi til det fundamentale niveau, hvor teoriens konsekvenser stadig ikke er fuldt forstået. Faktisk vil jeg vove at påstå, at der er langt større forsknings­aktivitet inden for feltet i dag, end der har været nogensinde tidligere,« siger Poul Henrik Damgaard.

Kommentarer (42)

Hatten af for Einstein.

Jeg er på ingen måde i tvivl om hans store bidrag til vores forståelse af verden, men hvis han nu ikke havde været der, mon så ikke en eller anden havde fundet frem til teorierne alligevel?

Så vi alligevel havde haft pålidelige GPS'er?

  • 5
  • 6

GPS'ernes præcision er opnået ved at prøve sig frem. Et enkelt punkt på jorden flytter sig kun nogle få cm om året. Så ved at kortlægge sattelttiernes bevægelser i forhold til nogle faste punkter så kan man regne baglæns og finde placeringen af alle nye punkter. Ikke nogen forståelser der.

  • 6
  • 18

Selv uden relativitetsteorierne ville vi i dag kunne have et pålideligt navigationssystem. Vi ville sikkert have beholdt og videreudviklet Deccca systemet, som i mange år blev brugt i skibsfarten.

  • 4
  • 7