Albert Einstein var berømt for mange ting, men hans største hjernebarn er relativitetsteorien. Det endret for alltid vår forståelse av rom og tid.
Hva er relativitet? Kort sagt er det forestillingen om at fysikkens lover er de samme overalt. Vi her på jorden overholder de samme lovene om lys og tyngdekraft som noen i et fjernt hjørne av universet.
Universaliteten i fysikk betyr at historien er provinsiell. Ulike seere vil se timingen og avstanden til hendelser på en annen måte. Det som for oss er en million år, kan bare være et blunk for noen som flyr i en høyhastighetsrakett eller faller ned i et svart hull.
Det hele er relativt.
Spesiell relativitet
Einsteins teori er delt inn i spesiell og generell relativitet.
Spesiell relativitet kom først og er basert på at lysets hastighet er konstant for alle. Det kan virke enkelt nok, men det har vidtrekkende konsekvenser.
Einstein kom til denne konklusjonen i 1905 etter at eksperimentelle bevis viste at lysets hastighet ikke endret seg når jorden svingte rundt solen.
Dette resultatet var overraskende for fysikere fordi hastigheten på de fleste andre ting avhenger av hvilken retning observatøren beveger seg. Hvis du kjører bilen langs et jernbanespor, ser det ut som et tog som kommer til å bevege deg mye raskere enn hvis du snudde deg og fulgte den i samme retning.
Einstein sa at alle observatører vil måle lysets hastighet til å være 186.000 miles per sekund, uansett hvor rask og hvilken retning de beveger seg.
Denne makten fikk komikeren Stephen Wright til å spørre: "Hvis du er i et romskip som ferdes med lysets hastighet, og du slår på frontlyktene, skjer det da noe?"
Svaret er at frontlyktene slås på normalt, men bare fra perspektivet til noen i romskipet. For noen som står utenfor og ser på skipet fly forbi, ser det ikke ut til at frontlyktene slås på: lys kommer ut, men det reiser med samme hastighet som romskipet.
Disse motstridende versjonene oppstår fordi linjaler og klokker - de tingene som markerer tid og rom - ikke er de samme for forskjellige observatører. Hvis lysets hastighet skal holdes konstant som Einstein sa, kan ikke tid og rom være absolutt; de må være subjektive.
For eksempel vil et 100 fot langt romskip som reiser med 99,99% lysets hastighet en fot lang for en stasjonær observatør, men det vil forbli sin normale lengde for de som er ombord.
Kanskje til og med rart, tiden går saktere jo raskere man går. Hvis en tvilling rir i det fartsfylte romskipet til en fjern stjerne og så kommer tilbake, vil hun være yngre enn søsteren som bodde på jorden.
Masse avhenger også av hastighet. Jo raskere et objekt beveger seg, jo mer massivt blir det. Faktisk kan intet romskip noensinne nå 100% av lysets hastighet fordi massen vil vokse til uendelig.
Dette forholdet mellom masse og hastighet uttrykkes ofte som et forhold mellom masse og energi: E = mc ^ 2, der E er energi, m er masse og c er lysets hastighet.
Generell relativitet
Einstein var ikke ferdig med å forstyrre vår forståelse av tid og rom. Han fortsatte å generalisere teorien sin ved å inkludere akselerasjon og fant ut at dette forvrengte formen på tid og rom.
For å holde deg med eksemplet over: forestill deg romskipet raskere ved å skyte skyvepistolen. De ombord vil holde seg til bakken akkurat som om de var på jorden. Einstein hevdet at kraften vi kaller tyngdekraften ikke kan skilles fra å være i et akselererende skip.
Dette i seg selv var ikke så revolusjonerende, men da Einstein regnet ut den komplekse matematikken (det tok ham 10 år), oppdaget han at rom og tid er krummet nær et massivt objekt, og denne krumningen er det vi opplever som tyngdekraften.
Det er vanskelig å forestille seg den buede geometrien til generell relativitet, men hvis man tenker på romtid som et slags stoff, så strekker en massiv gjenstand det omgivende stoffet slik at alt som passerer i nærheten ikke lenger følger en rett linje.
Ligningene av generell relativitet forutsier en rekke fenomener, hvorav mange er bekreftet:
- bøying av lys rundt massive gjenstander (gravitasjonslinsing)
- en langsom evolusjon i bane til planeten Merkur (perihelionspresisjon)
- ramme dra av rom-tid rundt roterende kropper
- svekkelse av lys som slipper unna tyngdekraften (gravitasjonsrødskift)
- gravitasjonsbølger (krusninger i romtidsstoff) forårsaket av kosmiske smashups
- eksistensen av svarte hull som feller alt inkludert lys
Varpingen av rom-tid rundt et svart hull er mer intens enn andre steder. Hvis den romfarende tvillingen falt i et svart hull, ville hun bli strukket ut som spaghetti.
Heldigvis for henne, ville det hele være over noen få sekunder. Men søsteren hennes på jorden ville aldri se det ende - og så på den stakkars søsteren sin trinnvis tråkkende mot det svarte hullet over universets tid.
Denne artikkelen ble oppdatert 2. juli 2019 av Live Science-bidragsyter Tim Childers.
