Tok Einstein feil – igjen?

 

Tok Einstein feil – igjen?

Så lenge GPS'en din fortsatt hjelper deg dit du skal, kan du være trygg på at Einsteins relativitetsteori fortsatt gjelder. Eller? (27.10.2011)

Tekst:

Publisert:

Oppdatert:
27.10.2011 kl 15:27

Det er få mennesker forunt å være opphav til avisoppslag hver gang det dukker opp grunner til å tro at de kan ha tatt feil. I fysikkens verden er det vel bare Einstein som har denne æren. Overraskende funn presenteres ofte med overskriften «Tok Einstein feil?»

Og nå har det skjedd igjen. En stor internasjonal forskergruppe, OPERA-kollaborasjonen, offentliggjorde for ikke lenge siden resultater som tilsynelatende viser at en type elementærpartikler, nøytrinoer, tilbakelegger den 730 kilometer lange veien fra Genève til Gran Sasso-fjellene i Italia raskere enn en lysstråle. Einstein etablerte i sin spesielle relativitetsteori lysfarten i tomt rom som en øvre kosmisk fartsgrense, så her må det bli bråk.

Gir inntrykk av mer omskiftelig vitenskap

Reaksjonene på resultatene har vært preget av skepsis, og forskergruppen bak eksperimentet har vært meget forsiktig i fremstillingen av resultatet. De har forklart at de har sjekket alle feilkilder de har klart å komme på, og at de nå ønsker at andre skal sjekke og forsøke å gjenta eksperimentet deres. For meg virker det som de har opptrådt ryddig, men ikke alle er enige i det. Da den kjente fysikeren og vitenskapsformidleren Lawrence Krauss nylig besøkte Oslo, ga han i et intervju i Morgenbladet noen kritiske bemerkninger til offentliggjøringen av OPERA-resultatet (se også tilsvar fra en gruppe norske fysikere). Spesielt er han bekymret for at «Einstein tok feil»-vinklingen vil skape inntrykk av at vitenskap er mer omskiftelig og usikker enn den faktisk er. Det er dette særlig kreasjonister fremholder. Selv om Einstein ikke har så mye med Darwin å gjøre, vil de nok uansett kunne score noen billige retoriske poeng hvis de nå kan omtale relativitetsteorien som «bare en teori».

Personlig vil jeg bli overrasket om resultatet fra OPERA-eksperimentet blir stående etter nærmere gransking.

Personlig vil jeg bli overrasket om resultatet fra OPERA-eksperimentet blir stående etter nærmere gransking. Prinsippene som relativitetsteorien bygger på er veletablerte. At lysfarten i tomt rom er en øvre fartsgrense fremstilles ofte som en av forutsetningene i den spesielle relativitetsteorien, men det er mer riktig å si at det er en konsekvens av den. Einsteins grunnleggende antagelser da han formulerte teorien var disse:
1. Fysikkens lover er de samme for alle observatører som beveger seg jevnt og rettlinjet i forhold til hverandre.
2. Alle observatører måler den samme lyshastigheten i tomt rom.

Legg merke til at det ikke sies noe om at lyshastigheten må være den største mulige. Men når konsekvensene av de to postulatene utarbeides, følger det som en nødvendig konsekvens at det vil kreve uendelig mye energi å akselerere et massivt legeme til lyshastigheten, og at det derfor er umulig. Relativitetsteorien tillater at det finnes partikler som beveger seg raskere enn lyset, men da må de gjøre det hele tiden. Slike partikler, som er rent hypotetiske, kalles takyoner. De viser seg å ha en rekke utrivelige egenskaper som gjør at fysikere sjelden blir glade om det viser seg at en modell de jobber med inneholder slike partikler.

Har overlevd alle teorier hittil

Hvorfor innførte Einstein postulat 2 over? Det skyldes James Clerk Maxwells teori for elektromagnetisme og lys. Maxwell viste at lys er elektromagnetiske bølger, og at farten de brer seg med er bestemt av de elektriske og magnetiske egenskapene til tomt rom. Ligningene hans sier imidlertid ikke hva lysets fart er målt i forhold til. Dette fikk fysikere til å innføre et hypotetisk stoff, eteren. Eteren fylte hele universet, og var mediet lysbølger bredte seg i. Lysfarten i Maxwells ligninger var farten målt i forhold til eteren. Men ingen eksperimenter var i stand til å påvise eksistensen av eteren. Einstein tok derfor det radikale steget å si at lysfarten i Maxwells ligninger var farten målt i forhold til en vilkårlig observatør. Alle måler den samme lyshastigheten.

Den spesielle relativitetsteorien har overlevd alle tester fram til nå med høy presisjon. Dersom du har brukt GPS-navigasjon, har du selv vært med på å teste den. Dersom man i kalibreringen av klokkene som GPS-satellittene bærer ikke tar hensyn til at klokker i bevegelse sakner målt i forhold til klokker i ro – en konsekvens av den spesielle relativitetsteorien – ville systemet blitt ubrukelig.

Dersom nøytrinoer virkelig kan bevege seg raskere enn lyset, skyldes det ikke at de er takyoner. Rett og slett fordi vi har sett de bevege seg med lavere hastigheter i andre eksperimenter, og et takyon har per definisjon alltid overlyshastighet. De vil derfor være i strid med Einsteins postulater, og ett eller begge vil være i fare. For meg ville det være merkelig om de ikke skulle stemme. Postulatene i relativitetsteorien er en del av garantien for at alle vil være enige om fysikkens grunnleggende lover. At de ikke er subjektive modeller som bare gjelder sett fra vårt begrensede ståsted, men er virkelig universelle lover som gjelder overalt i universet. Dette er et prinsipp jeg nødig vil gi slipp på.

Postulatene i relativitetsteorien er en del av garantien for at alle vil være enige om fysikkens grunnleggende lover.

Mulige forklaringer – snarveier i andre dimensjoner?

Det finnes mulige forklaringer på OPERA-eksperimentet som lar Einstein være i fred, forutsatt at vi aksepterer at rommet har flere dimensjoner enn de tre vi regner med til vanlig. Det finnes teorier der de ekstra dimensjonene representerer en snarvei som nøytrinoer, men ikke lys, kan benytte seg av. Nøytrinoene kan da komme fram til Gran Sasso fra Geneve raskere enn lys rett og slett fordi de har kortere vei å reise, ikke fordi de beveger seg raskere enn lyset.

Fysikerne Andrew Cohen og Sheldon Glashow har imidlertid kommet med en alvorlig innvending mot OPERA-resultatet. De argumenterer for at nøytrinoer med overlyshastighet vil være ustabile, slik at de vil henfalle til andre, mer stabile partikler. Dette ville føre til at nesten ingen nøytrinoer med energier over en viss terskelverdi ville komme fram til Gran Sasso, og det er i strid med hva man så.

Hva med Krauss’ kritikk av offentliggjøringen av resultatet? I kampen om forskingsmidler har presseoppslag en viss betydning. Men for å få oppslag i pressen, må resultatene være salgbare. Av og til hender det derfor at forskere kan overdrive betydningen av resultatene sine for å få oppmerksomhet. Astrofysikere var nylig vitne til et slikt eksempel der et interessant, men forholdsvis ordinært resultat om fordelingen av den mørke materien ble solgt inn med en ordbruk som kunne lede uinnvidde til å tro at gåten om den mørke materien nå var løst. Det var den så langt i fra.

Viser egentlig forskning på sitt beste

For meg virker det imidlertid ikke som om OPERA-kollaborasjonen har bedrevet sensasjonalisme. De har ikke solgt resultatet sitt som «vi har vist at Einstein tok feil». De har bare sagt at de har fått noen merkelige resultater som det er vanskelig å tro kan stemme. De har sjekket og dobbeltsjekket, men kan ikke skjønne hva de har gjort galt. Nå vil de ha fysikersamfunnets hjelp til å knekke nøtten. Når de først var kommet til det punktet at de selv ikke lenger så hva som kunne ha gått galt, har de opptrådt forbilledlig ryddig.

Forskerne er enige om at det er for tidlig å kaste relativitetsteorien ut av vinduet, for resultatet er ennå ikke sjekket og eksperimentet ennå ikke gjentatt.

Jeg tror OPERA-resultatet gir oss en anledning til å forklare hvordan forskning fungerer på sitt beste. Vi har fått presentert et overraskende resultat som er i strid med en veletablert teori. Forskerne er enige om at det er for tidlig å kaste relativitetsteorien ut av vinduet, for resultatet er ennå ikke sjekket og eksperimentet ennå ikke gjentatt. Skulle det bli stående, er det mulig at relativitetsteorien må omarbeides. Det finnes teoretikere som har arbeidet i årevis med dette, og nå kommer det sikkert til å bli flere som slutter seg til dem. Det som er klart, er at en ny teori må inneholde Einsteins teori som et grensetilfelle, for den spesielle relativitetsteorien har stemt i alle andre sammenhenger vi har testet den. Selv om nøytrinoer muligens kjenner snarveier fra Geneve til Gran Sasso som GPS-en din ikke vet om, kan du trygt bruke den også neste gang du setter deg inn i bilen.

Nøkkelord

Se bildet større

Øystein Elgarøy er astrofysiker.

Siste nytt i Kommentar

Forskjellsbehandling i gjære - uttalelser lover ikke godt

KOMMENTAR: – Er Kulturdepartementet i ferd med å skrote likebehandling av tros- og livssynssamfunn? spør Even Gran.

Til dere foreldre på små steder som sier nei til skolegudstjenester

KOMMENTAR: – Når jeg leser historiene som kommer fra Voss og fra mange andre mindre plasser i Norge, kan jeg ikke annet enn å være takknemlig for at vi i byen i det minste slipper bygdedyret.

– Humanismen er det vi kan enes om at den er

KOMMENTAR: – Samtidig må et livssyn ha grenser. Det kan ikke inneholde alt på én gang. Manifestet er det nærmeste vi kan komme et svar på denne utfordringen: En kollektiv formulering av innholdet i humanismen, skriver seniorrådgiver Arnfinn Pettersen i HEF.

Korstog mot kristendommen? Seriøst, Listhaug?

KOMMENTAR: Det smaker kraftig av populisme når Human-Etisk Forbunds prinsipielle motstand mot religiøs forkynning i skolen blir betegnet som en kamp for å rense samfunnet for religion.

En viktig stemme
Å benytte skolen som misjonsmark for å nå utover egne rekker, er ikke akseptabelt

KOMMENTAR: «Beklemmende og respektløs» er blant ordene Bente Sandvig velger å bruke når hun skal omtale biskop Helga Haugland Byfuglien holdning til skolegudstjenester.

Annonse
Annonse
Annonse
Do NOT follow this link or you will be banned from the site!