Einsteins epokegørende år

I 1905 udgav den 26-årige Albert Einstein, der var ansat på et patentkontor, fire videnskabelige artikler der ændrede den forestilling man havde om universet — fra dets mindste byggesten til dets største galakser. Nogle af disse artikler banede også vej for mange af de opfindelser der i løbet af de sidste 100 år har ændret vores levevis.

Isidor Rabi, en nobelpristager i fysik, siger: „Der findes næsten ingen vigtig grundlæggende idé inden for den moderne fysik hvis oprindelse ikke, i det mindste delvis, kan spores tilbage til Einstein.“ Hvad var det helt præcist Einstein opdagede for hundrede år siden?

Lysets hemmeligheder

Artiklen som Einstein udgav i marts 1905, var med til at afsløre nogle af lysets hemmeligheder. Forskere havde i forvejen opdaget at lys der bevæger sig i rummet, synes at bevæge sig som bølger i en sø. Men bølgeteorien kunne ikke forklare hvorfor svagt blåt lys frembringer en elektrisk strøm når det rammer visse metaller, hvorimod stærkt rødt lys ikke gør det. Einsteins artikel bidrog til en bedre forståelse af denne såkaldte fotoelektriske effekt.

Einsteins forklaring gik ud på at lys til tider kan opfattes som bestående af små energipakker, senere kaldet fotoner. Når fotoner har det rette energiniveau, eller den rigtige farve, kan de frigøre elektroner fra atomerne i visse metaller. (Rødt lys er for svagt til dette). Denne vekselvirkning forårsager at elektrisk strøm ledes gennem stoffet. Moderne opfindelser som tv-kamerarør, solceller og lysmålere bygger alle på Einsteins beskrivelse af den fotoelektriske effekt.

For sin forklaring af lysets natur vandt Einstein i 1921 nobelprisen i fysik. Hans artikel banede vej for et nyt område inden for videnskaben, kvanteteorien. En teori som igen banede vej for en lang række andre områder, for eksempel atomvidenskab, elektronik og nanoteknologi.

Hvorfor pollen danser

I 1905 vendte Einstein også sin opmærksomhed mod atomer og molekyler. Han gav en teoretisk forklaring på atomers og molekylers virkning på bittesmå pollenkorn i vand. I 1827 havde en biolog ved navn Robert Brown gennem et mikroskop iagttaget at pollenkorn bevægede sig i vand.  Han kaldte pollenkornenes dans for brownske bevægelser, men årsagen til dem kunne han ikke forklare.

I sin artikel fra maj 1905 pegede Einstein på at det var vibrerende vandmolekyler der bevirkede at disse brownske bevægelser fandt sted. Ikke alene udregnede han størrelsen på vandmolekylerne, men han beregnede også de nøjagtige egenskaber for molekylernes atomer. Andre forskere har bygget videre på disse beregninger og dermed fjernet enhver tvivl om eksistensen af atomer. Den moderne fysik er grundlagt på erkendelsen af at alt stof er opbygget af atomer.

Tid er noget relativt

Einsteins specielle relativitetsteori, som blev udgivet i juni 1905, var i modstrid med hvad videnskabsmænd som for eksempel Isaac Newton var overbevist om — at tidsmåling er det samme i hele universet. Det som Einsteins nu alment accepterede teori indebærer, virker ret besynderligt.

Forestil dig for eksempel at du og en ven synkroniserer jeres ure. Din ven flyver derefter rundt om jorden, mens du bliver hjemme. Når han vender tilbage, er hans ur lidt bagefter i forhold til dit. For dig at se er tiden gået langsommere for din ven end for dig. Forskellen er selvfølgelig minimal målt i de hastigheder vi normalt har med at gøre. Men når man nærmer sig lysets hastighed, begynder tid ikke alene at gå betydelig langsommere, men genstande bliver også mindre og deres masse øges. Ifølge Einsteins teori er det lysets hastighed, og ikke tiden, der er konstant i hele universet.

En formel der ændrede verden

I september 1905 udgav Albert Einstein endnu en artikel, der blev betragtet som et matematisk tillæg til hans specielle relativitetsteori. Artiklen indeholdt formlen der i dag betragtes som synonymt med Einsteins arbejde, E=mc². Denne ligning udtrykker at den mængde energi der frigøres når et atom splittes, er lig med tabet af dets masse gange kvadratet på lysets hastighed.

Videnskabsmænd som Albert Einstein har ved deres indsats bidraget meget til vores viden om universet. Men den kundskab vi har i dag, svarer meget godt til beskrivelsen som Job gav for mange år siden. Om Skaberens værk indrømmede han ydmygt: „Se, dette er kun omridset af hans veje, og hvad andet end en hvisken af noget høres om ham!“ — Job 26:14.

[Diagram/illustrationer på side 20]

(Se publikationen)

Lys opfører sig både som bølger og partikler. Forståelsen af dette har gjort det muligt at lave soldrevne regnemaskiner og lyssensorer i digitale kameraer

[Diagram/illustrationer på side 21]

(Se publikationen)

Brownske bevægelser var med til at bevise eksistensen af atomer

[Diagram/illustrationer på side 21]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

E Energi

= er lig med

m masse

c² gange lysets hastighed kvadreret

c² er c gange c, eller 299.792 kilometer pr. sekund gange 299.792 kilometer pr. sekund

Da c² er et ufattelig stort tal (cirka 89.876.000.000 km²/sek²), kan en lille masse omdannes til en enorm mængde energi. Når et uranatom splittes, dannes der hurtigt to mindre atomer, men det mister også omkring 0,1 procent af sin masse; denne meget lille masse omdannes til en enorm mængde energi som frigives

Energi frigives

Omdannet til energi er blot et kilo af et hvilket som helst stof lig med:

▪ cirka 25 milliarder kilowatt-timer

▪ den energi en bil ville bruge for at køre 400.000 gange rundt om jorden

▪ den energi verdens største olietanker ville bruge for at sejle rundt om jorden 900 gange

▪ to dages elektricitetsforbrug i USA

Det modsatte er også tilfældet. At „danne“ blot ét atom kræver en ufattelig mængde energi

[Illustrationer på side 21]

Jo hurtigere man bevæger sig, jo langsommere går tiden

[Illustration på side 21]

Ure i GPS-satellitter går ikke med samme hastighed som ure på jorden. Hvis der ikke blev taget højde for denne relativistiske effekt, ville GPS-signalet være ubrugeligt

[Kildeangivelser på side 20]

Einstein: Foto af Topical Press Agency/Getty Images; baggrund: CERN foto, Genève