Kunnskap om sammenhengen mellom elektrisitet og magnetisme - elektromagnetismen - kom først et stykke ut på 1800-tallet. Og det var elektromagnetismen Einstein tok utgangspunkt i da han revolusjonerte fysikken.
Det var refleksjoner omkring og Michael Faradays (1791-1867) eksperimenter med magneter og spoler i 1831 og James Clerk Maxwells (1831-1879) matematiske beskrivelse av elektromagnetismen i 1865 som fikk Albert Einstein (1879-1955) til å tenne på en problemstilling som førte til den spesielle relativitetsteorien (1905).
I artikkelen, bedre kjent som den spesielle relativitetsteorien (On the Electrodynamics of Moving Bodies, 1905), presenterer han en problemstilling som kommer nokså bardust på leseren og kan virke noe uforståelig. Den blir presentert allerede i første setning der han slår fast at "det er kjent at Maxwells elektrodynamikk - slik den for tiden vanligvis blir forstått - når den blir anvendt på legemer i bevegelse, fører til noen asymmetrier som ikke er en indre egenskap til fenomenene".
Det Einstein problematiserer er ikke manglende samsvar mellom teori og data/observasjoner. Han har kommet til at det er noen - for ham - ubehagelige asymmetrier i den måten man tolker likningene til Maxwell på. Problemet han hadde identifisert referer via formuleringen "når den blir anvendt på legemer i bevegelse" til noen eksperimenter Faraday hadde utført i 1831.
Faraday hadde vist at når en magnet beveger seg i forhold til en ledning (en spole), induseres det en strøm i ledningen. Denne strømmen ble indusert uavhengig av om man beveger magneten og holder ledningen i ro, eller beveger ledingen og holder magneten i ro. Det er den relative bevegelsen som teller. Dette er det vi lærer på skolen, og det er ikke noe underlig med det.
Men for Einstein var det slettes ikke helt i orden. Han fant at den beskrivelsen som var gitt av Maxwell ikke reflekterte at det var den relative bevegelsen mellom ledningen og magneten som var avgjørende. I følge Maxwells teori måtte man imidlertid bruke to forskjellige likninger for å beskrive hvordan strømmen oppstod, en likning for hva som skjer når magneten beveger seg, og en for hva som skjer når ledningen beveger seg. Det ble derfor to ulike forklaringer på hvordan strøm genereres. Det var ikke akseptabelt for Einstein. Einstein søkte det enkle. Han ville ha kun én forklaring.
Hans ønske om å forenkle var også grunnen til at han kokte eggene i suppa, og til at han brukte såpe og ikke barberskum når han barberte seg "Hvorfor bruke to ting, for noe som kunne gjøres med en?", var hans motto.
Men Maxwells likninger inneholder imidlertid noen interessante symmetriegenskaper. Hvis man bytter om de magnetiske og de elektriske feltene i Maxwells likninger, forblir likningene de samme. Og de beregningene man utførte stemte helt med det man observerte. Det var ikke der problemet lå. Alle var meget imponert over teorien til Maxwell.
Einstein var også imponert. Men han mente allikevel at det var noe som ikke var slik det burde være. Likningene var ikke symmetriske nok!
Den asymmetrien som Einstein hadde identifisert, og som han følte sterkt ubehag ved, var først og fremst en metafysisk sak, noe som angikk følelsene, og ikke så mye en intellektuell sak, ettersom man jo fikk rette svar med den måten man tolket og brukte Maxwells likninger på. Dette følte ubehaget førte til at den unge Einstein ble strekt motivert til å fjerne ubehaget. For å løse problemet endte han opp med å problematisere vår oppfatning av fenomenet tid, et fenomen som alle mente var forstått. Det var selveste Newton som i Principia (1687) slo fast at tiden var noe som eksisterte helt upåvirket av alt annet i universet, og at den var absolutt, dvs. lik over alt. Den unge Einstein endret på dette. Det var ikke lengre en felles universell tid. Tiden ble relativ. Og massen ble påvirket av bevegelsestilstanden. Newtons fysikk var fundamentalt sett falsifisert.
Publikasjonen som omhandlet den spesielle relativitetsteorien innholdt ikke den kraftfulle likningen E = mc2. Den løsningen ble presentert i en egen artikkel som ble publisert noen uker etter hovedpublikasjonen. Einstein var selv litt overrasket over resultatet, og han var usikker på om det var en beskrivelse av noe som kunne forekomme i naturen. Men det var ikke en komplisert utledning. Matematikken krever ikke kunnskap utover det man lærer i den videregående skolen.
Per Arne Bjørkum
Oppdatert: 08.12.2010 09:58
av Alf Kvassheim
Halfdan Carstens, ansvarlig redaktør – GeoPublishing AS, Postboks 6315 Sluppen, 7491 Trondheim - Tlf: 73 90 40 90 / 73 90 40 89
