Relativitetsteori og rummet – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Fysik > Relativitetsteori og r...

24. juni 2008

Relativitetsteori og rummet

Hej NBI
Jeg har netop lyttet til Ulrik Uggerhøj forklare om Einsteins Almene Relativitetsteori i Videnskabens Verden på Danmarks Radio. Det inspirerer mig til at stille et par spørgsmål:

Einstein har vist nok sagt, at man ikke kan tillægge 'det tomme rum'  nogle fysiske egenskaber overhovedet - undtagen dets evne til at transmittere energi.

Det tomme rum indeholder fluktuerende kvantefelter, der hele tiden får partikler til at opstå og forsvinde igen. Vakuum karakteriseres ved at det er den lavest mulige energitilstand af kvantefelterne. Vakuum kan for eksempel polariseres elektromagnetisk, hvilket har indflydelse på den fine atomstruktur.

Citatet er formodentligt ikke helt korrekt, men er det korrekt forstået? Så vidt jeg kan se, tillagde han det selv yderligere to kvaliteter: En øverste hastighedsgrænse for lys og en evne til at krumme under indflydelse af masse.

Det er ikke som sådan vakuum egenskaber, men egenskaber ved felters udbredelse gennem vakuum. 

Jeg har hørt om gravitationslinser - det at tunge stjerner kan afbøje lyset fra bagvedliggende objekter. Afbøjningen er - så vidt jeg kan vurdere - forholdvis lille, hvilket indicerer, at rummet er meget stift på den store skala. Ændrer dette forhold sig, når skalaen bliver meget lille? Med andre ord: Er 'rum' mere fleksibelt på det atomare eller subatomare plan end på det store? Kan man ligefrem tegne en graf for dette og giver det mening at tænke i disse baner? 

Afbøjningen skyldes tyngdekraftens variation og rummets krumningsradius er cirka 300 millioner kilometer ved solens overflade, hvilket er 1000 gange solens radius. Ved meget små afstande vil kvantegravitationen få rummets geometri til at flukturere kraftigt, så at der opstår tunneller ("ormehuller"). Det sker dog først ved 10-35 meter skalaen, som vil være totalt utilgængelig for eksperimenter i en lang fremtid. 

I den populære analogi, hvor man forestiller sig en kugle lagt på en udspændt gummimembran som et billede på, hvordan en stjerne kan bøje rumtiden omkring sig, ser man mest på den store skala. Hvis man udvider denne analogi til også at omfatte den helt lille skala og erstatter kuglen med en spand vand, ville det så være korrekt at forestille sig atomerne som en meget stor mængde adskilte, nåletynde og meget dybe fordybninger i membranen?

Din fortolkning er principielt rigtig, bortset fra at fordybningerne er ufatteligt "lave", fordi tyngdekraften fra et atom er så lille (summen af alle atomernes tyngdekraft giver spandens tyngdekraft, som kun med vanskelighed kan konstateres i et almindeligt laboratorium).

En hurtig vurdering fortæller mig, at rummets krumningsradius omkring et atom vil være omkring 10 gange større end ved solens overflade, hvilket er omkring 1022 gange større end atomets radius. Det antyder, hvor lille "fordybning", atomet selv laver i rummet.

Med venlig hilsen
Benny Lautrup, professor NBI

Niels Bohr Institutet har forskning og undervisning i teoretisk fysik i en lang række områder fordelt over hele faget.