Einstein, det relative og det invariante

Albert Einstein har feilaktig blitt referert til som opphavet til uttrykk som ”alt er relativt”. Faktum er at han lenge kjempet mot at teorien hans skulle bli kalt relativitetsteorien. Han ønsket tvert imot å benevne sin teori ”Invariansteorien”. Til slutt måtte han gi etter for presset fra et flertall av kolleger som kalte den for relativitetsteorien. Invarians hentyder til noe fast, uforanderlig, konstant. Etter hvert som det ble klart at grunnleggende fysiske størrelser som lengde, masse og tid var observatøravhengige – altså relative – ble det viktig for Einstein å bevise at innenfor hver enkelt referanseramme var fysikkens lover altid de samme. Einstein talte sterkt for at det under enhver observasjon befant seg en fysisk virkelighet, noe som særlig kom til uttrykk i hans mange kritiske utfall mot den innebygde uskarphet som Bohr og Heisenberg, m.fl. oppdaget i kvantefysikken – et fag han selv hadde vært med å grunnlegge. Et annet fast holdepunkt han er blitt kjent for å forfekte, er at lyshastigheten i vakuum er konstant og alltid den samme (invariant) innen et hvert referansesystem.

Man kan lett forestille hvor utilfredsstillende det ville vært for fysikere med bakgrunn i den klassiske mekanikken å måtte erkjenne at to observatører som mellom to hendelser hadde beveget seg med ulik hastighet ikke kunne blitt enige om hvor langt tidsintervallet og avstandsintervallet mellom hendelsene var. For ikke å snakke om at det ville ikke hjelpe å trekke inn ti, hundre eller tusen andre observatører, siden de generelt ville legge på bordet like mange ulike svar. Man kunne med god grunn konkludere at ”alt er reltivt”. Men Einstein slo seg ikke til ro med det. Han hevdet like fullt at selv om alt kan være relativt, vil alt være invariant, noe vi skal ta fram et eksempel på. Den tunge veien fram til den fullendte generelle relativitetsteorien i 1915 ble et ti-årig basketak med matematikken, der han holdt på i bli slått på målstreken av det matematiske geniet Hilbert.

Man kan se et tydelig historisk spor som leder fram til Einstein ved hans stadige referanser til Galilei, respekt for Newton, inspirert til nytenking av Mach og Maxwell, beundring for Lorentz og anerkjennelse av Minkowskis bidrag til sin egen teori.

Tilbake til det relative men likefullt invariante. Det relative og det invariante kan knyttes sammen i en rettvinklet trekant. Mellom to observerte hendelser, la hypotenusen være den strekningen c*T som lyset beregningsmessig må ha tilbakelagt i tidsrommet T målt mellom de to hendelsene. La den ene av katetene være den romlige avstanden R som observatøren måler mellom hendelsene. Benevn den andre kateten s og la den være så lang at den sammen med den første kateten og hypotenusen danner en rettvinklet trekant. La enhver observatør av de to hendelsene gjøre det samme. Om det så er to, ti, hundre, tusen eller flere observatører som legger fram like mange forskjellige kombinasjoner av T og X som de har målt mellom de to hendelsene – like fullt vil alle framlegge den samme verdien av s. Det er intet mindre enn et under. Men man trenger ikke undres over hvorfor Einstein ønsket å kalle teorien ved sitt egentlig rette navn – Invariansteorien.
Den invariante størrelsen s er det såkalte rom-tid-intervallet, som enkelt kan beregnes fra Pytagoras setning, s^2 = (c*T)^2 – X^2, og som godt kan sies å representere den felles underliggende virkelighet for alle observatørers relative virkeligheter.