Tekst: Astrid Bragstad Gjelsvik
Du har ganske sikkert hørt om Isaac Newton, mannen vi gjerne sier oppdaga tyngdekraften, og som har gitt navn til noen av de mest kjente fysiske lovene våre. Du ser ham kanskje for deg sittende under et tre med en lang, krøllete parykk mens han funderer over et eple han nettopp har fått i hodet. Da jeg tok fysikk på videregående, lærte jeg om Newtons gravitasjonslov, som beskriver hvordan ting faller mot bakken på grunn av gravitasjonen, eller tyngdekraften. Denne loven sier at det virker en kraft mellom objekter med masse. Kraften blir sterkere jo større massen til objektene er, og jo mindre avstand de har mellom seg. Loven forklarer hvorfor et eple vil falle raskere mot bakken på jorda enn på månen – fordi jorda har større masse enn månen. Loven kan også brukes til å forutsi bevegelsene til planetene i solsystemet vårt nesten nøyaktig. Da jeg lærte om denne loven for første gang, la loven også grunnlaget for forståelsen min av hva tyngdekraft egentlig var.
Okei. Epler faller mot bakken fordi epler har masse og jorda har masse. Derfor trekkes de mot hverandre, tenkte jeg. Da vet jeg det.
Jeg ble derfor ganske overraska da jeg tok et emne på UiO i fysikkfilosofi og kom over følgende sitat om Newtons gravitasjonslov:
That gravity should be innate, inherent, and essential to matter, so that one body may act upon another at a distance, through a vacuum, without the mediation of anything else, by and through which their action and force may be conveyed from one to another, is to me so great an absurdity, that I believe no man who has in philosophical matters a competent faculty of thinking, can ever fall into it.
Hvem hadde sagt det? Jo, Newton selv.
Hæ? Sa Newton at konseptet om at objekter kan virke på hverandre over avstand kun fordi de har masse, er så absurd at ingen oppegående mennesker kan tenke noe sånt? Var det ikke nettopp det han hadde oppdaga? Det jeg lett hadde godtatt som sant på videregående, viste seg å være noe Newton selv hadde hatt store problemer med å akseptere. Hva som lå bak den loven som beskrev planetenes bevegelser så godt, klarte han aldri å finne svaret på. Han nekta imidlertid å forklare den som en egenskap ved masse i seg selv.
Absolutt rom og relativ romtid
Newton var ikke bare en fysiker, men han gikk også inn i filosofiske diskusjoner i samtida si. I tillegg til å prøve å tolke sine egne lover, diskuterte han blant annet egenskapene til tid og rom på et filosofisk plan. Newton var av den oppfatning at rommet og tiden er noe som eksisterer i seg selv, uavhengig av objektene som eksisterer i rommet eller tiden. Denne oppfatningen sto i kontrast til andre filosofiske tilnærminger i samtida, og den som sto aller tydeligst i opposisjon til Newton, var den tyske filosofen Gottfried Leibniz. Han mente at det bare er objekter som eksisterer i seg selv. Disse objektene har en utstrekning og en avstand til andre objekter, og det er dette vi kaller rom. Tilsvarende har hendelser en varighet og et tidsrom relativt til andre hendelser, og dette kaller vi tid. Rom og tid eksisterer ikke i seg selv, men er forhold mellom objekter.
Du kan kjenne på hva din egen intuisjon forteller deg: Dersom universet kun besto av to kvalitativt like klinkekuler, og disse bytta plass uten at avstanden mellom klinkekulene endra seg, ville da universet ha endra seg? Newton ville svart ja siden klinkekulenes forhold til rommet selv, en slags form for absolutt referanseramme, ville ha endra seg. Leibniz ville derimot ikke ha gått med på at en slik absolutt referanseramme eksisterte.
En grunnstein i Newtons verdensbilde og filosofi, og dermed også i fysikken hans, var altså ideen om at tid og rom er uavhengige og absolutte enheter som objekter er plassert i. Ta for eksempel gravitasjonsloven: Tyngdekraften som tilsynelatende virker mellom to objekter, er avhengig av avstanden mellom dem. Denne avstanden må altså være en fastgitt størrelse for at gravitasjonsloven skal kunne beskrive en fastgitt tyngdekraft. For litt over hundre år siden kom imidlertid en ny teori som skapte problemer for Newtons idé om tid og rom, og dermed også gravitasjonsloven.
Albert Einstein publiserte sin spesielle relativitetsteori i 1905, og den hevdet at tid og rom var relative størrelser, avhengige av den relative hastigheten til den som observerer. Det er forståelig hvis du synes det høres rart ut at tid og rom kan være relativt, siden det er snakk om relative hastigheter som er mye høyere enn de vi vanligvis opplever i våre daglige liv. Men Einsteins teori ble bekreftet. Teorien hans innebar også at rom og tid ikke lenger var separate størrelser, men flettet sammen i én størrelse: romtiden. Einstein forkastet altså Newtons absolutte referanseramme fordi romtiden ikke lenger var absolutt og uavhengig av objektene i den. Tyngdekraften, som Newton hadde forsøkt å beskrive med loven sin, uten å kunne forklare opphavet til den, måtte forklares på nytt. Og ti år seinere kom Einstein med en ny forklaring på opphavet til tyngdekraften i sin generelle relativitetsteori.
Denne forklaringen gikk grovt sett ut på at gravitasjon kommer av at selve romtiden krummer seg rundt massive objekter. Man kan forklare hvorfor månen går i bane rundt jorda med at romtiden krummer seg rundt jorda. Slik går månen i en bane ved å fortsette «rett fram» i stedet for å påstå at det virker en kraft på avstand mellom jorda og månen.
Å sette spørsmålstegn
Når vi prøver å forstå virkeligheten, har vi allerede en del antakelser om den i bakhodet, og disse hjelper oss å bygge ny kunnskap. Men av og til er vi nødt til å sette spørsmålstegn ved disse antakelsene for å forstå verden på en bedre måte. I tilfellet Newtons gravitasjonslov var det blant annet Newtons filosofiske antakelser om rom og tid som måtte revurderes for å beskrive virkeligheten bedre og dermed også gi en bedre forklaring på gravitasjonen. Å sette spørsmålstegn ved våre grunnleggende antakelser, slik Einstein gjorde, består ikke bare i fysiske oppdagelser, men er også en filosofisk øvelse. Hvor lett godtar studenter konsepter som vi egentlig burde sette spørsmålstegn ved, slik jeg gjorde da jeg lærte om tyngdekraft på videregående? Gravitasjon er fortsatt et uløst problem i fysikken. I dag finnes det mange fysikere som arbeider med å forstå gravitasjon på de minste nivåene, i kvantefysikkens verden. Det er fortsatt uklart hvordan en slik forklaring på gravitasjon vil se ut, for ikke å snakke om hvordan den vil henge sammen med rom og tid. Men det er sannsynlig at vi må omhyggelig undersøke de grunnleggende antakelsene vi har om virkeligheten, både ved hjelp av fysisk forståelse og filosofisk systematikk, dersom vi skal finne et svar.
