Einsteins Relativitetsteorier
Men för att kunna prata om maskhål, är det många andra saker inom fysiken man måste förstå, så det först!
Jag ska börja med att ta upp Einsteins relativitets teorier, både den speciella och den allmänna.
Den allmänna relativitetsteorin är en teori om gravitationen, publicerad av Einstein 1916. Teorin förenar Isaac Newtons universella gravitation (vilket säger att gravitationen inte är en kraft i fysikalisk mening, utan ett resultat av rumstidens geometri), och den speciella relativitetsteorin.
Säg att man har 2 raketer, och absolut inget annat. Båda rör sig bredvid varandra i motsatt riktning. Man kan omöjligt veta vilken av raketerna som står still och vilken som rör sig, eller om båda rör sig. In ifrån raketen ser det ut som att den står still, och att den andra raketen rör på sig. Det är den första principen av Einsteins relativitets teori, man kan aldrig veta vilket objekt som rör sig, och vilket som står still. Den andra är att ljusets hastighet är samma från alla synvinklar.
T.ex. om Levi sitter i ett rymdskepp som flyger med konstant hastighet, och skjuter en ljusstråle ner i en spegel, som ligger 1 meter under rymdskeppet, kommer ljusstrålen att åka rakt ner i spegeln, och studsa rakt upp igen. Alltså har ljuset färdats 2 meter. Detta är från Levis perspektiv.
Om Petra däremot tittar på händelsen utifrån, kommer hon se att ljusets bana bildar ett v (se bild). Eftersom ljusests hastighet alltid är den samma, måste det betyda att ljuset har färdas längre. Hur är detta möjligt? Jo, från Petras perspektiv, har processen tagit längre tid. Om Petra kollar på Levis klocka, kommer hon se att processen inte har tagit lika lång tid. Det betyder att Petra kommer att se att Levis klocka går långsammare.
Tänk nu att Levi har ett rymdskepp framför honom och ett rymdskepp bakom honom, med lika långt avstånd mellan båda. Alla rymdskepp åker nära ljusets hastighet. Han skjuter två ljusstrålar till, en på det främre rymdskepper och en på det bakre. Från Levis perspektiv, kommer det se ut som att båda ljusstrålarna når rymdskeppen samtidigt. Från Petras perspektiv kommer det vara helt annorlunda. Eftersom det främre rymdskeppet rör sig ”ifrån” Levi, och det bakre rör sig ”mot”, kommer det bakre rymdskeppet bara ”fånga upp” nästan direkt efter Levi sköt ljusstrålen, medan den främre ljustrålen måste hinna ikapp det främre rymdskeppet.
Från Levis perspektiv kommer klockorna på de båda rymdskeppen säga att de tog emot ljusstrålarna samtidigt. Från Petras perspektiv ser det ut som att det vänstra rymdskeppets klocka går före det högra.
Om Levi nu bestämmer sig för gasa ännu mer, med alla rymdskepp exakt samtidigt, kommer det att hända från hans perspektiv, och avståndet mellan alla rymdskepp är oförändrat.
Eftersom tiden på det vänstra rymdskeppet går före tiden på de andra, från Petras perspektiv, kommer det rymdskeppet accelerera först, och det högra sist. Detta medför att avståndet mellan rymdskeppen försvinner. För Petra kommer det se ut som att rymdskeppen trycks ihop. Ju närmre ljusets hastighet de kommer, desto kortare kommer de bli.
För Levi ser allt som vanligt ut i rymdskeppet, men universum har blivit mer ihop tryckt.
Från Petras synvinkel, ser det ut som att tiden nästan står still i Levis rymdskepp.
Nu skaffar Petra sig också ett rymdskepp, och möter Levi när hon åker i vanlig hastighet, och han i nästan ljusets. De båda kastar varsin boll mot varandras boll, och de studsar tillbaka. Från Petras perspektiv ser det ut som att tiden går väldigt sakta för Levi, och hans boll rör sig långsamt. För henne ser det ut som både Levis rymdskepp och hans boll har större massa, för annars skulle inte Levis boll ha nog mycket momentum för att kunna studsa tillbaka.
Detta är meningen med E = mc2. Ju högre energi ett objekt rör sig med, desto större massa har det objektet. Detta är också varför inget kan röra sig snabbare än ljusets hastighet. Ju närmre ett objekt kommer ljusets hastiget ju större massa får det. Det kommer få så stor massa att det krävs oändligt mycket energi för att få det att röra sig snabbare.
Så då vet vi varför de tidigare nämnda astronauterna åldrades olika när den ena åkte iväg i en raket som åkte i nästan ljusets hastighet. Hastigheten påverkar hur snabbt tiden går för han.
Men hur kommer det sig då att gravitationen också påverkar hur snabbt tiden går? Ljusets hastighet här samma från alla perspektiv, men gravitationen kan ändå påverka ljuset. Därför har gravitationen också en verkan på hur snabbt tiden går.