Krummet romtid – et reelt fenomen?

I Einsteins relativitetsteori (som egentlig er to teorier, den spesielle og den generelle) så innfører han begrepet romtid. Romtiden er en slags firedimensjonal virkelighetsbeskrivelse der de tre første dimensjonene er romdimensjonene lengde, høyde og dybde. Den fjerde dimensjonen i romtiden er tiden. Denne romtiden endres i nærheten av objekter, men desto tyngre objektene er. Denne strukturendringen av romtiden kalte Einstein for krummet romtid.

Hele tanken om krummet romtid kan synes som noe underlig sprøtt noe som nerder leker seg med i tankene sine, men dess mer man har undersøkt saken, dess mer tyder på at Einstein faktisk hadde rett. Det finnes flere fenomener i universet som tyder på at krummet romtid er en god beskrivelse av virkeligheten.

Fotoner har som kjent (blant fysikknerder) null i hvilemasse, populært sagt er de masseløse. Dette er årsaken til at de kan ferdes i lysets hastighet, for i følge relativitetsteoriens energiligning (som i sin enkleste form lyder E=mc²) så ville det medgått en uendelig mengde energi for å få noe med masse til å ferdes med lysets hastighet i vakuum.

I og med at fotoner er masseløse, så betyr det at lys ikke burde la seg påvirke av gravitasjon. Sorte hull burde være en umulighet, for selv gravitasjonen i et sort hull burde ikke kunne bøye lysstrålene.

Krummet romtid samlignes ofte med en gummiduk

Hvis man derimot forklarer gravitasjon som krummet romtid, der tiden går saktere nærmere et massivt objekt, så blir det straks noe annet. Da blir det faktisk helt logisk og sannsynlig at gravitasjon kan avbøye lys. For lys har en dobbeltnatur (dualitet), fotoner er både partikler og bølger samtidig. Og en bølge som beveger seg gjennom et rom der tiden går litt saktere nærmere et massivt objekt vil naturlig nok avbøyes mens lyset passerer dette området med krummet romtid.

Dette fenomenet er altså grunnen til at kjerneobjektet inne i sorte hull faktisk kan være usynlig. Det er årsaken til at massive objekter i universet faktisk kan fungere som såkalte gravitasjonslinser. Og dette er også årsaken til at stjerner som burde vært skjult bak solskivas kant faktisk kan sees ei stund etter at de burde ha forsvunnet og ei stund før de burde dukket opp på den andre siden. Dette viser klart at lyset fra disse stjernene avbøyes i solas gravitasjonsfelt. Og den beste tilgengelige forklaringen på dette er altså hvis sola krummer romtiden på en sånn måte at tiden bremses mer i nærheten av sola enn lengre ut i verdensrommet.

Og for å ta med eksemplet med GPS-systemet. Det er ikke mekaniske urverk med fjærer og tannhjul man bruker verken i satelittene eller i kontrollsenteret på bakken. Selv kvartsur er for unøyaktige. Man bruker et såkalt cesiumur (også kalt et atomur) der man setter en liten cesiumkrystall i resonans i et svakt spenningsfelt ved 0K. Så teller man antall svingninger og deler på 9.192.631.770 for å få ett sekund. Nøyaktigheten for slike cesiumur er pluss/minus ett sekund på én million år.
http://no.wikipedia.org/wiki/Atomur

Det usanske forsvaret, som eier og har bygd ut GPS-systemet, trodde opprinnelig ikke noe på at de behøvde å ta hensyn til snodige greier om krummet romtid i en sær relativitetsteori. Newtons tyngdekraftligninger burde være nøyaktige nok, tid kunne vel umulig bli påvirket av litt gravitasjon? Men én av militærkonstruktørene tenkte at det ikke kunne skade å legge inn en påslåbar omregning i tilfelle han derre påståelige rådgivernerden fra NASA faktisk hadde rett. De første satelittene ble skutt opp i bane, i høyder mellom 18.000 og 24.000 km over jordoverflaten, og det gikk svært raskt opp for militæret at noe var riv rav ruskende galt, for feilvisningen var på over 10 km per døgn. Med en sånn feilvisning ville systemet selvsagt være helt ubrukelig.

Så militærkonstruktøren som hadde lagt omregneren i urverket innrømmet hva han hadde lagt inn i satelitturene. Og ledelsen tenkte at systemet ville jo likevel være en gedigen fiasko, så de lot konstruktøren bruke fjernstyringen som slo på omregningen. Og da ble plutselig feilvisning nærmest null. Alle de senere GPS-satelittene fikk derfor cesiumur som gikk litt for sent før oppskyting, slik at de ble synkrone med bakkeurene når de kom ut i en del av verdensrommet der romtidskrummingen er litt mindre enn nede på bakken.

Faktisk er det to romtidskrummingseffekter man måtte legge inn i systemet (eller ligningen). Satelittene ferdes i en fart som er større enn farten her nede på bakken. Dette bremser tiden ombord på satelittene med ca 7µs/døgn (µs=mikrosekunder). Den reduserte romtidskrummingen i satelittenes høyde utgjør ca 45 µs/døgn. Differansen, som var skyld i det ukalibrerte GPS-systemets opprinnelige feilvisning, er altså ca 38 µs/døgn. Og disse 38 µs/døgn utgjør altså en feilvisning på rundt ei mil per døgn. Det at det kalibrerte GPS-systemet faktisk fungerer regnes som et av de beste praktiske hverdagseksemplene på at Eisteins teori om krummet romtid stemmer.
http://en.wikipedia.org/wiki/Error_analysis_for_the_Global_Positioning_System#Relativity