Image
""

Illustrasjon: Colourbox

Fotonet er overalt samtidig

Lyset opplever verken tid eller avstander. Dette kan høres veldig mystisk ut, men med god hjelp fra Albert Einstein skal vi finne svar på hvordan dette faktisk kan stemme.

 Artikkelen er skrevet av Viggo Wetteland

Jeg hører at han stopper å skrive. Det blir helt stille. En nattergals vakre sang kan høres i det fjerne. «Eureka!» roper en begeistret ung mann. Han snur seg mot meg i ekstase og peker ivrig ned på skribleriene sine.

Einstein har nettopp oppdaget at tid og lengde begynner å oppføre seg merkelig når en har med veldig store hastigheter å gjøre. Når han ser at jeg ikke skjønner noe av formlene hans, begynner han å forklare:

«Tenk deg et tog som suser forbi oss med 90 prosent av lysets hastighet. Du vil se at togpassasjerene beveger seg i slow motion, og at toget har blitt kortere i bevegelsesretningen».

Han tar fram et trekkspill og presser det sammen. «Slik!» sier han fornøyd.

«Men vi har jo ikke så raske tog», sier jeg. «Og et slikt tog ville ha reist rundt hele jordkloden syv ganger i sekundet og ville blitt slynget ut i verdensrommet før vi kunne observere noe som helst. Så hvordan vet du at teorien stemmer?» spør jeg etter å ha grublet over det en stund.

Viggo Wetteland er masterstudent ved Fysisk institutt. Artikkelen er skrevet som en del av formidlingskurset MNKOM.

Myon-detektoren

Einstein spaserer ut i hagen og viser meg en liten metallboks med to ledninger stikkende ut fra toppen.

«Dette er en myon-detektor», sier han og lar ledningene peke opp mot himmelen. «Vi kan for eksempel utforske myoners reise nedover i Jordas atmosfære.»

Han forteller videre at et myon er en veldig liten partikkel som ligner på et elektron. De blir dannet i kollisjonen mellom kosmisk stråling og partikler øverst i atmosfæren. Myoner faller nedover mot bakken med 99,99 prosent av lysets hastighet og har en så kort levetid at de vil forsvinne etter bare 600 meters fall. Jordas atmosfære er ti kilometer tjukk.

«Det er like høyt som fire galdhøpigger stablet oppå hverandre det», tenker jeg. «Hvordan kan detektoren din måle myoner helt her nede på jordas overflate da?» spør jeg.

Myon-detektoren lyser opp. Jeg klør meg i hodet. Einstein smiler bredt.

«Dette mysteriet har jeg nettopp funnet løsningen til!», svarer han idet han tar fram trekkspillet. På grunn av myonets ekstremt høye hastighet krymper atmosfæren på samme måte som toget presses sammen i bevegelsesretningen».

Einstein presser sammen trekkspillet igjen. «Fra myonets perspektiv er Jordas atmosfære tynnere enn 600 meter, som gir dem nok tid til å komme seg helt ned til bakken».

Reisen til Canopus

«Men betyr ikke dette at universet er mindre enn vi tror?» spør jeg, fremdeles litt forvirret.

«Det stemmer», svarer Einstein. Han setter seg ned på en benk og ser opp på den vakre stjernehimmelen.

«Tenk deg at du skal reise til Canopus, den mest lyssterke stjerna i stjernebildet Kjølen», fortsetter han mens han peker opp mot en stjerne som er lett å få øye på. «Den stjerna ligger 99 lysår fra Jorda. Et romskip som holder 98 prosent av lysets hastighet vil frakte deg dit på 101 år. Vil du som 30-åring komme fram før du dør?»

Jeg tenker meg litt om, og svarer: «Nei, for da hadde jeg vært 131 år gammel, og sannsynligvis død for lengst».

Einstein skribler ned noen likninger i notatboka si. «Helt feil!» utbryter han. «Med den hastigheten vil det bare ta deg 20 år å reise fra Jorda til Canopus. Siden du reiser så fort, er avstanden mellom Jorda og Canopus krympet, slik som i eksempelet med atmosfæren og med toget».

«Jeg kommer altså fram når jeg fyller 50, i levende live», konkluderer jeg. «Men hva betyr dette for lysets elementærpartikkel? Fotonet reiser jo med 100 prosent av lysets hastighet».

Fotonets reise

Einstein sitter en stund og kikker opp på nattehimmelen før han omsider svarer.

«I en fjern galakse ti milliarder lysår borte blir det født et foton i en stjerne. Dette fotonet sikter seg inn på jordkloden og begynner sin lange reise. Under denne reisen blir solsystemet vårt formet. På Jorda oppstår det liv. Dinosaurene kommer og går, og menneskene blir etter hvert til. Det går ti milliarder år og fotonet er framme, treffer øyet ditt og kan endelig hvile. Dette er fra ditt perspektiv.»

«Det er jeg med på», sier jeg.

«Men hold deg fast nå», gliser Einstein.

«Fra fotonets eget perspektiv, siden det reiser med lysets hastighet, er hele universet presset sammen til ett lite punkt. Alt og alle er på samme sted og til samme tid. Fotonet merker derfor ikke noe til den lange reisen. Fotonet legger nemlig aldri ut på noen reise til å begynne med. Fra fotonets perspektiv finnes det verken avstander eller tid mellom noe. Fotonet blir født i stjerna og krasjlander og dør i øyet ditt i samme øyeblikk, uten å bevege seg! Oppfinnelsen av hjulet, byggingen av pyramidene i Egypt, framveksten og fallet av den antikke romerske sivilisasjonen, slaget i Hafrsfjord, den franske revolusjon og oppfinnelsen av atombomben. Alle disse hendelsene skjedde samtidig og på samme sted ifølge fotonet».

«For et underlig univers vi lever i», tenker jeg. Jeg sitter en stund og funderer på om det da gir mening å tenke på fotonet som en bølge.

Einstein har satt seg inn på kontoret sitt igjen og skribler ivrig noe ned på notatblokka si. Det er nok best jeg ikke forstyrrer. Det spørsmålet får jeg spare til en annen gang.