Relativitetsteori

Isaac Newton, painted by Godfrey Kneller 1689.

Tid och rum är begrepp som vi vanligen uppfattar ganska intuitivt. I fysiken måste man emellertid bli överens om hur dessa begrepp skall definieras. I Newtons mekanik uppfatts rummet, som på förhand givet, med de egenskaper som vi tillskriver det: det är likadant på alla platser och detsamma i alla riktningar. Vi säger att rummet är homogent och isotropt. Newton säger i Principia att rummet förblir oberoende av sig självt utan att påverkas av någonting annat. I modern tid uppfattar vi rummet som någonting som vi mäter med en måttstock. I Einsteins allmänna relativitetsteori blir rummets egenskaper beroende på dess materieinnehåll. I den här kursen skall vi emellertid inte behandla denna teori, utan enbart Einsteins speciella relativitetsteori.

- Men tid då? Vad är tid egentligen?

Det enkla svaret vi som fysiker ger idag är att tid är det som mäts av en klocka. Newton hade en mer metafysisk uppfattning av tiden. Han säger att den exakta matematiska tiden rör sig likformigt av sig självt oberoende av någonting annat. Med det menade han att den fysikaliska miljön inte påverkade tiden. Tid var något abstrakt, ogripbart, och påverkades inte av observatören eller om det fanns materia närvarande.

En bättre uppfattning av tiden får vi om vi uppfattar att tid är ett mått på förändring av en situation. Genom att definera en standardförändring genom en regelbunden klocka som oscillerar (oro eller pendel) så får vi ett bra tidsmått. Om det nu är definierat klokt, så blir rörelse enkel som funktion av tiden. Det hänger nära samman med Newtons postulat om att partiklar som inte påverkas av krafter rör sig likformigt med konstant hastighet. Det kan bara ske om tiden är definierad på ett bra och klokt sätt. Vi upplever annars att planetsystemets dynamik är av denna regelbundna natur, och valde fram till ganska nyligen att definiera tiden som en viss bråkdel av året. Numera använder vi atomur.

I Newtons mekanik är tiden universell, och densamma överallt. Denna uppfattning utmanades under slutet av 1800-talet genom försöken att bestämma ljushastigheten, som vi skall komma in på senare.

Tidens riktning är ett annat problem som i våra dagar anses ha att göra med att universum inte befinner sig i jämvikt. Enligt modern kosmologi utvidgar sig universum.