Introduktion til den specielle relativitetsteori - Niels Bohr Institutet

1 Fra det Newtonske til det specielle relativitetsprincip
samme m˚ade som lydbølger er svingninger i luften. Lysæteren udviklede sig til at være
en hovedhjørnesten i den elektromagnetiske teori, som den udvikledes af Maxwell (1831–
1879), og blev et sandsynligt pejlemærke for det absolutte rum.
I Maxwells elektromagnetiske teori optræder en konstant, c, med enheder som en hastighed.Dennekonstantvaroprindeligtdefineretvedforholdetmellemdenelektrostatiskeogdenelektrodynamiskeenhedsladningogkanbestemmesgennemsimplelaboratorieforsøg,
som involverer ladninger og strømme. Yderligere forudsagde teorien, at ændringer i
det elektromagnetiskefelt i vakuum udbreder sig med denne hastighed c. Den forudsagde
elektromagnetiske med andre ord eksistensen af elektromagnetiske bølger. Det overraskende var, at hastig-
bølger heden c var præcist sammenfaldende med den kendte lyshastighed. Dette fik Maxwell til
at formode, at lys m˚atte være elektromagnetiske bølger. Som bærer for s˚adanne bølger,
genoplivede Maxwell den gamle æterteori, og c tolkedes herefter som udbredelseshastigheden
af elektromagnetiske bølger i forhold til æteren. Det var da muligt at definere et
særligt absolut inertialsystem, nemlig det, der var i hvile i forhold til æteren, og dette
system identificerede man derfor med Newtons absolutte rum. Det absolutte rum skulle
som følge heraf kunne udpeges gennem studiet af elektromagnetiske fænomener, alts˚a
først og fremmest gennem studiet af lys.
Indskud 1.2 Lysets tøven
Denførstem˚alingaf lysetshastighedforetogesaf OleRømer(1644–1710)i1676, idethan
viste, at visse uregelmæssigheder ved Jupiters m˚aners formørkelser kun kunne forklares
ud fra en endelig lyshastighed. Disse formørkelser kunne indtræffe op til 16 minutter senere
end det beregnede tidspunkt, svarende til at lyset gennemløber jordbanediameteren
3×10 8 km. Dette giver den tilnærmede værdi for lysets hastighed
c ≃ 3×10 8 m/s.
Indskud 1.3 Emissionsteorien
Om lysets fysiske natur havde der i det 17.˚arhundrede udviklet sig to forskellige forestillinger:
i) ondulationsteorien, hvor lyset opfattes som bølger, og ii) emissionsteorien, hvor
lyset opfattes som sm˚apartikler udsendt af lyskilden. Efter fremkomsten af Maxwells
elektromagnetisme blev ondulationsteorien totalt dominerende i den sidste del af det 19.
˚arhundrede. Lad os alligevel et øjeblik betragte emissionsteorien.
Idet lyset alts˚a opfattes som sm˚apartikler udsendt af kilden, m˚a det have en konstant
hastighed |c| i forhold til kilden i enhver retning. Bevæges lyskilden med hastigheden v i
forhold til iagttageren, m˚a denne da vente at finde lyshastighedenc+v. Forudsætningen
herfor er, at lyshastigheden følger loven om simpel vektoraddition, ligesom tilfældet er
med hastigheder af materielle partikler ifølge Galilei-transformationen.
Herved fører emissionsteorien til modstrid med erfaringerne, hvilket bl.a. p˚avistes p˚a
simpel m˚ade i 1913 af den hollandske astronom de Sitter (1872–1934). Han betragtede et
dobbeltstjernesystem best˚aende af en mørk centralstjerne i hvile i afstanden l fra Jorden,
og en lysende ledsagerstjerne, der bevæger sig i en cirkulær bane omkring centralstjernen
med hastigheden v og omløbstiden T. Denne omløbstid kan bestemmes direkte ved
observation.
6