Den fascinerende gravitasjonskraften

FOR 300 år siden framsatte Isaac Newton en teori om hvordan gravitasjonen virker. Han tenkte seg en mann som kastet et legeme fra toppen av et uvanlig høyt fjell. Hvis legemet bare ble sluppet, ville det falle ned mot bakken, i likhet med et eple som faller fra et tre.

Men hvis legemet ble kastet framover, ville det følge en krum bane på sin vei mot bakken. Newton resonnerte som så at hvis legemet ble gitt stor nok fart, ville det kretse i en bane rundt jorden.

Ut fra slike teorier forstod han sammenhengen mellom gravitasjonen og månens og planetenes bevegelser. Månen følger en bane rundt jorden på grunn av at jordens gravitasjon trekker den til seg, og planetene holdes i sine baner på grunn av solens gravitasjon.

En universell lov

Etter å ha foretatt grundige studier gav Newton en nøyaktig matematisk beskrivelse av denne universelle loven. Enkelt sagt uttrykte Newtons ligninger at det mellom alle legemer, uansett størrelse, virker en tiltrekningskraft som er avhengig av legemenes masse og avstanden mellom dem.

Med enkelte justeringer bruker vitenskapsmennene fremdeles Newtons grunnleggende formler som beskriver hvordan gravitasjonen virker, spesielt når de planlegger slike romferder som da en romsonde ble sendt ut for å møte Halleys komet i 1985. Den engelske astronomen Edmond Halley, en kollega av Newton, gjorde i virkeligheten bruk av Newtons teorier da han forutsa det året da kometen neste gang ville komme til syne.

Newtons oppdagelser i forbindelse med gravitasjonen gav ham et lite innblikk i den orden som kjennetegner universet, en orden som er et resultat av en intelligent konstruksjon. Men i og med Newtons arbeid var på ingen måte det siste ordet sagt om dette emnet. I begynnelsen av vårt århundre innså vitenskapsmennene at enkelte trekk ved Newtons teorier var mangelfulle, ja, til og med selvmotsigende.

Einstein og gravitasjon

I 1916 framsatte Albert Einstein sin generelle relativitetsteori. Hans oppsiktsvekkende oppdagelse gikk ut på at gravitasjon ikke bare bestemmer universets form, men også er bestemmende for vår oppfattelse av tid og rom.

Igjen vil en illustrasjon klargjøre det hele. Tenk deg verdensrommet som en uendelig stor gummiduk. Hvis vi legger et legeme på denne elastiske duken, vil det bli et lite søkk eller en fordypning der legemet er plassert. Ifølge Einsteins beskrivelse kan jorden, solen og stjernene sammenlignes med legemer som er plassert på en elastisk duk, og resultatet blir i deres tilfelle at de får rommet til å krumme seg. Hvis du så ruller et annet legeme inn på gummiduken, vil det bli avbøyd av den fordypningen som det første legemet forårsaker, slik at det følger en krum bane.

På lignende måte følger jorden, planetene og stjernene krumme baner idet de følger de naturlige «fordypninger» i verdensrommet. Selv en lysstråle vil bli avbøyd når den passerer store masser i universet. Einsteins ligninger forutsa videre at lys som går mot et gravitasjonsfelt, vil miste noe av sin energi, noe som kan ses ved at lyset får sitt spektrum forskjøvet mot rødt.

Så i tillegg til å korrigere de beregninger som var blitt foretatt på grunnlag av Newtons oppdagelser, åpenbarte Einsteins teori nye hemmeligheter angående gravitasjonens arbeid i universet.

Fascinerende virkninger

Den virkning gravitasjonen har på den banen lyset følger, gir astronomene grunn til å trekke noen overraskende slutninger i forbindelse med ting de har observert.

Ørkenvandrere har lenge kjent til luftspeilinger — optiske illusjoner som fortoner seg som vann som glitrer på marken. Nå har astronomer fotografert kosmiske «luftspeilinger». Hvordan oppstår de?

Lys fra et fjernt objekt, som man tror er aktive kjerner i galakser — kvasarer eller kvasistellare objekter — passerer galakser som ligger i den rette linjen mellom jorden og kvasarene. Når lyset passerer galaksene, blir det avbøyd av gravitasjonskreftene. Lysets avbøyning danner to eller flere bilder av den ene kvasaren. En iakttager som befinner seg på jorden, tror at lyset har fulgt en rett linje, og trekker den slutning at han ser mer enn ett objekt.

En annen fascinerende side som er et resultat av Einsteins arbeid, har med sorte hull å gjøre. Hva er sorte hull, og hvilken forbindelse er det mellom dem og gravitasjonen? Et enkelt forsøk gir oss svaret.

Hvis du kaster et legeme rett opp i luften, vil du oppdage at når det når en viss høyde, stopper det for så å falle mot bakken. Men det er annerledes med lyset. En lysstråle kan unnslippe jordens gravitasjon fordi den beveger seg tilstrekkelig hurtig.

La oss så tenke oss at gravitasjonskraften var mye sterkere, så sterk at den til og med kunne hindre lys i å slippe ut. Fra et slikt legeme ville ikke noe slippe ut. Legemet ville være usynlig, siden ikke noe lys ville slippe unna gravitasjonskraften og nå øynene til en iakttager som befinner seg utenfor — derav navnet, «sort hull».

Den tyske astronomen Karl Schwarzschild var den første som viste teoretisk at muligheten for at det kunne finnes sorte hull, var til stede. Men selv om det foreløpig ikke finnes noe entydig bevis for at det virkelig finnes sorte hull i universet, har astronomene funnet fram til en rekke mulige kandidater til betegnelsen. Det kan også være at sorte hull er kvasarenes skjulte energikilder.

Gravitasjonsbølger

På bakgrunn av Einsteins arbeid kan vi også forestille oss gravitasjonen som et usynlig nett som binder alt sammen, ja, holder hele universet sammen. Hva skjer så hvis dette nettet forstyrres?

Tenk igjen på illustrasjonen med gummiduken, og forestill deg at et legeme som ligger på duken, plutselig blir dyttet fram og tilbake. Det vil forårsake svingninger i duken som vil påvirke legemene i nærheten. Hvis en stjerne skulle bli «dyttet» med stor kraft, vil det på lignende måte dannes svingninger i rommet som kalles gravitasjonsbølger. Planeter, stjerner eller galakser som blir fanget av en gravitasjonsbølge, vil oppleve at selve rommet trekker seg sammen og utvider seg — lik en vibrerende gummiduk.

Men hvilke beviser har så vitenskapsmennene for at Einsteins teori er riktig, siden slike bølger ennå ikke er blitt påvist? En av de sterkeste indikasjonene finnes i en bestemt type dobbeltstjernesystemer. De består av to nøytronstjerner som kretser rundt et felles sentrum med en omløpstid på omkring åtte timer.a En av disse stjernene er også en pulsar — den sender ut radiostråling i korte pulser mens den roterer, i likhet med lyskjeglen fra et fyrtårn. Takket være pulsarens presise rotasjonsperioder kan astronomene med stor nøyaktighet kartlegge de to stjernenes bane. De oppdager at omløpstiden påvirkes, slik en kunne forvente i henhold til Einsteins teori om at gravitasjonsbølger blir sendt ut.

På jorden er virkningene av disse bølgene ubetydelige. Følgende illustrerer dette: Den 24. februar 1987 fikk astronomene øye på en supernova — en stjerne som gjennomgår en bemerkelsesverdig forandring — som sendte ut en lysstyrke flere millioner ganger sterkere enn solen da de ytre lagene eksploderte. Gravitasjonsbølgene som supernovaen vil skape på jorden, vil være i størrelsesorden en milliondel av diameteren til et hydrogenatom. Hvorfor noe så bagatellmessig? Fordi energien vil bli spredt ut over enorme avstander før bølgene når jorden.

Et uutgrunnelig fenomen

Trass i den økte kunnskap man har fått om gravitasjonen, er det visse fundamentale sider ved den som fremdeles gjør vitenskapsmennene forvirret. Man har lenge antatt at det finnes fire grunnleggende krefter — elektromagnetismen, som er ansvarlig for elektrisitet og magnetisme, de svake og de sterke kreftene som opptrer i en atomkjerne, og gravitasjonskraften. Men hvorfor akkurat fire? Kan det være at en eneste grunnkraft kommer til uttrykk på fire forskjellige måter?

Det ble nylig fastslått at den elektromagnetiske kraft og den svake kjernekraften har sin bakgrunn i et grunnleggende fenomen — den elektrosvake vekselvirkning — og det er blitt framsatt teorier som forsøker å knytte den sterke kjernekraften til disse to. Gravitasjonskraften skiller seg imidlertid ut — den passer liksom ikke inn sammen med de andre.

Vitenskapsmennene håper at de kan finne noen ledetråder i forsøk som nylig er blitt gjort på innlandsisen på Grønland. Målinger som ble foretatt i et to kilometer dypt borehull i isen, synes å antyde at tyngdekraften avvek fra det man hadde ventet. Forsøk som tidligere er blitt gjort nede i gruvesjakter og oppe i fjernsynstårn, antyder på lignende måte at av en eller annen mystisk grunn avvek resultatene fra det man forventet ifølge Newtons beskrivelse av gravitasjonen. I mellomtiden forsøker enkelte teoretikere å angripe problemet matematisk ved hjelp av teorien om de såkalte superstrengene eller «strengeteorien» for på den måten å forene de fire naturkreftene.

Gravitasjon — en livsnødvendighet

Både Newtons og Einsteins oppdagelser viser at de lover som styrer himmellegemenes bevegelser, og gravitasjonen kan sammenlignes med et bånd som holder hele universet sammen. En professor i fysikk som skriver i bladet New Scientist, henledet oppmerksomheten på vitnesbyrdene om at slike lover må ha en lovgiver, og sier: «Den aller minste forandring i de relative styrker av gravitasjonskreftene og de elektromagnetiske kreftene ville gjøre stjerner som solen til blå kjemper eller røde dverger. Det ser ut til at vi overalt ser beviser for at naturen har gjort det helt riktig.»

Vi kunne ganske enkelt ikke ha eksistert uten gravitasjonskreftene. Tenk over følgende: Det er gravitasjonskrefter som holder solen sammen, og som opprettholder dens kjernefysiske reaksjoner som gir oss den varme og det lys som er nødvendig. Det er gravitasjonskreftene som holder den roterende jorden i sin bane rundt solen — som er årsak til at det blir dag og natt og årstider — og som forhindrer at vi blir slynget av som søle fra et hjul som spinner. Det er gravitasjonskreftene som holder jordens atmosfære på plass, mens solens og månens gravitasjon forårsaker regelmessig tidevann, som bidrar til sirkulasjonen av vannet i havet.

Helt fra vi er små, kan vi ved å gjøre bruk av et bitte lite organ i vårt indre øre merke gravitasjonskreftene og lære å ta hensyn til dem når vi skal gå, løpe eller hoppe. Hvor mye vanskeligere er det ikke for astronautene når de under en romferd befinner seg i vektløs tilstand!

Ja, gravitasjonen bidrar til at vi kan leve et normalt liv her på jorden. Dette fenomenet er virkelig et fascinerende eksempel på Skaperens underverk. — Job 37: 14, 16.

[Fotnote]

[Bilde på side 16]

Ifølge Newtons gravitasjonslov vil en fjær og et eple i et lufttomt rom falle like fort

[Bilde på side 17]

Lyset blir avbøyd i rommet når det passerer gjennom et objekts gravitasjonsfelt

[Bilde på side 18]

Helt fra vi er små, hjelper et lite organ i øret oss til å ta hensyn til gravitasjonen og holde balansen