Tillegg

Innledning

I dette tillegget vil vi se litt nærmere på naturvitenskapens grunnlag. I kapitlene foran har vi brukt Newtons og Maxwells likninger som grunnlag for forståelsen av universet. Nå er det imidlertid slik at relativitetsteoriene og kvantemekanikken som regel blir fremstilt som et grunnlaget som moderne fysikk hviler på.

Problemet med dette er særlig følgende: Både relativitetsteoriene og kvantemekanikken er teorier som bare er blitt testet på noen forholdsvis få områder. Disse testene gir heller ikke entydig støtte til teoriene. Når man så bruker disse teoriene som grunnlag for moderne vitenskap betyr det at vitenskapens resultater ikke blir sikrere enn grunnlaget. Faller grunnlaget så faller også de teoriene som basest på dette grunnlaget.

Nå vil nok endel hevde at den enorme tekniske utviklinga som har skjedd siden relativitetsteoriene og kvantemekanikken ble introdusert, tyder på at disse er nyttige som grunnlag for naturvitenskapen. Her er det imidlertid viktig å skille mellom vitenskap og teknikk. Mens den moderne vitenskap bygger på disse teoriene så bygger teknikken i det alt vesentlige på klassisk mekanikk og elektromagnetismen til Maxwell.

Nå er det riktignok også endel likninger fra relativitetsteoriene og kvantemekanikken som has vist sin nytte i praktisk vitenskap (eks E=mc²). Men dette betyr ikke nødvendigvis at relativitetsteoriene og kvantemekanikken er riktige. Vi vil i dette tillegget presentere et alternativ som også forutsier endel av disse likningene.

Når relativitetsteoriene og kvantemekanikken har fått så stor oppslutning som de har på tross av mye kritikk, så skyldes vel det særlig at det ikke er blitt presentert noen brukbare alternativer til disse. Den alternative teorien som vi presenterer her er i sin nåværende form ganske ny. Det ble riktignok introdusert en liknende teori omkring århundreskiftet som et alternativ til den spesielle relativitetsteorien, men av ulike grunner fikk den ikke så stor oppmerksomhet da. Det er særlig professor Thomas G. Barnes fra USA som har Gjort seg til talsmann for denne teorien, og det som blir presentert her er hentet fra hans bok: The Physics of the Future a Classical Unification of Physics.

Nå vil kanskje den presentasjonen som følger falle litt vanskelig for endel. Noen vil nok også mene at det som blir tatt opp her er uvesentlig for vårt egentlige emne kosmologi. De som leser om moderne kosmologiske modeller vil nok likevel oppdage at relativitetsteoriene og kvantemekanikken ofte har ei sentral stilling i disse. Det er derfor nyttig å kjenne litt til disse teoriene for å kunne vurdere de ulike kosmologiske modellene.

For de som ikke vil lese gjennom hele tillegget vil vi her prøve å skissere innholdet av de følgende sidene. Ifølge den elektromagnetiske modellen kan all natur (masse, krefter ol.) beskrives ved hjelp av elektromagnetismen. Rom og tid regnes da som absolutte begrep.

Det som kanskje særlig kjennetegner relativitetsteoriene er at rom og tid er relative begrep. Dette kan føre til visse begrepsmessige problem. Hvor gammelt er for eksempel universet. Ifølge relativitetsteorien går tida ulikt fort i sterke og svake gravitasjonsfelt og det er kanskje ikke så opplagt hvilken tid man skal bruke for å oppgi alderen på universet.

Kvantemekanikken handler hovedsaklig om naturens minste deler (elektroner, fotoner ol.). Disse er ifølge kvantemekanikken både bølge og partikkel. Kvantemekanikken har imidlertid endel filosofiske konsekvenser som også til en viss grad har påvirket kosmologien. Et eksempel er ideen om at naturen i sin mest grunnleggende form styres av tilfeldige prosesser som ikke kan utforskes. Det som skjer i naturen har dypest sett ikke noen konkret beskrivbar årsak*. Det er likevel "naturlig". Hvis vi overfører denne ideen til kosmologien kan det bety at årsaken til universet er naturlig men likevel utenfor naturvitenskapens rekkevidde. Problemet er da om det er noe mer vitenskapelig å snakke om det som ligger bak Planck bariere eller om Gud da begge delene "pr. definisjon" er utenfor naturvitenskapens rekkevidde.

* Fra læreboka: PHYSICS av Jay Orear. SEC. 24-5/THE GREAT PARADOX The preceding formalism, which is the basis of wave mechanics or quantum mechanics, may leave the reader with an uneasy feeling that he is missing å deeper understanding. But this is it. There is nothing deeper. It may help the reader to quote from Richard Feynman who received the Nobel Prize for physics in 1965 for applications of quantum mechanics to electrodynamics. In Volume III of his Lectures on Physics' Feynman says:
One might still like to ask: "How does it work? What is the machinery behind the law?" No one has found any machinery behind the law. No one can "explain" any more than we have just "explained:" No one will give you any deeper representation of the situation. We have no ideas about a more basic mechanism from which these results can he deduced.
(Published by Addison-Wesley, Reading, Mass., 1965, p. I-10.)

Den spesielle relativitetsteorien

Som nevnt tidligere synes hastigheter å være relative i vårt dagligliv. I klassisk mekanikk er dette en sentral ide. Siden lys er ei form for bølge må det ifølge klassisk mekanikk ha noe å bevege seg i (eks:vannbølger beveger seg i vann). Maxwell tenkte seg at det fantes en såkalt eter som fylte hele universet. Lyset hadde så en fast hastighet c i forhold til denne eteren. Det betydde at lyshastigheta fikk en absolutt referanseramme, mens det ikke var noe som tydet på at partikler hadde noen tilsvarende referanseramme. Einstein ønsket å samordne elektromagnetismen og mekanikken på dette punktet, og han foreslo derfor en teori som skulle gjelde både for lys og partikler. Ved å avvise eterteorien og anta at lyshastigheta var den samme for alle observatører uansett hvordan de beveget seg, fikk han den spesielle relativitetsteorien. Ifølge denne vil de fysiske lovene være de samme i alle ikke-akselererte referansesystemer.

Konsekvensene av dette er imidlertid at man må bryte med ideen om at rom og tid er absolutte begrep. Tenk deg for eksempel to observatører som har ei hastighet på l% av lyshastigheta i forhold til hverandre. Begge studerer så den samme lysstråla som passerer dem. Vanlig fornuft skulle da tilsi at hvis den ene måler ei lyshastighet lik c så skulle den andre måle ei lyshastighet lik for eksempel 99% av c. ifølge Einstein er det ikke slik. Vi vet at hastighet er lengde dividert med tid(Δs/Δt). Hvis hastigheta skal være den samme i de to tilfellene er det nødvendig å si at målingen av ei bestemt lengde(Δs) og et bestemt tidsrom(Δt) ikke gir samme resultat i de toreferansesystemene. Lengder og tidsrom blirda med andre ord relative størrelser som avhenger av hvordan observatøren beveger seg i forhold-til det han måler. Hvis vi i stedet for å la de to observatørene studere ei lysstråle,lar dem studere hverandre blir dette mer tydelig. De vil da observere at lengder og tidsrom(eks: l m og l sek) varierer hos den andre i forhold til hastigheta mellom dem. Merk her at dennevariasjonen av lengder og tidsrom ikke skyldes målefeil, men at det virkelig er slik at en meter er lengre og kortere avhengig av hvem som observerer.

Uten at vi skal gå noe mer inn på formlene som ligger bak, vil vi bare nevne at Δs og Δt vil variere slik figurene til venstre viser hos den andre observatoren. Lengder og tidsrom i eget referansesystem er derimot uforandret. V er den relative hastigheten mellom observatørene. Lengdeforandringene er i fartsretninga, og det at Δt blir større betyr bare at tida går seinere. En annen konsekvens av den spesielle relativitetsteorien er at lyshastigheta er den maksimale hastigheta som kan oppnåes. Når et legeme får høy hastighet i et referansesystem vil massen(m) til dette legemet øke og på den måten hindre at hastigheta overstiger lyshastigheta. Denne masseøkninga har sammenheng med Einsteins berømte formel E=mc². Energi og masse er med andre ord proporsjonale når c er en konstant. Figuren til høyre viser hvordan massen varierer med hastigheta til partikkelen.

Einsteins spesielle relativitetsteori møtte endel motstand da den ble foreslått og fortsatt finnes det endel vitenskapsmenn som er skeptisk til den*). Da den ble fremsatt i 1905 kunne den forklare endel problematiske observasjoner men det betyr ikke at det er den eneste teorien som kan forklare disse. Vi vil her kort se på noen av de argumentene som har vært brukt for og imot den spesielle relativitetsteorien.

* Kan lese mer om dette i: Thomas G. Barnes: Physics.of the future - a classical Unification of Physics(1983) Institute for Creation Research, California
Herbert Dingle: Science at the Crossroads(1972) Martin Brian & 0'Keeffe, London.

MICHELSON OG MORLEY'S EKSPERIMENT
Amerikanerne Michelson og Morley gjorde på slutten av 1800 tallet et eksperiment som skulle sjekke eterteorien. Jorda går rundt sola og følgelig må den også bevege seg gjennom den eteren som fyller hele universet. Matematisk kan man vise at ei lysstråle med fast hastighet i forhold til denne eteren vil bruke ulik tid på å gå fram og tilbake en bestemt avstand her på jorda avhengig om lysstrålen beveger seg normalt eller parallelt til jordas bevegelseretning. De laget et instrument som kunne måle den lille forventede tidsforskjellen, men de fant ingen tidsforskjell i praksis. Dette viste da at lyshastigheta ikke var fast i forhold til en slik eter. Men er det utfra dette mulig å slutte at lyshastigheta er den samme i alle referansesystem slik som Einstein mente? Ifølge Barnes er svaret på dette spørsmålet nei. Han tenker seg at det finnes en slags eter som tjener som referansesystem for all bevegelse. Når lys synes å ha en fast hastighet i forhold til jorda ved overflata regner han med at lyset her blir påvirket av selve jorda eller de atomene som befinner seg i nærheten (luft, glass ol.).

RASKE LADNINGER
Nå forutsetter Einsteins formler ganske store hastigheter for at de effektene som er beskrevet foran skal kunne observeres. I praksis oppnår man slike store hastigheter bare i partikkelakseleratorer. Der har man til gjengjeld observert at massen til protoner og elektroner øker med hastigheta, og feltet fra ei rask ladning synes også å bli litt flattrykt i fartsretninga slik figuren til venstre viser. Dette stemmer med den spesielle relativitetsteorien. Men nå er det også slik at man kan forutsi dette utfra Maxwells likninger og et tilbakevirkningspostulat. Dette sier at hvis ei ladning beveger seg raskt vil det magnetfeltet som dannes (Maxwells 3. likning) "henge igjen" i eteren. Ladninga vil da "føle" et magnetfeltsom forandrer seg. Hvis man antar at dettevirker tilbake på det opprinnelige elektriskefeltet fra ladninga (Maxwells 4. likning) får man en oppbygging av energi i disse feltene som går mot uendelig når partikkelhastigheta går mot lyshastigheta. Det betyr så ifølge E=mc² at massen til partikkelen øker. Dette vil også kunne forklare den flattrykteformen som det elektriske feltet fra ei ladning får ved høye hastigheter. De som vil lese mer om dette kan finne endel i den forannevnte boka av Barnes.

Det er også observert at enkelte ustabile partikler får økt levetid når de beveger seg raskt. Et eksempel er myonet som likner et elektron men har en masse som er ca. 207 ganger så stor. Gjengomsnittslevetida for et myon i roer ca 2·10-6sekund. Ifølge Einstein skyldes dette at tida går seinere i det referansesystemet som beveger seg raskt. Nå er det imidlertid ikke noen prinsipielle problemer med rett og slett å anta at de fysiske forholdene rundt en rask partikkel gjør at den blir mer stabil. Vi kjenner fortsatt ikke noen konkret forklaring på hvorfor det skulle være slik, men det skulle likevel være et mulig alternativ til Einsteins forklaring.

RUNDT JORDA MED FLY
Amerikanerne Hafele og Keating prøvdeomkring 1970 å måle tidsforandringer på grunn av ulike hastigheter ved å sende to jetfly rundt jorda i motsatt retning med ei atomklokke i hver. På grunn av jordas rotasjon ble hastigheta til flyet som fløy østover størst. De rapporterte etterpå at målingene de gjorde bekreftet den spesielle relativitetsteorien. Andre,blant annet oppfinneren av de brukte atomklokkene Dr. L .Essen,har seinere kritisert konklusjonene de trakk av eksperimentet. Han mener at forsøket ikke støtter den spesielle relativitetsteorien
L. Essen: The spesial theory of relativity,a critical analysis(1971) Oxford Science Research papers and the Clarendon Press, Oxford.

DEN SPESIELLE RELATIVITETSTEORIEN OG KOSMOLOGI
En av ideene bak den spesielle relativitetsteorien er at alle referansesystem er likeverdige. I 1960 årene oppdaget man imidlertid den kosmiske bakgrunnstrålinga (3-kelvin-strålinga). Denne gir oss da en mulighet til å beregne jordas - bevegelse i forhold til universet. Dette synes å gi oss et mer fundamentalt referansesystem enn andre slike referansesystem. Dette synes da å stå i motsetning til Einsteins ide om at alle referansesystem er likeverdige. Et annet tilsynelatende problem for den spesielle relativitetsteorien er at man far relative hastigheter større enn lyshastigheta i et univers som utvider seg slik som beskrevet foran. Dette er lettest å forstå hvis vi tenker på rom-tid diagrammet for et ekspanderende univers slik det for eksempel er fremstilt side 63. Avstanden langs rom-aksen til galakser som befinner seg svært langt borte fra oss vil da øke hurtigere enn radien som tilsvarer tida. Det betyr at Δs/Δt blir større enn lyshastigheta. Dette viser at den spesielle relativitetsteorien ikke er så altomfattende som man for kanskje trodde. Konsekvensen er derfor at man vanligvis bruker den spesielle relativitetsteorien Når man løser småskala-problemer, mens man må bruke andre teorier når man løser storskala-problemer.
Harwit Astrophysical consept John Wiley & Son 1973 p178: It is interesting that the presence of such å radiation field should allow us to determine an absolute rest frame. Spescial relativity is really only meant to deal with smallscale phenomena .... phenomena on large scale allow us to determine å preferred frame of reference.

Den generelle relativitetsteorien

Nå innså Einstein ganske snart at den spesielle relativitetsteorien hadde visse begrensninger. Den gjelder for eksempel bare for ikke-akselererte referansesystemer, mens vårt univers stort sett består av akselererte systemer. Jorda går rundt sola og er følgelig et akselerert system. Hans neste mål var derfor å utvide denne teorien til også å gjelde akselererte systemer.

En viktig observasjon i denne sammenhengen er at massen til et legeme på en måte har to egenskaper. Den motsetter seg akselerasjon (Newtons 2.lov) og den blir tiltrukket av andre masser (gravitasjonsloven). Disse kalles henholdsvis treg masse og gravitasjonsmasse. Alle eksperimenter tyder imidlertid på at disse er like og man skiller derfor ikke mellom disse til vanlig. Med dette som bakgrunn gikk så Einstein på en måte ett skritt lenger. Hvis massene er de samme i de to tilfellene, hvorfor er da ikke de kreftene vi observerer i de to tilfellene to sider av samme sak? La oss tenke på to eksempler. I fritt fall vil de to ovennevnte kreftene på en måte oppheve hverandre slik at man ikke føler noen krefter. En som er inni et lukket romskip uten vindu vil ikke kunne avgjøre om den kraften han kjenner skyldes gravitasjonstiltrekning fra for eksempel jorda eller om den skyldes akselerasjon. Einstein antok derfor at gravitasjonseffektene og akselerasjonseffektene var to si er av samme sak. Dette kaller vi ekvivalensprinsippet*: Videre fant han ut at gravitasjonseffektene likner på de effektene man ville fått hvis rommet var krummet. Ved å anta at gravitasjonen egentlig "var" krumming av rommet, klarte han da på en måte å forenkle og sammenfatte naturlovene i ei generell likning som gjalt overalt i universet. Innføringa av den generelle relativitetsteorien kan på en måte sammenliknes med å skifte briller eller referansesystem. De krumme banene som vi ser omkring oss i et euklidsk univers ble ved hjelp av relativitetsteorien "forvandlet" til rette baner (geodetiske linjer) i et krumt rom-tid. Figuren nedenfor illustrerer dette.

* Fra E. Harrison: Cosmology...
THE NEWTONIAN PRINCIPLE OF EQUIVALENCE. The Newtonian form of the principle of equivalence states that all bodies fall freely in the same way, no matter what their mass.
THE EINSTEIN PRINCIPLE OF EQUIVALENCE. The Einstein form of the principle of equivalence states that inertial and free-falling systems are entirely equivalent. In inertial and free-falling laboratories there are no experiments of any kind that are capable of distinguishing between inertial and freefalling motion.

 

Merk ellers at hvert punkt i vårt univers har sin krumming som har sammenheng med massen i nærheten (mye masse tilsvarer stor krumming). Det er da bare i den lokale geometrien at verdenslinja for en partikkel blir ei rett geodetisk linje. Sett fra et annet sted i rommet vil det se anderledes ut.

Nå er den generelle relativitetsteorien egentlig en matematisk beskrivelse av universet som man ikke uten videre kan beskrive ved hjelp av figurer og enkle bilder*.Rom-tid består i seg selv av fire dimensjoner, og når disse skal krummes burde man egentlig ha et femdimensjonalt rom til rådighet for å fremstille dette. Det finnes ikke og beskrivelsen her ma derfor betraktes som en forenklet anskueliggjøring av hovedideen i Einsteins generelle relativitetsteori.

* Einsteins ligning: Rij-½gijR=kTij (inneholder 10 likninger)

The Einstein equation of general relativity states that the curvature of spåcetime is influenced by matter; or the strain of spacetime is related to the stress produced by matter. Expressed in the simplest manner possible, the equation is curvature of spacetime = constant x matter The "matter" on the right side includes all forms of energy that have mass. This is a mathematical equation that breaks down into 10 separate equations, and so far very few exact solutions have been discovered. We can interpret the Einstein equation-to mean that curvature is equivalent to gravity.

KONSEKVENSER
Vi skal så se litt nærmere på noen av de konsekvensene denne teorien får i praksis. Nå er det vanlig i de fleste lærebøkene om dette emnet at man kort sier at den generelle relativitetsteorien kan forklare endel observasjoner som Newtons mekanikk ikke kan forklare. Konklusjonen er så at relativitetsteorien bør erstatte Newtons mekanikk i kosmologiske beskrivelser. Vi vil her prøve å se litt nærmere på hva forskjellen på disse egentlig er.

Einsteins likninger handler om "rette linjer " i et krumt rom mens Newtons likninger handler om "krumme linjer" i et euklidsk (rett) rom. Derfor er det ikke mulig å sammenlikne dem direkte. Vi har her valgt å omforme konsekvensene av Einsteins teori slik at de kan forståes med et euklidsk rom som referansesystem. Prinsipielt skulle det ikke være noe i vegen for dette da alle referansesystem skulle være likeverdig ifølge relativitetsprinsippet. Hva er så egentlig forskjellen på Einsteins generelle relativitets teori og Newtons mekanikk med bakgrunn i et euklidsk referansesystem? Vi vil her antyde hvilke justeringer som må gjøres med Newtons mekanikk for at den skal stemme med de observasjonene som blir brukt som argument for Einsteins relativitetsteori.

Newton antok at massen til et legeme var en fundamental størrelse som var uavhengig av ytre forhold. Newtons masse tilsvarer derfor det vi her har kalt hvilemassen(m0). Nedenfor har vi skissert hva som skjer med Newtons mekanikk hvis vi erstatter m0 med m=E/c². Dette illustrerer da samtidig hva som skiller Newtons og Einsteins mekanikk.

Siden massen til en partikkel avhenger av den kinetiske energien vil massen til partikkelen(m) øke når hastigheta øker (se den spesielle relativitetsteorien). En konsekvens av dette er at et legeme får større masse når det blir oppvarmet fordi den kinetiske energien til atomene/molekylene i legemet blir større. Siden den kinetiske energien vanligvis er mye mindre enn hvilemassenergien (m0·c²), vil denne masseøkninga under vanlige forhold være så liten at man kan se bort fra den. Dette er da grunnen til at Newtons og Einsteins formler stort sett gir de samme resultatene under normale forhold.

Når vi her har innført en masse (m) som varierer med den kinetiske energien er det naturlig å tenke at den også vil variere med den potensielle energien på en eller annen måte. Massens avhengighet av den potensielle energien er imidlertid mer komplisert. Vi vil derfor her bare kort nevne at det er vanlig å tenke seg at også selve gravitasjonsfeltet inneholder energi. Dette betyr så ifølge formelen E=mc² at også feltet rundt et legeme(eks. sola) har masse. Dette medfører så at Newtons ide om at gravitasionskraftenrundt et legeme varierer som 1/r² må justeres litt. Dessuten vil heller ikke superposisjonsprinsippet gjelde eksakt. Superposisjonsprinsippet sier kort fortalt at gravitasjonskraften fra et sammensatt legeme er lik summen av kreftene fra de enkelte delene. På en måte kan man si at bindingsenergien mellom de enkelte delene påvirker den samlede gravitasjonskraften. I praksis betyr dette at Newtons forholdsvis enkle likninger må forandres en del.

Et tredje resultat av formelen E=mc² er at energitransport samtidig er massetransport. Dette betyr for eksempel at lys og andre elektromagnetiske bølger har masse. Nå er det litt vanskelig å forestille seg at ei bølge har masse og derfor er det vanligst å betrakte lys som fotoner i denne sammenhengen. Massen til et foton blir da m=E/c² =hv/c² =h/cl.

BEVISENE FOR DEN GENERELLE RELATIVITETSTEORIEN
Vi skal så se litt nærmere på noen av de observasjonene som har vært brukt som argumenter for den generelle relativitetsteorien.

I 1919 observerte man at lys fra stjerner ble avbøyd når sola. Selve observasjonene foregikk under en total solformørkelse da det bare er i slike tilfeller at man kan se stjerner i nærheten av sola. Einstein hadde da endel år tidligere forutsagt at lys ville bli påvirket av solas gravitasjonsfelt fordi lys ifølge hans teorier har masse. Nå er det riktignok også mulig ifølge Newtons mekanikk å anta at lys har masse, men fordi den observerte avbøyninga stemte bedre med Einsteins formler ble dette oppfattet som et argument for den generelle relativitetsteorien.

Ved hjelp av Newtons formler hadde man allerede på slutten av 1800 tallet beregnet planetbevegelsene ganske nøyaktig. Merkur som er den planeten som befinner seg nærmest sola, syntes imidlertid å oppføre seg litt ureglementært ifølge Newtons lover. Alle planetene beveger seg i ellipsebaner rundt sola og det punktet på denne bana som befinner seg nærmest sola kalles perihel. For Merkurs vedkommende synes dette punktet å dreie omkring Sola hurtigere enn forutsatt utfra Newtons formler. Dette forklarte Einstein ved hjelp av den generelle relativitetsteorien. ifølge den føler Merkur et sterkere gravitasjonsfelt enn det 1/r² -formelen til Newton tilsier.

Einstein beregnet også at lys som beveget seg bort fra et sterkere gravitasjonsfelt ville miste energi slik som en vanlig masse mister kinetisk energi (fart) i en tilsvarende situasjon. For lysets vedkommende betyr det en rødforskyvning (gravitasjonsrødforskyvning) da lyset ikke kan miste hastighet. Man har i den senere tid sendt lys mellom bunn og topp i høye bygninger og ifølge de som har gjort eksperimentene, bekrefter disse eksperimentene den generelle relativitetsteorien.

INNVENDINGER
Nå er det imidlertid endel som mener at man ikke behøver å innføre Einsteins generelle relativitetsteori for å kunne forklare de ovennevnte observasjonene.* Avbøyninga av stjernelys nær Sola kan da muligens skyldes vanlig lysbrytning i solatmosfæren eller andre ikke-relativistiske effekter. Gravitasjonsrødforskyvninga kan ha sammenheng med at bølgelengda varierer i forhold til brytningsindeksen til det mediet lyset til enhver tid er i. Lufta rundt jorda har for eksempel større brytningsindeks nær jordoverflata enn lengere oppe. Når det gjelder dreiinga av Merkurs perihel kan den skyldes at sola er mer flattrykt enn man tidligere trodde. Nå er det også slik at de observerte avvikene fra klassisk mekanikk er forholdsvis små og usikkerheten blir derfor relativt høy. Det er da en fare for å tolke resultatene slik at de stemmer med det man på forhånd ønsker å vise uten at man gir "tvilen tilstrekkelig rom".
Eks: L. Rongved: Mechanics in Euclidan terms giving all three Einsteins effects(1966) I1 Nuvo Cimento XLIV B(2):255-370.

Nå innebærer også Einsteins generelle relativitetsteori at det kan finnes gravitasjonsbølger som på en måte tilsvarer elektromagnetiske bølger. Disse bølgene vil også bevege seg med lyshastigheta, men fordi gravitasjonskraften er så mye svakere enn de elektriske kreftene, vil disse gravitasjonsbølgene være så svake at de er vanskelige å påvise. Foreløpig er det ikke gjort noen sikre observasjoner som bekrefter at disse gravitasjonsbølgene eksisterer.

Når det i dag finnes endel som er skeptiske til den generelle relativitetsteorien, så skyldes vel dette særlig antakelsen om at rom og tid er relative størrelser. Det betyr for eksempel at ei lengde nær sola er forskjellig sett fra jorda og sett fra Merkur. Problemet blir særlig tydelig i forbindelse med de såkalte sorte hull. Sett fra vårt synspunkt (langt fra et sort hull) vil en romfarer som nærmer seg det sorte hullet bli flatklemt i retninga mot bullet(Δs -> 0). Dessuten vil tida gå seinere for romfareren (Δt ->¥). Når han så når kanten av det sorte hullet (event horizon), vil tida stoppe opp og rommet bli borte. Det vil med andre ord se ut som om romfareren ikke kommer lenger en til kanten av det sorte hullet. Romfareren vil derimot ikke merke noen forskjell før han treffer sentrum i det sorte hullet. Vi ser nå bort fra den uttrekkingseffekten som man vil føle i et gravitasjonsfelt som varierer sterkt. Hva er så egentlig inni det sorte hullet? Er det logisk mulig at det finnes et sted i vårt rom hvor rom og tid ikke lenger finnes? Disse spørsmålene viser noen av de problemene som følger av Einsteins sorte hull. Selve matematikken som den generelle relativitetsteorien bygger på bryter sammen inni et sort hull. Når man i denne sammenhengen bruker begrepet singularitet er det et matematisk uttrykk som forteller at de matematiske formlene ikke g fielder (tilsvarer å dividere med null).

Til slutt vil vi bare nevne tre mulige holdninger til den generelle relativitetsteorien. Mange godtar hele teorien slik Einstein beskrev den. Dette innebærer da at man mener at rom og tid ikke er absolutte størrelser og at gravitasjonskraften er ekvivalent med krummingen av rom-tid.

Et mulig alternativ er at man går ut fra at rom og tid er absolutte størrelser. Newtons formler justeres da slik at de gir samme resultat somEinsteins formler. Dette betyr blant annet at man må erstatte Newtons hvilemasse(m0) med Einsteins energimasse (m). Dette har vi blant annet gjort i vår presentasjon av C-decay-modellen. Dette innebærer imidlertid at sorte hull og universets krumming får en litt annen beskrivelse enn den Einstein innførte. Et tredje alternativ er at man forkaster hele Einsteins relativitetsteori*. Dette er gjort i den alternative teorien som vi skal presentere til slutt. Hovedideen bak denne er at masse og gravitasjonskrefter egentlig er elektromagnetiske krefter og Maxwells likninger kan da erstatte både Newtons og Einsteins likninger.

Barnes:Physics of..:
This alternative to Einstein's general theory yields all of the applications known for Newton's law of gravitation plus the "expected" dynamical effects of gravitational waves and radiation. These are minute effects that Newton failed to include. Reasoning that gravitational waves are similar to electromagnetic waves, we use in this new theory of gravitation the same analytical form as Maxwell used in his electromagnetic theory of light. This theory was developed in collaboration with Raymond J. Upham, Jr. (1976) and was published in the Creation Research Society Quarterly

Kvantemekanikken

Som nevnt blir også kvantemekanikkenregnet som grunnleggende i moderne fysikk. Vi vil her kort prove å forklare hovedideen bak denne. Mens relativitetsteoriene sier noe om hvordan lengde(Δs) og tid(Δt) varierer avhengig av observatørens situasjon, handler kvantemekanikken blant annet om hvor nøyaktige Δs og Δt kan observeres. Heller ikke ifølge kvantemekanikken er Δs og Δt fundamentale størrelser som kan bruke overalt slik vi antok i første kapittel. Usikkerhetsprinsippet som er en viktig del av kvantemekanikken, sier at vis vi måler Δs og Δt nøyaktig i et å eksperiment vil andre fysiske størrelser bli unøyaktige (henholdsvis impulsen p og energien E). Det betyr i praksis at det finnes ei grense for hvor små lengder og tidsrom vi kan observere. Denne grensa er da ikke ei følge av at måleinstrumentene våre er dårlige, men at naturen er slik.

For bedre å forstå hva som ligger i dette kan vi for eksempel tenke oss at vi ser en bil som ikke vil starte. Bilen er for eksempel 4 meter lang (Δs). Vi vil så finne årsaken til at bilen ikke vil starte. Vanlig fremgangsmåte er da at man åpner panseret og ser på ulike detaljer i motoren. Vi reduserer med andre ord var oppmerksomhet(Δs) for å finne årsaken til startproblemene. Ideen om at det finnes en årsak til ulike fenomen, og at man oftest finner den ved å studere mindre detaljer, er vanlig også i fysikken. Kvantemekanikken bryter med denne tankegangen. Ifølge denne er det ikke noen minste eller egentlig årsak til alle observerte fenomen fordi naturen er slik. Det betyr at vi ikke kan forutsi hendelser helt sikkert. Derimot kan vi oppgi sannsynligheter for ulike hendelser. Nå er det hovedsakelig på atomnivå at kvantemekanikken brukes,og det er også her de kvantemekaniske formlene har vist seg nyttige. Vi vet for eksempel at noen atom er radioaktive. Det betyr at de blant annet sender ut heliumkjerner. Ifølge vanlig fornuft skulle man tro at det er bestemteforhold i atomet som gjør at heliumkjernene sendes ut, og hvis vi kjente disse ville vi også kunne forutsi Når neste heliumkjerne blir utsendt. Ifølge kvantemekanikken er dette ikke tilfelle. Alt vi kan gjøre er å oppgi en sannsynlighet for at heliumkjernen skal utsendes. Nå har det vist seg at kvantemekaniske sannsynlighetsberegninger stemmer bra med observasjoner, og det er derfor ikke noen grunn til å tvile på disse. Problemet er heller om det som skjer i naturen på atomnivå har konkrete fysiske årsaker eller ikke. Er naturens minste byggesteiner av en slik natur at de kan måles og bestemmes nøyaktig slik en bilmekaniker kan undersøke en bil?

Nå kan man utfra det som er sagt til nå godt tenke seg at det finnes en slags fysisk mikrovirkelighet som forårsaker de kvantemekaniske sannsynlighetslovene som vi kjenner. Det er imidlertid mest vanlig at de som kjenner kvantemekanikken, betrakter dem som det nærmeste vi kan komme sannheten om naturen. Det betyr med andre ord at naturen er slik som kvantemekanikken beskriver selvom det kanskje går litt på tvers av "vanlig" fornuft.

HVA ER BØLGE OG PARTIKKEL?
Vi skal i det følgende gå litt tilbake i tida og se på hva som gjorde at kvantemekanikken på tross av mye motstand, vant anerkjennelse på begynnelsen av 1900-tallet. Omkring århundreskiftet var det vanlig å tenke at all materie bestod av partikler. Atomer var partikler som igjen inneholdt mindre partikler som elektroner og annet. Det som kjennetegner en partikkel er at den har en struktur med klare grenser mot omverdenen. Man tenkte seg da for eksempel at atomene hadde en slags kuleform. Ford atomene var så små var det ikke mulig å studere dem direkte. Ulike forsøk gav imidlertid visse ideer om hvordan de så ut, og disse gav så opphavet til de såkalte atommodellene*.

* Ordet modell brukes her synonymt med illustrasjon eller beskrivelse. Det er klart at objektet ikke er akkurat slik som modellen sier, men det er likevel visse tins med beskrivelsen som kan overføres.

Et eksempel er Thomsons atommodell fra 1904. Han forestilte seg atomet som ei positiv ladet kule med negative små elektroner fordelt jevnt inni. Merk ellers at en partikkel har masse og at den derfor er henvist til å følge Newtons lover. For eksempel vil en partikkel fortsette rett fram hvis det ikke virker spesielle krefter på den. Stor hastighet betyr stor kinetisk energi osv. Dette stemmer bra med de fleste observasjonene. Når det derimot gjaldt lys og andre elektromagnetiske fenomen, så var det ei vanlig oppfatning at disse var bølger. En bra forestilling om hva bølger er, får man hvis man tenker på det som skjer når man kaster en stein uti et stille vann. Det som da beveger seg utover i stadig større sirkler er bølger. Bølgene sprer seg altså over et stadig større område samtidig som bølgeutslaget blir mindre. Merk ellers at det som beveger seg utover ikke er selve vannet, men en bevegelse i vannet. Bølga frakter med seg litt energi som etterhvert sprees over et svært stort område. Energien pr. lengde av bølga blir da mindre etterhvert, mens totalenergien i bølga er bevart.

Ellers er det karakteristisk at Når ei bølge treffer ei spalte (se fig.) som har bredde omtrent lik bølgelengda, vil bølgen spre seg ut i hele området bak spalta (diffraksjon). En partikkel vil til sammenlikning gå rett fram. Er derimot bølgelengda mye kortere enn spaltebredda, vil også bølga tilnærmet gårett fram. Fordi lys har svært kort bølgelengde(10-6 m) i forhold til våre "daglige" spaltebredder (vinduer,sprekker ol.) vil lys i de fleste tilfellene gå rett fram. Ser vi derimot på svært små detaljer, for eksempel gjennom mikroskop, vil vi oppdage at det er grenser for hvor små detaljer lys kan åpenbare. På grunn av diffraksjonseffektene som er nevnt ovenfor, vil det være umulig å observere detaljer som har størrelse lik bølgelengda til lyset. For å studere slike detaljer må man da enten bruke elektromagnetiske bølger med kortere bølgelengde eller partikler (elektronmikroskop) da disse kan oppløse mindre detaljer enn 10-6 m. Nå er det imidlertid grenser for hvor små detaljer vi kan observere. Vi skal her se litt nærmere på disse da de kan hjelpe oss til å forstå kvantemekanikken.

SLEKTSKAP MELLOM BØLGER OG PARTIKLER?
Som nevnt er det mulig å studere mindre detaljer ved å minske bølgelengden til de elektromagnetiske bølgene vi bruker. Dette tilsvarer at vi øker frekvensen. Max Planck gjorde rundt århundreskiftet endel forsøk som viste at det var en direkte sammenheng mellom energi og frekvens i elektromagnetiske bølger(E=hy). Det betyr at en energiøkning øker oppløsningen eller muligheten til å studere små detaljer.

Når det gjelder elektroner så gir heller ikke disse ubegrenset oppløsning. Hvis for eksempel et elektron kommer svært nær ei ladning vil elektronet avbøyes på grunn av elektriske krefter. Denne avbøyninga kan imidlertid reduseres hvis vi øker hastigheta eller den kinetiske energien til elektronet. Det er med andre ord energien eller rettere; impulsen(p=mv, p=h/l) som bestemmer hvor nøyaktig vi kan bestemme detaljer i naturen. Både bølger og partikler har en sammenheng mellom impuls og detaljoppløsning (Δs). Et naturlig spørsmål er da om denne likheten skyldes et nærmere "slektskap" mellom bølger og partikler. Har for eksempel lys andre partikkel-egenskaper eller har elektronet andre bølge-egenskaper? Er kanskje bølge- og partikkel-egenskaper noe som kjennetegner all natur og kan brukes om hverandre?

Ifølge kvantemekanikken er svaret på spørsmålene ja. Vi skal her kort se på noen av de eksperimentene som blir brukt som argument for at kvantemekanikken er rett. Nå er det ingen tvil om at lys har bølgeegenskaper og at elektronet har partikkel-egenskaper. Derfor var det også en vanlig oppfatning at lys var bølger og elektroner var partikler rundt århundreskiftet. At noe kunne være både bølge og partikkel ble betraktet som mot sunn fornuft og derfor ikke aktuell fysikk. Argumentene for kvantemekanikken går derfor heller ikke ut på å gi en fornuftig beskrivelse av hvordan noe kan være bølge og partikkel samtidig. Det er derimot vanlig å tenke seg at vår fornuft har visse begrensninger som gjør at vi ikke har muligheter til å forstå eller forestille oss naturen fullt ut. Argumentene for kvantemekanikken har derfor bestått i å finne fenomener i naturen som bare kan forklares ved at lys er partikkel og elektroner er bølger. Vi vil her ta for oss noen av disse. Nå er det opplagt at kvantemekanikken med sine ulike kvantetall og antakelser kan forklare endel observerte effekter kvantitativt (f.eks.emisjonsspekteret fra hydrogen). Men det betyr ikke at kvantemekanikken er den eneste teorien som kan forklare dette.

ELEKTROMAGNETISKE BØLGERS PARTIKKELNATUR
Det var Einstein som i 1905 tok første skritt på vegen mot den kvantemekaniske teorien som vi har i dag, da han foreslo at lys bestod av små energikvant eller fotoner med energi E=hv. Lys var altså ikke en kontinuerlig bølgefront som spredde seg utover i rommet, men avgrensede kvanter med en slags innebygget bølgenatur. Han mente at dette var den eneste måten å forklare den såkalte fotoelektriske effekten.

Fotoelektrisk effekt er kort sagt at lys løsriver elektroner fra ei metallflate når det treffer den. Det er da vist ved eksperimenter at den kinetiske energien til de løsrevne elektronene (egentlig den maksimale kinetiske energien) er proporsjonal med frekvensen til det innkomne lyset, men uavhengig av intensitet eller amplitude til lyset. Nå er det slik at energi pr. areal av ei lysbølge (f.eks. det arealet som metallflata representerer) er proporsjonal med både frekvensen og intensiteten (proporsjonal med amplituden²) og i første omgang skulle man derfor vente at det var den totale energien i lyset somble overført til det løsrevne elektronet. Da det viste seg at en bestemt frekvens gav like stor kinetisk energi til det løsrevne elektronet uansett intensitet forklarte Einstein det med at lyset var oppdelt i energipakker (foton). Elektroner får da bare overført energi fra ett slikt foton.Intensiteten av lyset ble et mål for antall fotoner. Eksperimentene viste en klar sammenheng mellom denne og antallet av løsrevne elektroner, og dette stemte da bra med teorien.

Det reiste seg imidlertid raskt endelinnvendinger mot denne teorien. Hvordan skulle man for eksempel forestille seg størrelsen til disse lyskvantene. Vi vet for eksempel at lys som går gjennom ei dobbeltspalt interfererer og får maksimal intensitet i midten bak spalta. Hvordan er det da mulig for et foton å være stort nok til å "føle" begge spaltene slik at det havner på midten og samtidig lite nok til å overføre all energien til et elektron (se fig). Nå kan man diskutere dette og liknende problem utfra vanlig sunn fornuft. Problemet er imidlertid at det ikke er så sikkert at naturen er fornuftig og vi vil ikke ta opp denne diskusjonen her. Er det i tillegg slik at den kvantemekaniske beskrivelsen av lyset (lys er både bølge og partikkel) er den eneste mulige måten å forklare den fotoelektriske effekten på, så virker det litt ufornuftig å motsi den.

Nå er det imidlertid slik at fotoelektriske effekt også kan forklares klassisk (lys er bølge) hvis vi antar at den mekanismen som forårsaker de frekvensavhengige utsendelsene av elektroner ligger i atomene og ikke i lyset som treffer atomene. Lysbølgene som treffer et atom overfører da litt av sinenergi til elektroner i atomet. Disse kan vi så tenke oss befinner seg i en tilstand hvor de kan vibrere eller svinge og elektronet kan da etter at mange bølger har passert til slutt få så mye energi at det løsriver seg fraatomet. Hvis amplituden er stor trenges det kortere tid for å "svinge opp" et elektronslik at det løsriver seg. Energien tilelektronet vil altså være avhengig av den energien den hadde i svingetilstanden(sammenheng mellom denne og   ) og ikke amplituden til de siste lysbølgene som fikk "begeret til å flyte over".*

* Mer i: Turner,Dean og Richard Hazelett: The Einstein Myth and the Ives papers. Devin-Adair,1979.

Et annet argument for at elektromagnetiske bølger er partikler er den såkalte Compton-effekten. Røngtenstråler ble her sendt inn mot atomer av for eksempel karbon. også her fikk man frigjort elektroner, men i tillegg fikk man en ny elektromagnetisk stråling med lavere frekvens. Frekvensen var avhengig av retningen til den nye strålinga. Frekvensen ble lavere når vinkelen q økte. Se figuren. Beregninger viser at hvis vi betrakter det hele som et elastisk støt mellom partikler (foton og proton) kunne energibevarelselovene og impulsbevarelselovene forklar observasjonene kvantitativt. Dette er litt vanskeligere å forklare klassisk men det er ikke umulig. G. Burniston Brown mener for eksempel at den forandrede frekvensen kan forklares som en dopplereffekt.*.

* Brown, G. Burniston. Retarded action-at-a-distance, the change of force with motion. Cortney Publications, Luton, Great Britain,l982, p.72.

ELEKTRONETS BØLGENATUR
Ifølge kvantemekanikken er det ikke bare elektromagnetiske bølger som har partikkelnatur. partikler som for eksempel elektronet har da også bølgenatur. Det er gjort endel forsøk med å sende elektroner mot en krystallstruktur av atomer. I noen av disse tilfellene har man fått en spredning av atomene i bestemte mønster som lar seg forklare hvis man tillegger elektronet bolgenatur. Men dette utelukker ikke at dette mønsteret kan være forårsaket av elektromagnetiske vekselvirkninger mellom et klassisk elektron (partikkel) og de atomene det passerte. Det er her snakk om svært små spaltebredder og atommodellen spiller derfor en viktig rolle. Konklusjonen her er derfor at disse forsøkene ikke bur oppfattes som endelige beviser for at elektronene har bølgenatur. Hvis kvantemekanikken kan forklare alt det andre som skjer med og i atomene på en tilfredsstillende måte, er det grunn til å anta at naturen virkelig er dualistisk (er både bølge og partikkel). Men hvis det finnes andre forklaringer som kan forklare dette ved hjelp av en klassisk forståelse av naturen(enten bølge eller partikkel) så bør vi også vurdere disse.

ATOMMODELLER
Det som kanskje har bidradd mest til utformingen av dagens kvantemekanikk er å lage en atommodell som blant annet kan forklare hvorfor et atom bare absorberer og emmiterer lys med bestemte bølgelengder. Ved hjelp av ulike forsøk fant man tidlig verdien til de massene og ladningene som var involvert i atomene. Man beregnet da at atomene i fast stoff hadde en innbyrdes avstand i størrelseorden 10-10 meter. Man tenkte seg så at atomene hadde kuleform og at størrelsen på atomene var ca. 10-10 meter. Rutherford gjorde omkring 1910 de kjente forsøkene hvor han sendte heliumkjerner gjennom en svært tynn metall folie. Ved å se på hvordan disse ble avbøyd fant han at folien bestod av noen små tunge områder med størrelse omkring 10-14 meter. Resten var da "tomt rom". Han foreslo da at disse små tunge feltene var kjerner i atomene hvor de positive protonene var plassert. De negative og mye lettere elektronene befant seg da ett eller annet sted omkring. Problemet ble nå å finne krefter som kunne opprettholde eller vedlikeholde et slikt atom. Man postulerte da først at det måtte finnes en ny type sterke krefter som kunne motstå den sterke frastrøtinga som ville oppstå mellom positive ladninger som var pakket sammen i et område i størrelseorden 10-14 meter (sterke kjernekrefter). Omkring 1913 foreslo dansken Nils Bohr at de negative elektronene gikk i bane rundt kjernen, og at den elektriske tiltrekninga fra kjernen ble opphevet av sentrifugalkrefter. Ifølge Maxwells ligninger vil imidlertid et slikt elektron utstråle energi fordi det er akselerert. Bohr måtte derfor postulere at Maxwells lover ikke gjalt i visse bestemte elektronbaner. Ved hjelp av andre postulater klarte han også å forklare årsaken til de kjente emisjonsspekterene fra hydrogen. Disse skyldtes da at et elektron falt fra ei elektronbane med større radius til ei med mindre radius. Dette betydde ifølge teorien et tap av energi som ble strålt ut som et foton.

Nå ble det etterhvert klart at Bohrs atomteori hadde flere svakheter. For eksempel er det ikke positivt for en teori at den trenger mange postulater eller unntaksregler fra kjente lovmessigheter for å kunne fungere. Dessuten var det endel effekter som den ikke kunne forklare (spinn ol.). Det var i forsøket på å forbedre Bohrs atommodell at kvantemekanikken viste seg nyttig. Ifølge kvantemekanikken kan elektronet oppfattes som ei bølge og ei bølge vil i et avgrenset område innta bestemte svingetilstander. Hvis for eksempel bølger kan bevege seg fritt innenfor ei lengde på L, vil vi oppleve at vi får såkalte stående bølger med bølgelengde 2L, L, ½L osv. (eks. en gitarstreng som svinger). Da man så antok at elektronet var ei bølge som var innestengt i et område rundt hydrogenkjernen kunne man plutselig uten Bohrs antakelser begrunne de kjente emisjonsspekterne fra hydrogen. Dette skjedde da ved at elektronbølga gikk over fra en svingetilstand til en annen. Hver svingetilstand ble så karakterisert ved et såkalt kvantetall (heltall). Nå viste det seg etterhvert at man måtte innføre i alt fire kvantetall for å få med alle sidene ved hydrogenatomet. Det ble også nødvendig med andre postulat. Med postulat mener vi her regler eller lovmessigheter som ikke kan utledes av andre kjente lovmessigheter. Selve kvantetallene og paulis eksklusjonsprinsipp er da eksempler på slike.

Kvantemekanikken har ellers forlatt ideen om at atomene kan forklares eller beskrives fysisk. De matematiske utrykkene som brukes for å beskrive atomer kan altså ikke omsettes til konkretefysiske "ting". Et eksempel er det forholdsvis store spinnet som elektronet har. Dette kan måles utad som et magnetfelt og klassisk har slike felt sin årsak i at ladninger går i sirkel eller dreier (derav ordet spinn). Siden elektronet ifølge kvantemekanikken regnes som en tilnærmet punktpartikkel kan ikke dette spinnet ha sin årsak i at elektronet dreier. Spinn er ifølge kvante mekanikken en slags grunnstørrelse som har bestemte verdier uten at den har noen konkret fysisk årsak.

Når vi nå har beskrevet kvantemekanikken så pass grundig er det fordi det er nødvendig for å forstå sammenhengen mellom denne og endel mer grunnleggende problem i kosmologien. Kan vi regne med at der finnes en dypere årsak eller skal vi være fornøyd med de matematiske sannsynlighetsmodellene som kvantemekanikken gir? Mens man tidligere ofte snakket om noe overnaturlig når det var noe man ikke forstod så er det i dag vanlig i vitenskapelige kretser å ikke regne med noe overnaturlig. Det finnes derimot en såkalt Planck-bariere *) og det som ligger bak denne kan vi ikke utforske. Men er dette egentlig noe mer enn et navneskifte fra overnaturlig til kvantemekanikk. Fortsatt finnes det noe som er definert slik at vitenskapen ikke kan utforske det, samtidig som det er dette som har skapt vårt fantastiske univers. Er dette vitenskap eller det egentlig religion ikledd en ny vitenskapelig språkdrakt?
Fra Harrison:cosmology..When the universe is 1 ten-million- trillion-trillion-trillionth (or l0-43) of a second old, our journey ultimately comes to a halt before å totally impenetrable wall the Planck barrier.....Before us lies the mysterious realm of quantum cosmology, about which we know  almost nothing. The quantum fluctuations of spacetime, of a scale equal to the Planck length, are now of cosmic magnitude, and space and time are scrambled together discontinuously and nonsequentially in a chaotic fashion. John Wheeler of Princeton University, who has investigated this subject, visualizes spacetime under these conditions as a chaotic foam. The energy density is so immense that the virtual particles of spacetime, the quantized black holes of Planck mass, have all become real. Spacetime has become a foam of quantized black holes, and space and time no longer exist in the sense that we normally understand. ' There is no "now" and "then" and no "here" and "there", for everywhere is torn into discontinuities. We cannot go further because an orderly historical sequence of  events, such as hitherto has unfolded during our journey backward in time, no longer exists. Here in the domain of quantum cosmology lie perhaps the secrets that foretell the design and architecture of the universe.

Elektromagnetisk verdensyn

Ifølge denne modellen kan alle observerte effekter forklares som elektromagnetiske fenomen. Einstein selv lette i sin tid etter en teori som kunne forklare alt i naturen ved hjelp av et slags enhetlig prinsipp (a unified theory of physics). Dette har også vært et mål for seinere fysikere. Det er imidlertid ei vanlig oppfatning at man foreløpig ikke har funnet det som kan samle elektromagnetiske krefter, gravitasjonskrefter, og sterke og svake kjernekrefter til en enhetlig teori. Den alternative teorien vi skal presentere her, er ifølge tilhengerne løsningen på dette gamle problemet.

Når denne teorien i dag er ukjent for de fleste så skyldes dette hovedsakelig at den er forholdsvis ny i sin nåværende form. Nå var det riktignok endel som foreslo en slik elektromagnetisk teori som et alternativ til Einsteins teorier omkring århundreskiftet, men av ulike grunner fikk de ikke noen særlig oppmerksomhet da. I dag er det særlig Thomas Barnes ved University of Texas at El Paso som har gjort seg til talsmann for denne teorien og han har også utviklet den endel i forhold til den som ble foreslått omkring århundreskiftet. En annen grunn til at den er forholdsvis ukjent i dag er nok at denne teorien bryter ganske radikalt med både kvantemekanikken og relativitetsteoriene. De fleste vitenskapelige tidsskriftene er tilbakeholdene med å trykke artikler som bryter med "aksepterte" teorier. Nå må det også her sies at det er et langt og møysommelig arbeid å teste en slik teori i forhold til de enorme mengdene av eksperimentelle data som foreligger. Det er fortsatt mye som gjenstår i så måte.

Vi vil her prøve å gi en kort beskrivelse av teorien og så får framtida vise om den blir det nye grunnlaget for fysikken som Barnes mener. Merk ellers at vi i denne populærvitenskaplige framstillinga har "tenkt" litt lenger enn det Barnes har skrevet selv og eventuelle urimeligheter i fremstillinga kan derfor også skyldes forfatteren. Når det gjelder vårt egentlige emne kosmologi, så er det et ønske at denne teorien kan bidra med fruktbare ideer og samtidig hindre at kosmologien blir for sterkt bundet til enkelte teorier. Ingen kan i dag si at de har funnet den endelige sannheten, og det er derfor viktig at den vitenskapen som er satt til å utforske naturen ikke binder seg for fast til bestemte teoretiske/filosofiske synsmåter.

GRUNNLAGET
Ifølge det elektromagnetiske verdenssynet finnes der to fundamentale partikler; elektron og proton. Disse har henholdsvis negativ og positiv ladning, og kan sammenliknes med elastiske baller hvor ladninga ligger på overflata. Både størrelsen og formen til partiklene kan altså forandres. Disse partiklene vil så omgi seg med elektriske og magnetiske felt. Figuren viser hvordan disse ser ut omkring en partikkel. For vi går videre er det viktig å merke seg endel egenskaper ved slike felt. Det elektriske feltet i en bestemt avstand fra partikkelen vil alltid være fast og dette har blant annet satt oss i stand til å bestemme ladninga til partiklene (elementærladninga). Derimot vil det elektriske feltet ved overflata øke når partikkelen blir mindre. Som vi skal se seinere betyr dette at små partikler får større masse enn større partikler. Det magnetiske feltet omkring en partikkel kan derimot variere avhengig av hvor fort overflateladninga til partikkelen dreier (spinner). Vi vet utfra Maxwells lover at ladninger som går i sirkel setter opp et magnetisk felt slik figuren viser. Merk også at det magnetiske feltet avtar raskere enn det elektriske hvis man fjerner seg fra partikkelen. Det betyr med andre ord at magnetfeltet vil dominere nær partikkelen mens det elektriske feltet dominerer lenger borte.

TREG MASSE OG GRAVITASJONSMASSE
Hvordan forklares så Newtons mekanikk utfra denne modellen. Grunnstørrelsen i Newtons mekanikk er masse. Ifølge Newton er masse noe som røper sin tilstedeværelse på to måter. på den ene siden vil en masse bli tiltrukket av andre masser (gravitasjonsmasse) og på den andre siden vil en masse motsette seg å bli akselerert (treg masse). Alle forsøk tyder på at disse er like men de har her ulik forklaring. Ifølge den elektromagnetiske forklaringa vil ei ladning som akselereres skape ei forandring i magnetfeltet rundt som igjen vil lage et elektrisk felt som virker tilbake på ladninga i motsatt retning (Maxwells 4. og 3. ligning). Når så et nøytralt legeme motsetter seg akselerasjon så skyldes det at hver av ladningene motsetter seg akselerasjon. Dette gir da ei forklaring på hva treg mass egentlig er.

Når det gjelder gravitasjonsmassen, er det ikke fullt så enkelt. For det første må vi anta at de elektriske feltene fra ladningene i et nøytralt legeme fortsatt eksisterer selvom de utad synes å være opphevet. Dessuten må vi anta at det oppstår en slags metningstilstand dersom feltsummen fra positive eller negative ladninger blir svært stor et sted. Noe tilsvarende kan man i praksis erfare hvis man prøver å lade opp et legeme svært mye. Man vil da oppleve at feltet fra legemet blir mindre enn summen av ladningene skulle tilsi. Dette kalles overladning (eng: overloading). Hvis vi så tenker på et punkt nær jorda, vil dette "føle" et positivt felt (årsak i positive ladninger) og et negativt felt (årsak i negative ladninger) som er like stort fordi jorda er nøytral (har like mange positive som negative ladninger). Plasserer vi derimot for eksempel et proton i nærheten av jorda vil dette bringe med seg et eget positivt felt som er svært sterkt ved overflata av protonet. Når så det positive feltet fra jorda kommer i tillegg vil summen av disse bli litt redusert ved overflata av protonet. Derimot vil det negative feltet bli upåvirket og totalt sett blir derfor frastøtingen av protonet litt mindre enn tiltrekninga*. Når så et nøytralt legeme opplever en gravitasjonskraft er dette da summen av de kreftene hver ladning i legemet opplever. Nå vet vi at gravitasjonskraften er i storrelseorden 1036 ganger svakere enn de elektriske kreftene, og den sekundæreffekten som her er antydet er derfor svært liten.
* Dette innebærer at to like ladninger vil få en litt mindre frastøtningskraft enn den tiltrekningskraften to tilsvarende like ladninger vil oppleve (forskjell ca. 10-36 ganger svakere enn den elektriske kraften). Denne effekten er først målbar når antall ladninger blir stort. Ved nøytrale legemer vil de primære elektriske kreftene oppheves, mens denne sekundæreffekten vil da gjøre seg gjeldene og bli målbar.

RELATIVITETSEFFEKTER
Endel av de observasjonene som gjorde at man erstattet Newtons mekanikk med Einsteins relativitetsteori i si tid kan også forklares utfra denne teorien. Formelen E=mc² kan for eksempel utledes elektromagnetisk. Her er det imidlertid verd å merke seg at E står for den energien som ligger i selve ladninga og det elektriske feltet rundt. Den energien som ligger i dreiinga av ladninga (spinnet) er ikke med her.

Den masseøkninga som raske partikler får kan da forklares hvis man antar at det magnetiske feltet som skapes rundt ei ladning i bevegelse (Maxwells 3. ligning) blir hengende igjen. Dette magnetiske feltet vil så virke tilbake på det elektriske feltet som følger ladninga og øke dette normalt på bevegelseretninga. Dette vil så i sin tur virke tilbake slik at det "gjenhengende" magnetfeltet øker, og når partikkelhastigheta går mot lyshastigheta vil massen til partikkelen gå mot uendelig på grunn av denne selvforsterkende effekten. Ifølge denne teorien vil også det elektriske feltet bli flattrykt i bevegelsesretninga. Det er også mulig å tenke seg at den ekstra energien som tilføres en rask partikkel gjør den mer stabil, og den økte levetida til raske partikler (eks.myon) skyldes altså ikke at tida går ulikt fort i de ulike referansesystemene.

Når det gjelder endel av de tingene som følger av den generelle relativitetsteorien så skulle det ikke være noen umulighet å tilpasse disse til denne teorien, selvom det ikke er gjort så mye på dette området foreløpig. Siden gravitasjon egentlig er elektriske krefter er det for eksempel naturlig at man utfra denne teorien skulle ha gravitasjonsbølger. Det er imidlertid en viktig forskjell på denne teorien og den generelle relativitetsteorien. Ifølge denne teorien er massen knyttet til ladninger og lys har følgelig ikke masse. Bøyinga av lys nær sola må derfor ifølge denne modellen skyldes brytning i solatmosfmren eller andre ikke-gravitasjonseffekter.

ATOMMODELLER
Så litt om hvordan denne teorien forklarer atomenes oppbygging og hvordan den representerer et alternativ til kvantemekanikken. Som nevnt gav kvantemekanikken et svar på hvorfor hydrogenatomet sender ut nettopp de frekvensene det gjør. Derimot hadde den ikke noen fysisk årsak til det såkalte spinnet. Den elektromagnetiske teorien prøver i større grad å forklare atomene fysisk. Det finnes som nevnt to slags partikler ifølge denne modellen. Grunnen til at det positive protonet er tyngre enn elektronet er da at protonet er minst (i størrelseorden 10-18 meter. Elektronet har en størrelse omkring 10-15 meter *). Det er altså feltstyrken ved overflata der kreftene på partiklene virker, som bestemmer massen.
* Siden den kinetiske energien til elektronet tilsvarer den magnetiske energien i feltet omkring elektronet, kan man få et magnetisk uttrykk for treg masse (m = m0q² /6p r). Hvis man setter inn kjente verdier for m0 og q får man elektronets radius til å bli 1,9·10-15m. Tilsvarende blir protonets radius 1,0·10-18 m.

Som kjent opptrer protoner og elektroner sammen i atomer, og siden motsatte ladninger tiltrekker hverandre må det være noe som gjør at de ikke faller helt sammen. Hvis vi antar at alle protoner er satt til å rotere fra begynnelsen (spinn), betyr det at de alle vil omgi seg med et magnetfelt. Vi kan så anta at elektronet ikke har noe opprinnelig spinn. Kommer så et slikt elektron i nærheten av et proton, vil det bli tiltrukket av den positive ladninga.

Diamagnetisme er en egenskap ved mange stoff og hvis vi antar at elektronet (og protonet) har ideelle diamagnetiske egenskaper far vi en mulig forklaring på hvorfor protoner og elektroner ikke støte helt sammen. Vi sier at et stoff har diamagnetiske egenskaper når det alltid frastøtes av en magnet. Hvis vi tenker oss at elektronet nærmer seg protonet gradvis, vil det etterhvert få et sterkere magnetfelt gjennom seg. Se figuren. Nå vil så dette økte magnetfeltet indusere et elektrisk felt som setter elektronet til å dreie (Maxwells 4. likning). Denne dreiinga vil så i sin tur sette opp et magnetfelt som blir motsatt av det andre (Maxwells 3. likning). Dette tilsvarer Lenz lov som sier at når en strømkrets (her elektronet) utsettes for et ytre magnetfelt (fra protonet) induseres det en strøm (i elektronet) som motvirker det opprinnelige feltet. Den totale virkninga blir da at elektronet får en nordpol rett overfor protonets nordpol. Siden like poler frastøter hverandre vil disse magnetiske frastøtningskreftene stoppe elektronet før det kommer i kontakt med protonet. Beregninger tyder imidlertid på at det vil deformeres litt. Se figuren.

I likhet med hydrogeatomet som vi har beskrevet her består også nøytronet av et proton og et elektron. Forskjellen er imidlertid at disse har en mer energirik og ustabil binding i nøytronet. En måte å tenke seg nøytronet på får vi hvis vi tenker oss at et elektron føres med makt mot en av "magnet polene" til protonet. Vi kan da oppnå en stabil tilstand når protonet er kommet helt inni elektronet. Se figuren. Fordi elektronet og protonet ligger nærmere hverandre i dette tilfellet må elektronet ha større spinn og det kan eventuelt forklare hvorfor nøytronet er litt tyngre enn hydrogeatomet.

>Hva er det så som holder to protoner med samme ladning sammen i kjernen? Tidligere nevnte vi at det magnetiske feltet vil dominere over det elektriske feltet nær protonet. Det kan da med andre ord være magnetiske krefter som holder de positive ladningene sammen. Siden vi også antar at protonene har diamagnetiske egenskaper kan også disse sammenklumpingene bli ganske stabile. Et atom med mange protoner og nøytroner kan da se ut omtrent slik figuren viser.

Nå er det imidlertid slik at disse atomene er ganske små i forhold til den avstanden som man vet eksisterer mellom atomene i for eksempel et fast stoff (ca.10-10m). Det som hindrer atomene i å komme nærmere hverandre enn ca. 10-10 meter kan da være en slags sekundære magnetiske krefter. Særlig elektronet har ganske stort spinn og magnetfeltet fra dette skulle da kunne merkes på ganske stor avstand. Siden de kreftene som trekker nøytrale atomer sammen er forholdsvis svake (eks. gravitasjonskrefter) vil diamagnetiske effekter kunne stoppe sammenklumpinga av atomer på ganske stor avstand.

De karakteristiske utstrålingene som vi kan observere fra ulike atomer skyldes ifølge denne modellen ulike svingetilstander mellom partiklene i hvert atom. Termisk stråling fra for eksempel sola skyldes da at hele atomene "svinger" eller akselereres. Når det gjelder alle de kjernepartiklene som man har funnet ved de store partikkelakseleratorene er disse ifølge denne teorien protoner,nøytroner eller elektroner med ulike størrelser. Et myon er da et elektron som har fått redusert radien litt (dvs. større masse) og det vil da kunne omformes til et vanlig elektron.

Nøytrinoer er ifølge denne modellen ikke partikler. Disse ble "oppdaget" da energi- og impulsregnskapet i enkelte partikkelreaksjoner ikke gikk opp. Nøytrinoene er svært vanskelige å observere og de metodene som brukes kan ikke sies å være 100% sikre. Ifølge den elektromagnetiske teorien er elektromagnetiske bølger og forandring i spinnenergi tilstrekkelig til å ta vare på energibevarelsen og impulsbevarelsen i kjernereaksjoner.

Vanligvis regner man med at totalenergien til en partikkel er gitt ved formelen E=mc². Spinnet regnes da ikke med. Ifølge denne teorien vil den energien som ligger i spinnet oftest overstige denne energien. Elektronspinnet er ifølge tabeller ue=9·10-24. Om vi antar elektronbeskrivelsen overfor tilsvarer det en energi omkring 8·109 eV mens mc² = 5·105 eV.

Ellers er det verd å merke seg at teorien forutsetter en slags eter som kanskje har sammenheng med elektriske felter. En mer konkret beskrivelse av eteren mangler fortsatt.

Nå er beskrivelsen ovenfor ikke ment til å gi noen grundig innføring i denne teorien. De som vil vite mer om teorien annbefales Professor Barnes' bok; Physics of the Future - a Classical Unification of Physics. Nå innrømmer Barnes her at det fortsatt gjenstår mye forskning for det er mulig å si at den kan erstatte relativitetsteoriene og kvantemekanikken helt sikkert. Barnes poeng er imidlertid at den foreløpig synes svært lovende når det gjelder å forklare observerte effekter og den kan derfor være nyttig som grunnlag for framtidas fysikk. Hovedgrunnen til at vi har tatt den med her er at den representerer er alternativ til relativitetsteoriene og kvantemekanikken og de mer eller mindre filosofiske konsekvensene disse har fått i vitenskapelige miljø i dag.

AKTUELLE STØRRELSER OG KONSTANTER
Gravitasjonskonstanten G = 6.67·10-11 Nm²/kg²
Plancks konstant h = 6.63·10-34 Js
Lyshastigheta c = 3.0·108 m/s
Jordas masse mj = 6·1024 kg
Solas masse ms= 2 ·1030 kg
Jordas radius rj = 6.3·106 m
Avstanden fra Jorda til Sola: AU = 1.5·1011 m
Elementærladninga e = 1.6·10-19 C
Elektronets masse me = 9.1·10-31 kg
Protonets masse mp = 1.7·10-27 kg
1 parseck  (pc) = 3.26 lysår
1 lysår = 6.3 ·104 AU
Hubbles konstant i dag: H ~ 15 km/s pr. 106 lysår

BAKGRUNNSLITTERATUR FOR DETTE HEFTET

(Rekkefølgen viser den relative betydningen av kildene for dette heftet.)

Edward R. Harrison: Cosmology- the Science of the Universe, Cambridge university press (1981).

Thomas G. Barnes: Physics of the future- å classical unification of physics, Institute for creation research (1983), 2100 Greenfield Dr,El Cajon,California 92021.

Barry Setterfield: The velocity of light and the age of the universe, Creation science association (1983), G.P.O. Box 2035, Adelaide,S.A.,5001 Australia.

Rowan - Robinson: Cosmology Oxford U. P. (1977).

Kaufmann: Relativity and cosmology, Harper & Row (1973).

Weinberg: The first three minutes, Basic Books (1977)

Silk: The Big Bang, the creation and evolution of the universe, Freeman(1980).

Orear: Physics, Macmillan Publishing Co (1979).

The Project Physics Course, Holt, Rinehart and Winston.

NORSK LITTERATUR:

Elgarmy, Hauge: Det forunderlige univers, Universitetsforlaget (1983).

Weinberg: De første tre minutt - moderne forskning om universets opprinnelse.

Hoyle: Det intelligente univers - et nytt syn på skapelse og utvikling, Gyldendal(1984).