1. Tid -Vad är det egentligen? Tid kan man beskriva som skillnaden mellan ett foto och en film. I fotot är bilden frusen medans en film kan förändras. Tid är beroende av och samtidigt möjliggör förändringar. Utan tid så skulle allting vara fastfruset och oföränderligt. Men som i ett klassiskt moment 22-situation så skulle vi inte veta om att tid existerade om allting inget kunde förändras. Att definiera tid är något som många filosofer och vetenskapsmän har grubblat över i alla tider. Men tid har oftast blivit beskriven som en flod som inte kan stoppas, en flod som strömmar på och gör framtiden till nutid, och nutiden till det förflutna. Vi ska nu se om detta verkligen är sant.

2. Speciella Relativitetsteorin År 1905 publicerade Albert Einstein den speciella relativitetsteorin. Denna teori utgick endast ifrån två postulat, eller antagningar. Det första postulatet var att fysikens lagar fungerar likadant i alla inertialsystem, och alla inertialsystem är likvärdiga. Ett inertialsystem är ett system som inte accelerar. Om du t.ex. är inuti ett tåg så märker du inte om du färdas med konstant hastighet eller står stilla. Du kan kasta upp en boll i luften och den kommer alltid att falla rakt ner. Faller den bakåt så accelerar tåget framåt och då är det inte ett inertialsystem.

3. Det andra postulatet var att ljusets hastighet är konstant. Om du skickar iväg en ljusstråle framåt och en bakåt så kommer de avlägsna sig ifrån dig lika snabbt. Även om du kutar det snabbaste du kan efter ena ljusstrålen så kommer båda att avlägsna sig ifrån dig med samma hastighet. Ljusets hastighet i vakuum är alltid 299 792 458 m/s, det är en naturkonstant och har fått bokstaven c.

4. Här är samma scenario som innan, men ifrån raketens perspektiv. Ljusstrålarna har samma hastighet åt båda hållen. Vilket gör att ljusstrålarna är närmare ljuskällan på den vänstra sidan, då ljuskällan ”jagar” efter de vänstra ljusstrålarna. Detta fenomen beror på att ljuskällan och raketen har olika samtidighetsperspektiv p.g.a. den relativa hastighet de har till varandra. Vi kommer in på detta lite senare.

5. För att förklara konsekvenserna av speciella relativitetsteorin så kan det vara bra att känna till rumtidsdiagram. Rumtidsdiagram är ett diagram där den horisontella x-axeln visar en av rummets tre dimensioner, det kan vara riktningen från jorden till solen, eller från dig till din närmaste affär. Den vertikala y-axeln visar tiden.

6. En punkt i ett rumtidsdiagram är en händelse. Om man prickar in ett objekts positioner under olika tider så blir det en linje i diagramet, detta brukar kallas för objektets världslinje. Den här rymdraketens färd till höger ritas alltså på detta sätt, och resultatet blir den blir den röda världslinjen.

7. När man jobbar med speciella relativitetsteorin så handlar det om väldigt höga hastigheter, mellan 10%-100% av ljushastigheten. Därför brukar man dividera sträckan x med ljushastigheten c. Om tidsaxeln är graderad i sekundrar så blir x-axeln då graderad i ljussekunder, alltså den sträcka ljuset hinner på en sekund i vakuum. Om tidsaxeln är graderar i år blir x-axeln graderad i ljusår. I dessa rumtidsdiagram så får något som färdas i ljusets hastighet alltid en världslinje som har 45° lutning.

8. Här ser vi ett rumtidsdiagram som visar följande scenario: Jorden (gröna världslinjen) står stilla och skickar ut två ljusstrålar (gula) åt varsitt håll. Samtidigt så skickas en rymdraket (röd) i samma färdriktning som ena ljusstrålen. Rymdraketen har en konstant hastighet som är 50% av ljusets.

9. Här ser vi samma scenario fast sedd från rymdraketens perspektiv, där rymdraketen upplevs som stillastående. Eftersom den färdas med konstant hastighet så är både jorden och raketen inertialsystem och båda diagramen lika korrekta.

10. Den gråa linjen är en samtidighetslinje för den gröna världslinjen. Allt som sker längs denna linje sker samtidigt enligt någon som befinner sig på jorden. Denna linje och alla linjer som är parallella med denna, är jordens alla samtidighetslinjer, men för olika tidpunkter.

11. Eftersom ljuset färdas dubbelt så snabbt ifrån jorden som rymdraketen så kommer även avståndet vara det dubbla. I rymdraketens rumtidsdiagram måste alltså jordens samtidighetslinje vara vinklad för att uppfylla detta krav.

12. Något som är bra att komma ihåg är att ett objekts samtidighetslinje har samma vinkel mot x-axeln som objektets världslinje har mot y-axeln.

13. Om vi nu jämför jordens och raketens samtidighetslinjer så ser vi att raketen tycker att tiden har gått långsammare på jorden.

14. Om vi ritar in båda samtidighetslinjerna i raketens diagram så ser vi att jorden tycker att tiden på raketen har gått långsammare. Detta kallas tidsdilatation - tiden går långsammare för ett objekt som har hög hastighet. Både raketen och jorden tycker att det är den andra som avlägnsar sig.

15. ? ? ? ? ? Faktum är att eftersom att både rymdraketen och jorden är inertialobservatörer så är deras mätningarn likvärdiga. De har båda rätt när de säger att den andras tid går långsammare. Men vad händer när de möter varandra sen? Deras klockor kan ju inte gå efter varandra om de ställer klockorna bredvid varandra och jämför tillsammans.

16. Detta problem brukar tas upp med tvillingparadoxen. Det är ett scenario om en tvilling skulle sätta sig i en farkost och färdas från sitt syskon i hastigheter som kan jämföras med ljusets, då skulle de båda tvillingarna se sitt syskon åldras mindre än sig själv. Men vem skulle då vara yngst när dom möts sen? Problemet är att de inte kan mötas utan att rymdraketen bromsar in och vänder. För detta behövs det en acceleration. Om ett system accelerar så är det inte längre ett intertialsystem. Den som är på jorden kommer att behålla sin samtidighetsuppfattning medans den i rymdraketen kommer att ändra sin. När raketen har landat på jorden igen så kommer de båda vara överens om att tiden har förflutit långsammare på raketen.

17. Så man kan manipulera tiden till en viss del, du kan få din tid att gå långsammare än någon annans genom att färdas fram och tillbaka i höga hastigheter. Du själv kommer inte märka att din tid går långsammare, en sekund tar alltid en sekund för dig. Men du kommer märka att det har gått mer tid hos de andra. Det har gjorts experiment då man med överljudsplan transporterade klockor runt jorden och tillbaka, dessa klockor hade då tickat färre tick än de som var stilla på jorden. Detta bekräftade Einsteins teorier. Idag måste man ta hänsyn till tidsdilatationen när man skickar upp satelliter i omloppsbana runt jorden, deras klockor är justerade att ticka snabbare så att de är synkroniserad med våra klockor på jordytan. Som avslutning är här ett citat av Einstein, och ett exempel av Ockhams rakkniv. ” Tid är det man mäter med en klocka.” - Albert Einstein