Nattväktaren
En fyrbåk mot oförnuft, osjälviskhet och ofrihet
tänd och underhållen av Per-Olof Samuelsson

25 juli 2010

En lekmannafundering om relativitetsteorin

Det är alltid med viss tvekan jag ger mig in på att diskutera Einsteins relativitetsteori, eftersom jag själv är lekman på området och inte besitter tillräckliga kunskaper i vare sig fysik eller matematik för att riktigt kunna bedöma den. Så ta vad jag skriver i ämnet med den skopa salt det förtjänar.

Kort bakgrund: Jag är lycklig ägare till en bandföreläsningsserie av David Harriman, "The Philosophic Corruption of Physics"; Harriman arbetar också på en bok i ämnet, The Anti-Copernican Revolution. Harrimans huvudtes är att moderna fysiker inte längre söker efter fysiska orsaker till skeendena, utan nöjer sig med matematiska beskrivningar av dem. Harriman spårar detta tillbaka till Immanuel Kant: fysiker har accepterat Kants idé att kausalitet, orsak och verkan, inte är tillämplig på "tingen i sig själva", utan bara på deras "framträdelser". Och att söka efter orsaker blir lite meningslöst då; men att beskriva framträdelserna matematiskt låter sig ändå göras. Det jag skriver nedan är något jag ser som ett exempel på detta. (Min sammanfattning av Harrimans tes är förstås grov och kortfattad; och det ska väl inte behöva sägas att eventuella misstag i mitt resonemang ska stå för mig och inte för Harriman.)

Det följande är något jag nyligen lade ut på Facebook:

Enligt Einsteins speciella relativitetsteori är två koordinatsystem som befinner sig i likformig rörelse visavi varandra helt likvärdiga som referenskroppar. Så om t.ex. ett tåg rusar fram genom ett landskap i 100 km/h, kan man precis lika gärna säga att landskapet rusar förbi tåget i 100 km/h. För att citera Einstein själv:

Det har under alla tider varit självklart att rörelse – så som vi tolkar begreppet – måste uppfattas som relativ rörelse. Med avseende på vårt kära exempel med banvallen och järnvägsvagnen kan den rörelse som här äger rum med samma rätt formuleras på två sätt:

a) vagnen rör sig i förhållande till banvallen
b) banvallen rör sig i förhållande till vagnen

I fallet a) tjänar banvallen som referenskropp och i fallet b) vagnen. För att bara konstatera eller beskriva rörelsen är det i princip likgiltigt vilken referenskropp man relaterar rörelsen till. […] [V]ad gäller den fysikaliska beskrivningen av naturprocesserna utmärker sig ingen av referenskropparna framför de andra. (Den speciella och den allmänna relativitetsteorin, s. 77.)

Låt mig nu tillämpa detta på ett annat fall:

Säg att Usain Bolt avverkar ett 100-meterslopp på 9,6 sekunder. (Hans världsrekord lyder på 9,58, så antagandet är inte orealistiskt.) Då kan vi alltså lika gärna säga att löparbanan rör sig i förhållande till Bolt med en hastighet av 9,6 sekunder. Något konstigt med det?

Men om det är tävling, så är det ju inte bara Bolt som löper. Så låt oss säga att Asafa Powell och Tyson Gay kommer i mål på mellan 9,7 och 9,75 (inte heller helt orealistiskt), och att de andra tävlande hamnar någonstans mellan 9,8 och 10,1.

Då ställer sig alltså frågan varför löparbanan rör sig med olika hastighet i förhållande till de olika löparna.

Ta ett par exempel till (exemplen kan mångfaldigas mer än så, men jag kan inte gå igenom alla olika idrottsgrenar; det skulle ta för lång tid):

Det tävlas i störtlopp; Anja Pärson får till det och lyckas slå Lindsay Vonn med någon halvsekund; Jessica Lindell-Vikarby, däremot, hamnar långt ner i prislistan, kanske 4–5 sekunder efter Anja. Hur kommer det sig då att störtloppsbanan är så orättvis mot de tävlande att den rör sig snabbare när Anja åker än när Vonn och Lindell-Vikarby åker? (Borde inte ett sådant missförhållande leda till en protest mot tävlingsledningen?)

Eller om vi i längdskidåkning har en spurtuppgörelse mellan Petter Northug och Marcus Hellner? Det får väl vid det laget betraktas som längdskidåkningens grundläggande axiom att Northug vinner alla spurtuppgörelser; så även i detta fall. Men varför rör sig då upploppssträckan snabbare i förhållande till Northug än i förhållande till Hellner? (Återigen läge för protest mot tävlingsledningen?)

Exemplen får räcka. Och om alla kom i mål samtidigt, skulle det ju inte vara någon mening med att tävla.

Jag har ett eget svar på alla dessa underligheter, men jag håller inne med det tills vidare. (En del av er har kanske redan sett mitt svar; jag hade en lång diskussion om saken på Liberal Debatt för några år sedan.)

$ $ $

Ragnar: Så vitt jag förstår handlar teorin egentligen bara om att man kan anlägga olika perspektiv (referera) utifrån två (eller flera) olika betraktelsepositioner (referenskroppar). Dvs. en rörelse är alltid en positionsförändring mellan två (eller flera) entiteter, och man kan betrakta rörelsen (respektive beskriva den) utifrån endera. Rörelsen qua rörelse är positionsförändringen mellan entiteterna, vilken är densamma oavsett betraktelseperspektivet. Rörelsemängden är absolut oavsett från vilken position den betraktas.

Vad gäller dina exempel så kan man säga att marken rör sig olika snabbt i förhållande till olika löpare, men man kan inte säga att marken springer. Det är bara löparna som är springare, sportsutövare och primära rörelseorsaker i de exemplen. [Min kursivering.]

Ja, det är just den [kursiverade] poängen jag är ute efter. Ragnar tycks ha förstått vart jag vill komma, men för er andra ska jag göra ett nytt försök att förklara det:

Jag börjar med Einsteins eget exempel, tåget och banvallen. När tåget står inne på station, befinner sig tåget och banvallen i vila i förhållande till varandra. Lite senare befinner de sig i rörelse i förhållande till varandra. Vad är det som initierar den rörelsen, tåget eller banvallen?

Vidare: När Usain Bolt ligger i startgropen, befinner sig Bolt och löparbanan i vila i förhållande till varandra. När startskottet gått, befinner sig Bolt och löparbanan i rörelse i förhållande till varandra. Vem initierar denna rörelse, Bolt eller löparbanan?

När Anja står i startkuren, befinner sig hon och störtloppsbanan i vila i förhållande till varandra; när hon passerat startgrinden, befinner sig hon och banan i rörelse i förhållande till varandra. Vem initierar rörelsen, Anja eller störtloppsbanan?

Nu har det också sagts att "rörelseorsaker har ingenting med den speciella relativitetsteorin att göra". Men det är just det jag ser som en brist i teorin. En fysisk teori bör ge just orsaker till rörelser, inte bara matematiska beskrivningar av dem.

$ $ $

Eftersom min skäligen enkla poäng har så svårt att gå hem, ska jag ta upp en sak till:

När tåget sätter sig i rörelse i förhållande till banvallen, beror det på att tåget har en kraftkälla, nämligen ett lokomotiv (i äldre tid koleldat, men numera drivet av elektricitet). Gör man det motsatta antagandet, att det är banvallen som sätter sig i rörelse, så måste man fråga sig vad banvallen då har för kraftkälla. Det finns ingen sådan kraftkälla.

Håkan: F.ö. skulle jag vilja påpeka att marken flög omkring långt innan någon började springa på den och i en liknande bemärkelse som springande är rörelse. Bara det att den rörelsen startades av gravitations- och centrifugalkrafter snarare än mänsklig vilja och muskler.

Javisst är det så. Jag säger väl inte annat?

Förra gången jag diskuterade det här (på forumet Liberal Debatt) påpekade jag helt stillsamt att ett tåg står stilla när det är inne på station. Genast blev jag pådyvlad sådana uppfattningar som att tåget också står stilla i förhållande till solen, eller till Andromedanebulosan. Men det bevisar ju bara hur lätt det är att bli missförstådd.

Sedan skrev Håkan också något om att mänskligt handlande inte har med den speciella relativitetsteorin att göra. Nej, för all del. Om människor är ute och reser med tåg, är det bara tågets rörelse som har med den speciella relativitetsteorin att göra - inte vilka motiv som driver passagerarna att ta tåget.

Men risk för att bli långrandig: om det finns passagerare på det där tåget Einstein talar om, kan man ju fråga sig vart de är på väg. Är de på affärsresa? Ska de besöka släktingar? Är de ute och tågluffar? Är de på flykt undan rättvisan?

Men att besvara de frågorna hör till praxeologin, inte till fysiken. Fysiken förblir densamma, vart fan folk än är på väg.

Samma med Usain Bolt. Man kan fråga sig varför han bryr sig om att springa. För att han tycker att det är kul att springa? För att han vill visa att han är bäst? För att han får hyfsat betalt för att ställa upp på friidrottsgalor? Eller en kombination av alla tre? Men det har återigen med praxeologi att göra, inte med frågan om det är Bolt eller löparbanan som rör sig.

Förresten önskar jag att Einstein vore i livet, så jag kunde ta upp det här direkt med honom. Jag tror inte att han var dummare än att han skulle förstå min invändning.

Och förresten: om den speciella relativitetsteorin ger fan i hur rörelser uppkommer (och bara handlar om hur de beter sig, när de väl uppkommit), så betyder det väl inte att också jag ska ge fan i det?

Sedan har vi en psykoepistemologisk fråga också, nämligen varför folk har så svårt att förstå vad jag skriver. Är det jag som uttrycker mig oklart? Eller?

Och ikväll kommer jag att sätta mig framför TVn och studera fotbollsplanens alla rörelser i förhållande till spelarna och domarteamet. Jag tänker sitta still framför TVn och bara röra mig i förhållande till solen och Andromedanebulosan (och alla andra nebulosor).

$ $ $

Den ovan citerade Håkan upprepade flera gånger att jag "jiddrade". "Jiddra" är nu inget begrepp som jag bildat på egen hand, så jag letade på nätet för att hitta en definition. Jag fick veta att det kan betyda dels "prata strunt", dels "mucka gräl"; jag förmodar att den korrekta definitionen är "prata strunt i avsikt att mucka gräl" eller "mucka gräl genom struntprat". Alltnog:

Håkans invändningar gick ut på att mina exempel inte har med den speciella relativitetsteorin att göra, att de förklaras fullt tillräckligt av Newtons tre rörelselagar, och att Einstein i den allmänna relativitetsteorin "knyter ihop säcken" och integrerar Newtons lagar med den speciella relativitetsteorin.

Det här är en invändning som jag möjligtvis kan hålla med om (jag ber bara att få komma fram till det på egen hand, inte få det skrivet på näsan). Einstein skriver inte detta uttryckligen i sin bok, men om man läser mellan raderna verkar det faktiskt som att det är så han tänker.

$ $ $

Tidigare lekmannafunderingar i detta ämne:

Einstein and Newton

Tidens "gång"

Relativitetsteorin: absolut eller relativt nonsens? (i pdf-nattväktaren, årgång 9)

Det finns också några korta stycken med anknytning till detta i årgång 6 och årgång 7, nr 1.

$ $ $

Fler lekmannafunderingar om relativitetsteorin någon annan gång.

Fler nummer av "nätnattväktaren"

Tillbaka till startsidan


Utgivare: Per-Olof Samuelsson, Järnvägsgatan 13, 645 31 STRÄNGNÄS
E-post: per-olof.samuelsson@swipnet.se
Hemsida: www.nattvakt.com


Anser du att Nattväktaren är värd ditt stöd? Betala då in en summa, stor eller liten (beroende på om du är Percy Barnevik, en fattig student eller något däremellan), på postgiro 434 58 26-4.