Tidens værdifuldhed kommer f.eks. også til udtryk i fjernsynet eller aviserne. Det må ikke tage ret mange sekunder at få budskabet bragt videre, hvilket har givet anledning til de såkaldte ‘one-liners’, hurtigt skiftende billeder eller den amputation af sproget, som specielt formiddagsbladene benytter, når de udelader udsagnsord i en overskrift som f.eks. “Mand skudt”.
Eller ‘realtidsbegrebet’, der handler om, at f.eks. en computer kan behandle og vise informationerne i samme takt, som de kommer ind. Et begreb, der til syvende og sidst finder sin begrænsning i den fundamentale tid, en computer tager om at udføre én beregning – en tid, der i sidste ende også vil være begrænset af en kombination af, hvor små processorer man kan lave, og lysets endelige hastighed, som giver grænsen for, hvor hurtigt kredsene kan kommunikere.
Himlens foranderlighed og lysets tøven
I auditorium A på Niels Bohr Institutet i København hænger billeder af tre af de fire største danske fysikere gennem tiderne: Ole Rømer (1644-1710), Hans Christian Ørsted (1777-1851) og Niels Bohr (1885-1962). Af en eller anden grund er Tycho Brahe (1546-1601) dog ikke med i det fine selskab. De har alle mere eller mindre at gøre med begrebet tid, og i løbet af bogen skal vi se mere til dem, nogle mere detaljeret end andre. Vi begynder med Tycho Brahe.
Tycho Brahe blev født på Knudstrup Slot i 1546 og var af adelig familie. Allerede i 1559, kun 13 år gammel, begyndte han at studere ved Københavns Universitet. Kort tid efter observerede han en solformørkelse, 21. august 1560, hvilket blev begyndelsen til en brændende interesse for astronomi. Noget senere, 11. november 1572, observerede Tycho Brahe et nyt himmellegeme i stjernebilledet Cassiopeia, en ‘stella nova’ (ny stjerne), som han kaldte den. Vi ved i dag, at det var en supernova – en massiv stjernes endeligt i form af en overordentlig kraftig eksplosion. Men det epokegørende dengang var, at Tycho Brahe ikke som andre mente, at der måtte være tale om et atmosfærisk fænomen. Han konkluderede korrekt, at eftersom denne nye stjernes position ikke flyttede sig fra nat til nat, måtte der være tale om et meget fjernt objekt. Og da objektet var nyt, måtte himlen være foranderlig. Dette var langtfra almindeligt accepteret, idet man siden Aristoteles havde anset himlen for at være perfekt, dvs. evig og uforanderlig. Ikke dårligt af en ung mand på 25 år at gøre op med tidens fremherskende mening; at evighed var noget, man ikke kunne stille spørgsmålstegn ved. Derudover var han en ivrig fortaler for, hvad der nu om dage kaldes den ‘videnskabelige metode’: at ny viden skal baseres på systematisk indhentning af observationer, bl.a. ved brug af avancerede instrumenter. Tycho Brahe havde således både et imponerende klarsyn og mod og må absolut regnes for at være en af de fremmeste danske videnskabsmænd.
FIGUR 1: OLE RØMER – DANSKEREN DER MÅLTE LYSETS TØVEN
Ole Rømer blev født i Århus i 1644. Man kan i dag se ham afbildet på et relief på Århus’ rådhus, og på Århus Katedralskole hænger en tavle, der påpeger, at Rømer dimitterede derfra i 1662. Han tilbragte herefter en stor del af sit liv i København. Det var dog under et ophold i Paris sammen med bl.a. den italienske astronom Giovanni Cassini (1625-1712) og den franske astronom Jean Picard (1620-1682) i 1670’erne, at han opdagede, at lysets fart ikke er uendelig. Cassini havde øjensynligt selv været inde på, om lyset kunne have en endelig hastighed, men han opgav efter kort tid idéen, muligvis under påvirkning fra den franske filosof René Descartes (1596-1650). Descartes var både meget indflydelsesrig i videnskabelige kredse og fastholdt, at lysets hastighed måtte være uendelig.
Et samtidigt portræt af Ole Rømer er vist i figur 1. I en vis forstand blev alle de fænomener, der diskuteres i denne bog, grundlagt af en af Ole Rømers opdagelser: lysets tøven. Allerede på Ole Rømers tid kunne man skrive, at “filosofferne [herunder videnskabsmændene, naturfilosofferne] gennem lang tid har været interesserede i gennem eksperiment at afgøre, om lyset gennemløber en hvilken som helst afstand i løbet af et øjeblik, eller om det kræver tid dertil”3. Med mere moderne ord: Bevæger lyset sig med uendelig eller endelig hastighed, og kan vi afgøre det ved målinger?
Ved at studere Jupiters første måne, Io, fandt Ole Rømer ud af, at det tidspunkt, hvor månen forsvandt eller dukkede op bag Jupiter, afhang af Jordens position i banen om Solen. Ole Rømers banebrydende observationer i 1670’erne kom ikke længe efter opdagelsen af Jupiters fire største måner i 1610 af Galileo Galilei (1564-1642). Man kan i dag med en ganske almindelig kikkert selv observere Jupiters fire største måner, deriblandt Io. Så selv om det måske i dag synes næsten trivielt, har det været en enorm bedrift at måle lysets endelige hastighed. Galilei skal vi i øvrigt også møde senere – han er på en måde den første, der har beskæftiget sig med begrebet ‘relativitet’.
Ole Rømers eksperiment eller ‘observation’ er – set med nutidens øjne – lige så enkel som genial. Figur 2 viser Jordens bane gennem punkterne EFGHLK om Solen (A) og Ios bane gennem punkterne C og D i skillelinjen mellem lys og skygge dannet af Jupiter (B). Idet Jorden fjerner sig fra Jupiter i banen fra L til K, forsinkes Ios tilsyneladende fremkomst fra skyggen med den tid, det tager lyset at bevæge sig fra L til K. Ved at betragte 40 Io-omløb fandt Ole Rømer, at Ios tilsyneladende omløbstid var “tydeligt kortere” i banen fra F til G end fra L til K. Han målte således, at lyset tilbagelagde to astronomiske enheder, dvs. diameteren af Sol-Jord banen, på 22 minutter og konkluderede, at lyset derfor har en endelig udbredelseshastighed. I vore dage er det mange bekendt, at Solen befinder sig så langt væk, at det tager 500 sekunder eller godt otte minutter for lyset at nå frem til Jorden. Den moderne værdi, for den tidsforsinkelse Ole Rømer målte, er således 1000 sekunder eller lidt mere end 16 minutter.
FIGUR 2: PÅVISNING AF LYSETS BEVÆGELSE
En genskabelse af figuren fra Rømers ‘Påvisning af lysets bevægelse’ i det originale skrift fra det franske kongelige Naturvidenskabernes Akademi. Jordens bane om Solen (A) gennem punkterne EFGHLK gav forskellige tider for Ios forsvinden (C) eller tilsynekomst (D) fra Jupiters (B) skygge.
Det er én ting at forklare noget, man har observeret, men for virkelig at give argumenterne vægt, kan man forudsige, hvordan fremtidige observationer vil tage sig ud. Ole Rømer kendte styrken af en sådan forudsigelse, og derfor forudsagde han i september 1676, at Io ville dukke op med 10 minutters forsinkelse i november – et resultat der blev bekræftet af det franske akademi. Selv om han ved denne lejlighed overbeviste en stor del af det franske akademis medlemmer om, at lysets hastighed ikke var uendelig, fortsatte diskussionerne, bl.a. med Cassini, i mange år derefter. Ole Rømers opdagelse af ‘lysets tøven’ (fra fransk ‘retardement de la lumiere’ eller latin; mora luminis) kan med sindsro betegnes som banebrydende, om end den præcise værdi var ca. 30 pct. for lav. Der var tale om den første måling nogensinde af en naturkonstant. Endda 10 år tidligere end Isaac Newtons estimat af den tyngdekonstant, der i dag bærer hans navn, og mere end 200 år tidligere end elektronens opdagelse. Derudover viser moderne analyser af Rømers optegnelser, at han må have været usædvanligt dygtig til at måle tiderne for Ios forsvinden og tilsynekomst – middelværdien af hans målefejl var blot et halvt minut målt med 1600-tallets instrumenter.
Omtrent samtidigt med Ole Rømers måling af lysets tøven grundlagde Isaac Newton (1642-1727) og Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) matematiske metoder baseret på små intervaller af f.eks. tid, som kaldes integral- og differentialregningen.