17.2 – Når en fysisk lov supplerer en anden

 ​​ ​​​​ Hidtil, har vi beskrevet tyngdekraften som en kraft, der adlyder Newtons universelle lov om tyngdekraft:​​ F = G·m1·m2/r2. I dette kapitel, har vi introduceret ideerne om den generelle relativitet, og bedt dig helt at ændre på den måde som du tænker på tyngdekraften på. Hvis relativ relativitet er rigtig, betyder det så ikke, at Newtons tyngdelove er forkerte? Og hvis det gør, hvorfor bliver Newtons tyngdelove stadig brugt?

 

 ​​ ​​​​ Svaret på disse spørgsmål er centrum for, hvordan videnskab skrider fremad, og hvordan forskernes opfattelse af universet udvikler sig. Under de fleste omstændigheder, er der næsten ingen forskel på de forudsigelser der er lavet ved hjælp af den generelle relativitet og forudsigelser lavet med Newtons tyngdelove. Så længe et tyngdefelt ikke er for stærkt, er Newtons tyngdelove, en meget nær​​ tilnærmelse​​ til resultaterne af beregninger ved hjælp af den generelle relativitet. Betydningen af for stærk i denne sammenhæng, er relativ. For eksempel, ville det meget kraftige tyngdefelt i nærheden af en tung hovedseriestjerne, blive betragtet som ”svagt”. Ved at anvende en generelt relativistisk formulering af tyngdekraften, i stedet for Newtons tyngdelove, for at beregne strukturen af en hovedseriestjerne, ville næsten ikke betyde nogen forskel i beregningsresultaterne. På samme måde, at selvom rum-tiden er buet på grund af tilstedeværelse af masse, der denne krumning nær Jorden, meget lille, så den over små regioner helt kan ignoreres. Den flade Euklidiske geometri, er en god ”lokal” tilnærmelse, selv i buet rum-tid – og den er meget lettere at bruge. Dette er nøjagtig den slags tilnærmelser folk bruger, når de navigerer med et fladt kort, på trods af Jordens krumning.

 

 ​​ ​​​​ På samme måde, er Newtons love om bevægelse, faktisk​​ tilnærmelser​​ til de mere almindeligt anvendte regler for speciel relativitet og kvantemekanik. Faktisk kan Newtons love udledes af den specielle relativitet og kvantemekanikken, ved hjælp af de ”hverdagsagtige” antagelser, at hastigheder af objekter meget mindre end lysets hastighed, og objekter er meget større end subatomare partikler, hvorfra atomer dannes. Newtons love om bevægelse og tyngdekraft, bruges det meste af tiden, fordi de er langt lettere at bruge, end de relativistiske og kvantemekaniske ”korrekte” love, og fordi eventuelle unøjagtigheder, der indføres ved at bruge Newtons love, normalt er alt for små til at gøre en forskel. Kun når forholdene er meget forskellige fra hverdagen (som for eksempel en elektrons opførsel i et atom, eller tyngdefeltet for et sort hul), eller i særlige tilfælde når der kræves meget høj nøjagtighed (som for eksempel den præcise timing, der anvendes af det globale positioneringssystems [GPS] satellitnetværket), skal de relativistiske og kvantemekaniske love anvendes.

 

 ​​ ​​​​ Dette er et generelt træk ved nye videnskabelige teorier. Hvis en ny teori skal erstatte en tidligere meget vellykket videnskabelig teori, skal den nye teori normalt indeholde den gamle – den skal kunne reproducere succesen af den tidligere teori – ligesom den særlige relativitet indeholder den vellykkede Newtonske beskrivelse af tyngdekraft, som vi har været afhængige af gennem hele denne bog.