Einstein kehitti myös yleisen suhteellisuusteorian - Theory of General Relativity : Teoria joka paradoksaalisesti ei sisällä mitään kenraaleista (General) eikä sukulaisista (Relatives) - joka oli laajempi kuin erityinen suhteellisuusteoria. Tässä hän keskittyi miettimään painovoimaa. Tässä Einstein ei keskittynyt ristiriitojen paikkaamiseen. Syynä oli se, että kappaleilla oli tavallaan "kaksi massaa". Kappaleella oli massan hitaus ja vetovoima joka käsitteli massojen välistä vuorovaikutusta ; Ja massan hitaus oli suoraan yhteydessä vetovoiman suuruuteen. Tälle yhteydelle ei tiedetty syytä. Einstein tavallaan tiivisti "kaksi yhteen".
1: Einsteinin kiinnostus aiheeseen voi kuitenkin olla "paradoksikeskeistä", koska hänen suppea suhteellisuusteoriansa ei sopinut yhteen vahvasti koetellun teorian, Newtonin painovoimalain, kanssa. Newtonin ideassa kaukovaikutus oli välitön, kun Einsteinin mielestä mikään signaali, häiriö tai muutos ei voi kulkea valoa nopeammin.
Einsteinin ratkaisu, keskittyminen ekvivalenssiperiaatteeseen, poisti tämän ongelman ; Ekvivalenssiperiaate tarkoittaa sitä että gravitaation aiheuttama voima ei eroa kiihtyvässä liikkeessä koetusta näennäisvoimasta ; Eli painovoiman ja tasaisesti kiihtyvän liikkeen vaikutuksia ei voida erottaa tosistaan kokeelisella testillä jos tarkastelussa rajoitutaan pieneen aika-avaruuden osaan. Erot saadaan selville vasta kun tarkastellaan hyvin laajasti, jolloin tarkastelu sidotaan johonkin toiseen kohteeseen/ toisiin kohteisiin, johon suhteessa muutokset tapahtuvat suhteessa näihin.
Eli takana oli ajatus, jota voidaan kuvailla esimerkiksi seuraavalla ajatusleikillä : Jos ihminen on avaruudessa kiihdyttävässä hississä, kiihtyvyys johtaa siihen että henkilö kulkee "kohti lattiaa". Tämä näyttää vetovoimalta. Samoin jos hissi lähtee vapaaseen pudotukseen, ihmiset leijuvat. Näin hississä on savolaisen vitsin tila, jossa se pudotus ei haittaa, vaan se äkkipysäys ; Jos hississä ei ole ikkunoita (kuten niissä yleensä ei ole) on mahdotonta erottaa johtuuko vetovoima kiihtyvyydestä vai massasta. Toki leijuminenkin on järkevää vain hissin mittakaavassa : Ulkopuolinen tarkastelija katsoisi että henkilö ja hissi kiitävät kiihtyvää nopeutta kohti maata. Hississä olevan leijunta johtuu siitä että hän tarkastelee itseään suhteessa hissiin. Syynä on siis tarkastelunäkökulma.
Tämä oivallus on ollut tärkeä ainakin mustien aukkojen kohdalla.
Laplace oli kehittänyt teoreettisena idean mustista aukoista : "Exposition du système du Monde" sisälsi varhaisissa versioissa mietintöjä kappaleesta joka on niin painava, että valo ei pääse pakoon sen pinnalta.
Idean takana oli pakonopeuden tutkiminen ajatuskokeenomaisesti. Nimittäin huomattiin, että jos tykillä ammutaan kovaa, saadaan lähtönopeus suureksi. Kun maan vetovoima vetää kappaletta kohti itseään, syntyy pitkä rata. Jollain nopeudella maan vetovoima vetää kappaleen maahan hyvin lähellä ampumapaikkaa, koska rata yltää miltei maailman ympäri. Jossain vaiheessa nopeus on juuri sellainen että kappale jää kiertoradalle, kuten tehdään vaikkapa satelliittien kanssa. Tai kuun. Tätä kautta tulee kenties arkiajattelunkin kautta ymmärrettäväksi Newtonin erikoinen oivallus jossa omenan putoaminen maata kohti johtuu täsmälleen samasta asiasta, kuin se joka pitää kuun kiertoradalla. Nopeutensa vuoksi kuu putoaa koko ajan maata kohti törmäämättä siihen ikinä: Se on kiertoradalla.
Tätä kovempi vauhti vapauttaa kappaleen kiertoradalta, ja kappale pääsee pakoon painovoimakentästä. Laplace mietiskeli sitä, että jos kappaleen massa kasvaa, vaaditaan kova pakonopeus. Jossain vaiheessa kappale yksinkertaisesti painaa niin paljon, että valon nopeuden tarjoama pakonopeus ei riitä painovoimasta pois pääsemiseen, jolloin kappaleen pinnalta lähtenyt valo palaa takaisin. (Mitä yritän selventää vieressä olevalla karkeasti raapustetulla kuvalla, jossa samasta paikasta ammutaan eri nopeudella kiitävä kappale, joka voi olla vaikkapa tykinkuula.)
Toki idea oli teoreettinen varsin pitkään. Einsteinin tärkeät kokeet auringonpimennyksen kohdalla todistivat että valo taipuu massan vaikutuksesta. Tämä oli tärkeää, koska periaatteessa voisi olla niinkin että valo ei toimisi samaan tapaan kuin tykinkuulat. Mustilla aukoilla toiminnan kannalta olennaista on se, että valolla on nopeus ja pakonopeus. Mustilla aukoilla mukaan tulee tapahtumahorisontti : Sen takaa ei saada tietoa kohteesta, koska valo ei pääse pakoon. Onkin luonnollista että rajapinnan kohdalla pakonopeus on sama kuin valon nopeus
1: On tärkeää huomata, että tämä on eri asia kuin mustan aukon pinta, koska mustan aukon massa on keskittynyt singulariteettiin. Tämä on tapahtumahorisontin sisällä, sitä pienempi. Tapahtumahorisontin rajan määrää kappaleen massasta johtuva painovoima, joka pienenee kauempana massasta. Nuppineulanpään kokoinen singulariteetti voi aikaansaada paljon itseään suuremman tapahtumahorisontin.
Toki yleinen suhteellisuusteoria tuo mukanaan erikoisuuksiakin. Tässä tärkeässä roolissa on aikadilataatio. Kun kappale nopeutuu, sen aika hidastuu. Aika muuttuu tätä kautta tarkastelijapainotteiseksi. Ei ole mitään universaalia aikaa, joka tikuttaa kaikkialla samalla tavalla. Näin esimerkiksi kaksi hypertarkkaa kelloa joita lennätetään eri korkeuksilla ja eri nopeuksilla näyttävät laskeutuessaan hieman eri aikaa. Tätä on itse asiassa kokeellisesti testattukin, ja esimerkiksi satelliittipaikannuksessa ajan muuttumiset on otettava huomioon jotta systeemit toimisivat.
Sama tapahtuu suurten massojen lähellä. Mustissa aukoissakin on tämän vuoksi ajan hidastumista samaan tapaan kuin mitä maan pinnallakin. Siksi mustaan aukkoon ajautuminen näyttää olennaisesti erilaiselta, katsotaanko tilannetta normaalista avaruudesta sivummalta, vai ollaanko kohde joka kulkee mustaan aukkoon. Turvassa asiaa seuraava näkee miten mustaan aukkoon vajoava kappale näyttää kulkevan yhä hitaammin kohti mustaa aukkoa. Kappale muuttuu myös punasävyisemmäksi punasiirtymän vuoksi. Se muuttuu myös himmeämmäksi. Mustaan aukkoon vajoava taas näkee itsensä venyvänä, ja kaukana oleva ulkopuolinen maailma näyttää kulkevan "nopeutuvalla pikakelauksella". Toisen hidastuminen on toisen nopeutumista.
1: Vähän kuin roolipelien loitsu haste, jossa hahmon nopeuttaminen antaa ulkopuolisten kannalta enemmän toimintoja, hasten itsensä saanut taas kokee vanhenevansa, hän ei koe nopeutuvansa vaan hidastavansa ulkopuolista maailmaa.
Otsikko viittaa tietysti Douglas Adamsin "Linnunradan käsikirja liftareille" -"trilogiassa" (maailman ainoassa viisiosaisessa sellaisessa) esittämään ohjeeseen lentämisestä. Kyseessä on siis simppeli tiedevitsi.
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti