Esko Valtaojan esitelmässä maailmankaikkeudesta 240 kuulijaa

Kirkkonummen Komeetan esitelmäsarjassa oli tällä kertaa vuorossa Turun yliopiston avaruustähtitieteen professori Esko Valtaoja, joka kertoi aiheesta Maailmankaikkeus ja sen pelisäännöt. Esitelmä pidettiin Kirkkonummen koulukeskuksen auditoriossa 6.11.2007. Salissa oli yleisöennätys, ylimääräisiä tuoleja piti hakea, noin 240 henkeä kuunteli esitelmää. Kirkkonummen kansalaisopisto rahoitti esitelmän.

Ymmärryksemme maailmankaikkeudesta, sen synnystä, kehityksestä ja tulevaisuudesta, on kasvanut huimaa vauhtia viime vuosikymmenien aikana. Nyt tutkijat uskaltavat jopa pohtia sellaisia aikaisemmin mahdottomina pidettyjä kysymyksiä kuten mitä oli ennen alkuräjähdystä, miksi maailmankaikkeus yleensä on olemassa, ja onko toisia maailmankaikkeuksia. Entä mitä oikeastaan ovat luonnonlait, jotka kosmosta hallitsevat? Ovatko maailman pelisäännöt pohjimmiltaan vain sattumaa, kuten jotkut säieteoreetikot väittävät, vai voimmeko joskus löytää nekin selittävän Kaiken Teorian? Olemmeko lähestymässä lopullista ymmärrystä ja selitystä, vai onko todellisuus sittenkin liian monimutkainen asia aivoillemme?

Klikkaa kuvaa!
Professori Esko Valtaoja esitelmöi Kirkkonummella. Kuva Seppo Linnaluoto.

Esko Valtaoja on avaruustähtitieteen professori Turun Yliopiston Tuorlan observatoriossa, päätutkimusalanaan kvasaarit. Vapaa-aikanaan hän koettaa huvittaa ja valistaa kansaa kirjoittamalla. Hänet on palkittu Tieto-Finlandialla, Vuoden kristillisellä kirjalla ja Vapaa-ajattelijoiden Väinö Voipio -palkinnolla "uskontoon perustumattoman todellisuuskäsityksen edistämisestä". "Kotona maailmankaikkeudessa"-trilogian vastailmestyvä viimeinen osa, "Ihmeitä", oli myynnissä esitelmätilaisuudessa. Kirjat loppuivat alkuunsa.

Omena ja Kuu

Esitelmöitsijä aloitti vuodesta 1667 ja teemasta omena ja Kuu. Mitä yhteistä on omenalla ja Kuulla? Useimmat tavalliset ihmiset ehkä vastaisivat että ne ovat esim. pyöreitä. Mutta ' Isaac Newton vastasi tähän, että ne molemmat putoavat kohti maapallon keskipistettä samalla tavalla. Eli niitä hallitsee sama painovoima- eli gravitaatiolaki. Maailmaa hallitsevat luonnonlait ja matematiikka, ei Jumala. Newton sanoi, että painovoima on yhtä kuin gravitaatiovakio kertaa massojen tulo jaettuna massojen etäisyyden neliöllä. Toisin sanoen laki on sama kaikille ja piste.

Klikkaa kuvaa!
Valtaojan esitelmässä oli peräti 240 kuulijaa. Kuva Seppo Linnaluoto.

Newtonin painovoimalailla selvittiin hyvin pitkälle. Mutta oli joitakin vaikeuksia. Oli esim. Olbersin paradoksi. Jos avaruus on täynnä tähtiä, niin katsottiin mihin suuntaan tahansa, niin lopulta tulee vastaan tähden pinta. Toisin sanoen koko taivaan pitäisi olla yhtä kirkas kuin tähtien pinta. Näin ei ole joten jossakin on vikaa.

Vuonna 1916 Albert Einstein esitti sitten yleisen suhteellisuusteorian, joka on Newtonin teoriaa tarkempi painovoimalaki. Sen mukaan massat tekevät avaruuden kaarevaksi. Yksi suhteellisuusteorian kummallisuuksista on ns. kaksosparadoksi. Kun toinen kaksosista lähtee pitälle avaruusmatkalle, niin sieltä palattuaan hän on nuorempi kuin Maahan jäänyt kaksonen.

Yleisen suhteellisuusteorian mukaan avaruus laajenee tai supistuu. Koska silloin luultiin, että avaruus oli pysyvä, Einstein lisäsi yhtälöihinsä ns. kosmologisen vakion, minkä avulla saatiin pysyvä tila. Vuonna 1929 Edwin Hubble kuitenkin huomasi havainnoistaan, että kaukaiset galaksit pakenevat meistä eli avaruus laajenee.

Einstein piti kosmologisen vakion mukaan ottoa suurena erehdyksenä, mutta viime aikoina se on jälleen otettu mukaan, sillä avaruus näyttää laajenevan kiihtyvällä nopeudella.

Alkuräjähdysteorian mukaan galaksit loittonevat toisistaan kuin rusinat pullataikinassa. Galaksit eivät laajene, mutta galaksien väliset etäisyydet suurenevat.

Klikkaa kuvaa!
Auditorion 230 istuinta eivät riittäneet, vaan piti ottaa ylimääräisiä tuoleja käyttöön. Yksi kuulija seisoi. Kuva Seppo Linnaluoto.

Kosminen taustasäteily

Vuonna 1965 kosminen taustasäteily löydettiin aivan sattumalta, kun Arno Penzias ja Robert Wilson Bellin puhelinyhtiöstä tutkivat tietoliikennettä häirinnyttä radiokohinaa. He päätyivät siihen, että kohina tulee maapallon ulkopuolelta ja luultavasti jopa Linnunradan ulkopuolelta. Kosmisen taustasäteilyn olemassaolo oli kyllä ennustettu. Penzias ja Wilson saivat löydöstään Nobelin palkinnon.

Kun katsomme kaukaisia galakseja, katsomme samalla menneisyyteen. Samassa galaksien kuvassa saattaa olla hyvinkin eri-ikäisiä galakseja. Kaukainen galaksi saattaa olla ajalta, jolloin maailmankaikkeus oli vain miljardin vuoden ikäinen, läheinen galaksi taas saattaa olla lähes nykyajalta.

Vuonna 1981 Alan Guth esitti kosmisen inflaation teorian. Sen mukaan maailmankaikkeus alkuräjähdyksen jälkeen laajeni inflatorisesti valoa nopeammin.

Vuonna 1998 Saul Perlmutter ym. havaitsi supernovia tutkimalla maailmankaikkeuden laajenemisen kiihtymisen ja siten ensimmäisen todisteen nollasta poikkeavasta kosmologisesta vakiosta. Tämä johti mm. siihen, että 74 % maailmankaikkeudesta oli ns. pimeää energiaa, 22 % pimeää ainetta ja vain 4 % tavallisista atomeista koostuvaa ainetta.

Tässä vaiheessa esitelmöitsijä esitti jälleen että oli jouduttu kriisiin. Kuka tilasi tällaisen maailmankaikkeuden missä on pimeää ainetta ja pimeää energiaa? COBE- ja WMAP-satelliitit näyttävät kuitenkin vahvistavan tällaisen maailmankaikkeuden olemassaolon.

Vuonna 2008 on tarkoitus lähettää avaruuteen Planck-satelliitti, joka pyrkii etsimään vastauksia useaan keskeiseen kysymykseen. Mitä ovat kosmoksen perusparametrit: kaarevuus, koostumus ja tihentymien spektri. Onko inflaatio totta? Tarvitaanko uutta fysiikkaa: ylimääräisiä ulottuvuuksia, kosmoksen muoto, luonnonvakioiden muuttumattomuus, mitä oli ennen alkuräjähdystä?

Vai olemmeko ihan pihalla? Edessämme saattaa olla tosi outoja juttuja.

Kolme keskeistä kosmologian kysymystä ovat Nature Review -lehden mukaan: Mitä on ei-baryoninen aine (siis se aine, joka ei koostu atomeista)? Oliko inflaatiota? Mikä aiheuttaa maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen? Näiden kysymysten ratkaiseminen on helppoa Esko Valtaojan mukaan.

Hieman hankalampia kysymyksiä ovat Valtaojan mukaan seuraavat: Alkuräjähdyksen syy? Hienoviritys? Onko multiversumia olemassa? Onko maailmankaikkeus ääretön? Mikä aiheutti inflaation? Tuleeko uusia faasimuutoksia?

Valtaojan mukaan tosi hankalia kysymyksiä ovat: Miksi matematiikka? Havaitsija ja havaittu? Tässäkö kaikki?

Klikkaa kuvaa!
Galaksijoukko Abell 1689. Galaksijoukko toimii gravitaatiolinssinä, josta johtuvat kaarevat galaksien kuvat. Tämä johtuu yleisestä suhteellisuusteoriasta. Kuva Hubble.

Multiversumi

Esko Valtaojan mukaan on viisi tietä moneen maailmankaikkeuteen eli multiversumiin. Ensimmäinen on 11-ulotteinen säieteoria. Toinen on hienoviritys eli antrooppinen periaate. Se liittyy siihen, miksi maailmankaikkeus on sellainen, että me olemme sitä katsomassa. Kolmas on kvanttifluktuaatiot ja neljäs on kvanttifysiikan monimaailmatulkinta. Viides on suuri koko.

Jälleen tullaan kriisiin. Todellisuutta kuvaamaan tarvitaan teoria, joka on ihmiselle liian monimutkainen taikka ei ole testattavissa tai ei ole käsitettävissä.

Onko multiversumi totta? Nobelin palkinnon saanut Stewen Weinberg kertoo lukeneensa äskettäin selostuksen kokouksesta, jossa Martin Rees (Englannin Kuninkaallinen tähtitieteilijä) sanoi, että hän oli kyllin varma multiversumin olemassaolosta lyödäkseen vetoa koiransa hengestä, kun taas Andrei Linde (inflaatioteorian kehittäjiä) sanoi olevansa valmis lyömään vetoa omasta hengestään.

Esko Valtaoja omasta puolestaan uskoo multiversumiin sen verran, että hän on valmis lyömään vetoa sekä Andrei Linden että Martin Reesin koiran hengestä.

Seppo Linnaluoto