Arkisto
- joulukuu 2023
- marraskuu 2023
- lokakuu 2023
- syyskuu 2023
- elokuu 2023
- kesäkuu 2023
- toukokuu 2023
- huhtikuu 2023
- maaliskuu 2023
- helmikuu 2023
- tammikuu 2023
- joulukuu 2022
- marraskuu 2022
- lokakuu 2022
- syyskuu 2022
- elokuu 2022
- kesäkuu 2022
- toukokuu 2022
- huhtikuu 2022
- maaliskuu 2022
- helmikuu 2022
- tammikuu 2022
- joulukuu 2021
- marraskuu 2021
- lokakuu 2021
- syyskuu 2021
- elokuu 2021
- kesäkuu 2021
- toukokuu 2021
- huhtikuu 2021
- maaliskuu 2021
- helmikuu 2021
- tammikuu 2021
- joulukuu 2020
- marraskuu 2020
- lokakuu 2020
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
- maaliskuu 2020
- helmikuu 2020
- tammikuu 2020
- joulukuu 2019
- marraskuu 2019
- lokakuu 2019
- syyskuu 2019
- elokuu 2019
- heinäkuu 2019
- kesäkuu 2019
- toukokuu 2019
- huhtikuu 2019
- maaliskuu 2019
- helmikuu 2019
- tammikuu 2019
- joulukuu 2018
- marraskuu 2018
- lokakuu 2018
- syyskuu 2018
- elokuu 2018
- kesäkuu 2018
- toukokuu 2018
- huhtikuu 2018
- maaliskuu 2018
- helmikuu 2018
- tammikuu 2018
- joulukuu 2017
- marraskuu 2017
- lokakuu 2017
- syyskuu 2017
- elokuu 2017
- kesäkuu 2017
- toukokuu 2017
- huhtikuu 2017
- maaliskuu 2017
- helmikuu 2017
- tammikuu 2017
- joulukuu 2016
- marraskuu 2016
- lokakuu 2016
- syyskuu 2016
- elokuu 2016
- kesäkuu 2016
- toukokuu 2016
- huhtikuu 2016
- maaliskuu 2016
- helmikuu 2016
- tammikuu 2016
- joulukuu 2015
- marraskuu 2015
- lokakuu 2015
- syyskuu 2015
- elokuu 2015
- kesäkuu 2015
- toukokuu 2015
- huhtikuu 2015
- maaliskuu 2015
- helmikuu 2015
- tammikuu 2015
- joulukuu 2014
- marraskuu 2014
- lokakuu 2014
- syyskuu 2014
- elokuu 2014
- kesäkuu 2014
- toukokuu 2014
- huhtikuu 2014
- maaliskuu 2014
- tammikuu 2014
- joulukuu 2013
- marraskuu 2013
- lokakuu 2013
- syyskuu 2013
Taivuttaa koskettamatta
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan gravitaatiossa ei ole kyse voimasta, vaan aika-avaruuden kaarevuudesta. Tämän takia gravitaatioon liittyy kiinnostavia ilmiöitä, joista klassisessa fysiikassa ei ole tietoakaan, kuten mustia aukkoja ja gravitaatioaaltoja (joita syntyy niin varhaisina aikoina kuin nykyäänkin). Gravitaatiolinssit ovat eräs tällainen ilmiö, ja työskentelen itse nyt niiden parissa ensimmäistä kertaa.
Gravitaatiolinsseissä on kyse siitä, että massiiviset kappaleet vaikuttavat valon kulkuun ja siksi muuttavat sitä, miltä kaukana olevat kohteet näyttävät. Valon taipuminen on arjesta tuttua: veden, tai kuuman ilman, läpi katsottuna kappaleet näyttävät vääristyneiltä. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan samanlainen ilmiö tapahtuu aina valon kulkiessa avaruudessa, vaikka valon tiellä ei olisikaan mitään ainetta, koska aika-avaruus on kaartunut kaikkialla. Gravitaation aiheuttama muutos valon kulkuun on tosin paljon pienempi kuin vedestä tai ilmasta johtuva, ellei ole kyse hyvin massiivisista kappaleista.
Valon taipuminen aika-avaruudessa liittyy yleisen suhteellisuusteorian ja Newtonin gravitaatioteorian eroihin. Newtonin teoriassa massalliset kappaleet vetävät toisiaan puoleensa. Newtonin teorialla ei ole mitään selvää sanottavaa gravitaation vaikutuksesta valon kulkuun. Jos valoa käsitellään massattomina hiukkasina (mikä pitää paikkansa, mutta soveltuu huonosti Newtonin teoriaan), niin Newtonin teorian mukaan gravitaatio ei vaikuta niihin. Jos ajatellaan, että valohiukkasilla olisi hyvin pieni massa, niin gravitaatio vaikuttaisi niihin samalla tavalla kuin muihinkin hiukkasiin. Yleisen suhteellisuusteorian tapauksessa asiassa ei ole mitään epämääräisyyttä, ja sen mukaan molemmat Newtonin teorian arveluista ovat väärin.
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan massat eivät suoraan vedä toisiaan puoleensa. Sen sijaan kappaleiden energia kaareuttaa aika-avaruutta, eli saa aikaan gravitaatiokentän. Tämä gravitaatiokenttä sitten vaikuttaa kappaleiden liikkeisiin. Tilanne on hieman samanlainen kuin sähkömagnetismin tapauksessa, jossa sähkövaraukset saavat aikaan sähkömagneettisen kentän, joka muuttaa varattujen hiukkasten liikkeitä. Erona on se, että gravitaation tapauksessa hiukkasten liikkeisiin vaikuttavaa gravitaatiota välittävä ’kenttä’ on itse aika-avaruus. Niinpä gravitaatio vaikuttaa kaikkiin kappaleisiin, ei vain niihin joilla on massa. Kun hiukkaset liikkuvat massiivisen kappaleen ohi, niiden rata taipuu kappaletta kohti. Massalliset ja massattomat hiukkaset tosin liikkuvat eri tavalla, ja valo taipuu kaksi kertaa niin paljon kuin massalliset hiukkaset.
Valon taipuminen gravitaatiokentässä oli ensimmäinen yleisen suhteellisuusteorian ennustus, jota testattiin kokeellisesti. Vuoden 1919 auringonpimennyksen aikana, vain neljä vuotta yleisen suhteellisuusteorian esittämisen jälkeen, havainnoitiin miten tähtien paikat taivaalla muuttuvat, kun niiden valo kulkee Auringon läheltä. Havainnot olivat sopusoinnussa yleisen suhteellisuusteorian kanssa, newtonilainen maailmankuva julistettiin kumotuksi lehtien etusivuilla ja Einsteinista tuli maailman ensimmäinen tiedejulkkis. Koetulosten tulkinnasta on keskusteltu paljon, mutta ilmeisesti asia kuitenkin hoidettiin vilpittömästi eikä yleistä suhteellisuusteoriaa juhlittu ennenaikaisesti. Havainnot on joka tapauksessa myöhemmin varmennettu kymmenestuhannesosan tarkkuudella.
Vuoden 1919 kokeessa seurattiin Linnunradassa olevia tähtiä. Kun katsoo kauempana maailmankaikkeudessa olevia kohteita, niin näkee valoa, joka on matkannut ohi paljon Aurinkoa isommista massakeskittymistä, kuten kokonaisista galakseista tai galaksiryppäistä. On kuitenkin harvinaista, että valonsäde kulkisi suoraan massakeskittymän ohi. Niinpä tyypillisesti kosmologisten gravitaatiolinssien aiheuttama vääristymä on vain prosentin luokkaa: kaukaiset galaksit näyttävät sadasosan verran paksummilta jossain suunnassa ja ohuemmilta toisessa, kuin heikossa sirkuspeilissä.
Joidenkin harvojen valonsäteiden kohdalla tosin käy niin, että valonlähteen ja meidän välille sattuu joku erittäin massiivinen kappale. Tällöin kohteen kuva vääristyy tyystin, jopa niin että kohde näkyy useassa paikassa samaan aikaan. Yksinkertaisin tapaus on Einsteinin kehä. Ajatellaan kohdetta, vaikkapa galaksia, joka lähettää valoa joka suuntaan. Jos meidän ja galaksin välissä ei olisi gravitaatiokenttiä, näkisimme vain sen valon joka tulee suoraan meille, eli galaksi näkyisi yhdessä paikassa. Jos tiellä sen sijaan on massiivinen linssi, niin osa valonsäteistä, jotka olisivat menneet meistä ohi, taipuvatkin niin että ne päätyvät silmiimme. Jos linssi on pallosymmetrinen, niin se taittaa valoa samalla tavalla kaikista suunnista, joten galaksi näkyy renkaana linssin ympärillä. Alla NASAn kuva sinisestä galaksista, jonka kuva on taittunut kauniiksi kehäksi. Tässä tapauksessa linssinä on keskellä näkyvä punainen galaksi.
Ensimmäinen Einsteinin kehä nähtiin 1979, ja nykyään niitä on mitattu tusinoittain, miljardien valovuosien etäisyyksiltä. Yleensä linssi ei ole pallosymmetrinen, joten yhtenäisen kehän sijaan nähdään erillisiä kaaria, joiden määrä, muoto ja kirkkaus riippuvat siitä, miten linssin massa on jakautunut. Alla olevan NASAn kuvan kaarista näkee, että linssi on monimutkaisempi kuin yllä olevan galaksilinssin tapauksessa.
Jos on kiinnostunut siitä, millaisia galaksiryppäät ovat, niin monimutkaiset kaaret ovat hyvä asia, koska niissä on paljon tietoa ryppäiden rakenteesta. Gravitaatiolinssejä voi myös käyttää mielenkiintoisiin kosmologisiin mittauksiin, joiden kannalta mahdollisimman yksinkertaiset linssit ja siistit kehät ovat toivottavia, koska mitä vähemmän silloin tarvitsee vaivata päätään linssien takia, sen parempi.
Eräs keskeinen maailmankaikkeutta koskeva kysymys, jota gravitaatiolinssien avulla voi tutkia, on avaruuden (ei aika-avaruuden!) kaarevuus. Jos avaruus ei ole kaareva, niin pisteiden välisiä etäisyyksiä voi laskea helposti yhteen. Jos pisteet A, B ja C ovat samalla suoralla aika-avaruudessa, niin etäisyys pisteestä A pisteeseen C on yhtä suuri kuin etäisyys pisteestä A pisteeseen B plus etäisyys pisteestä B pisteeseen C. Jos avaruus on kaareva, niin valon avulla mitatut etäisyydet eivät noudata näin yksinkertaista yhteenlaskukaavaa.
Einsteinin kehän havaittu koko riippuu siitä, mikä on meidän etäisyytemme lähteestä ja mikä on linssin etäisyys lähteestä. Jos mittaa erikseen etäisyytemme linssistä vaikkapa supernovien avulla, niin voi määrittää, kuinka hyvin etäisyyksien yhteenlaskukaava pätee ja siten mitata avaruuden kaarevuuden. (Tarkemmin sanottuna Einsteinin kehä riippuu vain etäisyyksien suhteesta, eli myös meidän etäisyytemme lähteestä pitää mitata erikseen.) Näitä havaintoja voi myös käyttää rajoittamaan sitä, paljonko maailmankaikkeuden rakenteet vaikuttavat sen laajenemiseen, samoin kuten parallaksin avulla mitattuja etäisyyksiä.
30 kommenttia “Taivuttaa koskettamatta”
Vastaa
Oppipojat, kisällit ja mestarit
Maisterin tutkinnon saamista ja gradun hyväksymistä kutsutaan valmistumiseksi. Teoreettisen fysiikan tutkijaksi aikovan kohdalla se kuitenkin tarkoittaa vain sitä, että on valmis aloittamaan tutkimuksen tekemisen opettelun.
Ihmistieteissä on mahdollista valita itse aiheensa ja tehdä uutta tutkimusta jo ennen graduvaihetta. Tämä johtuu siitä, että tutkimuksen kohteet liittyvät ihmiselämään, ja niiden jäsentämisessä käytetty kieli on lähellä arkista kieltä. Fysiikassa sen sijaan pelkästään sen ymmärtäminen, mitä tutkimuskohteet ovat, vaatii arkiajattelulle vieraiden käsitteiden omaksumista, ja niiden käsittely edellyttää matematiikan kielen hallitsemista. Lisäksi tutkimus rakentuu aiemmin löydetyn päälle enemmän kuin ihmistieteissä.
Niinpä opiskelijoilla ei yleensä vielä väitöskirjatyötä aloittaessakaan ole käsitystä siitä, mitkä ovat oleellisia kysymyksiä edes jollain teoreettisen fysiikan kapealla osa-alueella, vaikkapa kosmologisten inflaatiomallien saralla. Väitöskirjan aiheiden valinta onkin suurelta osin ohjaajan käsissä, ja aiheen merkitys ja sijainti tutkimuksen kentällä tyypillisesti hahmottuu opiskelijalle vasta tutkimuksen tekemisen myötä.
Kuten käsityöt, teoreettisen fysiikan oppii vain tekemällä, ja ohjaajan ja jatko-opiskelijan suhde muistuttaa mestarin ja oppipojan suhdetta. (Käytän tuota vanhaa sukupuolittunutta termiä, vaikka fysiikan yhteisön tasa-arvon tila ei olekaan yhtä huono kuin ammoisen ammattikuntajärjestelmän.) Ohjauksessa välitetään kirjaamatonta tietoa tutkimuksen tekemisestä ja tutkimusyhteisöstä, ja väitöskirja vastaa kisällityötä. Kuten oppipoikien tapauksessa, väitöskirjaopiskelijoiden kontolle tulee ikäviä töitä, jotka jonkun pitää hoitaa, kuten kursseilla assistentteina toimimista ja konferenssien käytännön järjestelyä. Väittelyn jälkeen kisällin on sitten aika vaellella itsenäisesti eri puolilla maailmaa, kunnes lopulta pääsee jonnekin mestariksi tai luopuu leikistä.
Viime aikoina on keskusteltu siitä, pitäisikö väitöskirjojen tekijöitä rahoittaa apurahoilla vai työsuhteesta maksettavalla palkalla. Apurahoja myöntävät säätiöt haluavat pitää kiinni päätösvallastaan sen suhteen, ketä rahoitetaan, ja voivat lisäksi vedota siihen, että alle 19 000 euron apurahat ovat verovapaita, joten samalla summalla saa tuettua useampia opiskelijoita. Ainakaan teoreettisessa fysiikassa väitöskirjaopiskelu ei kuitenkaan ole riippumatonta tutkimusta, minkä tukemiseen apurahat ovat omiaan.
Kyse ei toisaalta ole tavallisesta työsuhteestakaan, edes palkkajärjestelyjen osalta. Yleensä palkka nimittäin maksetaan ohjaajan apurahoista, joita hänen täytyy opiskelijoilleen yrittää haalia vuosi toisensa jälkeen. Tutkimuksen laadun, ajankäytön ja opiskelijoiden taloudellisen vakauden kannalta olisi parempi, että tutkijat voisivat päättää keitä ottavat jatko-opiskelijoiksi, mutta nämä solmisivat työsopimuksen yliopiston kanssa, joka maksaisi heille palkkaa. Ei yrityksissäkään projektin vetäjä ole vastuussa ulkopuolisen rahoituksen haalimisesta projektin jäsenten palkkojen maksamiseen. Tällainen järjestelmä myös turvaisi jatko-opiskelijoita ohjaajan kanssa syntyvien ongelmien varalta.
Väitöskirjaopiskelija on riippuvainen ohjaajasta muutenkin kuin palkan suhteen. Kehnoilla neuvoilla on vaikea oppia tekemään hyvää työtä, ja voi myös olla haitallista, jos ohjaaja on valinnut aiheen, joka on tutkimusyhteisössä marginaalinen. Väittelyn jälkeistä ensimmäistä paikkaa haettaessa on oleellista, mitä ohjaajan suosituskirjeessä lukee, ja kun kirjeiden sisältö on salainen, niin ikävä ohjaaja voisi aiheetta tyrehdyttää opiskelijan uran alkuunsa. Lisäksi paikkojen jakamisessa varmasti vaikuttaa se, kenen opiskelija on kyseessä ja millaisissa väleissä tämän ohjaaja on paikasta päättävän henkilön kanssa. Ensimmäisen paikan saamisen jälkeen ohjaajan merkitys on pienempi, kisällit ovat oman onnensa seppiä, mutta suosituskirjeillä ja epämuodollisella tuella on silti pieni rooli.
Minulla oli hyvä onni väitöskirjaohjaajien kanssa, ja Helsingissä on hiukkaskosmologian alalla tapana pitää yhteyttä väitelleisiin tutkijoihin ja rakentaa tutkimusyhteisöä heidän avullaan, mutta toisinkin olisi voinut käydä.
6 kommenttia “Oppipojat, kisällit ja mestarit”
-
Kimmo Rouvari sanoo:
Wow! Kuulostaa todella vanhanaikaiselta ja hölmöltä toiminnalta, mutta toisaalta niin inhimilliseltä. Sanomattakin on selvää, että kuvaamasi järjestely ei edistä tieteen optimaalista edistymistä, pikemminkin kulloisenkin paradigman säilymistä.
Olen kuitenkin iloinen että otit asian puheeksi. Vaikea muuttaa toimintatapoja jos ongelmista ei edes puhuta ääneen. Iso käsi täältä nojatuolin perukoilta! 🙂
-
Syksy Räsänen sanoo:
Kimmo Rouvari:
Nykyinen järjestelmä soveltuu, puutteistaan huolimatta, mielestäni erittäin hyvin fysiikan tutkimuksen tekemisen opettelemiseen. Pidän rahoitusmallia suurimpana ongelmana, tosin myös opiskelijoiden turvaa pitäisi parantaa siltä varalta, että ohjaajan ja opiskelijan välillä tulee ongelmia.
-
Jiri Nieminen sanoo:
Lisättäköön vielä, että verrattuna apurahansaajaan, työsuhteessa oleva väitöskirjan tekijä olisi yliopistoyhteisön täysivaltainen jäsen. Vaikka uuden yliopistolain jälkeen yliopistolla ei ole enää samanlaista yhteisöllisyyden tunnetta kuin aikaisemmin, niin ainakaan yliopiston johto ei kykene samalla tavoin pompottelemaan työsuhteessa olevia kuin apurahatutkijoita. Niin ikään työsuhde kartuttaa ansiosidonnaista, mikä on monelle tarpeen, jos ei heti väittelyn jälkeen löydä post doc -rahoitusta. Samoin työsuhteessa olevat pääsevät osaksi työterveyshuoltoa jne.
Lopuksi huomautettakoon, että olisi kiva, jos jatko-opiskelijoista käytettäisiin ilmaisua nuorempi tutkija. Vaikka tohtori Räsänen osoittaa, että ainakin teoreettisessa fysiikassa väitöskirjaa aloittelevat sananmukaisesti vielä opiskelevat asioita, niin heidän kutsuminen oikeiksi tutkijoiksi auttaisi nimenomaan siihen, että kaikenmaailman yliopistojen hallintopäälliköiden olisi pakko suhtautua heidän työelämänoikeuksiinsa vakavasti.
-
Jiri Nieminen:
Asianmukainen lisäys tuosta täysivaltaisuudesta.
Ilmaisu ’nuorempi tutkija’ on epämääräinen, koska se voisi viitata väitöskirjaa tekevään tai jo väitelleeseen henkilöön, joiden tilanne on kuitenkin hyvin erilainen. Jatko-opiskelija ja väitöskirjaopiskelija ovat myös kansainvälisen käytännön mukaisia termejä (englanniksi graduate student, post-graduate student tai PhD student).
-
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Pyramidin tasanteelle
Onko mitään varsinaista estettä neutriinosäteilyn ja gravitaatioaaltojen olevan yksi ja sama ilmiö?
Jos ½-spinimäisyys voitaisiin selittää vaikka neutriinoabsorptiolla tavalliseen aineeseen, säteilytilassa spin voisi olla muuta tai jonkinlainen massaton yhdistelmätila…
Neutriinosäteilykentän absorptiokvantithan jakautuvat aineen 3 sukupolven mukaisesti, kvantittuneisuus oskilloi ja aallot lienevät pitkittäisaaltoilun tyyppiä – seikkoja jotka passaisivat liikemuutoksia päivittäville garvitaatioaalloillekin…
Voisitko hieman seikkäperäisemmin valottaa mitä tarkoittaa ”Valo taipuu gravitaatiokentässä kaksi kertaa niin paljon kuin massalliset hiukkaset”? Esimerkiksi aaltoenergian ja kineettisen liike-energian matemaattisten erojen kautta?
Tuosta pallosymmetrisen linssin muodostamasta kuvasta on kai sitten muodostettavissa/laskettavissa sellainen todellinen kuva, mitä sininen galagsi lähempää katsottuna näyttää?
Muistutettakoon, että kommenttiosio ei ole paikka omien teorioiden esittelemiselle. Poistan sellaiseen keskittyvät kommentit.
Eusa:
Neutriinoilla ja gravitaatioaalloilla ei ole mitään tekemistä keskenään, eikä myöskään tämän merkinnän aiheen kanssa.
Jos gravitaatiokenttiä ei ole, niin vapaa hiukkanen kulkee avaruudessa suoraan. Jos hiukkanen kulkee massakeskittymän ohi, niin sen rata taipuu tietyn kulman verran kohti tuota kappaletta. Kulma riippuu siitä, miten massiivinen keskittymä on, ja kuinka läheltä sitä hiukkanen kulkee. Lisäksi kulma on massattomille hiukkasille kaksinkertainen massiivisiin hiukkasiin verrattuna; ne kääntyvät enemmän kohti massakeskittymää.
Se Avarakatseinen:
Yleisesti ottaen linssin läpi kulkeneesta valosta ei voida täsmälleen päätellä sitä, miltä galaksin kuva näytti silloin kun valo lähti matkaan. Eräs ongelma on se, että linssin ominaisuudet pitää myös päätellä, niitä ei tunneta erikseen. Käytännössä ongelmassa parametrisoidaan sekä alkuperäistä kuvaa että linssiä jollain tavalla, joka on tarpeeksi yksinkertainen, että ongelma voidaan ratkaista.
Mutta vaikka linssi tunnettaisiin, ei alkuperäista kuvaa välttämättä voi kokonaan päätellä. Tämä on erityistapaus inversio-ongelman nimellä tunnetusta matemaattisesta ongelmasta. Jos nähdään kehon läpi kulkeneet ulträäniaallot, niistä ei yleisesti ottaen voi päätellä sekä sitä, millaisia aallot olivat ennen kuin ne menivät kehon läpi että sitä, miten aine on jakautunut ihmiskehossa. Vaikka tunnettaisiin aaltojen muoto ennen kehoon sisälle menemistä (kuten ultraäänikuvauksessa tietysti tunnetaan), ongelma ei siltikään välttämättä ole ratkaistavissa.
Toivoin täydennystä siihen miksi massaton hiukkanen taipuu kaksinkertaisesti verrattuna massalliseen – mielestäni syyn kertominen voi onnistua ihan populääristi tässä.
Kiinnostaisi kuinka sinä sen popularisoisit…
Yleisen suhtiksen mukaanhan liikuva kohde taipuu geodeesin perusteella sekä tilassa että ajassa. Kun kohteen nopeus ei ole relativistinen, se liikkuu lähinnä ajassa ja tilallisen kaarevoituksen vaikutus on häviävä. Jos massallinen kohde liikkuu lähelle valonnopeutta, sanotaan vaikka 0,9999 x c, eikös sekin taivu liki kaksinkertaisesti yleisen suhtiksen mukaan verrattuna konventionaaliseen newtonilaiseen rataan?
Jos kuitenkin hiukkasen massallisuus on se eron tekevä juttu, eikö neutriinojen massallisuutta pian voisi ratkaista selvittämällä tilastollisesti supernovasta saapuvien neutriinojen impulssikulmaa verrattuna saman kohteen näkyvään valokulmaan…? Toinen mitä voisi kuvitella empiirisesti testattavan, on suurienergisten massallisten hiukkasten (kosmisten säteiden) taipuminen gravitaatiokentässä, onko tutkimuksia tehty ja kuinka yleinen suhtis on niissä pärjännyt?
Eikö sen kohteen, jonka ohi hiukkanen työntyy, tiheydelläkin ole melko iso rooli? Auringon ohituksen yhteydessä hiukkasen rata taipuu tietyn verran tietyllä etäisyydellä Auringosta, mutta jos Auringon massa on huomattavasti pienemmällä alueella, on tuon paljon tiheämmän kohteen tilavuuskin paljon pienempi ja se ilmeisesti vaikuttaa oleellisesti siihen miten paljon hiukkasen liikerata taipuu kohteen ohituksen yhteydessä?
Lainaus: ”Sen sijaan kappaleiden energia kaareuttaa aika-avaruutta, eli saa aikaan gravitaatiokentän.”
Tämä ei ole vihaamasi oma teoria, vaan mieltä askarruttava kysymys.
Jos hypoteettisessa teoriassa oletetaan joku massallinen kappale, joka lähestyisi valonnopeutta. Voisiko olla niin, että lepomassa + liike-energia kappaleelle yhdessä tulisivat niin suureksi, että kappaleesta tulisi musta-aukko sen sisältämän energian takia? Se häipyisi universumin ulottumattomiin ollen kuitenkin edelleen olemassa.
Entä jos tällainen musta aukko matkallaan joutuisi jonkun galaksin tai mihin vaan gravitaatiokenttään ja sen vauhti hidastuisi eli kineettinen energia pienenisi, palautuisiko se silloin ”takaisin tähän universumiin”, kun totaalienergia pienenee, ja mitä tapahtuisi silloin?
Kysymys lienee teoreettinen, mutta kyllä kai esim. yhdellä ja kahdella testikappaleella tyhjässä avaruudessa on asioita pohdittu.
Eusa:
Tekijän 2 eroa voi hahmotella vaikkapa seuraavasti (karkeasti yksinkertaistaen). Valonnopeudella liikkuvat hiukkaset matkaavat aika-avaruudessa siten, että kun ne etenevät vuoden ajassa, niin ne etenevät valovuoden paikassa. Paljon hitaammin liikkuvat hiukkaset matkaavat vuodessa paljon lyhyemmän ajan. Niinpä valonnopeudella matkaavien hiukkasten tapauksessa aika-avaruuden kaarevuuden vaikutus sekä paikkaan että aikaan on yhtä tärkeää. Hitaasti liikkuvien hiukkasten tapauksessa aika-avaruuden kaarevuuden vaikutus avaruuteen ei ole yhtä tärkeää kuin sen vaikutus aikaan.
Nopeus tässä tarkoittaa hiukkasen nopeutta suhteessa kaarevuuden aiheuttavaan massaan. Hyvin nopeasti Auringon ohi liikkuva hiukkanen siis todella taipuisi suunnilleen samalla tavalla kuin valo.
Neutriinojen havaitseminen on liian vaikeaa tuollaisten täsmämittausten tekemiseksi. Kosmisten säteiden tapauksessa ongelmana on se, että niillä on sähkövaraus: sen takia sähkömagneettiset kentät muuttavat niiden ratoja merkittävästi, joten ei voi päätellä mistä suunnasta ne ovat detektoriin matkanneet.
IkuistaRakkautta:
Pallosymmetrisen kappaleen ulkopuolinen gravitaatiokenttä ei riipu kappaleen tiheydestä, ainoastaan massasta.
miguel:
Vihasta ei ole kysymys; on paljon foorumeita, joilla ihmiset voivat keskustella pseudotieteestä, tämän blogin kommenttiosio ei ole sitä varten.
Kappaleesta ei tule mustaa aukkoa vain siksi, että se liikkuu nopeasti.
Syksy: ”Pallosymmetrisen kappaleen ulkopuolinen gravitaatiokenttä ei riipu kappaleen tiheydestä, ainoastaan massasta.”
Onko kohteen aika sitä hitaampaa mitä tiheämpi kohde on?
Jos, niin eteneekö gravitaatio silti samalla nopeudella, oli kohde sitten miten tiheä tahansa?
Ps. Mitä eroa on kaareutuvalla avaruudella ja kaareutuvalla aika-avaruudella?
Syksy: ”Kulma riippuu siitä miten massiivinen keskittymä on, ja kuinka läheltä sitä hiukkanen kulkee.”
Lasketaanko hiukkasen läheisyys ohitettavan kohteen keskustasta vai ohitettavan kohteen pinnasta?
Jos keskustasta, niin silloin sillä tiheydellä ei ehkä ole niin suurta merkitystä, mutta jos kohteen pinnasta, niin luulisi että ohitettavan kohteen tiheydellä on isokin merkitys?
Jos havaintoja on vain taipumisen tekijöistä 1 (massahiukkaset) ja 2 (massattomat aaltohäiriöt), yleisen suhteellisuusteorian peruste avaruuden ja ajan komponenteista jää vielä testaamattomaksi väitteeksi (tosin kohtuullisesti perustelluksi, mutta kuitenkin).
Jäämme odottamaan havaintoa taipuvasta radasta tekijällä 1,65 tjsp jollekin massalliselle kohteelle ja teorian varmistamista tuoltakin osin…
Eusa:
Yleisen suhteellisuusteorian ennusteita aika-avaruuden kaarevuudesta on testattu erilaisissa tilanteissa sadastuhannesosan tarkkuudella, valon taipuminen on vain yksi uusi ilmiö.
Sen kummemmin vakavaa tieteentekoa teilaamatta…
Kun mennään usean parametrin kanssa rajoille, joissa taustalla oleva logiikka ja sen geometrisuus saadaan havainnoista arvattua, on parametrien sovitus teorian mukaan aina houkutteleva mahdollisuus. Ihmismieli on sellainen. Todennäköisempää, että suhteellisuusteoria pätisi muissa kuin 2-body- ja pallogeometrisissa tapauksissa laskee varsin alas pimeiden massojen, mustien aukkojen ja pimeiden energioiden kanssa.
Yhtenäistieteen kauneus on tänä päivänä enemmänkin sen kulttuurisessa hienostuneisuudessa kuin teorioissa. Kasvanut laskentateho antaa mahdollisuuden säätää tuhannesosia yhä paremmin passaamaan. Toki se tuottaa parempien mittalaitteiden kanssa myös uutta tietoa ja mahdollisuuksia uuteen fysiikkaan.
Toivon todella menestystä kaarevuustutkimuksillenne!
Eusa:
Yleisen suhteellisuusteorian täsmätesteillä Aurinkokunnassa ja pulsareissa ei ole pimeän aineen, pimeän energian tai mustien aukkojen kanssa mitään tekemistä. Niiden teoreettisessa tulkinnassa ei myöskään ole ainuttakaan teoriaan liittyvää parametria, jota sovitettaisiin havaintoihin.
Otetaan yksi poikkeaman aiheuttanut täsmätesti: ohilentoanomaliat.
Kovin moni ihminen ei viitsi lähteä korjaamaan arvioita planettojen massoista tuon perusteella lähtökohtaisesti, mutta jos olisi pakko, seuraavaksi pitäisi taivaanmekaniikan yhtälöihin tutkia korjaukset, jne…
Ymmärrettävää on olettaa, että ensin koitetaan selittää havainnot joillain muilla keinoin ja usein onnistuenkin kuten Pioneer-anomalian selittäminen lämpösäteilyllä.
Joskus kannattaa lähteä tarkentamaan parametreja ihan vallitsevan paradigman puolustamiseksi kuten kävi galaksimme pimeän aineen metsästyksessä taannoin. 🙂
Pointtini on, että kaikki teoriat ja hypoteesit ovat lähtökohtaisesti vääriä, niillä on vain oma pätevyysalueensa. Samojen ilmiöiden selittämiseen voi olla useita poikkeavasti formuloituja teorioita, joiden pätevyysalueet voivat osin leikata toisensa.
Voihan olla, että gravitaatiolinsseistä saa irti omia fysikaalisia ”lakejaan”, joiden pätevyysalueen rajaaminen ja selvittäminen leikkaako se joltain osin tunnetun toimvaksi osoittautuneen teorian varmistettua pätevyysaluetta voi tuottaa uutta yhdistettyä fysiikkaa…
IkuinenRakkaus:
Gravitaation eteneminen ei liity tähän valon taipumiseen.
Etäisyys lasketaan kohteen keskustasta.
Aika-avaruuden ja avaruuden kaarevuus vaatisivat omat merkintänsä. Lyhyesti hahmoteltuna aika-avaruuden kaarevuudessa on kyse siitä, että etäisyysvälejä aika-avaruudessa lasketaan eri tavalla kuin laakeassa avaruudessa eli Minkowskin avaruudessa.
Aika-avaruuden voi jakaa ajaksi ja avaruudeksi eri tavoin. Vaikka aika-avaruus on kaareva, niin joissain tapauksissa on mahdollista, että avaruus ei ole kaareva, eli että etäisyyksiä avaruudessa lasketaan samalla tavalla kuin euklidisessa avaruudessa, eli kahden pisteen välisen etäisyyden neliö on L^2 = x^2 + y^2 + z^2, missä x, y ja z ovat pisteiden paikkakoordinaattien erot eri suunnissa. Yksinkertaisimmissa kosmologisissa malleissa avaruus on (keskimäärin) laakea.
Kiitos 7.3 vastauksestasi Syksy. Haluaisin vielä varmistuksen sille että olin ymmärtänyt asian oikein.
Eli jos valon etäisyys ohitettavaan kohteeseen lasketaan ohitettavan kohteen pinnasta, vaikuttaa kohteen tiheys yhdessä massan kanssa siihen miten paljon valon liikerata taipuu ja jos kohteen keskustasta, ei kohteen tiheydellä ole juurikaan väliä?
IkuinenRakkaus:
En tiedä mitä olet ymmärtänyt, mutta kappaleen tiheys ei vaikuta sen ulkopuoliseen gravitaatiokenttään, jos kappale on pallosymmetrinen.
Syksy:
”En tiedä mitä olet ymmärtänyt, mutta kappaleen tiheys ei vaikuta sen ulkopuoliseen gravitaatiokenttään, jos kappale on pallosymmetrinen.”
Mitä tiheämpi kohde, sitä massiivsempi se on!
Jos Auringon puristaa jalkapallon kokoiselle alueelle, sen massa on edelleen sama, mutta siinä oleva asia on paljon tiheämmin ja näin sen pinta on paljon kauempana siltä alueelta jossa valo nykyisin ohittaa Auringon läheltä.
Syksy: “Kulma riippuu siitä miten massiivinen keskittymä on, ja kuinka läheltä sitä hiukkanen kulkee.”
Valohan ei liiku Auringon läpi, joten minulle ei ainakaan tullut ensimmäisenä mieleen mitata ohittavan valon etäisyyttä Auringon keskustasta, vaan Auringon pinnasta ja siksi kysyin että eikö sillä tiheydelläkin ole merkitystä?
Jos joku kohde ohittaa Maapallon todelta läheltä ja uutisessa kerrotaan kuinka läheltä, niin onko kyse silloinkin siitä kuinka kaukana ohittava kohde oli Maapallon keskustasta vai Maapallon pinnasta?
Itselleni työntyy ensimmäisenä mieleen että ohittavan kohteen etäisyys mitataan Maapallon pinnasta!
”Jos Auringon puristaa jalkapallon kokoiselle alueelle, sen massa on edelleen sama, mutta siinä oleva asia on paljon tiheämmin ja näin sen pinta on paljon kauempana siltä alueelta jossa valo nykyisin ohittaa Auringon läheltä.”
Etäisyys mitataan aina massakeskipisteestä. Oletetaan, että valonsäde ohittaa auringon aivan pintaa hipoen (etäisyys R keskipisteestä) ja taipuu. Sitten puristetaan Aurinko jalkapallon kokoiseksi ja jälleen valo ohittaa pienen&tiheän Auringon etäisyydellä R. Lopputulos: valo taipuu aivan saman verran.
Tiheydellä ei ole merkitystä, koska painovoiman vaikutus summataan (integroidaan) koko massakeskittymän yli. Normaalissa Auringossa osa massasta on hyvin lähellä valonsädettä, mutta osa hyvin kaukana. Pienessä Auringossa taas kaikki massa on keskisuuren matkan päässä (ei lähellä, mutta ei myöskään kaukana).
Syksy Räsänen kirjoitti:
”Yleisen suhteellisuusteorian mukaan gravitaatiossa ei ole kyse voimasta, vaan aika-avaruuden kaarevuudesta.
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan massat eivät suoraan vedä toisiaan puoleensa. Sen sijaan kappaleiden energia kaareuttaa aika-avaruutta, eli saa aikaan gravitaatiokentän. Tämä gravitaatiokenttä sitten vaikuttaa kappaleiden liikkeisiin.”
Kumpi,gravitaatiokentä vai aika-avaruuden kaareutuminen, aiheutta painovoiman, vai ovatko ne sama asia.
Mehän tunnemme painovoiman. Paitsi vapaassa pudotuksessa(ja vedessä kelluessa osan painovoimasta), minne se painovoiman tunne silloin katoaa?
Kaareutuuko aika-avaruus Lagrangen pisteissä ja/tai onko niissä gravitaatiokenttää?
Gravitaatio heikkenee etäisyyden neliöön, heikkeneekö aika-avaruuden kaareutuminen saman säännön mukaan?
Kosmos:
Gravitaatiosta ja aika-avaruuden kaareutumisesta, ks. sanoissa ”aika-avaruuden kaarevuudesta” linkattu kirjoitus
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kaareuden_kietoutumista
ja siinä linkattu kirjoitus:
http://www.iltalehti.fi/tyoelama/2014032218147377_tb.shtml
Tiedetäänkö miksi valo taipuu kaksi kertaa niin paljon kuin massalliset hiukkaset gravitaatiokentässä?
urpo:
Kyllä. Ks. kommentit yllä.