Ajan ongelma

Ajan ongelma

ViestiKirjoittaja Psykopatologia » 11.12.2015 16:56

Aika on aivan muuta kuin meistä näyttää – jos valo kulkisi hitaammin, näkisimme yhä faaraot pyramideilla TIEDE 9.12.2015 2:00 Päivitetty: 9.12.2015 21:56 Marcus Chown http://www.hs.fi/tiede/a1449549641727

Kuvittele, että katsot ulos ikkunasta ja näet normanneja, heidän takanaan roomalaisia ja heidän takanaan egyptiläisiä.

Hullua? Ei sen hullumpaa kuin tähtitieteilijöiden katsellessa maailmankaikkeutta.

Valo etenee tyhjiössä noin 300 000 kilometriä sekunnissa. Jos se etenisi vain sata metriä vuosisadassa, näkisit todellakin noin kilometrin päässä Vilhelm Valloittajan yhä valloittamassa Englantia, runsaan kahden kilometrin päässä Publius Scipion taistelemassa Hannibalia ja hänen elefanttejaan vastaan ja lähellä taivaanrantaa, noin neljän ja puolen kilometrin päässä farao Khufun käymässä viikoittaisella tarkastuksellaan Gizan suuren pyramidin rakennustyömaalla.

Kaikki tämä olisi yhä nähtävissä, koska valon edetessä sata metriä vuosisadassa niistä kertovat valonsäteet matelisivat etanan lailla halki väliin jäävän etäisyyden.

Avaruus on typerryttävän iso. Vaikka valo kulkee kymmenen miljoonaa miljardia kertaa nopeammin kuin sata metriä vuosisadassa, se matelee silti etanan lailla maailmankaikkeuden suunnattoman avaruuden halki.

Kun seisot ulkona pilvettömänä iltana, näet Kuun sellaisena kuin se oli 1,25 sekuntia sitten. Andromeda-galaksi, etäisin paljain silmin nähtävissä oleva kohde, näkyy sellaisena kuin se oli esi-isiemme pystyihmisten uskaltautuessa ensi kerran Afrikan savanneille 2,5 miljoonaa vuotta sitten.

Tähtitieteilijät pystyvät tehokkaiden teleskooppien avulla tunkeutumaan vielä kauemmas kosmisen ajan halki ja paljastamaan galakseja, jotka elivät ja kuolivat paljon ennen kuin Aurinko ja Maa syntyivät.

Havaittavissa olevan maailmankaikkeuden äärilaidalla he pystyvät näkemään niin sanotun viimeisen sironnan pinnan kimmeltävän hunnun 13,8 miljardin vuoden takaa. Sitä etäämmäksi ei valon avulla pysty näkemään.

Tämä kaikki osoittaa, ettei aika ole sitä, mitä me kuvittelemme sen olevan. Aika on valon äärellisen nopeuden takia lähtemättömästi sidoksissa välimatkaan, tai kuten Albert Einstein sanoi: ”Ajan ja signaalin nopeuden välillä on erottamaton yhteys.”

Käsite ”nyt” on siis meidän maailmankaikkeudessamme merkityksetön. On mahdotonta tietää, millaista Alfa Centaurilla on juuri nyt, koska tähtijärjestelmästä uutisia tuova valo sallii meidän tietää vain sen, millaista siellä oli noin 4,3 valovuoden päässä.

Ajan, avaruuden ja valonnopeuden välinen yhteys on yhtä lailla totta maapallolla kuin maailmankaikkeudessakin. Ratkaiseva ero on kuitenkin se, että etäisyydet maanpinnalla ovat paljon lyhyemmät.

Äärellinen valonnopeus tekee Einsteinin mukaan muutakin kuin viivyttää tapahtumista kertovia uutisia. Valo on kosminen kattonopeus, ja jokainen mittaa valonsäteelle täsmälleen saman nopeuden riippumatta suhteellisesta nopeudestaan valon lähteeseen nähden.

Kuten Einstein vuonna 1905 oivalsi, näin on vain, jos suhteessa sinuun liikkeessä olevan henkilön avaruus kutistuu hänen liikkeensä suunnassa samaan aikaan kuin hänen aikansa hidastuu.

Einsteinin vuonna 1915 esittämän yleisen suhteellisuusteorian mukaan se, joka on kiihtyvässä liikkeessä sinuun nähden, kokee suurempaa painovoimaa. Hänen aikansa näyttää hidastuvan.

Aikaisempina aikakausina maailmankaikkeuden aine oli pakkautunut tilavuudeltaan pienempään avaruuteen kuin nykyään yksinkertaisesti sen takia, että avaruus on laajentunut alkuräjähdyksestä lähtien. Kun aine oli tiuhemmassa, painovoiman vaikutus tuntui nykyistä voimakkaampana ja aika kului hitaammin.

Itse asiassa Einsteinin suhteellisuusteoriassa, todellisuutta koskevassa peruskuvauksessamme, ei esiinny käsitteitä yhteinen menneisyys, nykyisyys ja tulevaisuus. Siksi onkin paikallaan kysyä, miksi meillä on niin vahva vaikutelma siitä, että ne ovat olemassa.

Vastaus on se, että suhteellisuuden vaikutukset aikaan tuntuvat vain, jos kaksi ihmistä on selvästi erisuuruisen painovoiman vaikutuksen alaisina tai jos he ovat liikkeessä suhteessa toisiinsa nopeudella, joka on huomattavan lähellä valonnopeutta.

Me kaikki seitsemän miljardia ihmistä maapallolla olemme suunnilleen saman painovoiman alaisina ja liikumme suihkukoneella lentäessämmekin suhteessa toisiimme alle miljoonasosalla valonnopeudesta.

Me elämme elämämme äärimmäisen hitaalla kaistalla ja äärimmäisen heikon painovoiman vaikutuksen alaisina. Siksi suhteellisuudella näyttäisi olevan meihin vähän vaikutuksia.

Suhteellisuudella on kuitenkin vielä ässä hihassaan, ja sillä on meidän aikakäsityksellemme tuhoisat seuraukset.

Saatamme ajatella elävämme maailmankaikkeudessa, jossa on kolme avaruudellista ulottuvuutta ja yksi ajallinen ulottuvuus. Itse asiassa me elämme maailmankaikkeudessa, jossa on neljä aika-avaruuden ulottuvuutta.

Kukin aika-avaruuden neljästä ulottuvuudesta on luonteeltaan avaruudellinen. Se tarkoittaa, että aika-avaruus on kartan luonteinen, toki neliulotteisen kartan, mutta kartan kuitenkin. Ja aivan kuten New York, Los Angeles ja Grand Canyon ovat sijaintipaikkoja maapallon kartalla, ovat alkuräjähdys, Maan synty ja maailmankaikkeuden loppuminen paikkoja aika-avaruuden neliulotteisella kartalla.

Samaan joukkoon kuuluvat kaikki elämäsi tapahtumat. Tämä tarkoittaa Einsteinin mukaan sitä, että mennyt, nykyhetki ja tuleva ovat kaikki olemassa samanaikaisesti.

Mutta jos mennyt, nykyinen ja tuleva ovat vain itsepintaisen sitkeitä harhakuvia, emmekä todellisuudessa missään mielessä kulje ajan halki, miksi meillä on sellainen vahva tunne, että kuitenkin kuljemme? Ja vieläpä tiettyyn suuntaan?

Fysiikan peruslait eivät aseta ajalle mitään suuntaa. Esimerkiksi painovoimalaki voisi yhtä hyvin antaa Maan kiertää Aurinkoa takaperin. Me emme tästä ajan käännettävyydestä huolimatta voi elää elämäämme takaperin haudasta kohtuun ja nuorentua vuosi vuodelta.

Alkeishiukkasten fysiikassa ei kuitenkaan ole pohjimmiltaan selitystä sille, että tunnemme kulkevamme ajan halki ja vielä tiettyyn suuntaan. Sellainen selitys kuitenkin löytyy muualta – termodynamiikasta.

Tätä voi kuvata yksinkertaisen esimerkin avulla. Heitä rikkoutuneen kupin sirpaleet ilmaan. On mahdollista, että sirpaleet pudotessaan järjestyvät kokoon ehjäksi kupiksi. On kuitenkin olemassa vain yksi tapa, jolla tämä voi tapahtua, vain yksi mahdollinen tapa, jolla kuppi on ehjä.

Kupit rikkoutuvat eivätkä eheydy, koska on olemassa valtavan paljon enemmän tapoja, joilla kuppi voi pudota maahan sirpaleina kuin ehjänä, valtavan paljon enemmän epäjärjestyksessä olevia kuin järjestyneitä tiloja. Siksi aika virtaa eteenpäin eikä taaksepäin. Siksi kuppiin jäänyt kahvi jäähtyy eikä lämpene ja ihmiset vanhenevat eivätkä nuorennu.

Jos kaikki lopputulokset ovat yhtä todennäköisiä, on suunnattoman paljon todennäköisempää, että kuppi pysyy rikkinäisenä kuin että se palautuu ehjäksi kupiksi. Se ei ole täysin mahdotonta – termodynamiikan toinen pääsääntö poikkeaa fysiikan peruslaeista siinä, että se ei ole ehdoton vaan tilastollinen.

Mikä on siis ajan nuolen perimmäinen alkuperä? No, maailmankaikkeus voi selvästikin päätyä suurempaan epäjärjestykseen vain siinä tapauksessa, että se on aiemmin ollut suuremmassa järjestyksessä. Jos se olisi jo täydellisessä epäjärjestyksessä, sillä ei olisi, minne mennä.

Perimmäinen syy ajan nuolen olemassaololle on siis se, että maailmankaikkeus oli alkuräjähdyksen hetkellä hyvin järjestyneessä tilassa.

Mikään edellä mainitusta ei kuitenkaan selitä sitä, miksi me koemme nykyhetken eli miksi me kiinnitämme huomiomme informaatioon, jonka aistimme ovat viimeksi saaneet. Miksi me emme koe esimerkiksi viivästynyttä nykyhetkeä ja kiinnitä huomiotamme informaatioon, joka kerättiin vaikkapa kymmenen sekuntia sitten?

Kalifornian yliopistossa Santa Barbarassa työskentelevän fyysikon Jim Hartlen mukaan etsiessämme selitystä fysiikasta etsimme sitä aivan väärästä paikasta. Meidän olisi sen sijasta etsittävä selitystä biologiasta.

Kun elämä maapallolla syntyi, eliöt saattoivat Hartlen mukaan kokea ajan monilla eri tavoilla. Saattoi olla olentoja, joilla oli viivästynyt nykyhetki tai kaksi tai kolme nykyhetkeä.

Mutta kuvittelepa sellaisen puusammakon elämää, jolla on viivästynyt nykyhetki, Hartle sanoo. Se näkee kärpäsen. Se sinkauttaa kielensä ulos. Mutta se käyttää vanhentunutta tietoa: siinä vaiheessa kun sammakko on saanut kielensä täyteen mittaan, kärpänen on lentänyt tiehensä. Koska sammakolla on tällainen haitta, se kuolee nälkään.

Tämä on Hartlen mukaan se syy, miksi me keskitymme viimeksi hankittuun tietoon ja miksi meillä on “nyt”. Se varmistaa, että me säilymme hengissä. Kaikki muut tavat kokea todellisuus olisivat johtaneet siihen, että olisimme kuolleet sukupuuttoon.

“Aika on tarranauhan ohella maailmankaikkeuden salaperäisin asia. Sitä ei voi nähdä eikä koskettaa, mutta siitä huolimatta putkimies voi veloittaa siitä jopa 75 dollaria tunnilta ilman että välttämättä korjaa mitään”, sanoo amerikkalainen koomikko Dave Barry.

Einsteinin neroutta oli se, että hän ei juuttunut siihen, mitä aika on, vaan keskittyi siihen, mitä hyödyllistä siitä olisi sanottavissa.

”Aika on sitä mitä kello mittaa”, hän sanoi. Suuri amerikkalainen fyysikko John Wheeler onnistui kiteyttämään sekä Einsteinin käytännönläheisyyden että Barryn hämmennyksen:

”Aika on sitä, mikä estää kaikkea tapahtumasta heti.”

Teksti on lyhennetty luku kirjasta Maailma pähkinänkuoressa. Kaiken ymmärtämisen käsikirja. Marcus Chown, suom. Juha Sainio, HS-kirjat 2015. 308 s.


Kommentit 61
Avatar
Psykopatologia
Ylläpitäjä
 
Viestit: 57805
Liittynyt: 12.02.2010 13:19
Paikkakunta: Helsinki

Re: Ajan ongelma

ViestiKirjoittaja Lauri » 11.12.2015 19:18

Jos kaukana avaruudessa olisi jättiläismäinen peili, se heijastaisi valonsäteet takaisin ja voisimme teoriassa nähdä pyramidien rakennustyömaan.

Todellisuudessa valon kantama informaatio häviäisi taustakohinaan emmekä huomaisi mitään.

Termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan vapaaehtoisissa muutoksissa kuljemme kohti suurempaa epäjärjestystä eli entropia kasvaa. Mutta termodynamiikkakaan ei selitä sellaista, että tapahtuu myös päinvastaisia muutoksia, joissa järjestys kasvaa. Esim. elämä voisi olla tällainen järjestystä kasvattava juttu. Miten tuo pitäisi selittää?
Lauri
 

Re: Ajan ongelma

ViestiKirjoittaja Ryysy » 13.12.2015 23:44

Andromeda-galaksi, etäisin paljain silmin nähtävissä oleva kohde, näkyy sellaisena kuin se oli esi-isiemme pystyihmisten uskaltautuessa ensi kerran Afrikan savanneille 2,5 miljoonaa vuotta sitten. (Aloituksesta)

En usko. Täysin järjenvastainen väite. Se näkyy nyt sellaisena kuin se näkyy.

Tuotti ongelmaa jo se, kun mietin liikkuvatko tähdet ja miten ne liikkuvat, koska Otava näytti mielestäni johonkin vuodenaikaan isommalta (lähempänä olevalta) ja toisinaan se oli pienempi (kauempana). Muistaakseni päädyin siihen tulokseen, että on olemassa jokin samantapainen tähtirykelmä. Nyt en vaan tiedä yhtään kumpi on kumpi.
Ryysy
 

Re: Ajan ongelma

ViestiKirjoittaja Hilppa » 13.12.2015 23:51

Tämä ei nyt liity ajan ongelmaan, vaan Ryysyn esittämään. Katso Jupiteria joskus hyvällä säällä, niin huomaat tähden (tähtien) ja planeettojen eron.

(Ymmärrän hyvin, että Einstein loi jotain sellaista kuin suhteellisuusteorian. Jos meillä ei olisi mitään aikakäsitettä, eläisimme elämäämme kuin "hetken lapset" ikään. Einstein varmaan eli elämäänsä vähän kuten hetken lapsi, ja siksi kykeni luomaan jotain niin poikkeuksellisen nerokasta irrallaan tavallisesta aikakäsityksestä olevaa.)
Hilppa
 

Re: Ajan ongelma

ViestiKirjoittaja Psykopatologia » 13.12.2015 23:59

Kuva
https://en.wikipedia.org/wiki/Koreshanity

22:58 Ruusu
Hyvä, että olet älynnyt. Tosiasiassa maa on ontto pallo, jonka s i s ä l l ä taivaankansi on.
Avatar
Psykopatologia
Ylläpitäjä
 
Viestit: 57805
Liittynyt: 12.02.2010 13:19
Paikkakunta: Helsinki

Re: Ajan ongelma

ViestiKirjoittaja Psykopatologia » 14.12.2015 00:15

Newtonin mukaa painovoima-vaikutus oli välitön. Einsteinin mukaan vaikutus eteni valon nopeudella.
Täten kun aurinko imee maata puoleesa - tai kun aiheutuu "kupru" avaruus - aika -koordinaatiossa - "vaikutus" on n. 8½ minuuttia "jäljessä", eli vaikutus on "vino".
Avatar
Psykopatologia
Ylläpitäjä
 
Viestit: 57805
Liittynyt: 12.02.2010 13:19
Paikkakunta: Helsinki

Re: Ajan ongelma

ViestiKirjoittaja Lauri » 14.12.2015 01:29

Probleema on, ettei tiedetä mitä se painovoima on. Jos se on kuoppa aika-avaruudessa, ei sillä mitään vaikutusaikaa ole.
Lauri
 

Re: Ajan ongelma

ViestiKirjoittaja Psykopatologia » 14.12.2015 01:56

Avatar
Psykopatologia
Ylläpitäjä
 
Viestit: 57805
Liittynyt: 12.02.2010 13:19
Paikkakunta: Helsinki

Re: Ajan ongelma

ViestiKirjoittaja Lauri » 14.12.2015 09:36

Painovoima-aallot on eri juttu kuin painovoiman vaikutus. Painovoimaaallot ovat vähän niinkuin heittäisit kiven veteen ja siitä lähtee aaltoja joka suuntaan. Painovoima-aallot syntyvät esim. suuren tähden romahtaessa mustaksi aukoksi. Niitäkään ei ole vissiin vielä havaittu.

Mutta kuvitteleppa valon nopeudella etenevän fotonin pyyhkäisevän mustan aukon ohi esimerkiksi maan radan etäisyydellä. Jos painovoimalla olisi nopeus, fotoni ehtisi pyyhkäistä mustan aukon ohi ennenkuin painovoiman vaikutus saavuttaisi sen. Kuitenkin tiedetään, että valo taipuu suurien massojen ohi kulkiessaan.
Lauri
 


Paluu Psykologiaa ja psykopatologiaa



Paikallaolijat

Käyttäjiä lukemassa tätä aluetta: Ei rekisteröityneitä käyttäjiä ja 12 vierailijaa

cron