Kosmologiasta

Täytin muutamia vuosia sitten tasakymmeniä. Työnantaja antoi lahjakortin paikkakunnan liikkeissä käytettäväksi. Marssin oikopäätä kirjakauppaan ja ostin nipun sellaisia kirjoja, joita omalla rahalla tuskin olisin malttanut ostaa. Eräs opus käsitteli kosmologiaa, joka  tutkii maailman syntyjä syviä. Oiva aihe iltalukemiseksi.

Luin vaimolleni ääneen valittuja kohtia päivän mietelauseiksi teoksesta "Kultakutrin arvoitus" ( Paul Davies ).

Se, miksi me maan matoset voimme olla täällä ja millainen on maailmankaikkeus, selvisi opuksesta:

Maailmankaikkeus

Jos haluaa tietää, millainen maailma on, kannattaa mennä pimeällä ulos tähtitaivaan alle. Siellä ne ovat: planeetat kuineen, tähdet, galaksit. Tai ainakin ne olivat silloin, kun niistä lähti valo liikkeelle meitä kohti. Andromedan galaksi näkyy sellaisena kuin se oli 2,5 miljoonaa valovuotta sitten. Avaruusteleskoopeilla voidaan nähdä vanhempia galakseja, ajalta jolloin Maata ei vielä ollut olemassa.

Tuttu Kuu on sentään vain yhden valosekunnin päässä, Aurinko runsaan kahdeksan valominuutin.

Mitä kauemmas tähystellään avaruuteen kehittyneillä laitteilla, sitä kauemmas nähdään menneisyyteen. Aikojen alkuunko?
Mitä kauempana galaksi on, sitä punaisempana sen valo näkyy. On pitkään tiedetty, että poistuvan valolähteen valon aallonpituus kasvaa näkyen punertuvana. Tästä on vedetty johtopäätös: avaruus laajenee, galaksit loittonevat ( Hubble ja Slipher ).
Koska laajenemisnopeus voidaan mitata, onkin mahdollista päätellä käänteisesti, milloin laajeneminen alkoi. Noin 13,7 miljardia vuotta sitten kaikki aine oli tiiviisti yhdessä, kuumana, kokoonpuristuneena. Ja sitten "pamahti", aika alkoi juosta, maailmankaikkeus muodostua.

Mutta voidaanko se nähdä, voidaanko niin kauas katsoa jollakin superteleskoopilla? Se punasiirtymä haittaa. Mitä vanhempi ja kaukaisempi kohde, sitä suurempi siirtymä; poistutaan näkyvän valon alueelta  mikro- ja radioaaltoalueelle. Alkuräjähdyksen hetken "valo" olisi äärettömän punasiirtynyttä, ja meidän näkymättömissä. Siinä on avaruuden horisontti, jonka taakse emme näe. 

Emmekä näe edes kaikkea sitä, mitä on horisontin edessä. Tiedemiesten tutkimusten mukaan maailmankaikkeudessa on enemmän näkymätöntä, pimeää ainetta kuin galaksien valaisevaa, näkyvää ainetta.

Kuva täältä

Elämän mahdollisuudet  maailmankaikkeudessa

Galaksit syntyvät, kun painovoiman vaikutuksesta aineet kasaantuvat. Tätä taas vastustaa havaittu pimeä energia, poistovoima, joka pyrkii loitontamaan galakseja. Jos tuo vastavoima olisi vähänkin suurempi, galakseja tähtineen, planeettoineen ei voisi muodostua - eikä elämälle suotuisia ympäristöjä.

Toinen kohtalokas ilmiö  on elämälle ratkaisevan tärkeän aineen, hiilen synteesissä vaikuttavat voimat. Jos tähtien uumenissa ydinfuusiossa vahva voima olisi hiukankin vahvempi tai heikompi, hiiltä ei muodostuisi - eikä elämällä olisi rakennuspalikoita.

Tähden aikanaan räjähtäessä hiili leviää avaruuteen. Jos siinä tapahtumassa vaikuttava heikko ydinvoima olisi vahvempi tai heikompi, hiilen ja muidenkin  elämälle välttämättömien aineiden leviäminen ehkäistyisi. 

Onnekas sattuma lykkäsi ainekset Aurinkomme ympärillä juuri sopivalle etäisyydelle muodostamaan elinkelpoisen planeettamme.

Mielenkiintoinen outo juttu

Kirjan erikoisimpia kuvauksia oli esitys koejärjestelyistä, joissa myöhempi tapahtuma vaikutti aikaisempaan. Outoa, vai mitä, "kvanttioutoa".

Jo 1700-luvulla oli havaittu ( Thomas Young ), että valo käyttäytyy aallon tavoin. Youngin kokeessa valoaallot kulkevat pistemäisestä valonlähteestä kahden varjostimen raon kautta ja leviävät toisella puolella. Kun yhdestä raosta tullut aalto liittyy toisesta raosta tulleeseen rinnakkain, ne vahvistavat toisiaan, kun eri vaiheessa, ne heikentävät toisiaan. Niinpä toiselle varjostimelle muodostuukin pystysuoria kirkkaita ja tummia juovia.

Outoa kuitenkin on, että valolla, fotonilla, on samalla myös hiukkasluonne. Aalto voi mennä äskeisen kokeen molempien rakojen läpi, mutta hiukkasen on mentävä jommasta kummasta.

Oletetaanpa, että valonlähde on niin pieni, että vain yksi fotoni kerrallaan matkaa kohti varjostimen rakoa. Toinen varjostin on valoherkkä levy, joka rekisteröi tapahtuman pienenä täplänä. Fotonit virtaavat peräkkäin mennen toisesta tai toisesta raosta, ja vähitellen levylle muodostuvat täplistä pystysuorat raidat kuten aaltojen kuviot. 

Miten yksittäinen valohiukkanen tiesi, miten muut käyttäytyvät, jotta yhteinen interferenssikuvio voisi muodostua - varsinkin kun se saattaa kulkea vain yhden raon kautta.

Eikä tässä vielä kaikki. Jos järjestetään tarkkailu, jossa seurataan, minkä raon kautta kukin fotoni kulkee, interferenssikuviota ei synny!! Valo käyttäytyy hiukkasmaisesti.



Mutta tiedemiehet voivat olla pirullisia. Wheeler suunnitteli valolle ansan. Jälkimmäisen varjostinlevyn paikalle hän kaavaili sälekaihtimen, jonka voi nopeasti sulkea ja avata. sen takana taas olisivat tarkkailulaitteet kullekin raolle erikseen.

Kun fotoni on kulkenut ensimmäisen varjostimen raon kautta, sen pitäisi tietää, avataanko sälekaihdin vai ei - käyttäytyykö se aaltona vai hiukkasena. Jos kaihdin oli kiinni, valo kulki molempien rakojen kautta aaltona ja muodosti interferenssikuvion, mutta jos se avattiin, valon piti käyttäytyä hiukkasmaisesti jomman kumman raon kautta. Se mitä tapahtuu sälekaihtimella myöhemmin, vaikuttaa siihen, mitä tapahtui aikaisemmin rakokaihtimella. Wheelerin suunnitelma on pystytty todistamaan toimivaksi ( Caroll Alley ). 

No, joku propellipää kuvitteli fotonin lähteneen valovuosimiljardien päästä kaukaisen galaksin takaa, jonka painovoima vääntää avaruutta niin, että fotoni kiertää galaksin päätyen kohti maata edelläkuvattuun sälekaihdinkokeeseen. Fotonin pitäisi "tietää", onko kaihdin kiinni, jolloin se aaltona kiertäisi galaksin molemmilta puolilta, vai onko se auki ( tarkkailussa ), jolloin valittavana on yksi reitti. Ja tämä "tieto" kauan ennen kuin Maata oli olemassakaan.

Kahlasin kirjan kolmeen kertaan. Fysiikan tiedoissani osoittautui olevan vakavia puutteita. Ehkä siksi kosmologian tietämykseeni jäi vielä mustia aukkoja. Mutta näyttääpä tutkijoillekin jääneen vielä outoja juttuja mietittäväksi.

Paljon ajattelemisen aihetta sain "Kultakutrin arvoituksesta" ja luin sen suurella mielenkiinnolla.