Ensimmäisen sekunnin perukoilta
BICEP-koeryhmä on tänään ilmoittanut havainneensa gravitaatioaaltoja, jotka ovat peräisin inflaationa tunnetulta aikakaudelta maailmankaikkeuden ensimmäisen sekunnin murto-osalta. Ilmoitus on saanut valtavasti huomiota: emme Fysiikan tutkimuslaitoksessa pystyneet seuraamaan lehdistötilaisuuden streamia, koska sitä lähettävä www-palvelin oli aivan tukossa. Onneksi lehdistötiedote, ja mikä tärkeämpää, yksityiskohtia kuvaavat tieteelliset artikkelit, julkistettiin samalla.
Tuloksista on kirjoitettu paljon (jopa ennen niiden julkistamista), mainitsen tässä Tähdet ja avaruus -lehden jutun lisäksi vain yhteistyökumppaneideni Shaun Hotchkissin ja Sesh Nadathurin blogimerkinnät sekä Nature-lehden kattavan uutisoinnin. Shaunin merkintä sisältää paljon linkkejä aihetta käsitteleviin tutkijoiden kirjoituksiin.
Lyhyesti sanottuna, jos havainto gravitaatioaalloista pitää paikkansa, se on Nobelin arvoinen. Jos myös sen teoreettinen tulkinta inflaation avulla pitää paikkansa, niin tulos on merkittävämpi kuin Higgsin hiukkasen löytäminen. Sitten yksityiskohtiin: mistä oikeastaan on kysymys, miksi tulos on kiinnostava ja kuinka vakavasti pitää ottaa nuo pienet sanat ”jos”?
BICEP on etelänavalla sijaitseva koe, joka mittasi kosmisen mikroaaltotaustan polarisaatiota 590 päivää. Polarisaatio tarkoittaa sitä, miten mikroaallot värähtelevät eri suuntiin – asiasta tarkemmin Sean Carrollin blogissa. BICEP havaitsi mikroaaltotaustassa polarisaatiokuvion, jollainen syntyy varhaisen maailmankaikkeuden gravitaatioaaltojen vaikutuksesta. Koeryhmä on huolella tarkastellut systemaattisia tekijöitä, jotka voisivat aiheuttaa signaalin gravitaatioaaltojen sijaan, eikä mitään ongelmia ole löytynyt. Koejärjestely ja data-analyysi tuntuu olevan tehty huolella. Havainto on tilastollisesti erittäin merkittävä: kyseessä ei ole sattuma.
Gravitaatioaallot ovat pieniä häiriöitä aika-avaruudessa. Lyhyesti sanottuna kyse on siitä, että gravitaatiovoima etenee valon nopeudella, ja sitä välittävät gravitaatioaallot. Esimerkiksi minun massani aiheuttaa gravitaatiokentän, joka vetää kappaleita puoleensa. Kun liikun, tieto siitä että olen eri paikassa kulkee avaruudessa eteenpäin valon nopeudella. Sekunnin kuluttua tämä aalto saavuttaa Kuun, kahdeksan minuutin kuluttua gravitaatiokenttäni muuttuu Auringon kohdalla, ja niin edelleen. Ilmiö on sama kuin jos heiluttaisi kättään vedessä: tieto vesimassojen liikkeistä etenee vedessä äänen nopeudella kulkevana aaltona.
Gravitaatioaallot ovat hyvin heikkoja. Niiden vaikutus kaksoistähtien liikkeisiin on kuitenkin pystytty mittaamaan. Ensimmäisen kerran tämä tehtiin 1970-luvulla, ja löydöstä myönnettiin vuonna 1993 Nobelin palkinto. Maapallolla gravitaatioaaltoja ei ole vielä suoraan koskaan havaittu, mutta lähivuosina tilanteen odotetaan muuttuvan.
Siinä, että liikkuvat massat synnyttävät gravitaatioaaltoja, ei siis ole mitään eksoottista: se on yleisen suhteellisuusteorian suoraviivainen ennuste, joka on kokeellisesti varmennettu. BICEPin tapauksessa nähdään gravitaatioaaltojen vaikutus kohteeseen, ei aaltoja itsessään, aivan kuten kaksoistähtien kohdalla. Mutta BICEPin tulokset ovat paljon kiinnostavampia, koska sen mahdollisesti näkemät gravitaatioaallot eivät ole syntyneet aineen liikkeen seurauksena, vaan itsestään, aika-avaruuden kvanttivärähtelyistä.
Maailmankaikkeuden ensimmäisen sekunnin murto-osina arvellaan olleen inflaationa tunnettu aikakausi. (Jos BICEPin tulokset pitävät paikkansa, niin inflaatio tapahtui ensimmäisen sekunnin miljardisosan miljardisosan miljardisosan miljardisosan tuhannesosan aikana.) Tällöin avaruuden laajeneminen kiihtyi, maailmankaikkeus paisui valtaviin mittoihin ja siitä tuli melkein tasainen. Inflaatio ennustaa myös, että kvanttivärähtelyjen seurauksena sekä aineessa että aika-avaruudessa syntyi pieniä, sadastuhannesosan kokoisia epätasaisuuksia.
Aineen epätasaisuudet ovat rakenteen siemeniä: myöhempinä aikoina, miljoonien vuosien kuluessa, ylitiheät alueet vetävät massaa puoleensa ja niistä syntyy galakseja ja muita rakenteita. Ne myös näkyvät kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuuksina. Aika-avaruuden epätasaisuudet taasen ovat gravitaatioaaltoja, joiden vaikutus rakenteiden muodostumiseen on hyvin pieni, mutta niillä on pieni vaikutus mikroaaltotaustaan.
Sekä aineen että aika-avaruuden epätasaisuudet ovat inflaatiossa itsesyntyisiä, niiden alkuperä on kvanttimekaniikan epämääräisyydessä. Maapallolla tehdyistä kokeista tiedetään, että aine käyttäytyy kvanttimekaniikan lakien mukaisesti, ja inflaation ennusteet aineen epätasaisuuksille varhaisessa maailmankaikkeudessa on varmennettu suurella tarkkuudella, edelliset merkittävät havainnot tehtiin Planck-satelliitilla, jossa Helsingin yliopistokin on mukana.
Mutta aika-avaruuden kvanttimekaanisesta käyttäytymisestä ei tähän mennessä ole ollut havaintoja. (Tämä lausunto yksinkertaistaa hieman, mutta ei mennä liikaa sivupoluille!) Ei ole selvää, pitäisikö aika-avaruuden olla samalla tapaa kvanttimekaaninen kuin aineen, ja täydellinen aika-avaruuden kvanttimekaaninen käsittely, kvanttigravitaatioteoria, on tuntematon. Inflaatiossa on kuitenkin tapa käsitellä pieniä gravitaatioaaltoja, ja se ennustaa millaisia niiden pitäisi olla. Ennustetta ei kuitenkaan ole varmennettu – ennen kuin nyt, jos BICEP on oikeassa.
BICEPin lehdistötiedotteen otsikon mukaan heidän havaintonsa on ”ensimmäinen suora todiste kosmisesta inflaatiosta”. Tämä on hiukan liioiteltua: aiemmat havainnot ovat jo antaneet paljon tukea inflaatiolle. Jos BICEPin havainto pitää paikkansa, niin se vahvistaa inflaatiota entisestään, mutta ei ole syytä kutsua inflaatiosta tulevien gravitaatioaaltoja suoremmaksi todisteeksi kuin aineen epätasaisuuksia.
Koska sekä aineen epätasaisuudet että gravitaatioaallot ovat syntyneet inflaation aikana, niissä on samankaltaisuuksia, ja yksinkertaisimmissa inflaatiota kuvaavissa malleissa aineen epätasaisuuksien ja gravitaatioaaltojen välillä on yksinkertainen suhde. BICEPin havaitsemien gravitaatioaaltojen voimakkuus on hieman isompi kuin mitä aineen epätasaisuuksien perusteella olisi odottanut. Planck-satelliitin olisi odottanut huomaavan näin voimakkaat gravitaatioaallot, mutta sen tuloksissa niitä ei näkynyt. Kokeiden välinen ristiriita ei ole ylitsepääsemättömän suuri, mutta antaa kyllä aihetta lisätarkasteluihin. Voi olla, että inflaatio on odotettua monimutkaisempi prosessi, tai että BICEPin gravitaatioaallot eivät ole peräisin inflaatiosta, vaan jostain muusta varhaisen maailmankaikkeuden tapahtumasta, tai että BICEPin data-analyysissä on jotain vikaa.
BICEPin data on julkista, ja monet ryhmät – etenkin Planckin tutkijat – käyvät sitä varmasti läpi tulevina viikkoina. Mitä teoriapuoleen tulee, ei kestä kuin muutama päivä, kun tutkijat julkistavat mallejaan, jotka sopivat täydellisesti yhteen sekä BICEPin että Planckin kanssa. BICEP-ryhmä esitti jo yhden mahdollisuuden, jolla kokeiden välinen ristiriita saadaan pienemmäksi.
Tärkein BICEPin tulosten testi tulee, kun Planck julkaisee tänä vuonna omat mittauksensa kosmisen mikroaaltotaustan polarisaatiosta. Jos BICEPin näkemä signaali on inflaatiosta syntyneitä gravitaatioaaltoja, Planckin odottaisi näkevän ne myös. Planckin analyysissä kestää kauan, koska satelliitti mittasi mikroaaltotaustan joka puolelta taivasta, ja galaksista tulevan polarisoituneen säteilyn erotteleminen kosmisesta mikroaaltotaustasta on vaikeaa. Toisin kuin Planck, BICEP erikoistui polarisaatioon, ja katsoi vain sellaista pientä osaa taivasta, joka on mahdollisimman puhdas galaksin liasta. Toisaalta Planckilla on mahdollisuus nähdä polarisaation vaikutus suuremmalla osalla taivasta kuin mihin BICEP kykenee. Lisäksi BICEP havaitsi vakuuttavasti gravitaatioaaltoihin viittaavan polarisaation vain yhdellä mikroaaltotaajuudella, Planck mittaa useita taajuuksia, ja tällainen tarkistus on hyvä tehdä.
Higgsin hiukkasen tapauksessa löydettiin se mitä odotettiinkin, kysymyksessä oli tunnetun asian varmistaminen. Tulokseen kuitenkin suhtauduttiin suorastaan kohtuuttomalla varauksella, kesti kuukausia ennen kuin hiukkanen julistettiin Higgsiksi. Toisessa ääripäässä, väitettyjen valoa nopeampien neutriinojen tapauksessa, oli syytä alun perinkin arvella, että kyseessä oli systemaattinen virhe, joka sitten pian löydettiinkin. BICEPin kohdalla ei ole ilmeistä syytä epäillä tulosta, mutta se kertoo meille jotain mitä emme osanneet odottaa. Niinpä tulos on merkittävämpi kuin Higgsin löytäminen, mutta siihen pitää myös suhtautua varovaisesti: pöly ei ole vielä laskeutunut.
BICEPin tulosten oikeellisuudessa voidaan erottaa kaksi asiaa: onko BICEP havainnut gravitaatioaaltoja ja ovatko ne peräisin inflaatiosta. Jos ensimmäinen pitää paikkansa, niin ne ovat erittäin luultavasti syntyneet jossain varhaisen maailmankaikkeuden tapahtumassa vaikka kyseessä ei olisikaan inflaatio, ja löytö on joka tapauksessa Nobelin arvoinen. Jos gravitaatioaallot ovat peräisin inflaatiosta, niin kyseessä on lisäksi ensimmäinen kiistaton havainto kvanttigravitaatiosta, mikä on huima askel. Havainto heittäisi roskakoriin suuren osan inflaatiomalleista, muun muassa oman suosikkini Higgs-inflaation, joka ennustaa 50 kertaa heikompia gravitaatioaaltoja, mutta sen merkitys on tätä paljon laajempi.
Jos BICEP on oikeassa, kyseessä on merkittävin löytö kosmologiassa tai hiukkasfysiikassa sitten vuoden 1998, jolloin havaittiin, että maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy. Mutta on syytä odottaa muiden ryhmien analyysejä BICEPin datasta ja Planck-satelliitin tuloksia ennen kuin jättää konditionaalit pois.
Päivitys 1 (18/03/12): Kirjoitin, että ”ei kestä kuin muutama päivä, kun tutkijat julkistavat mallejaan, jotka sopivat täydellisesti yhteen sekä BICEPin että Planckin kanssa”. Arvioni oli hieman pielessä: tänään ilmestyi kolme teoreettista artikkelia, joissa käsitellään eilen ilmoitettujen havaintojen merkitystä.
Päivitys 2 (18/03/12): Olen YLEn Aamu-TV:ssä kommentoimassa asiaa huomenna keskiviikkona kello 6.42.
Joissakin yhteyksissä mainitaan että nämä kyseiset ns. gravitaatioaallot ovat puristaneet avaruutta kasaan. Osaako kukaan kuvailla miten avaruus puristuu kasaan? Jos pesusienen puristaa pienempään tilaan, pitää pesusieneen kohdistaa tarpeeksi suuri ulkoinen työntävä voima ja näin se puristuu jo olemassa olevassa tilassa pienempään tilaan. Mutta avaruus itse ei ilmeisesti sijaitse jossakin taustatilassa jossa se voisi puristua kasaan, joten selitetäänkö kekenkään toimesta tätä avaruuden puristumista kasaan sen tarkemmin?
Joissakin uutisonneissa, esimerkiksi New York Times, todetaan tällaista:
”Confirming inflation would mean that the universe we see, extending 14 billion light-years in space with its hundreds of billions of galaxies, is only an infinitesimal patch in a larger cosmos whose extent, architecture and fate are unknowable. Moreover, beyond our own universe there might be an endless number of other universes bubbling into frothy eternity, like a pot of pasta water boiling over.”
Millä tavalla nämä ovat inflaation seurausta?
IkuinenRakkaus:
Gravitaatioaaltoja voi todella ajatella pieninä häiriöinä pituuksissa: kun aalto menee ohi, avaruus puristuu hetkellisesti yhdessä suunnassa enemmän kuin toisessa, niin että pituudet kutistuvat. Kyse on itsenstä tilan muutoksesta, ei kappaleiden muutoksesta tilassa.
Edson:
Inflaatio kasvattaa avaruuden mittasuhteita valtavasti. Emme tiedä onko avaruus äärellinen vai ääretön. Mutta jos se on äärellinen, niin luultavasti se on paljon isompi kuin näkemämme alue. Emme tiedä, millaisia ovat ne alueet, joita emme ole nähneet.
On olemassa spekulatiivinen idea nimeltä ’ikuinen inflaatio’, jonka mukaan maailmankaikkeuden joissakin alueissa inflaatio jatkuu ikuisesti. Tähän on liitetty ajatus, jonka mukaan inflaation loppuessa luonnonlait ovat erilaiset eri paikoissa, niin että maailmankaikkeus koostuisi hyvin erilaisista alueista, ’pikkumaailmankaikkeuksista’. Tämä idea ei ole täysin vakaalla pohjalla, ja se esittäjiensäkin mukaan toimii vain tietyissä inflaatiomalleissa. (BICEPin havainnot tosin viittaavat juuri sellaisiin malleihin, joissa idean esitetään toimivan.)
Inflaatio sinällään ei siis välttämättä johda ikuiseen inflaatioon, eikä ikuinen inflaatio välttämättä johda erilaisiin luonnonlakeihin eri paikoissa.
(Tuossa NYTin ensimmäisessä virkkeessä on muuten virhe: maailmankaikkeuden ikä on noin 14 miljardia vuotta, mutta näkemämme alueen koko on noin 50 -ei 14- miljardia valovuotta, koska avaruus laajenee.)
Jos avaruus on ääretön, niin mihin sitä inflaation omaisesti laajenevaa avaruutta tarvittiin?
Ja miten ääretön avaruus ylipäätään laajenee?
Onko kukaan yrittänyt kehittää mallia jonka mukaan jokaisen galaksin keskustan supermassiivinen kohde syntyy saman aikaisesti ja valmiiksi kauaksi toisistansa jo olemassa olevaan avaruuteen ja näin ei tarvittaisi inflaation omaisesti laajenevaa avaruutta minkään havainnon selittämiseen?
Syntyyhän niitä kukkiakin saman aikaisesti ja valmiiksi kauaksi toisistansa!
Sieniäkin sateella saman aikaisesti työntyy esiin näennäisesti tyhjästä ja valmiiksi kauaksi toisistansa!
Tarvitaan vain joku ulkopuolinen liikkeen / energian lähde josta ylimääräistä liikettä / energiaa jne!
Jossakin oli että tätä ei vielä ole varmistettu.
Miksi inflaatio alussa johtaisi suurempaan maailmankaikkeuteen tällä hetkellä? Eikö vauhti ole hidastunut? Inflaatiohan oletettiin alkujaan koska valonnopeusongelma: Taustasäteily on liian tasaista joka puolelta ja tasaantuminen ei olisi ehtinyt tapahtua normaaleilla valonnopeuksilla.
IkuinenRakkaus:
Siitä mitä inflaatio selittää (”mihin sitä tarvitaan”), ks. sanassa ”inflaatio” linkattu blogimerkintä:
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/taivaallinen_ilmoitus
Onko tämä nyt varmaa?:
Käsittelin kysymystä asian varmuudesta tekstissä. Tiivistelmä on tämä: ”pöly ei ole vielä laskeutunut”. Jos Planckin tänä vuonna julkistettavassa polarisaatiodatassa näkyy sama signaali kuin BICEPin datassa, niin asiaa voi pitää jokseenkin varmana.
Inflaation aikana maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy, joten maailmankaikkeuden laajenemisnopeus kasvaa paljon, ja sen myötä maailmankaikkeus.
Syksy kirjoitti: ”Jos havainto gravitaatioaalloista pitää paikkansa, se on Nobelin arvoinen.”
Kuka sen saa? Bicep-koeryhmä, vai inflaatioteorian keksijä Alan Guth?
Sunnuntaina televisiossa alkaneen Comos-sarjan uusintaversion ensimmäisessä jaksossa Neil deGrasse Tyson käsitteli lyhyesti maailmankaikkeuden historiaa ja mainitsi, että alussa maailmankaikkeus olisi ollut atomia pienempi. Onko tämä nykykosmologian mukainen käsitys maailmankaikkeuden koosta alun hetkellä ennen inflaatiota?
Mikäli maailmankaikkeus on ääretön ja suuressa mittakaavassa samanlainen niin tarkoittaako se, että kaikki mahdolliset tapahtumat tapahtuvat äärettömän monta kertaa? Eli esim. minuja on olemassa äärettömän monta kappaletta kirjoittamassa tätä samaa kysymystä?
Ja mikäli maailmankaikkeus on ääretön niin onko sillä silloin myös ääretön massa?
Metusalah:
Palkinnonsaajat riippunevat siitä, mikä on gravitaatioaaltojen alkuperä. (Ks. siteeraamasi virkkeen jälkeinen virke!) Jos ne ovat peräisin inflaatiosta, niin monilla teoreetikoilla on ollut osuutensa asiassa, muun muassa Alan Guthilla.
Päätöksen tekee Ruotsin kuninkaallinen tiedeakatemia, mutta he eivät ole antaneet fysiikan palkintoja koeryhmille – jos BICEP haluttaisiin palkita, niin Nobelin saisi koeryhmän johtaja (ja mahdollisesti jotkut muut tärkeät henkilöt ryhmästä), kuten tehtiin vuonna 2011 supernovahavaintojen yhteydessä.
Mika:
Kuten mainittua, ei tiedetä onko koko maailmankaikkeus äärellinen vai ääretön. Mutta jos inflaatio pitää paikkansa, niin tällä hetkellä näkemämme osa maailmankaikkeutta on ollut atomia pienempi inflaation alkaessa.
Pekka:
Ei välttämättä. Asiaa ei tiedetä – arviot maailmankaikkeuden rakenteesta näkemämme osan ulkopuolella ovat varsin spekulatiivisia.
Maailmankaikkeuden kokonaismassa ei ole hyvin määritelty käsite, mutta jos maailmankaikkeus on ääretön ja suunnilleen samanlainen kaikkialla, niin siinä on tietysti äärettömän paljon ainetta.
Eusa:
Sanottakoon vielä kerran, että kommenttiosio ei ole paikka omien teorioiden esittelemiseen. Jos joku kommentoija tekee niin toistuvasti, hänet voidaan laittaa kommentointikieltoon.
Kiitos, osaisitko suositella jotain lähdettä jossa maailmankaikkeuden kokoa ja laajenemista alkuräjähdyksen jälkeen olisi käsitelty tavalla, joka olisi myös teoreettista fysiikkaa opiskelemattoman ymmärrettävissä?
Sivumennen, suosittelisitko teoreettisen fysiikan opintoja näistä asioista kiinnostuneille, vaikka tavoitteena ei olisi tutkijan ura?
En ole mitään esitellyt, kysellyt vain geometriasta.
Eipä sitten sen enempää. No hard feelings, vastaukset jäi saamatta. 🙁
Mika:
Lokakuussa Enqvistiltä ilmestyy varhaista maailmankaikkeutta käsittelevä yleistajuinen kirja:
http://www.johnnykniga.fi/kirjat/-/product/no/9789510407301
Muuta suomenkielistä lähdettä ei tule mieleen.
Suurin osa teoreettista fysiikka opiskelleista ei päädy akateemisiksi tutkijoiksi, joten siitä vain. Kannattaa tietysti miettiä, mitä sitten aikoo sen sijaan tehdä maisterin tai tohtorin paperit saatuaan. Kirjoitin fysiikasta valmistuneiden työnkuvasta täällä (kannattaa lukea myös Seppo Mannisen tarkentava/korjaava huomautus kommenttien lopussa):
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/tyonhaaroja
Tässä pari linkkiä tutkimusalueisiin, joissa geometrisia kysymyksiä nousee esiin:
http://www.lmu.edu/lmunews/mureika.htm
http://arxiv.org/abs/0901.0958
http://arxiv.org/abs/0811.2006
Olen pahoillani, jos olet kokenut kysymykseni epämieluisina.
Eikös Martin Reesin kirja ”Ennen alkua” ole ihan mainio.
Siitä on kyllä aikaa kun olen sen lukenut, mutta muistaakseni siinä käsiteltiin jonkin verran tämän postauksen ja kommenttien esiin tuomia aiheita.
Eusa:
Kysymykset ovat tervetulleita, omien teorioiden esittely ei. En aio keskustella aiheesta enempää.
Jernau Gurgeh:
Kiitos vinkistä, olen huono neuvomaan populaareja kirjoja, kun en itse juuri lue niitä!
Havaittujen aaltojen on ajateltu syntyneen menneisyydessä hetkellä X. Onko poissuljettua että aallot syntyisivät juuri tällä hetkellä?
E:
BICEP on havainnut (jos analyysi pitää paikkansa) gravitaatioaaltojen vaikutuksen mikroaaltoihin. Nuo mikroaallot ovat peräisin ajalta, kun maailmankaikkeus oli 380 000 vuotta vanha, eli gravitaatioallot ovat syntyneet ennen sitä. Luultavin alkuperä on inflaatio ensimmäisen 10^(-39) sekunnin aikana, mutta muitakin mahdollisuuksia on.
Gravitaatioaallot vaikuttavat kyllä mikroaaltotaustaan myöhemminkin, mutta sen havaitsemiseen tarvitaan isompi pala taivasta. Jää nähtäväksi, pystyykö Planck näkemään tuon myöhemmän vaikutuksen.
Miksi et tekstissäsi käytä 10 kantaisia potensseja kuvaillessasi hyvin suuria tai pieni lukuja? ”sekunnin miljardisosan miljardisosan miljardisosan miljardisosan tuhannesosan aikana” ei ole luettavaa tekstiä. Potenssiluvut opetetaan jo peruskoulussa kaikille. Jos haluat vaalia tuota populaari tieteen kirjoitusasua, niin laita edes sulkuihin lukuarvo potenssilukuna.
Mikko:
Yleistajuisessa tekstissä pidän tärkeämpänä välittää vaikutelman koosta kuin helposti luettavan tarkan koon. Tässä tapauksessa oleellista on se, että kyse on ajasta, joka on valtavan paljon pienempi kuin yksi sekunti, ja sanan ”miljardeja” toistaminen korostaa sitä.
Kun maailmankaikkeus oli 380 000 vuoden ikäinen ja tiettävästi asumaton, jostain lähti fotonisuihku, jonka me näemme taustasäteilynä. Kuinka on mahdollista, että tänne on ehtinyt kehittyä sivilisaatio jo ennen kuin kyseiset fotonit ehtivät tänne?
Markku Tamminen:
Kaikkeus on dynaaminen konstruktio. Voi ajatella, että tuo liikkelle lähtenyt ”fotonisuihku” on suihkunnut kaikkeuden kehittyvän sisäisen rakenteen läpi saavuttaen meidät lopulta avaruusajan eräässä kolkassa. Naivisti voi ajatella niinkin, että jos tietty kohta pysyy tilassa paikoillaan ja siirtyy vain ajassa, jo rakenteeltaan laajassa lähtötilanteessa säteilevät kohteet pakenevat laajetessaan kauemmas ja kaukaisin säteily saapuu tuolle paikallaan pysyjälle aina koko kaikkeuden iän mukaiselta vastaavalta etäisyydeltä. Siis aluksi kun kaikkeus tuli läpinäkyväksi, perille ehtineet fotonit olivat ihan naapurista, mutta ajan kuluessa niitä ehtii tulla yhä kauempaa. Jos voisimme odottaa tarpeeksi kauan, näkisimme taustasäteilyn rakenteen muuttumisen aina vain paremmin vastaamaan läpinäkyväksi tulemisen karttaa. Yksi ehkä kiistanalainen kysymys onkin, voisivatko taustasäteilyn erot johtua läpinäkymättömän rakenteen lohkoutumisesta lohkojen vielä absorboidessa säteilyä ja lohkojen välisten rakojen päästäessä säteilyn etenemään. Silloin lohkoutuminen olisi fysiikan lainalaisuuksien mukainen normaalijakaumafunktio, eikä isotrooppisuudelle ja homogeenisuudelle tarvitsisi hakea perustelua inflaation valonnopeutta suuremmasta laajenemisnopeudesta. Täytyy lopettaa, sillä tällainen kirjaimin ajattelu saattaa johtaa tulkintaan omista teorioista 😉
Markku Tamminen:
Taustasäteily täyttää avaruuden tasaisesti. Se on syntynyt noin 13 miljardia vuotta sitten. Jos sen fotonien kulkema matka olisi aika*valonnopeus, niin nyt tänne saapuvat fotonit tulisivat 13 miljardin valovuoden takaa, miljardi vuotta sitten saapuneet olisivat tulleet 12 miljardin valovuoden takaa ja niin edelleen.
(Koska maailmankaikkeus laajenee, valon kulkema matka on itse asiassa isompi kuin aika*valonnopeus.)
yleistajuista lukemista aiheesta olisi esim
Paul Davies, Kultakutrin Arvoitus
Millä perusteella maailmankaikkeuden sanotaan laajenevan edelleen?
Peki:
Maailmankaikkeuden laajenemisesta on verrattoman monia havaintoja, mm. kohteiden etäisyyksien ja punasiirtymän suhde, galaksien ja galaksiryppäiden jakauma, kosmisen mikroaaltotaustan lämpötila ja epätasaisuudet, valon taipuminen gravitaatiolinsseissä ja niin edelleen.
Ei sun tekis mieli selittää tarkemmin, miten noista havainnoista päätellään nykyinen laajeneminen? Tai heittää jokin linkki tms., josta asiaan voisi perehtyä? =)
Peki:
Laajeneminen vaikuttaa eri havaintoihin eri tavoin (minkä takia sen havaitseminen onkin hyvin vakaalla pohjalla). Etäisyyksien mittauksista ja niiden yhteydestä laajenemiseen on hieman täällä:
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/valoa_kaukaa
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kirkkaudesta_pimeyteen
Punasiirtymästä, joka liittyy aiheeseen, täällä:
https://www.ursa.fi/blogit/kosmokseen-kirjoitettua/index.php/kohti-nakymatonta-valoa
Miksi gravitaatiovoimaa välittävät gravitaatioaallot etenevät juuri valonnopeudella? Olen luullut, että vain sähkömagneettinen säteily kykenee moiseen.
Funny:
Kaikki massattomat hiukkaset liikkuvat valonnopeudella. Heikot gravitaatioaallot käyttäytyvät kuin massattomat hiukkaset.