Onko aikakone mahdollinen?

Kirkkonummen Komeetan esitelmäsarjassa oli vuorossa tähtitieteen dosentti Leena Tähtinen, jonka aiheena oli Onko aikakone mahdollinen. Luento pidettiin Kirkkonummen koulukeskuksen auditoriossa ja sen rahoitti Kirkkonummen kansalaisopisto. Esitelmää kuunteli noin 60 kuulijaa.

Haluaisitko paeta arjen kiireitä rauhalliseen menneisyyteen? Vai haluaisitko kurkistaa jännittävään tulevaisuuteen? Einsteinin suhteellisuusteoria sallii aikamatkailun, mutta tarkoittaako tämä sitä, että voimme rakentaa aikakoneen?

Klikkaa kuvaa!
Dos. Leena Tähtinen esitelmöi Kirkkonummella. Kuva Seppo Linnaluoto.

Aikadilataatio

Esitelmöitsijä aloitti aikadilataatiolla, joka kuuluu perusfysiikkaan, ja joka on tarkasti todennettu. Aikadilataatio perustuu siihen, että suhteellisuusteorian mukaan ajan kulumisen nopeus hidastuu oltaessa liikkeessä. Liikuttaessa normaaleilla nopeuksilla hidastuminen on häviävän pientä, mutta lähestyttäessä valon nopeutta ero kasvaa hämmästyttävän suureksi.

Tällä tavalla voisimme tehdä esimerkiksi edestakaisen matkan Andromedan galaksiin, joka on noin kahden miljoonan valovuoden päässä. Lähdemme matkalle aluksella, joka jatkuvasti kiihdyttää vauhtia Maan vetovoiman kiihtyvyydellä. Tunnemme olomme kotoiseksi, sillä olemme tottuneet Maan vetovoimaan. Matkan puolivälissä meidän täytyy alkaa jarruttaa. Tällä tavalla voisimme tehdä edestakaisen matkan Andromedan galaksiin. Maan ajassa laskien matka sinne ja takaisin kestäisi neljä miljoonaa vuotta, mutta ajan hidastumisen takia astronautit olisivat kuitenkin vanhentuneet matkalla vain 60 vuotta. Näin retkeläiset pääsevät Maan kaukaiseen tulevaisuuteen.

Lähes valon nopeutta kiitävät alukset eivät ole mahdottomia, joten tuntuvia aikahyppyjä tullaan varmaankin tekemään. Toisaalta aikadilataatiolla loikataan vain suhteelliseen tulevaisuuteen, sillä aikahyppy perustuu siihen, että astronauttien elämä pitenee ajan hidastumisen vuoksi.

Todelliset aikamatkat

Suhteellisuusteoria on hyvin vapaamielinen. Se sallii todellisen aikamatkailun. Mutta suhteellisuusteoriassa on hyvin monia mahdollisuuksia, joista ei todellakaan tiedä, mitkä niistä ovat mahdollisia tosellisuudessa.

Klikkaa kuvaa!
Leena Tähtisen esitelmällä oli 60 kuulijaa. Kuva Seppo Linnaluoto.

Mahdollisuus aikamatkailuun oivallettiin ajat sitten. Vuonna 1937 englantilainen W.J. van Stockum löysi Einsteinin yhtälöistä äärettömän pitkän, nopeasti pyörivän sylinterin, jonka pinnan läheisyyteen muodostuu aikamatkailuun soveltuva alue. Kurt Gödel, eräs aikamme suurista matemaatikoista, esitteli vuonna 1949 Einsteinin yhtälöiden salliman pyörivän universumin, jossa aikamatkat onnistuisivat yksinkertaisesti käväisemällä kaukana maapallosta.

Syyseurausongelma

Aikasilmukka voi aiheuttaa syyseurausongelman siten, että seuraus näyttäisi tapahtuvan ennen syytä. Aikamatkailija saattaisi esimerkiksi aiheuttaa oman isoäitinsä kuoleman ennen kuin hän on ennättänyt synnyttää matkailijan oman äidin. Tilanne olisi mieletön. Ilman äitiä ei lasta voi olla olemassa.

Tai jos fyysikko matkustaa tulevaisuuteen ja lukee vuoden 2020 Nature-lehdestä Einsteinin yhtälöiden uusimman, käänteentekevän ratkaisun. Artikkelin on kirjoittanut Amanda Oinonen. Kotiuduttuaan takaisin vuoteen 1995 fyysikko etsii käsiinsä nuoren Amanda Oinosen ja opettaa tälle suhteellisuusteoriaa. Lopulta fyysikko esittelee Amandalle tämän tulevaisuudessa itsensä kirjoittaman artikkelin. He yrittävät yhdessä ymmärtää jutun sisältöä. Kohtalolleen kuuliaisena Amanda julkaisee vuonna 2020 saman "uuden" ratkaisun. Mistä kyseinen tieto tuli? Kuka oikeastaan keksi Einsteinin yhtälöille uuden ratkaisun?

Biljardipallot ratkaisevat

Kööpenhaminassa nykyisin työskentelevä Igor Novikov korvasi ihmiset biljardipalloilla. Tämä oli välttämätöntä, sillä ihmisten matemaattinen esittäminen on mahdotonta. Pallot joutuvat menneisyyteen pistäytyessään samanlaisiin vaikeuksiin kuin kuka tahansa meistä.

Klikkaa kuvaa!

Biljardipallo joutuu aikakoneeseen, joka vie sen 20 sekuntia menneisyyteen. Palloja on yksi. Näin on aikakoneen vieressä saman pallon kaksi versiota, nuori ja vanha. Nuorta ollaan lyömässä juuri aikakoneeseen, josta vanha on juuri tulossa. Jos eri-ikäiset pallot törmäävät toisiinsa siten, ettei nuorempi osu aikakoneeseen, syntyy omituinen tilanne: vanhempi versio, johon nuorempi on juuri törmännyt, ei voi olla olemassa.

Igor Novikovin ryhmä huomasi kuitenkin, että vaikka pallolle ehdoin tahdoin antaisi sellaisen sysäyksen, jonka pitäisi johtaa loogisuusristiriitaan, ongelmia ei synny. He laskivat pallojen käyttämän energian ja ajan ja huomasivat, että näistä saatava vaikutus oli pienimmillään silloin, kun pallon rata ei aiheuttanut ristiriitoja. Eli vaatimalla pienintä mahdollista vaikutusta luonto huolehtisi automaattisesti siitä, ettei aikamatkalla oleva pallo tönäise nuorempaa itseään laittomalle kurssille. Siinä se on, luonnonlaki, joka estää aikamatkailun ristiriidat.

Madonreikämatkailu

Aikamatkailuun liittyvä madonreikätutkimus sai alkunsa 1980-luvun lopulla. Carl Sagan halusi tieteiskirjansa Ensimmäinen yhteys noudattavan luonnonlakeja. Siksi hän pyysi suhteellisuusteoriaan erikoistunutta ystäväänsä Kip Thornea tarkistamaan juonen yksityiskohdat. Kip Thorne luki käsikirjoitusta auton takapenkillä. Saganin käsikirjoituksessa sankari matkasi Vega-tähteen 26 valovuoden päähän. Paluumatkalla Thornelle välähti, että Vegaan pääsisi hyperavaruuden läpi madonreikää pitkin. Madonreikä toimisi oikotienä.

Klikkaa kuvaa!
Leena Tähtinen työskentelee kotonaan Vehmaalla.

Tehdään matokone

Monissa oppikirjoissa neuvotaan madonreiän valmistus. Kohdistetaan kahteen eri aika-avaruuden kohtaan voimakas vetovoimakenttä. Vetovoima saa aika-avaruuden kiertymään ja muodostamaan tunnelin paikkojen välille. Syntynyt mato vuorataan eksoottisella aineella. Sen toista päätä pyöritetään vimmatusti. Näin päiden välille sýntyy aikaero. Lopuksi madon päät tuodaan toistensa lähelle, jotta muodostuu suljettu aikasilmukka.

Kaikki tämä on sallittua, mutta sitä ei välttämättä ole olemassa. Tutkijoiden tehtävänä on selvittää mittauksin, onko aikakoneen rakentaminen todella mahdollista. Missään tapauksessa aikalenkki ei vie valmistuspäiväänsä aikaisemmaksi.

Seuraavana on Komeetan esitelmäsarjassa vuorossa dosentti Jorma Harju, jonka aiheena on "Kemiaa tähtien välissä". Esitelmä on tiistaina 2.12. klo 19 Kirkkonummen koulukeskuksen yläasteen auditoriossa.

Seppo Linnaluoto