verkkosivujen Pääsykoodi

astronautti herää avaruusaluksessa, eikä muista, miten hän sinne joutui. Istuen yksin tuolissa hän ihmettelee: ”missä ihmeessä minä olen?”

aluksessa ei ole ikkunoita. Sen soittimet ovat mykkinä. Ainoa johtolanka on tuolin painaminen hänen ruumistaan vasten. Hitsi, painovoima on olemassa, hän miettii. Aluksen täytyy olla yhä maassa.

mutta sitten hänelle tulee toinen mahdollisuus. Alus voi kiihdyttää avaruudessa ja painaa sen penkkiin kuin kilpa-auto, joka kiihdyttää vauhtia. Aluksen sisältä sitä ei voi tietää.

tämä avaruusolennon dilemma olisi ollut Albert Einsteinille tuttu. Hänen vuonna 1915 julkaisemansa yleinen suhteellisuusteoria rakentui sille ajatukselle, että painovoima ja kiihtyvyys eivät ole vain helposti sekoitettavissa, vaan ne ovat yksi ja sama asia. Tämä vastaavuus, Einsteinin elämän” onnellisin ajatus”, oli hänen lähtökohtansa painovoiman uudelleenmäärittelylle.

yleinen suhteellisuusteoria sai alkunsa Einsteinin erityisestä suhteellisuusteoriasta, joka kuvaa, miten valonnopeus (tyhjiössä) voi aina olla vakio.

suhteellisuusteorian mukaan myös painovoiman läsnä ollessa tapahtuu kaikkea, mikä voi tapahtua laatikon sisällä nopeuttaen — eli kiihdyttäen. Kuvittele esimerkiksi vaakasuora laser hissin sisällä, joka kiihtyy ylöspäin. Valon kulkiessa sivuttain hissi nousee, jolloin säde osuu seinään kohtaan, joka on hieman alempana kuin mistä se lähti liikkeelle. Jos hissi kiihtyy tarpeeksi nopeasti, palkki kaartuu näkyvästi kohti lattiaa.

Einstein osoitti, että sama tapahtuu kiinteässä hississä olevalle säteelle voimakkaassa gravitaatiokentässä; painovoima taivuttaa valoa. Samoin hän odotti, että tähtivalon säde taipuisi kulkiessaan auringon painovoiman läpi. Tämä ennustus osoittautui oikeaksi, kun tähdet liikkuivat vuoden 1919 auringonpimennyksen aikana.

suhteellisuusteoria kuvaa, miksi satelliitin kello tikittää muutamia kymmeniä mikrosekunteja nopeammin kuin maan kello; ilman, että tätä poikkeamaa voitaisiin selittää, GPS-tekniikka ei toimisi.

yhdistääkseen kiihtyvyyden ja painovoiman tällä tavalla Einstein kukisti yhden omista sankareistaan: Isaac Newtonin. Olet ehkä oppinut, että Newton kuvaili painovoimaa voimaksi, näkymättömäksi kuminauhaksi, joka vetää yhteen kappaleita, joilla on massaa. Newtonin matematiikka ennusti hyvin, miten kaikki ammuksista planeettoihin liikkui-mutta se piti painovoiman erillään kiihtyvyydestä.

Einstein väitti, että painovoima ei ole voima lainkaan. Hän kuvaili sitä massan ja energian aiheuttamaksi ajan ja avaruuden kaarevuudeksi. Hämmentynyt? Saksalainen fyysikko oli myös, ja hän kamppaili teorian kanssa lähes vuosikymmenen. Hän sai apua matemaatikko Marcel Grossmannilta, vanhalta ystävältään, joka jakoi hänen muistiinpanonsa, kun nuori Einstein lintsasi tunnilta.

heidän matematiikkansa, joka laadittiin 10 yhtälön avulla, selitti, miten painovoima pystyi liikkumaan kappaleiden ympärillä vääristyneen todellisuuden kautta kiihdyttäen tuntematta koskaan mitään salaperäisiä Newtonilaisia voimia.

the Relative Basics

the main takeaways behind Einsteinin general theory of relativity theory:

1. Aika ja avaruus eivät ole tasaisia eivätkä kiinteitä, vaan massa ja energia kaareutuvat ja vääristyvät.

2. Painovoima ei ole voima, vaan ajan ja avaruuden vääristymä.

3. Painovoiman vaikutuksia ei voi erottaa kiihtyvyyden vaikutuksista pienessä tilassa.

Einsteinin omalaatuiset ennustukset

suhteellisuusteoria tekee lukuisia eriskummallisia ennustuksia, joista monet on kokeellisesti todennettu. Ne vaikuttavat omituisilta vain siksi, että emme huomaa niitä jokapäiväisessä elämässämme — elämme suurimmaksi osaksi Newtonin todellisuudessa. Mutta sen takana on Einsteinin universumi, jossa painovoima taivuttaa avaruuden ja ajan tahtoonsa. Tässä muutamia teorian kummallisimpia sivuvaikutuksia:

• painovoima kirjaimellisesti hidastaa aikaa. Tähtien säteilemät valoaallot venyvät tämän ajan taipumisen vuoksi, ja massiivista kohdetta lähempänä olevat kappaleet ikääntyvät hitaammin. Supertarkat kellot, jotka tikittävät atomien värähtelyjen mukaan, ovat varmistaneet, että painovoima muuttaa ajan kulkua.

• satelliitit ovat osoittaneet, että pyörivät taivaankappaleet pyörittävät kosmoksen rakennetta ympärilleen kuin lusikalla väännettyä hunajaa vaikuttaen gyroskoopin liikkeeseen.

• yksi ennustus ratkaisi pitkään jatkuneen dilemman, Merkuriuksen kiertoradalla olleen oudon huojunnan, jota Newtonin matematiikka ei kyennyt selittämään. (Tähtitieteilijät olivat aluksi syyttäneet salattua planeettaa nimeltä Vulcan.) Suhteellisuusteoria selitti vääristyneen radan avaruuden vääristymisen auringon voimakkaalla painovoimalla.

• todellisuudessa Törmäilevien mustien aukkojen aiheuttamat pienet väreet ovat laukaisseet sensorit maan alle haudatuissa erittäin herkissä instrumenteissa.

Tämä tarina ilmestyi alun perin painettuna nimellä ”It’ s All Relative.”