Yleinen suhteellisuusteoria · oivalluksesta mittaukseen

Liikkuva aika-avaruus

Oppitunti 7 / 8 · noin 12–18 min

Aika-avaruus voi värähdellä ja muuttua. LIGO teki tästä ajatuksesta mitatun signaalin.

Aika-avaruus ei ole passiivinen näyttämö

Jos massajakauma muuttuu rajusti, myös geometria voi muuttua aaltoina. Gravitaatioaallot eivät ole värähtelyä jossain valmiissa avaruudessa: ne ovat mitattavia muutoksia itse etäisyyksissä ja ajoissa.

Aalto ei työnnä ainetta läpi avaruuden kuin tuuli.Se muuttaa hetkeksi mitattavia etäisyyksiä itse aika-avaruudessa.
Piirros on tarkoituksella liioiteltu. LIGO mittaa suhteellisia pituusmuutoksia, jotka ovat paljon protonia pienempiä.

LIGO havaitsi 14. syyskuuta 2015 ensimmäisen kerran suoraan tällaisen signaalin. Kahden observatorion lähes sama aaltomuoto sopi kahden mustan aukon sulautumisen yleisrelativistiseen malliin. Tämä oli erityisen tärkeää, koska se testasi teoriaa vahvan, dynaamisen gravitaation alueella — paljon kauempana arjen heikosta kentästä.

Ja kosmos?

Einsteinin yhtälöt eivät yleisesti anna staattista universumia. Kun koko maailmankaikkeuden aine ja energia otetaan mukaan, mahdollisia ratkaisuja ovat laajenevat tai supistuvat geometriat. “Avaruus laajenee” tarkoittaa, että suurilla mittakaavoilla galaksien välisiä etäisyyksiä määrittävä metriikka muuttuu. Se ei tarkoita galaksien lentävän tyhjään ulkotilaan keskipisteestä.

Sama ajatus eri mittakaavoissa

Hississä paino, GPS-kellossa mikrosekunti, galaksin linssissä kaartunut valo ja LIGOssa värähtävä etäisyys eivät ole neljä irrallista ihmettä. Ne ovat saman geometrian neljä eri mittakaavaa.

Ajatteluharjoitus

Tämä ei ole koe. Tarkoitus on pakottaa oma mieli tekemään Einsteinin liike: erottaa havainto, oletus ja välttämätön johtopäätös. Kopioi vastaukset ja lähetä ne opettaja-agentille, jos haluat palautetta.

Lähteet ja jatko

Jäikö jokin epäselväksi? Kysy opettaja-agentilta. Suhteellisuusteoria ei palkitse nopeaa nyökkäystä, vaan hyvää vastakysymystä.