Muuta-osio

Muuta-osuus sisältää mielenkiintoisia ja ehkä jopa hätkähdyttäviäkin asioita maailmankaikkeudestamme ja sen toiminnasta. Tässä osiossa tavoitteena on mennä vielä syvemmälle asioissa. Esimerkkeinä voimme ottaa mustat aukot, pimeän aineen ja pimeän energian.
Musta aukko

Musta aukko

Musta aukko yleisesti on alue, jonka painovoima ja tiheys ovat niin massiivisia, että sen lähistöllä oleva kappale ei voi vastustaa mustan aukon painovoimaa. Tästä syystä kappaleet imeytyvät mustaan aukkoon ja lisäävät sen massaa entisestään. Mustalla aukolla on ns. kehä, josta käytetään nimeä tapahtumahorisontti tai aika-avaruuden rajapinta. Myös mustilla aukoilla on oma elinkaarensa.

Jos kappale on mustan aukon kehällä (tapahtumahorisontilla), vastaa pakonopeus valon nopeutta. Jos kappale ei liiku valon nopeutta, se imeytyy suoraan mustaan aukkoon, mikäli se on kehällä eli tapahtumahorisontilla. Kehän sisäpuolella pakonopeus on yli valon nopeuden, tämä tarkoittaa sitä, että mikään kappale (edes valo itse) ei voi "paeta" eli lähteä takaisin samaa reittiä. Tästä johtuen mustaa aukkoa ei voida havaita itsessään objektina, sillä valo ei pääse pakenemaan mustasta aukosta. Musta aukko voidaan kuitenkin havaita esimerkiksi siten, että tutkitaan kappaleita, jotka kiertävät mustaa aukkoa. Jos useat kappaleet kiertävät "tyhjää" keskustaa tai "objektia", voidaan päätellä, että kyseessä voisi olla musta aukko.

Mustien aukkojen synty

Mustat aukot voidaan luokitella tähdenmassaisiin tai supermassiivisiin mustiin aukkoihin. Tähdenmassaisen synty kytkeytyy tähden elinkaaren loppuun. Pienimmät tähdet muuttuvat valkoisiksi kääpiöiksi, keskikokoiset taas räjähtävät supernovina, mutta suurimassaiset tähdet (vähintään n. 15x Auringon massan verran) luhistuvat mustaksi aukoksi.

Supermassiiviset aukot sijaitsevat suurten galaksien keskustoissa ja esimerkkinä voidaan vaikkapa ottaa Andromedan galaksi tai jopa oma galaksimme Linnunrata. On erittäin todennäköistä, että jokaisella suurella galaksilla on keskustassaan supermassiivinen musta aukko. Miten supermassiiviset mustat aukot on sitten havaittu? Supermassiivisia mustia aukkoja on havaittu esimerkiksi siten, että on huomattu jonkin massiivisen painovoiman vetävän kappaleita ja kiihdyttävän niitä galaksin keskustassa. Myös erilaiset röntgen- ja energiamittaukset osoittavat, että galaksien keskustassa on supermassiivinen musta aukko ja tämä on huomattu erityisesti siten, kun kappale on "tippunut" mustaan aukkoon, on huomattu suuri määrä energiaa ja säteilyä. Voi myös olla todennäköistä, että galaksien keskustassa olisi useita mustia aukkoja, jotka yhdessä muodostavat suuren kokonaisuuden.

Informaatio vankina mustassa aukossa vai ei?

Kuten totesimme jo aivan alussa, että edes mustat aukot eivät ole ikuisia, vaan niilläkin on oma elinkaarensa. Aikaisemmin uskottiin, että kun kappale tai informaatio kerran joutuu mustaan aukkoon, se on siellä pysyvästi vankina. Näin ei kuitenkaan ole, vaan informaation eli kappaleen, materian tai tiedon on mahdollista paeta mustasta aukosta. Tämä pakeneminen tunnetaan terminä Hawkingin säteily, joka on nimetty Stephen Hawkingin mukaan. Hawkingin säteily selittää pakenemisen hiukkas- ja antihiukkaspareilla. Kun toinen hiukkanen kohtaa antihiukkasensa (annihiloituminen), voi toinen näistä luovuttaa toiselleen "lisäenergiaa", jonka avulla hiukkanen, joka sai lisäenergiaa, onnistuu pakenemaan mustan aukon lähettyviltä. Tämän mahdollistaa ensinnäkin se, että hiukkas- ja antihiukkasparit (virtuaalihiukkaset) syntyvät tapahtumahorisontin lähellä, toinen hiukkasista voi siis joutua mustaan aukkoon, kun taas toinen pääsee pakenemaan.

Toinen täysin hypoteettinen selitys on valkoinen aukko. Tällä tarkoitetaan tilannetta, jossa musta aukko olisi kytkeytyneenä valkoiseen aukkoon ja nämä aukot toimisivat päinvastoin verrattuna toisiinsa. Kun musta aukko vangitsee informaatiota ja materiaa, valkoinen aukko taas puolestaan syöksee tätä informaatiota ja materiaa pois. Informaation ja materian siirtymisen näiden kahden aukon välillä voisi mahdollistaa madonreikä. Matemaattiselta kannalta tarkastettuna valkoisella aukolla tarkoitetaan mustaa aukkoa, jossa aika kulkisi toiseen suuntaan (taaksepäin).

Kumpikin vaihtoehdoista selittävät kuitenkin samaa asiaa ja yksi yhteneväisyys löytyy molemmista. Informaation on mahdollista paeta mustasta aukosta, mutta informaatio (kappale, materia tai tieto) ei poistuessaan mustasta aukosta ole enää samassa muodossa kuin se oli sinne mentäessä.

Musta aukko vääristää aika-avaruutta

Mustan aukon massiivisen gravitaation takia se myös vääristää aika-avaruutta ja itse aikaa. Kun sanotaan, että jokin objekti (kohde) taittaa aika-avaruutta, tarkoitetaan gravitaation aiheuttamaa aika-avaruuden tason kaareutumista. Albert Einsteinin suhteellisuusteorian mukaan aika ja avaruus ovat suhteellisia ja tämä mahdollistaa samalla aika-avaruuden vääristymisen. Voimme kuvitella tässä tilanteessa, että avaruudella tarkoitetaan tasoa ja taso puolestaan taas voisi olla vaikkapa trampoliini. Kun trampoliinille asetetaan vaikkapa kuula, jolla on massaa, se saa trampoliinin painumaan alaspäin. Mitä suurempi kuulan massa on, sitä enemmän se saa trampoliinia alaspäin ja taas toisinpäin mitä pienempi sitä vähemmän. Voimme havainnollistaa tämän tilanteen avaruudessakin: kuvitellaan, että avaruus on trampoliini; jokainen kohde taittaa avaruutta kuin kuula taittaa trampoliinia.

Einsteinin suhteellisuusteorian mukaan mitä lähemmäs valon nopeutta päästään sitä hitaammaksi ajan kulu menee; kun siis mennään valon nopeutta ajan pitäisi olla pysähtyneenä. Ajan kulumiseen vaikuttaa myös havaitsija (henkilö, joka kokee tapahtuman) ja paikka (paikka avaruudessa, josta tapahtuma havaitaan). Jos voisimme valmistaa esimerkiksi luotaimen, joka kestäisi mustan aukon gravitaation aiheuttamaa vetovoimaa, ja olisimme havaitsijoina kauempana luotaimesta; kun luotain menisi mustaan aukkoon, meille näkyisi vain, että luotain ikään kuin pysähtyisi tapahtumahorisontin tienoille pitkäksi aikaa ja alkaisi himmenemään/katoamaan. Todellisuudessa luotain matkaisi normaalisti kohti mustaa aukkoa, mutta ulkopuolella olevasta havaitsijasta tämä tuntuisi jäävän pysähdyksiin, koska ajan kulu on hitaampaa luotaimella kuin ulkopuolisella havaitsijalla. Himmeneminen/katoaminen taas puolestaan voidaan selittää sillä, että informaation eli tässä tapauksessa valon (jotta näkisimme luotaimen) ei ole mahdollista paeta mustan aukon tapahtumahorisontin sisäpuolelta, jossa pakonopeus on yli valon nopeuden. Tästä syystä luotain ikään kuin katoaa tyhjyyksiin.

Käytännössä tulevaisuuteen meneminen onnistuisi samoilla taktiikoilla, joko menemällä lähes valon nopeutta tai kiertämällä mustaa aukkoa, koska tällöin aika kulkee hitaammin. Havannoillistetaan vielä esimerkillä ajassa matkustamista: henkilö a lähtee Maasta eli maapallolta ja jättää ystävänsä b:n Maahan. Henkilö a matkaa lähes valon nopeutta tai kiertää mustaa aukkoa, aika kuluu (kun havaitsijana on henkilö a) suhteessa henkilöön b hitaammin ja tilanne saattaa johtaa siihen, että henkilö a palatessaan Maahan huomaa, että hänen ystävänsä b onkin jo kuollut tai hyvin vanha.
Pimeä aine

Pimeä aine ja energia

Pimeä aine

Pimeä aine on ainetta, jonka uskotaan muodostavan suuren osan unversumin eli maailmankaikkeuden massasta. Pimeä aine on yhä melko tuntematon, eikä sitä voida huomata tai havaita suoraan. Se voidaan kuitenkin havaita painovoiman ja heikon vuorovaikutuksen eli radioaktiivisuuden ilmeneminen atomiytimissä. Pimeä aine nostettiin esille, kun huomattiin, että galaksien ja muiden suurten kohteiden massa oli paljon suurempi kuin niiden kirkkauden perusteella laskettu massa. Jonkin pimeän aineen täytyi siis lisätä galaksien massaa.

Pimeä energia

Pimeä energia on toistaiseksi tuntematonta ja matemaattisissa laskuissa oletettua energiaa maailmankaikkeudessa. Sitä ei voida havaita objektina eli kohteena, mutta sen vaikutukset voidaan havaita. Pimeä energia työntää galaksijoukkoja pois päin toisistaan ja saa tällä tavalla aikaan maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen. Galaksit itsessään eivät voi laajeta, koska gravitaatio suurempana voimana kuin pimeä energia pitää ne koossa. Pimeää energiaa arvellaan olevan noin 68% maailmankaikkeuden energiatiheydestä.
Madonreikä

Madonreikä

Madonreikä on hypoteettinen olettamus, joka mahdollistaisi kahden hyvin kaukana (mutta myös hyvin lähellä) olevan pisteen ja näiden välillä matkustamisen valoa nopeammin. Tarkoitamme pisteellä tässä kohtaa aika-avaruuden pistettä ikään kuin koordinaattia avaruudessa. Voimme kuvitella, että aika-avaruus on kuin pala paperia, jossa on kaksi pistettä merkattuna jollakin tavalla (ei välttämättä näkyvästi). Kun paperia taitetaan niin, että nämä pisteet kohtaavat eli kaareutamme paperia niin, että pisteet kohtaavat toisensa, huomaamme mitä madonreikä tekee. Kun paperi on suorassa, pisteet ovat kaukana toisistaan, mutta jos pisteet yhdistetään toisiinsa kaareuttamalla, ovat ne paljon lähempänä toisiaan. Sama havainnollistaminen voidaan tehdä avaruuteen, jossa madonreikä yhdistää kaksi pistettä ja mahdollisesti myös kaksi eri aikaa.

Madonreikääkin voidaan kuvata aika-avaruuden vääristymisenä, vaikka madonreikä itsessään ei aika-avaruutta niinkään vääristäkään. Madonreikä voi yhdistää kaksi todella kaukaista pistettä kuten vaikkapa kaksi eri universumia, jos multiuniversumi onkin totta. Usein kuitenkin kahdella kaukaisella pisteellä tarkoitetaan useiden satojen tai tuhansien valovuosien pituisia matkoja. Valovuodella tarkoitetaan matkaa, jonka valo kulkee vuoden aikana.

Pikanavigointi:

Yhteydenotto ja tietoa:

Sähköposti: teamsakke@fincraft.fi
Sivusto: Moppa5 & DNA_Welho
Koodaus: TeamSakke | Moppa5
Kuva nuolesta