14.10 0 Pihla Erama Suhteellisuusteoria, johon nykyinen käsityksemme universumista perustuu, asettaa raamit kaikelle, mitä täällä tapahtuu, myös aikamatkailulle. Albert Einsteinin kerrotaan harmitelleen oman teoriansa vapaamielisyyttä muun muassa silloin kun matemaatiikko Kurt Gödel pian yleisen suhteellisuusteorian ilmestymisen jälkeen osoitti suhteellisuusteorian sallivan pyörivän universumin, joka itsessään olisi aikakone. Se, että Einsteinin teoriat sallivat ilmiön, ei vielä tarkoita, että kyse on todellisuudesta. Suhteellisuusteorian yhtälöillä on näet lukemattomia ratkaisuja, joista vain osa kuvaa tätä kosmosta. Esimerkiksi Gödelin pyörivä kosmos ei vastaa omaamme, sillä se ei laajene kuten tämän paikan on mitattu tekevän. Sen sijaan universumin ja kaiken siinä olevan kuvaus löytyy kyseisistä yhtälöistä. Suhteellisuusteorioita on kaksi. Suppea eli erikoinen julkaistiin 1905 ja yleinen kymmenisen vuotta myöhemmin. Suhteellisuusteoriat mahdollistivat teoreettiset aikamatkat kahdesta syystä. Erikoinen suhteellisuusteoria yhdisti ajan ja paikan saumattomasti toisiinsa. Ajasta tuli yksi avaruuden ulottuvuus paikkaulottuvuuksien tapaan. Yleinen suhteellisuusteoria puolestaan sanelee massan muotoilevan tätä aika-avaruutta. Massa ikään kuin venyttää aika-avaruudesta tietynlaisen maiseman mäkineen, laaksoineen ja kuoppineen. Massa saattaa myös kiepauttaa aikaavaruuden silmukaksi, jossa menneisyys yhtyy tulevaisuuteen. Astumalla tähän lenkkiin tänään voi päästä huomisen kautta takaisin eiliseen. Tieteen sallima aikamatka perustuu siis aika-avaruuden kiertymään, joka muodostaa suljetun aikalenkin. Suhteellisuusteorian aikakone ei näin ollen ole kulkuneuvo, vaan tie, jota pitkin itse kukin matkustaa jalan tai valitsemallaan kojeella. Aikatiet valmistuvat, kuten moottoritietkin, tiettynä päivänä, eikä niitä pitkin pääse valmistusmispäivää aikaisempaan ajankohtaan. (Huom.: Aikasilmukaan siirtyvä kulkee koko matkan http://www.bing.com/images/searchq=lukko&view=detailv2&&id=f7b0ef014ae16cef5dad58ff4558c1dc8901ddcf&selectedindex=0 &ccid=3%2fkywtq9&simid=607998586229623878&thid=oip.mdff918c1343db9a076c085b266383a4bo0&ajaxhist=0
ajan suhteen myötävirtaan. Tämä tarkoittaa sitä, ettei aikamatkalainen pysy muita nuorempana. Matkallaan hän voi tietysti tavata nuoremman itsensä.) Gödelin viitisenkymmentä vuotta sitten laskema pyörivä kosmos olisi sellaisenaan "aikakone", sillä siihen muodostuu suljettuja aikalenkkejä itsestään. Niitä pitkin kulkemalla voisi valita aikansa. Meidän universumimme ei tarjoa samanlaista mahdollisuutta, joten aikaretkelle haluavan on itse muotoiltava aika-avaruutta ellei luonto sitten joissakin erikoisolosuhteissa ole tehnyt sitä hänen puolestaan. Aikamatkalla tarkoitan konkreettista siirtymistä omasta nykyisyydestä joko omaan menneisyyteen tai tulevaisuuteen. Tätä on syytä korostaa, sillä suhteellisuusteoria sallii myös suhteellisen aikamatkan, joka perustuu hyvin testattuun perusfysiikkaan. Einsteinin teoria nimittäin sanelee ajan kuluvan sitä hitaammin, mitä nopeammin henkilö liikkuu referenssipaikan suhteen. Tämä ajan hidastuminen ns. aikadilataatio, on konkreettinen mittauksilla varmistettu asia, joka mahdollistaa suhteellisen aikamatkan hitaammin liikkuvan tulevaisuuteen. Olemme siis kaikki toistemme suhteen suhteellisella aikamatkalla, vaikkei sitä käytännössä huomaa. Jos oma sisko matkaisi lähes valon nopeudella Linnunradan keskustaan, aikadilaation vaikutus kasvaisi äimistyttäväksi. Maan kellojen mukaan matka kestäisi esimerkiksi 60 000 vuotta. Astronautit sen sijaan vanhentuisivat matkallaan esimerkiksi vain 40 vuotta. He palaisivat siis toisten kaukaiseentulevaisuuteen. Todellisen ja suhteellisen aikamatkan eroa voi havainnollistaa menneisyydestä tulevaisuuteen kuohuvalla ajanvirralla, jossa veneseurue matkustaa hetken nyt kohdalla. Suhteellinen aikamatka vastaa tapausta, jossa toinen nykyisyydessä oleva vene vaihtaa kakkoselle ja porhaltaa toisen ohi. Näin se pääsee tulevaisuuteen, mutta vain selllaiseen tulevaisuuteen, jossa se ei tapaa toista versiota itsestään. Suhteellinen aikamatka onnistuu tietysti myös jarruttamalla ja jättäytymällä menneisyyteen. Todellista aikamatkaa, jossa poiketaan esimerkiksi omassa menneisyydessä, puolestaan kuvaisi tilanne, jossa ajanvirtaan olisi kaivettu siihen takaisin palaava sivuhaara. Tätä pitkin matkaaja pääsisi omaan menneisyyteensä. Silti hän ei millään hetkellä kulkisi vastavirtaan. Suhteellinen aikamatkailu sopii mainiosti maailmankuvaamme. Todellinen aikamatkailu sen sijaan johtaa omituisiin tilanteisiin, sillä suljettua aikalenkkiä pitkin tiettyä hetkeä edeltää sekä menneisyys, että tulevaisuus! Jostakin referenssipaikasta katsottuna matkailija saattaa palata takaisin ennen lähtöään. Omassa menneisyydessään/tulevaisuudessaan touhuaminen voikin siis johtaa pahoihin ristiriitatilanteisiin, joita looginen maailmankuvamme ei siedä. Vakavasti 1
14.10 2 Pihla Erama otettavia tutkijoita ei kiinnosta asia, joka vaarantaa meille niin kalliin kausaliteetin. Esimerkiksi kauniin vaimonsa tilapäisessä mielenhäiriössä tappaneen professorin katumustyönä rakentaman aikakoneen fysiikka ei tunnu tutkimisen arvoiselta. Sehän kuljettaa professorin menneisyyteen sotkemaan syy-seuraussuhdetta. Professori nimittäin tappaa aikamatkalla nuoremman itsensä ennen kuin tämä ehtii iskeä veitsen vaimonsa rintaan. Miten hän siis voi olla olemassa? Ja kuka rakensi aikakojeen? Aikamatkailu pääsi tästä ongelmasta vasta 1990-luvun alussa, kun kuuluisa venäläinen musta aukko -asiantuntija Igor Novikov laski, miten aikamatkalla olevat biljardipallot käyttäytyvät. Biljardipalloja käytettiin, koska niiden matemaattinen mallintaminen on huomattavasti helpompaa kuin ihmisen, ja ne saattavat joutua aikamatkalla samanlaisiin ristiritatilanteisiin kuin me. Aikakoneesta ilmestyvä vanhempi versio pallosta voi nimittäin törmätä nuorempaan palloon, joka ei vielä ole ehtinyt aikamatkalle, siten että nuorempi pallo ei enää osukaan aikakoneeseen. Näin päädytään tilanteeseen, että pallo ei koskaan osu koneeseen, jossa sen vanhempi versio matkustaa. Yhtä kiellettyä kuin isoäidin tappaminen ennen äidin syntymää. Novikov ja hänen tutkijaryhmänsä laskivat erilaisilla alkunopeuksilla, mitä pallolle aikamatkalla tapahtuu. Ryhmä huomasi, että aina silloin kun matkasta ei seurannut epäloogisuuksia pallon käyttämästä energiasta ja ajasta laskettu suure oli minimissään. Tästä Novikov päätteli, että aikamatkailuun saattaa liittyä energiansäilymislain kaltainen luonnonlaki, joka suojelee maailmaamme epäloogisuuksilta. Luonnonlaki pitäisi siis huolen siitä, ettei aikamatkalla olevan kaahailijan auto vahingoittaisi suojatietä ylittävää isoäitiä kuolettavasti. Novikovin laskut eivät tietenkään osoittaneet, että tällainen luonnonlaki välttämättä on olemassa, mutta ne kertovat, että sen olemassaolo on mahdollista. Näin aikamatkailua ei tarvitsisi kieltää, kuten monet tunnetut tutkijat vaativat. Esimerkiksi Stephen Hawking on esittänyt luonnonlakia "kronologisen suojelun konjekstuuriksi". Tällaiseksi kävisi Novikovin laskujen pohjalta päätelty luonnonlaki, joka rajoittaisi aikamatkaajan puuhia. Vaihtoehto on luonnonlaki, joka kieltää aikamatkat. Kun Novikovin tutkimuksen myötä päästiin ainakin osittain irti aikamatkailuun liittyvästä perustaavaa laatua olevasta filosofisesta ongelmasta, moni tunnettu tutkija alkoi miettiä ajasta aikaan siirtymisen yksityiskohtia. Miten muokata http://www.bing.com/images/searchq=lukko&view=detailv2&&id=f7b0ef014ae16cef5dad58ff4558c1dc8901ddcf&selectedindex=0 &ccid=3%2fkywtq9&simid=607998586229623878&thid=oip.mdff918c1343db9a076c085b266383a4bo0&ajaxhist=0
aika-avaruudesta suljettu aikalenkki? Jopa sitä on tutkittu vakavasti, miten matkata aikalenkkiä pitkin.oikeastaan tieteellisen aikamatkailun tutkiminen oli alkanaut puolivahingossa jo hieman ennen Novikovin biljardipallolaskuja, kun Carl Sagan pyysi tiedemiesystäväänsä Kip Thornea selvittämään, miten hänen kirjansa "Ensimmäinen yhteys" sankaritar pääsisi lyhyessä ajassa 26 valovuoden päässä olevaan Vegaan. "Jokainen meistä jättää eläissään maailmaan jonkin merkin, hyvän tai pahan, ja jatkaa elämäänsä ihmiskunnassa". Tämä on eräänlaista sielun kuolemattomuutta; sieluja on pieniä ja suuria, kuten Shakespeare ja Newton, jotka elävät parhaimmillaan vasta jätettyään kuolevaisen tomumajansa. "Maxwell kuului heidän joukkoonsa. Hänen sielunsa elää ja kasvaa kauaksi tulevaisuuteen, ja tuhansien vuosien päästä se paistaa meille yhtenä menneisyyden kirkkaista tähdistä". Näin pohdiskeli entinen lennätinvirkailija Oliver Heaviside päiväkirjassaan vuonna 1886. Hänen käsityksensä jakoi kahdeksankymmentä vuotta myöhemmin nobelfyysikko Richard Feynman, joka totesi: "Ihmiskunnan historian pitkästä perspektiivistä käsin... ei ole epäilystäkään, että 19. vuosisadan merkittävin tapahtuma on Maxwellin sähködynamiikan lakien löytäminen". He olivat molemmat oikeassa. Skotlantilainen James Clerk Maxwell kuuluu fysiikan kirkkaimpaan pantheoniin Newtonin ja Einsteinin rinnalle. Hän oli mies joka selitti valon luonteen ja sen tehdessään muovaili ensimmäisen yhtenäisteorian. Maxwell oivalsi näet, että valo, sähkö ja magnetismi ovat saman perusilmiön eri ilmentymiä. Mutta siinä missä Einstein ja Newton ovat saavuttaneet ikoniset mittapuut, Maxwell on liki tuntematon. Jopa syntymämaassaan Skotlannissa hän on, skottilaisen kollegani sanoin, yhtä tuntematon kuin suomalainen nobelkirjailija. James Clerk Maxwell syntyi vuonna 1831 ja kuoli syöpään vain 48 vuoden ikäisenä. Maxwell on haudattu pieneen, suomalaisen olohuoneen kokoiseen rauniokirkkoon Parton-nimisessä kyläpahasessa lounais-skotlannissa. Hautojen ympäröimä kirkko kasvaa ruohoa, eikä sillä ole kattoa. Tämä ei totisesti ole paikka minne pyhiinvaeltajat saapuvat bussilasteittain. Maxwellin muistoa vaalii ainostaan paikallisen kyläpostin vanha hoitaja,r Callander, joka postin yhteydessä olevassa olohuoneessaan esittelee ylpeänä Maxwell-kirjallisuuttaan. Hänen hopeahapsinen sisarensa tuijottaa televisiota kun mr Callander esittelee lehtileikkeitään. Hän kaivaa kirjojensa välistä jopa Maxwellin omakätisen kirjeen, jossa tämä lupautuu maksamaan osan jostakin aidasta. Mr Callanderin vieraskirjaan on ikuistettu vain muutama kymmenen vierailijaa vuosittain. Jack the Ripperkin on suuremmassa jälkimaineessa. 3
14.10 4 Pihla Erama Maxwellin vaipuminen unholaan on merkillistä, varsinkin kun tiedämme, miten keskeinen sija sähköllä on elämässämme. Sen ja magnetismin yhteys oli alkanut selvitä 1800-luvun alkuvuosikymmeninä. Englantilainen Michael Faraday, köyhän sepän poika, oli kokeellisissa tutkimuksissaan todennut, että liikkuva magneetti aiheutti sähkövirran. Tämä seikka on oikeastaan koko modernin, teollistuneen maailmamme kulmakivi. Mutta sähkön ja magnetismin olemus oli vielä tuolloin hämärän peitossa. Eräs tärkeä kysymys oli, miten nopeasti sähkö kulki. Ensimmäisen varteenotettavan kokeen teki vuonna 1746 ranskalainen Abbe Jean- Antoine Noellet kahdensadan kartusiaanimunkin avutuksella. Tuohon aikaan paristoa ei vielä oltu keksitty, mutta sähköpurkauksia pystyttiin tuottamaan. Jokainen munkki pantiin kannattelemaan kahdeksanmetristä rautajohtoa, joka liitettiin naapurimunkkien johtoihin. Näin syntyi puolentoista kilometrin johdin, jonka päästä sähköimpulssi sysättiin liikkeeseen. Sen jälkeen Abben oli enää tarkkailtava, kuinka nopeasti munkit saivat sähköiskun. Tulos oli: käytännössä samanaikaisesti. Sähkön nopeus siis oli liki ääretön eikä kukaan voi väittää, että kirkko olisi ollut pelkästään tieteen kehityksen jarruna. Faradayn havainnoista Maxwell tiesi, että magneetin voima ei ole itse magneettisessa kappaleessa vaan sitä ympäröivässä kentässä. Sekä sähkö että magnetismi ovat avaruuteen levittäytyneitä voimakenttiä. Maxwell pystyi osoittamaan, että sähkömagneettinen häiriö eteni täsmälleen valon nopeudella. Siitä hän päätteli, että myös itse valo on sähkömagneettinen ilmiö. Tämä oli todella syvällinen oivallus. Maxwell ei ollut lahjakas lapsi. Koulussa hänen liikanimensä oli "Daftie" eli "Torvelo". Teini-iässä Maxwell sitten puhkesi äkkiä intellektuaaliseen kukkaan. Hän opiskeli Edinburghissa ja Cambridgessä, ja vuonna 1860 hänet nimitettiin Lontoon King's Collegen professoriksi. Viisi vuotta myöhemmin hänen isänsä kuoli, ja Maxwell erosi virastaan ja vetäytyi kotitilalleen Glenlairiin. Siellä hän vietti vaimoineen skotlantilaisen lairdin elämää samalla kun valmisteli päätyötään, kirjaa "Treatise on Electricity and Magnetism". Se ilmestyi vuonna 1873; tuolloin Maxwell oli jo suostuteltu hylkäämään Skotlanti ja ottamaan vastaan professuuri Cambridgessa. Maxwellin teoria ei heti ollut suuri menestys. Syy oli se, että "Treatise" oli sekava ja vaikealukuinen, ja varsinainen asia oli haudattu monenkirjavien tarkastelujen joukkoon. Maxwellin työn merkityksen esille http://www.bing.com/images/searchq=lukko&view=detailv2&&id=f7b0ef014ae16cef5dad58ff4558c1dc8901ddcf&selectedindex=0 &ccid=3%2fkywtq9&simid=607998586229623878&thid=oip.mdff918c1343db9a076c085b266383a4bo0&ajaxhist=0
kaivaminen jäi pienen mutta asiastaan vakuuttuneen joukon harteille. Maxwellin kuolemaa seuranneina kahtena vuosikymmenenä irlantilainen George FitzGerald, englantilainen Oliver Lodge ja ennen kaikkea fysiikan viimeinen amatööri, Oliver Heaviside, ponnistelivat Maxwellin teorian puolesta. Vastapoolina olivat käytännön nimeen vannovat teoriavihamieliset insinöörit, ja panoksena lennätin, jota niin osuvasti on kutsuttu viktoriaaniseksi internetiksi. Lennätin mullisti 1800-luvun tiedonkulun. Sitä pitkin viuhahtivat uutiset, pörssitiedot ja kaikenlainen juoruilu; lennättimellä tehtiin huijauksia ja sen välityksellä rakastuttiin; 1870-luvulla peräti kolmannes New Yorkin lennätinoperaattoreista oli naisia. Tässä yksi monista nyyhkytarinoista: erään bostonilaisen kauppamiehen tytär rakastui isänsä kirjuriin, jonka vimmastunut isäpappa lähetti Englantiin. Kirjurin laiva seisahtui kuitenkin New Yorkissa, jolloin rakastavaiset ehättivät naimisiin lennättimen välityksellä. Ensimmäinen merenalainen lennätinkaapeli laskettiin Britannian ja Tanskan välille, mutta kunnianhimoinen päämäärä oli yhdistää Eurooppa ja Amerikka. Transatlanttinen kaapeli saatiinkin lasketuksi vuonna 1858 kirkonkellojen, tykinlaukausten, ja yleisen mediamylläkän säestämänä. The Times vertasi tapahtumaa Kolumbuksen Amerikan-löytöön. Ongelmana oli kuitenkin, että pitkillä matkoilla morsetus muuttui käsittämättömäksi puuroksi. Morsepisteitä ja -viivoja vastaavat sähköimpulssit levenivät matkatessaan ja peittivät lopulta toisensa. Itse asiassa transatlanttisen kaapelin toiminta oli äärimmäisen epäluotettavaa ja hidasta, ja kuukausi käyttöönottonsa jälkeen se mykistyi täysin. Oliver Heaviside oli törmännyt signaaliongelmiin toimiessaan Great Northern Telegraph Companyn operaattorina. Hän oli syntyisin liki dickensiläisistä oloista, eikä hänellä ollut ollut mahdollisuutta yliopisto-opintoihin. Heaviside oli kuitenkin matemaattisesti hyvin lahjakas ja itseoppinut. Hän oli myös eksentrinen, lievästi paranoidinen ja kaiken hyvän päälle vielä puolikuuro, minkä vuoksi joutui lopulta eroamaan lennätinyhtiön palveluksesta. Vuodesta 1876 hän eleskeli lähes erakkona vanhempiensa kanssa Lontoon Camden Townissa ainoana intohimonaan sähkömagnetismi. Kuin viidakkoon tunkeutuva tutkimusmatkailija hän raivasi tiensä Maxwellin Treatisen ytimeen, ja selvitystensä tuloksista hän kirjoitteli "The Electrician"-nimiseen lehteen. "The Electrician" oli insinööreille ja liikemiehille tarkoitettu viikkolehti, jonka äveriäs omistaja halusi palvelevan myös ylevämpiä tarkoituksia. Heavisiden artikkelit olivat raskaita ja matemaattisesti monimutkaisia, eikä lehden lukijakunta varmaankaan ymmärtänyt niistä mitään. Näin Heaviside julkaisi Maxwellin yhtälöt 5
14.10 6 Pihla Erama niiden modernissa muodossa ensi kerran, ilman fanfaareja ja yleisön sitä ymmärtämättä kuparilankoja ja pattereita mainostavien ilmoitusten välissä. Maxwellin teorian vahvistus tuli sitten odottamattomalta suunnalta. Saksassa nuori Heinrich Hertz onnistui havaitsemaan sähkömagneettisen säteilyn aiheuttaman sähkökipinän säteilyn aallonpituuden suuruisessa johtimessa. Hertz saattoi käsitellä sähkömagneettista säteilyä kuin valoa, esimerkiksi heijastaa sitä. Valo siis oli vain pieni kaistale koko sähkömagneettisesta spektristä. Kunnon teorian tavoin Maxwellin yhtälöt selittivät vanhat, tunnetut ilmiöt, ja ennustivat samalla jotakin kokonaan uutta. Niiden perusteella saattoi ymmärtää myös lennättimen toimintaperiaatteet, mutta ironista kyllä, samalla Maxwellin yhtälöt antoivat epäsuoran kuoliniskun viktoriaaniselle internetille. Sähkömagnetismin perustalle saattoi nimittäin rakentaa uuden, vieläkin paremman laitteen, puhelimen. Maxwell itse kuvitteli, että värähtelevät sähkö- ja magneettikentät edustivat eetterin värähtelyä aivan samaan tapaan kuin meren aallot ovat vain vetisen väliaineen laineilua. Einstein, luottaessaan ennemmin Maxwellin kuin Newtonin yhtälöihin, siivosi sitten suhteellisuusteoriassaan eetterihypoteesin pois fysiikasta. Maxwellin teorian merkityksen voikin parhaiten nähdä jälkiviisauden valossa. Se toimi sekä suhteellisuusteorian että kvanttifysiikan kätilönä, ja se on modernin hiukkasfysiikan kaikkien yhtenäisteorioiden prototyyppi. Heaviside aavisti aivan oikein: Maxwellin sielu on kasvanut ja käynyt kirkkaammaksi. Maxwellin yhtenäisteoria ei syntynyt filosofisesta tarpeesta vaan yksinkertaisesti siksi, että luonnonilmiöt, kun niitä tarkkaan havainnoi, paljastivat sukulaisuutensa. Mutta vaikka Maxwellin sielu ohjailisi yhtenäisteorioiden kehittelyä tänäkin päivänä, pyhiinvaeltajaa se ei kuitenkaan hemmottele. Parton on syrjäinen kylä, ja Maxwellin kotitila on siitä vielä kymmenen mailin hankalan matkan päässä. Yksikaistainen kärrytie mutkittelee Partonista Glenlairiin vihreän taivaan halki, jota kansoittavat lampaat ovat kuin liikkumattomia pilviä. Varsinainen päärakennus on tulen 1920-luvulla raunioittama. Tilan nykyinen omistaja, entinen armeijan kapteeni, asuu viereisessä palvelijain talossa. Pieni osa vanhasta kartanosta on korjattu asuttavaksi, ja siellä pitää majaa kapteenin puolikuuro äiti. Loput Glenlairista on kummitustalona: katto puuttuu, sisällä tummat tiilet ovat putoilleet seinistä, ja tuuli lonksuttaa ikkunaluukkuja http://www.bing.com/images/searchq=lukko&view=detailv2&&id=f7b0ef014ae16cef5dad58ff4558c1dc8901ddcf&selectedindex=0 &ccid=3%2fkywtq9&simid=607998586229623878&thid=oip.mdff918c1343db9a076c085b266383a4bo0&ajaxhist=0
lasittomissa ikkuna-aukoissa. Täällä Maxwell kirjoitti valon, sähkön ja magnetismin yhtenäisteorian. "Tiesin heti että olette ulkomaalaisia", kapteeni jylisi kun esittäydyimme. "Skotlantilaiset eivät koskaan käy täällä". Hän on ylpeä Glenlairin kytköksestä Maxwelliin, mutta samalla näreissään siitä ja huomauttaa kärkkäästi asuneensa tilalla pidempään kuin Maxwell. Joskus Glenlairia oli ehdotettu korjattavaksi eläkkeelle vetäytyneiden fyysikoiden lepokodiksi, mutta siitä ei tullut mitään. "A home for retired physicists, like you", kapteeni selittää. Hengästyneenä Glenlairin pyhitetystä maaperästä, Maxwellin alati kasvavan sielun paiste selässäni ja kenties liioitellussa nöyryyden tilassa kuulen kapteenin skottimurteen sanovan: "A home for retarded physicsts, like you". Suhteellisuusteoria, johon nykyinen käsityksemme universumista perustuu, asettaa raamit kaikelle, mitä täällä tapahtuu, myös aikamatkailulle. Albert Einsteinin kerrotaan harmitelleen oman teoriansa vapaamielisyyttä muun muassa silloin kun matemaatiikko Kurt Gödel pian yleisen suhteellisuusteorian ilmestymisen jälkeen osoitti suhteellisuusteorian sallivan pyörivän universumin, joka itsessään olisi aikakone. Se, että Einsteinin teoriat sallivat ilmiön, ei vielä tarkoita, että kyse on todellisuudesta. Suhteellisuusteorian yhtälöillä on näet lukemattomia ratkaisuja, joista vain osa kuvaa tätä kosmosta. Esimerkiksi Gödelin pyörivä kosmos ei vastaa omaamme, sillä se ei laajene kuten tämän paikan on mitattu tekevän. Sen sijaan universumin ja kaiken siinä olevan kuvaus löytyy kyseisistä yhtälöistä. Suhteellisuusteorioita on kaksi. Suppea eli erikoinen julkaistiin 1905 ja yleinen kymmenisen vuotta myöhemmin. Suhteellisuusteoriat mahdollistivat teoreettiset aikamatkat kahdesta syystä. Erikoinen suhteellisuusteoria yhdisti ajan ja paikan saumattomasti toisiinsa. Ajasta tuli yksi avaruuden ulottuvuus paikkaulottuvuuksien tapaan. Yleinen suhteellisuusteoria puolestaan sanelee massan muotoilevan tätä aika-avaruutta. Massa ikään kuin venyttää aika-avaruudesta tietynlaisen maiseman mäkineen, laaksoineen ja kuoppineen. Massa saattaa myös kiepauttaa aika-avaruuden silmukaksi, jossa menneisyys yhtyy tulevaisuuteen. Astumalla tähän lenkkiin tänään voi päästä huomisen kautta takaisin eiliseen. Tieteen sallima aikamatka perustuu siis aika-avaruuden kiertymään, joka muodostaa suljetun aikalenkin. Suhteellisuusteorian aikakone ei näin ollen ole kulkuneuvo, vaan tie, jota pitkin itse kukin matkustaa jalan tai valitsemallaan kojeella. Aikatiet valmistuvat, kuten moottoritietkin, tiettynä päivänä, eikä niitä pitkin pääse valmistusmispäivää aikaisempaan ajankohtaan. (Huom.: Aikasilmukaan siirtyvä kulkee koko matkan 7
14.10 8 Pihla Erama ajan suhteen myötävirtaan. Tämä tarkoittaa sitä, ettei aikamatkalainen pysy muita nuorempana. Matkallaan hän voi tietysti tavata nuoremman itsensä.) Gödelin viitisenkymmentä vuotta sitten laskema pyörivä kosmos olisi sellaisenaan "aikakone", sillä siihen muodostuu suljettuja aikalenkkejä itsestään. Niitä pitkin kulkemalla voisi valita aikansa. Meidän universumimme ei tarjoa samanlaista mahdollisuutta, joten aikaretkelle haluavan on itse muotoiltava aika-avaruutta ellei luonto sitten joissakin erikoisolosuhteissa ole tehnyt sitä hänen puolestaan. Aikamatkalla tarkoitan konkreettista siirtymistä omasta nykyisyydestä joko omaan menneisyyteen tai tulevaisuuteen. Tätä on syytä korostaa, sillä suhteellisuusteoria sallii myös suhteellisen aikamatkan, joka perustuu hyvin testattuun perusfysiikkaan. Einsteinin teoria nimittäin sanelee ajan kuluvan sitä hitaammin, mitä nopeammin henkilö liikkuu referenssipaikan suhteen. Tämä ajan hidastuminen ns. aikadilataatio, on konkreettinen mittauksilla varmistettu asia, joka mahdollistaa suhteellisen aikamatkan hitaammin liikkuvan tulevaisuuteen. Olemme siis kaikki toistemme suhteen suhteellisella aikamatkalla, vaikkei sitä käytännössä huomaa. Jos oma sisko matkaisi lähes valon nopeudella Linnunradan keskustaan, aikadilaation vaikutus kasvaisi äimistyttäväksi. Maan kellojen mukaan matka kestäisi esimerkiksi 60 000 vuotta. Astronautit sen sijaan vanhentuisivat matkallaan esimerkiksi vain 40 vuotta. He palaisivat siis toisten kaukaiseentulevaisuuteen. Todellisen ja suhteellisen aikamatkan eroa voi havainnollistaa menneisyydestä tulevaisuuteen kuohuvalla ajanvirralla, jossa veneseurue matkustaa hetken nyt kohdalla. Suhteellinen aikamatka vastaa tapausta, jossa toinen nykyisyydessä oleva vene vaihtaa kakkoselle ja porhaltaa toisen ohi. Näin se pääsee tulevaisuuteen, mutta vain selllaiseen tulevaisuuteen, jossa se ei tapaa toista versiota itsestään. Suhteellinen aikamatka onnistuu tietysti myös jarruttamalla ja jättäytymällä menneisyyteen. Todellista aikamatkaa, jossa poiketaan esimerkiksi omassa menneisyydessä, puolestaan kuvaisi tilanne, jossa ajanvirtaan olisi kaivettu siihen takaisin palaava sivuhaara. Tätä pitkin matkaaja pääsisi omaan menneisyyteensä. Silti hän ei millään hetkellä kulkisi vastavirtaan. Suhteellinen aikamatkailu sopii mainiosti maailmankuvaamme. Todellinen aikamatkailu sen sijaan johtaa omituisiin tilanteisiin, sillä suljettua aikalenkkiä pitkin tiettyä hetkeä edeltää sekä menneisyys, että tulevaisuus! Jostakin http://www.bing.com/images/searchq=lukko&view=detailv2&&id=f7b0ef014ae16cef5dad58ff4558c1dc8901ddcf&selectedindex=0 &ccid=3%2fkywtq9&simid=607998586229623878&thid=oip.mdff918c1343db9a076c085b266383a4bo0&ajaxhist=0
referenssipaikasta katsottuna matkailija saattaa palata takaisin ennen lähtöään. Omassa menneisyydessään/tulevaisuudessaan touhuaminen voikin siis johtaa pahoihin ristiriitatilanteisiin, joita looginen maailmankuvamme ei siedä. Vakavasti otettavia tutkijoita ei kiinnosta asia, joka vaarantaa meille niin kalliin kausaliteetin. Esimerkiksi kauniin vaimonsa tilapäisessä mielenhäiriössä tappaneen professorin katumustyönä rakentaman aikakoneen fysiikka ei tunnu tutkimisen arvoiselta. Sehän kuljettaa professorin menneisyyteen sotkemaan syy-seuraussuhdetta. Professori nimittäin tappaa aikamatkalla nuoremman itsensä ennen kuin tämä ehtii iskeä veitsen vaimonsa rintaan. Miten hän siis voi olla olemassa? Ja kuka rakensi aikakojeen? Aikamatkailu pääsi tästä ongelmasta vasta 1990-luvun alussa, kun kuuluisa venäläinen musta aukko -asiantuntija Igor Novikov laski, miten aikamatkalla olevat biljardipallot käyttäytyvät. Biljardipalloja käytettiin, koska niiden matemaattinen mallintaminen on huomattavasti helpompaa kuin ihmisen, ja ne saattavat joutua aikamatkalla samanlaisiin ristiritatilanteisiin kuin me. Aikakoneesta ilmestyvä vanhempi versio pallosta voi nimittäin törmätä nuorempaan palloon, joka ei vielä ole ehtinyt aikamatkalle, siten että nuorempi pallo ei enää osukaan aikakoneeseen. Näin päädytään tilanteeseen, että pallo ei koskaan osu koneeseen, jossa sen vanhempi versio matkustaa. Yhtä kiellettyä kuin isoäidin tappaminen ennen äidin syntymää. Novikov ja hänen tutkijaryhmänsä laskivat erilaisilla alkunopeuksilla, mitä pallolle aikamatkalla tapahtuu. Ryhmä huomasi, että aina silloin kun matkasta ei seurannut epäloogisuuksia pallon käyttämästä energiasta ja ajasta laskettu suure oli minimissään. Tästä Novikov päätteli, että aikamatkailuun saattaa liittyä energiansäilymislain kaltainen luonnonlaki, joka suojelee maailmaamme epäloogisuuksilta. Luonnonlaki pitäisi siis huolen siitä, ettei aikamatkalla olevan kaahailijan auto vahingoittaisi suojatietä ylittävää isoäitiä kuolettavasti. Novikovin laskut eivät tietenkään osoittaneet, että tällainen luonnonlaki välttämättä on olemassa, mutta ne kertovat, että sen olemassaolo on mahdollista. Näin aikamatkailua ei tarvitsisi kieltää, kuten monet tunnetut tutkijat vaativat. Esimerkiksi Stephen Hawking on esittänyt luonnonlakia "kronologisen suojelun konjekstuuriksi". Tällaiseksi kävisi Novikovin laskujen pohjalta päätelty luonnonlaki, joka rajoittaisi aikamatkaajan puuhia. Vaihtoehto on luonnonlaki, joka kieltää aikamatkat. Kun Novikovin tutkimuksen myötä päästiin ainakin osittain irti aikamatkailuun liittyvästä perustaavaa laatua olevasta filosofisesta ongelmasta, moni tunnettu tutkija alkoi miettiä ajasta aikaan siirtymisen yksityiskohtia. Miten muokata 9
14.10 10 Pihla Erama aika-avaruudesta suljettu aikalenkki? Jopa sitä on tutkittu vakavasti, miten matkata aikalenkkiä pitkin.oikeastaan tieteellisen aikamatkailun tutkiminen oli alkanaut puolivahingossa jo hieman ennen Novikovin biljardipallolaskuja, kun Carl Sagan pyysi tiedemiesystäväänsä Kip Thornea selvittämään, miten hänen kirjansa "Ensimmäinen yhteys" sankaritar pääsisi lyhyessä ajassa 26 valovuoden päässä olevaan Vegaan. "Jokainen meistä jättää eläissään maailmaan jonkin merkin, hyvän tai pahan, ja jatkaa elämäänsä ihmiskunnassa". Tämä on eräänlaista sielun kuolemattomuutta; sieluja on pieniä ja suuria, kuten Shakespeare ja Newton, jotka elävät parhaimmillaan vasta jätettyään kuolevaisen tomumajansa. "Maxwell kuului heidän joukkoonsa. Hänen sielunsa elää ja kasvaa kauaksi tulevaisuuteen, ja tuhansien vuosien päästä se paistaa meille yhtenä menneisyyden kirkkaista tähdistä". Näin pohdiskeli entinen lennätinvirkailija Oliver Heaviside päiväkirjassaan vuonna 1886. Hänen käsityksensä jakoi kahdeksankymmentä vuotta myöhemmin nobelfyysikko Richard Feynman, joka totesi: "Ihmiskunnan historian pitkästä perspektiivistä käsin... ei ole epäilystäkään, että 19. vuosisadan merkittävin tapahtuma on Maxwellin sähködynamiikan lakien löytäminen". He olivat molemmat oikeassa. Skotlantilainen James Clerk Maxwell kuuluu fysiikan kirkkaimpaan pantheoniin Newtonin ja Einsteinin rinnalle. Hän oli mies joka selitti valon luonteen ja sen tehdessään muovaili ensimmäisen yhtenäisteorian. Maxwell oivalsi näet, että valo, sähkö ja magnetismi ovat saman perusilmiön eri ilmentymiä. Mutta siinä missä Einstein ja Newton ovat saavuttaneet ikoniset mittapuut, Maxwell on liki tuntematon. Jopa syntymämaassaan Skotlannissa hän on, skottilaisen kollegani sanoin, yhtä tuntematon kuin suomalainen nobelkirjailija. James Clerk Maxwell syntyi vuonna 1831 ja kuoli syöpään vain 48 vuoden ikäisenä. Maxwell on haudattu pieneen, suomalaisen olohuoneen kokoiseen rauniokirkkoon Parton-nimisessä kyläpahasessa lounais-skotlannissa. Hautojen ympäröimä kirkko kasvaa ruohoa, eikä sillä ole kattoa. Tämä ei totisesti ole paikka minne pyhiinvaeltajat saapuvat bussilasteittain. Maxwellin muistoa vaalii ainostaan paikallisen kyläpostin vanha hoitaja,r Callander, joka postin yhteydessä olevassa olohuoneessaan esittelee ylpeänä Maxwell-kirjallisuuttaan. Hänen hopeahapsinen sisarensa tuijottaa televisiota kun mr Callander esittelee lehtileikkeitään. Hän kaivaa http://www.bing.com/images/searchq=lukko&view=detailv2&&id=f7b0ef014ae16cef5dad58ff4558c1dc8901ddcf&selectedindex=0 &ccid=3%2fkywtq9&simid=607998586229623878&thid=oip.mdff918c1343db9a076c085b266383a4bo0&ajaxhist=0
ß 11