Gravitaatioaaltojen yhteydessä tuli esille kysymys siitä, onko kokeellisesti varmennettu, millä nopeudella gravitaatiovuorovaikutus välittyy.

Newtonin klassisessa gravitaatioteoriassa massojen aiheuttama gravitaatiokenttä muuttuu heti kaikkialla kun kappaleiden paikat muuttuvat. Kun Maa matkaa radallaan eteenpäin, tieto tästä siirtyy avaruuden kaukaisimpiinkin kolkkiin saman tien. Yleisessä suhteellisuusteoriassa informaatio sen sijaan kulkee korkeintaan valonnopeudella.

Näin siis teorian puolella. Kysymys siitä, onko asia kokeellisesti varmennettu ei ole aivan yksinkertainen. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan gravitaatiossa on kyse aika-avaruuden kaarevuudesta. Kaarevuus voi ilmetä eri tavoin: yksi sen piirre johtaa kappaleiden väliseen näennäiseen vetovoimaan ja toinen on vastuussa gravitaatioaalloista. (Edellisessä merkinnässä laitoin hieman mutkia suoriksi samaistaessani nämä kaksi asiaa.) Jos Aurinko pysyisi täysin muuttumattomana paikallaan (niinkuin se melkein tekeekin), se ei lähettäisi gravitaatioaaltoja, mutta pitäisi kyllä planeetat radoillaan.

Kaarevuuden kummatkin puolet seuraavat yleisen suhteellisuusteorian peruslähtökohdista: erityisesti molemmissa tapauksissa muutosten etenemisnopeus on valonnopeus. Valonnopeuden rooli yleisessä suhteellisuusteoriassa on keskeinen: se kytkee ajan ja avaruuden erottamattomaksi kokonaisuudeksi, esiintyy teorian jokaisessa yksityiskohdassa ja muovaa kaikkia sen ilmiöitä. Niinpä voidaan sanoa, että jokainen yleisen suhteellisuusteorian lukuisista kokeista testaa valonnopeuden merkitystä ja vahvistaa käsitystä gravitaation kulkunopeudesta. Esimerkiksi yleisen suhteellisuusteorian huomioon ottaminen on välttämätöntä GPS-järjestelmän toimivuudelle: jos yhtälöissä esiintyisi valonnopeuden sijaan joku muu suure, paikanmääritykset eivät vastaisi todellisuutta.

GPS ei liity suoranaisesti gravitaation kulkunopeuteen, mutta yleinen suhteellisuusteoria on yksi kokonaisuus, jonka osat ovat erottamattomia. Ei ole mitään nuppia, josta voisi vaihtaa gravitaation vaikutusnopeutta. Jos haluaa gravitaatioaaltojen matkaavan valoa hitaammin, pitää esittää joku kokonaan uusi teoria, laskea siitä kaikki ennusteet alusta alkaen ja katsoa vastaavatko ne havaintoja. (Yleensäkin teorioita on vaikea osoittaa vääriksi ellei ole jotain mihin verrata, kuten Pioneer-anomalia valaisee.)

Yleisen suhteellisuusteorian laajentaminen tällä tapaa ei ole aivan yksinkertaista, eikä sille ole oikein motivaatiotakaan. Moiset seikat eivät teoreetikkoja estä, joten vuosien varrella on kasailtu erinäisiä malleja joissa gravitaatiovuorovaikutus kulkee valoa hitaammin tai nopeammin. Mitkään kokeet ole tukeneet näitä vaihtoehtoja suhteellisuusteorian sijaan. Tämän voi katsoa tukevan yleistä suhteellisuusteoriaa ja vahvistavan käsitystä gravitaation nopeudesta, mutta mitään lopullista vastausta se ei tarjoa.

Vaikka olisi kivenkovan skeptinen, on vaikea välttää myöntämästä, että näennäisen vetovoiman muutokset etenevät valonnopeudella, koska vetovoimasta on niin monta tarkkaa koetta, kuten GPS, Merkuriuksen radan kiertyminen, kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuudet ja niin edelleen. Gravitaatioaalloista on vain yksi epäsuora havainto, joten niiden etenemisnopeuden voi vielä kyseenalaistaa -- jos on valmis näkemään paljon vaivaa vaihtoehtojen rakentamiseen.

Kommentit (0)

Seuraa 

Maailmankaikkeutta etsimässä

Blogin päivittäminen on päättynyt.

Syksy Räsänen on teoreettinen fyysikko Helsingin yliopistossa. Syksy kirjoittaa kosmologiasta, hiukkasfysiikasta ja niiden tekemisestä, tai ainakin asioista sinne päin.

Teemat

Blogiarkisto