Einstein päätteli rohkeasti, että valon nopeus on kosminen kattonopeus. Miten käy, jos lähdet ylittämään sitä? Kohtaatko kosmisen puomin, joka katkaisee matkan, vai tuhoutuuko ylinopeutta yrittävä aluksesi?


Miten käy, jos lähdet ylittämään sitä? Kohtaatko kosmisen puomin, joka
katkaisee matkan, vai tuhoutuuko ylinopeutta yrittävä aluksesi?

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Sisältö jatkuu mainoksen alla


Tanskalainen Ole Rømer oli ensimmäinen, joka mittasi valon nopeuden. Hän seurasi vuoden verran Jupiterin kuiden liikkeitä ja päätteli 1676, että valo kulkee 22 minuutissa maapallon radan halki. Tulos on hieman liian suuri, mutta ennen kaikkea se osoitti, ettei valo kulje paikasta toiseen viiveettä.

Nyt valon nopeuden tyhjiössä voi katsoa taulukosta. Se on 299 792 458 metriä sekunnissa. Kyse on tarkasta arvosta, sillä vuodesta 1983 lähtien metrin pituus on määritelty valon nopeuden avulla; aikaa ja pituutta on näet vaikea määrittää toisistaan riippumattomasti.


Auktoriteetti alas

1900-luvun alussa Albert Einstein päätteli intuitioonsa luottaen, että valon nopeus on vakio kaikille havaitsijoille riippumatta siitä, miten he liikkuvat toistensa suhteen. Valon nopeuteen ei siis vaikuta, tuikataanko taskulampulla ohi kiitävän junan ikkunasta vai paikallaan olevasta kulkuneuvosta.

Päätelmä oli rohkea: se ratkaisi sähkömagneettista säteilyä kuvaavien Maxwellin yhtälöiden ja Newtonin mekaniikan välisen ristiriidan. Maxwellin yhtälöiden kauneus nimittäin katosi, ellei valon nopeus ollut vakio. Kukaan ei kuitenkaan ollut uskaltanut sanoa valon kulkevan vakionopeudella, sillä se ei sopinut Newtonin vetovoimalakeihin.

Mikään aikaisempi kokemus nopeuksista ei puoltanut Einsteinin näkemystä, mutta havainnot osoittivat, että se oli oikea.

On tietysti mahdollista, että valon nopeuden arvo on muuttunut universumin kehityksen aikana, mutta toistaiseksi tällaisesta ei ole näyttöä.  Sekin tiedetään kosmologisista ja geologisista mittauksista, että jos muutoksia on tapahtunut, ne ovat olleet hyvin pieniä.


Kaavalla kaksi puolta





Nopeusrajoitus on pyöreästi


299792458 m/s


kolmesataatuhatta kilometriä sekunnissa.









Kasvu vie kierteeseen

Avaruusaluksenkin massa kasvaa. Oletetaan, että sinulla on jokin toistaiseksi tuntematon energialähde, jolla kiihdytät aluksesi nopeuden 90 prosenttiin valon nopeudesta. Aluksen massa olisi silloin kaksinkertainen sen lepomassaan verrattuna. Kasvavan massan takia tarvitset yhä enemmän energiaa aluksesi kiihdyttämiseen.
Olet kierteessä: mitä lähemmäs aluksesi nopeus kasvaa valon nopeutta, sitä enemmän tarvitset energiaa kasvattaaksesi nopeutta.

Myös kaikki aluksen sisässä muuttuu yhä massiivisemmaksi, sinäkin. Kellosi massa vastaa jo muutaman kymmenen tonnin painoa maapallon vetovoimassa. Se jaksaa tiksauttaa enää kerran tunnissa. Aluksen moottori hidastuu hidastumistaan. Biologinen kellosi hidastuu täsmälleen samaan tahtiin. Ajatuksesikin hidastuvat, mutta et huomaa siinä mitään erikoista.


Poikkeuksia räätälöiden

Avaruusalus lähenee lähenemistään valon nopeutta mutta ei koskaan saavuta sitä.

Eikö uutisissa kuitenkin silloin tällöin puhuta valon nopeuden ylittämisestä?

- Väliaineessa voi tehdä kaikenlaisia temppuja, varsinkin jos se on sopivasti valmisteltu, fysiikan professori Kalle-Antti Suominen vastaa.

- Tällöin voidaan nähdä mitä oudoimpia ilmiöitä, kuten valonsäde, joka ylittää valon tyhjiönopeuden, ja pulsseja, jotka jo poistuvat väliaineesta ennen kuin ovat kunnolla edes tunkeutuneet siihen. Nämä ilmiöt voidaan mallintaa klassisella optiikalla ja sen aaltoyhtälöillä. Kvanttimekaniikkaa tarvitaan vain kuvattaessa väliaineen räätälöintiä.
Mutta tyhjiössä luonto valvoo ja kattonopeus pitää.




 

Sisältö jatkuu mainoksen alla