Ellei fysiikka mene uusiksi, jo kiihdytys puoleen valon nopeudesta muuttaa matkustajan salsakastikkeeksi. Kuva Shutterstock
Ellei fysiikka mene uusiksi, jo kiihdytys puoleen valon nopeudesta muuttaa matkustajan salsakastikkeeksi. Kuva Shutterstock

Valoa nopeammin on periaatteessa mahdollista matkustaa. Galaktinen vaellus tyssää energiapulaan ja muutamiin muihin pikkuseikkoihin.

Kun istut urheiluautossa ja kiihdytät neljässä sekunnissa sadan kilometrin tuntivauhtiin, g-voimat painavat vartalon tiukasti istuinta vasten. Ihmiskeho kestää sen hyvin. Tieteiskirjallisuudessa ja -elokuvissa ihmiset kiitävät halki galaksin vielä paljon nopeammilla kuluneuvoilla. Tällöin fysiikka ei enää pysy mielikuvituksen perässä.

Ihmistä ei ole suunniteltu matkustamaan avaruudessa, muistuttaa Arizonan yliopiston fysiikan professori Lawrence Krauss, kun hän Yhdysvaltain tiedeviikolla tutkailee, miten scifitiede pitää kutinsa. Jos mielimme seikkailemaan ulos aurinkokunnasta, meidän täytyy kulkea todella kovaa.

– Jos kiihdytät avaruusaluksella puoleen valon nopeudesta kymmenessä sekunnissa, sinulla on ongelma. Muutut salsakastikkeeksi avaruusaluksen takaosaan. G-voimat tappavat sinut, maalailee fysiikan popularisoijana tunnettu Krauss.

Miten olisi fuusiomoottori?

Vaikeudet alkavat jo ennen kuin g-voimat pääsevät salsan tekoon. Todellinen ongelma on nimittäin se, että huippunopeudet syövät mielikuvitukselliset määrät polttoainetta. Pelkästään yhden atomin kiihdyttäminen valon nopeuteen nielisi Kraussin laskujen mukaan enemmän tavanomaista rakettipolttoainetta kuin maailmankaikkeudessa on ainetta.

Tieteissarja Star Trekin Enterprise-alus kulkee fuusioenergialla. Siitäkään ei oikeasti ole vauhdittajaksi. Taas polttoainevaatimukset romahduttavat matkahaaveet. Kraussin laskelmien mukaan puolen valon nopeuden vauhtiin tarvitaan aluksen massaan nähden 81-kertainen määrä polttoainetta joka kerta, kun lähdetään liikkeelle ja pysähdytään. Tämä on perusongelma, kun kuljetaan lähellä valon no­peutta ja otetaan polttoaine mukaan alukseen.

Hidas köröttely omassa aurinkokunnassa jää fysiikan sallimaksi vaihtoehdoksi. Niillekin reissuille kannattaa lähettää robotteja ja teleskooppeja mieluummin kuin ihmisiä. Se on turvallisempaa ja halvempaa.

Mutta täytyyhän täältä joskus lähteä, viimeistään silloin, kun Aurinko satojen miljoonien vuosien päästä alkaa kuumeta ja Maa muuttuu asumiskelvottomaksi. Siihen Kraussilla on tarjota kaksi ratkaisuehdotusta.

– Siirretään maapalloa. Se on teknologisesti helpompaa kuin siirtää itseämme.

Toinen vaihtoehto on taltioida ihmisen dna:n sisältämä informaatio ja lähettää se pienen aluksen mukana tähtienväliselle taipaleelle. Jossain asumiskelpoisessa galaksin kolkassa ihmisen resepti voidaan sitten ottaa esiin ja luoda elämä uudelleen.

Einstein ymmärtäisi poimuajoa

Valon nopeutta hätyyttelevän tähtivaelluksen tavoittelu on siis tuuleen kurkottelua. Scifi tuntee kuitenkin myös toisenlaisia siirtymisen muotoja, kuten poimuajon. Menetelmä on käytössä Star Trekissä, jonka fysiikasta Lawrence Krauss on kirjoittanut kirjankin. Poimuajossa loikataan avaruuden nurkasta toiseen valoakin nopeammin, eikä fysiikka välttämättä väitä vastaan.

– Koulussa opetetaan, ettei voi liikkua valoa nopeammin. Se on valhe. Meidän pitäisi sanoa tarkemmin, että avaruudessa ei voi matkustaa valoa nopeammin. Avaruus voi yleisen suhteellisuusteorian mukaan laajeta mielivaltaisen nopeasti, Krauss valistaa.

Ajatusta havainnollistaa suhteemme maailmankaikkeuden laidalla oleviin galakseihin. Meistä katsoen ne etääntyvät valon nopeudella, kun taas niistä katsoen me pakenemme valon nopeudella. Silti paikallisessa ympäristössä molemmat pysyvät paikoillaan, me ja kaukogalaksit.

Miten voimme samaan aikaan etääntyä ja pysyä paikoillamme? Siten, että avaruus välillämme laajenee.  Juuri avaruuden supistamista ja laajentamista voisi hyödyntää poimuajossa.

– Sen sijaan että matkaisit satatuhatta vuotta Alfa Kentauriin, menet vain avaruusaluksella lähimmälle Maan kiertoradalle, suljet moottorin ja järjestät asiat niin, että avaruus sinun ja Alfa Kentaurin välillä romahtaa ja avaruus sinun ja Maan välillä laajenee. Tämä on ainakin periaatteessa mahdollista yleisen suhteellisuusteorian mukaan. Emme tiedä, onko käytännössä. Todennäköisesti ei, Krauss uumoilee.

Alfa Kentauri on aurinkokunnan lähin tähtijärjestelmä, jonne on matkaa vajaat 4,5 valovuotta. Avaruuden muokkaus­ sinne loikkaamiseksi vaatisi kuitenkin sellaista ener­giaa, josta ei tätä nykyä ole hajuakaan.

Toinen mahdollisuus siirtyä valoa nopeammin on luikahtaa madonreiän läpi. Siten matkustaa esimerkiksi Jodie Fosterin esittämä tutkija elokuvassa Ensimmäinen yhteys­ (1997). Madonreikä on tunneli tai oikotie, joka yhdistää kaksi kaukaista avaruuden kohtaa. Tässäkin on yksi iso mutta.

– Ei ole olemassa läpikuljettavaa madonreikää, jos on olemassa vain nykyisin tunnettua ainetta ja energiaa. Silloin madonreiät muuttuvat mustiksi aukoiksi.
Pikavuorot galaksin toiselle laidalle täytyy siis perua.

Teleportaatio tuhon uhalla

Tieteistarinat esittelevät kuitenkin vielä yhden tavan siirtyä paikasta a paikkaan b, nimittäin teleportaation.

Sen valtti ei ole nopeus vaan matkustajan muuntaminen helposti kuljetettavaan muotoon. Televisiosarjojen teleportaatiossa henkilö hajotetaan ensin atomeikseen. Sen jälkeen atomit lähetetään jonnekin toisaalle, missä ne taas kootaan yhteen alkuperäiseksi ihmiseksi.

Krauss ei järjestäisi henkilöliikennettä tuohon malliin. Jos ihminen hajotetaan atomeiksi, hänet täytyy ensin kuumentaa sataan miljoonaan asteeseen, ja se vapauttaisi sadan megatonnin ydinpommia vastaavan energian.

 – Se ei olisi ympäristöystävällistä, Krauss sanoo.

Siistimpi keino olisi professorin mukaan skannata kaikki se informaatio, josta ihmisyksilö koostuu. Tieto voitaisiin yhdistää muualla alkuperäisten atomien sijasta toisiin atomeihin ja koota ihminen uudelleen niistä. Menetelmän tarkkuutta haittaa Heisenbergin epätarkkuusperiaate.

– En voisi skannata sinua atomitasolla. Tietäisin, missä atomisi ovat, mutta en hyvin sitä, mitä ne tekevät. Jos taas tiedän, mitä ne tekevät, en tarkkaan tietäisi, missä ne ovat. Voisin tehdä sinusta vain likimääräisen kopion, Krauss toteaa.

Ihmisen teleportaatio Kraussin menetelmällä kärsii toisestakin kauneusvirheestä. Siirretty ihminen jäisi entisille sijoilleen, vaikka likimääräinen kopio jo tassuttelisikin matkakohteessa. Häntä olisi nyt kaksin kappalein.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 3/2014