Einsteinin teoria yhä testeissä

 Einsteinin suppea suhteellisuusteoria vuodelta 1905 kertoo, miten kappaleet liikkuvat ajassa ja avaruudessa.

Suhteellisuusteoria on nykyfysiikan kivijalkoja. Sen mukaan valon nopeus tyhjiössä on aina vakio.

Suppea suhteellisuusteoria on huomioitava myös arkielämässä, kuten gps-paikannuksessa. Myös atomikelloissa ja hiukkaskiihdyttimissä teoria toimii joka päivä.

Aika-avaruus näyttäytyy samana kaikissa mittakaavoissa, aina lyhyimmästä mahdollisesta pituudesta, eli Planckin mitasta kaukaisimpiin kvasaareihin ja galakseihin. Luonto on ns. Lorentz-symmetrinen.

Alkuräjähdyksestä, mustista aukoista ja koko universumin rakenteesta on kuitenkin äskettäin tehty malleja, jotka antavat aihetta uusiin otaksumiin.

Suppea suhteellisuusteoria ei tarkkaan ottaen ehkä pitäisikään paikkaansa kaikkialla. Alan tutkijoiden mielestä luonto näyttäytyisi kauniimpana, jos se olisikin vain lähes ns. Lorentz-symmetrinen. Symmetria on aika-avaruuden perusta.

Esimerkiksi kvanttien ja gravitaation yhdistämiseen tähtäävät kvanttigravitaattion ja säieteorian mallit antavat uusia vihjeitä siitä, että aika-avaruudella olisikin säikeiden maailmassa rakeinen rakenne.

Tässä ääripienessä mitassa suppea suhteellisuusteoria ei pätisi. Samoin myös maailmankaikkeuden pimeän energian ja aineen jotkut tulkinnat varjostavat suppeaa suhteellisuusteoriaa.

Suhteellisuusteoriaan liittyvissä nykypäivän kokeissa ja mittauksissa etsitään nyt uutta, Einsteinin yhtälöt ylittävää fysiikkaa ja testataan teoriaa yhä tarkemmin.

Huipputeknisesti viritetyt kokeet mittaavat pieniä aikaeroja, kun laservalo tai mikroaaltosignaalit kulkevat kahdessa kohtisuoraan asetetussa ja safiirista tehdyssä onteloissa.

Ontelot on jäähdytetty nesteheliumin lämpötilaan noin -270 pakkasasteeseen. Koko laitteistoa pyöritetään pystyakselinsa ympäri. Tällaisessa isossa termospullossa on voitu koesarjoissa testata tarkasti valonopeuden riippumattomuutta suunnasta ja koordinaatistoista. Optinen Core-mittalaite laitetaan Euroopan avaruusjärjestön Optis-satelliittiin.

Astrofyysikot ovat mitanneet suppean suhteellisuusteorian pitävyyttä myös taivaalta. Marylandin yliopiston tutkijat analysoivat 6 000 valovuoden päässä sijaitsevan Ravun tähtisumun röntgensäteilyä.

Räjähtänyt tähti on kuin luonnon oma hiukkaskiihdyttin. Fyysikot ovat siten voineet todentaa hyvin energeettisiä elektroneja. Nämä ns. relativistiset hiukkaset liikkuvat lähes valon nopeudella.

Ne näyttävät käyttäytyvän tähtisumun magneettikentässä tarkasti kuten suppea suhteellisuusteoria edellyttää. Asiaa voi selvittää myös galakseista saapuvan infrapuna- ja ultraviolettivalon polarisaatiosta.

Uunituoreessa mallissa fyysikot ehdottavat, että sähkömagneettinen säteily eli valo itsessään seuraisi Lorentzin symmetrian rikkoutumista. Sen seurauksena aika-avaruudella olisi sittenkin suunta.

Valo olisi vain symmetrian rikossa syntyvän vektorikentän kimmellystä. Valoa voisi tällöin verrata tuulessa huojuvaan viljapeltoon.

Einsteinia koetellaan. Laskeutuuko hylätty eetterihuntu siis uudelleen yllemme?

Lisää aiheesta:

Muualla HS.fi:ssä:

Helsingin Sanomat | hs.online@hs.fi