Voitteko kuvitella kuution, joka liikkuu lähes valon nopeudella? Fyysikot tekivät sen. Lisäksi he onnistuivat toteuttamaan unelmansa laboratoriossa. Ja he havaitsivat jotain hämmästyttävää. Riittävän hämmästyttävää, jotta Einsteinin suhteellisuusteoria voidaan kyseenalaistaa?
Sisällysluettelo
Albert Einstein on luultavasti tunnetuin fyysikko kaikista. Ja se, jonka teoriat yleensä pelottavat hieman jopa kaikkein jalat maassa olevimpia meistä. Otetaan esimerkiksi erityinen suhteellisuusteoria. Se väittää, että erittäin suurilla nopeuksilla aika hidastuu. Ja se, mikä meitä tänään erityisesti kiinnostaa, on pituuden lyheneminen. Kone, joka liikkuu 90 %:lla valon nopeudesta, näyttää esimerkiksi ulkopuoliselle tarkkailijalle yli puolet lyhyemmältä. Yleisemmässä mielessä kaikki tällaisella nopeudella liikkuvat kohteet näyttävät meille lyhentyneiltä. Mutta se ei ole fysiikan. Tämän päivän raportista Suomen teknillisestä yliopistosta. Oliko Einstein väärässä?
Ei mennä asioiden edelle. Muutama vuosikymmen sitten muut fyysikot, amerikkalainen Nelson James Terrell ja britti Roger Penrose (vuoden 2020 Nobelin fysiikan palkinnon saaja mustien aukkojen tutkimuksesta), tulkitsivat erityistä suhteellisuusteoriaa eri tavalla. He olettivat, että kun kuutio liikkuu valon nopeudella, se ei vain kutistu, vaan muuttaa muotoaan. Tai ainakin meistä tuntuu, että se on muuttanut muotoaan. Tämä johtuu siitä, että kauempana olevista kuution osista säteilevä valo saavuttaa meidät hitaammin kuin lähempänä olevista osista säteilevä valo.
Kikka, jonka avulla voidaan havaita relativistisen kaarevuuden vaikutus
Mallit vahvistivat Terrellin-Penrose-ilmiön todellisuuden. Kuitenkaan kukaan ei ole vielä onnistunut osoittamaan sitä laboratorio-olosuhteissa. On ehkä syytä muistaa, että Einsteinin teorian mukaan mitä nopeammin objekti liikkuu, sitä enemmän sen massa kasvaa ja sitä enemmän energiaa tarvitaan sen kiihdyttämiseen entisestään. Tällaisissa olosuhteissa se on vaikeaa. matkustaa objekti, joka liikkuu valon nopeudella. Mutta Communications Physics -lehdessä Suomen teknillisen yliopiston tutkijat esittivät loistavan idean, kuinka tämä voitaisiin toteuttaa.
He loivat illuusion, että heidän esineensä liikkuu valon nopeudella. He ikään kuin sijoittivat itsensä maailmaan, jossa valon nopeus on paljon heikompi. Tätä varten he siirsivät kuution ja pallon laboratorioonsa. Sitten he valaisivat ne laserilla laserilla hyvin lyhyesti. Kesto oli noin 300 pikosekuntia. Ja kuvattiin kameroilla, jotka pystyvät tallentamaan miljoonia kuvia sekunnissa. Se oli eräänlainen stroboskooppinen vaikutus, mutta erittäin nopea. Tarpeeksi nopea, jotta se lopulta jäljitteli liikettä, jonka nopeus oli 80–99,9 % valon nopeudesta.
Kyse on perspektiivistä.
Näin fyysikot havaitsivat ensimmäistä kertaa laboratoriossa Terrell-Penrose-ilmiön. Kuutio näytti vääristyneeltä ja pallo näytti pyörivän. Kaikki tämä oli kuitenkin vain optinen illuusio, kuten fyysikot arvasivat jo 1950-luvulla.
Oliko Einstein sittenkin väärässä? No… enemmän kuin koskaan, ei! Hänen suhteellisuusteoriansa selittää, että kyse on perspektiivistä. Tämän osoittivat jälleen kerran loistavasti Suomen teknillisen yliopiston fyysikoiden kokeet. Heidän epämuodostunut kuutio ei ole muuta kuin se, mitä tarkkailija näkisi relativistisessa maailmassa. Se ei ole millään tavalla seurausta objektin todellisesta kiertymisestä. Esine liikkeessä Esine on todellakin fyysisesti lyhentynyt liikkeen suuntaan. Ulkopuolinen kamera ei kuitenkaan tallenna sitä suoraan, ja syntyy vaikutelma, että se pyörii. ”Kun teimme laskelmat, olimme hämmästyneitä geometrian kauneudesta”, tutkijat sanovat. ”Sen havainnointi kuvissa oli todella jännittävää.”
