Liike on suhteellista

[Kari Rönkä]

Eräissä blogikirjoituksissa on esitetty kommentteja mm. maailmankaikkeuden laajenemiseen liittyvistä havainnoista ja liikkeen suunnasta. Kommenteissa unohtuu tyypillisesti yksi erittäin keskeinen tosiseikka, nimittäin liikkeen suhteellisuus.

Se, kuka näyttää liikkuvan ja mihin suuntaan, riippuu siitä mihin asetamme havaintoavaruuden nollapisteen. Vuosisatoja sitten kuviteltiin, että maapallo on maailmankaikkeuden keskipiste ja esimerkiksi aurinko kiertää maata. Näinhän se näyttäisi olevan, kun koordinaatiston nollapiste asetetaan havainnoijan sijaintipaikkaan maapallolla - aurinko näyttää nousevan aamulla idästä, kiertävän yli taivaankannen ja laskevan illalla länteen. Todellisuudessahan maapallo kiertää aurinkoa ja auringon liike maapallon suhteen johtuu maan eikä auringon liikkeestä, kuten nykyisin hyvin tiedämme.

Aivan sama juttu pätee galaksien liikkeisiin. Jos asetamme nollapisteen maapallolle, kaikki näyttävät etääntyvän meistä. Jos asetamme nollapisteen jonnekin muuanne, kaikki näyttävät etääntyvän siitä pisteestä. Jos hieman yksinkertaistamme jättämällä suhteellisuusteorian vaikutukset huomiotta ja pitäydymme klassisen kolmiulotteisen euklidisen avaruuden käsitteistössä, koko juttu on varsin yksinkertaista matematiikkaa.

Pienenä anekdoottina mainittakoon melko kiivas keskustelu, joka käytiin vuosikymmeniä sitten, kun vastavalmistuneen ysitien varteen suunniteltiin Suonenjoella tervetulotoivotustauluja. Alkuperäinen tekstiehdotus oli savoksi "Hiljennä tok', kohta tulloo Suonenjok'". Nousi runsaasti vastalauseita siitä, että eihän se Suonenjoki mihinkään tule, vaan autoilija tulee Suonenjoelle. Niiden seurauksena sana "tulloo" vaihdettiin muotoon "on". Tämäkin on koordinaatistokysymys. Jos koordinaatisto kiinnitetään kartalle, autoilija liikkuu ja paikkakunta pysyy näennäisesti paikallaan (vaikka todellisuudessa sekin liikkuu valtavaa vauhtia avaruudessa). Jos taas nollapiste asetetaan autoon, paikkakunta liikkuu auton pysyessä näennäisesti paikoillaan.

[Vesa-A]

Laajenemisen todisteena pidettiin aikoinaan kaiketi sitä, että kun galakseista tulevaa valoa ohjattiin prisman läpi, niin valoaaltojen havaittiin venyneen. Kertoi siis meistä poispäin suuntautuvasta nopeasta liikkeestä. Lisäksi mitä kaempana galaksi sijaitsi, sitä selvempi oli ilmiö.

Joskus 90-luvulla tehtiin havainto kaukaisesta siihen asti koskaan havaitusta kaukaisemmasta tähdestä, joka räjähti galaksissaan. Lähigalaksien supernova-ilmiöiden tavoin tämä muuttui hyvin kirkkaaksi ja sammui sitten vähitellen, mutta huomattavasti pidemmän ajan kuluessa kuin koskaan aiemmin oli havaittu. Tämäkin kuulemma todiste laajenemisesta.

Ehkäpä lisätodisteita tarvitaan, tai sitten ei. Suonenjoen "tulemisesta" en tiedä, mutta ennenvanhaan tultaessa Valkeakosken kohdalle, tunsi hajusta kiistämättömän selvästi mikä "oli tullut" ja jokainen toivoi että se olisi mennyt ja häipynyt samantien.

[J. A. Nieminen]

Jos ajaa autolla kahden Prisman välin, eli Linnainmaalta valtatie 12:a Lentolaan, törmää aivan samaan periaatteeseen, jolla taivaankappaleiden loittonemisnopeuksia mitataan: sähkömagneettisen säteilyn Doppler-ilmiöön.

Valtatien varrella nimittäin on nopeustutka ja näyttötaulu. Nopeustutkassa on lähetin, josta emittoituva säteily lienee jossain infrapuna- tai mikroaaltoalueella. Auto lähestyy tutkaa, joten se "näkee" tulevan säteilyn aallonpituuden lyhenevän. Säteily puolestaan heijastuu auton korista takaisin, mutta koska auto tulee kohti tutkan anturia, anturikin "näkee" palaavan säteilyn aallonpituuden lyhenevän.

Laite mittaa lähtevän ja palaavan aallonpituuden eron, ja laskee siitä auton nopeuden. Tämä on sinänsä varsin helppoa, ja johdin hiljattain tuon nopeuden ja aallonpituuden muutoksen yhteyden luennoidessani suhteellisuusteorian perusteista TTY:llä.


Mikäli luonnonlait ovat maapallon ulkopuolellakin samat, sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuden muutoksista voi laskea myös taivaankappaleiden nopeuksia.

Voimakas painovoimakenttä myös aiheuttaa sähkömagneettisen säteilyn aallonpituuden venymisen, koska sen fotonit menettävät energiaansa "noustessaan" painovoimaa vastaan.


Erään version Doppler-ilmiöstä pystymme havaitsemaan omin korvin. Lähestyvän ambulanssin sireenin ääni on korkeampi kuin loittonevan. Mutta ääniaaltojen Doppler-ilmiö ei perustu suhteellisuusteoriaan, toisin kuin sähkömagneettisten aaltojen tapaus.