Tässä kun on sairaslomalla aikaa, niin harrastetaan sitten vaihtelun vuoksi relativistista fysiikkaa. Tässä vaiheessa pitää korostaa, että en ole sitten istunut luennoilla 90-luvun jälkeen, joten sanasto ei luultavasti ole ihan standardien mukainen, mutta uskoisin noiden perustason ilmiöiden ymmärryksen olevan vielä ihan kohdillaan.
Kun puhutaan suhteellisuusteoriasta, niin kannattaa muistaa, että nuo ilmiöt on tunnettu jo noin sadan vuoden ajan, eivätkä siten ole mitään uutta matemaattistä höttöä, joka on olemassa vain tutkijoiden päässä. Kyseessä on arkisia ilmiöitä, joihin ei vain yleensä normaalielämässä törmää, koska harva meistä käsittelee työkseen tarkkuusinstrumentteja, joilla noita havaitaan jatkuvasti. Yhtään havaintoa ei ole vieläkään vahvistettu siitä, että suhteellisuusteoria ei pitäisi täsmälleen paikkaansa. Eli jos tuntuu siltä, että "eihän tuo nyt noin mene", niin voi olla aika varma siitä, että ongelma on omassa käsityskyvyssäsi, ei suhteellisuusteoriassa. Ja se taas paranee helpoimmiten opiskelemalla. Jos katsotaan vaikka ihan GPS:n toimintaa, niin jos emme huomioi ajan nopeuden muuttumista gravitaation ja nopeuden suhteen, niin GPS saisi päivässä virhettä noin 10 kilometriä joka päivä lisää. Ja yllättävän hyvin tuo näyttää toimivan koko ajan.... Tuosta löytyy helppo esimerkki GPS:n aika dilaatiosta:
http://www.triangulum.nl/Werkgroepen/documentatie werkgroepen/Snaartheorie/GPS essay.pdf
Syy siihen, että valtaosalla on jo lähtökohtaisesti väärä tapa ajatella asiaa on yleensä kouluopetus. Valtaosa fysiikankin opettajistakin on todellisuudessa pihalla ihan fysiikan perusteistakin, ja siirtää ennakkoluulonsa eteenpäin. Muistan kun itsellenikin on perskoulussa ja lukiossa tahkottu useampiakin harhaoppeja (valo värähtelee aina poikittain, se on lepomassa kun kappale ei liiku, evanesentti aalto ei kuljeta energiaa....). Jotta asioita alkaa hahmottaa, joutuu oikeasti kyseenalaistamaan tavan, jolla ajattelee maailmasta.
Tuo aikajuttu on mielenkiintoinen. Selittäkääs sillai, että maalaisjärjellä sen ymmärtää.
Aina kannattaa aluksi unohtaa pois ns. "maalaisjärki" tai "terve järki". Ihmisen ajattelu on muovautunut tarkastelemaan Afrikan savannilla olevia keskikokoisia kappaleita, jotka liikkuvat kohtuullista vauhtia. Se ei todellakaan toimi silloin, kun meillä on pieniä hiukkasia tai suuria nopeuksia. Vähän sama kuin jos sukellat 100 metriä syvälle ja alat miettiä ilman hengittämistä perustuen siihen, miten sitä hengitetään täällä pinnan yläpuolella. Valtaosa terveen järjen sanelemista käytännöistä tappaa ja nopeasti. Yksi henkäys ilmaa tuossa paineessa, niin henki menee aika varmasti.
Eli ei yritetä siirtää normaalimaailman ajattelutapaa normaalimaailman ulkopuolelle. Kyllä, se on vaikeaa. On mennyt aivot solmuun monta kertaa, kun on ihan käytännössäkin revitty tyhjiöstä energiaa fotonien vakuumitilasta ja mietitty miten helvetissä tämä toimii just niin kuin kvanttifysiikka sanoo, vaikka arkijärki hanaa vastaan :D
Ethan sanoi:
Eikös nämä empiiriset testit ole vähän sama kuin pistäisi metrin mittaisen kappaleem liikkumaan nopeaa ja sit sanoa, että metri piteni/lyheni. Itse kappale voi muuttaa kyllä muotoaan mutta ei kai se metrin määre mihinkään muutu. Metri mittayksikkönä on metri vaikka voissa paistaisi.
Pistetään metrin pituinen kappale liikkumaan vaikkapa 10% valonnopeudesta. Kun se vilahtaa ohi, niin mittaat sen pituuden, mittanauhalla, kameralla tai millä tahansa. Saat tulokseksi 5 milliä alle metrin. Liikkuvassa systeemissä koko maailma pienee, kun sitä tarkastellaan ulkopuolelta. Kyse ei siis ole vain kappaleesta, vaan koko avaruuden kutistumisesta.
Ethan sanoi:
Jps ihminen laitettaisiin kulkemaan valon nopeutta niin eikö ihmisen solut vanhenisi, hiukset kasvaisi ja elämä loppuisi siinä about 80 vuoden kuluttua. Pysyiskö vauva vauvana ikuisesti?
Vai onko tämä ajan ja nopeuden suhde jokin teoreettinen laskelma, jota ei pysty kuitenkaan empiirisesti havaitsemaan. Jos satelliittiin laitetaan maitopurkki, jonka viimeinen käyttöpäivä on vaikkapa huomenna, niin piteneekö tuo käyttöpäivä meidän maasta katselijoiden näkökulmasta?
Taas jos sinut pistetään liikkumaan 90% valonnopeudella vaikkapa sadaksi vuodeksi, niin tuossa ajassa sinä olet vanhentunut vajaat 44 vuotta. Ulkomaailma on siis nähnyt jo sata vuotta, mutta sinä olet elänyt omassa liikkuvassa maailmassasi 44. Jos mukaasi pistetään maitopurkki, joka menisi vanhaksi viidessä päivässä, niin ulkopuolisessa maailmassa ehtisi mennä noin 11 päivää ennen kuin se olisi vanhentunut.
Kyseessä ei siis ole mikään pelkkä teoreettinen laskelma, vaan todellinen ilmiö, josta on yritetty jo sata vuotta löytää virhettä. Mutta toistaiseksi pitää paikkansa.
- - - Updated - - -
Leikittelin itsekin vähän näillä ajatuksilla...
Jos tarkastellaan maapalloa ulkopuolelta, eikö tarkastelijan näkökulmasta eri pisteissä aika kulje eri nopeuksilla? Mariaanien hauta vs. Mt. Everest, tai pohjoisnapa vs. päiväntasaaja, olettaen ettei erot painovoimassa kumoa kokonaan nopeuksien erojen aiheuttamaa aikadilaatiota. Tämähän ei käy järkeen, jos tarkastelija sitten jossain vaiheessa laskeutuu maapallolle, jolloin eri paikoissa olevien kellojen olisi pitänyt edetä eri määrä tarkastelijan näkökulmasta, ja samaan aikaan ne ovat edenneet jonkin muun määrän toistensa näkökulmasta. Eli mikä perustavaa laatua oleva virhe tässä ajatuksessa on? Varsinkin kun vie ajatuksen tällaisenaan maailmankaikkeuden mittakaavaan, se sekoittaa pään.
Erityisen suhteellisuusteorian matemaattinen johto olettaa, ettei ole kiihtyvyyksiä, ja sä pidät nuo kellot ympyräliikkeessä, jolloin ne kiihtyvät jatkuvasti keskustaa päin. Eli sovellat erityistä suhteellisuusteoriaa ilmiöön, jota se ei edes käsittele.
Tuossa käy niin, että syvimmällä oleva kello käy hitaimmiten nopeuden aiheuttaman aikadilaation takia. Kun ne tuodaan yhteen vertailua varten, niin Mariaanien haudan kello on edennyt vähiten ja Everestin eniten. Tosin jos gravitaatio huomioidaan, niin tilanne muuttuu aika tavalla....
Vielä olisi yksi kysymys. Jos rakennan tarkan vaa'an päälle laitteen, jossa saan raskaan, kookkaan rautapallon pyörimään erittäin korkeilla kierroksilla vakaasti paikallaan esim. sähkömoottorilla, näkyykö vaa'assa pallon massan muutos kierrosluvun (liike-energian) muuttuessa? Kokoluokka ja tarkkuus saa olla niin suuret kuin tarvitaan.
Näkyy. Liike-energia nostaa gravitaatiomassaa ja paino nousee. Saman saa myös kuumentamisella, koska lämpö on molekyylien liike-energiaa, joten kuumentaminenkin nostaa massaa.
Ei, kappaleella voi olla korkea kierrosnopeus. Se ei muuta sen massaa mitenkään, eikä se vaikuta tyhjiössä mitenkään sen liike-energiaan.
Jos muistellaan ihan mekaniikan alkeita, niin pyörivän kappaleen liike-energia saadaan summaamalla sen osasten liike-energiat yhteen. Avaa vaikkapa Marionin "Classical Dynamics" ja sieltä inertiatensoreiden kohta, niin löytyy pyörivien objektien liike-energiasta. Liikemäärää on nolla. Angular momemtum on suuri ja liike-energiaa sillä on hyvinkin paljon. Tämä taasen lisää sen massaakin ja vaaka näyttää enemmän.
- - - Updated - - -
Jos lentelis lentsikalla valonnopeutta tai liki valonnopeutta(??) samalla katsoen alas, niin pystyisikö sen omin silmin havainnoimaan, että maan pinnalla kaikki menee pikakelauksella? Omaa vauhtia säätelemällä voisi sitten välillä "hidastaa" muiden menoa?
Jos lennät maapallon ympäri ympyrärataa nopeasti, niin alas katsoessa näet luultavast pikakelausta ja muodot vääristyvät aika pahasti. En ole tosin ihan varma.
Tuo kylmä/kuuma on helppo ymmärtää mutta, että nopeus. Nopeus verrattuna mihin. Eikös me kaikki liikuta koko ajan helvetin nopeaa pois päin alkuräjähdyksen keskuksesta. Ja eikös valonnopeudella lentokoneessa matkustava ihminen pysyisi paikallaan siihen lentokoneeseen verrattuna. Ei kai biologinen ikääntyminen ole verrannollinen aikaan, vaan eikös se ole jonkin sortin kemiallinen reaktio tms. joka vain aiheutuu tietyn ajan kuluessa, jotkin aiheutuu nopeampaa kuin toiset. Siis tarkoitan, että eihän tällainen biologinen ikääntyminen johdu ajasta vaan jostain muusta mikä kuitenkin on havaittavissa vain tietyn ajan kuluessa...
Voit verrata nopeutta vain kahden kappaleen välillä, et absoluuttista nopeutta maailmankaikkeudessa, eikä sillä ole edes väliä (sekin voidaan kyllä mitata). Eli jos sinä olet paikallaan, ja toinen lähtee lentämään ympärilläsi, se toinen vanhenee hitaammin. Et voi kiinnittää tässä tapauksessa aikaa tuohon toiseen, koska siinä on kiihtyvyys, mikä ei ole sallitty erityisessä suhteellisuusteoriassa, siihen vaaditaan yleistä suhteellisuusteoriaa.
Eikös se jossain välissä laskettu uudelleen ja huomattiinkin, että aikaisemmat laskelmat eivät pitäneet paikkaansa, niin sitten "keksittiin" pimeä aine, jotta saataisiin laskelmat täsmäämään.
Ei kannata opiskella Seiskasta :D Suhteellisuusteoria on pitänyt paikkansa jo noin sadan vuoden ajan. Alussa tehtiin sellainen muutos, ett asetettiin gravitaatiovakion arvoksi nolla. Fysiikka ei toimi niin, että "keksitään" jokin aine, että laskelmat täsmäävät. Jos havainnot eivät täsmää teorian kanssa, niin etsitään teoriasta virhe. Sitte katsotaan mitä ennusteita uusi teoria antaa, ja toimiiko se tarkemmin kokeiden mukaan kuin vanha. Esim. suhteellisuusteoria ennusti ajan ja pituuden muuttumisen, mitä Newtonin mekaniikka ei ennustanut, ja koska nuo on vahvistettu kokeellisesti, niin ollaan siirrytty pitämään suhteellisuusteoriaa tarkempana kuin Newtonin 1600-luvun maailmankuvaa.
Esim. nämä mustat aukot. Ilmeisesti niistäkään ei oikein tiedetä mitään. Spekuloidaan vain, että siellä on oltava jotain saatanan tiheää ja massaltaan jotain ihan helvetillistä kun valo, aika ja kaikki katoavat... eikös kuulosta vähän keksityltä.
Keksityltä? Jos kaikki mittaukset viittaavat siihen, että yleinen suhteellisuusteoria antaa joka kerta oikeat tulokset, ja suhteellisuusteoria ennustaa mustia aukkoja ja niiden ominaisuuksia, niin onko se nyt niin keksittyä?
Jos otetaan vaikkapa 1800-luvulta yleiset sähkö- ja magnetismiyhtälöt, niin niiden perusteella on voitu tehdä vastaavalla tavalla esim. seuraavat ennusteet: valo on sähkömagneettista aaltoliikettä, valon tyhjiönopeus on vakio, ajan kulku hidastuu nopeuden kasvaessa, voidaan tehdä lasersäde, joka päättyy ilmaan jne.... Nuo ovat vastaavalla (vähän keksittyjä?) tavalla tehtyjä ennusteita, jotka pohjautuvat tunnettuihin matemaattisiin lakeihin, ja jokainen ennuste on pitänyt paikkansa. Koska tähän mennessä jokainen suhteellisuusteoriankin ennuste on pitänyt paikkansa (gravitaatioaallot vielä vähän kesken....), niin miksi mustat aukot olisivat poikkeus? Ei se ennustaminen mene niin, että vedetään pilveä ja mietitään mitä hassua voisi olla, vaan tehdään töitä oikeana pidettyjen mallien kanssa ja tutkitaan mitä kaikkea tietoa ne voivat meille antaa. Vanha Newtonin mekaniikkakin ennusti, että tyhjiössä kappaleet tippuvat yhtä nopeasti massasta riippumatta. Kyllä maallikot sillekin naureskelivat (joku nauraa vieläkin), mutta hyvin näyttää "ennuste" edelleenkin toimivan.
