Tahdotko ”tesseröidä” maailmankaikkeuden halki? Hetkellinen matkustaminen planeettojen ja tähtien välillä ei ole niin helppoa kuin miltä se näyttää Madeleine L’Englen vuonna 1962 ilmestyneessä kirjassa ”A Wrinkle in Time”, jonka elokuvasovitus saa ensi-iltansa yhdysvaltalaisissa elokuvateattereissa tänään (9. maaliskuuta). Fyysikot sanovat kuitenkin, että tessering voisi olla mahdollista – kunhan siinä noudatetaan Albert Einsteinin sata vuotta sitten laatimia fysiikan sääntöjä.
”Wrinkle”-elokuvan juonessa lapset Meg, Charles Wallace ja Calvin (voimakkaiden olentojen rouva Whatsitin, rouva Who:n ja rouva Which:n avustuksella) tesseröivät eri planeetoille etsiessään jotakuta lapsille hyvin tärkeää henkilöä. Kirjan kuuluisassa kuvituksessa ja kuvauksessa tesseringiä selitetään näyttämällä muurahainen marssimassa lankaa pitkin; sen on tarkoitus kuvata muurahaisen kulkua kahden pisteen välillä, kuten se normaalisti tekee.
Kirjan mukaan kuitenkin, jos lanka taitetaan, muurahaisen on kuljettava paljon pienempi matka, ja muurahaisen matka-aika lyhenee. Ekstrapoloimalla tuon ajatuksen siihen, miten ihmiset liikkuvat avaruudessa, ”tessering” on eräänlaista matkustamista – avaruuden ja ajan rypistämistä – jolla päästään kaukaisiin paikkoihin hyvin lyhyessä ajassa.
Kirjassa käytetään viidennen ulottuvuuden laitetta, jota kutsutaan ”tesseraktiksi”, ihmisten viemiseen paikasta toiseen. Mutta – tässä kohtaa homma menee sekavaksi – tesseraktilla on tosielämässä hyvin erilainen merkitys. ”Se on neliulotteinen kenttä – siinä kaikki. Se on se, miltä kuutio näyttää neliulotteisena”, sanoi Eric W. Davis, tutkimussäätiö EarthTech International’s Institute for Advanced Studiesin tiedepäällikkö Austinissa Space.comin haastattelussa.
Davis myönsi, että kolmiulotteisen kuution kuvitteleminen neliulotteisena on vaikeaa. (Asia menee vielä pahemmaksi: säieteorian mukaan maailmankaikkeudellamme saattaa olla 10 tai useampia ulottuvuuksia, mutta se on toinen tarina). Mutta nopeaa matkustamista ajassa ja avaruudessa on fysiikoiden yhtä vaikea kuvitella. Tähtienväliset alukset ovat yleinen juonikuvio tieteiskirjallisuuden sarjoissa Star Warsista Star Trekiin ja Interstellariin. Se on kuitenkin tieteiskirjallisuutta.
Miten matkustaisi niin nopeasti tosielämässä, on edelleen arvoitus fyysikoille, mutta L’Englen kirja on vaikuttanut joihinkin tutkijoihin. Georgetownin yliopiston fysiikan apulaisprofessori Patrick Johnson luki kirjan – kirjailijan signeeraaman kappaleen, joka oli alun perin annettu hänen isälleen, kuten kävi ilmi – ensimmäisen kerran ollessaan teini-ikäinen. ”Asia, joka jäi mieleeni, oli tesserakti. Olen miettinyt sitä koko elämäni ajan, siitä lähtien. En ole pystynyt tesseraktiin, mutta se on ollut ajatus, joka on ollut läsnä mielessäni”, hän kertoi Space.comille.
Tesseraktit ja madonreiät
Jotkut nykyfyysikot näkevätkin yhteyden fiktiivisen ”tesseraktin” ja tosielämän teorioiden välillä, jotka koskevat nopeaa matkustamista maailmankaikkeuden halki. ”’A Wrinkle in Time’ oli yksi lempikirjoistani, kun olin lapsi”, fyysikko ja Michiganin osavaltionyliopiston tutkimuksesta ja jatko-opinnoista vastaava varapuheenjohtaja Stephen Hsu kertoi Space.comille sähköpostitse. Hän sanoi, että L’Englen antaman kuvauksen perusteella tessering ”vaikuttaa samankaltaiselta kuin madonreiän läpikulku.”
Madonreikä on teoreettinen yhteys kahden pisteen välillä. Sen on tarkoitus tarjota keino kiertää normaalit matkustusnopeuden rajoitukset. Kuuluisa yhtälö E=mc2, jonka Albert Einstein esitti ensimmäisen kerran suhteellisuusteorian yhteydessä, käsittelee energian ja massan välistä suhdetta, ja siihen liittyy tiukkoja ehtoja. Esimerkiksi mikään ei voi matkustaa valoa nopeammin, koska kohteen massa muuttuisi äärettömäksi.
Madonreiät saattavat käyttää mustia aukkoja toimiakseen. Mustat aukot ovat massiivisten tähtien romahtamisen aiheuttamia singulariteetteja. Ne vääristävät avaruutta ja aikaa ympärillään aiheuttaen outoja aikadilataatiovaikutuksia kaikille, jotka pääsevät liian lähelle. Oikeissa olosuhteissa voisimme ehkä muuttaa mustat aukot aikamatkustuslaitteiksi. Se vaatisi kuitenkin paljon työtä: Fysiikan mukaan madonreiän auki pitäminen vaatisi valtavan määrän energiaa, mikä on sekä tekninen että fysiikan ongelma.
”Se ei ole jotain, jonka Elon Musk julkaisee viikossa. Hän on tehnyt suuria edistysaskeleita avaruusmatkailussa, mutta jos se tapahtuu hänen elinaikanaan, olen aidosti yllättynyt”, sanoi Johnson, joka on kirjoittanut kirjan ”The Physics of Star Wars: The Science Behind a Galaxy Far, Far Away” (Adams Media, 2017).
Johnson huomautti, että ymmärryksemme madonrei’istä voi muuttua, kun maailmankaikkeudesta löydetään vielä eksoottisempia kohteita. Hän sanoi, että kaikesta päätellen huomenna LIGO – massiivinen gravitaatioaaltodetektori, joka vastaanottaa signaaleja valtavista tapahtumista, kuten mustien aukkojen sulautumisesta – saattaa löytää paremman lähteen nopealle matkustukselle.
”Se olisi kuin musta aukko, mutta paljon paremmin hallittavissa, ja se olisi paras tapa luoda madonreikiä”, Johnson sanoi. ”Voisi olla asioita, joista emme vielä tiedä, jotka voisivat olla paras tapa tehdä” nopeaa matkustamista.
Kautta maailmankaikkeuden
On epäselvää, olisivatko mustat aukot paras raaka-aine madonreiän rakentamiseen. Yksi ongelma on se, että madonreikien kierteessä täytyy olla negatiivista massaa, ja sitä ”ei ole meidän universumissamme”, Ohio State Universityn astrofyysikko Paul Sutter sanoi Space.comille. Vaikka käyttäisimme jotain muuta laitetta – kuten äärettömän pitkää, hyvin nopeasti pyörivää sylinteriä, joka on teoriassa hyvä madonreikäehdokas – ”sellaista on aika vaikea löytää universumistamme”, hän lisäsi.
”Joko sellaista laitetta ei ole olemassa, tai emme ymmärrä, miten sitä käytetään, tai emme ole vielä löytäneet oikeaa laitetta”, Sutter sanoi madonreikien käyttämisestä matkustamiseen. Vaikka voisimme rakentaa ja pitää madonreiän auki, uusia paradokseja putkahtaa esiin, hän lisäsi. Teoriassa voitaisiin kiihdyttää madonreiän toinen pää valonnopeuteen ja pitää toinen pää paikallaan, Sutter sanoi; tällöin madonreiän läpi mentäessä voitaisiin yleisen suhteellisuusteorian sääntöjen vuoksi päätyä menneisyyteen. Toisin sanoen madonreikä tarjoaisi eräänlaisen aikamatkan.
Mutta aikamatkailu tuo mukanaan lisää ongelmia, kuten kuuluisan ”isoisäparadoksin”, jossa kysytään, mitä tapahtuisi henkilölle, joka tappoi isoisänsä aikamatkailun aikana. Kuolisiko aikamatkustaja, koska hän ei olisi koskaan syntynyt, vai tapahtuisiko jokin vaihtoehtoinen skenaario?
”Se avaa koko jättimäisen kausaliteettipurkin”, Sutter sanoi. ”Silloin voi vaikuttaa tapahtumiin sen jälkeen, kun ne ovat jo tapahtuneet, mikä ei näytä olevan sallittua meidän maailmankaikkeudessamme.”
Yleisen suhteellisuusteorian matematiikka on myös rajallista aikamatkustuksen osalta, erityisesti jos joku valitsee paikan, johon matkustaa. Sutterin mukaan aikakoneen rakentaminen on helpointa, jos pysyy samassa paikassa matkustaessaan ajassa. Sen avaamisesta toiseen paikkaan ”tulee hyvin hankalaa, eikä matematiikka ole selkeää”, hän lisäsi.
Vaikka L’Englen tesseringiä on vaikea selittää fysiikan termein, Johnson – joka luki signeeratun kappaleen vuosikymmeniä sitten – sanoi pitävänsä L’Englen selityksiä yhä ihmeellisinä. ”Nyt kun olen fyysikko ja katson taaksepäin, hänen kirjansa julkaistiin 1960-luvun alussa. Siihen aikaan olimme vasta selvittämässä Einsteinin suhteellisuusteoriaa”, Johnson sanoi. L’Engle yritti kuitenkin sisällyttää sen fiktioonsa: ”Edes kaikki tiedemiehet eivät olleet yhtä mieltä siitä, että se oli oikea, tarkka teoria. Joten se, että hän keksi tämän kirjan, oli hämmästyttävää.”
Seuraa meitä @Spacedotcom, Facebook ja Google+. Alkuperäinen artikkeli Space.comissa.
Uudemmat uutiset