Gravitaatioaallot vahvistivat: Einstein ennusti taas oikein

Säteily maailmankaikkeuden syntyhetkiltä varmisti oikeaksi teorian kosmisesta inflaatiosta.

Albert Einstein
Teksti
Marko Hamilo

Tämä on ilmaisnäyte SK:n maksullisesta sisällöstä

Viime viikolla tiedemaailmaa kohautti uutinen, jonka mukaan Etelänavalla sijaitsevalla radioteleskoopilla on havaittu jälkiä gravitaatioaalloista. Havaintoa voi pitää yhtä merkittävänä kuin Higgsin hiukkasen vahvistamiseen johtaneita kokeita Cernin hiukkaskiihdyttimessä kaksi vuotta sitten.

Tiedekohu gravitaatioaallosta muistuttaa toissavuotista Higgs-uutisointia myös siinä, että kumpikaan läpimurto ei oikeastaan enää mullistanut maailmankuvaa  – ei ainakaan siinä määrin kuin uutisointi välillä antoi ymmärtää. Ennemminkin löydökset vihdoin vahvistivat oikeaksi käsityksen, jonka teoreetikot esittivät jo kauan sitten.

Kiihdyttimessä havaittu Higgsin hiukkanen vahvisti oikeaksi viimeisenkin puuttuvan palan jo 1960-luvulla kehitetystä fysiikan niin sanotusta standardimallista. Malli kuvaa aineen pienimmät rakennuspalikat eli alkeishiukkaset ja niiden vuorovaikutusta välittävät hiukkaset.

Gravitaatioaallot ovat olleet osa fysiikan teoriaa vieläkin kauemmin. Albert Einsteinin 1910-luvulla kehittämän yleisen suhteellisuusteorian mukaan painovoima kappaleiden välillä johtuu siitä, että kappaleiden massat kaareuttavat aika-avaruutta. Teoria ennustaa myös gravitaatiosäteilyn, joka koostuu valon nopeudella etenevistä gravitaatioaalloista.

 

Gravitaatioaaltoja on yritetty havaita kokeellisesti 1960-luvulta alkaen. Neulan etsiminen heinäsuovasta on tähän haasteeseen verrattuna lasten leikkiä. Erittän heikko signaali täytyy löytää suuresta määrästä kohinaa.

Nyt yhdysvaltalaistutkijoiden johtama ryhmä onnistui erottamaan jälkiä gravitaatiosäteilystä aivan maailmankaikkeuden syntyhetkiltä.

Havainto on erityisen merkittävä siksi, että se samalla todistaa oikeaksi teorian niin sanotusta kosmisesta inflaatiosta. Inflaatiolla tarkoitetaan maailmankaikkeuden valoa nopeampaa laajenemista sekunnin biljoonasosasekunnin murto-osassa alkuräjähdyksen jälkeen.

Valoa nopeampi laajeneminen oli mahdollista varhaisessa maailmankaikkeudessa, ennen kuin Higgsin hiukkanen ja Higgsin kenttä antoivat aineelle massan.

Ilman teoriaa kosmisesta inflaatiosta teoria alkuräjähdyksestä syntyneestä maailmankaikkeudesta oli ristiriitainen. Yksi ongelmista on, että alueet eri puolilla näkyvää maailmankaikkeutta vaikuttavat hyvin samanlaisilta, vaikka alueet olisivat niin kaukana toisistaan, ettei niillä ole voinut olla valon nopeudella vuorovaikutusta keskenään.

 

Yhdysvaltalainen fyysikko Alan Guth kehitti kosmisen inflaation teorian vuonna 1981. Se ratkaisi alkuräjähdysteorian ongelmat, mutta mitään varsinaista tutkimusnäyttöä sen tueksi ei alkuun ollut.

Nyt avaruuden kosmisesta taustasäteilyn polarisaatiossa havaitut jäljet gravitaatioaalloista toivat tähän asti vahvimman todisteen inflaatiosta. Teoria saa lisävahvistusta, jos tutkijat saavat samoja tuloksia muilla teleskoopeilla.

Löytö voi tuoda fysiikan Nobel-palkinnon yhdysvaltalaistutkijoille gravitaatioaaltojen havaitsemisesta sekä Alan Guthille kosmisen inflaation teoriasta.

Lisäksi kosmologi Stephen Hawking voitti vedonlyönnissä. Hawking kertoi BBC:n radiohaastattelussa lyöneensä vetoa alkuräjähdystä välittömästi seuraavien gravitaatioaaltojen löytymisen puolesta kosmologi Neil Turokia vastaan.

Hawkingin mukaan gravitaatioaaltojen havaitseminen myös kumoaa Turokin teorian syklisestä universumista, joka kulkisi ikuisesti yhdestä alkuräjähdyksestä toiseen.