Tomi Hyvönen ‒ Gravitaatio on maailmankaikkeutta ylläpitävä voima. Se pitää tähdet kasassa, planeetat kiertoradoilla ja galaksit koossa. Koko maailmankaikkeuden kohtalo on gravitaation hallitsema. Merkittävyydestään huolimatta gravitaation salaisuudet ovat edelleen hämärän peitossa. Miksi se on niin paljon heikompi kuin muut luonnon perusvuorovaikutukset?
Antiikin aikoina ajateltiin, että aineet kulkevat niille luonteenomaisille paikoilleen elementtien mukaisesti. Maaelementtiä olevat kappaleet tippuvat kohti maata. Keskiajalla Kuun liikkeitä ihmeteltäessä pohdittiin ajatusta, että kenties Kuun takana pienet enkelit räpyttelevät siipiään työntäen sitä edellään.
Ei löydetty enkeleitä, joten piti kehitellä parempia selityksiä. Englannissa 1660-luvulla alkemistin harrastaja Isaac Newton istuskeli, ainakin legendan mukaan, omenapuun alla Kuun liikettä tarkkaillen. Hän ajatteli, että omena ja Kuu tippuvat Maata kohti saman luonnonlain vaikutuksesta. Tästä innoittuneena hän kehitti gravitaatiolain, jossa kappaleet vetävät toisiaan puoleensa voiman riippuen massojen ja etäisyyden suhteesta.
Newtonin gravitaatiolaki on vuosisatojen aikana osoittautunut erittäin käyttökelpoiseksi. Sen avulla pyöritellään arjen askareita, lennetään Kuuhun, lasketaan planeettojen ratoja ja paljon muuta. Newton ajatteli gravitaation kappaleiden välisenä voimana. Vaikka Newtonin gravitaatio kuvasi kappaleiden liikkeitä hyvin tarkasti, oli siinä puutteita. Laki ei kertonut, miten voima välittyy kaukana olevien kappaleiden välillä.
Havaintojen tarkentuessa huomattiin, että Aurinkoa lähin planeetta Merkurius ei noudatakaan täsmälleen Newtonin lain mukaista rataa. Tarvittiin Newtonin lakia täydentävä gravitaatioteoria. Tämän tarjosi 1915 Albert Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria. Se korjasi Newtonin teorian puutteita mm. selittämällä Merkuriuksen radan havaittu poikkeama, ennusti valon taipumisen tähden lähellä ja kuvasi laajenevan maailmankaikkeuden ominaisuuksia.
Yleinen suhteellisuusteoria ei kuvannut gravitaatiota voimana, vaan avaruuden kaareutumisena. Massa kaareuttaa aika-avaruutta ja kappale liikkuu suoraviivaisesti kaarevassa avaruudessa. Hyvin pian teorian julkaisun jälkeen yhtenä ratkaisuna saatiin, miten pallosymmetrinen pyörimätön kappale kaareuttaa aika-avaruutta ympärillään. Myöhemmin 1960-luvulla tällainen kohde tultiin tuntemaan nimellä pyörimätön musta aukko.
Tässä kirjoituksessa verrataan Newtonin gravitaatiolain ja yleisen suhteellisuusteorian mukaisia ratoja kappaleen kiertoradoille. Katsotaan, miten ja missä tapauksissa suhteellisuusteorian antamat tulokset eroavat Newtonin gravitaatiolaista.
Voit lukea artikkelin loppuosan tästä linkistä (pdf)!
Ei kommentteja:
Lähetä kommentti
Jokainen kommentti, mielipide tai kysymys tarkistetaan ennen julkaisemista. Toimitus päättää kommenttien julkaisemisesta tai mahdollisesta hylkäämisestä!