Valokaan ei välty painovoimalta

Miten on mahdollista, että painovoima saa kaukaisista tähdistä peräisin olevan valon taipumaan, jos valohiukkaset ovat massattomia kuten sanotaan?

tiistai 1. syyskuuta 2009

Äkkiseltään voi tuntua siltä, että kysymyksessä on luonnonlakien vastainen ilmiö. Valohiukkanen eli fotoni, josta käytetään myös nimitystä valokvantti, on sähkömagneettisen vuorovaikutuksen välittäjähiukkanen, jolla ei ole lepomassaa eikä sähkövarausta. Silti tähtitieteellisten havaintojen mukaan esimerkiksi Auringon painovoimavaikutus näkyy muista tähdistä tulevan valon kulussa. Samaiseen ilmiöön perustuu tähtitie-teilijöiden käyttämä gravitaatiolinssi. Sillä tarkoitetaan jotain avaruudessa sijaitsevaa kappaletta, joka painovoimallaan taittaa sitä kauempana olevasta tarkastelukohteesta saapuvaa valoa ja suurentaa kohteen moninkertaiseksi. Varsinainen tutkimuskohde voi olla vaikkapa kvasaari, gravitaatiolinssi taas suuri galaksi. Albert Einstein ennusti ilmiön ja sen sovellusmahdollisuudet suhteellisuusteoriassaan. Sen mukaan kappaleen, esimerkiksi Auringon, painovoima voi muuttaa avaruutta. Kyse on niin sanotun aika-avaruuden kaareutumisesta ja valonsäteiden taipumisesta massiivisen kappaleen ympärillä. Ilmiötä voidaan havainnollistaa ajatusleikillä, jossa Aurinko kuvitellaan avaruutta kuvaavan kumikalvon päälle. Massallaan Aurinko painaa kalvon altaan kuopalle. Kun Maata lähestyy kaukaisesta tähdestä tuleva valonsäde, se ohittaa Auringon kuopan kautta, mikä havaitaan Maassa valon taipumisena. Taipuminen on sitä voimakkaampaa, mitä lähempää valo Auringon ohittaa. Valo noudattaa tällöinkin luonnonlakeja: se kulkee lyhintä tietä. Litteässä avaruudessa se olisi suora, kun taas kaarevassa avaruudessa se olisi niin sanottu geodeettinen viiva eli käyrä, jolla tarkoitetaan lyhintä pallon pintaa pitkin kulkevaa tietä kahden pisteen välillä. Fotonilla ei ole lepomassaa, mutta sillä on Einsteinin teorian mukainen relativistinen massa, joka riippuu fotonin liike-energiasta. Kaavan E=mc² mukaan massa on energiaa.

Lue tästä

Ehkä sinua kiinnostaa...

TILAA TIETEEN KUVALEHDEN UUTISKIRJE

Voit ladata ilmaisen erikoisnumeron, Uskomattomat aivot, heti, kun olet tilannut uutiskirjeen.

Etkö löytänyt, mitä etsit? Tee haku tästä: