Mustien aukkojen olemassaolo on jokseenkin kiistatonta, sillä niiden törmäyksissä syntyneitä gravitaatioaaltoja on onnistuttu havaitsemaan. Sähkömagneettiseen säteilyyn perustuvia suoria havaintoja ei silti ole vieläkään pystytty tekemään.

Siksi ei ole täyttä varmuutta, ovatko avaruuden mustat aukot "einsteinilaisia" vai jonkin vaihtoehtoisen gravitaatioteorian mukaisia olioita.

Mustaan aukkoon syöksyvän aineen fotoneista eli valohiukkasista osa pääsee karkuun, mistä on seurauksena, että musta aukko saa aikaan eräänlaisen "varjon", joka erottuu taustataivasta vasten. Varjon koko ja muoto riippuvat mustan aukon ominaisuuksista ja gravitaatioteoriasta, jonka mukaisia sen ominaisuudet ovat.

BlackHoleCam-projektin tutkijat pyrkivät selvittämään, miten mustien aukkojen todellinen luonne pystyttäisiin käytännössä tunnistamaan niiden heittämän varjon perusteella. He ovat mallintaneet Linnunradan keskuksessa sijaitsevaa supermassiivista mustaa aukkoa Sagittarius A* sekä suhteellisuusteorian että säieteorian mukaisilla laskelmilla.

Kuvan "Kerr"-versio on Einsteinin teorian ja "Dilaton" säieteorian mukaisen mustan aukon aiheuttama varjo. Vasemmanpuoleiset kuvat ovat perussimulaatioita, oikeanpuoleisissa on otettu huomioon havainto-olosuhteiden vaikutus syntyvään kuvaan.

Hätäpäissään professori ehätti viestittää siitä netin välityksellä kollegoilleen ja kehotti muitakin tarkkailemaan löytöään, kunnes hyvin pian huomasi itsekin bonganneensa taivaalta planeetta Marsin.

Sattuuhan näitä eikä kosmologian professorilta voi edellyttää tähtitaivaan yksityiskohtien tarkkaa tuntemusta, kun varsinaisena tutkimuskohteena on koko maailmankaikkeus. Tai pitäisi voida, mutta näemmä ei.

Tieteellisen tutkimuksen yksi keskeinen lähtökohta on kyseenalaistaminen, niin havaintojen kuin teorioidenkin. Joskus se vain innostuksen huumassa unohtuu. Ja siitä sitten seuraa näitä hassuja löytöjä, jo aiemmin tehtyjä keksintöjä ja tuulesta temmattuja väitteitä.

Hypoteesit on tietenkin paljon helpompi osoittaa vääriksi kuin oikeiksi, mutta vääriksi osoittautuneet hypoteesitkin viitoittavat usein tietä kohti sitä oikeaa tai ainakin parempaa teoriaa.

Kun Albert Einstein kehitti vähän yli 100 vuotta sitten yleisen suhteellisuusteorian, hän joutui lisäämään yhtälöihinsä niin sanotun kosmologisen vakion, hihasta vedetyn poistovoiman. Se piti staattiseksi mielletyn maailmankaikkeuden kasassa, sillä gravitaatio olisi muuten saanut kosmoksen luhistumaan kasaan.

1920-lopulla todettiin, että maailmankaikkeus ei olekaan staattinen, ikuisesti samanlaisena pysyvä, vaan se laajenee. Kosmologista vakiota ei enää tarvittu, koska maailmankaikkeuden luhistumisen esti sen jatkuva laajeneminen.

Einstein piti kosmologisen vakion lisäämistä "suurimpana munauksenaan" – mutta ei voinut tietenkään tietää, että tuli tehneeksi tuplamöhläyksen.

1990-luvun lopulla todettiin, että maailmankaikkeuden suhteen oltiin sittenkin oltu väärässä. Se kyllä laajenee, mutta ei vähitellen hidastuen, vaan kaiken aikaa kiihtyen. Jokin saa maailmankaikkeuden koon kasvamaan nopeammin ja nopeammin. Universumissa täytyy olla aiemmin tuntematon poistovoima, joka kumoaa gravitaation jarruttavan vaikutuksen.

Kosmologinen vakio is back! Vaikka sitä sanotaankin pimeäksi energiaksi. Albert Einstein erehtyi kahdesti.

Maailmankaikkeuden laajenemisesta ja muistakin ominaisuuksista on tehty kohta kolmenkymmenen vuoden ajan havaintoja Hubble-avaruusteleskoopilla, mutta läheltä piti, ettei kalliista kaukoputkesta tullut täysi susi.

Syynä kuuluisuuteen oli Albert Einstein, jonka tuore, ympäri maailman huomiota herättänyt suhteellisuusteoria laitettiin pimennyksen aikaan ensimmäiseen, kunnolliseen testiinsä. 

Testi oli yksinkertainen: mikäli suhteellisuusteorian painovoimaselitys toimisi, pitäisi hyvin läheltä Aurinkoa kulkevan, Maasta katsottuna Auringon suunnassa olevan tähden valon taipua hieman silloin, kun se ohittaa suuripainovoimaisen Auringon. Kun tähti näkyy hyvin lähellä Aurinkoa, sen sijainnin pitäisi siis muuttua taivaalla. Hyvin vähän, mutta kuitenkin.

Ongelmana tuonaikaisessa havaintotekniikassa oli kuitenkin se, että hyvin lähellä Aurinkoa olevia tähtiä ei voitu havaita, joten niiden näkemiseen ja valokuvaamiseen tarvittiin täydellinen auringonpimennys, jolloin kuu peittää kirkkaan Auringon. Silloin lähellä olevat tähdet pystyttäisiin näkemään.

Einstein ennusti tämän ilmiön vuonna 1915 ilmestyneessä yleisessä suhteellisuusteoriassaan.

Ensimmäinen sopiva auringonpimennys yleisen suhteellisuusteorian esittämisen jälkeen oli toukokuun 29. päivänä vuonna 1919. Sopiva tarkoittaa tässä sellaista, mitä havaitsemaan päästiin suhteellisen helposti Euroopasta, missä riehui Ensimmäinen maailmansota kesästä 1914 marraskuuhun 1918 saakka. Sota ymmärrettävästi haittasi hieman tieteellisten tutkimusretkikuntien tekemistä, etenkin kun kohteena oli saksalaisen fyysikon esittämä teoria.

Useat tutkimusryhmät lähtivätkin havaitsemaan pimennystä, ja kiinnostavimmat näistä olivat Brasiliassa ja Afrikan rannikolla olevalla Principen saarella. Näiden kahden ryhmän organisaattori oli Iso-Britannian kuninkaallisen tähtitieteellisen yhdistyksen Arthur Eddington, joka oli hyvin innostunut suhteellisuusteoriasta ja opetti sitä mm. Cambridgen yliopistossa (missä hän oli työssä).

Pimennyksen aikaan Aurinko oli kätevästi lähellä Hyadien tähtijoukkoa, Härän tähtikuvion "päätä", ja näin kuviin saatiin juuri sopivasti tähtiä.

Kuuluisin kuvista on tänään päivän kuvana, oikealla luonnollisena ja vasemmalla negatiivina, missä viirujen osoittamat tähdet näkyvät paremmin.

Tulokset osoittivat selvästi, että Aurinko taivuttaa tähden valoa lähellään, ja että Einstein oli oikeassa.

Tietoa levitettiin nopeasti ympäri maailman ja Einstein sai uutisen ystävänsä Konrad Lorenzin lähettämällä teleksillä (alla).

Lopullisesti uutinen vahvistettiin marraskuun 8. päivänä 1919 Lontoossa pidetyssä tilaisuudessa, missä havainnot virallisesti esiteltiin ja Newtonin painovoimateoria "korvattiin" 40-vuotiaan saksalaisneron suhteellisuusteorialla.

Kiinnostaako tietää, voittaisiko Alan Turing tappelussa Charles Darwinin? Tai voisiko Albert Einstein ehkä rökittää Stephen Hawkingin? Nyt asiaa on mahdollista testata. Ei tietenkään oikeasti, vaan viihdyttävän (ilmaisen) Science Kombat -retropelin muodossa.

Pelin on kehittänyt brasilialainen kuvittaja ja pelisuunnittelija Diego Sanches. Viime viikkoina hän on markkinoinut peliä levittämällä nettiin taistelijoiden erikoisliikkeiden animointeja. Pythagoras hyökkää suorakulmaisesti ja Isaac Newton tuikkaa vastustajaa prismalla silmään tai tiputtaa omenan tämän päähän. Valtaosa liikkeistä on mietitty ajatuksella, viitaten tutkijoiden kuuluisimpiin löytöihin. Poikkeuksena sääntöön on Marie Curie, ainoa naispuolinen peliin kelpuutettu tieteilijä. Vaikka radioaktiivisuutta toki onkin vaikea kuvata, tästä tekijälle siis isoa miinusta.

Mutta tänään siis juhlitaan yleistä suhteellisuusteoriaa, joka on nimensä mukaisesti alkuperäisen, suppean suhteellisuusteorian yleistys. Siinä missä ensimmäinen suhteellisuusteoria keskittyi siihen, että valon nopeus on suurin mahdollinen nopeus ja kaikki fysiikka toimii suhteessa siihen, on laajennetussa versiossa mukana myös painovoima.

Sitä varten Einstein kehitti koko joukon matemaattisia kaavoja, joiden takana on varsin monimutkainen ja kaunis, mutta hankalasti omaksuttava ajatusrakennelma. Onneksi kuitenkin pääperiaate on erittäin yksinkertainen, ja sitä selittää tämän päivän kuva.

Teoria voidaan kirjoittaa lyhyesti näin: "Aine vaikuttaa massallaan avaruuteen ja sanoo, miten sen tulee kaareutua. Avaruuden kaarevuus puolestaan kertoo aineelle, miten sen tulee liikkua."

Painovoima voidaan siis kuvata avaruuden geometriana, ja kaikki maailmankaikkeudessa paitsi vaikuttaa avaruuden kaarevuuteen, niin myös liikkuu sen mukaan. Myös siis valo noudattaa avaruuden kaarevuutta.

Eikä kyse ole mistään teoreettisesta pohdiskelusta, vaan esimerkiksi GPS-paikannus vaatii toimiakseen suhteellisuusteoriaa. Suhteellisuusteoria on aivan yhtä olennainen – ja yhtä helposti unohdettava – osa nykyaikaista elämänmenoa kuin ilma, jota hengitämme.

Mikäli asiaan haluaa paneutua hieman syvällisemmin, niin Helsingin yliopiston Kumpulan kampuksella merkkipäivää juhlistetaan kaikille avoimella luentotilaisuudella suhteellisuusteoriasta kello 14-16 Physicumin salissa D101. Ensin Syksy Räsänen puhuu yleisen suhteellisuusteorian sadan vuoden taipaleesta ja sitten Hannu Kurki-Suonio kertoo teorian historiallisista ja lähitulevaisuuden testeistä.

Tänään kannattaa myös lukaista Tiedetuubin vuoden takainen juttu Albert Einsteinin kodista suhteellisuusteorian kehittämisen aikaan.

Tähän loppuun vielä tiedepoliittinen huomio: nykyisin yliopistotutkimuskriteerein suhteellisuusteoriaa tuskin olisi koskaan keksitty...

Sata vuotta sitten Albert Einstein julkaisi yleisen suhteellisuusteoriansa, joka on kiistatta yksi 1900-luvun merkittävimmistä tieteellisistä saavutuksista.

Yksi teorian lukuisista ennusteista oli, että massiivinen kappale vääristää aika-avaruutta ja saa läheltä kulkevan valonsäteen muuttamaan hieman suuntaansa. 

Toukokuussa 1919 sattuneen täydellisen auringonpimennyksen aikana otettuja kuvia verrattiin samasta kohdasta otettuihin tähtikuviin ja kas: tähtien paikat näyttivät tosiaan siirtyneen Einsteinin ennustamalla tavalla.

Ilmiö on sitä voimakkaampi, mitä suurempi massa on kyseessä. Galaksit ja kokonaiset galaksijoukot saavat niiden lähettyviltä kulkevat valonsäteet taipumaan niin, että kauempana olevat kohteet vääristyvät kummallisiksi kuvajaisiksi.

Yksi hassuimmista on SDSS J103842.59+484917.7 noin 4,6 miljardin valovuoden etäisyydellä Ison karhun tähdistössä. Kun yhdistetään Hubble-avaruusteleskoopilla tehdyt näkyvän valon ja Chandra-avaruusteleskoopin röntgenalueen havainnot, saadaan näkyviin ilmiselvä Irvikissa, Liisan seikkailut ihmemaassa -klassikon ajoittain katoavainen kissa, josta toisinaan näkyy vain leveä hymy.

Kirja ilmestymisestä on kulunut nyt 150 vuotta, joten se kytkeytyy kosmisen kissahahmon kautta osuvasti Einsteinin juhlavuoteen. Liisan seikkailuista kirjoitti Lewis Carroll, joka oli oikealta nimeltään Charles Dodgson ja sattumoisin matemaatikko.

Galaksijoukon kaksi jättiläisgalaksia muodostavat kissan silmät ja kolmas galaksi kirsun. Galaksien ympärillä oleva tavallinen ja pimeä aine saavat aikaan gravitaatiolinssin, joka vääristää neljä etäämpänä olevaa galaksia sopivasti sijoittuneiksi kaariksi. 

Kuten tiedetään, maailmankuulu fyysikko Albert Einstein ei erikoisemmin pitänyt arkisista asioista. Silloin kun hän ei pohtinut fysiikkaa, hän todennäköisesti soitti viulua tai kävi purjehtimassa.

Tunnetuin asia hänen omalaatuisessa, tylsiä arkiaskareita välttäneessä habituksessaan olivat hänen hiuksensa.  Hän ei pahemmin käyttänyt kampaa eikä hoitanut hiuksiaan juuri muutenkaan. 

Tämä sai amerikkalaisen, kuusivuotiaan Ann-tytön reagoimaan vuonna 1951 ja lähettämään tuolloin Princetonissa asuneelle tutkijalle kirjeen. Ohessa olevassa kirjeessä hän toteaa, nähneensä Einsteinin kuvan ja että hänen pitäisi käydä parturissa. "Näyttäisitte siten paremmalta", sanoo Ann kirjeessään.

Kirje on esillä Israelissa, Jerusalemissa olevassa Heprealaisessa yliopistossa, jonka eräs perustajista Einstein oli. Parhaillaan esillä olevassa Einsteinin hiuksista kertovassa mininäyttelyssä on myös koko joukko kirjeitä yrittäjiltä ja kauppailta, jotka olisivat halunneet nimetä hiushoitotuotteensa Einsteinin mukaan.

Toinen konkreettinen merkki Einsteinin omalaatuisuudesta oli se, että hän ei käyttänyt käytännössä koskaan sukkia. Kotonaan hän oli paljain jaloin ja muualla hän käytti kenkiä, mutta niitäkin ilman sukkia. "Miksi ihmeessä käyttää molempia?", kerrotaan fyysikon kysyneen.

Kenties seuraava yliopiston näyttely kertoo sukista...tai siis sukattomuudesta!

Albert Einstein muutti nuorena varsin usein. Hän syntyi Ulmissa, Saksassa, varttui Münchenissä, ja opiskeli Sveitsissä, Zürichissä. Hän suoritti siellä diplomityönsä vuonna 1900, jolloin hän seurusteli jo opiskelutoverinsa Mileva Marićin kanssa.

Albert oli keskinkertainen opiskelija, mutta oli kiinnostunut tietellisestä tutkimuksesta. Hänen ensimmäinen julkaistu artikkelinsa julkaistiin keväällä 1901, ja se käsitteli kapillaari-ilmiötä. Artikkeli toi hänelle nimeä, mutta ei niin paljoa, että kukaan olisi palkannut hänet mihinkään yliopistoon. Niinpä hän joutui työskentelemään opettajana.

Vuonna 1902 hän kuitenkin sai paikan Bernissä sijaitsevassa Sveitsin patenttitoimistossa, ja vaikka työ elektromagneettisten laitteiden patenttihakemusten 3. luokan käsittelijänä ei ollutkaan mikään unelma-ammatti, hän muutti ja aloitti työt.