Tiedetöppäysjoulukalenteri: 15. Einsteinin suurin moka

Su, 12/15/2019 - 12:31 By Jari Mäkinen
Einstein näyttää kieltä

Albert Einstein oli eräs 1900-luvun suurimmista tiedemiehistä, mutta ei hänkään ollut erehtymätön. Niin sanottu kosmologinen vakio oli hänen suurin harha-ajatuksensa.

-

Kosmologinen vakio on kummajainen, jonka Einstein vuonna 1916 julkaisema Yleinen suhteellisuusteoria pitää sisällään. Kun suhteellisuusteoria johti eittämättä siihen tilanteeseen, että maailmankaikkeus romahtisi kasaan ainetiheytensä vuoksi, oli kätevin tapa "korjata" vika lisätä kaavoihin vakio, joka pitäisi maailmankaikkeuden staattisena. Se olisi ikäänkuin antipainovoimaa.

Sen tausta on kuitenkin ymmärrettävä, sillä 1900-luvun alussa kuvamme maailmankaikkeudesta oli hieman erilainen kuin nykyisin. Emme tietäneet kunnolla esimerkiksi etäisyyksiä selvästi Aurinkokunnan ulkopuolella oleviin kohteisiin, kuten galakseihin, emme tietäneet paljonko kaikenkaikkiaan on ainetta, ja koko käsitys siitä, millainen maailmankaikkeus on, oli epäselvä.

Tilanne oli kuitenkin muuttumassa jo Einsteihin pohtiessa suhteellisuuttaan.

Vesto Slipher havaitsi vuonna 1912 galaksien punasiirtymän, ja kun punasiirtymän tiedettiin syntyvän suhteellisesta nopeuserosta, ymmärrettiin galaksien etääntyvän meistä. Alexander Friedmann osoitti vuonna 1922 (Einsteinin kaavoilla!), että maailmankaikkeus laajenee. Vuonna 1927 Georges Lemaître ehdotti, että galaksien etäisyys on verrannollinen niiden etääntymisnopeuteen. Kaksi vuotta myöhemmin Edwin Hubble osoitti tämän todeksi havainnoillaan.

Kun kaikki viittasi siihen, että maailmankaikkeus laajenee, ei Einstein sätkinyt vastaan, vaan totesi kosmologisen vakion olevan "elämänsä suurimman virheen". 

Se ei kuitenkaan ollut sitä, sillä vuonna 1998 päädyttiin jo aiemmin olleisiin havaintoihin ja ajatuksiin perustuen siihen ajatukseen, että maailmankaikkeus ei olekaan vain laajenemassa, vaan laajeneminen vain nopeutuu ajan kuluessa. Mitä kauemmaksi tulevaisuuteen mennään, sitä nopeammin universumi laajenee.

Siis: jonkinlainen kosmologinen vakio onkin tarpeen, mutta juuri päinvastoin kuin Einstein aikanaan oletti. Sen tarkoitus ei ole pitää maailmankaikkeus vakiokokoisena, vaan kuvata sen kiihtyvää laajenemista.

Voisi siis sanoa, että Einsteinin suurin virhe oli olettaa kosmologisen vakion olleen virhe.

Einsteinin liitutaulu

Oxfordin yliopiston tieteenhistorian museossa on liitutaulu, jota Einstein käytti toukokuussa 1931 pitäessään Oxfordissa kolme kuuluisaa luentoa. Keskimmäinen niistä käsitteli kosmologiaa, ja vaikka kirjoitukset eivät ole aitoja, tuolta luennolta säilyneitä, on liitutaulu esillä museossa kosmologian esitelmän kaavat pintaansa kirjoitettuina. 

Esitelmässään Einstein käsitteli tuoreinta maailmankaikkeuden olemusta kuvaavaa malliaan, joka tunnettaan Friedmann-Einsteinin mallina. Siinä Einstein yhdistää omat suhteellisuusteorian pohjalta tulevat ajatuksensa vuonna 1922 Alexander Friedmannin esittämään teoriaan, missä maailmankaikkeus voi laajentua ja supistua ajan myötä. 

Taulussa on muutama jännä yksityiskohta.

Ensinnäkin Einstein piti esitelmänsä saksaksi, ja siksi toiseksi alimmalla rivillä oleva valovuosi on kirjoitettu kirjaimin LJ, eli Lichttjahr.

Toiseksi taulussa on virhe – siis taas yksi Einsteinin töppäys!

Neljännellä rivillä oleva D on Hubblen vakio (jolla kuvataan maailmankaikkeuden laajenemisvauhtia) jaettuna valon nopeudella. Sen neliön arvoksi Einstein merkitsee tässä 10−53 cm−2, vaikka sen olisi pitänyt olla 10−55 cm−2. Nähtävästi Einstein on erehtynyt muuttaessaan megaparsekeja senttimetreiksi, jolloin tuloksena on varsin suuri virhe.

Einstein korjasi sen myöhemmin, mutta se on jäänyt elämään mm. tässä liitutaulussa.

Kirjoitimme liitutaulusta Tiedetuubissa vuonna 2013.

Tiedetöppäysjoulukalenteri

Tiedetuubin joulukalenteri vuonna 2019 esittelee tieteellisiä töppäyksiä sekä erehdyksiä: tietoisia huijauksia, puhtaita vahinkoja ja myös varsin onnekkaiksi osoittautuneita epäonnistumisia. Ne auttavat myös ymmärtämään miten tiede toimii – ja että tutkijatkin ovat ihmisiä.

Kaikki avautuneet luukut ovat täällä.