Aukkojen säteily

-Meidän on hyvä lukea yksityisesti alan tietäjää,
ei lisäoppi ojaan vie.

Maailman pimein juttu 03.10.2005.

Teksti: Esko Valtaoja.

Maailmankaikkeudessa on silmin tai tutkimuslaittein havaittavaa
ainetta yhtä vähän kuin oluessa alkoholia, kaikki loput 95 prosenttia
on tuntematonta pimeää ainetta.Vielä sitäkin oudompaa on pimeä energia,
joka on kirjaimellisesti ei mitään! Se on tyhjiön energiaa, joka ajaa kosmosta
laajenemaan ja hajottaa sen aikanaan. Pimeä energia puhaltaa galaksit ja
tähdet erilleen kuin syysmyrsky lehdet ja hävittää kaiken aineen omaan mitättömyyteensä.
Tämä ei käy järkeen – mutta pitäisikö käydä?
Tähtiprofessori Esko Valtaoja käy käsiksi maailmankaikkeuden pimeyteen ja arvelee törmäävänsä tieteen rajoihin.

Julkaistu Tiede-lehdessä 7/2005

Toinen maailma. Syvempi, aidompi maailma, jonka näemme kuin kuvastimessa, arvoituksen tavoin, ja josta omamme ilmiöineen ja tapahtumineen, koko maailmanhistorioineen, on vain kalpea häivähdys. Antiikin mysteeriuskonnoista new age -kultteihin, Platonin luolavertauksesta Dan Brownin Da Vinci -koodiin – aina olemme ajatelleet, että tässä ei voi olla kaikki, että näkemämme alla piilee näkymätön todellisuus.

Kuinka kummallista, että niin näyttää todellakin olevan! Näkyvä maailmankaikkeus on vain mitätön ripaus todellisuudesta – mutta todellisuuskaan ei osoittautunut aivan sellaiseksi kuin olimme kuvitelleet.

Kosmoksessa on ainetta saman verran kuin keskikaljassa alkoholia, viitisen prosenttia. Siitäkin vain merkityksetön kymmenesosa on galakseja, tähtiä, planeettoja, kallioita, lehteviä puita ja tiedelehden lukijoita, kaikkea sitä, minkä näemme silmätessämme ympärillemme tai katsellessamme yötaivasta. Kaikkea sitä, mitä luulimme koko maailmaksi ja minkä rakennetta, syntyä ja kehitystä olemme vuosisadasta toiseen yrittäneet saada selville.

Kymmenen kertaa enemmän on ohutta kaasua, joka ei ole koskaan tiivistynyt tähdiksi ja jonka olemassaolosta varmistuimme vasta viime vuosikymmenellä. Kaikki muu, 95 prosenttia, on silmiltämme ja kaukoputkiltamme salattua pimeää ainetta tai vieläkin oudompaa pimeää energiaa.

Miksi? Miksi meillä ei tunnu olevan osaa eikä arpaa maailmassa, joka kaikessa pimeässä voimassaan näyttää vielä olevan meitä vastaan eikä meidän puolellamme? Emme tiedä. Maailmankaikkeus on, kaiken kaikkiaan, ymmärryksellemme sangen pimeä juttu.

Gravitaatio paljastaa pimeän aineen

Pimeäksi aineeksi nimetty kummajainen ei ole arjen pimeyttä eikä ainetta, sellaista kuin valottomassa huoneessa nukkuva musta kissa. Valot sytyttämällä mirrin kyllä näkee, tai sitten siihen kompastuu sähkökatkaisinta hapuillessaan. Sähkömagneettinen voima ja atomeja ja molekyylejä koossa pitävä vahva ydinvoima ovat ilmoittaneet, että tässä on ainetta, protoneja, neutroneja ja elektroneja. Mutta jos kissa olisi aitoa pimeää ainetta, emme näkisi emmekä tuntisi sitä.

Vain huolellinen mittaus voi osoittaa, että huoneessa on jotain. Otetaan luotilanka ja riiputetaan sitä. Kissan massa poikkeuttaa lankaa hitusen sivuun Maan keskipisteeseen osoittavalta janalta. Luonnon perusvoimista kolmas, gravitaatio, paljastaa kissan olemassaolon.

Tähtitieteilijät huomasivat maailmankaikkeuden pimeän massan olemassaolon hieman samalla tavalla jo 1930-luvulla. Suurten galaksijoukkojen yksittäiset linnunradat liikkuivat avaruudessa aivan liian nopeasti. Jokin paljon vahvempi kuin vain toisten galaksien massan vetovoima kieputti niitä, jokin, mikä ei säteillyt valoa. Pimeä aine oli paljastanut itsensä.

Myös oman Linnunratamme tähdet liikkuvat liian nopeasti. Vuosikymmenien uurastuksen jälkeen tähtitieteilijät ovat nyt varmoja siitä, että galaksimme ja koko kosmoksen täyttävä pimeä aine ei voi olla tavallista ainetta; sen täytyy koostua meille vielä tuntemattomista massiivisista alkeishiukkasista, jotka eivät taskulampuista tai potkuista piittaa. Gravitaation lisäksi niihin vaikuttaa vain luonnon neljäs perusvoima, heikko vuorovaikutus.

Jos pimeää ainetta on paljon enemmän kuin näkyvää, voisiko huoneemme keskellä juuri nyt olla Hangon kissa, josta ei näy edes virnistystä? Elämmekö keskellä haamumaailmaa? Todennäköisesti emme sentään. Maailmankaikkeus on niin harva, että koko maapallon kokoisessa tilassa on keskimäärin vain hiekanjyvän verran pimeää ainetta, jos se on suhteellisen tasaisesti jakaantuneena avaruuteen. Ja paikalliset haamuplaneetat olisimme kyllä jo havainneet.

Mutta entäpä muualla? Tämän vuoden alussa tähtitieteilijät löysivät ensimmäisen pimeän aineen galaksin, tyystin valottoman.Voisiko pimeä aine tiivistyä myös tähdiksi, planeetoiksi, kenties jopa eläviksi olennoiksi? Tunnetut vuorovaikutukset eivät tosin pysty liittämään pimeän aineen hiukkasia toisiinsa yhtä lujasti kuin oman ruumiimme atomeja. Mutta koska emme edes tiedä, mitä ne hiukkaset ovat, ehkä lisää yllätyksiä on vielä luvassa.

Pimeä energia kiihdyttää kosmosta

Jos pimeä aine kummastuttaa, niin pimeään energiaan verrattuna se tuntuu suorastaan arkipäiväiseltä. Pimeä aine on sentään ainetta, joskin meille vielä tuntemattomista hiukkasista koostuvaa ja huonotapaisesti käyttäytyvää. Pimeä energia taas on kirjaimellisesti ei mitään – kosmologista vakiota.

Kosmologisen vakion ymmärtämiseksi kannattaa palata hetkeksi koulunpenkille, fysiikan kokeeseen. (Älä lopeta lukemista tähän; takaan, että et reputa.) Laskutehtävä: Auto kiihdyttää kymmenen sekunnin ajan kiihtyvyydellä 1 m/s2. Mikä on auton loppunopeus? Jos vastaat, että ei niin hajuakaan, niin onneksi olkoon – vastaus on oikein! Loppunopeus ei riipu vain ajasta ja kiihtyvyydestä, vaan myös siitä, mikä on auton alkunopeus, ja sitä ei kerrottu. Tieteen kielellä sanottuna kyseessä on alkuehto, integroimisvakio, jollaisen voi aina lisätä kaavoihin ja jonka arvo voi periaatteessa olla mikä tahansa.

Kun Albert Einstein 1917 sai muotoilluksi maailmankaikkeuden liikkeen yhtälöt, hän huomasi kauhukseen, että niiden mukaan kosmos on koko ajan joko laajenemassa tai supistumassa. Ymmärrämme nyt, että niin täytyy ollakin. Maailmankaikkeus on kuin ilmaan heitetty kivi, joka nousee ylöspäin tai putoaa alaspäin; se ei jää leijumaan paikalleen. Mutta Einstein uskoi maailmankaikkeuden olevan ikuinen ja muuttumaton ja muutti siksi yhtälöidensä integroimisvakion nollasta poikkeavaksi. Sopivalla arvolla universumi jäi nyt leijumaan paikoilleen.

Koska suhteellisuusteoria ei kerro meille integroimisvakion arvoa, temppu oli kyllä matemaattisesti sallittu mutta vähän sopupeliltä haiskahtava. Sopivalla alkunopeuden valinnalla auton loppuvauhdiksi saa mitä tahansa, ja sopivalla kosmologisen vakion valinnalla maailmankaikkeuden saa tekemään mitä tahansa. Kun Einstein kaksitoista vuotta myöhemmin kuuli, että maailmankaikkeus laajenee, hän hivenen häpeissään mutta huomattavasti helpottuneena kumitti vakionsa pois yhtälöistä. Ne näyttivät nyt paljon kauniimmilta.

Heität kiven ilmaan. Se nousee ylöspäin yhä hitaammin, ja kohta sen pitäisi alkaa pudota. Mutta mitä ihmettä? Yhtäkkiä kivi alkaakin kiihdyttää ja katoaa kohta taivaan sineen. Jonkun peijoonin on täytynyt kiinnittää sen kylkeen rakettimoottori.

Maailmankaikkeuden rakettimoottorin löysi yllättäen kaksi tutkimusryhmää vuonna 1998. Kaukaisista supernovista tehdyt havainnot osoittivat, että maailmankaikkeuden laajeneminen oli ensin kiltisti hidastunut ensimmäisinä vuosimiljardeina mutta sitten vauhti oli alkanut jälleen kasvaa. Alkuräjähdyksen sinkoamisvoiman ja laajenemista hidastavan kosmoksen oman vetovoiman lisäksi peliin oli astunut jokin kolmaskin voima. Se saattoi olla vain pahamaineinen kosmologinen vakio, joka kaikkien kauhuksi oli ryöminyt ulos Einsteinin roskakorista.

Pimeä energia on tyhjiön energiaa

Kouluesimerkissä integroimisvakio kertoi auton alkunopeuden. Mitä kosmologinen vakio kertoo? Einsteinin yhtälöiden tarkastelu osoittaa, että sen täytyy kertoa meille, kuinka paljon tyhjässä avaruudessa on energiaa.

Kuinka tyhjässä voi olla mitään? Aivan helposti, muutenkin arkijärkeen käymätön kvanttifysiikka sanoo. Pienenä ongelmana on vain se, että tyhjiössä pitäisi piillä energiaa noin 10120 kertaa enemmän kuin tähtitieteilijät ovat nyt löytäneet. Jos kvanttifysiikan ennuste pitäisi paikkansa, jo hiekanjyvän kokoinen pala tyhjää avaruutta olisi riittänyt räjäyttämään koko näkyvän maailmankaikkeuden huitsin nevadaan.

Tyhjiöenergiaan liittyy pari muutakin järkeenkäymättömyyttä. Ensiksikin, koska se on vakio – niin ja niin paljon kuutiometriä kohden – maailmankaikkeuden laajentuessa myös tyhjiöenergian määrä kasvaa. Muutama miljardi vuotta sitten se oli kasvanut kyllin suureksi voittaakseen niin valoisan kuin pimeänkin aineen vetovoiman, otti ohjat käsiinsä ja alkoi kiihdyttää laajenemista.

Kiihdyttää? Aivan, sillä tyhjiöenergialla on suuri negatiivinen paine. Kaikella tavallisella aineella ja energialla on positiivinen paine. Jos paperipussiin puhaltaa lisää ilmaa, se pullistuu. Jos sinne puhaltaa lisää tyhjiöenergiaa, se kutistuu. Tyhjiön negatiivista painetta emme huomaa, koska se on kaikkialla sama, mutta suhteellisuusteorian mukaan negatiivinen paine synnyttää myös negatiivista gravitaatiota. Siksi tyhjiöenergia työntää pois kaikkea muuta ainetta. Jos tätä energiaa voisi jotenkin tiivistää tai purkittaa, voisimme rakentaa satujen lentävän taikamaton tai tieteiskirjojen antigravitaatiomoottorin.

Maailmankaikkeus pakenee omaa itseään, oman avaruutensa luotaantyöntävää painovoimaa. Laajenevassa kosmoksessa aineen keskitiheys pienenee mutta tyhjiön energiatiheys pysyy vakiona. Aine katoaa omaan mitättömyyteensä. Parinkymmenen miljardin vuoden kuluttua sitä on enää promillen murto-osa kaikesta. Tyhjiön energia hajottaa maailmankaikkeuden, puhaltaa sen galaksit ja tähdet erilleen kuin kuolleet lehdet syysmyrskyssä.

Ulottuvuuksia oltava enemmän kuin neljä

Pimeä aine, vielä pimeämpi energia. Mistä voisimme saada edes vähän valoa tähän pimeyteen? Kenties musiikki auttaa.

Kamariorkesteri soittaa Beethovenin viulukonserttoa. Mikä loppumaton harmonia, monimutkaisuus, kauneus ja yllätyksellisyys – ja kuitenkin kaiken synnyttää vain pieni joukko jännitettyjä kieliä, jotka värähtelevät! Nykyisin suuressa huudossa olevat säieteoriat yrittävät samantapaista: koko maailma hiukkasineen, voimineen ja vuorovaikutuksineen syntyy hyvin pienten jännitteisten säikeiden värähtelystä.

Säieteoria yhdistää kvanttifysiikan ja suhteellisuusteorian. Se ennustaa tieteelle toistaiseksi tuntemattomia supersymmetrisiksi kutsuttuja hiukkasia, joista pimeä aine voisi koostua. Säieteoria selittää, miksi tyhjiöenergia on sen kokoinen kuin se on. Teoria on niin kaunis, että sen täytyy olla totta, teoreetikot sanovat; siitä löytyy selitys kaikkeen, pienimmästä suurimpaan, kvarkkien massoista maailmankaikkeuden syntyyn.

Tutkijat eivät kuitenkaan vielä osaa muotoilla säieteorian yhtälöitä eivätkä ole saaneet aikaan ensimmäistäkään varmaa selitystä tai ennustusta. Tai kenties totta onkin säieteorian lapsi, M-teoria, joka on niin paljon vaikeampi, että kukaan ei edes tiedä, millainen teoria se oikeastaan on. Musiikki kuullaan, mutta kukaan ei tiedä, minkälaiset soittimet sen saavat aikaan.

Jotta värähtelystä syntyisivät maailmankaikkeuden hiukkaset, säikeiden täytyy soida yhdessätoista ulottuvuudessa. Neliulotteisella aika-avaruudellamme voi olla vain kolme eri muotoa, mutta säieteorian esiin manaamilla Calabin–Yaun avaruuksilla muotoja on lukemattomia. Yksi niistä tuottaa oman maailmankaikkeutemme musiikin, säieteoreetikot lupaavat, mutta mikä? Havaintojensa keskellä elävä tähtitieteilijä pudistaa huokaisten päätään ja tuijottaa synkkänä mittaustuloksia pimeästä aineesta ja energiasta.

Mitä ihmettä Jumala oikein ajatteli?

Pimeyttä tutkitaan kaikin mahdollisin keinoin, ja ehkä piankin tiedämme, koostuuko pimeä aine todella supersymmetrisistä hiukkasista ja onko kosminen poistovoima tyhjiön energiaa. Mutta sellaiset vastaukset eivät vielä riitä. Kosmoksen pimeän puolen tutkiminen vie meidät väkisinkin sen kysymyksen äärelle, johon tiede aina väittää olevansa haluton ja kykenemätön vastaamaan: miksi?

Tehdäänpä ajatuskoe. Jumala on olemassa, ja koko maailmankaikkeus on hänen luomansa. Alussa oli Sana, ja Sana asetti kaiken sen, minkä mukaan kosmos syntyi ja kehittyi: luonnonlait, aineet ja energiat, paikat ja ulottuvuudet. Luoja teki maailmankaikkeuden, joka tulisi toimeen omillaan, vailla jatkuvaa remppaa, ja johon aikanaan ilmestyisi elämää.

Näin ajatellen moni aluksi hämmästyttävältä tuntuva seikka on ymmärrettävissä. Miksi esimerkiksi niin valtava avaruus, eikö vähempikin olisi riittänyt? Ei näillä pelisäännöillä, koska evoluutio on hidas prosessi ja vain miljardien vuosien ikäisessä suuressa maailmankaikkeudessa ehtii kehittyä eläviä olentoja.

Mutta mikä on pimeän energian tarkoitus? Alussa tyhjiöenergiaa oli niin vähän, ettei se voinut vaikuttaa mihinkään: kosmos ja elämä eivät tarvinneet sitä syntyäkseen ja kehittyäkseen. Pimeä energia ei tee mitään hyödyllistä, vain varmistaa sen, että ajan mittaan elämä käy mahdottomaksi. Millainen Jumala päästää lopulta irti kuoleman enkelin Azraelin tuhoamaan kaiken elävän, vailla uuden syntymän mahdollisuutta?

Vai pohdimmeko sellaista, mihin ymmärryksemme ei voi yltää? Kenties kaikella, pimeällä energiallakin, on tarkoituksensa. Myrskyn keskeltä Raamatun Jumala osoitti Jobin ymmärryksen rajat: "Missä sinä olit silloin kun minä laskin maan perustukset? Tunnetko sinä tien valon kotipaikalle? Tunnetko paikan, jossa pimeys asuu? Sinäkö tunnet taivaan säännöt?"

"Missä sinä olit silloin, kun minä laskin Calabin–Yaun avaruuden topologian?" voisi Luoja kenties jylistä nykypäivän säieteoreetikolle.

Pimeä energia on kauneusvirhe

Samankaltaiset pohdiskelut ovat mahdollisia myös ilman kor-keampia voimia. Maailman syvimmän olemuksen ymmärtämisessä keskeiseksi ohjenuoraksi on osoittautunut kauneus. Luonto on selkeä, yksinkertainen ja symmetrinen, vailla kauneusryppyjä. Kerran toisensa jälkeen olemme huomanneet, että matemaattisista kaavoista kauneimmat ja sopusuhtaisimmat kuvaavat parhaiten todellisuutta.

Esimerkiksi suhteellisuusteoria voi tuntua käsittämättömän monimutkaisuuden huipulta, mutta syy piilee yksinkertaisissa aivoissamme, ei monimutkaisessa luonnossa. Aika ja avaruus ovat niin yksinkertaisia kuin vain voivat olla, ja laki on kaikille sama – siinä kaikki, mitä Einstein tarvitsi teoriansa pohjaksi. Mikä voi olla sen selkeämpää, sen kauniimpaa?

Pimeä energia on kosminen näärännäppy, väkisin yhtälöihin ympätty lisäys. Miksi ihmeessä? Ja kun nyt vauhtiin päästiin, niin miksi kaikki hiukkaset on supersymmetrian mukaan pitänyt tehdä kuuteen kertaan, kun yksikin hiukkasperhe olisi mainiosti riittänyt luomaan koko näkyvän maailman ja elämän eikä muista ole kuin tarpeettomaksi pimeäksi aineeksi? Onko taustalla dementoitunut Jumala, joka ei muista edellisen luomispäivän puuhiaan, vai jokin niin syvä ja kaunis superhypersymmetrinen periaate, että emme lainkaan tajua sitä eivätkä aivomme riitä ymmärtämään sen matematiikkaa?

Palapeli vai fraktaali?

Tehdäänpä toinen ajatuskoe. Pöydällä lojuu pahvinpala, täynnä värikkäitä täpliä ja mutkikkaita kuvioita, joista ei ainakaan ensi näkemältä löydä mitään järjestystä. Suurin osa palasta näyttää olevan pelkkää mustaa. Se on oma universumimme, kaikki, mitä pystymme tutkimaan. Voimmeko koskaan ymmärtää sitä täysin?

Emme, koska pahvinpala on osa suurta palapeliä, jonka toisia osia emme saa käsiimme. Me vain satumme olemaan juuri tällä palasella, jonka ominaisuudet ovat meidän kannaltamme selittämättömiä. Täällä nyt vain sattuu olemaan enemmän pimeää energiaa kuin naapurissa. Meitä loputtomiin askarruttava suuri musta väriläikkä on osa Taistelevat metsot -palapelin linnun siipeä, mutta sitä emme koskaan saa selville.

Säieteorioiden erilaisia yksitoistaulotteisia avaruuksia voi olla jopa 10500. Kenties jokainen niistä vastaa yhtä maailmankaikkeutta, joukossa omamme. Suuri palapeli, todellakin: edes palojen luettelo ei mahtuisi omaan kosmokseemme.

Onko maailmankaikkeus kuin palapeli, osa niin paljon suurempaa suunnitelmaa tai sattumaa, että ymmärryksemme ja tieteemme raja tulee lopulta vastaan? Jumalan salattu suunnitelma, antrooppinen periaate, multiversumi, luvuttomat dimensiot: asiat vain ovat niin kuin ne ovat omassa kosmoksessamme, jossain muualla on toisin. Voisiko siinä olla syy siihen, miksi pimeä energia omasta pikku perspektiivistämme vaikuttaa niin turhalta ja tarpeettomalta – niin rumalta? Maailmamme ei ole kaunein mahdollinen.

Mutta kenties pöydällä ei olekaan palapelin osa vaan monimutkainen fraktaali, yhden ainoan yhtälön aikaansaama loputtoman monimutkainen ja yllätyksellinen kuvio. Kaiken Teoria on silloin olemassa, lopullinen selitys sille, miksi maailmankaikkeutemme on sellainen kuin se on, ja me voimme saada sen selville. Miksi? me kysymme, ja eräänä päivänä tiede vastaa meille: siksi. Tämä on se ainoa loogisesti mahdollinen Calabin–Yaun avaruus, tämä on maailmankaikkeudelle ainoa tapa olla olemassa, valoineen ja varjoineen.

Palapeli vai fraktaali, emme tiedä. On kuin seisoisimme myrskyisenä yönä pimeällä rannalla. Näemme vain aallonharjojen vaahdon, emme itse merta emmekä myrskyä, jonka tumma energia piiskaa kaiken liikkeeseen. Pimeä juttu, kaiken kaikkiaan.



Esko Valtaoja on Turun yliopiston avaruustähtitieteen professori.

© Sanoma Magazines Finland 2004. Materiaalin kopioiminen muuhun kuin yksityiseen,
ei-kaupalliseen käyttöön kielletty. Palaute sivuista: [email protected]

G.G.G. kirjoitti:

-Meidän on hyvä lukea yksityisesti alan tietäjää,
ei lisäoppi ojaan vie.

Maailman pimein juttu 03.10.2005.

Teksti: Esko Valtaoja.

Maailmankaikkeudessa on silmin tai tutkimuslaittein havaittavaa
ainetta yhtä vähän kuin oluessa alkoholia, kaikki loput 95 prosenttia
on tuntematonta pimeää ainetta.Vielä sitäkin oudompaa on pimeä energia,
joka on kirjaimellisesti ei mitään! Se on tyhjiön energiaa, joka ajaa kosmosta
laajenemaan ja hajottaa sen aikanaan. Pimeä energia puhaltaa galaksit ja
tähdet erilleen kuin syysmyrsky lehdet ja hävittää kaiken aineen omaan mitättömyyteensä.
Tämä ei käy järkeen – mutta pitäisikö käydä?
Tähtiprofessori Esko Valtaoja käy käsiksi maailmankaikkeuden pimeyteen ja arvelee törmäävänsä tieteen rajoihin.

Julkaistu Tiede-lehdessä 7/2005

Toinen maailma. Syvempi, aidompi maailma, jonka näemme kuin kuvastimessa, arvoituksen tavoin, ja josta omamme ilmiöineen ja tapahtumineen, koko maailmanhistorioineen, on vain kalpea häivähdys. Antiikin mysteeriuskonnoista new age -kultteihin, Platonin luolavertauksesta Dan Brownin Da Vinci -koodiin – aina olemme ajatelleet, että tässä ei voi olla kaikki, että näkemämme alla piilee näkymätön todellisuus.

Kuinka kummallista, että niin näyttää todellakin olevan! Näkyvä maailmankaikkeus on vain mitätön ripaus todellisuudesta – mutta todellisuuskaan ei osoittautunut aivan sellaiseksi kuin olimme kuvitelleet.

Kosmoksessa on ainetta saman verran kuin keskikaljassa alkoholia, viitisen prosenttia. Siitäkin vain merkityksetön kymmenesosa on galakseja, tähtiä, planeettoja, kallioita, lehteviä puita ja tiedelehden lukijoita, kaikkea sitä, minkä näemme silmätessämme ympärillemme tai katsellessamme yötaivasta. Kaikkea sitä, mitä luulimme koko maailmaksi ja minkä rakennetta, syntyä ja kehitystä olemme vuosisadasta toiseen yrittäneet saada selville.

Kymmenen kertaa enemmän on ohutta kaasua, joka ei ole koskaan tiivistynyt tähdiksi ja jonka olemassaolosta varmistuimme vasta viime vuosikymmenellä. Kaikki muu, 95 prosenttia, on silmiltämme ja kaukoputkiltamme salattua pimeää ainetta tai vieläkin oudompaa pimeää energiaa.

Miksi? Miksi meillä ei tunnu olevan osaa eikä arpaa maailmassa, joka kaikessa pimeässä voimassaan näyttää vielä olevan meitä vastaan eikä meidän puolellamme? Emme tiedä. Maailmankaikkeus on, kaiken kaikkiaan, ymmärryksellemme sangen pimeä juttu.

Gravitaatio paljastaa pimeän aineen

Pimeäksi aineeksi nimetty kummajainen ei ole arjen pimeyttä eikä ainetta, sellaista kuin valottomassa huoneessa nukkuva musta kissa. Valot sytyttämällä mirrin kyllä näkee, tai sitten siihen kompastuu sähkökatkaisinta hapuillessaan. Sähkömagneettinen voima ja atomeja ja molekyylejä koossa pitävä vahva ydinvoima ovat ilmoittaneet, että tässä on ainetta, protoneja, neutroneja ja elektroneja. Mutta jos kissa olisi aitoa pimeää ainetta, emme näkisi emmekä tuntisi sitä.

Vain huolellinen mittaus voi osoittaa, että huoneessa on jotain. Otetaan luotilanka ja riiputetaan sitä. Kissan massa poikkeuttaa lankaa hitusen sivuun Maan keskipisteeseen osoittavalta janalta. Luonnon perusvoimista kolmas, gravitaatio, paljastaa kissan olemassaolon.

Tähtitieteilijät huomasivat maailmankaikkeuden pimeän massan olemassaolon hieman samalla tavalla jo 1930-luvulla. Suurten galaksijoukkojen yksittäiset linnunradat liikkuivat avaruudessa aivan liian nopeasti. Jokin paljon vahvempi kuin vain toisten galaksien massan vetovoima kieputti niitä, jokin, mikä ei säteillyt valoa. Pimeä aine oli paljastanut itsensä.

Myös oman Linnunratamme tähdet liikkuvat liian nopeasti. Vuosikymmenien uurastuksen jälkeen tähtitieteilijät ovat nyt varmoja siitä, että galaksimme ja koko kosmoksen täyttävä pimeä aine ei voi olla tavallista ainetta; sen täytyy koostua meille vielä tuntemattomista massiivisista alkeishiukkasista, jotka eivät taskulampuista tai potkuista piittaa. Gravitaation lisäksi niihin vaikuttaa vain luonnon neljäs perusvoima, heikko vuorovaikutus.

Jos pimeää ainetta on paljon enemmän kuin näkyvää, voisiko huoneemme keskellä juuri nyt olla Hangon kissa, josta ei näy edes virnistystä? Elämmekö keskellä haamumaailmaa? Todennäköisesti emme sentään. Maailmankaikkeus on niin harva, että koko maapallon kokoisessa tilassa on keskimäärin vain hiekanjyvän verran pimeää ainetta, jos se on suhteellisen tasaisesti jakaantuneena avaruuteen. Ja paikalliset haamuplaneetat olisimme kyllä jo havainneet.

Mutta entäpä muualla? Tämän vuoden alussa tähtitieteilijät löysivät ensimmäisen pimeän aineen galaksin, tyystin valottoman.Voisiko pimeä aine tiivistyä myös tähdiksi, planeetoiksi, kenties jopa eläviksi olennoiksi? Tunnetut vuorovaikutukset eivät tosin pysty liittämään pimeän aineen hiukkasia toisiinsa yhtä lujasti kuin oman ruumiimme atomeja. Mutta koska emme edes tiedä, mitä ne hiukkaset ovat, ehkä lisää yllätyksiä on vielä luvassa.

Pimeä energia kiihdyttää kosmosta

Jos pimeä aine kummastuttaa, niin pimeään energiaan verrattuna se tuntuu suorastaan arkipäiväiseltä. Pimeä aine on sentään ainetta, joskin meille vielä tuntemattomista hiukkasista koostuvaa ja huonotapaisesti käyttäytyvää. Pimeä energia taas on kirjaimellisesti ei mitään – kosmologista vakiota.

Kosmologisen vakion ymmärtämiseksi kannattaa palata hetkeksi koulunpenkille, fysiikan kokeeseen. (Älä lopeta lukemista tähän; takaan, että et reputa.) Laskutehtävä: Auto kiihdyttää kymmenen sekunnin ajan kiihtyvyydellä 1 m/s2. Mikä on auton loppunopeus? Jos vastaat, että ei niin hajuakaan, niin onneksi olkoon – vastaus on oikein! Loppunopeus ei riipu vain ajasta ja kiihtyvyydestä, vaan myös siitä, mikä on auton alkunopeus, ja sitä ei kerrottu. Tieteen kielellä sanottuna kyseessä on alkuehto, integroimisvakio, jollaisen voi aina lisätä kaavoihin ja jonka arvo voi periaatteessa olla mikä tahansa.

Kun Albert Einstein 1917 sai muotoilluksi maailmankaikkeuden liikkeen yhtälöt, hän huomasi kauhukseen, että niiden mukaan kosmos on koko ajan joko laajenemassa tai supistumassa. Ymmärrämme nyt, että niin täytyy ollakin. Maailmankaikkeus on kuin ilmaan heitetty kivi, joka nousee ylöspäin tai putoaa alaspäin; se ei jää leijumaan paikalleen. Mutta Einstein uskoi maailmankaikkeuden olevan ikuinen ja muuttumaton ja muutti siksi yhtälöidensä integroimisvakion nollasta poikkeavaksi. Sopivalla arvolla universumi jäi nyt leijumaan paikoilleen.

Koska suhteellisuusteoria ei kerro meille integroimisvakion arvoa, temppu oli kyllä matemaattisesti sallittu mutta vähän sopupeliltä haiskahtava. Sopivalla alkunopeuden valinnalla auton loppuvauhdiksi saa mitä tahansa, ja sopivalla kosmologisen vakion valinnalla maailmankaikkeuden saa tekemään mitä tahansa. Kun Einstein kaksitoista vuotta myöhemmin kuuli, että maailmankaikkeus laajenee, hän hivenen häpeissään mutta huomattavasti helpottuneena kumitti vakionsa pois yhtälöistä. Ne näyttivät nyt paljon kauniimmilta.

Heität kiven ilmaan. Se nousee ylöspäin yhä hitaammin, ja kohta sen pitäisi alkaa pudota. Mutta mitä ihmettä? Yhtäkkiä kivi alkaakin kiihdyttää ja katoaa kohta taivaan sineen. Jonkun peijoonin on täytynyt kiinnittää sen kylkeen rakettimoottori.

Maailmankaikkeuden rakettimoottorin löysi yllättäen kaksi tutkimusryhmää vuonna 1998. Kaukaisista supernovista tehdyt havainnot osoittivat, että maailmankaikkeuden laajeneminen oli ensin kiltisti hidastunut ensimmäisinä vuosimiljardeina mutta sitten vauhti oli alkanut jälleen kasvaa. Alkuräjähdyksen sinkoamisvoiman ja laajenemista hidastavan kosmoksen oman vetovoiman lisäksi peliin oli astunut jokin kolmaskin voima. Se saattoi olla vain pahamaineinen kosmologinen vakio, joka kaikkien kauhuksi oli ryöminyt ulos Einsteinin roskakorista.

Pimeä energia on tyhjiön energiaa

Kouluesimerkissä integroimisvakio kertoi auton alkunopeuden. Mitä kosmologinen vakio kertoo? Einsteinin yhtälöiden tarkastelu osoittaa, että sen täytyy kertoa meille, kuinka paljon tyhjässä avaruudessa on energiaa.

Kuinka tyhjässä voi olla mitään? Aivan helposti, muutenkin arkijärkeen käymätön kvanttifysiikka sanoo. Pienenä ongelmana on vain se, että tyhjiössä pitäisi piillä energiaa noin 10120 kertaa enemmän kuin tähtitieteilijät ovat nyt löytäneet. Jos kvanttifysiikan ennuste pitäisi paikkansa, jo hiekanjyvän kokoinen pala tyhjää avaruutta olisi riittänyt räjäyttämään koko näkyvän maailmankaikkeuden huitsin nevadaan.

Tyhjiöenergiaan liittyy pari muutakin järkeenkäymättömyyttä. Ensiksikin, koska se on vakio – niin ja niin paljon kuutiometriä kohden – maailmankaikkeuden laajentuessa myös tyhjiöenergian määrä kasvaa. Muutama miljardi vuotta sitten se oli kasvanut kyllin suureksi voittaakseen niin valoisan kuin pimeänkin aineen vetovoiman, otti ohjat käsiinsä ja alkoi kiihdyttää laajenemista.

Kiihdyttää? Aivan, sillä tyhjiöenergialla on suuri negatiivinen paine. Kaikella tavallisella aineella ja energialla on positiivinen paine. Jos paperipussiin puhaltaa lisää ilmaa, se pullistuu. Jos sinne puhaltaa lisää tyhjiöenergiaa, se kutistuu. Tyhjiön negatiivista painetta emme huomaa, koska se on kaikkialla sama, mutta suhteellisuusteorian mukaan negatiivinen paine synnyttää myös negatiivista gravitaatiota. Siksi tyhjiöenergia työntää pois kaikkea muuta ainetta. Jos tätä energiaa voisi jotenkin tiivistää tai purkittaa, voisimme rakentaa satujen lentävän taikamaton tai tieteiskirjojen antigravitaatiomoottorin.

Maailmankaikkeus pakenee omaa itseään, oman avaruutensa luotaantyöntävää painovoimaa. Laajenevassa kosmoksessa aineen keskitiheys pienenee mutta tyhjiön energiatiheys pysyy vakiona. Aine katoaa omaan mitättömyyteensä. Parinkymmenen miljardin vuoden kuluttua sitä on enää promillen murto-osa kaikesta. Tyhjiön energia hajottaa maailmankaikkeuden, puhaltaa sen galaksit ja tähdet erilleen kuin kuolleet lehdet syysmyrskyssä.

Ulottuvuuksia oltava enemmän kuin neljä

Pimeä aine, vielä pimeämpi energia. Mistä voisimme saada edes vähän valoa tähän pimeyteen? Kenties musiikki auttaa.

Kamariorkesteri soittaa Beethovenin viulukonserttoa. Mikä loppumaton harmonia, monimutkaisuus, kauneus ja yllätyksellisyys – ja kuitenkin kaiken synnyttää vain pieni joukko jännitettyjä kieliä, jotka värähtelevät! Nykyisin suuressa huudossa olevat säieteoriat yrittävät samantapaista: koko maailma hiukkasineen, voimineen ja vuorovaikutuksineen syntyy hyvin pienten jännitteisten säikeiden värähtelystä.

Säieteoria yhdistää kvanttifysiikan ja suhteellisuusteorian. Se ennustaa tieteelle toistaiseksi tuntemattomia supersymmetrisiksi kutsuttuja hiukkasia, joista pimeä aine voisi koostua. Säieteoria selittää, miksi tyhjiöenergia on sen kokoinen kuin se on. Teoria on niin kaunis, että sen täytyy olla totta, teoreetikot sanovat; siitä löytyy selitys kaikkeen, pienimmästä suurimpaan, kvarkkien massoista maailmankaikkeuden syntyyn.

Tutkijat eivät kuitenkaan vielä osaa muotoilla säieteorian yhtälöitä eivätkä ole saaneet aikaan ensimmäistäkään varmaa selitystä tai ennustusta. Tai kenties totta onkin säieteorian lapsi, M-teoria, joka on niin paljon vaikeampi, että kukaan ei edes tiedä, millainen teoria se oikeastaan on. Musiikki kuullaan, mutta kukaan ei tiedä, minkälaiset soittimet sen saavat aikaan.

Jotta värähtelystä syntyisivät maailmankaikkeuden hiukkaset, säikeiden täytyy soida yhdessätoista ulottuvuudessa. Neliulotteisella aika-avaruudellamme voi olla vain kolme eri muotoa, mutta säieteorian esiin manaamilla Calabin–Yaun avaruuksilla muotoja on lukemattomia. Yksi niistä tuottaa oman maailmankaikkeutemme musiikin, säieteoreetikot lupaavat, mutta mikä? Havaintojensa keskellä elävä tähtitieteilijä pudistaa huokaisten päätään ja tuijottaa synkkänä mittaustuloksia pimeästä aineesta ja energiasta.

Mitä ihmettä Jumala oikein ajatteli?

Pimeyttä tutkitaan kaikin mahdollisin keinoin, ja ehkä piankin tiedämme, koostuuko pimeä aine todella supersymmetrisistä hiukkasista ja onko kosminen poistovoima tyhjiön energiaa. Mutta sellaiset vastaukset eivät vielä riitä. Kosmoksen pimeän puolen tutkiminen vie meidät väkisinkin sen kysymyksen äärelle, johon tiede aina väittää olevansa haluton ja kykenemätön vastaamaan: miksi?

Tehdäänpä ajatuskoe. Jumala on olemassa, ja koko maailmankaikkeus on hänen luomansa. Alussa oli Sana, ja Sana asetti kaiken sen, minkä mukaan kosmos syntyi ja kehittyi: luonnonlait, aineet ja energiat, paikat ja ulottuvuudet. Luoja teki maailmankaikkeuden, joka tulisi toimeen omillaan, vailla jatkuvaa remppaa, ja johon aikanaan ilmestyisi elämää.

Näin ajatellen moni aluksi hämmästyttävältä tuntuva seikka on ymmärrettävissä. Miksi esimerkiksi niin valtava avaruus, eikö vähempikin olisi riittänyt? Ei näillä pelisäännöillä, koska evoluutio on hidas prosessi ja vain miljardien vuosien ikäisessä suuressa maailmankaikkeudessa ehtii kehittyä eläviä olentoja.

Mutta mikä on pimeän energian tarkoitus? Alussa tyhjiöenergiaa oli niin vähän, ettei se voinut vaikuttaa mihinkään: kosmos ja elämä eivät tarvinneet sitä syntyäkseen ja kehittyäkseen. Pimeä energia ei tee mitään hyödyllistä, vain varmistaa sen, että ajan mittaan elämä käy mahdottomaksi. Millainen Jumala päästää lopulta irti kuoleman enkelin Azraelin tuhoamaan kaiken elävän, vailla uuden syntymän mahdollisuutta?

Vai pohdimmeko sellaista, mihin ymmärryksemme ei voi yltää? Kenties kaikella, pimeällä energiallakin, on tarkoituksensa. Myrskyn keskeltä Raamatun Jumala osoitti Jobin ymmärryksen rajat: "Missä sinä olit silloin kun minä laskin maan perustukset? Tunnetko sinä tien valon kotipaikalle? Tunnetko paikan, jossa pimeys asuu? Sinäkö tunnet taivaan säännöt?"

"Missä sinä olit silloin, kun minä laskin Calabin–Yaun avaruuden topologian?" voisi Luoja kenties jylistä nykypäivän säieteoreetikolle.

Pimeä energia on kauneusvirhe

Samankaltaiset pohdiskelut ovat mahdollisia myös ilman kor-keampia voimia. Maailman syvimmän olemuksen ymmärtämisessä keskeiseksi ohjenuoraksi on osoittautunut kauneus. Luonto on selkeä, yksinkertainen ja symmetrinen, vailla kauneusryppyjä. Kerran toisensa jälkeen olemme huomanneet, että matemaattisista kaavoista kauneimmat ja sopusuhtaisimmat kuvaavat parhaiten todellisuutta.

Esimerkiksi suhteellisuusteoria voi tuntua käsittämättömän monimutkaisuuden huipulta, mutta syy piilee yksinkertaisissa aivoissamme, ei monimutkaisessa luonnossa. Aika ja avaruus ovat niin yksinkertaisia kuin vain voivat olla, ja laki on kaikille sama – siinä kaikki, mitä Einstein tarvitsi teoriansa pohjaksi. Mikä voi olla sen selkeämpää, sen kauniimpaa?

Pimeä energia on kosminen näärännäppy, väkisin yhtälöihin ympätty lisäys. Miksi ihmeessä? Ja kun nyt vauhtiin päästiin, niin miksi kaikki hiukkaset on supersymmetrian mukaan pitänyt tehdä kuuteen kertaan, kun yksikin hiukkasperhe olisi mainiosti riittänyt luomaan koko näkyvän maailman ja elämän eikä muista ole kuin tarpeettomaksi pimeäksi aineeksi? Onko taustalla dementoitunut Jumala, joka ei muista edellisen luomispäivän puuhiaan, vai jokin niin syvä ja kaunis superhypersymmetrinen periaate, että emme lainkaan tajua sitä eivätkä aivomme riitä ymmärtämään sen matematiikkaa?

Palapeli vai fraktaali?

Tehdäänpä toinen ajatuskoe. Pöydällä lojuu pahvinpala, täynnä värikkäitä täpliä ja mutkikkaita kuvioita, joista ei ainakaan ensi näkemältä löydä mitään järjestystä. Suurin osa palasta näyttää olevan pelkkää mustaa. Se on oma universumimme, kaikki, mitä pystymme tutkimaan. Voimmeko koskaan ymmärtää sitä täysin?

Emme, koska pahvinpala on osa suurta palapeliä, jonka toisia osia emme saa käsiimme. Me vain satumme olemaan juuri tällä palasella, jonka ominaisuudet ovat meidän kannaltamme selittämättömiä. Täällä nyt vain sattuu olemaan enemmän pimeää energiaa kuin naapurissa. Meitä loputtomiin askarruttava suuri musta väriläikkä on osa Taistelevat metsot -palapelin linnun siipeä, mutta sitä emme koskaan saa selville.

Säieteorioiden erilaisia yksitoistaulotteisia avaruuksia voi olla jopa 10500. Kenties jokainen niistä vastaa yhtä maailmankaikkeutta, joukossa omamme. Suuri palapeli, todellakin: edes palojen luettelo ei mahtuisi omaan kosmokseemme.

Onko maailmankaikkeus kuin palapeli, osa niin paljon suurempaa suunnitelmaa tai sattumaa, että ymmärryksemme ja tieteemme raja tulee lopulta vastaan? Jumalan salattu suunnitelma, antrooppinen periaate, multiversumi, luvuttomat dimensiot: asiat vain ovat niin kuin ne ovat omassa kosmoksessamme, jossain muualla on toisin. Voisiko siinä olla syy siihen, miksi pimeä energia omasta pikku perspektiivistämme vaikuttaa niin turhalta ja tarpeettomalta – niin rumalta? Maailmamme ei ole kaunein mahdollinen.

Mutta kenties pöydällä ei olekaan palapelin osa vaan monimutkainen fraktaali, yhden ainoan yhtälön aikaansaama loputtoman monimutkainen ja yllätyksellinen kuvio. Kaiken Teoria on silloin olemassa, lopullinen selitys sille, miksi maailmankaikkeutemme on sellainen kuin se on, ja me voimme saada sen selville. Miksi? me kysymme, ja eräänä päivänä tiede vastaa meille: siksi. Tämä on se ainoa loogisesti mahdollinen Calabin–Yaun avaruus, tämä on maailmankaikkeudelle ainoa tapa olla olemassa, valoineen ja varjoineen.

Palapeli vai fraktaali, emme tiedä. On kuin seisoisimme myrskyisenä yönä pimeällä rannalla. Näemme vain aallonharjojen vaahdon, emme itse merta emmekä myrskyä, jonka tumma energia piiskaa kaiken liikkeeseen. Pimeä juttu, kaiken kaikkiaan.



Esko Valtaoja on Turun yliopiston avaruustähtitieteen professori.

© Sanoma Magazines Finland 2004. Materiaalin kopioiminen muuhun kuin yksityiseen,
ei-kaupalliseen käyttöön kielletty. Palaute sivuista: [email protected]

ja kirjoittaja Esko, hänkään ei tiedä niinku maailmankaikkeudesta yhtään mitään. Siis siitä joka synnytti tämän 13,7 jotakin vuotiaan pimeän möhköfantin. Ja mitä avauksen aiheeseen tulee, sitä ei käsitelty. Pelottavaa juhannusta !

sama

copypasteys kirjoitti:

ja kirjoittaja Esko, hänkään ei tiedä niinku maailmankaikkeudesta yhtään mitään. Siis siitä joka synnytti tämän 13,7 jotakin vuotiaan pimeän möhköfantin. Ja mitä avauksen aiheeseen tulee, sitä ei käsitelty. Pelottavaa juhannusta !

sama

Hyvää ja ei niin pelottavaa juhannusta, kuitenkin juhannusta myös kaikista pelkotiloista huolimati.
Cernissä myöhemmin sitten pelätään pahinta, sekä toivotaan parempaa teoriaa.
-Joskus on parempi kun kulkee omia polkuja, eikö niin.

G.G.G. kirjoitti:

Hyvää ja ei niin pelottavaa juhannusta, kuitenkin juhannusta myös kaikista pelkotiloista huolimati.
Cernissä myöhemmin sitten pelätään pahinta, sekä toivotaan parempaa teoriaa.
-Joskus on parempi kun kulkee omia polkuja, eikö niin.

Jos Cernissä kuljetaan omia sivupolkuja, voipi jup olla se se viimeinen polku. No kerran se vaan kirpasee, otetaan malja, otetaan kaikelle ihmeelliselle, missä saamme olla muukalaisena mukana. Vai oliko se kotona, jussia !

Sanoi keski-ikäinen mies jonka työpaikka on Turussa, ja joka saattaa olla olemattakin.

-sama-

G.G.G. kirjoitti:

-Meidän on hyvä lukea yksityisesti alan tietäjää,
ei lisäoppi ojaan vie.

Maailman pimein juttu 03.10.2005.

Teksti: Esko Valtaoja.

Maailmankaikkeudessa on silmin tai tutkimuslaittein havaittavaa
ainetta yhtä vähän kuin oluessa alkoholia, kaikki loput 95 prosenttia
on tuntematonta pimeää ainetta.Vielä sitäkin oudompaa on pimeä energia,
joka on kirjaimellisesti ei mitään! Se on tyhjiön energiaa, joka ajaa kosmosta
laajenemaan ja hajottaa sen aikanaan. Pimeä energia puhaltaa galaksit ja
tähdet erilleen kuin syysmyrsky lehdet ja hävittää kaiken aineen omaan mitättömyyteensä.
Tämä ei käy järkeen – mutta pitäisikö käydä?
Tähtiprofessori Esko Valtaoja käy käsiksi maailmankaikkeuden pimeyteen ja arvelee törmäävänsä tieteen rajoihin.

Julkaistu Tiede-lehdessä 7/2005

Toinen maailma. Syvempi, aidompi maailma, jonka näemme kuin kuvastimessa, arvoituksen tavoin, ja josta omamme ilmiöineen ja tapahtumineen, koko maailmanhistorioineen, on vain kalpea häivähdys. Antiikin mysteeriuskonnoista new age -kultteihin, Platonin luolavertauksesta Dan Brownin Da Vinci -koodiin – aina olemme ajatelleet, että tässä ei voi olla kaikki, että näkemämme alla piilee näkymätön todellisuus.

Kuinka kummallista, että niin näyttää todellakin olevan! Näkyvä maailmankaikkeus on vain mitätön ripaus todellisuudesta – mutta todellisuuskaan ei osoittautunut aivan sellaiseksi kuin olimme kuvitelleet.

Kosmoksessa on ainetta saman verran kuin keskikaljassa alkoholia, viitisen prosenttia. Siitäkin vain merkityksetön kymmenesosa on galakseja, tähtiä, planeettoja, kallioita, lehteviä puita ja tiedelehden lukijoita, kaikkea sitä, minkä näemme silmätessämme ympärillemme tai katsellessamme yötaivasta. Kaikkea sitä, mitä luulimme koko maailmaksi ja minkä rakennetta, syntyä ja kehitystä olemme vuosisadasta toiseen yrittäneet saada selville.

Kymmenen kertaa enemmän on ohutta kaasua, joka ei ole koskaan tiivistynyt tähdiksi ja jonka olemassaolosta varmistuimme vasta viime vuosikymmenellä. Kaikki muu, 95 prosenttia, on silmiltämme ja kaukoputkiltamme salattua pimeää ainetta tai vieläkin oudompaa pimeää energiaa.

Miksi? Miksi meillä ei tunnu olevan osaa eikä arpaa maailmassa, joka kaikessa pimeässä voimassaan näyttää vielä olevan meitä vastaan eikä meidän puolellamme? Emme tiedä. Maailmankaikkeus on, kaiken kaikkiaan, ymmärryksellemme sangen pimeä juttu.

Gravitaatio paljastaa pimeän aineen

Pimeäksi aineeksi nimetty kummajainen ei ole arjen pimeyttä eikä ainetta, sellaista kuin valottomassa huoneessa nukkuva musta kissa. Valot sytyttämällä mirrin kyllä näkee, tai sitten siihen kompastuu sähkökatkaisinta hapuillessaan. Sähkömagneettinen voima ja atomeja ja molekyylejä koossa pitävä vahva ydinvoima ovat ilmoittaneet, että tässä on ainetta, protoneja, neutroneja ja elektroneja. Mutta jos kissa olisi aitoa pimeää ainetta, emme näkisi emmekä tuntisi sitä.

Vain huolellinen mittaus voi osoittaa, että huoneessa on jotain. Otetaan luotilanka ja riiputetaan sitä. Kissan massa poikkeuttaa lankaa hitusen sivuun Maan keskipisteeseen osoittavalta janalta. Luonnon perusvoimista kolmas, gravitaatio, paljastaa kissan olemassaolon.

Tähtitieteilijät huomasivat maailmankaikkeuden pimeän massan olemassaolon hieman samalla tavalla jo 1930-luvulla. Suurten galaksijoukkojen yksittäiset linnunradat liikkuivat avaruudessa aivan liian nopeasti. Jokin paljon vahvempi kuin vain toisten galaksien massan vetovoima kieputti niitä, jokin, mikä ei säteillyt valoa. Pimeä aine oli paljastanut itsensä.

Myös oman Linnunratamme tähdet liikkuvat liian nopeasti. Vuosikymmenien uurastuksen jälkeen tähtitieteilijät ovat nyt varmoja siitä, että galaksimme ja koko kosmoksen täyttävä pimeä aine ei voi olla tavallista ainetta; sen täytyy koostua meille vielä tuntemattomista massiivisista alkeishiukkasista, jotka eivät taskulampuista tai potkuista piittaa. Gravitaation lisäksi niihin vaikuttaa vain luonnon neljäs perusvoima, heikko vuorovaikutus.

Jos pimeää ainetta on paljon enemmän kuin näkyvää, voisiko huoneemme keskellä juuri nyt olla Hangon kissa, josta ei näy edes virnistystä? Elämmekö keskellä haamumaailmaa? Todennäköisesti emme sentään. Maailmankaikkeus on niin harva, että koko maapallon kokoisessa tilassa on keskimäärin vain hiekanjyvän verran pimeää ainetta, jos se on suhteellisen tasaisesti jakaantuneena avaruuteen. Ja paikalliset haamuplaneetat olisimme kyllä jo havainneet.

Mutta entäpä muualla? Tämän vuoden alussa tähtitieteilijät löysivät ensimmäisen pimeän aineen galaksin, tyystin valottoman.Voisiko pimeä aine tiivistyä myös tähdiksi, planeetoiksi, kenties jopa eläviksi olennoiksi? Tunnetut vuorovaikutukset eivät tosin pysty liittämään pimeän aineen hiukkasia toisiinsa yhtä lujasti kuin oman ruumiimme atomeja. Mutta koska emme edes tiedä, mitä ne hiukkaset ovat, ehkä lisää yllätyksiä on vielä luvassa.

Pimeä energia kiihdyttää kosmosta

Jos pimeä aine kummastuttaa, niin pimeään energiaan verrattuna se tuntuu suorastaan arkipäiväiseltä. Pimeä aine on sentään ainetta, joskin meille vielä tuntemattomista hiukkasista koostuvaa ja huonotapaisesti käyttäytyvää. Pimeä energia taas on kirjaimellisesti ei mitään – kosmologista vakiota.

Kosmologisen vakion ymmärtämiseksi kannattaa palata hetkeksi koulunpenkille, fysiikan kokeeseen. (Älä lopeta lukemista tähän; takaan, että et reputa.) Laskutehtävä: Auto kiihdyttää kymmenen sekunnin ajan kiihtyvyydellä 1 m/s2. Mikä on auton loppunopeus? Jos vastaat, että ei niin hajuakaan, niin onneksi olkoon – vastaus on oikein! Loppunopeus ei riipu vain ajasta ja kiihtyvyydestä, vaan myös siitä, mikä on auton alkunopeus, ja sitä ei kerrottu. Tieteen kielellä sanottuna kyseessä on alkuehto, integroimisvakio, jollaisen voi aina lisätä kaavoihin ja jonka arvo voi periaatteessa olla mikä tahansa.

Kun Albert Einstein 1917 sai muotoilluksi maailmankaikkeuden liikkeen yhtälöt, hän huomasi kauhukseen, että niiden mukaan kosmos on koko ajan joko laajenemassa tai supistumassa. Ymmärrämme nyt, että niin täytyy ollakin. Maailmankaikkeus on kuin ilmaan heitetty kivi, joka nousee ylöspäin tai putoaa alaspäin; se ei jää leijumaan paikalleen. Mutta Einstein uskoi maailmankaikkeuden olevan ikuinen ja muuttumaton ja muutti siksi yhtälöidensä integroimisvakion nollasta poikkeavaksi. Sopivalla arvolla universumi jäi nyt leijumaan paikoilleen.

Koska suhteellisuusteoria ei kerro meille integroimisvakion arvoa, temppu oli kyllä matemaattisesti sallittu mutta vähän sopupeliltä haiskahtava. Sopivalla alkunopeuden valinnalla auton loppuvauhdiksi saa mitä tahansa, ja sopivalla kosmologisen vakion valinnalla maailmankaikkeuden saa tekemään mitä tahansa. Kun Einstein kaksitoista vuotta myöhemmin kuuli, että maailmankaikkeus laajenee, hän hivenen häpeissään mutta huomattavasti helpottuneena kumitti vakionsa pois yhtälöistä. Ne näyttivät nyt paljon kauniimmilta.

Heität kiven ilmaan. Se nousee ylöspäin yhä hitaammin, ja kohta sen pitäisi alkaa pudota. Mutta mitä ihmettä? Yhtäkkiä kivi alkaakin kiihdyttää ja katoaa kohta taivaan sineen. Jonkun peijoonin on täytynyt kiinnittää sen kylkeen rakettimoottori.

Maailmankaikkeuden rakettimoottorin löysi yllättäen kaksi tutkimusryhmää vuonna 1998. Kaukaisista supernovista tehdyt havainnot osoittivat, että maailmankaikkeuden laajeneminen oli ensin kiltisti hidastunut ensimmäisinä vuosimiljardeina mutta sitten vauhti oli alkanut jälleen kasvaa. Alkuräjähdyksen sinkoamisvoiman ja laajenemista hidastavan kosmoksen oman vetovoiman lisäksi peliin oli astunut jokin kolmaskin voima. Se saattoi olla vain pahamaineinen kosmologinen vakio, joka kaikkien kauhuksi oli ryöminyt ulos Einsteinin roskakorista.

Pimeä energia on tyhjiön energiaa

Kouluesimerkissä integroimisvakio kertoi auton alkunopeuden. Mitä kosmologinen vakio kertoo? Einsteinin yhtälöiden tarkastelu osoittaa, että sen täytyy kertoa meille, kuinka paljon tyhjässä avaruudessa on energiaa.

Kuinka tyhjässä voi olla mitään? Aivan helposti, muutenkin arkijärkeen käymätön kvanttifysiikka sanoo. Pienenä ongelmana on vain se, että tyhjiössä pitäisi piillä energiaa noin 10120 kertaa enemmän kuin tähtitieteilijät ovat nyt löytäneet. Jos kvanttifysiikan ennuste pitäisi paikkansa, jo hiekanjyvän kokoinen pala tyhjää avaruutta olisi riittänyt räjäyttämään koko näkyvän maailmankaikkeuden huitsin nevadaan.

Tyhjiöenergiaan liittyy pari muutakin järkeenkäymättömyyttä. Ensiksikin, koska se on vakio – niin ja niin paljon kuutiometriä kohden – maailmankaikkeuden laajentuessa myös tyhjiöenergian määrä kasvaa. Muutama miljardi vuotta sitten se oli kasvanut kyllin suureksi voittaakseen niin valoisan kuin pimeänkin aineen vetovoiman, otti ohjat käsiinsä ja alkoi kiihdyttää laajenemista.

Kiihdyttää? Aivan, sillä tyhjiöenergialla on suuri negatiivinen paine. Kaikella tavallisella aineella ja energialla on positiivinen paine. Jos paperipussiin puhaltaa lisää ilmaa, se pullistuu. Jos sinne puhaltaa lisää tyhjiöenergiaa, se kutistuu. Tyhjiön negatiivista painetta emme huomaa, koska se on kaikkialla sama, mutta suhteellisuusteorian mukaan negatiivinen paine synnyttää myös negatiivista gravitaatiota. Siksi tyhjiöenergia työntää pois kaikkea muuta ainetta. Jos tätä energiaa voisi jotenkin tiivistää tai purkittaa, voisimme rakentaa satujen lentävän taikamaton tai tieteiskirjojen antigravitaatiomoottorin.

Maailmankaikkeus pakenee omaa itseään, oman avaruutensa luotaantyöntävää painovoimaa. Laajenevassa kosmoksessa aineen keskitiheys pienenee mutta tyhjiön energiatiheys pysyy vakiona. Aine katoaa omaan mitättömyyteensä. Parinkymmenen miljardin vuoden kuluttua sitä on enää promillen murto-osa kaikesta. Tyhjiön energia hajottaa maailmankaikkeuden, puhaltaa sen galaksit ja tähdet erilleen kuin kuolleet lehdet syysmyrskyssä.

Ulottuvuuksia oltava enemmän kuin neljä

Pimeä aine, vielä pimeämpi energia. Mistä voisimme saada edes vähän valoa tähän pimeyteen? Kenties musiikki auttaa.

Kamariorkesteri soittaa Beethovenin viulukonserttoa. Mikä loppumaton harmonia, monimutkaisuus, kauneus ja yllätyksellisyys – ja kuitenkin kaiken synnyttää vain pieni joukko jännitettyjä kieliä, jotka värähtelevät! Nykyisin suuressa huudossa olevat säieteoriat yrittävät samantapaista: koko maailma hiukkasineen, voimineen ja vuorovaikutuksineen syntyy hyvin pienten jännitteisten säikeiden värähtelystä.

Säieteoria yhdistää kvanttifysiikan ja suhteellisuusteorian. Se ennustaa tieteelle toistaiseksi tuntemattomia supersymmetrisiksi kutsuttuja hiukkasia, joista pimeä aine voisi koostua. Säieteoria selittää, miksi tyhjiöenergia on sen kokoinen kuin se on. Teoria on niin kaunis, että sen täytyy olla totta, teoreetikot sanovat; siitä löytyy selitys kaikkeen, pienimmästä suurimpaan, kvarkkien massoista maailmankaikkeuden syntyyn.

Tutkijat eivät kuitenkaan vielä osaa muotoilla säieteorian yhtälöitä eivätkä ole saaneet aikaan ensimmäistäkään varmaa selitystä tai ennustusta. Tai kenties totta onkin säieteorian lapsi, M-teoria, joka on niin paljon vaikeampi, että kukaan ei edes tiedä, millainen teoria se oikeastaan on. Musiikki kuullaan, mutta kukaan ei tiedä, minkälaiset soittimet sen saavat aikaan.

Jotta värähtelystä syntyisivät maailmankaikkeuden hiukkaset, säikeiden täytyy soida yhdessätoista ulottuvuudessa. Neliulotteisella aika-avaruudellamme voi olla vain kolme eri muotoa, mutta säieteorian esiin manaamilla Calabin–Yaun avaruuksilla muotoja on lukemattomia. Yksi niistä tuottaa oman maailmankaikkeutemme musiikin, säieteoreetikot lupaavat, mutta mikä? Havaintojensa keskellä elävä tähtitieteilijä pudistaa huokaisten päätään ja tuijottaa synkkänä mittaustuloksia pimeästä aineesta ja energiasta.

Mitä ihmettä Jumala oikein ajatteli?

Pimeyttä tutkitaan kaikin mahdollisin keinoin, ja ehkä piankin tiedämme, koostuuko pimeä aine todella supersymmetrisistä hiukkasista ja onko kosminen poistovoima tyhjiön energiaa. Mutta sellaiset vastaukset eivät vielä riitä. Kosmoksen pimeän puolen tutkiminen vie meidät väkisinkin sen kysymyksen äärelle, johon tiede aina väittää olevansa haluton ja kykenemätön vastaamaan: miksi?

Tehdäänpä ajatuskoe. Jumala on olemassa, ja koko maailmankaikkeus on hänen luomansa. Alussa oli Sana, ja Sana asetti kaiken sen, minkä mukaan kosmos syntyi ja kehittyi: luonnonlait, aineet ja energiat, paikat ja ulottuvuudet. Luoja teki maailmankaikkeuden, joka tulisi toimeen omillaan, vailla jatkuvaa remppaa, ja johon aikanaan ilmestyisi elämää.

Näin ajatellen moni aluksi hämmästyttävältä tuntuva seikka on ymmärrettävissä. Miksi esimerkiksi niin valtava avaruus, eikö vähempikin olisi riittänyt? Ei näillä pelisäännöillä, koska evoluutio on hidas prosessi ja vain miljardien vuosien ikäisessä suuressa maailmankaikkeudessa ehtii kehittyä eläviä olentoja.

Mutta mikä on pimeän energian tarkoitus? Alussa tyhjiöenergiaa oli niin vähän, ettei se voinut vaikuttaa mihinkään: kosmos ja elämä eivät tarvinneet sitä syntyäkseen ja kehittyäkseen. Pimeä energia ei tee mitään hyödyllistä, vain varmistaa sen, että ajan mittaan elämä käy mahdottomaksi. Millainen Jumala päästää lopulta irti kuoleman enkelin Azraelin tuhoamaan kaiken elävän, vailla uuden syntymän mahdollisuutta?

Vai pohdimmeko sellaista, mihin ymmärryksemme ei voi yltää? Kenties kaikella, pimeällä energiallakin, on tarkoituksensa. Myrskyn keskeltä Raamatun Jumala osoitti Jobin ymmärryksen rajat: "Missä sinä olit silloin kun minä laskin maan perustukset? Tunnetko sinä tien valon kotipaikalle? Tunnetko paikan, jossa pimeys asuu? Sinäkö tunnet taivaan säännöt?"

"Missä sinä olit silloin, kun minä laskin Calabin–Yaun avaruuden topologian?" voisi Luoja kenties jylistä nykypäivän säieteoreetikolle.

Pimeä energia on kauneusvirhe

Samankaltaiset pohdiskelut ovat mahdollisia myös ilman kor-keampia voimia. Maailman syvimmän olemuksen ymmärtämisessä keskeiseksi ohjenuoraksi on osoittautunut kauneus. Luonto on selkeä, yksinkertainen ja symmetrinen, vailla kauneusryppyjä. Kerran toisensa jälkeen olemme huomanneet, että matemaattisista kaavoista kauneimmat ja sopusuhtaisimmat kuvaavat parhaiten todellisuutta.

Esimerkiksi suhteellisuusteoria voi tuntua käsittämättömän monimutkaisuuden huipulta, mutta syy piilee yksinkertaisissa aivoissamme, ei monimutkaisessa luonnossa. Aika ja avaruus ovat niin yksinkertaisia kuin vain voivat olla, ja laki on kaikille sama – siinä kaikki, mitä Einstein tarvitsi teoriansa pohjaksi. Mikä voi olla sen selkeämpää, sen kauniimpaa?

Pimeä energia on kosminen näärännäppy, väkisin yhtälöihin ympätty lisäys. Miksi ihmeessä? Ja kun nyt vauhtiin päästiin, niin miksi kaikki hiukkaset on supersymmetrian mukaan pitänyt tehdä kuuteen kertaan, kun yksikin hiukkasperhe olisi mainiosti riittänyt luomaan koko näkyvän maailman ja elämän eikä muista ole kuin tarpeettomaksi pimeäksi aineeksi? Onko taustalla dementoitunut Jumala, joka ei muista edellisen luomispäivän puuhiaan, vai jokin niin syvä ja kaunis superhypersymmetrinen periaate, että emme lainkaan tajua sitä eivätkä aivomme riitä ymmärtämään sen matematiikkaa?

Palapeli vai fraktaali?

Tehdäänpä toinen ajatuskoe. Pöydällä lojuu pahvinpala, täynnä värikkäitä täpliä ja mutkikkaita kuvioita, joista ei ainakaan ensi näkemältä löydä mitään järjestystä. Suurin osa palasta näyttää olevan pelkkää mustaa. Se on oma universumimme, kaikki, mitä pystymme tutkimaan. Voimmeko koskaan ymmärtää sitä täysin?

Emme, koska pahvinpala on osa suurta palapeliä, jonka toisia osia emme saa käsiimme. Me vain satumme olemaan juuri tällä palasella, jonka ominaisuudet ovat meidän kannaltamme selittämättömiä. Täällä nyt vain sattuu olemaan enemmän pimeää energiaa kuin naapurissa. Meitä loputtomiin askarruttava suuri musta väriläikkä on osa Taistelevat metsot -palapelin linnun siipeä, mutta sitä emme koskaan saa selville.

Säieteorioiden erilaisia yksitoistaulotteisia avaruuksia voi olla jopa 10500. Kenties jokainen niistä vastaa yhtä maailmankaikkeutta, joukossa omamme. Suuri palapeli, todellakin: edes palojen luettelo ei mahtuisi omaan kosmokseemme.

Onko maailmankaikkeus kuin palapeli, osa niin paljon suurempaa suunnitelmaa tai sattumaa, että ymmärryksemme ja tieteemme raja tulee lopulta vastaan? Jumalan salattu suunnitelma, antrooppinen periaate, multiversumi, luvuttomat dimensiot: asiat vain ovat niin kuin ne ovat omassa kosmoksessamme, jossain muualla on toisin. Voisiko siinä olla syy siihen, miksi pimeä energia omasta pikku perspektiivistämme vaikuttaa niin turhalta ja tarpeettomalta – niin rumalta? Maailmamme ei ole kaunein mahdollinen.

Mutta kenties pöydällä ei olekaan palapelin osa vaan monimutkainen fraktaali, yhden ainoan yhtälön aikaansaama loputtoman monimutkainen ja yllätyksellinen kuvio. Kaiken Teoria on silloin olemassa, lopullinen selitys sille, miksi maailmankaikkeutemme on sellainen kuin se on, ja me voimme saada sen selville. Miksi? me kysymme, ja eräänä päivänä tiede vastaa meille: siksi. Tämä on se ainoa loogisesti mahdollinen Calabin–Yaun avaruus, tämä on maailmankaikkeudelle ainoa tapa olla olemassa, valoineen ja varjoineen.

Palapeli vai fraktaali, emme tiedä. On kuin seisoisimme myrskyisenä yönä pimeällä rannalla. Näemme vain aallonharjojen vaahdon, emme itse merta emmekä myrskyä, jonka tumma energia piiskaa kaiken liikkeeseen. Pimeä juttu, kaiken kaikkiaan.



Esko Valtaoja on Turun yliopiston avaruustähtitieteen professori.

© Sanoma Magazines Finland 2004. Materiaalin kopioiminen muuhun kuin yksityiseen,
ei-kaupalliseen käyttöön kielletty. Palaute sivuista: [email protected]

Käsikirjan mukaan tärkein rinnakkaisia maailmankaikkeuksia koskeva asia on se, etteivät ne ole rinnakkaisia.

On myös tärkeää ymmärtää, etteivät ne tarkkaa ottaen ole liioin maailmankaikkeuksia, mutta on helpompaa yrittää ymmärtää se vähän myöhemmin, kun on ensin ymmärtänyt sen että mikään mitä on siihen saakka ymmärtänyt ei ole totta.

Syy siihen etteivät ne ole maailmankaikkeuksia on se, että mikään maailmankaikkeus ei ole entiteetti sinällään, vaan ainoastaan tapa tarkastella sitä mistä teknisesti käytetään nimitystä KYS eli Koko yleinen sekasotku. Koko yleinen sekasotkukaan ei oikeastaan ole olemassa, vaan se on vain niiden lähestymistapojen kokonaisuus, joilla sitä voisi tarkkailla jos se olisi olemassa.

Syy siihen miksi ne eivät ole rinnakkaisia on sama kuin se miksi meri ei ole rinnakkainen. Se ei merkitse mitään. Koko yleisen sekasotkun voi jakaa osiin miten vain, ja tavallisesti lopputuloksena on se jota joku sanoo kodikseen.

Nyt saa ihan vapaasti jokeltaa.

sekasotku kirjoitti:

Käsikirjan mukaan tärkein rinnakkaisia maailmankaikkeuksia koskeva asia on se, etteivät ne ole rinnakkaisia.

On myös tärkeää ymmärtää, etteivät ne tarkkaa ottaen ole liioin maailmankaikkeuksia, mutta on helpompaa yrittää ymmärtää se vähän myöhemmin, kun on ensin ymmärtänyt sen että mikään mitä on siihen saakka ymmärtänyt ei ole totta.

Syy siihen etteivät ne ole maailmankaikkeuksia on se, että mikään maailmankaikkeus ei ole entiteetti sinällään, vaan ainoastaan tapa tarkastella sitä mistä teknisesti käytetään nimitystä KYS eli Koko yleinen sekasotku. Koko yleinen sekasotkukaan ei oikeastaan ole olemassa, vaan se on vain niiden lähestymistapojen kokonaisuus, joilla sitä voisi tarkkailla jos se olisi olemassa.

Syy siihen miksi ne eivät ole rinnakkaisia on sama kuin se miksi meri ei ole rinnakkainen. Se ei merkitse mitään. Koko yleisen sekasotkun voi jakaa osiin miten vain, ja tavallisesti lopputuloksena on se jota joku sanoo kodikseen.

Nyt saa ihan vapaasti jokeltaa.

-Hyviä ajatuksia. -Oikein hyviä kylläkin, jotka on ajateltu vajavaisilla aivoilla ( ihmisten puutteelliset aivot huomioiden ), niin minulla kuin sinulla ja kaikilla muillakin.
Nyt olisi tärkeää oppia vanhoista ajatusmalleista, uusiin ajatusmalleihin, tuntuu masentavalta ajatella ettei Albertti antanut meille valmiita mallinnuksia maailmankaikkeudesta kokonaisuutena, niin kuin mainitsit koko sekasotkusta.

Meidänkö (ne,se) pitäisi piirtää?. Vai syntyykö joku vielä viisaampi, kuin mitä nyt ihmiskunnassa viisaita on, missä ne älyköt nyt on?, kun kovaa ääntä on älyköistä pidetty, ja listoja tehty..
Maailmankaikkeudet ei ole rinnakkaisia, ehkä ne on soluttautuneita keskenään, näkymätön ja näkyvä maailmankaikkeus,tai puuttuva kaikkeus, näkyvää kuitenkin vain noin 4-5% kaikesta.
-Painovoimakenttä / -Antipainovoimakenttä.
Onko mikään totta vai jokin vain totta ?.
Kyllä jokin on totta, mutta niin vähän on totta, koska on lähdettävä ihmisen totuudesta, myönnän sen, se on vähän se, ei riitä alkuunkaan lopulliseksi totuudeksi.
-Voisin tähän liittää toisten tutkimuksia heidän totuudesta ja tämänhetkisistä tiedoista.

-Pimeä aine pitää kaikkeuden kasassa.
Tähtien ja galaksien pitäisi loitota toisistaan, niiden massa ei riitä pitämään niitä paikoillaan. Oudon pimeän aineen painovoima näyttää ankkuroivan ne aloilleen. Nyt tämä aine on saatu ensi kertaa kartalle.
Galaksijoukkoa ZwC 10024+1652 ympäröi pimeän aineen rengas, joka tässä on esitetty tummansinisenä.
Myöskin Hubblen havainto samalla sivulla: -Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä sai vuonna 2007 valmiiksi kartan pimeän aineen jakautumisesta avaruuden alueilla.
-Suurin osa kaikkeudesta on näkymätöntä.
Taivaalla näkyvät tähdet muodostavat neljä prosenttia maailmankaikkeuden koko massasta. Muu osuus on pimeää ainetta ja vielä kummallisempaa pimeää energiaa. Outo pimeä energia on kuin antipainovoima, joka kiihdyttää maailmankaikkeuden laajenemista. Sen olemassaolo voi johtua universumin rakenteesta tai mahdollisen toisen maailmankaikkeuden vaikutuksesta.

Vuonna 2007 kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä sai valmiiksi kartan pimeän aineen jakautumisesta. Kartta kattaa tosin pienen alueen maailmankaikkeudesta, mutta siitä selvisi, että pimeä aine pitää universumin näkyvää ainetta paikoillaan. Ilman pimeän aineen massaa tähdet ja galagsit loittonisivat toisistaan joka suuntaan, sillä niiden massa ei riitä pitämään galakseja koossa.
pimeän aineen kartoittaminen oli vaativa tehtävä, sillä ainetta ei nimensä mukaisesti voida havannoida tavanomaisin menetelmin. Tutkijaryhmän työsuoritus voidaan verrata siihen että suurkaupungin rakennuskantaa tutkittaisiin yöllä otetuin ilmakuvan perusteella. Kuvassa katuvaloista saataisiin viitteitä siitä, missä kadut kulkevat, mutta rakennusten, torien, puistojen ja jopa esikaupunkien sijaintia pitäisi arvailla.
Kartoitustyössä oli mukana kaikkiaan 70 tutkijaa. Työssä käytettiin Hubble- avaruusteleskooppin ACS-kameran havaintoja. ACS-kamera otti kaikkiaan 575 kuvaa, ja yksinomaan kuvaamiseen kului yli tuhat tuntia. Tutkittu alue katettiin kuvilla niin, että kuvat menivät osittain päällekkäin. Kyseessä oli laajin Hubblella suoritettu tutkimuskohde.
Tutkijaryhmä, jota johti Richard Massey Kalifornian teknisestä korkeakoulusta, tarkkaili 500000.ta galaksia alueella, jonka läpimitta tähtitaivaalla oli yhdeksän kertaa niin suuri kuin Kuun. Kaukaisimmat tutkituista galakseista sijitsivat 6,5 miljardin valovuoden päässä Maasta.
Pimeä aine toimii ikään kuin gravitaatiolinssinä, joka taittaa kaukaisten galaksien valoa, sillä pimeän aineen massa vetää valoa puoleensa ja muuttaa sen suuntaa. Gravitaatiolinssi-ilmiö käyttämistä voidaan verrata siihen, että suihkukaapin lasin muotoja tutkittaisiin lasin läpi siroavan valon avulla.
Kun ACS-kameran tuloksiin yhdistettiin Maassa sijaitsevien teleskooppien mittaamat etäisyydet galakseihin, saatiin aikaan kolmiulotteinen kartta. Kartta ulottuu aikaan, jolloin maailmankaikkeuden ikä oli puolet nykyisestä. Siitä selviää, että pimeä aine kasaantuu sitä enemmän mitä kauemman aikaa alkuräjähdyksestä on kulunut.
Kun tutkijat olivat saaneet valmiiksi kartan pimeän aineen jakautumisesta, laadittiin myös kartta näkyvien galaksien jakautumisesta samalla alueella. Vertaamalla karttoja saatiin selville, että näkyvän aineen tiheys on suurin juuri siellä missä myös pimeää ainetta on eninten.
Kartat ovat ensimmäinen todiste pimeän aineen vaikutuksesta maailmankaikkeuden rakenteeseen. Tähän asti sitä on voitu tarkastella vain tietokonemallien perusteella. Pimeän aineen jakautumisen selvittäminen voi auttaa myös valottamaan sitä, miten näkyvät galaksit ovat kehittyneet. uudet kartat tukevat nykyistä teoriaa siitä, miten aine alkoi kasaantua nuoressa universumissa.

- Koostumus on yhä arvoitus.
Vaikka pimeän aineen jakautuminen maailmankaikkeudessa alkaakin vähitellen
selvitä, koko sen koostumus on yhä selvittämättä. Varmaa on, galakseissa on jotakin tuntematonta ainetta, mutta aineen olemuksesta uskalletaan esittää ainoastaan hataria arvailuja.
Viime vuosina pimeää ainetta on tutkittu muun muassa alkuräjähdysteorian
mallin perusteella. Alkuräjähdysteoriassa selvitetään, miten ja millaisissa olosuhteissa atomiytimet syntyivät fuusioitumalla muutamia minuutteja maailmankaikkeuden synnyn jälkeen.
Atomiytimien fuusioitumista kutsutaan alkuräjähdyksen ydinsynteesiksi. Laskalmien mukaan ydinsynteesissä syntyi pääasiassa vetyä ja heliumia suhteessa 3:1. Ydinsynteesiteoria ennustaa suunilleen oikein kevyiden alkuaineiden pitoisuudet maailmankaikkeudessa, sillä Linnunradan tähdistä ja kaasupilvistä tehdyissä havainnoissa on todettu olevan 3/4 vetyä ja 1/4 heliumia. Ydinsynteesissä syntyi lisäksi pieniä määriä vedyn isotooppia deuteriumia, heliumin isotooppeja sekä litiumia ja berylliumia.
Alkuräjähdyksessä muodostuvien aineiden suhteelliset pitoisuudet riippuivat baryonisen aineen eli tavanomaisen protoneista ja neutroneista rakentuvan aineen määrästä. Normaalin aineen tiheys määritellään havainnoimalla maaimankaikkeuden ainetta ja muuttamalla ydinsynteesiä havaittujen määrien mukaan.
Mittauksissa on käynyt ilmi, että pimeän aineen tiheys on huomattavasti suurempi kuin baryonisen aineen. Siten vain pieni osa maailmankaikkeuden pimeästä aineesta voi koostua tavanomaisista aineen rakennusosista eli protoneista, neutroneista ja elektroneista.
Pimeän aineen erilaisen rakenteen vuoksi vain pieni osa siitä voidaan selittää tuntemattomilla planeetoilla, ruskeilla kääpiöillä, neutrontähdillä tai muilla tavanomaisilla taivaankappaleilla. Todennäköisintä on, että pimeä aine muodostuu ennen tuntemattomista hiukkasista, jotka käyttäytyvät eri tavalla kuin näkyvän aineen hiukkaset.
-Hiukkaset liikkuvat nopeasti.
Pimeän aineen ominaisuuksia yritetään selvittää myös tutkimalla maailmankaikkeuden suurten etäisyyksien rakennetta.
Siinä tarkkaillaan yhä kaukaisempia galakseja, jotka kertovat miljardeja vuosia sitten vallinneesta tilanteesta.
Sekä galaksien tarkkailusta että uudesta kolmiulotteisesta pimeän aineen kartasta on saatu selville, että pimeällä aineella on taipumus kasautua sitä enemmän, mitä pidemmän aikaa alkuräjähdyksestä on kulunut. Kasautumistaipumus viittaa siihen, että ainakin jotkin pimeän aineen ominaisuuksista muistuttavat näkyvän aineen ominaisuuksia.
Kasautumiskyky vaikuttaa myös tapaan, jolla tutkijat ovat jakaneet pimeän aineen kylmäksi ja lämpimäksi aineeksi. Nimestä huolimatta jako ei perustu lämpötilaan vaan pimeän aineen hiukkasten nopeuteen.
Lämmin pimeä aine koostuu hiukkasista, jotka liikkuvat lähes valon nopeudella. Lämminpimeä aine ei kasaannu kovin helposti, mutta kun se kasaantuu, syntyy laajoja aineen tihentymiä, joiden ala on 11^16 Auringon massaa eli tihentymä vastaa suunnilleen galaksijoukkoa.
Kylmä pimeä aine, jonka nopeus on huomattavasti valon nopeutta hitaampi, kasaantuu helposti rakenteiksi, joiden ala on 10^8 - 10^15 Auringon massaa, mikä vastaa kutakuinkin kääpiögalaksia.
Toisaalta kylmääkään pimeää ainetta ei voi olla mielin määrin, sillä siinä tapauksessa maailmankaikkeudessa olisi nykyistä enemmän kääpiögalaksien kaltaisia muodostelmia.
Saattaa olla, että maailmankaikkeuden pimeä aine onkin “haaleaa” massaa, jossa on tasaisesti sekä kylmää että kuumaa pimeätä ainetta.
Pimeä aine ilmenee monin tavoin.
Pimeää ainetta ei voida havaita suurimmillakaan teleskoopeilla, sillä se ei lähetä valoa. Se havaitaan kuitenkin epäsuorasti, sillä aine, jolla on massa, vaikuttaa painovoimallaan ympäristöönsä.
Tätä gravitaatiovaikutusta käytetäänkin apuna pimeän aineen jakautumiseen kartoittamisessa ja määrän mittaamisessa.
Ensimmäiset havainnot pimeästä aineesta tehtiin 1970-ja 1980-luvuilla, kun tutkittiin kierregalaksien tähtien liikkeitä.
Todettiin, että esimerkiksi Aurinko kiertää Linnunradan keskusta 25000 valovuoden päässä noin 220 kilometrin sekuntinopeudella.
Hämmästyttävää oli se, että myös tähdet, jotka sijaitsivat paljon kauempana Linnunradan keskuksesta kuin Aurinko, liikkuivat jokseenkin samalla nopeudella.
Tähtien kiertoliikkeen sekuntinopeus Linnunradan laitamilla, jossa on hyvin vähän materiaa, on melkein sama kuin lähempänä keskusta. Siellä siis täytyy olla jotain ainetta, joka ei näy, mutta jonka painovoima antaa tähdelle lisää vauhtia.
Laskelmien mukaan kierregalakseissa täytyy olla noin kymmenenkertaa niin paljon ainetta kuin sen näkyvissä tähdissä ja tähtienvälisessä kaasussa on.
Vastaavaan tulokseen päästiin, kun tarkasteltiin suurten galaksijoukkojen valon taittumista. Mittausten mukaan niiden valon taittuminen vaatii suurempaa massaa kuin mitä näkyvät tähdet sisältävät. Myös muilla mittausmenetelmillä on päästy kutakuinkin samaan tulokseen. Toisin sanoen suurin osa maailmankaikkeudesta koostuu aineesta, jota ei voida nähdä.
Osa pimeästä aineesta on luultavasti neutriinoja.
-Esimerkiksi Abruzzossa Italiassa sijaitsevalla neutriinonilmaisimella on yritetty selvittää neutriinon olemusta.
-Suurin osa kaikkeudesta on näkymätöntä.
Taivaalla näkyvät tähdet muodostavat vain neljä prosenttia maailmankaikkeuden koko massasta. Muu osuus on pimeää ainetta ja kummallisempaa pimeää energiaa. Outo pimeä energia on kuin antipainovoima, joka kiihdyttää maailmankaikkeuden laajenemista. Sen olemassaolo voi johtua universumin rakenteesta tai mahdollisen toisen maailmankaikkeuden vaikutuksesta.

-Neutriino on kuuma kandidaatti.
Lämpimän pimeän aineen alkeishiukkaseksi on jo olemassa vahva ehdokas neutriino.
Varaukseton neutriino osallistuu moniin ydinreaktioihin, mutta se on vain hyvin heikossa vuorovaikutuksessa atomien kanssa. Ilmaisimilla tehdyissä kokeissa on todettu, että neutriinoilla on massa-vaikkakin se on erittäin pieni. Pienikin massa kuitenkin riittää aiheuttamaan painovoimavaikutusta,
sillä maailmankaikkeudessa neutriinoja on valtava määrä.
Ainoastaan sinä aikana kun olet lukenut yhden lauseen tästä tekstistä, miljoonat Auringosta peräisin olevat neutriinot ovat ehtineet hujahtaa lähes valonnopeudella peukalosi läpi.
Neutriinojen massaa on tutkittu monilla ilmaisimilla eri puolilla maailmaa.
Yksi näistä hankkeista toteutettiin Etelämantereella.
AMANDA II- projektissa neutriinoja havainnoitiin jäähän sijoitettujen valokennojen avulla. Vaijereissa jääkuiluihin satojen metrien syvyyteen asennetut valokennot rekisteröivät neutriinojen ja vesimolekyylien harvinaisia törmäyksiä.
Nyt AMANDA-ilmaisin on uuden IceCube-ilmaisimen keskellä.
Kun neutriino törmäsi Antarktiksen jäässä olevaan vedyn tai hapen ytimeen, ydin hajosi ja syntyi myoni.
Myoni on elektronin kaltainen varautunut hiukkanen, joka voidaan havaita optisilla laitteila sillä se lähettää sähkomagneettista Tserenkovin säteilyä.
AMANDA II-hankkeessa ja muissa ilmaisintutkimuksissa on todettu, että neutriinon massa on miljoonasosasta kymmenesmiljoonasosaan elektronin massasta. Se merkitsee, että neutriinojen massa olisi yhdestä seitsemään prosenttia koko maailmankaikkeuden massasta.
Siten neutriinoilla voitaisiin selittää osa pimeästä aineesta, mutta ei kaikkea.
Kylmäksi pimeäksi aineeksion niin ikään yksi hyvä ehdokas: WIMP eli heikosti vuorovaikuttava massiivinen hiukkanen ( Weakly Interacting Massive Particle).
Kyseessä ovat siis raskaat hiukkaset, jotka vuorovaikuttavat ainoastaan painovoiman ja heikon ydinvoiman kautta.
WIMP-hiukkaset täyttäisivät monta pimeän aineen hiukkasilta vaadittua ominaisuutta, mutta niitä on kuitenkin erittäin vaikea havainnoida.
WIMP-hiukkasia etsitään Yhdysvalloissa Minnesotassa vanhaan kaivokseen rakennetulla ilmaisimella. Kaivoksessa kylmässä lämpötilassa on ilmaisimia, joiden toivotaan rekisteröivän värähtelyä, jos WIMP-hiukkasia osuu niihin.
Vastaus pimeän aineen olemukseen voi kuitenkin löytyä jostain aivan muualta.
Voi olla , että paras ehdokas pimeän aineen hiukkaseksi , kylmäksi tai lämpimäksi, onkin vielä löytymätön alkeishiukkanen.Fyysikoiden teoreettisissa malleissa uumoillaan, että olisi olemassa tuntemattomia hiukkasia, kuten erittäin kevyitä varauksettomia aksioneja, supersymmetrisiä hiukkasia tai magneettisia monopoleja.
Tutkijat toivovat saavansa vihdoikin selvyyden näiden hiukkasten olemassaoloon, kun Cernin uusi LHC-kiihdytin (Large Hadron Collider) pian aloittaa toimintansa. Jos tällasia hiukkasia on ja jos niitä ylipäätään voidaan luoda laboratorioissa, niin LHC todennäköisesti havaitsee ne.
-Lähde ja kuvat:Tieteen kuvalehti numero 8. 2008.Sivu 56.
Kirjoittaja: -Maallikko, harrastelija, monialatutkija, sekä vapaa-ajattelija.

taikojamme kirjoitti:

Jos Cernissä kuljetaan omia sivupolkuja, voipi jup olla se se viimeinen polku. No kerran se vaan kirpasee, otetaan malja, otetaan kaikelle ihmeelliselle, missä saamme olla muukalaisena mukana. Vai oliko se kotona, jussia !

Sanoi keski-ikäinen mies jonka työpaikka on Turussa, ja joka saattaa olla olemattakin.

-sama-

Juomme toiveiden maljan, kippis.

G.G.G. kirjoitti:

-Hyviä ajatuksia. -Oikein hyviä kylläkin, jotka on ajateltu vajavaisilla aivoilla ( ihmisten puutteelliset aivot huomioiden ), niin minulla kuin sinulla ja kaikilla muillakin.
Nyt olisi tärkeää oppia vanhoista ajatusmalleista, uusiin ajatusmalleihin, tuntuu masentavalta ajatella ettei Albertti antanut meille valmiita mallinnuksia maailmankaikkeudesta kokonaisuutena, niin kuin mainitsit koko sekasotkusta.

Meidänkö (ne,se) pitäisi piirtää?. Vai syntyykö joku vielä viisaampi, kuin mitä nyt ihmiskunnassa viisaita on, missä ne älyköt nyt on?, kun kovaa ääntä on älyköistä pidetty, ja listoja tehty..
Maailmankaikkeudet ei ole rinnakkaisia, ehkä ne on soluttautuneita keskenään, näkymätön ja näkyvä maailmankaikkeus,tai puuttuva kaikkeus, näkyvää kuitenkin vain noin 4-5% kaikesta.
-Painovoimakenttä / -Antipainovoimakenttä.
Onko mikään totta vai jokin vain totta ?.
Kyllä jokin on totta, mutta niin vähän on totta, koska on lähdettävä ihmisen totuudesta, myönnän sen, se on vähän se, ei riitä alkuunkaan lopulliseksi totuudeksi.
-Voisin tähän liittää toisten tutkimuksia heidän totuudesta ja tämänhetkisistä tiedoista.

-Pimeä aine pitää kaikkeuden kasassa.
Tähtien ja galaksien pitäisi loitota toisistaan, niiden massa ei riitä pitämään niitä paikoillaan. Oudon pimeän aineen painovoima näyttää ankkuroivan ne aloilleen. Nyt tämä aine on saatu ensi kertaa kartalle.
Galaksijoukkoa ZwC 10024+1652 ympäröi pimeän aineen rengas, joka tässä on esitetty tummansinisenä.
Myöskin Hubblen havainto samalla sivulla: -Kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä sai vuonna 2007 valmiiksi kartan pimeän aineen jakautumisesta avaruuden alueilla.
-Suurin osa kaikkeudesta on näkymätöntä.
Taivaalla näkyvät tähdet muodostavat neljä prosenttia maailmankaikkeuden koko massasta. Muu osuus on pimeää ainetta ja vielä kummallisempaa pimeää energiaa. Outo pimeä energia on kuin antipainovoima, joka kiihdyttää maailmankaikkeuden laajenemista. Sen olemassaolo voi johtua universumin rakenteesta tai mahdollisen toisen maailmankaikkeuden vaikutuksesta.

Vuonna 2007 kansainvälinen tähtitieteilijäryhmä sai valmiiksi kartan pimeän aineen jakautumisesta. Kartta kattaa tosin pienen alueen maailmankaikkeudesta, mutta siitä selvisi, että pimeä aine pitää universumin näkyvää ainetta paikoillaan. Ilman pimeän aineen massaa tähdet ja galagsit loittonisivat toisistaan joka suuntaan, sillä niiden massa ei riitä pitämään galakseja koossa.
pimeän aineen kartoittaminen oli vaativa tehtävä, sillä ainetta ei nimensä mukaisesti voida havannoida tavanomaisin menetelmin. Tutkijaryhmän työsuoritus voidaan verrata siihen että suurkaupungin rakennuskantaa tutkittaisiin yöllä otetuin ilmakuvan perusteella. Kuvassa katuvaloista saataisiin viitteitä siitä, missä kadut kulkevat, mutta rakennusten, torien, puistojen ja jopa esikaupunkien sijaintia pitäisi arvailla.
Kartoitustyössä oli mukana kaikkiaan 70 tutkijaa. Työssä käytettiin Hubble- avaruusteleskooppin ACS-kameran havaintoja. ACS-kamera otti kaikkiaan 575 kuvaa, ja yksinomaan kuvaamiseen kului yli tuhat tuntia. Tutkittu alue katettiin kuvilla niin, että kuvat menivät osittain päällekkäin. Kyseessä oli laajin Hubblella suoritettu tutkimuskohde.
Tutkijaryhmä, jota johti Richard Massey Kalifornian teknisestä korkeakoulusta, tarkkaili 500000.ta galaksia alueella, jonka läpimitta tähtitaivaalla oli yhdeksän kertaa niin suuri kuin Kuun. Kaukaisimmat tutkituista galakseista sijitsivat 6,5 miljardin valovuoden päässä Maasta.
Pimeä aine toimii ikään kuin gravitaatiolinssinä, joka taittaa kaukaisten galaksien valoa, sillä pimeän aineen massa vetää valoa puoleensa ja muuttaa sen suuntaa. Gravitaatiolinssi-ilmiö käyttämistä voidaan verrata siihen, että suihkukaapin lasin muotoja tutkittaisiin lasin läpi siroavan valon avulla.
Kun ACS-kameran tuloksiin yhdistettiin Maassa sijaitsevien teleskooppien mittaamat etäisyydet galakseihin, saatiin aikaan kolmiulotteinen kartta. Kartta ulottuu aikaan, jolloin maailmankaikkeuden ikä oli puolet nykyisestä. Siitä selviää, että pimeä aine kasaantuu sitä enemmän mitä kauemman aikaa alkuräjähdyksestä on kulunut.
Kun tutkijat olivat saaneet valmiiksi kartan pimeän aineen jakautumisesta, laadittiin myös kartta näkyvien galaksien jakautumisesta samalla alueella. Vertaamalla karttoja saatiin selville, että näkyvän aineen tiheys on suurin juuri siellä missä myös pimeää ainetta on eninten.
Kartat ovat ensimmäinen todiste pimeän aineen vaikutuksesta maailmankaikkeuden rakenteeseen. Tähän asti sitä on voitu tarkastella vain tietokonemallien perusteella. Pimeän aineen jakautumisen selvittäminen voi auttaa myös valottamaan sitä, miten näkyvät galaksit ovat kehittyneet. uudet kartat tukevat nykyistä teoriaa siitä, miten aine alkoi kasaantua nuoressa universumissa.

- Koostumus on yhä arvoitus.
Vaikka pimeän aineen jakautuminen maailmankaikkeudessa alkaakin vähitellen
selvitä, koko sen koostumus on yhä selvittämättä. Varmaa on, galakseissa on jotakin tuntematonta ainetta, mutta aineen olemuksesta uskalletaan esittää ainoastaan hataria arvailuja.
Viime vuosina pimeää ainetta on tutkittu muun muassa alkuräjähdysteorian
mallin perusteella. Alkuräjähdysteoriassa selvitetään, miten ja millaisissa olosuhteissa atomiytimet syntyivät fuusioitumalla muutamia minuutteja maailmankaikkeuden synnyn jälkeen.
Atomiytimien fuusioitumista kutsutaan alkuräjähdyksen ydinsynteesiksi. Laskalmien mukaan ydinsynteesissä syntyi pääasiassa vetyä ja heliumia suhteessa 3:1. Ydinsynteesiteoria ennustaa suunilleen oikein kevyiden alkuaineiden pitoisuudet maailmankaikkeudessa, sillä Linnunradan tähdistä ja kaasupilvistä tehdyissä havainnoissa on todettu olevan 3/4 vetyä ja 1/4 heliumia. Ydinsynteesissä syntyi lisäksi pieniä määriä vedyn isotooppia deuteriumia, heliumin isotooppeja sekä litiumia ja berylliumia.
Alkuräjähdyksessä muodostuvien aineiden suhteelliset pitoisuudet riippuivat baryonisen aineen eli tavanomaisen protoneista ja neutroneista rakentuvan aineen määrästä. Normaalin aineen tiheys määritellään havainnoimalla maaimankaikkeuden ainetta ja muuttamalla ydinsynteesiä havaittujen määrien mukaan.
Mittauksissa on käynyt ilmi, että pimeän aineen tiheys on huomattavasti suurempi kuin baryonisen aineen. Siten vain pieni osa maailmankaikkeuden pimeästä aineesta voi koostua tavanomaisista aineen rakennusosista eli protoneista, neutroneista ja elektroneista.
Pimeän aineen erilaisen rakenteen vuoksi vain pieni osa siitä voidaan selittää tuntemattomilla planeetoilla, ruskeilla kääpiöillä, neutrontähdillä tai muilla tavanomaisilla taivaankappaleilla. Todennäköisintä on, että pimeä aine muodostuu ennen tuntemattomista hiukkasista, jotka käyttäytyvät eri tavalla kuin näkyvän aineen hiukkaset.
-Hiukkaset liikkuvat nopeasti.
Pimeän aineen ominaisuuksia yritetään selvittää myös tutkimalla maailmankaikkeuden suurten etäisyyksien rakennetta.
Siinä tarkkaillaan yhä kaukaisempia galakseja, jotka kertovat miljardeja vuosia sitten vallinneesta tilanteesta.
Sekä galaksien tarkkailusta että uudesta kolmiulotteisesta pimeän aineen kartasta on saatu selville, että pimeällä aineella on taipumus kasautua sitä enemmän, mitä pidemmän aikaa alkuräjähdyksestä on kulunut. Kasautumistaipumus viittaa siihen, että ainakin jotkin pimeän aineen ominaisuuksista muistuttavat näkyvän aineen ominaisuuksia.
Kasautumiskyky vaikuttaa myös tapaan, jolla tutkijat ovat jakaneet pimeän aineen kylmäksi ja lämpimäksi aineeksi. Nimestä huolimatta jako ei perustu lämpötilaan vaan pimeän aineen hiukkasten nopeuteen.
Lämmin pimeä aine koostuu hiukkasista, jotka liikkuvat lähes valon nopeudella. Lämminpimeä aine ei kasaannu kovin helposti, mutta kun se kasaantuu, syntyy laajoja aineen tihentymiä, joiden ala on 11^16 Auringon massaa eli tihentymä vastaa suunnilleen galaksijoukkoa.
Kylmä pimeä aine, jonka nopeus on huomattavasti valon nopeutta hitaampi, kasaantuu helposti rakenteiksi, joiden ala on 10^8 - 10^15 Auringon massaa, mikä vastaa kutakuinkin kääpiögalaksia.
Toisaalta kylmääkään pimeää ainetta ei voi olla mielin määrin, sillä siinä tapauksessa maailmankaikkeudessa olisi nykyistä enemmän kääpiögalaksien kaltaisia muodostelmia.
Saattaa olla, että maailmankaikkeuden pimeä aine onkin “haaleaa” massaa, jossa on tasaisesti sekä kylmää että kuumaa pimeätä ainetta.
Pimeä aine ilmenee monin tavoin.
Pimeää ainetta ei voida havaita suurimmillakaan teleskoopeilla, sillä se ei lähetä valoa. Se havaitaan kuitenkin epäsuorasti, sillä aine, jolla on massa, vaikuttaa painovoimallaan ympäristöönsä.
Tätä gravitaatiovaikutusta käytetäänkin apuna pimeän aineen jakautumiseen kartoittamisessa ja määrän mittaamisessa.
Ensimmäiset havainnot pimeästä aineesta tehtiin 1970-ja 1980-luvuilla, kun tutkittiin kierregalaksien tähtien liikkeitä.
Todettiin, että esimerkiksi Aurinko kiertää Linnunradan keskusta 25000 valovuoden päässä noin 220 kilometrin sekuntinopeudella.
Hämmästyttävää oli se, että myös tähdet, jotka sijaitsivat paljon kauempana Linnunradan keskuksesta kuin Aurinko, liikkuivat jokseenkin samalla nopeudella.
Tähtien kiertoliikkeen sekuntinopeus Linnunradan laitamilla, jossa on hyvin vähän materiaa, on melkein sama kuin lähempänä keskusta. Siellä siis täytyy olla jotain ainetta, joka ei näy, mutta jonka painovoima antaa tähdelle lisää vauhtia.
Laskelmien mukaan kierregalakseissa täytyy olla noin kymmenenkertaa niin paljon ainetta kuin sen näkyvissä tähdissä ja tähtienvälisessä kaasussa on.
Vastaavaan tulokseen päästiin, kun tarkasteltiin suurten galaksijoukkojen valon taittumista. Mittausten mukaan niiden valon taittuminen vaatii suurempaa massaa kuin mitä näkyvät tähdet sisältävät. Myös muilla mittausmenetelmillä on päästy kutakuinkin samaan tulokseen. Toisin sanoen suurin osa maailmankaikkeudesta koostuu aineesta, jota ei voida nähdä.
Osa pimeästä aineesta on luultavasti neutriinoja.
-Esimerkiksi Abruzzossa Italiassa sijaitsevalla neutriinonilmaisimella on yritetty selvittää neutriinon olemusta.
-Suurin osa kaikkeudesta on näkymätöntä.
Taivaalla näkyvät tähdet muodostavat vain neljä prosenttia maailmankaikkeuden koko massasta. Muu osuus on pimeää ainetta ja kummallisempaa pimeää energiaa. Outo pimeä energia on kuin antipainovoima, joka kiihdyttää maailmankaikkeuden laajenemista. Sen olemassaolo voi johtua universumin rakenteesta tai mahdollisen toisen maailmankaikkeuden vaikutuksesta.

-Neutriino on kuuma kandidaatti.
Lämpimän pimeän aineen alkeishiukkaseksi on jo olemassa vahva ehdokas neutriino.
Varaukseton neutriino osallistuu moniin ydinreaktioihin, mutta se on vain hyvin heikossa vuorovaikutuksessa atomien kanssa. Ilmaisimilla tehdyissä kokeissa on todettu, että neutriinoilla on massa-vaikkakin se on erittäin pieni. Pienikin massa kuitenkin riittää aiheuttamaan painovoimavaikutusta,
sillä maailmankaikkeudessa neutriinoja on valtava määrä.
Ainoastaan sinä aikana kun olet lukenut yhden lauseen tästä tekstistä, miljoonat Auringosta peräisin olevat neutriinot ovat ehtineet hujahtaa lähes valonnopeudella peukalosi läpi.
Neutriinojen massaa on tutkittu monilla ilmaisimilla eri puolilla maailmaa.
Yksi näistä hankkeista toteutettiin Etelämantereella.
AMANDA II- projektissa neutriinoja havainnoitiin jäähän sijoitettujen valokennojen avulla. Vaijereissa jääkuiluihin satojen metrien syvyyteen asennetut valokennot rekisteröivät neutriinojen ja vesimolekyylien harvinaisia törmäyksiä.
Nyt AMANDA-ilmaisin on uuden IceCube-ilmaisimen keskellä.
Kun neutriino törmäsi Antarktiksen jäässä olevaan vedyn tai hapen ytimeen, ydin hajosi ja syntyi myoni.
Myoni on elektronin kaltainen varautunut hiukkanen, joka voidaan havaita optisilla laitteila sillä se lähettää sähkomagneettista Tserenkovin säteilyä.
AMANDA II-hankkeessa ja muissa ilmaisintutkimuksissa on todettu, että neutriinon massa on miljoonasosasta kymmenesmiljoonasosaan elektronin massasta. Se merkitsee, että neutriinojen massa olisi yhdestä seitsemään prosenttia koko maailmankaikkeuden massasta.
Siten neutriinoilla voitaisiin selittää osa pimeästä aineesta, mutta ei kaikkea.
Kylmäksi pimeäksi aineeksion niin ikään yksi hyvä ehdokas: WIMP eli heikosti vuorovaikuttava massiivinen hiukkanen ( Weakly Interacting Massive Particle).
Kyseessä ovat siis raskaat hiukkaset, jotka vuorovaikuttavat ainoastaan painovoiman ja heikon ydinvoiman kautta.
WIMP-hiukkaset täyttäisivät monta pimeän aineen hiukkasilta vaadittua ominaisuutta, mutta niitä on kuitenkin erittäin vaikea havainnoida.
WIMP-hiukkasia etsitään Yhdysvalloissa Minnesotassa vanhaan kaivokseen rakennetulla ilmaisimella. Kaivoksessa kylmässä lämpötilassa on ilmaisimia, joiden toivotaan rekisteröivän värähtelyä, jos WIMP-hiukkasia osuu niihin.
Vastaus pimeän aineen olemukseen voi kuitenkin löytyä jostain aivan muualta.
Voi olla , että paras ehdokas pimeän aineen hiukkaseksi , kylmäksi tai lämpimäksi, onkin vielä löytymätön alkeishiukkanen.Fyysikoiden teoreettisissa malleissa uumoillaan, että olisi olemassa tuntemattomia hiukkasia, kuten erittäin kevyitä varauksettomia aksioneja, supersymmetrisiä hiukkasia tai magneettisia monopoleja.
Tutkijat toivovat saavansa vihdoikin selvyyden näiden hiukkasten olemassaoloon, kun Cernin uusi LHC-kiihdytin (Large Hadron Collider) pian aloittaa toimintansa. Jos tällasia hiukkasia on ja jos niitä ylipäätään voidaan luoda laboratorioissa, niin LHC todennäköisesti havaitsee ne.
-Lähde ja kuvat:Tieteen kuvalehti numero 8. 2008.Sivu 56.
Kirjoittaja: -Maallikko, harrastelija, monialatutkija, sekä vapaa-ajattelija.

jos emme saa tietää mitä on tämä pimiäjuapkka, alkaas sellainen epätietoisuus vi.uttamaan pitkän päälle niin paljon että pää halkeaa kvarkeiksi.

Auttaako CERN vai pitääskö kiihdyttimen olla universumin kokoinen ?!

Joitain ehdotuksii tuntemattomien seikkojen lukuisaan joukkoon.

- multiversumin versumit vaikuttavat muihin
- isäisän taskukello jätättää
- pmeä aine, jumalan aivot, jossa kaikki tapahtuu
- havaitsija, olemme järjestään hulluja
- Pimeä aine on alkuaine, jonka järjestysluku on 1/2. Se koostuu puolikkaasta protonista ja puolikkaasta elektronsta. Pimeä aine on hyvin raskasta ja kestävää ainetta ja yksi gramma sitä painaa 10000 grammaa. Sitä ei myöskään näe koska se on saman väristä kuin avaruus. Pimeä aine esiintyy luonnossa kökkäreinä, mutta siitä voi jalostaa öljymäistä nestettä polttoainetarkoitukseen. Vuonna 3000 kaikki maailman avaruusalukset käyttää sitä polttoaineena ja vuoteen 4000 mennessä se on louhittu loppuun. Pimeän aineen esiintymiä on galaksia ympäröivässä pölypilvessä ja galaksien välisessä avaruudessa. (Tai sitten astrofyysikot keksivät päästään koko pimeän aineen selitykseksi sille, etteivät vaan osaa.)

Doc aiheesta : http://www.mayk.edu.hel.fi/cern/pimeaaine.doc

sama

G.G.G. kirjoitti:

Juomme toiveiden maljan, kippis.

Pimeä raha on maksuväline, joka on tuotettu maailmankaikkeuden yleisimmästä aineesta: pimeästä aineesta.

Kosmologien mukaan maailmankaikkeus koostuu suurimmaksi osaksi ns. pimeästä aineesta. Toisin sanoen suurin osa maailmankaikkeuden massasta on ainetta, jota ei voida nähdä ja jonka olemusta ei tarkasti tunneta. Tästä johtuen onkin luonnollista, että suurin osa ihmiskunnan käytössä olevista rahavaroista koostuu juuri pimeästä rahasta. Joiden arvioden mukaan jopa yli 90 prosenttia kaikesta käytössä olevasta rahasta on pimeää rahaa.

Tutkijat havaitsivat, että yhteiskunnan hajoamisnopeus on paljon suurempi, kuin mitä näkyvissä olevien rahavarojen määrästä voisi päätellä. Tämä sai rohkeimmat tutkijat päättelemään, että maailmankaikkeudessa on olemassa erittäin suuri määrä pimeää rahaa, joka kiihdyttää talousjärjestelmien romahtamista.

Maailmankaikkeuden tutkijat joutuvat korjaamaan omia avaruusainelaskelmiaan venäläisperäisellä termillä kosmologinen vakio. Rahatalouden tutkijat ovat taas omaksuneet käyttöönsä termin amerikkalaisen vastineen astrologinen vakio. Astrologisen vakion suuruutta joudutaan kasvattamaan laskelmissa sitä mukaa, kun pimeän rahan määrä kasvaa suhteessa näkyvän rahan määrään.
”    

Pimeä raha on nykyään tieteellisen tutkimuksen tärkein kohde, ja onkin erittäin tärkeää, että kaikki pimeä raha saadaan tutkittavaksi. Jos siis olet nähnyt jossakin pimeää rahaa, niin lähetä kaikki minulle tutkittavaksi, jotta voimme paljastaa lopulta pimeän rahan todellisen luonteen ja kokeilla tuottaako se vastaavanlaista nautintoa kuluttajalleen, kuin näkyvä raha.

   ”

~tutkija Peter Fryckman, Pimeän rahan tutkimuslaitos.

Hped