Gravitaation olemuksesta Tähdet ja avaruus -lehdessä ja nettiuutisissa

[jaava]

Eikö se mene niin, että mikä tahansa massa kaareuttaa avaruutta lähistöllään, koska sillä on massaa. Eli me kaivamme maapallolle gravitaatiokuoppaa siinä missä maapallo meille. Me kaareutamme kohdaltamme avarutta kuten maapllo omalta kohdaltaan.

Miksi sitten kaksi kuoppaa pyrkii yhteen (vetävät toisiaan puoleensa). Voisiko kaareutunut avaruus pyrkiä jonkinlaiseen minimipotentiaalitilaan, ja sen takia myös pyrkiä yhdistämään gravitaatiokuopat (kaksi kaareutuvaa osaa avaruudessa).

JV

[RJ]

Supersäieteoria voi olla oikeilla jäljillä, mutta mistä löytyy ne ihmiset, jotka voivat arvioida sen? (ehkä yksi miljardista todella ymmärtää) Toivon, että ymmärrettäviä todisteita teorian puolesta löytyy.

Olet oikeassa, loppukädessä havaintojen täytyy toimia tuomarina teorioille. Tässä lainaus eräästä blogista:

Nykyään kauneus on saanut yliotteen: hiukkasfysiikassa Standardimalli ja gravitaation puolella yleinen suhteellisuuteoria toimivat niin hyvin, että havainnot eivät ole pystyneet kertomaan, minne päin polku kulkee niiden tuolla puolen. Niinpä yhtenäisteorioiden kehittäminen perustuu enimmäkseen samoihin esteettisiin kriteereihin, jotka ovat tuoneet tänne asti.

http://www.tiede.fi/blog/2008/10/26/muusat-ja-seireenit/

            Ricke sanoi: painovoima on avaruuden kaarevan geometrian ilmentymä ihmiselle. Näen kolme vaihtohtoa, mistä painovoima
tulee:          1       maapallosta
                  2       maapallosta epäsuorasti jonkun mekanismin kautta
                  3       jostakin muualta: avaruuden kaarevuudesta tai peräti  jostain tuntemattomasta

En ihan ymmärrä miten rajasit nämä vaihtoehdot. Ne ovat oikeastaan kaikki oikein: maapallon massa aiheuttaa tähän avaruuden osaan kuopan (kaarevuutta), ja tämä kuoppa näyttäytyy meille painovoimana. JV ilmaisi myös edellä saman asian.

Miksi sitten kaksi kuoppaa pyrkii yhteen (vetävät toisiaan puoleensa). Voisiko kaareutunut avaruus pyrkiä jonkinlaiseen minimipotentiaalitilaan, ja sen takia myös pyrkiä yhdistämään gravitaatiokuopat (kaksi kaareutuvaa osaa avaruudessa).

Massapisteet (kuopat) liikkuvat suoraviivaisesti kaarevan avaruuden geometriassa, jos niihin vaikuttaa vain gravitaatio (Newtonin 1. lain yleistys). Tämä suoraviivainen liike on itseasiassa käyräviivaista ulkopuoliselle tarkastelijalle (esim. maapallon rata auringon ympäri). Suoraa viivaa kutsutaan yleisessä geometriassa geodeesiksi.

[jaava]

Massapisteet (kuopat) liikkuvat suoraviivaisesti kaarevan avaruuden geometriassa, jos niihin vaikuttaa vain gravitaatio (Newtonin 1. lain yleistys). Tämä suoraviivainen liike on itseasiassa käyräviivaista ulkopuoliselle tarkastelijalle (esim. maapallon rata auringon ympäri). Suoraa viivaa kutsutaan yleisessä geometriassa geodeesiksi.

Kaksi toisistaan erillään ja paikallaan olevaa kuoppaa alkaa liikkua toisiaan kohti, jos niitä ei mikään pidättele. Miksi? Edes massan hitaus ei auta, hieman vain hidastaa.

JV

[RJ]

Kaksi toisistaan erillään ja paikallaan olevaa kuoppaa alkaa liikkua toisiaan kohti, jos niitä ei mikään pidättele. Miksi? Edes massan hitaus ei auta, hieman vain hidastaa.

Kuopat voidaan pitää erillään ja paikallaan suhteessa toisiinsa vain ulkopuolisen kiihtyvyyden avulla, esim. rakettimoottoreilla. Kun tämä kiihtyvyys loppuu (kuopat "päästetään irti"), alkavat kuopat liikkua pitkin geodeesejaan. Koska alkunopeutta ei kuoppien välillä ole, geodeesit johtavat suoraan kuoppien massakeskipisteeseen. Edelleen voi kysyä syytä tälle geodeettiselle liikkeelle, ja vastaus siihen on ehkä epätyydyttävästi "geometrian lait".

[jaava]

Kaksi toisistaan erillään ja paikallaan olevaa kuoppaa

Kuinka kaksi kuoppaa (massaa) voivat olla toisiinsa nähden paikallaan. Havaitsijan koordinaateista päätellen on selvää liikkuvatko ne, mutta jos massat kiertävät toisiaan täsmälleen ympyräradalla. Havaitsija voi luulla itse pyörivänsä ja massojen olevan paikallaan.

Edelleen voi kysyä syytä tälle geodeettiselle liikkeelle, ja vastaus siihen on ehkä epätyydyttävästi "geometrian lait".

"Geomatrian lait" ei koske fysiikkaa, jos niitä ei sidota olevaisen tapahtumiin. Niistä (geometriasta) ei siis seuraa suoraan (triviaalisti) mitään fysikaalista ilmiötä.

Tuo kahden massan liike on mielenkiintoinen kaareutuvan avaruuden suhteen myös siitä näkökulmasta, että massojen liikkuessa ne vievät aiheuttamaansa kaareutumista mukanaan täysin vaivattomasti. Siihen ei kulu energiaa. Luulisi noinkin järeän (suuriin voimavaikutuksiin kykenevän) rakenteen vaativan edes jonkinlaista havaittavaa hävikkiä.

JV

[Kaizu]

Miksi sitten kaksi kuoppaa pyrkii yhteen (vetävät toisiaan puoleensa). Voisiko kaareutunut avaruus pyrkiä jonkinlaiseen minimipotentiaalitilaan, ja sen takia myös pyrkiä yhdistämään gravitaatiokuopat (kaksi kaareutuvaa osaa avaruudessa).

Kuopat tulevat analogiasta jossa avaruuden kaarevuutta kuvataan kumikalvolla johon massapisteet painavat kuopan. Analogiaa pyrkii helpottamaan avaruuden kaarevuuden ymmärtämistä. Siitä on kuitenkin jätetty pois yksi avaruudellinen ulottuvuus joten ihan kaikki kumikalvosta avaruuteen laajennetut analogiat eivät toimi. Avaruuden kaareutumista kumikalvolla kuvaa massapisteen aiheuttama kalteva pinta jota pitkin pyöreä massapiste pyrkii vierimään alamäkeen. Avaruudessa tätä tason kaltevuutta vastaa kiihtyvyysvektori. Se on meidän mittakaavassamme helpoiten havaittavissa silloinkin kun kaarevuus on vähäistä, ts. sitä ei tarvitse mennä mustaan aukkoon katsomaan. Kaarevuutta voi mitata myös geometrisillä keinoilla, vaikkapa mittaamalla kolmion kulmien summaa. Pienikokoisia avaruuden kaarevuusmittareita yritetään keksiä ja rakentaa gravitaatioaaltojen havaitsemiseksi, menestys on ollut heikko. Toistaiseksi gravitaatioallot on havaittu relativistisista systeemeistä häviävänä energiana. Lähellä toisiaan kiertävien neutronitähti- ja musta-aukkoparien kiertoajat nopeutuvat ja josakin vaiheessa ne saavat toisensa.

Einsteinin suuria ajatuksia oli erityisen suhteellisuusteorian ekvivalenssiperiaate, joka kertoo että gravitaatiota ja kiihtyvyyttä ei voida erottaa toisistaan joten ne ovat sama asia.

Suhteellisuusteorian ja kvanttimekaniikan yhdistämisessä yksi kysymys koskee sitä mekanismiä jolla aine ja avaruus ilmaisevat itsensä toisilleen.
Luin jokin aika sitten mielenkiintoisen kirjan 10+1-ulotteisista supersäierenkaista. Näistä ulottuvuuksista 7 oli meiltä piilossa muutoin paitsi että säierenkaan seikkailu näiden topologioissa näkyi sen ilmentymänä meidän maailmassamme. Ne saattoivat näkyä leptoneina tai kvarkkeina jne.
Kooltaan nämä olivat lähellä Plankin etäisyyttä eli niin kaukana että meillä ei ole mitään mahdollisuutta "nähdä" niitä. Näistä palikoista pitäisi sitten rakentaa järjestelmä jonka pohjalta voidaan ennustaa havaittava maailma niin että mukana ei tule tähän maailmaan kuulumattomia örkkejä. Tehtävän vaikeutta kuvaa se että rinkuloiden kokoluokka on 10E-35m ja pienimmät havaittavat rakenteet ovat 18 dekadia suurempia. Välimatka on taitettava pelkän mielikuvituksen varassa ilman ainuttakaan virhetta. Aihetta on pohdittu vajaat 30 vuotta mutta mitään valmista ei ole vielä tullut.

Kaizu

[RJ]

"Geomatrian lait" ei koske fysiikkaa, jos niitä ei sidota olevaisen tapahtumiin. Niistä (geometriasta) ei siis seuraa suoraan (triviaalisti) mitään fysikaalista ilmiötä.

Olen korostanut kovapäisesti geometriaa tässä keskustelussa sen takia, koska juuri se on GR:n fundamentaali lähtökohta. Tämän käsiteellistä ja käytännön merkitystä on vaikea pukea yksinkertaisiksi sanoiksi, mutta näin se on. GR kuvaa tarkasti kaikki havaitut gravitaatioilmiöt, ja tekee sen jopa triviaalisti käyttäen hyväksi yleistä geometriaa.

[Untamo]

Ricke kirjoitti:
"Massa kaareuttaa avaruuden geometriaa ja geometria määrää miten massa liikkuu avaruudessa."

Siinäpä ytimekäs väite, joka lisäksi taitaa olla mm. T-A lehden ja monen muun näkemys. Viittaan  M. Valtosen artikkeliin 8/2008 lehdessä.  Että uskoisin tuon, pitäisi selittää miten mikään massa voi tyhjiöä taivutella?!   
Lautamiesjärki sanoo, että kaksiulotteinen avaruus kuoppakenttineen on vain allegoria, jolla ei ole mitään tekemistä todellisen avaruusgeometrian kanssa, joka kolmiulotteisena kuvaa oikein todellisuutta. Naurakoon ketä huvittaa.   Hyvä sentään, että myönnetään kuitenkin massan kaareuttavan avaruutta. Sehän osoittaa, että painovoimakenttä esim. planeetan ympärillä on todellinen.  Jostain syystä tämä mainitussa lehdessä kuitenkin kiistetään!

Aiemmin tästä aiheesta kirjoittaessani viittasin Andersenin satuun keisarin uusista vaatteista.  Pelkäänpä, että "isoillekin pojille" Einsteinin lumossa voi käydä samoin, kuin kansalle ko. sadussa.  Lukekaahan jos kuka ei muista.

[Kaizu]

Ricke kirjoitti:
"Massa kaareuttaa avaruuden geometriaa ja geometria määrää miten massa liikkuu avaruudessa."

Siinäpä ytimekäs väite, joka lisäksi taitaa olla mm. T-A lehden ja monen muun näkemys. Viittaan  M. Valtosen artikkeliin 8/2008 lehdessä.  Että uskoisin tuon, pitäisi selittää miten mikään massa voi tyhjiöä taivutella?!

Onko sinulla tiedossa havaintoihin paremmin sopiva selitys gravitaatiolle?
Pahaa pelkään että sen enempää avaruus kuin massakaan eivät välitä siitä, uskotaanko niihin vai ei. Ne toimivat niin kuin ovat tähänkin mennessä toimineet. Ne ovat toimineet ennen kuin yksikään ihminen oli asettamassa niitä kyseenalaiseksi. Ne jäänevät tänne liikkumaan ja kaareutumaan vielä meidän jälkeemmekin. Nämä uskojutut kuuluvat ennemminkin teologian piiriin.

Kaizu

[jaava]

Onko sinulla tiedossa havaintoihin paremmin sopiva selitys gravitaatiolle?

Tässä ei taida oikein olla kysymys nyt kovin pragmaattispainotteisesta vastauksesta. Minä kuten  toinenkin ihmettelijä haluaa syvällisempää selitystä tai jonkinlaista viittausta siihen suuntaa, että heikoilla jäillä ollaan.

On ilman muuta selvää, että Einsteinin kehitelmä antaa hyviä vastauksia (ei mulla ole oikeesti varaa käyttää tällaista sanamuotoa), mutta tunnetusti silläkin on rajansa. Joten tieteen viimeinen teoria se ei tule olemaan. Tulevat teoriat antavat kuitenkin melkoisen samoja vastauksia niihin kysymyksiin, joihin suhteellisuusteoria osaa vastata.

Luulempa seuraavien teorioiden myötä "kaareutuvan avaruuden" siirtyvän taas astetta pidemmälle.

JV

[Kaizu]

Tässä ei taida oikein olla kysymys nyt kovin pragmaattispainotteisesta vastauksesta.

Sanan "pragmaattinen" merkityksen ymmärrän, tämän lauseen merkitystä en.

Minä kuten  toinenkin ihmettelijä haluaa syvällisempää selitystä tai jonkinlaista viittausta siihen suuntaa, että heikoilla jäillä ollaan.

Millainen on syvällinen selitys? Minkälaisia merkkejä "heikoista jäistä" on havaittavissa?
Kaikki nämä teoriat ovat malleja joilla yritämme ymmärtää luontoa. Ei meillä ole tietoa niiden varsinaisesta todenperäisyydestä. Me tiedämme että mallit antavat havaintojen kanssa yhtäpitäviä tuloksia ja sillä perusteella uskomme että ne ovat totta.
Myös shakkipelin säännöt ovat "totta" jos olemme puupalikoita 8x8 ruudukossa.
Isolla puolella on toistaiseksi toiminut empiirinen järjestys eli ensin havaitaan ja sitten selitetään. Tarve suhteellisuusteorialle tuli Newtonin mekaniikan pienistä mutta havaituista epätäsmällisyyksistä.
Pienellä puolella ollan päästy rajalle jossa ensin selitetään ja sitten havaitaan ja sitten selitetään lisää. Johtuu siitä että meillä ei ole enää keinoja nähdä kaikkein pienimpiä hippusia mitä voimme kuvitella. Homma on huomattavasti työläämpää kuin suoraan havaintoihin perustuva selittäminen.

On ilman muuta selvää, että Einsteinin kehitelmä antaa hyviä vastauksia (ei mulla ole oikeesti varaa käyttää tällaista sanamuotoa), mutta tunnetusti silläkin on rajansa. Joten tieteen viimeinen teoria se ei tule olemaan. Tulevat teoriat antavat kuitenkin melkoisen samoja vastauksia niihin kysymyksiin, joihin suhteellisuusteoria osaa vastata.

Vastausten pitää, nyky mittaustarkkuuden puitteissa, olla täsmälleen samoja. Sen tulevan teorian pitää jossain muodossa sisältää ainakin yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikan standardimalli eikä se saa tuottaa havaitojen kanssa ristiriidassa olevia mörköjä. Tehtävä on kertaluokkaa hankalampi kuin suhteellisuusteorian rakentaminen, senhän piti vain korvata Newtonin mekaniikka. Nyt pitää korvata kaksi varsin täsmällisiä vastauksia antavaa teoriaa. Sen lisäksi mittaustarkkuus asioiden toteamiseksi on parantunut.

Kaizu

[jaava]

Sanan "pragmaattinen" merkityksen ymmärrän, tämän lauseen merkitystä en.

Uh mikä lause se onkin. Ajatuskulku meni seuraavasti: Vaikka Newtonin ja Einsteinin mallit gravitaatiosta ovat käytännölliselle ihmiselle melkeimpä mihin vaan riittäviä, selittäähän ne suurimman osan havainnoistamme hyvin tarkasti, niin jos haluaa pohdiskella syvällisempiä malleja gravitaatiolle, ei oikein riitä se että saadaan edellisillä malleilla tarkkoja vastauksia.

Tieteen eteneminenhän on ollut jonkinlaista vuorovetoa: Tehdään mittauksia joihin sovitetaan matemaattisia malleja. Ja sitten tehdään matemaattisia malleja, johon yritetään löytää kokeilla niitä tukevia tuloksia. Milloin kulkee kokeellinen fysiikka etunenässä milloin teoreettinen.

Millainen on syvällinen selitys? Minkälaisia merkkejä "heikoista jäistä" on havaittavissa?

Avaruus, joka on kaareutuva, ja jolla on kaikenlaisia ominaisuuksia on käsitteenä hämärän rajamailla (miten sillä voi olla sellaisia ominaisuuksia). Toisaalta vedotaan geometriaan (täysin abstraktiin ihmisen kehittämään mallinnusmenetelmään) ja toisaalta mittaustuloksiin. Ominaisuuksien vaikutusmekanismeja ei kuitenkaan tunneta. Heikkoja jäitä sanon minä, eikä mallien selitysvoima yllä kuin selittämään tulokset ja ennustamaan samanlaisten tilanteiden tulokset. En usko kummankaan gravitaation mallia kovin syvälliseksi kuvaukseksi itse ilmiöstä.
Me olemme nyt sekä standardimallin että gravitaation mallin suhteen vaiheessa, jossa mittauksiin on saatu kehitettyä ne jota kuinkin selittävät matemaattiset kaavat (standardimalli ehkä keskeneräisempi kuin yleinen suhteellisuusteoria, mutta kumpikaan ei selitä kaikkia havaintoja). Uusia orastavia hypoteesejä (hypoteesejähän nuo säijeteoriatkin ovat vielä) on tehty, nyt tarvitaan vaan lisää mittaustuloksia.

Jos ensi? vuonna julkaistaan koetuloksia LHC:llä tehdyistä mittauksista, saatetaan saada syvällisempää ymmärrystä massan olemuksesta sekä mahdollisesti jonkinlaista evidenssiä säijeteorioiden toimivuudesta. Ne ovat syvällisempiä selityksiä.

Syvällistä voi toki olla myös spekulointi kenttien ja hiukkasten vuorovaikutuksesta niiden braanien kautta, joissa meillä ei ole mahdollisuutta tehdä havaintoja. Se antaa näköaloja ja pitää mielessä sen kuinka vähän tiedämme.

JV

[RJ]

Lautamiesjärki sanoo, että kaksiulotteinen avaruus kuoppakenttineen on vain allegoria, jolla ei ole mitään tekemistä todellisen avaruusgeometrian kanssa, joka kolmiulotteisena kuvaa oikein todellisuutta. Naurakoon ketä huvittaa.   Hyvä sentään, että myönnetään kuitenkin massan kaareuttavan avaruutta. Sehän osoittaa, että painovoimakenttä esim. planeetan ympärillä on todellinen.  Jostain syystä tämä mainitussa lehdessä kuitenkin kiistetään!

Aiemmin tästä aiheesta kirjoittaessani viittasin Andersenin satuun keisarin uusista vaatteista.  Pelkäänpä, että "isoillekin pojille" Einsteinin lumossa voi käydä samoin, kuin kansalle ko. sadussa.  Lukekaahan jos kuka ei muista.

Avaruus, joka on kaareutuva, ja jolla on kaikenlaisia ominaisuuksia on käsitteenä hämärän rajamailla (miten sillä voi olla sellaisia ominaisuuksia). Toisaalta vedotaan geometriaan (täysin abstraktiin ihmisen kehittämään mallinnusmenetelmään) ja toisaalta mittaustuloksiin.

Kovaa ja laaja-alaista on kritiikkinne. Ei teoreettinen fysiikka ole suotta todella vaikea oppiaineen maineessa. Luonto on päättänyt olla hankalasti mallinnettavissa ihmisjärjellä, ja sen takia meillä teoreetikoilla riittää töitä :)

[Kaizu]

Me olemme nyt sekä standardimallin että gravitaation mallin suhteen vaiheessa, jossa mittauksiin on saatu kehitettyä ne jota kuinkin selittävät matemaattiset kaavat (standardimalli ehkä keskeneräisempi kuin yleinen suhteellisuusteoria, mutta kumpikaan ei selitä kaikkia havaintoja). Uusia orastavia hypoteesejä (hypoteesejähän nuo säijeteoriatkin ovat vielä) on tehty, nyt tarvitaan vaan lisää mittaustuloksia.

Onko jotain täysin selittämättömiä havaintoja? Vai tarkoitatko havaintoja joihin ei löydy selitystä sekä suhteellisuusteorian että standardimallin pohjalta?

Kaizu

[jaava]

Kovaa ja laaja-alaista on kritiikkinne.

Ei tämän ole tarkoitus olla varsinaisesti kritiikkiä (ainakaan omasta puolestani, tieteelliseen kritiikkiin en edes pysty). Aihe on kiinnostava ja haluan selkiyttää sitä, millaisilla perustuksilla minun maailmankäsitykseni seisoo ja saavani uutta näkökulmaa kysymyksiin kuka minä olen, mikä minä olen ja missä minä olen. Enemmän tämä on sellaista sieltä täältä kopsuttelua, sitä samaa mitä katsastusmies tekee mun autolle vuosittain.

Teknisessä fysiikassa riittää, kun on kaava, jolla voit ennustaa jotain ilmiötä. Insinööri ei jää miettimään (ainakaan töitä tehdessään) sen syvällisempiä. Kunhan on kaava, vaikka mittausdatasta saatu fourien sarjakehitelmä jollekin välille, se riittää. Ei ole väliä onko siinä fundamentaaleja vakioita ja mitä muuttujia siinä on tai miltä niiden suhteet näyttää. Insinöörin fokus on käytännön ongelman ratkaisussa.

Teoreettisen ja kokeellisen fysiikan fokus on tuoda selvyyttä siihen mikä tämä keitos on (olevainen, maailmankaikkeus, kosmos). Sen pitää antaa vastauksia sille miksi jollakin perustavaa laatua olevalla vakiolla on jokin numeerinen arvo. Mitä muuttujia on paras käyttää kuvaamaan olevaisen ilmiöitä. Millaisia suhteita muuttujat noudattavat ja miksi. Niin ja tietysti mitä ovat fundamentaalit entiteetit keitoksessa. Ovatko ne säikeitä, tai kenties säikeen osasia. No .. tietysti tälle voidaan ajatella jokin taustakangaskin (jos se ei itse ole oma taustakankaansa). Mutta sen taakse ei saa piilotella mitään.

JV