Onko aikakone mahdollinen?
Apua! Olemme vuodessa 2000. Pääseekö täältä pois? Kyllä pääsee - nimittäin vuoteen 2001, jos malttaa odottaa kalenterivuoden loppuun. Mutta onko muita mahdollisuuksia? Mitä sanoo Einsteinin suhteellisuusteoria?Aika on Einsteinin suhteellisuusteoriassa maailmankaikkeuden neljäs ulottuvuus.
Näkyvässä maailmassa on kolme ulottuvuutta: pituus, leveys ja korkeus. Näiden ymmärtäminen ei tuota suuria ongelmia, koska ne ovat silmin nähtävissä ja käsin koeteltavissa. Aika sen sijaan on toisenlainen kuin muut ulottuvuudet.
Osaamme mitata ajan kulumista kellojen ja kronometrien avulla, mutta emme ymmärrä sen perimmäistä olemusta.
Avaruuden kolmessa ulottuvuudessa voimme liikkua vapaasti haluamaamme suuntaan, mutta ajan suhteen ei valinnanvaraa näytä olevan, vaan aika pikemminkin kuljettaa meitä. Koemme lipuvamme eteenpäin ajan virrassa, joskin teoreettinen fyysikko suhtautuu varauksellisesti psykologiseen kokemukseemme ajan näennäisestä virtaamisesta.
Fyysikon silmin katsottuna ajalla näyttää kyllä olevan suunta, joka noudattaa lämpödynamiikan toista pääsääntöä: ajan kuluessa fysikaalisen systeemin entropia eli "epäjärjestys" kasvaa.
Kun esimerkiksi vesilasiin tipautetaan mustepisara, se leviää ja värjää koko liuoksen, mutta päinvastaista reaktiota emme koskaan näe tapahtuvan. Jos näkisimme, aikakin olisi kääntynyt.
Voisiko ajan suunta jossain olosuhteissa kääntyä? Olisiko mahdollista matkustaa ajassa taaksepäin? Ajassa eteenpäin matkustaminen ainakin on mahdollista, koska sitähän tämänkin lukija parhaillaan tekee tasaisella 60 sekunnin minuuttinopeudella.
Suhteellisuusteoriassa avaruuden ja ajan neliulotteista kudelmaa sanotaan avaruusajaksi. Kaikkia epätavallisia tapoja siirtyä avaruusajan pisteestä toiseen kutsutaan yhteisnimellä aikakoneiksi.
Aikakoneen ei siis tarvitse olla konkreettinen kone, vaan aikakoneesta puhuessaan fyysikko voi tarkoittaa mitä tahansa luonnonilmiötä tai koejärjestelyä, jossa esine tai ihminen siirtyisi ajassa taaksepäin tai tavanomaista enemmän eteenpäin.
Joskus kuvitellaan, että mustat aukot voisivat toimia aikakoneina. Mustassa aukossa saattaisi piillä avaruusajan toiselle alueelle johtava käytävä eli madonreikä, josta jossain muualla, kenties toisessa ajassa, avautuisi ulospääsy.
Ihmisen kokoiset kappaleet tuhoutuvat mustissa aukoissa, mutta ehkä jokin alkeishiukkanen voisi livahtaa sellaisen läpi?
Krononautin paradoksit
Arkijärki torjuu aikakoneet, koska ne johtavat paradokseihin. Menneisyyteen tehtävä aikamatka tuntuu mahdottomuudelta, koska menneisyydessä liikkuva aikamatkailija eli krononautti voisi toiminnallaan muuttaa nykyisyyttä.
Jos hän esimerkiksi kävisi surmaamassa omat vanhempansa tai räjäyttämässä oman laboratorionsa ennen aikakoneensa rakentamista, syntyisi heti looginen ristiriita.
Ainoa tapa päästä ulos tällaisesta paradoksista on englantilaisen fyysikon David Deutschin esittämä monimaailmamalli.
Deutschin mukaan nykyhetkestä katsoen täytyy olla olemassa monia vaihtoehtoisia menneisyyksiä, koska on olemassa monia vaihtoehtoisia tulevaisuuksiakin. Aikamatkustaja ei siis välttämättä joutuisikaan sellaiseen menneisyyteen, joka automaattisesti johtaa nykyhetkessä vallitseviin olosuhteisiin.
Harvemmin tulemme ajatelleeksi, että myös tulevaisuuteen suuntautuva aikamatkustaminen johtaa paradokseihin, mikäli sieltä yritetään palata takaisin nykyaikaan.
Jos esimerkiksi Verkkouutisilla olisi hallussaan aikakone, se voisi käydä tulevaisuudessa katsomassa, millaisista uutisista ensi viikon lehdissä kirjoitetaan.
Sanomalehdet voitaisiin siis monistaa suoraan tulevaisuudesta haetuista mallikappaleista, jolloin toimittajien ei enää tarvitsisi nähdä juttujen kirjoittamisen vaivaa... Tämä on ilmeinen paradoksi!
Fiktiota ja faktaa
Tieteiskirjallisuudessa aikakoneen idean esitti ensimmäisenä englantilainen H. G. Wells novellissaan The Time Machine vuonna 1895. Suomeksi se ilmestyi 1917.
Wellsin jälkeen jokainen itseäänkunnioittava science fiction -kirjailija on pohdiskellut aikamatkustamista, mutta vanha klassikko on edelleen lukuelämyksenä ylittämätön.
Aikamatkustaminen alkoi askarruttaa kirjailijoiden mielikuvitusta samoihin aikoihin kuin Albert Einstein, Hendrik Antoon Lorentz ja Henri Poincaré muotoilivat suhteellisuusteorian perusteita.
Tiede ja taide keksivät ajatuksen aikakoneesta samanaikaisesti, sillä suhteellisuusteoriaan sisältyy kuin sisältyykin aikamatkustamisen mahdollisuus.
Tarkoitan kuuluisaa aikadilataatiota, jota voidaan havainnollistaa seuraavan vertauksen avulla: Olkoon meillä ystävykset Tarja ja Esko (nimet ovat tekaistuja). Tarja jää Suomeen, mutta Esko ammutaan kaukaiseen ulkoavaruuteen raketilla, joka pystyy lentämään hyvin lähellä valonnopeutta eli lähes 300 000 kilometriä sekunnissa.
Kun Esko palaa retkeltään vaikkapa vuoden kuluttua Tarjan kellon mukaan mitattuna, hän itse onkin kokenut kuluneen huomattavasti lyhyemmän ajan kuin Tarja. Koska ihmisruumis on biologinen kello, Esko on siis faktisesti vanhentunut vähemmän kuin Tarja.
Aikadilataation suuruus lasketaan melko yksinkertaisesta kaavasta, joka esimerkiksi 240 000 kilometrin sekuntinopeudella antaa 60 prosentin aikadilataation. Jos raketti ohittaa maapallon tällaisella vauhdilla, sen matkustajat elävät vain 36 minuuttia, kun maapallon pinnalla vierähtää tunti.
Raketti on siis siirtynyt 24 ylimääräistä minuuttia maapallon tulevaisuuteen. Jos vain voitaisiin rakentaa tarpeeksi nopea raketti, periaatteessa mikään ei estäisi ihmisen aikamatkustamista vaikkapa tuhansien tai miljoonien vuosien päähän maapallon tulevaisuuteen. Se olisikin kolkko reissu, sillä paluuta ei olisi.
Näin nopeita raketteja ei tietenkään ole olemassa, mutta kosmista säteilyä tutkittaessa tai hiukkaskiihdytinhavaintoja tehtäessä aikadilataatiot ovat hiukkasfyysikon arkipäivää.
Suhteellisuusteorian ennustamat aikasiirtymät eivät ole fantasiaa, vaan kokeellisesti vahvistettuja faktoja.
Lentokoneen matkustaja kokee jo muutaman nanosekunnin suuruisia aikasiirtymiä, ja kuussa käyneet astronautit palasivat maan kellojen mukaan mitattuna muutamia millisekunteja nuortuneina.
Tiede ja mielikuvitus on silti syytä pitää erillään: Nopeimmankaan raketin kyydissä kukaan ei voi siirtyä omaan tulevaisuuteensa ja tavata siellä itseään, kuten Star Trekissä joskus tapahtuu. Ihmiselämällä on mittansa, jota emme voi pidentää aikakoneenkaan avulla.
OSMO PEKONEN
26.5.2000
Kirjoittaja on Helsingin ja Jyväskylän yliopistojen matematiikan dosentti.
