'Blogikirjoitus kerran viikossa' -haaste jatkuu. Aakkosjärjestyksessä edeten seuraava looginen askel on kirjoittaa kirjaimesta B. Vuorossa onkin ilmiö nimeltä Big Bang.
Suuri alkuräjähdys
Kosmologian termeistä Big Bang eli suomeksi alkuräjähdys on varmasti tunnetuin ja samalla väärin ymmärretyin. Koitan tässä kirjoituksessa avata käsitteen historiaa ja selvittää yleisimpiä harhakäsityksiä asiasta.
Einsteinin melkein sata vuotta sitten johtaman yleisen suhteellisuusteorian sisältö on seuraava. Tässä kohtaa ei saa pelästyä asian hankaluutta sillä perusidea on pohjimmiltaan melko yksinkertainen:
"Aika-avaruuden muoto määrää miten kaikenlainen aine siinä liikkuu. Aine puolestaan kaareuttaa aika-avaruutta ja määrää sen muodon." Selkeytyksenä yksinkertainen kuvaaja:
![]() |
Aine kaareuttaa avaruutta joka määrää aineen liikkeen joka kaareuttaa avaruutta joka määrää aineen liikeen, ja niin edelleen. |
Karkaavat galaksit
Yhdysvaltalainen tähtitieteilijä Edwin Hubble huomasi kymmenisen vuotta Einsteinin teorian julkaisemisen jälkeen että kaukaiset galaksit liikkuvat järjestelmällisesti meistä poispäin. Lisäksi galaksin kaikkoamisnopeus vaikutti olevan sitä suurempi, mitä kauempana galaksi sijaitsi. Tämä oli mullistava löytö: maailmankaikkeus laajenee!
Avaruuden laajenemista voi havainnollistaa kahdella arkisella esimerkillä. Ensimmäinen on ilmapallo: piirrä pieneen ilmapalloon galaksin kuvia. Kun palloon puhalletaan lisää ilmaa, kasvaa kaikkien galaksien etäisyys toisistaan. Toinen esimerkki on kohoava pullataikina: vaikka rusinat pysyvät paikallaan taikinassa, niiden välinen etäisyys kasvaa.
![]() |
Maailmankaikkeuden laajenemisen ilmapallovertaus. Ainoa ero on, että pallon pinta on kaksiulotteinen, kun taas maailmankaikkeudessa on kolme tilaulottuvuutta. Kuva: oneminuteastronomy.com. |
Kuuma alkuhetki
Venäläissyntyinen George Gamow otti seuraavan askeleen kohti nykykäsityksiä 1940-luvulla. Hän ymmärsi, että koska maailmankaikkeus laajenee, sen on täytynyt olla ennen pienempi. Kun mennään tarpeeksi kauas taaksepäin, tulee vastaan hetki, jolloin maailmankaikkeuden koko on nolla. Tämä laajenemisen alkuhetki on 13.8 miljardin vuoden päässä menneisyydessä.
Gamowin toinen oivallus oli, että kaikki maailmankaikkeuden aine oli tuolloin ahtautuneena hyvin pieneen, tiheään tilaan. Sen täytyi olla siis hyvin kuuma. Gamow ennustikin että alun kuumuuden jälkihehkun pitäisi olla havaittavissa vielä nykypäivänä.
Nimi 'Big Bang' tulee ajatusta vastustaneelta tiedemieheltä, Fred Hoylelta. Hänen mukaansa maailmankaikkeus oli äärettömän vanha ja muuttumaton. Yrittääkseen tehdä Gamowin teorista naurunalaisen, hän kutsui kuumasta alusta laajenevaa maailmankaikkeutta Big Bangiksi. Nimi jäi elämään, vaikka Hoyle oli lopulta väärässä. Alkuräjähdyksen jälkihehku havaittiin 1960-luvulla, mikä todisti Gamowin ja kumppanien olleen oikeassa. Tätä kohinaa voi kuunnella itsekin vanhan telkkarin avulla: 'lumisaderuudun' kohinasta noin prosentti on peräisin alkuräjähdyksen kuumasta plasmasta.
Tästä tuleekin suuri harhakäsitys: Big Bang ei ole räjähdys, eikä maailmankaikkeus laajene räjähdyksen työntävoiman takia. Kuten tekstin alussa kuvailin, maailmankaikkeuden koon muutokset johtuvat pelkästään sen sisältämästä tavarasta. Koska nuori maailmankaikkeus sisälsi runsaasti ainetta ja energiaa, sen täytyi laajeta. Ainoa räjähdyksenomainen ominaisuus on hirvittävä kuumuus. Tämän vuoksi etenkin vanhassa kirjallisuudessa käytetään Big Bangistä nimitystä Tulipallo.
![]() |
Alkuräjähdyksen hehkua mikroaaltotaivaalla (punaoranssi). Kotigalaksimme Linnunrata (sininen) on hiukan edessä kokotaivaan kuvassa, mikä harmistuttaa kosmologeja. Lähde: ESA, Plack Collaboration. |
Ajan arvoituksellinen alku
Koska avaruus ja aika nivoutuvat yhdessä neliulotteiseksi aika-avaruudeksi, myös aika alkoi Big Bangissa. Ajan käsite ei ole millään tavalla mielekäs ennen tätä. Harhakäsitys on kuvitella mustaa avaruutta jossa yhtäkkiä leimahtaa räjähdys. Matemaattisesti tilannetta kuvailee paremmin matkustaminen Maapallon Pohjoisnavalle: tarpeeksi pohjoiseen päästyäsi et pääse enää pohjoiseen: olet täsmälleen navalla. Siellä pohjoisuus loppuu ja ainoa tie vie takaisin etelään, ajan kulkusuuntaan.
Uuden gravitaatioteorian jäljillä
Tulipalloteoriaa tukevat lukuisat todisteet. Se ennustaa esimerkiksi tarkasti maailmankaikkeuden kemiallisten alkuaineiden runsaudet (osa syntyy myöhemmin tähdissä) ja kosmisena mikroaaltotaustana tunnetun jälkihehkunsa rakenteen.
Tällä hetkellä ei ole epäilystäkään, etteikö maailmankaikkeus olisi saanut alkuaan kuumasta ja äärimmäisen pienestä alkutilasta. Ensimmäisen sekunnin tapahtumia tutkitaan aktiivisesti niin hiukkaskiihdyttimillä kun teoreetikoiden laskulehtiöissä. Ajan mittaan teoriaa on tarkennettu ja siihen on lisätty lisäosia, kuten kiihtyvän laajenemisen inflaatiovaihe. Inflaatiosta saatan kirjoitella myöhemmin lisää.
![]() |
Tulipallo ja maailmankaikkeuden laajeneminen. T kuvaa aikaa, X ja Y avaruutta. Kuva: Wikipedia. |
Harmillisesti lisätietoa varten tarvitsemme uuden gravitaatioteorian. Kun mennään ajassa taaksepäin, yleinen suhteellisuusteoria lakkaa toimimasta kun nollahetkeen on matkaa mitättömät 0,0000000000000000000000000000000000001 sekuntia! Uuden teorian ('Suuri yhtenäisteoria, Kaiken teoria jne') on otettava huomioon niin sanotut gravitaatiokentän kvantti-ilmiöt. Tällä hetkellä alkutilan epäillään olleen jonkinlaista kuplivaa kvanttipuuroa, jos varsin vapaamuotoinen ilmaisu sallitaan. On epäselvää, oliko alkutila piste eli singulariteetti. Singulariteetteja sijaitsee myös mustien aukkojen keskipisteissä.
Vasta tulevaisuudessa saamme tietää, mitä alkuhetkellä tapahtui, ja oliko Big Bang edes todellinen alkuhetki. Voi olla, että maailmankaikkeuttamme edelsi edellinen maailmankaikkeus. Tämä on yksi
monista aiheeseen liittyvistä spekulatiivisista ehdotuksista. Populaarikirjoituksista tämän viikon aiheeseen suosittelen Stephen Hawkingin bestselleriä, Ajan lyhyttä historiaa. Hawkingin elämästä on muuten vastikään julkaistu leffa nimeltä The Theory of Everything.