Kansi

Etusivu

Stephen Hawking

Ajan lyhyt historia

Piirrokset Ron Miller

Suomentanut Risto Varteva

Werner Söderström Osakeyhtiö

Helsinki

Tekijänoikeudet

ISBN 978-951-0-39486-1

Suomenkielinen laitos © Risto Varteva 1988, 1996

Kansi: Mika Tuominen

Published in agreement with Writers House and Ia Atterholm Agency, Sweden.

Englanninkielinen alkuteos A Brief History of Time ilmestyi Bantam Pressin julkaisemana 1988.

Ensimmäinen suomenkielinen painos ilmestyi 1988, tarkistettu ja täydennetty käännös 1996.

Versio 1.0

Werner Söderström Osakeyhtiö 2012

Alkusanat

Kun Ajan lyhyt historia 1988 julkaistiin, sen alkusanat olivat Carl Saganin käsialaa. Itse olin kirjoittanut saatteeksi lyhyen tekstin, jossa kiittelin kaikkia, kuten minua oli kehotettu tekemään. Muutamat minulle tukeaan antaneet säätiöt eivät siitä kuitenkaan pitäneet, sillä kiitosteni ansiosta heille alkoi tulvia apurahahakemuksia.

Luullakseni ei kukaan ei kustantajani, ei kirja-agenttini, enkä minä itsekään odottanut kirjasta sellaista menestystä kuin siitä sitten tuli. Se pysyi lontoolaisen Sunday Times -lehden kymmenen myydyimmän kirjan listalla 237 viikkoa eli pidempään kuin mikään muu teos aiemmin (listoille ei luultavasti oteta Raamattua eikä Shakespearen teoksia). Ajan lyhyt historia on käännetty noin 40 kielelle ja kappaleittain laskien sitä on painettu niin paljon, että niitä riittää ihmiskunnan jokaista 750 miestä, naista ja lasta kohden yksi kappale. Entinen tohtoritason tutkijatoverini, nykyisin Microsoftissa työskentelevä Nathan Myhrvold keksi toisen vertauksen: hänen mukaansa Hawkingin fysiikankirjoja on myyty enemmän kuin Madonnan seksikirjoja.

Tällainen menestys kertoo, että ihmiset ovat kiinnostuneita sellaisista suurista kysymyksistä kuin mistä me tulemme ja minkä takia maailmankaikkeus on juuri tällainen. Tiedän hyvin, että Ajan lyhyt historia oli monille joiltakin osiltaan vaikea. Tässä uudessa laitoksessa asioiden omaksumista helpotetaan lukuisin piirroksin. Nyt lukijan pitäisi päästä kärryille jo pelkästään piirroksiin ja piirrosteksteihin perehtymällä.

Olen saattanut kirjan tarpeen mukaan ajan tasalle, sillä sekä teoreettisessa tutkimuksessa että havaintojen teossa on tapahtunut yhtä ja toista sen jälkeen, kun Ajan lyhyt historia julkaistiin aprillipäivänä 1988. Kokonaan uutta on kymmenes luku, joka käsittelee madonreikiä ja aikamatkoja. Yleinen suhteellisuusteoria näyttää tarjoavan meille mahdollisuuden tuottaa pysyviä madonreikiä, jotka yhdistävät kuin ohut putki aika-avaruuden etäisiä alueita toisiinsa. Niiden avulla olisi mahdollista matkustella ympäri Linnunrataa ja piipahtaa myös menneisyydessä. Tietääkseni täällä ei ole käynyt vieraita tulevaisuudesta, mutta siihenkin saattaa olla oma selityksensä, jota pohdin luvussa kymmenen.

Kuvailen myös sitä kehitystä, joka on viime aikoina lähentänyt aivan erilaisilta näyttäviä fysiikan teorioita toisiinsa. Tämä lähentyminen viittaa vahvasti siihen, että täydellinen fysiikan yhtenäisteoria todella on olemassa. Samalla se tosin viittaa siihenkin, ettei yhtenäisteoriaa voida kuvata yhdessä ainoassa, kaiken kattavassa muodossa, vaan meidän on käytettävä siitä eri tilanteissa eri muunnelmia. Siinä mielessä tilanne vastaa maapallon kartoitusta: vaikka yksi ainoa karttalehti ei katakaan maapallon koko pintaa, koko pinta on kuvattavissa useilla, osin lomittain menevillä karttalehdillä. Tämä saattaa muuttaa ratkaisevasti suhtautumistamme luontoa kuvaavien lakien yhtenäistämiseen, mutta perusnäkemystä se ei muuta: yhä edelleenkin lähdemme siitä oletuksesta, että järjelliset lait säätelevät maailmankaikkeuden tapahtumia, ja nämä lait me yritämme löytää.

Viime vuosien havainnoista ehdottomasti tärkeimpiä ovat olleet COBE-satelliitin ja eräiden muiden laitteiden mittaamat pienet epätasaisuudet kosmisessa taustasäteilyssä. Nämä vähäiset erot eri suunnilta tulevassa taustasäteilyssä ovat kuin luomisen sormenjälkiä, jotka kertovat pienistä poikkeamista alkuhetkien muuten laakeassa ja yhtenäisessä maailmankaikkeudessa. Näistä poikkeamista kasvoi myöhemmin galakseja, tähtiä ja kaikki ne avaruuden rakenteet, joista me nyt teemme havaintoja. Poikkeamien muoto sopii hyvin teoriaan, jonka mukaan maailmankaikkeus on imaginaariajassa mitaten reunaton. Silti vasta tarkentavat mittaukset voivat kertoa, selittääkö jokin muu teoria taustasäteilyn epäsäännöllisyydet vielä paremmin. Luultavasti jo muutaman vuoden kuluttua saamme tietää, elämmekö maailmankaikkeudessa, joka on täysin suljettu ja jolla ei ole alkua eikä loppua.

Stephen Hawking

Cambridge toukokuussa 1996

1. Ihmisen maailmankuva

Tähtitieteen yleisöluennollaan eräs tiedemies (mahdollisesti Bertrand Russell) kertoi kuulijoille, miten Maa kiertää Aurinkoa ja Aurinko puolestaan kiertää suurta, Linnunradaksi kutsuttua tähtijoukkoa. Luennon päätyttyä takarivin pieni mummeli pyysi puheenvuoron. ”Tuo mitä kerroitte on täyttää soopaa”, mummeli sanoi. ”Maapallohan on litteä levy, jota suunnaton kilpikonna kantaa selässään.” Tiedemies hymähti alentuvasti ja kysyi vuorostaan: ”Entä se kilpikonna? Mistä se saa tukea?” Mummelilla oli heti vastaus valmiina: ”Älkää olko nenäkäs, nuori mies. Kilpikonnahan saa tukea alla olevasta toisesta kilpikonnasta ja se taas seuraavasta kilpikonnasta. Niin se on!”

Useimmat meistä pitävät ääretöntä kilpikonnatornia naurettavana selityksenä maailmankaikkeudelle, mutta millä perusteilla luulemme tietävämme asian paremmin? Mitä me todella tiedämme maailmankaikkeudesta ja mihin tietomme perustuvat? Mistä maailmankaikkeus tuli? Mihin se on menossa? Onko maailmankaikkeudella alku, ja jos on, mitä tapahtui ennen tätä alkua? Mitä on aika? Loppuuko aika joskus? Voimmeko kulkea ajassa myös kohti menneisyyttä? Nykyajan häikäisevä tekniikka on tuottanut fysiikan tutkimuksessa aivan uusia tuloksia, jotka antavat viitteitä näiden ikivanhojen kysymysten ratkaisemiseen. Joskus selitykset näyttävät itsestään selviltä kuten silloin, kun sanotaan Maan kiertävän Aurinkoa, mutta joskus taas törmätään kilpikonnien tapaisiin hullutuksiin. Vasta aika mitä se sitten lieneekään kertoo meille totuuden.

Kreikkalainen filosofi Aristoteles esitti jo 340 eKr. teoksessaan Taivaasta kaksi vahvaa todistetta siitä, että Maa on pallo eikä litteä levy. Aristoteles päätteli, että kuunpimennys syntyy silloin, kun Maa joutuu Kuun ja Auringon väliin. Maan varjo Kuun pinnalla näkyi aina ympyrän kaarena, ja ainoa selitys sille oli se, että Maa on pyöreä. Jos Maa olisi ollut litteä levy, varjo olisi näkynyt pitkulaisena ellipsinä aina muulloin paitsi silloin, kun Aurinko olisi täsmälleen Maan muodostaman levyn keskipisteen alla. Toinen todiste oli se, että etelämmäksi mentäessä Pohjantähti laskeutui lähemmäksi taivaanrantaa. Tämän ilmiön kreikkalaiset olivat havainneet pitkillä matkoillaan. (Koska Pohjantähti on pohjoisnavan yläpuolella, pohjoisnavalla oleva havaitsija näkee sen suoraan päänsä päällä. Samasta syystä päiväntasaajalla Pohjantähti näkyy juuri ja juuri taivaanrannassa.) Kreikassa ja Egyptissä havaittujen Pohjantähden korkeuserojen perusteella Aristoteles laski, että maapallon ympärysmitta on 400000 stadionia. Emme tarkalleen tiedä miten pitkä tuon ajan stadion oli. Luultavasti stadion oli 180 metriä, jolloin Aristoteleen arvio olisi kaksi kertaa niin suuri kuin Maan todellinen ympärysmitta. Kreikkalaisilla oli kolmaskin syy olettaa, että Maa on pallomainen: mikä muu kuin pallomaisuus voisi selittää sen, että lähestyvästä laivasta nähdään ensin purjeet ja vasta jonkin aikaa myöhemmin myös runko?

Aristoteleen mielestä Maa pysyi paikallaan. Kuu, Aurinko, planeetat ja tähdet kiersivät Maata ympyräratoja pitkin. Aristoteles nimittäin uskoi mystisistä syistä, että Maa oli kaiken keskus ja että ympyräliike oli liikkeistä täydellisin. Tältä pohjalta Ptolemaios kehitti 100-luvulla täydellisen kosmologisen mallin. Ptolemaioksen mallissa Maa oli keskellä ja Maata ympäröivällä kahdeksalla kehällä olivat Kuu, Aurinko, tähdet ja siihen aikaan tunnetut viisi planeettaa eli Merkurius, Venus, Mars, Jupiter ja Saturnus (kuva 1.1). Planeettojen mutkikas liike taivaalla selitettiin mallissa siten, että planeetat kiersivät lisäksi omilla pienillä kehillään. Uloin kehä oli kiintotähtien kehä. Siinä tähdet olivat kiinteillä paikoillaan mutta koko kehä kiersi Maata. Koskaan ei tarkkaan selvitetty, mitä uloimman kehän takana oli, mutta ainakaan se ei enää kuulunut ihmissilmin havaittavaan maailmankaikkeuteen.

Ptolemaioksen malli ennusti melko tarkkaan taivaankappaleiden kulloisenkin sijainnin taivaankannella. Mallin toimivuus edellytti kuitenkin sitä, että Kuu oli joskus lähellä Maata ja joskus kaukana: suurin etäisyys oli kaksi kertaa niin suuri kuin pienin etäisyys. Lähimmillään ollessaan Kuun olisi pitänyt näyttää kaksi kertaa niin suurelta kuin etäisimmässä pisteessään! Ptolemaios tiesi hyvin, että tämä oli mallin heikko kohta, mutta yhtä kaikki malli hyväksyttiin melko yleisesti. Kristillinen kirkko omaksui mallin Pyhän kirjan mukaisena ja varsinkin siitä syystä, että se jätti paljon pelivaraa kiintotähtien kehän taakse sijoitettavalle taivaalle ja helvetille.

Vuonna 1514 puolalainen pappi Nikolaus Kopernikus esitti vielä yksinkertaisemman mallin (mahdollisesti kerettiläisyyssyytösten pelossa Kopernikus esiintyi aluksi nimettömänä). Kopernikus lähti siitä, että Aurinko oli liikkumaton keskus, jota Maa ja planeetat kiersivät ympyrän muotoisilla radoilla. Kului lähes sata vuotta ennen kuin tähän malliin alettiin suhtautua vakavasti. Kopernikuksen malli sai julkista tukea kahdelta tähtitaivaan tutkijalta saksalaiselta Johannes Kepleriltä ja italialaiselta Galileo Galileilta vaikka planeettojen todellinen sij...