Neliulotteinen avaruus (Neljäs tila- ulottuvuus)

Vallitsevassa tähtitieteellisessä kosmologiassa on neliulotteisen aika- avaruuden lisäksi kehitelty viisiulotteisen avaruuden malleja. Niiden huonona puolena on ollut, ettei niistä ole voitu johtaa testattavia johtopäätöksiä eikä viides ulottuvuus ole ollut mitään todellista vaan se on ollut vain matemaattinen abstraktio. Näistä ovat kehittyneet KK- teoria (Kaluza- Klein) ja nykyiset säieteoriat (löytyy Googlesta). Niiden hyvä puoli on että niissä lähestytään suhteellisuusteorian ja kvanttiteorian yhdistämistä, eli kaiken teoriaa. Suhteellisuusteorian kaavat voidaan sovittaa niihin.

Mutta avaruudella itse asiassa on olemassa todellisuudessakin se neljäs ulottuvuus. Se on se hieman monimutkainen ja aluksi vaikeasti ymmärrettävä asia, että koko universumin (kaikki mahdolliset universumit ja multi- universumitkin yhteensä) avaruudella ei ole ulkopuolta vaan kaikki kuuluu siihen.

Matemaattisesti tämä avaruuden ominaisuus voidaan yksinkertaisesti ilmaista siten, että otetaan neljäs tila- ulottuvuus, jolloin avaruus muuttuu suljetuksi tilaksi, jolla ei ole ulkopuolta. Tässä matemaattisessa mallissa x-, y-, z- ja o- koordinaatit (Omega, o- kirjain, on kreikkalaisten aakkosten viimeinen kirjain) määrittävät tämän tilan. Se on pallomainen, jos vektorit (vektorit vektorialgebrassa, koordinaatit analyyttisessa geometriassa) ovat yhtä pitkiä, ja elliptinen tai jotain muuta, jos ne ovat eri pituisia. Ne voivat olla äärettömiä tai tietyn pituisia. Kun ajatellaan, niin kuin filosofiassa ja tähtitieteessä tapana on, että avaruus on rajaton, muttei muussa mielessä ääretön, niin tietty pituus on olemassa, jota kuitenkaan ei vielä tiedetä, mutta ainakin se on suunnattoman pitkä, kymmeniä miljardeja valovuosia ilmeisesti.

Aika on hieman erilainen kuin nämä neljä ulottuvuutta, vaikka se matemaattisissa malleissa voidaan laittaa yhdeksi ulottuvuudeksi kaavojen yksinkertaistamiseksi. Aika on vain liikkuvilla kappaleilla, sillä liike tekee ajan, liikkeen mukana tulee nopeus mukaan. Universumin aineen ja energian aika on ikuinen aika: aikaa on äärettömästi taaksepäin (ainakin se lähestyy äärettömästi äärettömyyttä) ja äärettömästi eteenpäin, ajassa voidaan kulkea vain yhteen suuntaan, eteenpäin. Fyysisesti voidaan olla vain nykyhetkessä. Ajan kulun nopeus riippuu liikkeen nopeudesta. Aineellisten kappaleiden nopeudella on yläraja, valon nopeus. Kappaleiden aika alkaa liikkumattomuudesta liikkeeseen siirryttäessä ja loppuu valon nopeuteen saavuttaessa.

Näin ollen pelkällä tilalla, avaruudella ei ole aikaa, koska se ei ole liikkuva kappale (minkä suhteen se liikkuisi, eli mitä ja missä sen liike olisi?) Aika tulee vasta kullekin liikkuvalle kappaleelle erikseen tässä tilassa sen nopeudesta riippuen.

Voidaan siis myös sanoa, että aikaa ei ole. Siinä mielessä sitä ei ole, että fyysisesti on vain nykyhetki ja avaruudella tila- mielessä ei ole aikaa. Kaikessa muussa mielessä aika tietysti on: jos kolari tapahtuu juuri tietyllä hetkellä, se tapahtuu, mutta vähän myöhemmin tulleelle autolle se ei olisi tapahtunut

Universumi sen sijaan - kaikki asiat, aine ja energia tässä tilassa, niiden perusmuodot, peruselementit - on ikuinen, ilman alkua ja loppua, niin kuin sen aikakin, vaikka kaikenlaisia vaiheita ja kiertokulkuja olisi. Neliulotteiseen avaruuteen tämä ilmeisesti sopii, vaikkei se kolmiulotteiseen sopisikaan.

Nyt voidaan tutkia, seuraako tästä testattavia johtopäätöksiä ja sopivatko empiiriset tulokset tähän malliin. Ainakin se seuraa, ettei tarvita universumin eikä sen avaruuden laajenemista, mikä on jo sinänsä evidenssi tähän suuntaan, koska mitä avaruuden laajeneminen voisi olla, miten se mitattaisiin?

Galaksien havaitun etäisyyden mukana lisääntyvän punasiirtymän selitykseksi on ajateltu avaruuden laajenemista. Mutta se selitys johtuu siitä, että ajattelemme galaksien liikkeitä kolmiulotteisessa tilassa. Itse asiassa galaksit liikkuvat neliulotteisessa tilassa, jossa kaikki pyörii. Tällaisessa tilassa ne luonnollisesti liikkuvat sitä nopeammin mitä kauempana ne ovat, koska ne ovat ympyrätyyppisiä liikkeitä, kiertoliikkeitä ikään kuin karusellissa. Karusellissa kaukana olevat liikkuvat tietysti nopeammin kuin lähellä olevat.

Tilanne on sama kuin maan ja auringon liikkeiden suhteen. Aurinko nousee idästä ja laskee länteen, jolloin näyttää siltä, että se pyörisi maan ympäri. Todellisuudessa maa pyörii akselinsa ympäri jolloin tältä täytyykin näyttää. Avaruudessa kaikki galaksit näyttävät etääntyvän toisistaan, mutta kun tämä on lähinnä pyörimistä ja tapahtuu neliulotteisessa tilassa, juuri siltä liikkeiden täytyykin näyttää.

Näin voimme pysyä main- stream (vallitsevassa) kosmologiassa, eikä tarvitse kehittää mitään varsinaista vaihtoehtoista mallia suhteellisuusteorialle ja alkupamausteorialle, vaan kehittää niitä eteenpäin sisältäpäin.

Tästä punasiirtymän tulkitsemisesta rajattoman tilan ominaisuudeksi olen yrittänyt vängätä ja tällaiseksi se nyt on kirkastunut keskusteluissa foorumeissa. BB:n kannattajat ovat aina suuttuneet ja haukkuneet minua ymmärtämättömäksi. Miltä nyt näyttää?

Kopernikaaninen vallankumous kosmologiassa on siirtyminen malleissa kolmiulotteisesta tilasta neliulotteiseen tilaan, 3 + 1 aika- avaruudesta 4 + 1 aika- avaruuteen ja universumiin (3 + 1 on kolme tila- ulottuvuutta ja yksi aika- ulottuvuus). Ei se ole sen monimutkaisempi asia, vaikka se on vaikea havainnollistaa niin kuin on jo kolmiulotteinen aika- avaruuskin. Kaikki keksinnöt ovat aina lopultakin yksinkertaisia. Kunnia Kaluza- Kleinille ja säieteorioille. Ja suurille klassisille filosofeille, jotka ovat aina ajatelleet, että universumi on ikuinen ja rajaton, siitä ei tarvitsekaan luopua 4 + 1 avaruuden mallissa, joka on aivan yhtä hyvä kuin 3 + 1 malli. Ilmeisesti parempi. Ja se voidaan paremmin yhdistää kvanttiteoriaan, mikä on valtava asia.

Olen lisännyt näihin vain sen asian, että neljäs ulottuvuus on todellisuutta, realiteetti, se on se asia että avaruudella ei ole ulkopuolta vaan kaikki kuuluu siihen. Kuinka tärkeä ja tosi asia tämä sitten on, on muiden arvioitava.

Porissa, 9.3.17

Olli Santavuori