The curvature of space

Seni oleme gravitatsiooni seletanud kui jõudu, mis mõjub masside vahel. Einstein näitas teistsuguse seletuse võimalikkust: gravitatsioon on tingitud ruumi kõverusest ja seda kõverust tekitavad ruumis paiknevad massiga kehad. (Hiljem näeme, et ruum ja aeg on omavahel seotud, ja et kõverus, mida Einstein silmas pidas, on tegelikult neljamõõtmelise aegruumi kõverus.)

Kujutleda, kuidas ruum (nagu näiteks vaakum) saab olla kõver, on raske. Siin võib meid aidata teatav analoogia. Oletame, et jälgime orbiidilt kahe ekvaatorilt võistlust alustava laeva liikumist. Olgu laevade kaugus teineteisest ekvaatoril 20 km ja suundugu nad lõunapooluse poole (joonis 13-20a). Meremeestele tundub, et laevad liiguvad sirgel ning paralleelsel kursil. Aja jooksul laevad siiski lähenevad teineteisele ja vahetult lõunapooluse lähedal puutuvad kokku. Meremehed laevadel võivad seda lähenemist interpreteerida laevadele mõjuva jõu toimena. See-eest kosmosest vaadatuna näeme, et nad lähenevad lihtsalt sellepärast, et Maa pind, mida mööda nad liiguvad, on kõver. See on meile nähtav, kuna jälgime võidusõitu „väljastpoolt” seda pinda.

Joonisel 13-20b on kujutatud sarnane olukord: kaks õuna, mis on algselt teineteisest mingil kindlal kaugusel ja võrdsel kõrgusel maapinnast, lastakse vabalt langema. Olgugi et paistab, justkui liiguksid õunad mööda paralleelseid trajektoore, siis tegelikult liiguvad nad teineteisele lähemale, sest mõlemad langevad Maa keskpunkti suunas. Me võime õunte liikumist interpreteerida kui Maa gravitatsioonijõu mõju õuntele, kuid me võime seda interpreteerida ka kui õunte liikumist Maa massi tõttu kõverdunud ruumis. Antud juhul me ei näe ruumi kõverana, sest me ei saa minna „väljapoole” seda ruumi, nii nagu saime seda teha juhul, kui vaatlesime laevade liikumist Maa kumeral pinnal. Siiski saame kujutada kõverust nii, nagu on seda tehtud joonisel 13-20c, kus õunad liiguksid mööda pinda, mis kõverdub Maakera massi tõttu.

Kui valguskiir möödub Maa lähedalt, siis ta paindub, sest Maa massi tõttu on ruum pisut kõverdunud. Sellist valguskiire paindumist nimetatakse gravitatsiooniläätse efektiks. Juhul kui valguskiir möödub suurema massiga struktuurist, näiteks galaktikast või mustast august, siis paindub tema trajektoor rohkem. Kui selline massiivne struktuur asub meie ja kvasari (väga kauge ja väga hele valgusallikas) vahel, siis tema lähedal paindub kvasarilt lähtunud valguskiir meie poole (joonis 13-21a). Seetõttu paistab meieni jõudev valgus tulevat natuke erinevatest suundadest ja me näeme sedasama kvasarit kõikides nendes suundades. Mõnedel juhtudel sulanduvad need vaadeldavad kvasarite kujutised kokku ja moodustavad hiiglasliku helendava kaare, mida nimetatakse Einsteini rõngaks (joonis 13-21b).

JOONIS 13-21 (a) Kui kaugelt kvasarilt lähtuv valgus möödub galaktikast või massiivsest mustast august, siis on ta liikumistee kõverdunud, sest galaktika või musta augu mass kõverdab ruumi enda läheduses. Juhul kui kvasarilt lähtuv valgus registreeritakse, siis paistab see valgus pärinevat objektilt, mis asub kõverdunud trajektooride pikendusel (joonisel kriipsjoon).	JOONIS 13-21 (b) Niisugusena paistab MG1131+0456 nime kandev Einsteini rõngas teleskoobi arvuti ekraanil. Valgusallikas (tegelikult raadiolainete allikas) asub kaugel nähtamatu galaktika taga, mis tekitab „helendava” rõnga ja ka valgusallika kaks eredamat kujutist rõngal. (Avaldatud National Radio Astronomy Observatory loal.)

Kas me peaksime võtma gravitatsiooni kui massiivsete kehade poolt tekitatud aegruumi kõveruse ilmingut või lihtsalt masside vahel mõjuvat jõudu? Või peaksime hoopiski pidama gravitatsiooni nähtuseks, mille kandjaks on teatud tüüpi hüpoteetiline alusosake, mida nimetatakse gravitoniks? Me lihtsalt ei tea seda.