Tiede
Aika – mitä me siitä tiedämme? 10 käsittämätöntä asiaa ajasta
Aika, mitä me tiedämme ajasta? Listafriikki.com käy tällä listalla läpi kymmenen faktaa, jotka liittyvät monin erin tavoin käsitteeseen, jota myös ajaksi kutsutaan.
Tiesitkö, että ihminen nukkuu noin kolmasosan elämästään, mikäli hänen keskiarvollinen uniaikansa vuorokaudessa on kahdeksan tuntia?
Tiesitkö, että maailman vanhin objekti on noin 4,4 miljardia vuotta vanha zirkoni-kristalli ja, että tämä Australiasta löytynyt esine on vain 160 miljoonaa vuotta maapalloa nuorempi?
Tiesitkö, että maailman tarkin kello heittää vain sekunnilla 15 miljardin vuoden aikana? Tai, että vuonna 1836 Greenwichin observatoriossa työskennellyt John Belville asetti joka aamu kellonsa oikeaan aikaan työpaikallaan ja myi tuon oikean kellonajan muille kaupunkilaisille?
Ei, emme mekään tienneet näitä faktoja, mutta tämän listan myötä me tiedämme. Vaan nämä edellä mainitut faktat eivät päätyneet tähän alta löytyvään kymmenikköön, joten me halusimme tuoda ne edes pikaisesti esille.
Aika on todella mielenkiintoinen käsite. Muuan Albert Einstein on saanut suhteellisuusteoriallaan muun muassa toisen meistä listafriikkiläisistä turhautumaan voimakkaasti siihen, miten aika on niin vaikeasti ymmärrettävissä; Interstellar-elokuva voi esimerkiksi aiheuttaa tällaisen reaktion.
Tällä listalla me käymme siis läpi kymmenen aikaan liittyvää käsittämätöntä faktaa, jotka omalla tavallaan eroavat kaikki keskenään toisistaan.
Sinun pääsi on vanhempi kuin omat jalkasi
Yksi jalka on 30,48 senttimetriä. Kuvitellaan tilanne, jossa ihminen seisoo samalla rappusella 79 vuoden ajan ja tuo rappunen on hieman reippaan jalan verran korkeammalla kuin lattia. Tämän henkilön kaksonen seisoo sen yhden rappusen verran alempana samaiset 79 vuotta. Tuossa ajassa tämä rappusella seisonut kaksonen on 90 sekunnin miljardisosaa vanhempi kuin tämä yhden portaan verran alempana seissyt kaksonen.
Ja mitä suurempi tuo korkeusero on, sitä nopeammin korkeammalla oleva henkilö vanhenee: esimerkiksi toisen seistessä maanpinnalla ja toisen Mount Everestillä ero olisi jo merkittävämpi.
Eräs tutkijaryhmä on tutkinut tätä, käyttäen apunaan häkellyttävän herkkiä kelloja – niin sanottuja atomikelloja. He olivat asettaneet laboratoriossaan toisen tällaisen kellon korkeammalle kuin toisen ja totesivat sen myötä, että Albert Einstein oli näkemystensä kanssa oikeassa: korkeammalla ollut kello oli liikkunut hieman nopeammin kuin alempana ollut.
Mutta miksi?
Tätä ilmiö kulkee fysiikassa termillä aikadilaatio-efekti. Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria perustuu siihen, että mitä lähempänä esimerkiksi ihminen on suurta massaa, kuten esimerkiksi maapalloa, sitä hitaammin aika kuluu; toisin sanoen painovoiman ollessa vahvempi aika kuluu hitaammin ja painovoiman heikentyessä nopeammin.
Maan vetovoima luo siis tietynlaisen vääristymän, jonka myötä aika liikkuu hitaammin Maassa kuin avaruudessa – paikalla ollessaan.
Aivan tämän listan alussa mainitussa Interstellar-elokuvassa mennään planeetalle (nimetään se nyt Planeetta X:ksi), jossa planeetan vetovoima on vielä Maan vastaavaa voimakkaampi. Tällöin Planeetta X:ssä aika kuluu hitaammin kuin Maassa ja siksi Interstellar-elokuvassa yksi Planeetta X:ssä vietetty tunti on Maassa seitsemän vuotta. Tästä samaisesta syystä avaruusrakettiin jäävä tutkija elokuvassa on selkeästi vanhempi kuin sinne Planeetta X:ltä palannut kaksikko, koska hän vain leijuu avaruudessa.
Tämä edellä oleva siis selittää sen, miksi rappusella seisova kaksonen vanhenee nopeammin kuin reippaat 30 senttiä alempana seisova toinen kaksonen. Siten esimerkiksi sinun pääsi on vanhempi kuin omat jalkasi.
Mitä nopeammin liikut, sitä hitaammin aika kuluu
Edellä olevassa listan kohdassa puhuimme siitä, miten avaruudessa ”paikallaan seisova” kaksonen vanhenee nopeammin kuin Maassa seisova kaksonen. Mutta, kun tähän yhtälöön lisätään nopeus, jolla liikutaan, tällöin tilanne muuttuu; aika, kun on suhteellista ja muuttuva elementti.
Albert Einsteinin erityisen suhteellisuusteorian mukaan aika kuluu sitä hitaammin, mitä nopeammin ihminen liikkuu. Kun kaksosista toinen seisoo paikallaan ja toinen istuu huippunopean raketin kyydissä, aika kuluu hitaammin tälle raketissa olevalle kaksoselle, vaikka se ei siltä hänelle tunnukaan. Se johtaa siihen, että palatessaan avaruudesta takaisin Maahan, on Maahan jäänyt kaksonen vanhentunut enemmän.
Kaikessa yksinkertaisuudessaan homma toimii siis seuraavasti: mitä nopeammin liikut, sitä hitaammin liikut ajassa.
Vaan, voiko ajan saada pysähtymään? Mitä nopeammin esimerkiksi avaruusalus liikkuu, sitä lähempänä tuota hetkeä ollaan. Kuten me tiedämme, valonnopeus on 299 792 458 m/s. Jos siis ihminen kykenisi tavalla tai toisella liikkumaan valonnopeudella, aika pysähtyisi ja me kykenisimme näkemään kaikki historialliset tapahtumat silmiemme edessä, mutta sellaisen nopeuden saavuttaminen ei ole massan vuoksi mahdollista.
Mutta miksi ihmeessä sitten se aika hidastuu sitä mukaa, mitä nopeammin ihminen liikkuu?
Einsteinin mukaan kiihtyvässä liikkeessä oleva kokee suurempaa painovoimaa kuin paikallaan oleva tai hitaammin liikkuva. Tässä siis on kyse samankaltaisesta efektistä kuin edellä mainitussa listan kohdassa, jossa se painovoima oli niin ikään ratkaiseva määre.
Kaikki on menneisyyttä
Albert Einstein sanoi elinaikanaan, ettei sellaista ole olemassakaan kuin ”nyt”, vaan siinä on kyse puhtaasti illuusiosta. Toisin sanoen ihan kaikki näkemämme on menneisyyttä. Kun sinä katsot toista ihmistä silmiin, katsot konkreettisesti ajassa taaksepäin. Toki tässä puhutaan nanosekunneista, mutta menneisyydestä joka tapauksessa, sillä kaikki perustuu siihen, miten nopeasti valo kulkee.
Valonnopeus on noin 300 000 kilometriä sekunnissa, mikä on vauhti, johon mikään massallinen asia tässä maailmankaikkeudessa ei pysty. Suhteessa tuo nopeus ei kuitenkaan ole välttämättä niin kovinkaan korkea, sillä esimerkiksi kaikkein kaukaisimpaan tunnettuun galaksiin (GN-z11), johon valo mahdollistaa meidän näkevän, on matkaa noin 13,4 miljardia valovuotta. Kun siis tähtitieteilijät katsovat tehokkaiden teleskooppiensa avustuksella tuota galaksia, joka on syntynyt ja kuollut jo paljon ennen Maan syntymistä, seuraavat he melkoisen historiallista tapahtumaa menneisyydestä.
Meidän siis on toisin sanoen mahdotonta tietää, millaista missäkin on nyt eli juuri tällä nimenomaisella hetkellä, sillä kaikki on enemmän tai vähemmän menneisyyttä.
Aika tuntuu hidastuvan, kun sinulla on hauskaa
Sitä kuulee sanottavan, että ”aika rientää kuin siivillä”, kun ihmisellä on hauskaa. Todellisuus on kuitenkin itse asiassa täysin päinvastainen.
Aiheesta julkaistiin vuonna 2016 tutkimus Science-lehdessä, ja tässä tutkimuksessa todettiin, että dopamiinilla on suuri rooli tässä ajan kulumisessa. Kun esimerkiksi rotille ruiskutettiin amfetamiinia, joka vauhdittaa dopamiinin vapautumista kehoon, reagoivat ne asioihin nopeammin kuin ilman amfetamiinia.
Tämä sama ilmiö toistuu myös ihmisillä, erilaisten miellyttävien kokemusten kohdalla.
Tällaisina hetkinä dopamiinin eritys kiihtyy ja sitä vapautuu enemmän ihmisen kehoon. Ihmisen subjektiivinen kokemus ajasta (sisäinen kello) muuttuu tällöin nopeammaksi kuin se vauhti, jolla aika itsessään kuluu: siksi ne hauskat ja hyvät hetket tuntuvat todellisuudessa pidemmiltä kuin tylsät hetket.
Niin se siis menee: mitä enemmän dopamiinia kehossa, sitä hitaammin aika kuluu.
Kun siis ihminen esimerkiksi vanhenee ja dopamiinin eritys hidastuu, tällöin myös aika tuntuu kuluvan nopeammin; tämän aasinsillan kautta pääsemmekin listan seuraavaan kohtaan.
Aikaa kuluu nopeammin iän myötä
Kuten me tiedämme, kello raksuttaa aina samaa vauhtia eteenpäin, elleivät sitten paristot ole lopussa. Sillä ei ole kuitenkaan mitään tekemistä sen kanssa, miten me ihmiset koemme ajan.
Oletkin varmasti huomannut, että mitä enemmän sinulle tulee ikää, sitä nopeammin aika tuntuu kuluvan. Jokainen ihminen kokee tämän saman ilmiön eli se on täysin normaalia, että päivät, viikot, kuukaudet ja vuodet tuntuvat koko ajan kuluvan yhä nopeammin ja nopeammin.
Mutta mihin tämä ilmiö sitten oikein perustuu?
Mitään satavarmaa tieteellistä tietoa tälle ilmiölle ei ole saatu, mutta aiheeseen liittyy yksi hyvinkin pätevä teoria.
Tuo teoria liittyy siihen, miten paljon muistoja meillä on ja miten nopeasti meidän aivot sen myötä toimivat. Kun lasta pyydetään istumaan hiljaa minuutin ajan ja arvioimaan, milloin tuo minuutti on kulunut, useimmiten lapsi sanoo 40 sekunnin kohdalla minuutin täyttyneen. Aikuinen kokee puolestaan minuutin kuluneen 60-70 sekunnissa. Lapsen aivot yksinkertaisesti toimivat nopeammin ja siten he kykenevät kokemaan tietoisia asioita enemmän minuutin aikana kuin aikuiset; tästä syystä lapsille aika tuntuu kuluvan hitaammin kuin aikuiselle.
Aihetta tutkineen professorin Adrian Bejanin mukaan ajan kuluessa ihmisen määrällinen kyky käsitellä visuaalista informaatiota hidastuu ja siksi puolestaan aika nopeutuu vanhetessa.
Bejanin teoriaa voi miettiä elokuvien kautta. Esimerkiksi hidastettu filmi paljastaa keskiarvolta sekuntia kohden huomattavasti useamman kuvan kuin pikakelattu filmi. Kun siis lapsen aivon toimivat nopeammin ja muistoja on vähemmän, he kykenevät taltioimaan enemmän asioita talteen ja siten aika kuluu hitaammin – aivan kuten hidastetussa filmissä.
Valoa nopeammat galaksit
Kuten olemme tälläkin listalla todenneet, minkään ei pitäisi liikkua valoa nopeammin, koska massa tekee tästä mahdotonta. Mutta näin ei ilmeisesti sitten kuitenkaan ole.
Kun puhutaan kaukaisista galakseista, ovat meistä kaikkein kaukaisimmat miljoonien, miljardien tai jopa kymmenien miljardien valovuosien päässä. Vuonna 2016 joukko astronomeja totesi, että nämä kaukaisimmat galaksit vetäytyvät meistä kauemmaksi sellaista vauhtia, että siihen nopeuteen ei yllä edes valo.
Toisin sanoen universumi eli tämä maailmankaikkeus laajenee niin käsittämätöntä vauhtia, että se uhmaa leikkisästi sanoen fysiikan lakeja.
Ylipäätään galaksit vetäytyvät jatkuvasti etäämmälle toisistaan, kun universumi laajenee. Toki poikkeuksiakin löytyy, mutta yleisesti ottaen galaksit erkanevat toisistaan.
Tähtitieteessä käytetään sellaista mittayksikköä kuin parsek. Yksi megaparsek tarkoittaa miljoonaa parsekia, joka taas tarkoittaa 3,26 miljoonaa valovuotta. Jos puhutaan galaksista, joka on yhden megaparsekin päässä meistä, se loittonee meistä 68 kilometrin sekuntivauhtia. Kun puhutaan kahdesta megaparsekista, loittomisnopeus on 136 kilometriä sekunnissa, ja kolmen megaparsekin kohdalla 204 kilometriä sekunnissa. Ja nyt sitten, kun mennään riittävän pitkälle, jossain todella kaukaisessa galaksissa valonnopeus ylittyy tuon vetäytymisvauhdin osalta.
Vuorokausi ei ole 24 tunnin mittainen
Esimerkiksi toimintaelokuvissa, joissa jonkun ihmisen läheinen on kaapattu, kuulee usein käytettävän termiä ”sinulla on vuorokausi aikaa maksaa lunnaat”. No nythän on niin, että tällaisessa tilanteessa me voisimme mennä kysymään: tarkoitatteko vuorokaudella 24 tuntia vai 23 tuntia, 56 minuuttia ja 4,09 sekuntia?
Nämä 24 tunnin mittaiset vuorokaudet on kuin taottu meidän mieliimme ja enemmän tai vähemmän koko meidän maailmamme pyörii tuon 24 tunnin ympärillä; se on esimerkiksi modernin teknologian ytimessä.
Samaan aikaan meille kuitenkin on koulussa opetettu, että vuorokausi täyttyy, kun maapallo on pyörinyt akselinsa ympäri. Ja miten pitkään maapallolta kestää pyöriä tuon akselinsa ympäri? Kolme minuuttia ja 55,91 sekuntia vajaat 24 tuntia. Tästä syystä karkauspäivää vietetään aina neljän vuoden välein eli lisätään kalenterivuoteen yksi ylimääräinen päivä tilanteen tasoittamiseen; tai no, ei ihan joka neljäs vuosi (lue lisää).
Tässä voisi sanoa Salaisten kansioiden tunnetun sloganin tapaan ”The Truth Is Out There” eli ”Totuus on tuolla jossain”.
Eikä siinä vielä kaikki: keskiarvollisesti yksi päivä maassa kestää noin sen 24 tuntia, mutta se on vain keskiarvo. Todellisuudessa päivät ovat välillä yli 24 tunnin mittaisia ja välillä alle 24 tunnin mittaisia eli välillä maapallolta ottaa pidempään kiertää akselinsa ympäri, joten lähde tässä nyt sitten ottamaan selvää, minkälaisten aikamääreiden kanssa tässä pitäisi jatkossa elää.
Sekunti lisää tai sekunti pois
Koska Maan pyöriminen on hidastunut hieman, ei 24 tunnin mittainen vuorokausi pidä ihan kirjaimellisesti paikkansa; keskimäärin yksi ”Maan päivä” on keskiarvolta 0,002 sekuntia pidempi kuin vuorokausi. Tästä syystä me tarvitsemme karkaussekunnin aina silloin tällöin eli aikaa täytyy hieman korjata, jotta atomikelloilla mitattava koordinoitu yleisaika ja luonnollinen vuorokausirytmi pysyvät symbioosissa keskenään.
Siinä, missä karkauspäivä (karkausvuosi) on käytännössä ottaen aina neljän vuoden välein, karkaussekunnin ajankohtaa ei voida määrittää etukäteen. Tämä johtuu siitä, että maapallon pyörimisnopeus vaihtelee, joten me emme etukäteen voi tietää, milloin karkaussekuntia jälleen tarvitaan.
Ja itse asiassa karkaussekunti eroaa karkausvuodesta myös siinä mielessä, että välillä karkaussekunti on positiivinen ja välillä negatiivinen. Käytännön osalta tämä tarkoittaa sitä, että välillä tuo ylimääräinen sekunti joudutaan lisäämään ja välillä sekunti joudutaan poistamaan tämän edellä mainitun rytmin ylläpitämiseen.
Karkaussekunti joko lisätään tai poistetaan, aina tarvittaessa, joko kesäkuun viimeisenä tai joulukuun viimeisenä päivänä.
Edellisen kerran karkaussekuntia on käytetty atomikellojen ja luonnollisen vuorokausirytmin tasapainottamiseen vuoden 2016 viimeisenä päivänä; tuolloin karkaussekunti lisättiin. Viimeisin karkausvuosi oli puolestaan vuosi 2020. Ensimmäisen kerran karkaussekuntia käytettiin vuonna 1972 ja sen jälkeen maapallon kiertonopeus on hidastunut 27 sekuntia lisää.
Mikäli tällaisten pikkuruisten muutosten tekeminen tuntuu sinulle jotenkin turhanpäiväiseltä, kerrottakoot tässä vaiheessa, että älypuhelimet, GPS-laitteet, puhelintornit, tietokoneet ja monenlaiset erilaiset järjestelmät ovat riippuvaisia äärimmäisen tarkasta ajanpidosta. Jos esimerkiksi GPS-satelliittien kellot ja sinun GPS-vastaanottimesi heittävät yhden sekunnin miljaanasosan verran toisistaan, voi GPS-laitteesi osoittaa sinun olevan käytännössä ottaen missä tahansa noin puolen kilometrin säteellä; GPS-laitteesi voi siis kertoa sinun olevan eri paikassa kuin todellisuudessa olet.
Vuosi oli yli 370 päivää
Normaalisti vuodessa on 365 päivää, paitsi karkausvuotena, jolloin näitä päiviä on 366. Tutkijat ovat jo pidempään tienneet, että ajassa taaksepäin mentäessä päivät olivat hieman nykyistä lyhyempiä ja vuodet puolestaan nykyistä pidempiä. Yksityiskohtaista tietoa meillä ei kuitenkaan tästä ollut, mutta mahdollisesti nyt on.
Tutkijaryhmä on kyennyt nimittäin päättelemään sukupuuttoon kuolleen ja jurakaudella eläneen rudisti-simpukan kautta, että tuohon aikaan, jolloin dinosaurukset ikään kuin hallitsivat tätä planeettaamme, vuodessa oli noin 372 päivää ja yksi vuorokausi oli noin 23,5 tunnin mittainen.
”Tällaista ei tapahdu oikeastaan koskaan geologisessa historiassa: me pystymme periaatteessa katsomaan päivään, joka oli 70 miljoonaa vuotta sitten”, tutkimusta johtava Niels de Winter kertoi noin vuosi sitten julkaistussa Brysselin yliopiston virallisessa tiedotteessa.
Kyseinen tutkimusryhmä on käyttänyt tämän rudisti-simpukan tutkimiseen tietynlaista laserteknologiaa, jonka uskotaan toimivan myös selvästi vanhempien fossiilien analysointiin.
Yli 2 miljardia sydämenlyöntiä
Ihmisen pulssi eli se, miten usein sydän lyö, voi olla hyvinkin erilainen. Esimerkiksi normaali leposyke voi olla yleisesti ottaen mitä tahansa väliltä 40-85. Jos ihmisen syke olisi keskimäärin noin 60, tarkoittaisi se vuorokaudessa 86 400 sydämenlyöntiä.
Kun sitten jatketaan tuolla 60:n sykkeellä hieman pidemmille aikajaksoille, lyö ihmisen sydän vuodessa yli 31,5 miljoonaa kertaa. Kymmenessä vuodessa puhutaan sitten jo yli 315 miljoonasta kerrasta, ja jos elät esimerkiksi 70-vuotiaaksi saakka, tällöin sydämesi on lyönyt tällä 60:n keskiarvollisella sykkeellä noin 2,2 miljardia kertaa.
Keskimäärin suomalaisen naisen elinajanaodote on 84,5 vuotta ja suomalaisella miehellä se on 79,2 vuotta. Tämä tarkoittaa sitä, että suomalaisella naisella sydän löisi elämän aikana, sillä 60:n keskiarvollisella sykkeellä, noin 2,66 miljardia kertaa ja suomalaisella miehellä noin 2,50 miljardia kertaa.
Toki nämä määrät saattavat elää jonkin verran, mikäli jossain vaiheessa olemme tilanteessa, jossa ihmiset viipyvät ison osan elämästään avaruudessa ja liikkumisnopeudet kiihtyvät merkittävästi nykyisestä.
Lue myös:
- 10 asiaa karkauspäivästä: Se ei olekaan joka neljäs vuosi!
- Piin päivän kunniaksi: 10 kiehtovaa faktaa luvuista ja matematiikasta
🤷♂️ Onko aika sinulle merkittävä asia ja miten voimakkaasti tämä lista veti pääsi (mahdollisesti) pyörälle? Kommentoi aihetta alla olevissa kommenttikentissä ⬇️ ⬇️ tai somekanavissamme!