Minusta on outoa, että metri määritellään ajaksi, minkä valo kulkee 1/299 792 458 sekunnissa. Tällöin ei nimittäin voida mitenkään kokeellisesti kumota mittauksin väitettä "Valonnopeus on 299 792 458 m/s", koska se on tautologinen.
Vai onko tautologinen. Sekunti määritellään valitsemalla Cs-133-atomin perustilan tiettyä siirtymää vastaavan säteilyn taajuudeksi 9 192 631 770 s-1. Kun tätä määritelmää käyttäen mitataan valon kulkema matka aikayksikössä, niin saadaan valmistettua tuota matkaa vastaava mittatikku.
Mittatikkua ja samaa sekunnin määritelmää voidaan käyttää muissa koejärjestelyissä, joissa pyritään löytämään muulla nopeudella etenevä valo. Jos tuo muu valo kulkeekin mittatikkua lyhyemmän/pidemmän matkan, niin voidaan julkaista väite siitä, että valonnopeus ei olekaan vakio.
niin saadaan valmistettua tuota matkaa vastaava mittatikku.
Mistäs aineesta ajattelit mittatikun valmistaa?
En osaa sanoa mikä on paras materiaali kokeelliseen harrasteluun, mutta pituudeksi riittänee noin sadan jonossa kulkevan lehmän muodostaman kulkueen pituus (jos ei haluta metreihin viitata). Tärkeämpää on saada aikayksikkö lyhyeksi (tarkka kellolaite), jotta mitan ei tarvitse olla kohtuuttoman pitkä.
Mitataan valon edestakainen kulkuaika päiväntasaajalla sen suuntaan matkalla L.
Jos maanpinnan liike vaikuttaisi mittaustulokseen, valon edestakainen kulkuaika olisi
t1 = L/ (c - v) + L/(c + v) .
Tulokseksi saadaan kuitenkin aina t2 = 2L/c mittaussuunnasta riippumatta, eli t1 ≠ t2 .
L/ (c - v) + L/(c + v) = 2cL/ (c² - v²) ≠ 2L/c ; vain kun v = 0 , yhtälöt ovat yhtä suuret.
Maanpinnan liike ei siis summaudu mittaustulokseen, ja saatu mittaustulos c on valon nopeus sekä edestakaiseen suuntaan että yhteen suuntaan.
Lähetetään valo idän suuntaa 300 m etäisyydellä olevaan peiliin. Kun maa pyöriessään siirtää peiliä valon kulkuaikana eteenpäin, valon kulkumatka pitenee > 300 m. Valon heijastuessa peilistä, valolähde liikkuu valon kulkuaikana peiliä kohti. Valon kulkumatka takaisin valolähteelle lyhenee siis < 300 m. Aikaa edestakaiseen matkaan kuluu 2 µs. Vaikka matkat ovat eri pituiset, kumpaankin suuntaan valolta kuluu 1 µs, johtuen kiihtyvyydestä seuraavasta ajan suhteellisuudesta nopeuteen.
Tähän ilmiöön empiirinen Hafele-Keating koe antaa tyhjentävän selityksen. Valon liikkuessa itään päin aika hidastuu (aikayksikkö venyy) johtuen Maan pyörimisestä valon kulkusuuntaan, jolloin valo ehtii 1 µs:ssa peilille saakka. Valon heijastuessa pelistä ja liikkuessa länteen päin, aika nopeutuu (aikayksikkö kutistuu) johtuen maan pyörimisestä valon kulkusuuntaa vastaan, jolloin valolta ehtii kulua 1 µs takaisin valolähteelle. (Valon aallonpituuksia on yhtä monta kumpaankin suuntaan.) Koordinaatiston liike ei siis vaikuta valon kulkunopeuteen, joka on aina vakio c.
Kaipaako valon yksisuuntaisen nopeuden tutkiminen vielä empiiristä testiä mielestäsi?
……..
Valon nopeuteen ei havaitsijan liike vaikuta
Valon nopeus on aina vakio c valolähteen ja havaitsijan liikkeestä riippumatta.
Valon vakionopeus selitetään ajan suhteellisuudella, mutta sen voi selittää näinkin:
Esimerkki on vain teoreettinen, käytännössä mahdoton, kun edellyttäisi aivan suunnattomia nopeuksia valolähteille ja havaitsijalle (monitori).
Kaksi valolähdettä, toinen monitorin suhteen paikallaan oleva lähettää keltaista valoa ja toinen monitorista loittoneva lähettää vihreää valoa. Valot lähestyvät monitoria rintarinnan, kun valolähteet ovat samalla linjalla. Monitori toteaa lähestyvät valot saman värisinä keltaisina, kun dopplerin vuoksi vihreä valokin näkyy monitorille keltaisena, eli niillä on kummallakin sama keltaisen värin aaltopituus ja taajuus. Kun valon nopeus = aaltopituus x taajuus, valojen on pakko lähestyä samalla nopeudella monitoria eli nopeudella c. Eli vaikka vihreä valo loittonee monitorista, monitori mittaa sille saman nopeuden kuin keltaisellekin valolle.
Laitetaan monitori liikkumaan lähteitä kohti samalla nopeudella kuin etääntyvä lähde liikkuu. Kun mikään väliaine ei valoa kuljeta (kuten ilma ääntä kuljettaa), ei ole merkitystä liikkuuko valolähde vai havaitsija (koordinaatistossa). Nyt monitori toteaa molemmat valot vihreiksi, koska paikallaan olleen lähteen valon aaltopituus dopplerin vuoksi lyhenee. Nytkin aaltopituus x tajuus = vakio c , eihän valon väri vaikuta valon nopeuteen? Eli liikkuvat valolähde ja valon kohde miten tahansa, kohteen suhteen valon nopeus on aina c. (Tässä on ero ääneen, kun äänen nopeus muuttuu havaitsijan liikkeen funktiona.)
Maan ratanopeus Auringon ympäri on ± 30 km/s. Auringon ratanopeudeksi Linnunradalla löysin arvot 240 km/s ja 220 km/s ja. Kosmisen taustasäteilyn (mikroaaltosäteilyn) suunnan perusteella on päätelty Linnunradan liikkeeksi universumissa 2'200'000 km/h (611 km/s) ≈ 610 km/s meidän sijainnillamme. Eli Maan kokonaisliike 610 km/s + 240 km/s ± 30 km/s = 850 km/s ± 30 km/s . Asian ymmärtäminen ei edellytä tarkkoja arvoja.
Kun ei ole tietoa mikä on aurinkokunnan liikkeen suunta Linnunradalla suhteessa liikkeeseen universumissa, sen nopeus olisi rajoissa 610 km/s ± 240 km/s ± 30 km/s - eli maksimi 850 km/s ± 30 km/s ja minimi 570 km/s ± 30 km/s. Valon vakionopeuteen c tuo liike ei vaikuta, mutta valon spektriin doppler vaikuttaa.
Kun Hafele-Keating kokeessa atomikellojen liikkeitä tarkasteltiin pyörimättömän Maan suhteen, voidaan myös Linnunrataa ajatella pyörimättömänä ja liikkumattomana, jonka suhteen valo liikkuu. Koordinaatisto jossa elämme, voidaan siis ajatella liikkuvan maksimissaan nopeudella ≈ 850 km/s.
Mitä tuo liike dopplerin vuoksi aiheuttaa esim. vihreän valon aallonpituuteen λ
λ540 nm? Dopplerin yhtälö f = fₒ (1/ (1 ± v/c) ja λ = c/f . Aurinkokunnassa valon suunnasta riippuen maksimissaan λ = λₒ (1 ± v/c ) = λₒ (1 ± 850 km/s / 300000 km/s) = λₒ (1 ± 0,00283). Kun λₒ = 540 nm, λ = 538,43 ja 541,53 , ero ≈ ±1,55 nm, < ± O,3 %.
Kun aurinkokunnassamme valo lähtee valolähteestä em. liikkeen suuntaan, maksimissa spektri voisi sinisiirtyä λ = 538,43, ja kun valo lähtee liikkeen suuntaa vastaan, spektri voisi punasiirtyä λ = 541,53. Väri pysyisi edelleen vihreänä - vivahde vain hiukan muuttuisi valon suunnasta riippuen.
Kun sekä valolähde ja valon kohde ovat samassa koordinaatistossa, joka liikkuu Linnunradan liikkeiden mukana, valon (sm-säteilyn) kannalta sen liikkeen voi unohtaa. Vaikka valo lähtee valolähteestä em liikkeen aiheuttaman dopplerin vuoksi aina spektri sini- tai punasiirtyneenä, sen tavoittaessa kohteen, samasta syystä spektri siirtyy saman verran takaisin lähetetyn valon havaituksi spektriksi - koordinaatistossa havaitussa spektrissä ei esiinny siirtymää.
Valon suunta. Valo (sen komponentti) liikkeen suhteen poikittain kulkee vinosti liikkeen suuntaan, kuten tunnetussa junanvaunun tai valokellon esimerkissä. Miksi valo kääntyy liikkeen suuntaan, eikä taaksepäin? Kun junan vaunussa pistoolin luoti kohtisuoraan vastaseinään ammuttuna lähtee vinosti vaunun liikkeen suuntaan, on helppo ymmärtää, kun luodilla on jo vaunun liike ennen laukaisua. Voihan ajatella vaikka niin, että kun energia ja massa ovat ekvivalentteja, fotonilla on nopeuskomponentti lähteen liikkeen suuntaan.
Valolähteen liike ei summaudu valon nopeuteen, kun aika vastaavasti hidastuu, jolloin valon vinossakin liikkeessä sen nopeus on edelleen vakio c.
Voidaan ajatella näin. Paikallaan olevassa koordinaatistossa liikkuvassa valokellossa kellon liike summautuu elektronien rataliikkeeseen ytimen ympäri. Kun virittyneen atomin elektroni putoaa alemmalle radalle, se putoaakin vinosti, jolloin fotonikin lähtee yhtä suuressa vastakkaisessa kulmassa matkaan. Näin ollen Linnunradan ja Universumin pyörimisen aiheuttama liike poikittaiselle valolle kääntää valon liikkeen suuntaan, eikä liikkeen mukana liikkuvassa koordinaatistossa havaita mitään valon kääntymistä. Jos valo lähtisi kohtisuoraan liikettä vastaan, sehän kääntyisi taaksepäin, kuten äänen tapauksessa. (Onko jollakin pätevämpi selitys valon kääntymiselle liikkeen suuntaan?)
Aika nopeutuu heikommassa gravitaatiossa. Kun uskotaan valon nopeuden olevan 300’000 km/s kaikkialla universumissa paikallisessa ajassa, Kuun lyhyempään sekuntiin mahtuu yhtä monta valon aallonpituutta kuin Maan pidempään sekuntiin, joten Maan ajalla mitattuna valon aallonpituus Kuussa on lyhyempi kuin Maassa ja valonnopeus siten suurempi.
Kun metrin mitta on määritelty valonnopeuden perusteella Maan gravitaatiossa, sama määritelmä sille jossakin muussa gravitaatiossa ei voi olla yhtä pitkä Maasta havaittuna. Jos Kuussa heikommassa gravitaatiossa sama määritelmä kuitenkin pätee, ja vietäisiin metrin mitta Maasta Kuuhun, se olisi siellä pidempi kuin metri, vaikka se ei mekaanisesti pitene. Samasta syystä Kuussa työstetty metrin mitta maahan tuotuna olisi lyhyempi kuin metri. Maan metri heikommassa gravitaatiossa on siis pidempi kuin Maassa ja voimakkaammassa gravitaatiossa lyhyempi.
Jos pidetään siitä kiinni, että kaikkialla universumissa paikallisessa ajassa valonnopeus on 300000 km/s, Maasta havaittuna 300000 km matka ei voi silloin olla yhtä pitkä matka kaikkialla universumissa. Eli Maasta havaittuna Maan gravitaatiota heikommassa gravitaatiossa matkat ovat lyhyempiä ja voimakkaammassa gravitaatiossa pidempiä.
Kun gravitaatio muinaisissa universumeissa kaiken todennäköisyyden mukaan on ollut nykyistä suurempi, valosekunnin 300’000 km matkaan mahtuu Maan metrejä paljon enemmän kuin 300’000’000 kappaletta, eli valovuosi olisikin paljon uskottua pidempi, ja universumi paljon suurempi kuin 13,8 miljardia valovuotta.
Jos universumin koko/ikä on laskettu valonnopeuteen 300000 km/s perustuen Maasta mitattuna, lasku ei pidä paikkaansa, koska valo matkallaan universumin alusta meille on läpäissyt erilaisia gravitaatioita ja sen vuoksi sen nopeus Maasta mitattuna muuttuu matkallaan.
Kun aika muinaisissa universumeissa on kaiken todennäköisyyden mukaan kulkenut hitaammin kuin Maassa, koko ajan nopeutuen, valo universumin alusta Maahan matkatessaan on kulkenut hitaammin kuin nykyisin Maan ajalla mitattuna.
Kun punasiirtymästä on laskettu Maan valonnopeuden mukaan valon kulkeneen tietyn matkan, se onkin todellisuudessa kulkenut pidemmän matkan, jolloin valon kulkumatka lasketaan liian lyhyeksi, eli universumi onkin vanhempi kuin 13,8 miljardia vuotta.
Sama syy voi olla selitys tai osaselitys pimeän aineen hypoteesille, kun Linnunradan keskustaa lähestyttäessä aika hidastuu, jolloin Maan nopeammalla ajalla mitataankin liian hitaita ratanopeuksia keskustaa lähempänä.
Suoraviivainen valovauhti c on kausaalisen rakenteen paikallismitta eikä sitä periaatteessa varsinkaan kaareutuneessa kentässä tule käyttää suoraan pitempiin välimatkoihin.
...
Kun gravitaatio muinaisissa universumeissa kaiken todennäköisyyden mukaan on ollut nykyistä suurempi, valosekunnin 300’000 km matkaan mahtuu Maan metrejä paljon enemmän kuin 300’000’000 kappaletta, eli valovuosi olisikin paljon uskottua pidempi, ja universumi paljon suurempi kuin 13,8 miljardia valovuotta.
..
Tätä tulisi kehittää siten, että siihen sisältyy kuvaus varhaisen universumin gravitaatiojakaumasta. Tuollaisenaan kuvaus tarkoittaa sitä, että universumi on ollut kokonaisuutena kuten planeetta tai tähti, jonka pinnalta valo on emittoiutunut.
...
Kun gravitaatio muinaisissa universumeissa kaiken todennäköisyyden mukaan on ollut nykyistä suurempi, valosekunnin 300’000 km matkaan mahtuu Maan metrejä paljon enemmän kuin 300’000’000 kappaletta, eli valovuosi olisikin paljon uskottua pidempi, ja universumi paljon suurempi kuin 13,8 miljardia valovuotta.
..
Tätä tulisi kehittää siten, että siihen sisältyy kuvaus varhaisen universumin gravitaatiojakaumasta. Tuollaisenaan kuvaus tarkoittaa sitä, että universumi on ollut kokonaisuutena kuten planeetta tai tähti, jonka pinnalta valo on emittoiutunut.
Jaa-a, mitenkähän esim Jamesin näkemien varhaisten galaksiryhmien ja galaksien keskimääräinen gravitaatio olisi laskettavissa? Se kun pystyttäisiin laskemaan, siitä voitaisiin laskea gravitaation väheneminen etäisyyden funtiona meille saakka ainakin likimain.
