Ajan määritys

Aika on olemassaolon ja tapahtumien jatkuvaa ilmeisen peruuttamatonta etenemistä menneisyydestä tulevaisuuteen nykyhetken kautta. Aika on fysiikan perussuure, jonka yksikkö on sekunti. Ajan määreeseen tarvitaan myös liikettä/voimaa, jolla aikaa voidaan mitata.

Ajan SI-yksikkö on sekunti. Sekunnin tunnus on s ja sen määritelmän perustana on cesium 133 -atomin häiritsemättömän perustilan ylihienorakennesiirtymää vastaavan taajuuden ∆νCs kiinteä lukuarvo 9 192 631 770, kun yksikkönä on Hz eli s−1. Massan SI-yksikkö on kilogramma.

Onko aika lineaarista? Lineaarinen aikakäsitys muodostui Mesopotamiassa, ja se selkeytyi juutalaisilla ja kristityillä, joiden kautta se siirtyi yleisesti koko länsimaiseen ajatteluun. Siinä ajalla on tietty alku ja mahdollisesti myös loppu. Nykyajan yleisen käsityksen mukaan maailma syntyi tiettynä ajankohtana, kuten alkuräjähdyksessä. Erään teorian mukaan maailma myös palaa alkupisteeseensä ja loppuu miljardien vuosien kuluttua. Länsimaissa ajatellaan ajan kulkevan alkupisteestä loppupisteeseen suoraan lineaarisesti tai loivassa kaaressa. Yleisimmin aikaa kuvataan vaakasuoralla janalla. 

Mikä on lineaarinen aika?  -Lineaarisuus on matemaattisen suhteen ominaisuus, joka voidaan esittää graafisesti suorana. Lineaarisuus liittyy läheisesti suhteellisuuteen. Esimerkkejä fysiikasta ovat suoraviivainen liike, jännitteen ja virran lineaarinen suhde sähköjohtimessa sekä massan ja painon suhde.

Mikä on syklinen aikakäsitys? Tavallisimmat aikakäsitykset ovat syklinen ja lineaarinen aikakäsitys. Syklinen aika on toistuvaa ja rytmistä - elämä palaa jossain mielessä aina samaan pisteeseen takaisin mistä lähdettiin.

Aika fysiikan mukaan

Fysiikassa perussuure aika (lat. tempus, tunnus t) määritellään tapahtumien välisenä etäisyytenä aika-avaruuden neljännellä akselilla. Einsteinin erityisen suhteellisuusteorian mukaan aikaa ei voi esittää muuten kuin aika-avaruuden osana. Tapahtumien välinen etäisyys riippuu tapahtumia tarkkailevien havainnoitsijoiden suhteellisesta nopeudesta tapahtumaan nähden. Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria muutti ajan määritelmää vielä enemmän esittämällä kaareutuneen aika-avaruuden käsitteen. Eristetyssä järjestelmässä ajan kuluessa eteenpäin entropia eli haje aina kasvaa, joten hajeen kasvusta voidaan päätellä ajan suunta. Normaalisti syy-seuraussuhteen mukaisesti syy on myös aina ennen seurausta.

Ajan voi käsittää myös nopeudeksi, jolla eri ilmiöt tapahtuvat. Esimerkiksi suuressa painovoimakentässä aika kuluu suhteellisuusteorian mukaan hitaammin kuin pienessä painovoimakentässä, mikä näkyy esimerkiksi kemiallisten reaktioiden ja kellojen käynnin hidastumisena. Ihmiset eivät kuitenkaan itse huomaa ajan kulumisessa tapahtuvia muutoksia lähiympäristössään, sillä aivot ja havainnot toimivat samalla aikaan sidotulla nopeudella.

Suhteellisuusteoria tarjoaa välineet aika-avaruudessa gravitaation vaikutuspiirissä liikkuvien havainnoijien ajankulkujen selvittelyyn, se ei tarjoa yleistä aikaviitekehikkoa jossa etäisilläkin havainnoijilla voisi todeta olevan jonkun yhteisen nyt hetken.

Ajankäsite maailmankaikkeudessa

Maailmankaikkeuden aika ei ole kulkenut tasaisena läpi koko maailmankaikkeuden iän, mutta muodostaa yhtenäisen kosmisen aikareferenssin. Vastaavasti myöskään maan ajanmäärityksissä käytetyt ilmiöt, maan pyörimis- ja kiertoliikkeet auringon ympäri ja kuun kiertoliike eivät ole pysyneet aikojen saatossa vakioina. 

Maailmankaikkeuden ikä on kaikkialla sama, tässä mielessä kaikki havainnoijat elävät hetki hetkeltä samaa yhteistä universaalia nyt hetkeä. Yhteismitallisella tavalla maailmankaikkeuden aikaa mittaavien kellolaitteiden tulisi olla vapaita gravitaatiovaikutuksista ja taustasäteilyn suhteen 0-polaarisessa liiketilassa. Muussa liiketilassa tai gravitaation vaikutuksessa olevien havainnoijien tulee korjata nämä vaikutukset vastaavasti kuin GPS satelliittien ajat korjataan maan ajankulkua vastaaviksi.

Absoluuttinen aika ja avaruus

Lainaus alkaa:

"Absoluuttinen, tosi ja matemaattinen aika itsessään ja oman luontonsa nojalla kuluu tasaisesti riippumatta mistään ulkoisesta, ja toiselta nimeltään sitä sanotaan kestoksi: suhteellinen, näennäinen ja yleinen aika on jonkinlainen havaittava ja ulkoinen (joko tarkka tai epätasainen) liikkeeseen perustuva keston mitta, jota yleisesti käytetään todellisen ajan sijasta...

Newtonin mukaan absoluuttinen aika on olemassa riippumatta mistään havaitsijasta ja etenee yhtäläisellä nopeudella koko maailman­kaikkeudessa. Toisin kuin suhteellista aikaa, absoluuttista aikaa ei hänen mukaansa voitu havaita vaan se voitiin käsittää vain matemaattisesti. Newtonin mukaan ihmiset voivat havaita vain suhteellisen ajan, jota mitataan havaittavien kohteiden kuten auringon tai kuun liikkeen avulla. Näiden liikkeiden avulla päätellään ajan kulku.

Absoluuttisen avaruuden Newton määritteli seuraavasti

Absoluuttinen avaruus, oman luontonsa nojalla, pysyy aina saman­laisena ja liikkumattomana riippumatta mistään ulkoisesta. Suhteellinen avaruus on jokin liikkuva absoluuttisen avaruuden ulottuvuus tai mitta, jonka aistimme määrittelevät suhteessa kappaleisiin ja jota usein pidetään liikkumattomana avaruutena. Absoluuttinen liike on kappaleen siirtymistä yhdestä absoluuttisesta paikasta toiseen, ja suhteellinen liike on siirtymistä yhdestä suhteellisesta paikasta toiseen." 

Lainaus päättyy.

Ajan mittaaminen tarkoittaa lyhyiden aikojen mittaamista erilaisilla kelloilla ja elektronisilla ajanottajilla. Kellon kolme perustekijää ovat voimanlähde, näytön laskinjärjestelmä sekä käynninsäätelijä, joka yhdistää kaksi muuta osaa. Kellonaika annetaan tunteina, minuutteina ja sekunteina vuorokauden vaihtumisesta. Tunnit voidaan laskea yhdessä 24 tunnin jaksossa tai kahdessa 12 tunnin jaksossa.

Varhaisia kelloja ovat esimerkiksi aurinkokello, vesikello, tiimalasi ja kynttiläkello. Aurinkokello näyttää ajan Auringon luomasta varjosta silloin kun Aurinko paistaa. Vesikellossa vesi valuu astian reiästä ulos tietyssä ajassa, tiimalasissa hiekka. Kynttiläkellossa ajan kulumisen näkee palavan kynttilän korkeudesta.

Mekaaninen kello keksittiin 1200- tai 1300-luvulla. Varhaisissa mekaanisissa kelloissa virranlähteenä käytettiin putoavia painoja. Euroopan katedraaleihin sijoitettiin keskiajalta alkaen valtavia tornikelloja. 1500-luvulla kehitetyssä taskukellossa käynninsäätiminä olivat lipottimet. Galileo Galilei oivalsi 1580-luvulla, että heilurista saataisiin mekaaniseen kelloon hyvä käynninsäädin. Ensimmäisen heilurikellon suunnitteli ja rakennutti Galileon työn pohjalta vuonna 1657 Christiaan Huygens. Hänen jälkeensä kellojen mekanismin tekniikkaa kehitettiin edelleen, ja kelloista tuli tarkempia ja pienempiä. Itsensä vetävä automaattikello keksittiin vuonna 1770.

Englantilainen John Harrison kehitti 1700-luvulla laivakronometrin. Se pystyi pitämään hyvin tarkkaa aikaa myös merillä, mikä teki merenkululle tärkeän pituusasteen määrittämisen mahdolliseksi.

Sähkökello keksittiin 1800-luvulla. Sähkökello kääntää vaihtovirran taajuuden sekunneiksi, minkä ansiosta kaikki kellot samassa virtapiirissä näyttivät saman ajan. 1900-luvulla on kehitetty entistä tarkemmat kvartsikello ja atomikello.

Ajan kokeminen

Ihmisen ajantajussa on kyse kognitiivisesta prosessista - keskittymisestä ja muihin tapahtumiin vertaamisesta. Ihmisellä ei tiettävästi ole aikaa suoranaisesti havaitsevaa aistia.

Kokeissa on havaittu, että ihmisen tietoisuus laahaa puoli sekuntia ulkomaailman tapahtumien jäljessä (niin kutsuttu "Libetin puolen sekunnin viive"). Tajunta kuitenkin ikään kuin ajastetaan takaisin tosiaikaiseksi, niin että henkilö uskoo kokeneensa aistimuksen yhtä aikaa sen aiheuttaneen ärsykkeen kuten kosketuksen kanssa.

Psykologi William Jamesin mukaan ihminen aistii ajan "sekä alun että lopun sisältävänä kokonaisuutena". Silmillään ihminen ei havaitse eroa kahden kuvan välillä silloin kun ne näkyvät tiheämmin kuin 1/60 sekunnin välein. Kuuloaistillaan ihminen erottaa 1/500 sekunnin välein toistuvat äänet. Ihmisen kuuloaisti pystyy käyttämään hiukan eri aikoina korviin saapuneiden äänten aikaväliä äänen suunnan arvioimiseksi.

Ihminen kokee ajan kulkevan hitaammin ikävystyttävässä tilanteessa kuin silloin kun on jotain tekemistä. Myöskin pitkästyttävän tuntuisissa tilanteissa, jossa ei tapahdu juurikaan mitään, aika tuntuu suorastaan laahaavan. Tästä syystä sanonta "odottavan aika on pitkä", pitänee useinkin paikkansa. Tämä ilmiö on vahvistettu myös kokeiden avulla. Jälkikäteen tällaisiin tilanteisiin pätee kuitenkin usein päinvastainen: toiminnantäyteisestä ajanjaksosta on jäänyt muistoja, ja se tuntuukin nyt pidemmältä kuin ikävystyttävä ajanjakso, jolta ei ole jäänyt muistoja. Vanhoista ihmisistä aika tuntuu usein kuluvan nopeammin kuin nuoremmista, mikä voi liittyä siihen, että nuori ihminen saa vanhaa enemmän uusia kokemuksia, jotka jäävät muistoina mieleen.

Psyykeen vaikuttavat aineet muuttavat usein ajan kokemusta. Piristeet voivat saada käyttäjän yliarvioimaan kuluneen ajan pituuden, mutta depressantit kuten alkoholi tuntuvat lyhentävän aikaa. Psykedeelit voivat sotkea ajantajun täysin, ja aika voi jopa tuntua kulkevan taaksepäin.

Ihminen, joka on ollut vähällä kuolla, voi nähdä elämänsä kulkevan silmiensä editse pikakelauksella muutaman sekunnin aikana. Hätätilanteissa kuten pudotessa aika sen sijaan voi hidastua, ja ihminen voi nähdä tapahtumien etenevän kuin hidastettuna kuvasarjana. Testitilanteessa on kuitenkin havaittu, että ihminen ei pudotessaan kykene näkemään nopeammin vaihtuvia kuvia kuin tavallisestikaan. Ajan hidastumisen kokemus syntyy ilmeisesti siitä, että aivojen mantelitumake tallentaa hätätilanteessa muistikuvat eräänlaiseen apumuistiin, johon ne kiinnittyvät tavallista lujemmin.

Aika- ja sen merkitys ihmiselle

Aika tuntuu hallitsevan elämäämme modernissa yhteiskunnassa. Ajan mittaamisen kehitys ja rannekellojen yleisyys ovat tehneet ihmisistä jatkuvasti tietoisia tarkasta ajasta, ja aikataulut ohjaavat ihmisten elämää ja yhteiskunnan toimintaa. Entisinä aikoina ihmiset ajattelivat vähemmän ajan kulumista eivätkä olleet tietoisia tarkasta ajasta. Menneinä aikakausina esim. esi- ja varhaishistorian aikoihin, ihmisille riitti taivaan tarkkailu, ja vuorokausirytmin määräsivät Auringon nousu ja lasku. Tätä sovellettiin myöhemmin myös sato- ja maatalouden tarpeisiin. 

Elämä onkin muuttunut kovin hektiseksi ja aika tuntuu hallitsevan ja määrittelevän tietoisella tasolla koko elämäämme ja kaikkea, mitä siihen sisältyy. Monet ovatkin koettaneet tehdä parhaansa irtautuakseen oravanpyörästä ja aloittaneet nk. down shiftaamisen, joka onkin tuonut helpotusta ainaiselle kiireelle ja sen tuomalle stressille. Tosin, näinä aikoina edes normaalin  elintason ylläpitämiseen ja arjessa pärjäämiseen taloudellisesti vaatii kuitenkin ponnistuksia ja down shiftaamisessakin joutuu näkemään vaivaa itsensä ja kenties perheensäkin elättämiseksi, sillä erolla, että työ ja sen tuoma hektisyys on karsittu minimiin.

Eläinten aikakäsitys

Siinä, missä ihmiset kykenevät muistelemaan menneitä asioita ja aikoja sekä suunnittelemaan ja pohtimaan tulevaisuutta, eläinten aikaperspektiivi on on erilainen.

Eläimet kykenevät muistamaan tietyt hajut, tapahtumat, tilanteet sekä ihmiset, mikäli jokin asia niistä nykyhetkessä muistuttavat niistä. Muutoin eläimet elävät vaistojensa varassa. Eläin ei kykene suunnittelemaan saati pohtimaan omaa tulevaisuuttaan. Eläimet elävätkin ihmisiin verrattuna "hetkessä", joka ei tekisi pahitteeksi myöskään ihmisille toisinaan. Aikaperspektiivi ihmisten ja eläinten elinkaaressa on myös suhteellista. 

Siinä, missä ihmisen keskimääräinen elinajanodote on noin 78-85 vuotta, voi esimerkiksi päiväkorentojen, (surviaisten) toukkavaihe kestää jopa vuosiakin, mutta aikuinen päivänkorento elää vain päivän tai pari, joillakin lajeilla ainoastaan muutamia tunteja. Laji Dolania americana elää vain minuutteja aikuistumisensa jälkeen, missä ajassa se parittelee ja munii, kunnes kuolee.

Me voimme kokea päiväkorennon elinkaaren minimaalisen lyhyeksi, mutta sille oma elinkaari voi tuntua samalta kuin 80 vuotta meille ihmisille. 

Elämän rajallisuus...

Lukijani saattavat ihmetellä , miksi kuvailen itseäni usein "vierailijaksi ajassa ja avaruudessa?" Syy siihen on selkeä. Elämme kaikki maaplaneetalla, joka on kirjaimellisesti avaruudessa. Olen syntynyt tänne vuonna 1966, joten olen hyvää matkaa lähestymässä kuuttakymmentä ikävuotta, johon enää matkaa noin 3 vuotta ja 4 kk, tästä kirjoituspäivästäni lukien. Useat sairaudet, joita itsekin kannan, saavat minut tiedostamaan, että saatan kuolla niihin milloin tahansa. 

Ympäriltäni ovat minua nuoremmatkin "nukahtaneet ikiuneen", joten tajuan, että elämänlankamme on loppujen lopuksi kovin hauras. Se saattaa katketa milloin tahansa, ajasta ja paikasta katsomatta. Koska tiedän elämäni  olevan rajallinen, koenkin olevani vain vierailemassa täällä "ajassa ja avaruudessa. Mikäli joillakin ihmisillä on taipumusta elää pitkäkin elämä, näkyy meissä kaikissa silti vanhenemisen merkkejä. Sanonnat "Ei vanhuus tule kello kaulassa" tai 

Aika tuntuu liitävän kuin siivillä, vastahan olin vielä tuore äiti, vaikka poikani on jo 35 vuotias ja tuntuu kuin teinivuosistakin olisi vielä vähän aikaa, vaikka senkin jälkeen on tapahtunut vaikka ja mitä... Olemme ajallisesti täällä vain "käymässä." Se, kuinka suhtaudumme jäljellä olevaan aikaamme sanelee paljolti sitä, minkälaista se tulee kullakin olemaan. Koen itse paljon ruumiillisia vaivoja, heikkoutta ja kipuja, joita sairauteni aiheuttavat minussa, mutta myös ikääntyminen tekee minussa oman tehtävänsä. Vaikka nämä kuluttavatkin minut toisinaan niin, ettei normaalista arjesta kykene aina "ideaalisti" selviytymään, osaan iloita ja nauttia myös niistä päivistä tai hetkistä, jolloin on hiukan helpompaa.

Aika "käsitteenä" on aina kiehtonut minua, sillä ajanmääreellä on omat suhteellisuutensa jokapäiväisessä elämässämme, kun taas ajalla on erilainen ulottuvuus ja suhteellisuus avaruudessa ja maailmankaikkeudessa. 

Aika-avaruus muuttuu

Kun astronautti liikkuu suurella nopeudella, aika kuluu hänelle hieman hitaammin kuin maapallolla oleville ihmisille. Astronautti ei itse huomaa aikaeroa - hänelle aika kuluu aivan normaalisti. Vasta sitten, kun astronautti palaa kotiin, hän voi havaita, että aika on kulunut hitaammin avaruudessa kuin Maassa.

Esimerkiksi venäläinen Gennadi Padalki vietti 879 vuorokautta Maata kiertävällä radalla. Hänelle aika kului hitaammin kuin maapallolla oleville ihmisille - tarkalleen 0,02 sekunnin verran. Padalka on siis elänyt 0,02 sekuntia lyhyemmän aikaa kuin me. 

Suuri nopeus jarruttaa aikaa-avaruusalus venyttää aikaa..

Kaikkien tähän mennessä avaruudessa olleiden astronauttien kokema ajan hidastuminen on korkeintaan sekunnin tuhannesosia. Jotta aika hidastuisi huomattavasti, nopeuden pitää olla lähellä valonnopeutta - 299 792 458 metriä sekunnissa.

Kun avaruusalus lentää tarpeeksi nopeasti, Maan vuosi voi tuntua astronauteista päiviltä. Maata kiertävällä radalla astronautit liikkuvat vain noin 27 500 kilometrin tuntinopeudella, joka on 0,0025 prosenttia valonnopeudesta. Astronauteilla pitäisi siis olla paljon enemmän vauhtia kuin nykyään on mahdollista, jotta he olisivat palatessaan Maahan nuorempia kuin omat lapsensa.

Aikamatkailu-onko se koskaan mahdollista?

Tieteiskirjallisuus- ja elokuvamaailma ovat luoneet yhdessä mielikuvituksellisia aikamatkoja kuvitteellisten aikakoneiden välityksellä milloin historiaan, milloin tulevaisuuteen.  Kulttielokuva "Back to the future" (suom. Paluu tulevaisuuteen), on Robert Zemeckisin ohjaama tieteiskomediaelokuva, joka tuli ensi-iltaan Yhdysvalloissa 3. heinäkuuta 1985. Elokuva on kyseisen trilogian ensimmäinen osa. Paluu tulevaisuuteen oli vuoden 1985 rahallisesti menestynein elokuva. Jatko-osat ovat Paluu tulevaisuuteen II ja Paluu tulevaisuuteen III. Aikakoneella, (auto), oli elokuvassa suurin rooli, joka siivitti roolihahmot historian seikkailuihin ja sieltä takaisin "tulevaisuuteen".  

Ihmisiä on aina kiehtonut historia ja tulevaisuus, siksi aihe on inspiroinut monia elokuvantekijöitä, mutta myös aikoinaan myös kirjailijoita. Aikakone on H.G. Weellsin, vuonna 1895 julkaisema aikansa tieteisromaani. Teoksen ansioksi on yleisesti tunnustettu aikamatkustuskäsitteen popularisoiminen, käyttämällä ajoneuvoa tai laitetta matkustamaan eteenpäin, tai taaksepäin ajassa.

Aikakoneesta on tehty myös kaksi samannimistä elokuvaa sekä kaksi televisioversiota ja mona sarjakuvasovituksia. Se on myös inspiroinut epäsuorasti monia muita kaunokirjallisia teoksia monissa mediatuotannoissa. Aikamatkaa on kirjallisuudessa myös läheisesti "liipattu myös Jules Vernen (8. helmikuuta 1828 Nantes, Ranska - 24. maaliskuuta 1905, joka oli ranskalainen kirjailija. Verne tunnetaan erityisesti tieteiskirjallisuuden edelläkävijänä. Verne kirjoitti muun muassa avaruusaluksista, lentolaitteista ja sukellusveneistä ennen kuin niitä oli olemassa. Itse rakastin lapsena lukea ja kuunnella Jules Vernen tarinoita ja katsoa elokuvia sekä -70 luvulla esitettyjä televisiosarjoja mm Kapteeni Nemon seikkailuista, jonka pääosaa Kapteeni Nemoa näytteli Omar Sharif.

Aika etenee eri suhteessa eri "atmosfääreissä"...

...mutta se etenee joka tapauksessa, olkoon se sitten lineaarista tai syklistä. Vaikka kehitys tieteen saralla on kiirinyt huimaa vauhtia eteenpäin ja sen nimissä on kyetty luomaan asioita ja tieteen aloja, joita ei koskaan historiassa pystytty edes kuvittelemaan parhaimmissakaan mielikuvituksissa, jää arvoitukseksi, pystytäänkö koskaan suorittamaan aikamatkoja menneisyyteen muulla tavalla, kuin tutkimalla historiaa? Itse epäilen tätä, mutta jääköön se tulevien sukupolvien nähtäväksi ja eletään me tässä elämässä eläjät hetkessä. 

Hyvää  viikonloppua kaikille!

-Roya-