Tulevia
Aloitan Helsingin Sanomien tiedekolumnistina. Minulta ilmestyy yksi kolumni kuukaudessa, maanantaisin. Ensimmäinen juttu julkaistaan ensi maanantain (31.3.) lehdessä, lähestyn siinä BICEPin tuloksia vähän eri kantilta kuin blogissa. Kolumnien aiheena on periaatteessa mikä tahansa tieteeseen liittyvä asia. Arvelisin, että tulen käsittelemään vähemmän fysiikan yksityiskohtia (kuten mitä on punasiirtymä, inflaatio tai supersymmetria) ja enemmän löytöjä, tiedepolitiikkaa ja tieteen merkitystä kuin blogissa. Blogikirjoitukset jatkuvat vanhaan tapaan.
Osallistun perjantaina 11.4. kello 12 paneelikeskusteluun akateemisesta aktivismista AGORAn avajaisissa. AGORA on yhteiskunnalliseen oikeudenmukaisuuteen ja yhdenvertaisuuteen opinnoissa keskittyvä tutkimuskeskus Helsingin yliopistolla.
6 kommenttia “Tulevia”
Vastaa
Toiminnasta
Minulle myönnettiin tänään Helsingin yliopiston vuosipäiväjuhlassa J.V. Snellman –tiedonjulkistamispalkinto ”ansiokkaasta toiminnasta tieteellisen tiedon välittäjänä”. Pidin tilaisuudessa puheen, joka meni jokseenkin seuraavasti.
Akateemiset tutkijat ovat etuoikeutetussa asemassa. Meille maksetaan palkkaa siitä, että tutkimme mitä huvittaa (jos hallinto- ja opetusvelvollisuuksiin kuluva aika jätetään nyt tässä siloitellussa kuvassa huomiotta).
Ainakin luonnontieteiden kohdalla tämä anarkistinen vapaus on ollut tuottava sijoitus. Luonnontieteiden teknologiset sovellukset ovat viimeisen kahdensadan vuoden aikana perustavanlaatuisesti muuttaneet yhteiskunnan tavalla, jota on vaikea liioitella.
Sovellusten avulla olisi helppoa perustella, miksi suuren yleisön kannattaa kustantaa luonnontieteellistä tutkimusta – sillä julkisista varoistahan tutkimus enimmäkseen rahoitetaan. Tällainen perustelu olisi kuitenkin petollinen. Sitä korostamalla hyväksyisi ajatuksen, että tutkimuksen merkitys on mitattavissa sovellusten arvolla, että tieto ja ymmärrys ovat itsessään arvottomia, tai korkeintaan toissijaisia.
Sillä luonnontiede ei ole vain mullistanut yhteiskuntaa, se on myös maalannut uudenlaisen kuvan maailmasta ja meistä. Luonnontiede on kertonut, koska aika on saanut alkunsa, miten kehomme ainesosat ovat kehittyneet maailmankaikkeuden ensimmäisten minuuttien, tähtien sisustan miljoonien vuosien ja supernovaräjähdysten hetken huuman aikana, miten Maa on kasaantunut pölystä, miten rakennumme molekyyleillä kirjoitettujen ohjeiden mukaisesti, miten kaikki elämä on meille sukua, miksi taivas on sininen ja miten Aurinko hohtaa valkoisena.
Luonnontieteen totuuksia voivat löytää vain henkilöt, joilla on vapaus käyttää paljon aikaa asioiden yksityiskohtiin perehtymiseen. Mutta kun totuus on selvillä, se kuuluu koko ihmiskunnalle. Niinpä koen, että tutkijoilla on velvollisuus kertoa suurelle yleisölle, mitä olemme heidän rahoittamillaan matkoillamme löytäneet, millaisia salaisuuksia olemme paljastaneet. Tämä koskee erityisesti sellaisia aloja, joilla ei ole luvata sovelluksia olemassaolonsa oikeutukseksi, joiden ainoa odotettu anti on maailman ymmärtäminen. Kosmologia on malliesimerkki tällaisesta tutkimusalasta.
Suuri yleisö ei ole kiinnostunut pelkästään teknologisista sovelluksista, vaan myös maailmankaikkeuden ymmärtämisestä. Esimerkiksi Higgsin hiukkasen metsästys oli maailmanlaajuinen mediaspektaakkeli. Lukemattomat miljoonat ihmiset seurasivat hiukkasen löydetyksi julistamista, ja uutinen oli lehtien etusivuilla. Ja kyseessä on asia, jolla ei ole edes väitetty olevan minkäänlaisia teknologisia sovelluksia tai mitään merkitystä arkielämän kannalta.
Löytäessään perustavanlaatuisia totuuksia maailmasta ja suhteestamme siihen hiukkasfysiikka ja kosmologia rikastuttavat kulttuuriamme tavoilla, jotka ovat hyödykearvon tuolla puolen. Toivonkin, että tämän palkinnon voi osittain katsoa tunnustukseksi luonnontieteille osana inhimillistä kokemusta.
Palkinnon perusteluissa mainitaan blogit, ja toivon, että palkinnon voi myös katsoa tunnustukseksi uusille tieteestä kertomisen kanaville. Luonnontiede etenee nopeasti, ja valitettavasti tiedeuutisointi kulkee vieläkin nopeammin. Niinpä on tärkeää, että tutkijat ovat mukana keskustelussa asioiden tapahtuessa, omin sanoin ja omilla ehdoillaan. Blogit ovat tähän oivallinen väline. Lisäksi blogien kommentit antavat mahdollisuuden tutkijoiden ja yleisön vuorovaikutukseen: yleisön on mahdollista esittää selventäviä kysymyksiä ja tutkija saa paremman käsityksen siitä, mikä yleisöä kiinnostaa.
Luonnontiede on tehnyt ihmiskunnalle mahdolliseksi, James Joycen sanoin, herätä siitä painajaisesta mikä historia on ja nousta maailmaan, jossa ei ole nälänhätää, ei kulkutauteja, ei sortoa eikä sotia. Tällainen maailma on nyt mahdollinen. Sen toteutuminen ei enää riipu luonnontieteestä, vaan kansalaisten aktiivisuudesta ja rohkeudesta korjata tuskaisesta menneisyydestä periytyviä vääristymiä ihmisten välisissä suhteissa, haastaa epäoikeutettu vallankäyttö ja puuttua teknologian mukanaan tuomiin ongelmiin, erityisesti katastrofaaliseen ilmastonmuutokseen ja joukkotuhoaseisiin.
Tieteilijä on etuoikeutettu saadessaan puuhastella rakastamiensa asioiden parissa, ja suurin osa Suomen kansalaisista on etuoikeutettuja voidessaan elää ylellisyydessä ja turvassa verrattuna valtaosaan maailman ihmisistä. Jos tieteilijällä on velvollisuus kertoa tutkimuksen tuloksista, niin ihmisellä on velvollisuus toimia kanssaihmisten hyväksi, vähintään käyttämällä sanojaan silloin ne tulevat kuulluksi.
7 kommenttia “Toiminnasta”
-
Eusa sanoo:
Onneksi olkoon palkinnon johdosta.
Toivottavasti jaksat jatkaa mainiota blogikirjoittelua. Kommenttien moderointiin toivoisin ohjeistusta, kuinka voi pohdiskella ja kysellä joutumatta sensuroiduksi ei-toivottuna teoreetikkona.
-
Jarno sanoo:
Onnea Syksy tunnustuksesta! Olen lukenut blogiasi mielenkiinnolla melkein alusta lähtien ja edelleen aina odotan seuraavaa merkintää. Toivottavasti jaksat kirjoitella vielä pitkään. Syvä kumarrus etenkin siitä miten jaksat vastata lukijoiden esittämiin kysymyksiin.
-
Syksy Räsänen sanoo:
Eusa:
Kiitos!
Kysymykset ovat tervetulleita. Sen sijaan omat pohdiskelut maailmankaikkeudesta eivät kuulu tänne.
Jarno:
Kiitos!
-
Pekka sanoo:
Onnittelut! Palkinto meni hyvään osoitteeseen.
-
Edson sanoo:
Onnittelut ja kiitos hienoista kirjoituksista! Niissä on aito pyrkimys selittää asiat ymmärrettävästi. Itse en pelkää matemaattistakaan ilmaisua, jota ainakin nuorena hyvinkin osasin. Mutta melkeinpä vaikeampaa tuntuu monelle huippuosaajallekin olevan kertoa mistä kaavoissa on kysymys, mitä ilmiötä niillä käsitellään, miksi kaavat kertovat, että nyt on löydetty jotain uutta, ja niin edelleen.
-
Ville sanoo:
Onnittelut, palkinto meni hyvään osoitteeseen. Tähtitieteen harrastelijana olen pitkään pitänyt kirjoituksiasi kullanarvoisina. Faktoista tinkimättä pyrit antaumuksella selittämään asiat niin, että amatöörikin voi ymmärtää. Jatka samaan malliin! Luen innolla.
Vastaa
Ensimmäisen sekunnin perukoilta
BICEP-koeryhmä on tänään ilmoittanut havainneensa gravitaatioaaltoja, jotka ovat peräisin inflaationa tunnetulta aikakaudelta maailmankaikkeuden ensimmäisen sekunnin murto-osalta. Ilmoitus on saanut valtavasti huomiota: emme Fysiikan tutkimuslaitoksessa pystyneet seuraamaan lehdistötilaisuuden streamia, koska sitä lähettävä www-palvelin oli aivan tukossa. Onneksi lehdistötiedote, ja mikä tärkeämpää, yksityiskohtia kuvaavat tieteelliset artikkelit, julkistettiin samalla.
Tuloksista on kirjoitettu paljon (jopa ennen niiden julkistamista), mainitsen tässä Tähdet ja avaruus -lehden jutun lisäksi vain yhteistyökumppaneideni Shaun Hotchkissin ja Sesh Nadathurin blogimerkinnät sekä Nature-lehden kattavan uutisoinnin. Shaunin merkintä sisältää paljon linkkejä aihetta käsitteleviin tutkijoiden kirjoituksiin.
Lyhyesti sanottuna, jos havainto gravitaatioaalloista pitää paikkansa, se on Nobelin arvoinen. Jos myös sen teoreettinen tulkinta inflaation avulla pitää paikkansa, niin tulos on merkittävämpi kuin Higgsin hiukkasen löytäminen. Sitten yksityiskohtiin: mistä oikeastaan on kysymys, miksi tulos on kiinnostava ja kuinka vakavasti pitää ottaa nuo pienet sanat ”jos”?
BICEP on etelänavalla sijaitseva koe, joka mittasi kosmisen mikroaaltotaustan polarisaatiota 590 päivää. Polarisaatio tarkoittaa sitä, miten mikroaallot värähtelevät eri suuntiin – asiasta tarkemmin Sean Carrollin blogissa. BICEP havaitsi mikroaaltotaustassa polarisaatiokuvion, jollainen syntyy varhaisen maailmankaikkeuden gravitaatioaaltojen vaikutuksesta. Koeryhmä on huolella tarkastellut systemaattisia tekijöitä, jotka voisivat aiheuttaa signaalin gravitaatioaaltojen sijaan, eikä mitään ongelmia ole löytynyt. Koejärjestely ja data-analyysi tuntuu olevan tehty huolella. Havainto on tilastollisesti erittäin merkittävä: kyseessä ei ole sattuma.
Gravitaatioaallot ovat pieniä häiriöitä aika-avaruudessa. Lyhyesti sanottuna kyse on siitä, että gravitaatiovoima etenee valon nopeudella, ja sitä välittävät gravitaatioaallot. Esimerkiksi minun massani aiheuttaa gravitaatiokentän, joka vetää kappaleita puoleensa. Kun liikun, tieto siitä että olen eri paikassa kulkee avaruudessa eteenpäin valon nopeudella. Sekunnin kuluttua tämä aalto saavuttaa Kuun, kahdeksan minuutin kuluttua gravitaatiokenttäni muuttuu Auringon kohdalla, ja niin edelleen. Ilmiö on sama kuin jos heiluttaisi kättään vedessä: tieto vesimassojen liikkeistä etenee vedessä äänen nopeudella kulkevana aaltona.
Gravitaatioaallot ovat hyvin heikkoja. Niiden vaikutus kaksoistähtien liikkeisiin on kuitenkin pystytty mittaamaan. Ensimmäisen kerran tämä tehtiin 1970-luvulla, ja löydöstä myönnettiin vuonna 1993 Nobelin palkinto. Maapallolla gravitaatioaaltoja ei ole vielä suoraan koskaan havaittu, mutta lähivuosina tilanteen odotetaan muuttuvan.
Siinä, että liikkuvat massat synnyttävät gravitaatioaaltoja, ei siis ole mitään eksoottista: se on yleisen suhteellisuusteorian suoraviivainen ennuste, joka on kokeellisesti varmennettu. BICEPin tapauksessa nähdään gravitaatioaaltojen vaikutus kohteeseen, ei aaltoja itsessään, aivan kuten kaksoistähtien kohdalla. Mutta BICEPin tulokset ovat paljon kiinnostavampia, koska sen mahdollisesti näkemät gravitaatioaallot eivät ole syntyneet aineen liikkeen seurauksena, vaan itsestään, aika-avaruuden kvanttivärähtelyistä.
Maailmankaikkeuden ensimmäisen sekunnin murto-osina arvellaan olleen inflaationa tunnettu aikakausi. (Jos BICEPin tulokset pitävät paikkansa, niin inflaatio tapahtui ensimmäisen sekunnin miljardisosan miljardisosan miljardisosan miljardisosan tuhannesosan aikana.) Tällöin avaruuden laajeneminen kiihtyi, maailmankaikkeus paisui valtaviin mittoihin ja siitä tuli melkein tasainen. Inflaatio ennustaa myös, että kvanttivärähtelyjen seurauksena sekä aineessa että aika-avaruudessa syntyi pieniä, sadastuhannesosan kokoisia epätasaisuuksia.
Aineen epätasaisuudet ovat rakenteen siemeniä: myöhempinä aikoina, miljoonien vuosien kuluessa, ylitiheät alueet vetävät massaa puoleensa ja niistä syntyy galakseja ja muita rakenteita. Ne myös näkyvät kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuuksina. Aika-avaruuden epätasaisuudet taasen ovat gravitaatioaaltoja, joiden vaikutus rakenteiden muodostumiseen on hyvin pieni, mutta niillä on pieni vaikutus mikroaaltotaustaan.
Sekä aineen että aika-avaruuden epätasaisuudet ovat inflaatiossa itsesyntyisiä, niiden alkuperä on kvanttimekaniikan epämääräisyydessä. Maapallolla tehdyistä kokeista tiedetään, että aine käyttäytyy kvanttimekaniikan lakien mukaisesti, ja inflaation ennusteet aineen epätasaisuuksille varhaisessa maailmankaikkeudessa on varmennettu suurella tarkkuudella, edelliset merkittävät havainnot tehtiin Planck-satelliitilla, jossa Helsingin yliopistokin on mukana.
Mutta aika-avaruuden kvanttimekaanisesta käyttäytymisestä ei tähän mennessä ole ollut havaintoja. (Tämä lausunto yksinkertaistaa hieman, mutta ei mennä liikaa sivupoluille!) Ei ole selvää, pitäisikö aika-avaruuden olla samalla tapaa kvanttimekaaninen kuin aineen, ja täydellinen aika-avaruuden kvanttimekaaninen käsittely, kvanttigravitaatioteoria, on tuntematon. Inflaatiossa on kuitenkin tapa käsitellä pieniä gravitaatioaaltoja, ja se ennustaa millaisia niiden pitäisi olla. Ennustetta ei kuitenkaan ole varmennettu – ennen kuin nyt, jos BICEP on oikeassa.
BICEPin lehdistötiedotteen otsikon mukaan heidän havaintonsa on ”ensimmäinen suora todiste kosmisesta inflaatiosta”. Tämä on hiukan liioiteltua: aiemmat havainnot ovat jo antaneet paljon tukea inflaatiolle. Jos BICEPin havainto pitää paikkansa, niin se vahvistaa inflaatiota entisestään, mutta ei ole syytä kutsua inflaatiosta tulevien gravitaatioaaltoja suoremmaksi todisteeksi kuin aineen epätasaisuuksia.
Koska sekä aineen epätasaisuudet että gravitaatioaallot ovat syntyneet inflaation aikana, niissä on samankaltaisuuksia, ja yksinkertaisimmissa inflaatiota kuvaavissa malleissa aineen epätasaisuuksien ja gravitaatioaaltojen välillä on yksinkertainen suhde. BICEPin havaitsemien gravitaatioaaltojen voimakkuus on hieman isompi kuin mitä aineen epätasaisuuksien perusteella olisi odottanut. Planck-satelliitin olisi odottanut huomaavan näin voimakkaat gravitaatioaallot, mutta sen tuloksissa niitä ei näkynyt. Kokeiden välinen ristiriita ei ole ylitsepääsemättömän suuri, mutta antaa kyllä aihetta lisätarkasteluihin. Voi olla, että inflaatio on odotettua monimutkaisempi prosessi, tai että BICEPin gravitaatioaallot eivät ole peräisin inflaatiosta, vaan jostain muusta varhaisen maailmankaikkeuden tapahtumasta, tai että BICEPin data-analyysissä on jotain vikaa.
BICEPin data on julkista, ja monet ryhmät – etenkin Planckin tutkijat – käyvät sitä varmasti läpi tulevina viikkoina. Mitä teoriapuoleen tulee, ei kestä kuin muutama päivä, kun tutkijat julkistavat mallejaan, jotka sopivat täydellisesti yhteen sekä BICEPin että Planckin kanssa. BICEP-ryhmä esitti jo yhden mahdollisuuden, jolla kokeiden välinen ristiriita saadaan pienemmäksi.
Tärkein BICEPin tulosten testi tulee, kun Planck julkaisee tänä vuonna omat mittauksensa kosmisen mikroaaltotaustan polarisaatiosta. Jos BICEPin näkemä signaali on inflaatiosta syntyneitä gravitaatioaaltoja, Planckin odottaisi näkevän ne myös. Planckin analyysissä kestää kauan, koska satelliitti mittasi mikroaaltotaustan joka puolelta taivasta, ja galaksista tulevan polarisoituneen säteilyn erotteleminen kosmisesta mikroaaltotaustasta on vaikeaa. Toisin kuin Planck, BICEP erikoistui polarisaatioon, ja katsoi vain sellaista pientä osaa taivasta, joka on mahdollisimman puhdas galaksin liasta. Toisaalta Planckilla on mahdollisuus nähdä polarisaation vaikutus suuremmalla osalla taivasta kuin mihin BICEP kykenee. Lisäksi BICEP havaitsi vakuuttavasti gravitaatioaaltoihin viittaavan polarisaation vain yhdellä mikroaaltotaajuudella, Planck mittaa useita taajuuksia, ja tällainen tarkistus on hyvä tehdä.
Higgsin hiukkasen tapauksessa löydettiin se mitä odotettiinkin, kysymyksessä oli tunnetun asian varmistaminen. Tulokseen kuitenkin suhtauduttiin suorastaan kohtuuttomalla varauksella, kesti kuukausia ennen kuin hiukkanen julistettiin Higgsiksi. Toisessa ääripäässä, väitettyjen valoa nopeampien neutriinojen tapauksessa, oli syytä alun perinkin arvella, että kyseessä oli systemaattinen virhe, joka sitten pian löydettiinkin. BICEPin kohdalla ei ole ilmeistä syytä epäillä tulosta, mutta se kertoo meille jotain mitä emme osanneet odottaa. Niinpä tulos on merkittävämpi kuin Higgsin löytäminen, mutta siihen pitää myös suhtautua varovaisesti: pöly ei ole vielä laskeutunut.
BICEPin tulosten oikeellisuudessa voidaan erottaa kaksi asiaa: onko BICEP havainnut gravitaatioaaltoja ja ovatko ne peräisin inflaatiosta. Jos ensimmäinen pitää paikkansa, niin ne ovat erittäin luultavasti syntyneet jossain varhaisen maailmankaikkeuden tapahtumassa vaikka kyseessä ei olisikaan inflaatio, ja löytö on joka tapauksessa Nobelin arvoinen. Jos gravitaatioaallot ovat peräisin inflaatiosta, niin kyseessä on lisäksi ensimmäinen kiistaton havainto kvanttigravitaatiosta, mikä on huima askel. Havainto heittäisi roskakoriin suuren osan inflaatiomalleista, muun muassa oman suosikkini Higgs-inflaation, joka ennustaa 50 kertaa heikompia gravitaatioaaltoja, mutta sen merkitys on tätä paljon laajempi.
Jos BICEP on oikeassa, kyseessä on merkittävin löytö kosmologiassa tai hiukkasfysiikassa sitten vuoden 1998, jolloin havaittiin, että maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy. Mutta on syytä odottaa muiden ryhmien analyysejä BICEPin datasta ja Planck-satelliitin tuloksia ennen kuin jättää konditionaalit pois.
Päivitys 1 (18/03/12): Kirjoitin, että ”ei kestä kuin muutama päivä, kun tutkijat julkistavat mallejaan, jotka sopivat täydellisesti yhteen sekä BICEPin että Planckin kanssa”. Arvioni oli hieman pielessä: tänään ilmestyi kolme teoreettista artikkelia, joissa käsitellään eilen ilmoitettujen havaintojen merkitystä.
Päivitys 2 (18/03/12): Olen YLEn Aamu-TV:ssä kommentoimassa asiaa huomenna keskiviikkona kello 6.42.
40 kommenttia “Ensimmäisen sekunnin perukoilta”
-
IkuinenRakkaus sanoo:
Joissakin yhteyksissä mainitaan että nämä kyseiset ns. gravitaatioaallot ovat puristaneet avaruutta kasaan. Osaako kukaan kuvailla miten avaruus puristuu kasaan? Jos pesusienen puristaa pienempään tilaan, pitää pesusieneen kohdistaa tarpeeksi suuri ulkoinen työntävä voima ja näin se puristuu jo olemassa olevassa tilassa pienempään tilaan. Mutta avaruus itse ei ilmeisesti sijaitse jossakin taustatilassa jossa se voisi puristua kasaan, joten selitetäänkö kekenkään toimesta tätä avaruuden puristumista kasaan sen tarkemmin?
-
Joissakin uutisonneissa, esimerkiksi New York Times, todetaan tällaista:
”Confirming inflation would mean that the universe we see, extending 14 billion light-years in space with its hundreds of billions of galaxies, is only an infinitesimal patch in a larger cosmos whose extent, architecture and fate are unknowable. Moreover, beyond our own universe there might be an endless number of other universes bubbling into frothy eternity, like a pot of pasta water boiling over.”
Millä tavalla nämä ovat inflaation seurausta?
-
IkuinenRakkaus:
Gravitaatioaaltoja voi todella ajatella pieninä häiriöinä pituuksissa: kun aalto menee ohi, avaruus puristuu hetkellisesti yhdessä suunnassa enemmän kuin toisessa, niin että pituudet kutistuvat. Kyse on itsenstä tilan muutoksesta, ei kappaleiden muutoksesta tilassa.
-
Edson:
Inflaatio kasvattaa avaruuden mittasuhteita valtavasti. Emme tiedä onko avaruus äärellinen vai ääretön. Mutta jos se on äärellinen, niin luultavasti se on paljon isompi kuin näkemämme alue. Emme tiedä, millaisia ovat ne alueet, joita emme ole nähneet.
On olemassa spekulatiivinen idea nimeltä ’ikuinen inflaatio’, jonka mukaan maailmankaikkeuden joissakin alueissa inflaatio jatkuu ikuisesti. Tähän on liitetty ajatus, jonka mukaan inflaation loppuessa luonnonlait ovat erilaiset eri paikoissa, niin että maailmankaikkeus koostuisi hyvin erilaisista alueista, ’pikkumaailmankaikkeuksista’. Tämä idea ei ole täysin vakaalla pohjalla, ja se esittäjiensäkin mukaan toimii vain tietyissä inflaatiomalleissa. (BICEPin havainnot tosin viittaavat juuri sellaisiin malleihin, joissa idean esitetään toimivan.)
Inflaatio sinällään ei siis välttämättä johda ikuiseen inflaatioon, eikä ikuinen inflaatio välttämättä johda erilaisiin luonnonlakeihin eri paikoissa.
(Tuossa NYTin ensimmäisessä virkkeessä on muuten virhe: maailmankaikkeuden ikä on noin 14 miljardia vuotta, mutta näkemämme alueen koko on noin 50 -ei 14- miljardia valovuotta, koska avaruus laajenee.)
-
Jos avaruus on ääretön, niin mihin sitä inflaation omaisesti laajenevaa avaruutta tarvittiin?
Ja miten ääretön avaruus ylipäätään laajenee?
Onko kukaan yrittänyt kehittää mallia jonka mukaan jokaisen galaksin keskustan supermassiivinen kohde syntyy saman aikaisesti ja valmiiksi kauaksi toisistansa jo olemassa olevaan avaruuteen ja näin ei tarvittaisi inflaation omaisesti laajenevaa avaruutta minkään havainnon selittämiseen?
Syntyyhän niitä kukkiakin saman aikaisesti ja valmiiksi kauaksi toisistansa!
Sieniäkin sateella saman aikaisesti työntyy esiin näennäisesti tyhjästä ja valmiiksi kauaksi toisistansa!
Tarvitaan vain joku ulkopuolinen liikkeen / energian lähde josta ylimääräistä liikettä / energiaa jne!
-
Onko tämä nyt varmaa? sanoo:
Jossakin oli että tätä ei vielä ole varmistettu.
Miksi inflaatio alussa johtaisi suurempaan maailmankaikkeuteen tällä hetkellä? Eikö vauhti ole hidastunut? Inflaatiohan oletettiin alkujaan koska valonnopeusongelma: Taustasäteily on liian tasaista joka puolelta ja tasaantuminen ei olisi ehtinyt tapahtua normaaleilla valonnopeuksilla.
-
IkuinenRakkaus:
Siitä mitä inflaatio selittää (”mihin sitä tarvitaan”), ks. sanassa ”inflaatio” linkattu blogimerkintä:
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/taivaallinen_ilmoitus
-
Onko tämä nyt varmaa?:
Käsittelin kysymystä asian varmuudesta tekstissä. Tiivistelmä on tämä: ”pöly ei ole vielä laskeutunut”. Jos Planckin tänä vuonna julkistettavassa polarisaatiodatassa näkyy sama signaali kuin BICEPin datassa, niin asiaa voi pitää jokseenkin varmana.
Inflaation aikana maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy, joten maailmankaikkeuden laajenemisnopeus kasvaa paljon, ja sen myötä maailmankaikkeus.
-
Metusalah sanoo:
Syksy kirjoitti: ”Jos havainto gravitaatioaalloista pitää paikkansa, se on Nobelin arvoinen.”
Kuka sen saa? Bicep-koeryhmä, vai inflaatioteorian keksijä Alan Guth?
-
Mika sanoo:
Sunnuntaina televisiossa alkaneen Comos-sarjan uusintaversion ensimmäisessä jaksossa Neil deGrasse Tyson käsitteli lyhyesti maailmankaikkeuden historiaa ja mainitsi, että alussa maailmankaikkeus olisi ollut atomia pienempi. Onko tämä nykykosmologian mukainen käsitys maailmankaikkeuden koosta alun hetkellä ennen inflaatiota?
-
Mikäli maailmankaikkeus on ääretön ja suuressa mittakaavassa samanlainen niin tarkoittaako se, että kaikki mahdolliset tapahtumat tapahtuvat äärettömän monta kertaa? Eli esim. minuja on olemassa äärettömän monta kappaletta kirjoittamassa tätä samaa kysymystä?
Ja mikäli maailmankaikkeus on ääretön niin onko sillä silloin myös ääretön massa?
-
Metusalah:
Palkinnonsaajat riippunevat siitä, mikä on gravitaatioaaltojen alkuperä. (Ks. siteeraamasi virkkeen jälkeinen virke!) Jos ne ovat peräisin inflaatiosta, niin monilla teoreetikoilla on ollut osuutensa asiassa, muun muassa Alan Guthilla.
Päätöksen tekee Ruotsin kuninkaallinen tiedeakatemia, mutta he eivät ole antaneet fysiikan palkintoja koeryhmille – jos BICEP haluttaisiin palkita, niin Nobelin saisi koeryhmän johtaja (ja mahdollisesti jotkut muut tärkeät henkilöt ryhmästä), kuten tehtiin vuonna 2011 supernovahavaintojen yhteydessä.
-
Mika:
Kuten mainittua, ei tiedetä onko koko maailmankaikkeus äärellinen vai ääretön. Mutta jos inflaatio pitää paikkansa, niin tällä hetkellä näkemämme osa maailmankaikkeutta on ollut atomia pienempi inflaation alkaessa.
-
Pekka:
Ei välttämättä. Asiaa ei tiedetä – arviot maailmankaikkeuden rakenteesta näkemämme osan ulkopuolella ovat varsin spekulatiivisia.
Maailmankaikkeuden kokonaismassa ei ole hyvin määritelty käsite, mutta jos maailmankaikkeus on ääretön ja suunnilleen samanlainen kaikkialla, niin siinä on tietysti äärettömän paljon ainetta.
-
Eusa:
Sanottakoon vielä kerran, että kommenttiosio ei ole paikka omien teorioiden esittelemiseen. Jos joku kommentoija tekee niin toistuvasti, hänet voidaan laittaa kommentointikieltoon.
-
Kiitos, osaisitko suositella jotain lähdettä jossa maailmankaikkeuden kokoa ja laajenemista alkuräjähdyksen jälkeen olisi käsitelty tavalla, joka olisi myös teoreettista fysiikkaa opiskelemattoman ymmärrettävissä?
Sivumennen, suosittelisitko teoreettisen fysiikan opintoja näistä asioista kiinnostuneille, vaikka tavoitteena ei olisi tutkijan ura?
-
En ole mitään esitellyt, kysellyt vain geometriasta.
Eipä sitten sen enempää. No hard feelings, vastaukset jäi saamatta. 🙁
-
Mika:
Lokakuussa Enqvistiltä ilmestyy varhaista maailmankaikkeutta käsittelevä yleistajuinen kirja:
http://www.johnnykniga.fi/kirjat/-/product/no/9789510407301
Muuta suomenkielistä lähdettä ei tule mieleen.
Suurin osa teoreettista fysiikka opiskelleista ei päädy akateemisiksi tutkijoiksi, joten siitä vain. Kannattaa tietysti miettiä, mitä sitten aikoo sen sijaan tehdä maisterin tai tohtorin paperit saatuaan. Kirjoitin fysiikasta valmistuneiden työnkuvasta täällä (kannattaa lukea myös Seppo Mannisen tarkentava/korjaava huomautus kommenttien lopussa):
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/tyonhaaroja
-
Tässä pari linkkiä tutkimusalueisiin, joissa geometrisia kysymyksiä nousee esiin:
http://www.lmu.edu/lmunews/mureika.htm
http://arxiv.org/abs/0901.0958
http://arxiv.org/abs/0811.2006Olen pahoillani, jos olet kokenut kysymykseni epämieluisina.
-
Jernau Gurgeh sanoo:
Eikös Martin Reesin kirja ”Ennen alkua” ole ihan mainio.
Siitä on kyllä aikaa kun olen sen lukenut, mutta muistaakseni siinä käsiteltiin jonkin verran tämän postauksen ja kommenttien esiin tuomia aiheita.
-
Eusa:
Kysymykset ovat tervetulleita, omien teorioiden esittely ei. En aio keskustella aiheesta enempää.
-
Jernau Gurgeh:
Kiitos vinkistä, olen huono neuvomaan populaareja kirjoja, kun en itse juuri lue niitä!
-
E sanoo:
Havaittujen aaltojen on ajateltu syntyneen menneisyydessä hetkellä X. Onko poissuljettua että aallot syntyisivät juuri tällä hetkellä?
-
E:
BICEP on havainnut (jos analyysi pitää paikkansa) gravitaatioaaltojen vaikutuksen mikroaaltoihin. Nuo mikroaallot ovat peräisin ajalta, kun maailmankaikkeus oli 380 000 vuotta vanha, eli gravitaatioallot ovat syntyneet ennen sitä. Luultavin alkuperä on inflaatio ensimmäisen 10^(-39) sekunnin aikana, mutta muitakin mahdollisuuksia on.
Gravitaatioaallot vaikuttavat kyllä mikroaaltotaustaan myöhemminkin, mutta sen havaitsemiseen tarvitaan isompi pala taivasta. Jää nähtäväksi, pystyykö Planck näkemään tuon myöhemmän vaikutuksen.
-
Mikko sanoo:
Miksi et tekstissäsi käytä 10 kantaisia potensseja kuvaillessasi hyvin suuria tai pieni lukuja? ”sekunnin miljardisosan miljardisosan miljardisosan miljardisosan tuhannesosan aikana” ei ole luettavaa tekstiä. Potenssiluvut opetetaan jo peruskoulussa kaikille. Jos haluat vaalia tuota populaari tieteen kirjoitusasua, niin laita edes sulkuihin lukuarvo potenssilukuna.
-
Mikko:
Yleistajuisessa tekstissä pidän tärkeämpänä välittää vaikutelman koosta kuin helposti luettavan tarkan koon. Tässä tapauksessa oleellista on se, että kyse on ajasta, joka on valtavan paljon pienempi kuin yksi sekunti, ja sanan ”miljardeja” toistaminen korostaa sitä.
-
Markku Tamminen sanoo:
Kun maailmankaikkeus oli 380 000 vuoden ikäinen ja tiettävästi asumaton, jostain lähti fotonisuihku, jonka me näemme taustasäteilynä. Kuinka on mahdollista, että tänne on ehtinyt kehittyä sivilisaatio jo ennen kuin kyseiset fotonit ehtivät tänne?
-
Markku Tamminen:
Kaikkeus on dynaaminen konstruktio. Voi ajatella, että tuo liikkelle lähtenyt ”fotonisuihku” on suihkunnut kaikkeuden kehittyvän sisäisen rakenteen läpi saavuttaen meidät lopulta avaruusajan eräässä kolkassa. Naivisti voi ajatella niinkin, että jos tietty kohta pysyy tilassa paikoillaan ja siirtyy vain ajassa, jo rakenteeltaan laajassa lähtötilanteessa säteilevät kohteet pakenevat laajetessaan kauemmas ja kaukaisin säteily saapuu tuolle paikallaan pysyjälle aina koko kaikkeuden iän mukaiselta vastaavalta etäisyydeltä. Siis aluksi kun kaikkeus tuli läpinäkyväksi, perille ehtineet fotonit olivat ihan naapurista, mutta ajan kuluessa niitä ehtii tulla yhä kauempaa. Jos voisimme odottaa tarpeeksi kauan, näkisimme taustasäteilyn rakenteen muuttumisen aina vain paremmin vastaamaan läpinäkyväksi tulemisen karttaa. Yksi ehkä kiistanalainen kysymys onkin, voisivatko taustasäteilyn erot johtua läpinäkymättömän rakenteen lohkoutumisesta lohkojen vielä absorboidessa säteilyä ja lohkojen välisten rakojen päästäessä säteilyn etenemään. Silloin lohkoutuminen olisi fysiikan lainalaisuuksien mukainen normaalijakaumafunktio, eikä isotrooppisuudelle ja homogeenisuudelle tarvitsisi hakea perustelua inflaation valonnopeutta suuremmasta laajenemisnopeudesta. Täytyy lopettaa, sillä tällainen kirjaimin ajattelu saattaa johtaa tulkintaan omista teorioista 😉
-
Markku Tamminen:
Taustasäteily täyttää avaruuden tasaisesti. Se on syntynyt noin 13 miljardia vuotta sitten. Jos sen fotonien kulkema matka olisi aika*valonnopeus, niin nyt tänne saapuvat fotonit tulisivat 13 miljardin valovuoden takaa, miljardi vuotta sitten saapuneet olisivat tulleet 12 miljardin valovuoden takaa ja niin edelleen.
(Koska maailmankaikkeus laajenee, valon kulkema matka on itse asiassa isompi kuin aika*valonnopeus.)
-
MM sanoo:
yleistajuista lukemista aiheesta olisi esim
Paul Davies, Kultakutrin Arvoitus -
Peki sanoo:
Millä perusteella maailmankaikkeuden sanotaan laajenevan edelleen?
-
Peki:
Maailmankaikkeuden laajenemisesta on verrattoman monia havaintoja, mm. kohteiden etäisyyksien ja punasiirtymän suhde, galaksien ja galaksiryppäiden jakauma, kosmisen mikroaaltotaustan lämpötila ja epätasaisuudet, valon taipuminen gravitaatiolinsseissä ja niin edelleen.
-
Ei sun tekis mieli selittää tarkemmin, miten noista havainnoista päätellään nykyinen laajeneminen? Tai heittää jokin linkki tms., josta asiaan voisi perehtyä? =)
-
Peki:
Laajeneminen vaikuttaa eri havaintoihin eri tavoin (minkä takia sen havaitseminen onkin hyvin vakaalla pohjalla). Etäisyyksien mittauksista ja niiden yhteydestä laajenemiseen on hieman täällä:
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/valoa_kaukaa
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kirkkaudesta_pimeyteen
Punasiirtymästä, joka liittyy aiheeseen, täällä:
https://www.ursa.fi/blogit/kosmokseen-kirjoitettua/index.php/kohti-nakymatonta-valoa
-
Funny sanoo:
Miksi gravitaatiovoimaa välittävät gravitaatioaallot etenevät juuri valonnopeudella? Olen luullut, että vain sähkömagneettinen säteily kykenee moiseen.
-
Funny:
Kaikki massattomat hiukkaset liikkuvat valonnopeudella. Heikot gravitaatioaallot käyttäytyvät kuin massattomat hiukkaset.
-
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Viserrystä taivaasta
Vastaa
Pimeästä
Mainittakoon, että puhun Porin Taidemuseossa Pimeästä-näyttelyn yhteydessä keskiviikkona 2.4. kello 18.30 otsikolla ”Näkymätön luuranko – pimeä aine maailmankaikkeudessa”. Museoon on keskiviikkoisin vapaa pääsy kello 18-20. Puheen kuvaus on seuraava:
”Noin 80% maailmankaikkeuden aineesta on pimeää ainetta. Sitä ei voi ihmisaistein havaita, mutta se määrää maailmankaikkeuden muodon. Pimeästä aineesta on gravitaation perusteella paljon todistusaineistoa, mutta sen yksityiskohdista ei tiedetä juuri mitään.”
Päivitys (10/03/14): Joitakuita saattaa kiinnostaa uusi populaarin tiedeviestinnän verkkosivusto. Siellä on muun materiaalin lisäksi lyhyitä haastatteluja, haastateltavina mm. Tiina Raevaara, Leo Lahti, Kari Enqvist, Teivo Teivainen ja minä. (En muista mitä sanoin tässä haastattelussa, mutta muut haastattelut ainakin vaikuttavat kiinnostavilta.) Haastatteluita on myös sivuston YouTube-kanavalla.
2 kommenttia “Pimeästä”
-
Fanitit oikeakätisten neutriinojen spekulaatiota jossain vaiheessa pimeän massan kandidaateiksi. Miten todetaan, että neutriino yleensä on jonkinkätinen? (eli vasenkätinen) ?
Itse olen aina kuvitellut, että neutriino ja antineutriino ovat yksi ja sama hiukkanen ja että kätisyys olisi aineen tai antiaineen kanssa vuorovaikuttamisen tulos (neutriino olisi massaton / kiraliteetti=helisiteetti). Myös olen luullut, että neutriino ja antineutriino muodostavat koherenttina fotonirakenteen, joka voi kantaa sähkökentän kvanttia ja vuorovaikuttaa siten aineen kanssa.
Oikaise käsityksiäni, kiitos.
Joka tapauksessa neutriinosäteilytausta kai voisi olla voimakkaampikin aaltokenttä kuin mitä nykyisistä muodostumis- ja hajoamiskanavista voimme suoraan tunnistaa… Onko pimeän aineen kandidaatiksi kelpuutettu ja onko teoreettista tutkimusta?
-
Eusa:
Tavalliset neutriinot eivät voi olla pimeää ainetta. Tarkemmin neutriinoista alla. Ei kätisyydestä enempää tässä yhteydessä.
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/pikkupuolueettomien_taustoja
Vastaa
Taivuttaa koskettamatta
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan gravitaatiossa ei ole kyse voimasta, vaan aika-avaruuden kaarevuudesta. Tämän takia gravitaatioon liittyy kiinnostavia ilmiöitä, joista klassisessa fysiikassa ei ole tietoakaan, kuten mustia aukkoja ja gravitaatioaaltoja (joita syntyy niin varhaisina aikoina kuin nykyäänkin). Gravitaatiolinssit ovat eräs tällainen ilmiö, ja työskentelen itse nyt niiden parissa ensimmäistä kertaa.
Gravitaatiolinsseissä on kyse siitä, että massiiviset kappaleet vaikuttavat valon kulkuun ja siksi muuttavat sitä, miltä kaukana olevat kohteet näyttävät. Valon taipuminen on arjesta tuttua: veden, tai kuuman ilman, läpi katsottuna kappaleet näyttävät vääristyneiltä. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan samanlainen ilmiö tapahtuu aina valon kulkiessa avaruudessa, vaikka valon tiellä ei olisikaan mitään ainetta, koska aika-avaruus on kaartunut kaikkialla. Gravitaation aiheuttama muutos valon kulkuun on tosin paljon pienempi kuin vedestä tai ilmasta johtuva, ellei ole kyse hyvin massiivisista kappaleista.
Valon taipuminen aika-avaruudessa liittyy yleisen suhteellisuusteorian ja Newtonin gravitaatioteorian eroihin. Newtonin teoriassa massalliset kappaleet vetävät toisiaan puoleensa. Newtonin teorialla ei ole mitään selvää sanottavaa gravitaation vaikutuksesta valon kulkuun. Jos valoa käsitellään massattomina hiukkasina (mikä pitää paikkansa, mutta soveltuu huonosti Newtonin teoriaan), niin Newtonin teorian mukaan gravitaatio ei vaikuta niihin. Jos ajatellaan, että valohiukkasilla olisi hyvin pieni massa, niin gravitaatio vaikuttaisi niihin samalla tavalla kuin muihinkin hiukkasiin. Yleisen suhteellisuusteorian tapauksessa asiassa ei ole mitään epämääräisyyttä, ja sen mukaan molemmat Newtonin teorian arveluista ovat väärin.
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan massat eivät suoraan vedä toisiaan puoleensa. Sen sijaan kappaleiden energia kaareuttaa aika-avaruutta, eli saa aikaan gravitaatiokentän. Tämä gravitaatiokenttä sitten vaikuttaa kappaleiden liikkeisiin. Tilanne on hieman samanlainen kuin sähkömagnetismin tapauksessa, jossa sähkövaraukset saavat aikaan sähkömagneettisen kentän, joka muuttaa varattujen hiukkasten liikkeitä. Erona on se, että gravitaation tapauksessa hiukkasten liikkeisiin vaikuttavaa gravitaatiota välittävä ’kenttä’ on itse aika-avaruus. Niinpä gravitaatio vaikuttaa kaikkiin kappaleisiin, ei vain niihin joilla on massa. Kun hiukkaset liikkuvat massiivisen kappaleen ohi, niiden rata taipuu kappaletta kohti. Massalliset ja massattomat hiukkaset tosin liikkuvat eri tavalla, ja valo taipuu kaksi kertaa niin paljon kuin massalliset hiukkaset.
Valon taipuminen gravitaatiokentässä oli ensimmäinen yleisen suhteellisuusteorian ennustus, jota testattiin kokeellisesti. Vuoden 1919 auringonpimennyksen aikana, vain neljä vuotta yleisen suhteellisuusteorian esittämisen jälkeen, havainnoitiin miten tähtien paikat taivaalla muuttuvat, kun niiden valo kulkee Auringon läheltä. Havainnot olivat sopusoinnussa yleisen suhteellisuusteorian kanssa, newtonilainen maailmankuva julistettiin kumotuksi lehtien etusivuilla ja Einsteinista tuli maailman ensimmäinen tiedejulkkis. Koetulosten tulkinnasta on keskusteltu paljon, mutta ilmeisesti asia kuitenkin hoidettiin vilpittömästi eikä yleistä suhteellisuusteoriaa juhlittu ennenaikaisesti. Havainnot on joka tapauksessa myöhemmin varmennettu kymmenestuhannesosan tarkkuudella.
Vuoden 1919 kokeessa seurattiin Linnunradassa olevia tähtiä. Kun katsoo kauempana maailmankaikkeudessa olevia kohteita, niin näkee valoa, joka on matkannut ohi paljon Aurinkoa isommista massakeskittymistä, kuten kokonaisista galakseista tai galaksiryppäistä. On kuitenkin harvinaista, että valonsäde kulkisi suoraan massakeskittymän ohi. Niinpä tyypillisesti kosmologisten gravitaatiolinssien aiheuttama vääristymä on vain prosentin luokkaa: kaukaiset galaksit näyttävät sadasosan verran paksummilta jossain suunnassa ja ohuemmilta toisessa, kuin heikossa sirkuspeilissä.
Joidenkin harvojen valonsäteiden kohdalla tosin käy niin, että valonlähteen ja meidän välille sattuu joku erittäin massiivinen kappale. Tällöin kohteen kuva vääristyy tyystin, jopa niin että kohde näkyy useassa paikassa samaan aikaan. Yksinkertaisin tapaus on Einsteinin kehä. Ajatellaan kohdetta, vaikkapa galaksia, joka lähettää valoa joka suuntaan. Jos meidän ja galaksin välissä ei olisi gravitaatiokenttiä, näkisimme vain sen valon joka tulee suoraan meille, eli galaksi näkyisi yhdessä paikassa. Jos tiellä sen sijaan on massiivinen linssi, niin osa valonsäteistä, jotka olisivat menneet meistä ohi, taipuvatkin niin että ne päätyvät silmiimme. Jos linssi on pallosymmetrinen, niin se taittaa valoa samalla tavalla kaikista suunnista, joten galaksi näkyy renkaana linssin ympärillä. Alla NASAn kuva sinisestä galaksista, jonka kuva on taittunut kauniiksi kehäksi. Tässä tapauksessa linssinä on keskellä näkyvä punainen galaksi.
Ensimmäinen Einsteinin kehä nähtiin 1979, ja nykyään niitä on mitattu tusinoittain, miljardien valovuosien etäisyyksiltä. Yleensä linssi ei ole pallosymmetrinen, joten yhtenäisen kehän sijaan nähdään erillisiä kaaria, joiden määrä, muoto ja kirkkaus riippuvat siitä, miten linssin massa on jakautunut. Alla olevan NASAn kuvan kaarista näkee, että linssi on monimutkaisempi kuin yllä olevan galaksilinssin tapauksessa.
Jos on kiinnostunut siitä, millaisia galaksiryppäät ovat, niin monimutkaiset kaaret ovat hyvä asia, koska niissä on paljon tietoa ryppäiden rakenteesta. Gravitaatiolinssejä voi myös käyttää mielenkiintoisiin kosmologisiin mittauksiin, joiden kannalta mahdollisimman yksinkertaiset linssit ja siistit kehät ovat toivottavia, koska mitä vähemmän silloin tarvitsee vaivata päätään linssien takia, sen parempi.
Eräs keskeinen maailmankaikkeutta koskeva kysymys, jota gravitaatiolinssien avulla voi tutkia, on avaruuden (ei aika-avaruuden!) kaarevuus. Jos avaruus ei ole kaareva, niin pisteiden välisiä etäisyyksiä voi laskea helposti yhteen. Jos pisteet A, B ja C ovat samalla suoralla aika-avaruudessa, niin etäisyys pisteestä A pisteeseen C on yhtä suuri kuin etäisyys pisteestä A pisteeseen B plus etäisyys pisteestä B pisteeseen C. Jos avaruus on kaareva, niin valon avulla mitatut etäisyydet eivät noudata näin yksinkertaista yhteenlaskukaavaa.
Einsteinin kehän havaittu koko riippuu siitä, mikä on meidän etäisyytemme lähteestä ja mikä on linssin etäisyys lähteestä. Jos mittaa erikseen etäisyytemme linssistä vaikkapa supernovien avulla, niin voi määrittää, kuinka hyvin etäisyyksien yhteenlaskukaava pätee ja siten mitata avaruuden kaarevuuden. (Tarkemmin sanottuna Einsteinin kehä riippuu vain etäisyyksien suhteesta, eli myös meidän etäisyytemme lähteestä pitää mitata erikseen.) Näitä havaintoja voi myös käyttää rajoittamaan sitä, paljonko maailmankaikkeuden rakenteet vaikuttavat sen laajenemiseen, samoin kuten parallaksin avulla mitattuja etäisyyksiä.
30 kommenttia “Taivuttaa koskettamatta”
-
Onko mitään varsinaista estettä neutriinosäteilyn ja gravitaatioaaltojen olevan yksi ja sama ilmiö?
Jos ½-spinimäisyys voitaisiin selittää vaikka neutriinoabsorptiolla tavalliseen aineeseen, säteilytilassa spin voisi olla muuta tai jonkinlainen massaton yhdistelmätila…
Neutriinosäteilykentän absorptiokvantithan jakautuvat aineen 3 sukupolven mukaisesti, kvantittuneisuus oskilloi ja aallot lienevät pitkittäisaaltoilun tyyppiä – seikkoja jotka passaisivat liikemuutoksia päivittäville garvitaatioaalloillekin…
Voisitko hieman seikkäperäisemmin valottaa mitä tarkoittaa ”Valo taipuu gravitaatiokentässä kaksi kertaa niin paljon kuin massalliset hiukkaset”? Esimerkiksi aaltoenergian ja kineettisen liike-energian matemaattisten erojen kautta?
-
Se Avarakatseinen sanoo:
Tuosta pallosymmetrisen linssin muodostamasta kuvasta on kai sitten muodostettavissa/laskettavissa sellainen todellinen kuva, mitä sininen galagsi lähempää katsottuna näyttää?
-
Muistutettakoon, että kommenttiosio ei ole paikka omien teorioiden esittelemiselle. Poistan sellaiseen keskittyvät kommentit.
-
Eusa:
Neutriinoilla ja gravitaatioaalloilla ei ole mitään tekemistä keskenään, eikä myöskään tämän merkinnän aiheen kanssa.
Jos gravitaatiokenttiä ei ole, niin vapaa hiukkanen kulkee avaruudessa suoraan. Jos hiukkanen kulkee massakeskittymän ohi, niin sen rata taipuu tietyn kulman verran kohti tuota kappaletta. Kulma riippuu siitä, miten massiivinen keskittymä on, ja kuinka läheltä sitä hiukkanen kulkee. Lisäksi kulma on massattomille hiukkasille kaksinkertainen massiivisiin hiukkasiin verrattuna; ne kääntyvät enemmän kohti massakeskittymää.
-
Se Avarakatseinen:
Yleisesti ottaen linssin läpi kulkeneesta valosta ei voida täsmälleen päätellä sitä, miltä galaksin kuva näytti silloin kun valo lähti matkaan. Eräs ongelma on se, että linssin ominaisuudet pitää myös päätellä, niitä ei tunneta erikseen. Käytännössä ongelmassa parametrisoidaan sekä alkuperäistä kuvaa että linssiä jollain tavalla, joka on tarpeeksi yksinkertainen, että ongelma voidaan ratkaista.
Mutta vaikka linssi tunnettaisiin, ei alkuperäista kuvaa välttämättä voi kokonaan päätellä. Tämä on erityistapaus inversio-ongelman nimellä tunnetusta matemaattisesta ongelmasta. Jos nähdään kehon läpi kulkeneet ulträäniaallot, niistä ei yleisesti ottaen voi päätellä sekä sitä, millaisia aallot olivat ennen kuin ne menivät kehon läpi että sitä, miten aine on jakautunut ihmiskehossa. Vaikka tunnettaisiin aaltojen muoto ennen kehoon sisälle menemistä (kuten ultraäänikuvauksessa tietysti tunnetaan), ongelma ei siltikään välttämättä ole ratkaistavissa.
-
Toivoin täydennystä siihen miksi massaton hiukkanen taipuu kaksinkertaisesti verrattuna massalliseen – mielestäni syyn kertominen voi onnistua ihan populääristi tässä.
Kiinnostaisi kuinka sinä sen popularisoisit…
Yleisen suhtiksen mukaanhan liikuva kohde taipuu geodeesin perusteella sekä tilassa että ajassa. Kun kohteen nopeus ei ole relativistinen, se liikkuu lähinnä ajassa ja tilallisen kaarevoituksen vaikutus on häviävä. Jos massallinen kohde liikkuu lähelle valonnopeutta, sanotaan vaikka 0,9999 x c, eikös sekin taivu liki kaksinkertaisesti yleisen suhtiksen mukaan verrattuna konventionaaliseen newtonilaiseen rataan?
Jos kuitenkin hiukkasen massallisuus on se eron tekevä juttu, eikö neutriinojen massallisuutta pian voisi ratkaista selvittämällä tilastollisesti supernovasta saapuvien neutriinojen impulssikulmaa verrattuna saman kohteen näkyvään valokulmaan…? Toinen mitä voisi kuvitella empiirisesti testattavan, on suurienergisten massallisten hiukkasten (kosmisten säteiden) taipuminen gravitaatiokentässä, onko tutkimuksia tehty ja kuinka yleinen suhtis on niissä pärjännyt?
-
Eikö sen kohteen, jonka ohi hiukkanen työntyy, tiheydelläkin ole melko iso rooli? Auringon ohituksen yhteydessä hiukkasen rata taipuu tietyn verran tietyllä etäisyydellä Auringosta, mutta jos Auringon massa on huomattavasti pienemmällä alueella, on tuon paljon tiheämmän kohteen tilavuuskin paljon pienempi ja se ilmeisesti vaikuttaa oleellisesti siihen miten paljon hiukkasen liikerata taipuu kohteen ohituksen yhteydessä?
-
miguel sanoo:
Lainaus: ”Sen sijaan kappaleiden energia kaareuttaa aika-avaruutta, eli saa aikaan gravitaatiokentän.”
Tämä ei ole vihaamasi oma teoria, vaan mieltä askarruttava kysymys.
Jos hypoteettisessa teoriassa oletetaan joku massallinen kappale, joka lähestyisi valonnopeutta. Voisiko olla niin, että lepomassa + liike-energia kappaleelle yhdessä tulisivat niin suureksi, että kappaleesta tulisi musta-aukko sen sisältämän energian takia? Se häipyisi universumin ulottumattomiin ollen kuitenkin edelleen olemassa.
Entä jos tällainen musta aukko matkallaan joutuisi jonkun galaksin tai mihin vaan gravitaatiokenttään ja sen vauhti hidastuisi eli kineettinen energia pienenisi, palautuisiko se silloin ”takaisin tähän universumiin”, kun totaalienergia pienenee, ja mitä tapahtuisi silloin?
Kysymys lienee teoreettinen, mutta kyllä kai esim. yhdellä ja kahdella testikappaleella tyhjässä avaruudessa on asioita pohdittu.
-
Eusa:
Tekijän 2 eroa voi hahmotella vaikkapa seuraavasti (karkeasti yksinkertaistaen). Valonnopeudella liikkuvat hiukkaset matkaavat aika-avaruudessa siten, että kun ne etenevät vuoden ajassa, niin ne etenevät valovuoden paikassa. Paljon hitaammin liikkuvat hiukkaset matkaavat vuodessa paljon lyhyemmän ajan. Niinpä valonnopeudella matkaavien hiukkasten tapauksessa aika-avaruuden kaarevuuden vaikutus sekä paikkaan että aikaan on yhtä tärkeää. Hitaasti liikkuvien hiukkasten tapauksessa aika-avaruuden kaarevuuden vaikutus avaruuteen ei ole yhtä tärkeää kuin sen vaikutus aikaan.
Nopeus tässä tarkoittaa hiukkasen nopeutta suhteessa kaarevuuden aiheuttavaan massaan. Hyvin nopeasti Auringon ohi liikkuva hiukkanen siis todella taipuisi suunnilleen samalla tavalla kuin valo.
Neutriinojen havaitseminen on liian vaikeaa tuollaisten täsmämittausten tekemiseksi. Kosmisten säteiden tapauksessa ongelmana on se, että niillä on sähkövaraus: sen takia sähkömagneettiset kentät muuttavat niiden ratoja merkittävästi, joten ei voi päätellä mistä suunnasta ne ovat detektoriin matkanneet.
-
IkuistaRakkautta:
Pallosymmetrisen kappaleen ulkopuolinen gravitaatiokenttä ei riipu kappaleen tiheydestä, ainoastaan massasta.
-
miguel:
Vihasta ei ole kysymys; on paljon foorumeita, joilla ihmiset voivat keskustella pseudotieteestä, tämän blogin kommenttiosio ei ole sitä varten.
Kappaleesta ei tule mustaa aukkoa vain siksi, että se liikkuu nopeasti.
-
Syksy: ”Pallosymmetrisen kappaleen ulkopuolinen gravitaatiokenttä ei riipu kappaleen tiheydestä, ainoastaan massasta.”
Onko kohteen aika sitä hitaampaa mitä tiheämpi kohde on?
Jos, niin eteneekö gravitaatio silti samalla nopeudella, oli kohde sitten miten tiheä tahansa?
Ps. Mitä eroa on kaareutuvalla avaruudella ja kaareutuvalla aika-avaruudella?
-
Syksy: ”Kulma riippuu siitä miten massiivinen keskittymä on, ja kuinka läheltä sitä hiukkanen kulkee.”
Lasketaanko hiukkasen läheisyys ohitettavan kohteen keskustasta vai ohitettavan kohteen pinnasta?
Jos keskustasta, niin silloin sillä tiheydellä ei ehkä ole niin suurta merkitystä, mutta jos kohteen pinnasta, niin luulisi että ohitettavan kohteen tiheydellä on isokin merkitys?
-
Jos havaintoja on vain taipumisen tekijöistä 1 (massahiukkaset) ja 2 (massattomat aaltohäiriöt), yleisen suhteellisuusteorian peruste avaruuden ja ajan komponenteista jää vielä testaamattomaksi väitteeksi (tosin kohtuullisesti perustelluksi, mutta kuitenkin).
Jäämme odottamaan havaintoa taipuvasta radasta tekijällä 1,65 tjsp jollekin massalliselle kohteelle ja teorian varmistamista tuoltakin osin…
-
Eusa:
Yleisen suhteellisuusteorian ennusteita aika-avaruuden kaarevuudesta on testattu erilaisissa tilanteissa sadastuhannesosan tarkkuudella, valon taipuminen on vain yksi uusi ilmiö.
-
Sen kummemmin vakavaa tieteentekoa teilaamatta…
Kun mennään usean parametrin kanssa rajoille, joissa taustalla oleva logiikka ja sen geometrisuus saadaan havainnoista arvattua, on parametrien sovitus teorian mukaan aina houkutteleva mahdollisuus. Ihmismieli on sellainen. Todennäköisempää, että suhteellisuusteoria pätisi muissa kuin 2-body- ja pallogeometrisissa tapauksissa laskee varsin alas pimeiden massojen, mustien aukkojen ja pimeiden energioiden kanssa.
Yhtenäistieteen kauneus on tänä päivänä enemmänkin sen kulttuurisessa hienostuneisuudessa kuin teorioissa. Kasvanut laskentateho antaa mahdollisuuden säätää tuhannesosia yhä paremmin passaamaan. Toki se tuottaa parempien mittalaitteiden kanssa myös uutta tietoa ja mahdollisuuksia uuteen fysiikkaan.
Toivon todella menestystä kaarevuustutkimuksillenne!
-
Eusa:
Yleisen suhteellisuusteorian täsmätesteillä Aurinkokunnassa ja pulsareissa ei ole pimeän aineen, pimeän energian tai mustien aukkojen kanssa mitään tekemistä. Niiden teoreettisessa tulkinnassa ei myöskään ole ainuttakaan teoriaan liittyvää parametria, jota sovitettaisiin havaintoihin.
-
Otetaan yksi poikkeaman aiheuttanut täsmätesti: ohilentoanomaliat.
Kovin moni ihminen ei viitsi lähteä korjaamaan arvioita planettojen massoista tuon perusteella lähtökohtaisesti, mutta jos olisi pakko, seuraavaksi pitäisi taivaanmekaniikan yhtälöihin tutkia korjaukset, jne…
Ymmärrettävää on olettaa, että ensin koitetaan selittää havainnot joillain muilla keinoin ja usein onnistuenkin kuten Pioneer-anomalian selittäminen lämpösäteilyllä.
Joskus kannattaa lähteä tarkentamaan parametreja ihan vallitsevan paradigman puolustamiseksi kuten kävi galaksimme pimeän aineen metsästyksessä taannoin. 🙂
Pointtini on, että kaikki teoriat ja hypoteesit ovat lähtökohtaisesti vääriä, niillä on vain oma pätevyysalueensa. Samojen ilmiöiden selittämiseen voi olla useita poikkeavasti formuloituja teorioita, joiden pätevyysalueet voivat osin leikata toisensa.
Voihan olla, että gravitaatiolinsseistä saa irti omia fysikaalisia ”lakejaan”, joiden pätevyysalueen rajaaminen ja selvittäminen leikkaako se joltain osin tunnetun toimvaksi osoittautuneen teorian varmistettua pätevyysaluetta voi tuottaa uutta yhdistettyä fysiikkaa…
-
IkuinenRakkaus:
Gravitaation eteneminen ei liity tähän valon taipumiseen.
Etäisyys lasketaan kohteen keskustasta.
Aika-avaruuden ja avaruuden kaarevuus vaatisivat omat merkintänsä. Lyhyesti hahmoteltuna aika-avaruuden kaarevuudessa on kyse siitä, että etäisyysvälejä aika-avaruudessa lasketaan eri tavalla kuin laakeassa avaruudessa eli Minkowskin avaruudessa.
Aika-avaruuden voi jakaa ajaksi ja avaruudeksi eri tavoin. Vaikka aika-avaruus on kaareva, niin joissain tapauksissa on mahdollista, että avaruus ei ole kaareva, eli että etäisyyksiä avaruudessa lasketaan samalla tavalla kuin euklidisessa avaruudessa, eli kahden pisteen välisen etäisyyden neliö on L^2 = x^2 + y^2 + z^2, missä x, y ja z ovat pisteiden paikkakoordinaattien erot eri suunnissa. Yksinkertaisimmissa kosmologisissa malleissa avaruus on (keskimäärin) laakea.
-
Kiitos 7.3 vastauksestasi Syksy. Haluaisin vielä varmistuksen sille että olin ymmärtänyt asian oikein.
Eli jos valon etäisyys ohitettavaan kohteeseen lasketaan ohitettavan kohteen pinnasta, vaikuttaa kohteen tiheys yhdessä massan kanssa siihen miten paljon valon liikerata taipuu ja jos kohteen keskustasta, ei kohteen tiheydellä ole juurikaan väliä?
-
IkuinenRakkaus:
En tiedä mitä olet ymmärtänyt, mutta kappaleen tiheys ei vaikuta sen ulkopuoliseen gravitaatiokenttään, jos kappale on pallosymmetrinen.
-
Syksy:
”En tiedä mitä olet ymmärtänyt, mutta kappaleen tiheys ei vaikuta sen ulkopuoliseen gravitaatiokenttään, jos kappale on pallosymmetrinen.”
Mitä tiheämpi kohde, sitä massiivsempi se on!
Jos Auringon puristaa jalkapallon kokoiselle alueelle, sen massa on edelleen sama, mutta siinä oleva asia on paljon tiheämmin ja näin sen pinta on paljon kauempana siltä alueelta jossa valo nykyisin ohittaa Auringon läheltä.
Syksy: “Kulma riippuu siitä miten massiivinen keskittymä on, ja kuinka läheltä sitä hiukkanen kulkee.”
Valohan ei liiku Auringon läpi, joten minulle ei ainakaan tullut ensimmäisenä mieleen mitata ohittavan valon etäisyyttä Auringon keskustasta, vaan Auringon pinnasta ja siksi kysyin että eikö sillä tiheydelläkin ole merkitystä?
Jos joku kohde ohittaa Maapallon todelta läheltä ja uutisessa kerrotaan kuinka läheltä, niin onko kyse silloinkin siitä kuinka kaukana ohittava kohde oli Maapallon keskustasta vai Maapallon pinnasta?
Itselleni työntyy ensimmäisenä mieleen että ohittavan kohteen etäisyys mitataan Maapallon pinnasta!
-
Elmo sanoo:
”Jos Auringon puristaa jalkapallon kokoiselle alueelle, sen massa on edelleen sama, mutta siinä oleva asia on paljon tiheämmin ja näin sen pinta on paljon kauempana siltä alueelta jossa valo nykyisin ohittaa Auringon läheltä.”
Etäisyys mitataan aina massakeskipisteestä. Oletetaan, että valonsäde ohittaa auringon aivan pintaa hipoen (etäisyys R keskipisteestä) ja taipuu. Sitten puristetaan Aurinko jalkapallon kokoiseksi ja jälleen valo ohittaa pienen&tiheän Auringon etäisyydellä R. Lopputulos: valo taipuu aivan saman verran.
Tiheydellä ei ole merkitystä, koska painovoiman vaikutus summataan (integroidaan) koko massakeskittymän yli. Normaalissa Auringossa osa massasta on hyvin lähellä valonsädettä, mutta osa hyvin kaukana. Pienessä Auringossa taas kaikki massa on keskisuuren matkan päässä (ei lähellä, mutta ei myöskään kaukana).
-
Kosmos sanoo:
Syksy Räsänen kirjoitti:
”Yleisen suhteellisuusteorian mukaan gravitaatiossa ei ole kyse voimasta, vaan aika-avaruuden kaarevuudesta.Yleisen suhteellisuusteorian mukaan massat eivät suoraan vedä toisiaan puoleensa. Sen sijaan kappaleiden energia kaareuttaa aika-avaruutta, eli saa aikaan gravitaatiokentän. Tämä gravitaatiokenttä sitten vaikuttaa kappaleiden liikkeisiin.”
Kumpi,gravitaatiokentä vai aika-avaruuden kaareutuminen, aiheutta painovoiman, vai ovatko ne sama asia.
Mehän tunnemme painovoiman. Paitsi vapaassa pudotuksessa(ja vedessä kelluessa osan painovoimasta), minne se painovoiman tunne silloin katoaa?Kaareutuuko aika-avaruus Lagrangen pisteissä ja/tai onko niissä gravitaatiokenttää?
Gravitaatio heikkenee etäisyyden neliöön, heikkeneekö aika-avaruuden kaareutuminen saman säännön mukaan?
-
Kosmos:
Gravitaatiosta ja aika-avaruuden kaareutumisesta, ks. sanoissa ”aika-avaruuden kaarevuudesta” linkattu kirjoitus
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kaareuden_kietoutumista
ja siinä linkattu kirjoitus:
http://www.iltalehti.fi/tyoelama/2014032218147377_tb.shtml
-
urpo sanoo:
Tiedetäänkö miksi valo taipuu kaksi kertaa niin paljon kuin massalliset hiukkaset gravitaatiokentässä?
-
urpo:
Kyllä. Ks. kommentit yllä.
-
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Jälkeen jääneistä
Vastaa
Oppipojat, kisällit ja mestarit
Maisterin tutkinnon saamista ja gradun hyväksymistä kutsutaan valmistumiseksi. Teoreettisen fysiikan tutkijaksi aikovan kohdalla se kuitenkin tarkoittaa vain sitä, että on valmis aloittamaan tutkimuksen tekemisen opettelun.
Ihmistieteissä on mahdollista valita itse aiheensa ja tehdä uutta tutkimusta jo ennen graduvaihetta. Tämä johtuu siitä, että tutkimuksen kohteet liittyvät ihmiselämään, ja niiden jäsentämisessä käytetty kieli on lähellä arkista kieltä. Fysiikassa sen sijaan pelkästään sen ymmärtäminen, mitä tutkimuskohteet ovat, vaatii arkiajattelulle vieraiden käsitteiden omaksumista, ja niiden käsittely edellyttää matematiikan kielen hallitsemista. Lisäksi tutkimus rakentuu aiemmin löydetyn päälle enemmän kuin ihmistieteissä.
Niinpä opiskelijoilla ei yleensä vielä väitöskirjatyötä aloittaessakaan ole käsitystä siitä, mitkä ovat oleellisia kysymyksiä edes jollain teoreettisen fysiikan kapealla osa-alueella, vaikkapa kosmologisten inflaatiomallien saralla. Väitöskirjan aiheiden valinta onkin suurelta osin ohjaajan käsissä, ja aiheen merkitys ja sijainti tutkimuksen kentällä tyypillisesti hahmottuu opiskelijalle vasta tutkimuksen tekemisen myötä.
Kuten käsityöt, teoreettisen fysiikan oppii vain tekemällä, ja ohjaajan ja jatko-opiskelijan suhde muistuttaa mestarin ja oppipojan suhdetta. (Käytän tuota vanhaa sukupuolittunutta termiä, vaikka fysiikan yhteisön tasa-arvon tila ei olekaan yhtä huono kuin ammoisen ammattikuntajärjestelmän.) Ohjauksessa välitetään kirjaamatonta tietoa tutkimuksen tekemisestä ja tutkimusyhteisöstä, ja väitöskirja vastaa kisällityötä. Kuten oppipoikien tapauksessa, väitöskirjaopiskelijoiden kontolle tulee ikäviä töitä, jotka jonkun pitää hoitaa, kuten kursseilla assistentteina toimimista ja konferenssien käytännön järjestelyä. Väittelyn jälkeen kisällin on sitten aika vaellella itsenäisesti eri puolilla maailmaa, kunnes lopulta pääsee jonnekin mestariksi tai luopuu leikistä.
Viime aikoina on keskusteltu siitä, pitäisikö väitöskirjojen tekijöitä rahoittaa apurahoilla vai työsuhteesta maksettavalla palkalla. Apurahoja myöntävät säätiöt haluavat pitää kiinni päätösvallastaan sen suhteen, ketä rahoitetaan, ja voivat lisäksi vedota siihen, että alle 19 000 euron apurahat ovat verovapaita, joten samalla summalla saa tuettua useampia opiskelijoita. Ainakaan teoreettisessa fysiikassa väitöskirjaopiskelu ei kuitenkaan ole riippumatonta tutkimusta, minkä tukemiseen apurahat ovat omiaan.
Kyse ei toisaalta ole tavallisesta työsuhteestakaan, edes palkkajärjestelyjen osalta. Yleensä palkka nimittäin maksetaan ohjaajan apurahoista, joita hänen täytyy opiskelijoilleen yrittää haalia vuosi toisensa jälkeen. Tutkimuksen laadun, ajankäytön ja opiskelijoiden taloudellisen vakauden kannalta olisi parempi, että tutkijat voisivat päättää keitä ottavat jatko-opiskelijoiksi, mutta nämä solmisivat työsopimuksen yliopiston kanssa, joka maksaisi heille palkkaa. Ei yrityksissäkään projektin vetäjä ole vastuussa ulkopuolisen rahoituksen haalimisesta projektin jäsenten palkkojen maksamiseen. Tällainen järjestelmä myös turvaisi jatko-opiskelijoita ohjaajan kanssa syntyvien ongelmien varalta.
Väitöskirjaopiskelija on riippuvainen ohjaajasta muutenkin kuin palkan suhteen. Kehnoilla neuvoilla on vaikea oppia tekemään hyvää työtä, ja voi myös olla haitallista, jos ohjaaja on valinnut aiheen, joka on tutkimusyhteisössä marginaalinen. Väittelyn jälkeistä ensimmäistä paikkaa haettaessa on oleellista, mitä ohjaajan suosituskirjeessä lukee, ja kun kirjeiden sisältö on salainen, niin ikävä ohjaaja voisi aiheetta tyrehdyttää opiskelijan uran alkuunsa. Lisäksi paikkojen jakamisessa varmasti vaikuttaa se, kenen opiskelija on kyseessä ja millaisissa väleissä tämän ohjaaja on paikasta päättävän henkilön kanssa. Ensimmäisen paikan saamisen jälkeen ohjaajan merkitys on pienempi, kisällit ovat oman onnensa seppiä, mutta suosituskirjeillä ja epämuodollisella tuella on silti pieni rooli.
Minulla oli hyvä onni väitöskirjaohjaajien kanssa, ja Helsingissä on hiukkaskosmologian alalla tapana pitää yhteyttä väitelleisiin tutkijoihin ja rakentaa tutkimusyhteisöä heidän avullaan, mutta toisinkin olisi voinut käydä.
6 kommenttia “Oppipojat, kisällit ja mestarit”
-
Kimmo Rouvari sanoo:
Wow! Kuulostaa todella vanhanaikaiselta ja hölmöltä toiminnalta, mutta toisaalta niin inhimilliseltä. Sanomattakin on selvää, että kuvaamasi järjestely ei edistä tieteen optimaalista edistymistä, pikemminkin kulloisenkin paradigman säilymistä.
Olen kuitenkin iloinen että otit asian puheeksi. Vaikea muuttaa toimintatapoja jos ongelmista ei edes puhuta ääneen. Iso käsi täältä nojatuolin perukoilta! 🙂
-
Kimmo Rouvari:
Nykyinen järjestelmä soveltuu, puutteistaan huolimatta, mielestäni erittäin hyvin fysiikan tutkimuksen tekemisen opettelemiseen. Pidän rahoitusmallia suurimpana ongelmana, tosin myös opiskelijoiden turvaa pitäisi parantaa siltä varalta, että ohjaajan ja opiskelijan välillä tulee ongelmia.
-
Jiri Nieminen sanoo:
Lisättäköön vielä, että verrattuna apurahansaajaan, työsuhteessa oleva väitöskirjan tekijä olisi yliopistoyhteisön täysivaltainen jäsen. Vaikka uuden yliopistolain jälkeen yliopistolla ei ole enää samanlaista yhteisöllisyyden tunnetta kuin aikaisemmin, niin ainakaan yliopiston johto ei kykene samalla tavoin pompottelemaan työsuhteessa olevia kuin apurahatutkijoita. Niin ikään työsuhde kartuttaa ansiosidonnaista, mikä on monelle tarpeen, jos ei heti väittelyn jälkeen löydä post doc -rahoitusta. Samoin työsuhteessa olevat pääsevät osaksi työterveyshuoltoa jne.
Lopuksi huomautettakoon, että olisi kiva, jos jatko-opiskelijoista käytettäisiin ilmaisua nuorempi tutkija. Vaikka tohtori Räsänen osoittaa, että ainakin teoreettisessa fysiikassa väitöskirjaa aloittelevat sananmukaisesti vielä opiskelevat asioita, niin heidän kutsuminen oikeiksi tutkijoiksi auttaisi nimenomaan siihen, että kaikenmaailman yliopistojen hallintopäälliköiden olisi pakko suhtautua heidän työelämänoikeuksiinsa vakavasti.
-
Jiri Nieminen:
Asianmukainen lisäys tuosta täysivaltaisuudesta.
Ilmaisu ’nuorempi tutkija’ on epämääräinen, koska se voisi viitata väitöskirjaa tekevään tai jo väitelleeseen henkilöön, joiden tilanne on kuitenkin hyvin erilainen. Jatko-opiskelija ja väitöskirjaopiskelija ovat myös kansainvälisen käytännön mukaisia termejä (englanniksi graduate student, post-graduate student tai PhD student).
-
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Pyramidin tasanteelle
Vastaa
Läpi harmaan kiven
Mainitsin aiemmassa merkinnässä kvanttifysiikan ilmiöstä nimeltä tunneloituminen. Kvanttifysiikka (kuten myös suhteellisuusteoria) paljastaa, että maailma on pohjimmiltaan hyvin erilainen kuin mitä arkikokemuksen perusteella kuvittelee. Todellisuudessa on kaikenlaista kummallista, kuten kvanttivärähtelyitä, virtuaalisia hiukkasia ja Casimirin voimaa. Tunneloituminen on eräs näistä arkijärjelle vieraista asioista. Se on kvanttifysiikassa keskeinen ilmiö, ja on vastuussa raskaiden atomiydinten radioaktiivisuudesta. Palohälyttimien toiminta perustuu juurikin radioaktiivisuuteen, eli tunneloitumista hyödynnetään melkein joka kodissa.
Tunneloituminen liittyy hiukkasten kvanttimekaaniseen käyttäytymiseen. Asia on helpointa ymmärtää tarkastelemalla ensin klassista mekaniikkaa. Klassisessa mekaniikassa kappaleilla on kahdenlaista energiaa: liike-energiaa ja potentiaalienergiaa. Liike-energia on sitä isompi mitä nopeammin kappale liikkuu. Jos tarkastellaan kappaleen liikettä Maapallon gravitaatiokentässä, niin potentiaalienergia on negatiivinen ja itseisarvoltaan sitä isompi, mitä alempana kappale on. Kokonaisenergia säilyy, joten jos kappale siirtyy alemmas, niin sen potentiaalienergiasta tulee negatiivisempi ja liike-energia kasvaa. Vesivoimaloiden energiantuotto perustuu tähän gravitaatiokentän energian hyödyntämiseen. Vastaavasti ilmaan heitetyllä kappaleella pitää olla tarpeeksi suuri liike-energia, jotta se pääsisi nousemaan tietylle korkeudelle. Jos talon pihalla on korkea aita, niin pihalla olevalla pallolla pitää olla tarpeeksi liike-energiaa aidan ylittääkseen, jotta se pääsisi toiselle puolelle.
Kvanttimekaniikassakin hiukkasella on liike-energiaa ja potentiaalienergiaa, ja niiden summa on vakio. Mutta toisin kuin klassisen mekaniikan kappaleella, kvanttimekaniikan hiukkasella ei ole määrättyä paikkaa. On vain todennäköisyys sille, että hiukkanen on tietyssä paikassa kun sitä sieltä etsitään. Tämä todennäköisyys ei ole missään täysin nolla, aina on joku pieni mahdollisuus että hiukkanen löytyy mistä sitä ikinä etsiikään. Jos hiukkasen paikka on eri mittauskerroilla erilainen, voidaan sanoa, että se on siirtynyt. Kyse ei kuitenkaan ole liikkeestä: hiukkanen ei ole matkannut välissä olevan tilan halki. Mittausten välissä sillä kun ei ole ollut mitään määrättyä sijaintia.
Sellaisen hiukkasen, joka on voimakkaasti sidottu toiseen hiukkaseen, todennäköisyys löytyä mistään muualta kuin sidoskumppaninsa läheltä on erittäin pieni. Esimerkiksi molekyylin osana olevat atomiytimet löytyvät yleensä suunnilleen samoilta paikoilta. Samoin arkisen mittakaavan kappaleiden tapauksessa todennäköisyys kvanttimekaaniselle siirtymälle on äärimmäisen vähäinen. On periaatteessa mahdollista, että avaimet ovat siirtyneet keittiön pöydältä jääkaappiin käymättä välissä olevan tilan kautta, mutta hajamielisyys on verrattoman paljon luultavampi selitys.
Mahdollisuus siirtyä paikasta toiseen kulkematta välissä olevan tilan halki johtaa kiinnostaviin seurauksiin. Toisin kuin klassisessa fysiikassa, kvanttimekaniikassa pallon ei tarvitse ylittää aitaa päästäkseen toiselle puolelle, joten sillä ei tarvitse olla aidan korkeudelle nousemiseen tarvittavaa energiaa. Tunneloituminen tarkoittaa tällaista siirtymistä paikasta toiseen tavalla, joka olisi klassisessa mekaniikassa esteiden takia mahdotonta.
Tunneloituminen on yleensä hyvin epätodennäköistä. Se on sitä todennäköisempää, mitä suurempi on paikkojen potentiaalienergian ero (pallon on helpompi tunneloitua pihalta, jos aidan toisella puolella maanpinta on alempana) ja sitä vähemmän todennäköistä, mitä kauemmas pitää siirtyä (paksumman aidan läpi on vaikeampi tunneloitua). Mutta jos kokeilee tarpeeksi monta kertaa, eli odottaa tarpeeksi kauan, niin lopulta pallo siirtyy.
Atomiydinten radioaktiivisuudessa on kyse tunneloitumisesta. Atomiydin koostuu protoneista ja neutroneista. Ydinvoima vetää protoneita ja neutroneita yhteen ja estää niitä pakenemasta ytimestä. Mutta ydinvoiman kantama on melko lyhyt, joten jos protoni pääsee tarpeeksi kauas ytimestä, niin se on vapaa. Niinpä atomiytimeen sidottu protoni tunneloituu lopulta pois, ja ytimeen jää vähemmän protoneita. Toisin sanoen ydin muuttuu eri alkuaineeksi, ja säteilee poistuneet hiukkaset ympäristöönsä. Usein poistuneiden hiukkasten liike-energia on iso, mikä tekee radioaktiivisista aineista ihmisille vaarallisia, koska nopeat hiukkaset vahingoittavat ihmiskehon soluja. Tunneloitumisen epätodennäköisyys on sen takana, että joillakin radioaktiivisilla aineilla kestää kauan hajota.
Eräs kosmologian keskeisistä kysymyksistä, Higgsin kentän vakaus, liittyy sekin tunneloitumiseen. Tällä hetkellä Higgsin kenttä on asettunut kaikkialla näkemässämme avaruudessa rauhalliseen tilaan, jossa se ei liiku minnekään. Mutta Higgsin kentällä saattaa olla joku tila, jossa sen potentiaalienergia olisi vielä alhaisempi, jonne se voisi siis tunneloitua. Tämän seurauksena aine sellaisena kuin sen tunnemme tuhoutuisi välittömästi ja lisäksi maailmankaikkeus romahtaisi. Ei tiedetä, onko Higgsin kentän tila täysin vakaa, mutta joka tapauksessa sen elinikä on paljon pidempi kuin maailmankaikkeuden ikä, joten asiasta ei muiden kuin hiukkaskosmologien tarvitse kantaa huolta.
Pikku-uutisia: Suhteellisuusteorian tutkija Stephen Hawking on ilmaissut näkemyksensä eräästä mustiin aukkoihin liittyvästä spekulatiivisesta seikasta. Tästä on uutisoitu laajalti; asiasta kiinnostuneille voi suositella Matt Strasslerin blogikirjoitusta.
7 kommenttia “Läpi harmaan kiven”
-
”Atomiydinten radioaktiivisuudessa on kyse tunneloitumisesta.”, voiko tunneloitumista ja sen kautta protonien ”pakenemista” tapahtua minkälaisissa atomiytimissä tahansa, vai vaaditaanko ytimen rakenteelta kuten protonien ja neutronien määriltä/suhteilta jotain erityistä, jotta tunneloitumisilmiö on ylipäätään mahdollinen vai onko kyse ainoastaan todennäköisyyksistä?
-
Eikö Higgsin kenttä perustu duplettiin ø+ / ø0 ? Voisiko dupletti ollakin ø+ / ø- ja Higgsin kentän vastin olisi dynaamisesti havaintoavaruudelta piilossa? Silloin kenttä olisi fundamentaalisti symmetrinen (vakaa) vaikka symmetria ei olisi suoraan mitattavissa, kentän arvo (jännite) voisi myös vaihdella lokaalisti.
-
Mika:
Ensinnäkään en ole varma, voiko kaikkia atomiydinten hajoamisia ymmärtää tunneloitumisen avulla. Toisekseen hajoamisessa voi irrota (ja yleensä tuleekin) myös isompia kokonaisuuksia kuin yksittäisiä protoneita tai neutroneita. Jotkut atomiytimet ovat vakaita, niin että radioaktiivista hajoamista ei tapahdu. Vakaus riippuu juurikin mainitsemastasi protonien ja neutronien määrän suhteesta. En tosin tiedä, ovatko ne absoluuttisen stabiileja, vai onko niiden elinikä vain verrattoman iso eli tunneloitumisen todennäköisyys pieni. (En tunne ydinfysiikkaa juurikaan, tunnelointi on minulle tutumpi muista yhteyksistä.)
Lyhyt vastaus on siis: en tiedä!
Eusa:
En ymmärrä kysymystä.
-
Muistettakoon, että kommenttiosio ei ole paikka omien teorioiden esittelemiselle.
-
Hei.
Muistelen lukeneeni joskus yli kymmenen vuotta sitten Tieteen Kuvalehdestä (ei toki mikään laatujulkaisu), että tutkijat olivat saaneet valon kulkemaan itseään neljä kertaa nopeammin, kun se kohtasi matkalla seitsemän erittäin ohutta ”kultapaperia” (jutusta ei käynyt ilmi, miksi ”paperin” täytyi olla juuri kultaa).
Idea kuitenkin perustui tunneloitumiseen. Kun fotoni tunneloitui kullan läpi, kullan potentiaalienergia ilmeisesti lisäsi fotonin vauhtia (tutkijoiden näkemys). Tämä herättää kysymyksen: jos fotonin energia kasvaa, eikö sen pitäisi muuttaa aallonpituutta, sinisemmäksi, mutta ei tietenkään vaikuttaa nopeuteen? Toinen asia on se, että kirjoituksesi perusteella hiukkanen ei kulje minkään paikan kautta tunneloituessaan, joten kuinka siihen voi siirtyä potentiaalienergiaa kullasta?
Luonnollisesti tämä koe sai ruunsaasti vastustusta, mutta mieleeni jäi toteamus, että ei ole mahdollista siirtää informaatiota yli valonnopeuden, joten koko koe on merkityksetön. Tähän vastattiin, että oli siirretty Beethovenin (tai vastaavan) sinfonia. Siihen vastattiin, että se ei ole informaatiota. Nyt kysyisinkin sinulta, että mitä fyysikot itse asiassa tarkoittavat informaatiolla?
En ole tuon artikkelin jälkeen törmännyt tähän missään, joten se varmaankin oli huuhaata. Mielenkiinnosta kuitenkin kysyn, että oletko itse kuullut tuosta ja törmännyt näihin juttuihin (muuallakin kuin hörhöissä nettikeskusteluissa)?
-
Jernau Morat Gurgeh:
En tiedä tuota artikkelia enkä tunne koetta, johon siinä mahdollisesti viitataan, joten en osaa kommentoida tarkasti. Kvanttimekaniikassa on teleportaatioksi kutsuttu ilmiö, joka on eri asia kuin tunneloituminen, kyse saattoi olla siitä. (Senkään avulla tosin ei voi siirtää informaatiota valoa nopeammin.)
En osaa vastata tuohon informaatiokysymykseen kovin yleisesti. Kvanttimekaniikassa systeemin tilaa kuvaa tietty määrä lukuja, joita sanotaan kvanttiluvuiksi. Esimerkiksi vetyatomia kuvaa, yksinkertaisimmassa approksimaatiossa, vain kolme kokonaislukua. Kaikki vetyatomit, joilla on samat kvanttiluvut, ovat identtisiä. Informaation siirtäminen koostuu silloin joko määrätyt (ei siis epämääräiset) kvanttiluvut omaavan systeemin siirtämisestä paikasta toiseen, tai kaukana olevan systeemin kvanttilukujen muuttamisesta määrätyllä (ei siis satunnaisella) tavalla. Mutta tämä taitaisi vaatia oman merkintänsä.
Vastaa
Kohti näkymätöntä valoa
Kirjoittaessani parallaksista mainitsin punasiirtymästä, ja koska se on kosmologiassa keskeinen käsite, selitän sitä hieman.
Kosmologinen punasiirtymä tarkoittaa sitä, että kaukaisista kohteista tulevan valon aallonpituus on isompi kuin mitä se oli silloin, kun valo lähti matkaan. Alkuperäinen aallonpituus on mahdollista päätellä siitä, että eri alkuaineet lähettävät valoa vain tietyillä aallonpituuksilla – nämä aallonpituudet on alkuaineiden sormenjälkiä, kaikille erilaisia ja helposti tunnistettavia. Jos mitataan samasta kohteesta tulevaa valoa useilla eri aallonpituuksilla, niin voidaan erottaa, mistä alkuaineesta on kyse, koska ne ovat kaikki venyneet samalla tavalla. Sormenjäljen tunnistaa kyllä, olipa kuva isompi tai pienempi, kunhan se venyy tasaisesti.
Valon aallonpituuteen vaikuttaa kaksi seikkaa: valonlähteen ja havaitsijan välinen nopeus ja maailmankaikkeuden laajeneminen. Ensiksi mainittu tunnetaan nimellä Dopplerin ilmiö, ja sen voi havaita arkielämässä ääniaaltojen kohdalla: ambulanssin sireeni kuulostaa erilaiselta ambulanssin tullessa vastaan ja mennessä pois, koska äänen taajuus muuttuu. Asiaa voi havainnollistaa miettimällä veden aaltoja: niitä vastaan uidessa kohtaa aallonharjoja useammin kuin silloin jos ui poispäin, eli aallon taajuus on isompi.
Toisin kuin Dopplerin ilmiö, maailmankaikkeuden laajeneminen aina kasvattaa aallonpituutta: koska avaruus laajenee, valo venyy. Mitä kauemmin valo on avaruudessa, sitä enemmän se ehtii venyä, eli kaukaa matkaavan valon aallonpituus on kasvanut enemmän. (Sellaisten alueiden, joissa avaruus romahtaa, esimerkiksi muodostuvien galaksiryppäiden, läpi kulkiessa valon aallonpituus kutistuu eli sinisiirtyy. Mutta tällaisten alueiden osuus maailmankaikkeudesta on hyvin pieni.) Kosmologisilla etäisyyksillä kosmologinen punasiirtymä on paljon isompi kuin Dopplerin ilmiö. Tällä oli suuri merkitys siinä, että maailmankaikkeuden ymmärrettiin laajenevan, ja se auttaa erottamaan kosmologisen punasiirtymän Dopplerin ilmiöstä.
1900-luvun alkupuolella ajateltiin, että maailmankaikkeus on ikuinen ja staattinen. Jos emme ole erityisessä paikassa maailmankaikkeudessa, niin suunnilleen yhtä moni galaksi liikkuisi meitä kohti ja meistä poispäin. Niinpä galakseista tuleva valo olisi Dopplerin ilmiön takia puolessa tapauksista punasiirtynyt, ja puolessa sinisiirtynyt. Siirtymät olisivat myös riippumattomia galaksien etäisyydestä meistä, jos galaksien liike on jokseenkin samanlaista kaikkialla.
Vuonna 1929 Edwin Hubble huomasi kuitenkin, että lähes kaikkien galaksien meille tuleva valo on punasiirtynyt, poikkeuksena vain jotkut lähellä olevat galaksit. Lisäksi punasiirtymä on sitä isompi, mitä kauempana galaksi on. Kaksi vuotta aikaisemmin Georges Lemaître oli selittänyt maailmankaikkeuden laajenemisen johtavan tällaiseen ilmiöön, ja hän myös määritti etäisyyden ja punasiirtymän mitatusta suhteesta, kuinka nopeasti maailmankaikkeus laajenee. Hubble sen sijaan ei koskaan hyväksynyt maailmankaikkeuden laajenemista, vaikka hänet tunnetaankin ”laajenevan maailmankaikkeuden isänä” ja Lemaîtren teoreettisesti ja kokeellisesti määrittelemä laajenemisnopeutta kuvaava vakio tunnetaan Hubblen vakiona.
Maailmankaikkeuden laajenemisesta on nykyään suuri määrä erilaista todistusaineistoa, mutta etäisyyden ja punasiirtymän suhde on yhä kiinnostava tutkimuskohde. Punasiirtymä kertoo, paljonko maailmankaikkeus on laajentunut sen jälkeen, kun valo lähti kohteesta. Niinpä kaikki saman punasiirtymän omaavat kohteet taivaalla ovat yhtä vanhoja, eli punasiirtymä on ajan mitta. Kun mitataan eri punasiirtymällä olevien kohteiden etäisyyksiä, voidaan laskea etäisyyden muutos ajan kuluessa, eli se, miten maailmankaikkeus laajenee. Nämä tutkimukset johtivat vuonna 1998 yllättävimpään löytöön kosmologiassa sitten 1920-luvun: maailmankaikkeuden laajeneminen on kiihtynyt viimeisen muutaman miljardin vuoden aikana.
Nimi punasiirtymä tulee siitä, että ihmisaivot esittävät valon aallonpituuden väreinä, ja pidempi aallonpituus vastaa punaisempaa väriä. Mitä kaukaisempia kohteita katsoo, sitä punaisemmilta ne näyttävät, kunnes ne lopulta siirtyvät ihmissilmän näkymättömiin. Kosminen mikroaaltotausta on maailmankaikkeuden vanhinta valoa. Muodostuessaan maailmankaikkeuden ollessa 380 000 vuoden ikäinen se oli näkyvän valon ja infrapunavalon alueella, mutta nyt sen aallonpituus on venynyt tekijällä 1090, eikä mikroaaltoja näe silmin. Maailma on täynnä näkymätöntä ja kylmää valoa.
Päivitys 1 (14/01/14): Kosmisen mikroaaltotaustan syntymäaika korjattu.
Päivitys 2 (29/03/15): Edwin Hubblen havaintojen vuosiluku korjattu.
33 kommenttia “Kohti näkymätöntä valoa”
-
Eikös ole teoretisoitu taustasäteilyn syntyneen n. 380 000 vuotta ikääntyneeseen kaikkeuteen, ei ”380 000 vuotta sitten”, kun spekuloidaan maapallolla asuvan havaitsijan aikakehyksessä. Toki sopivassa liike-kiihtyvyystilassa olevan havaitsijan kehyksessä voidaan saada noinkin, mutta ei liene perusteltua ihmisten harjoittamassa tieteessä…
-
Mainitsit että joillakin alueilla avaruus romahtaa. Onko kyse laajenevan avaruuden vastakohdasta? Eikö galaksiryppäitä voi syntyä galaksien oman liikkeen takia? Miten avaruus laajenee? Koostuuko laajeneva avaruus jostakin ja jos koostuu, voidaanko sitä tutkia samalla tavalla kuin ainetta voidaan tutkia?
-
Jansku sanoo:
Onko valon dopplerin punasiirtymä siis täysin eri asia kuin avaruuden laajenemisesta johtuva punasiirtymä? Voidaanko laajeneva avaruus havaita vai perustuuko oletus sen olemassa olosta vain havaittuun valon muutokseen? Eikö valo itse kykene muutokseen matkansa aikana?
-
Eusa:
Tosiaan, olipa lipsahdus. Kiitos, korjasin tekstin.
IkuinenRakkaus:
Tämä on vähän monimutkainen juttu. Yleisen suhteellisuusteorian luontevimmassa muotoilussa galaksit pysyvät aina paikoillaan, paikallisissakin liikkeissä on kyse avaruuden venymisestä. Mutta ainoastaan aika-avaruus on yksikäsitteisesti määritelty, sitä voi viipaloida avaruussiivuiksi eri tavalla. Usein avaruus määritellään siten, että poikkeamia keskimääräisestä liikkeestä (eli laajenemisesta) pidetään liikkeenä avaruuden suhteen.
-
Jansku:
Kaikkea kosmologisten kohteiden punasiirtymää ei voi selittää Dopplerin ilmiön avulla. Pienen osan siitä kuitenkin voi: voidaan ajatella, että galaksit liikkuvat suhteessa laajenevaan avaruuteen, jolloin havaittu punasiirtymä on laajenemisesta johtuva + liikkeestä johtuva, josta jälkimmäinen on sama kaikilla etäisyyksillä ja edellinen kasvaa etäisyyden myötä, ja on siksi kaukaisille kohteille paljon isompi. (On myös mahdollista määritellä avaruus siten, että kaikki kosmologinen punasiirtymä voidaan ymmärtää avaruuden laajenemisen avulla.)
Avaruuden laajeneminen vaikuttaa valon punasiirtymän lisäksi lukuisiin muihin asioihin, kuten kappaleiden etäisyyksiin ja rakenteiden muodostumiseen maailmankaikkeudessa.
Aikoinaan on esitetty, että ajan myötä valon aallonpituus kasvaisi (eli valo ”väsyisi”) riippumatta avaruuden laajenemisesta, mutta tällaiset ideat eivät ole sopineet yhtene havaintojen kanssa.
-
Pekka P sanoo:
Eikö sähkömagneettisen säteilyn kannalta ole sama, kasvaako lähteen ja mittaajan etäisyys suhteellisen liikkeen vai avaruuden laajenemisen takia? Eikö avaruuden laajenemisen aiheuttama etääntymisnopeus lasketa juuri Dopplerin kaavalla?
Vai olenko käsittänyt aivan väärin? -
Lasse Reunanen sanoo:
Toiseksi viimeisen kappaleen lopusta; — ”laajeneminen on kiihtynyt viimeisen muutaman miljardin vuoden aikana.”
Olen ymmärtänyt että se punasiirtymä on muuttunut sitä enemmän mitä kauempana mitattu kohde ollut… Eikö siitä pitäisi tulla päinvastainen tulkinta laajenemisesta, eli useita miljardeja vuosia sitten laajeneminen olisi ollut suurempaa mitä lähimenneisyydessä (nyttemmin) ”muutaman miljardin vuoden aikana” – nykyisyydestä mittauksista? Vai olenko jossain kohdin ymmärtänyt asiaa virheellisesti… -
Eikös avaruuden laajeneminen ole jotakin aivan muuta kuin mitä laajenemisella yleensä tarkoitetaan? Laajeneva pullataikina on ainetta jonka tilavuus muuttuu avaruudessa. Onko laajeneva avaruus jossakin paikassa jossa se laajenee? Jos ei, miten se muuttuu ja mihin sen muutos perustuu? Onko laajeneva avaruus jonkinlaista muutokseen kykenevää ”ainetta”? Jos ei, niin mitä se on? Ilmeisesti se on jotakin? Jos joku jotakin, niin silloin se sijaitsee jossakin? Jos avaruus on jotakin, se on jossakin?
-
Pekka P:
Avaruuden laajeneminen aiheuttaa punasiirtymän. Tämä punasiirtymä ei ole Dopplerin ilmiö, eikä sitä ole mahdollista laskea Dopplerin ilmiön kaavasta.
Jos otetaan laskettu (tai havaittu) kosmologinen punasiirtymä ja kuvitellaan, että kyseessä olisi Dopplerin ilmiö, niin on toki mahdollista määrittää nopeus (ajan funktiona), joka aiheuttaisi vastaavan punasiirtymän. Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että punasiirtymä todella aiheutuisi siitä, että galaksit liikkuisivat nopeasti poispäin – kyse on avaruuden laajenemisesta, ei galaksien liikkeestä.
Tarkemmin, ks.
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0011070
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0310808
-
Lasse Reunanen:
En ymmärrä kysymystä. Varhaisilta ajoilta tulevan valon punasiirtymä on isompi kuin lähellä olevien, ja etäisyys valon lähettäneeseen kappaleeseen on myös isompi. Kiihtyvyyden määrittämiseksi pitää tietää, miten etäisyys riippuu ajasta, tai punasiirtymästä. Jos etäisyyden toinen aikaderivaatta ajan suhteen on positiivinen, niin laajeneminen on kiihtynyt.
-
Jansku:
Ks. linkki sanoissa ”maailmankaikkeuden laajeneminen”:
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/rajaton_kasvu
-
Liittyvätkö ylimääräiset tilaulottuvuudet mitenkään laajenevaan avaruuteen?
Usein tulee luettua väitteitä joiden mukaan kolmiulotteinen ihminen ei kykene ymmärtämään laajenevaa avaruutta joka ei siis laajene ulos päin jo olemassa olevaan tilaan?
ja sitten on näitä vertauksia joissa kaksiulotteiset tohvelieläimet eivät ymmärtäisi laajenevan ilmapallon pinnalla minne se heidän maailmankaikeus laajenee jne.
Onko kaksiulotteisia asioita edes olemassa, muuten kuin matemaattisesti?
-
Lasse Reunanen:
Mittakaavan aiheuttamat suuret toleranssit ja virhelähdemahdollisuudet (mm. aineen mahdollinen rakennemuutoshistoria) punasiirtymämittauksissa ovat olleet sen mittaushistorian merkittävä ongelma. Vaikka laitteet ja menetelmät parantuvat, spekulaatioille on edelleen sijaa. Käsittääkseni sellainenkin tulkinta on mahdollinen, että ei yksiselitteisesti saada mahtumaan hyvin kaukaa miljardien valovuosien takaa tulleen valon ja esim. 500 000 valovuoden päästä emittoituneen valon punasiirtymiä linjaan niin, että molemmat olisivat punasiirtyneet samoin tuon viimeisen puolen miljardin valovuoden matkalla, vaan saatetaan saada tulos, että ne ovat punasiirtyneet eri määrän samalla matkalla. Syksy voi korjata, jos on perusteluja, ettei tällaiselle epäilylle jää sijaa.
Jos epäilyjä kuitenkin on, tutkimuksen tehtävä on selvittää johtuuko epävarmuus käytetyn mittarin puutteista vai voisiko olla tarve uudelle fysiikalle.
-
J. Antero Ovaska sanoo:
Olipa selkeä ja valaiseva kirjoitus! Olen kyllä tiennyt, mitä punasiirtymällä tarkoitetaan, mutta olen ihmetellyt, mistä se johtuu. Oma ”arkiajattelu” ei ole tuonut valaistusta asiaan;) Punasiirtymästä puhutaan usein alan kirjallisuudessa, mutta en ole sattumoisin törmännyt sellaiseen tekstiin, jossa kerrotaan, mistä se johtuu. Nyt siihenkin tuli vastaus. Mitään kysyttävää ei tällä kertaa jäänyt.
-
Minusta on hankalaa saada selvä visuaalinen kuva siitä, miksi hyvin kaukaa saapuva, eli samalla hyvin vanha valo ehtii tähän kohtaan universumia vasta nyt. Kun valon lähtiessä se oli niin paljon lähempänä tätä paikkaa. Onko tästä jokin simulaatiovideo olemassa?
Toinen valoon liityvä asia: Onko vakavasti tutkittu gravitaatiopeilin(vai mikä se nimitys olisi) mahdollisuutta? Kun siis linssikin on olemassa. Voisimmeko nähdä itsemme ikään kuin takaa päin, kun valo olisi kaartunut niin paljon?
-
IkuinenRakkaus:
Ylimääräiset tilaulottuvuudet eivät liity asiaan mitenkään. Kirjoituksissa kaksiulotteisista avaruuksista on yleensä kyse vertauksesta, jotka tekevät asioista helpommin hahmotettavia.
Eusa:
Punasiirtymien selityksessä ei ole kauheasti sijaa järkevälle epäilylle, yhtä suuren punasiirtymän omaavat kohteet ovat yhtä kaukana (kun puhutaan yli kymmenien miljoonien valovuosien etäisyyksistä, joilla kosmologinen punasiirtymä on paljon isompi kuin Dopplerin efektistä johtuva punasiirtymä. Jos kaiken punasiirtymän laittaa laajenemisen piikkiin, niin sitten vastaavasti sanottaisiin, että noilla etäisyyksillä laajenemisnopeuden paikallisen vaihtelun merkitys on vähäinen.)
-
J. Antero Ovaska:
Kiitos, mukava kuulla.
Lux:
En tiedä onko tuosta olemassa hyvää visuaalisatiota videolla. Kysymyshän on siitä, että avaruus laajenee samalla kun valo kulkee. Jos esimerkiksi ottaa puhalletun ilmapallon (vanha hybvä vertaus!) ja merkitsee siihen kaksi pistettä 5 sentin etäisyydelle toisistaan ja sitten rupeaa piirtämään viivaa niiden välille nopeudella sentti/10 sekuntia samalla kun puhaltaa voimakkaasti palloon, niin kestää yli 50 sekuntia päästä loppupisteeseen.
Gravitaatiopeili, eli valon suunnan muuttaminen vastakkaiseksi gravitaation avulla, vaatii erittäin voimakkaita gravitaatiokenttiä. Mustien aukkojen läheisyydessä tällaista voi tapahtua: valonsäde voi tulla lähelle mustaa aukkoa, kiertää sen ja sinkoutua takaisin alkusuuntaansa.
Itsensä takaa päin näkeminen olisi eri asia, eihän tavallisessa peilissäkään näe selkäänsä jos katsoo kasvot edellä.
-
”Ylimääräiset tilaulottuvuudet eivät liity asiaan mitenkään. Kirjoituksissa kaksiulotteisista avaruuksista on yleensä kyse vertauksesta, jotka tekevät asioista helpommin hahmotettavia.”
Minä kolmiulotteisena ihmisenä ymmärrän ettei kaksiulotteisia asioita ole olemassa muuten kuin matemaattisesti!
Edes kaksiulotteista avaruutta ei ole, saatikka että olisi olemassa kaksiulotteisia fyysisiä kappaleita ja siksi väitän etteivät kirjoitukset kaksiulotteisesta avaruudesta helpota hahmottamaan laajenevan avaruuden olemusta millään tavalla!
Mihin laajenevan avaruuden laajeneminen perustuu?
Aineen muutokseen vaikuttaa ainakin liike joka tapahtuu avaruudessa, mutta mihin se laajenevan avaruuden muutos perustuu?
-
IkuinenRakkaus:
Avaruuden laajenemisen ymmärtäminen pohjaa yleiseen suhteellisuusteoriaan, jonka mukaan avaruus on dynaaminen ja yleisesti ottaen muuttuu ajassa.
Ks. http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/rajaton_kasvu
-
Peili ei ollut hyvä sana. Ajattelin sellaista, että näkisimme vaikka oman Linnunratamme kaukaisuudessa, kun päinvastaiseen suuntaan siitä lähtenyt valo olisi universumissa olevan massan takia kaartanut niin, että se olisi nyt tulossa takaisin meitä kohti.
-
Pekka Janhunen sanoo:
Nyt en kyllä ole samaa mieltä kirjoittajan kanssa siitä että olisi olemassa kaksi erilaista punasiirtymää. Ainakin jos avaruus olisi laakea Minkowski, niin pitäisi olla aivan ekvivalenttia puhua etääntyvien kohteiden osalta joko Dopplerin aiheuttamasta punasiirtymästä tai vaihtoehtoisesti ajatella että meidän ja heidän välissä oleva tila laajenee. On sama kumpaa puhetapaa haluaa käyttää, mutta molempia ei voi käyttää yhtäaikaa tai muuten sama ilmiö tulee otetuksi huomioon kahteen kertaan. Kaarevassa avaruudessa asia lienee monimutkaisempi, ehkä kulminoituu siihen että miten määritellään kahden kaukaisen kohteen keskinäinen nopeus. Mutta silloinkin ajatus siitä että ilmiö voitaisiin järkevällä tavalla jakaa kahteen osaan tuntuu minulle vieraalta.
-
Pekka Janhunen:
Kaikki gravitaatio liittyy aika-avaruuden kaarevuuteen: tämä pätee niin avaruuden laajenemiseen kuin kappaleiden väliseen vetovoimaan (tai oikeammin sanottuna ilmiöön, joka Newtonin mekaniikassa näyttäytyy vetovoimana). Kaarevan aika-avaruuden ilmiöitä ei voi johtaa siitä, mitä laakeassa aika-avaruudessa tapahtuu. Minkowski-avaruus ei laajene.
Ks. http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kaareuden_kietoutumista
-
Syksy kirjoitti: ”Avaruuden laajenemisen ymmärtäminen pohjaa yleiseen suhteellisuusteoriaan, jonka mukaan avaruus on dynaaminen ja yleisesti ottaen muuttuu ajassa.”
.
Dynaaminen systeemi
”Dynaaminen systeemi on ajan mukana muuttuva järjestelmä. Yksinkertainen dynaaminen systeemi on heiluri. Mutta melko yksinkertaisetkin dynaamiset systeemit voivat olla vaikeasti ennustettavia, koska niiden osat vuorovaikuttavat keskenään.”
http://fi.wikipedia.org/wiki/Dynaaminen_systeemi
Aine muodostaa dynaamisia systeemejä ja dynaaminen systeemi perustuu liikkeeseen joka tapahtuu avaruudessa / tilassa.
Miksi tila / avaruus omaisi kyvyn olla dynaaminen?
Miksi avaruus koostuisi osista jotka vuorovaikuttavat toistensa kanssa?
Jos avaruus koostuu osista jotka vuorovaikuttavat toistensa kanssa, pitäisi olla avaruuden osien liikettä suhteessa toisiinsa. eli vuorovaikutuksen välittävioä liikkuvia osia jne.
Eikö olisi selkeästi loogisempaa jättää dynaamisuus aineen ominaisuudeksi ja antaa tilan / avaruuden olla olemassa vain tilana joka on ei yhtään mitään?
-
IkuinenRakkaus:
Dynaaminen systeemi ei ’perustu liikkeeseen avaruudessa’. Se, että systeemi on dynaaminen tarkoittaa vain sitä, että se muuttuu ajassa. Tämä riittäköön tästä.
-
Kimmo Metso sanoo:
”Gravitaatiopeili, eli valon suunnan muuttaminen vastakkaiseksi gravitaation avulla, vaatii erittäin voimakkaita gravitaatiokenttiä. Mustien aukkojen läheisyydessä tällaista voi tapahtua: valonsäde voi tulla lähelle mustaa aukkoa, kiertää sen ja sinkoutua takaisin alkusuuntaansa.”
Voiko gravitaatiopeilin kautta suunnan muuttaneen valon tunnistaa? Voisiko näin tutkia esim. oman aurinkomme tai galaksimme historiaa?
-
Kimmo Metso:
On hyvin epätodennäköistä, että valonsäde osuu niin lähelle mustaa aukkoa, että se sinkoaisi tuolla tavalla takaisin, joten tuollaista ei varmaan nähdä.
-
Kuvittelen aika-avaruuden valtavan suureksi läpinäkyväksi reunattomaksi Rubikin kuutioksi, jonka voi jakaa haluamansa suuruisiksi kuutioiksi. Vastaako mielikuva ollenkaan todellisuutta?
Jos avaruuden jakaa mielessään punaisella langalla kuutioihin, jonka särmä on noin 110 miljoonaa valovuotta, Neitsyen superjoukko mahtuu yhteen kuutioon. Laajeneeko avaruus Neitsyen superjoukon kuutiossa vai ei? -
Kosmos:
En ymmärrä, millä tapaa maailmankaikkeuden olisi tarkoitus olla samanlainen kuin Rubikin kuutio.
Maailmankaikkeuden alueet, joiden koko on kymmeniä miljoonia valovuosia tai enemmän, laajenevat. (Tai siis keskimäärin ne laajenevat, mutta ne sisältävät myös alueita, jotka romahtavat, sekä alueita, jotka eivät laajene eivätkä romahda, kuten oma galaksimme. Mutta suurin osa tuollaisen ison kuution tilavuudesta laajenee.)
-
Syksy Räsänen Kirjoitti:
”Kosmos:En ymmärrä, millä tapaa maailmankaikkeuden olisi tarkoitus olla samanlainen kuin Rubikin kuutio.”
Eikö ole totuudenmukaisempaa kuvitella avaruutta kolmiulotteisena, kuin kaksiulotteisena pintana, vaikkapa kalvona.
-
Messier 82 -galaksissa havaittiin supernova 21. tammikuuta. Supernovan valo on matkannut tänne 12 miljoonaa vuotta. Onko mitään keino todeta onko se tullut suoraan, vai taipunut matkalla gravitaatiokentissä moniin suuntiin?
Jos havaitun supernovan valo on kulkenut avaruuden romahtavien, laajenevien ja staattisten alueiden läpi, voidaanko se ottaa huomioon kun punasiirtymästä lasketaan valon kulkema matka? -
Kosmos:
Avaruudessa on toki kolme ulottuvuutta. Kuten sanoin yllä: ”Kirjoituksissa kaksiulotteisista avaruuksista on yleensä kyse vertauksesta, jotka tekevät asioista helpommin hahmotettavia.”
Tyypilliset valonsäteet taipuvat melko vähän, suunnan muutos on yleensä prosentin luokkaa.
En tunne Messier 82:n liikkeitä (tai muutenkaan tätä lähialuetta juurikaan). Tuon galaksin etäisyys on sitä luokkaa, että se luultavasti etääntyy meistä, mutta voi olla että se on sitoutunut Linnunradan kanssa niin, että niiden etäisyys ei kasva. En tiedä.
Punasiirtymästä ei voi laskea valon kulkemaa matkaa. Matka pitää mitata erikseen. Ks. esim. http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kirkkaudesta_pimeyteen
-
KLK sanoo:
Syksy Räsänen kirjoitti, että maailmankaikkeuden laajenemisesta aiheutuva punasiirtymä ei ole Dopplerin ilmiö, ja lisäksi, että ”yleisen suhteellisuusteorian luontevimmassa muotoilussa galaksit pysyvät aina paikoillaan, paikallisissakin liikkeissä on kyse avaruuden venymisestä. Mutta ainoastaan aika-avaruus on yksikäsitteisesti määritelty, sitä voi viipaloida avaruussiivuiksi eri tavalla. Usein avaruus määritellään siten, että poikkeamia keskimääräisestä liikkeestä (eli laajenemisesta) pidetään liikkeenä avaruuden suhteen.”
Onko tämä siis määritelmäkysymys? Voitaisiinko asia yhtä hyvin määritellä niinkin, että kysymys ei ole avaruuden laajenemisesta vaan galaksien liikkeestä toisistaan poispäin? Tämäkään ei tietysti edellytä, että jotakin tiettyä galaksia (esimerkiksi omaamme) olisi jossakin mielessä pidettävä keskipisteenä; viittaahan suhteellisuusteoria jo nimellään siihen, että vain suhteellisella liikkeellä on merkitystä, ei absoluuttisella, ja katsottiinpa asiaa mistä galaksista käsin tahansa, kaikki muut (joitakin lähimpiä mahdollisesti lukuun ottamatta) etääntyvät siitä.
Ajatellaanpa vaikkapa, yksinkertaisuuden vuoksi, että galaksit tai niiden keskukset muodostaisivat ikään kuin ”kuutiollisen hilan”, ja niiden keskukset sijaitsisivat tietyllä hetkellä niissä pisteissä, joiden kaikki koordinaatit, käytettäessä jotakin tarpeeksi suurta pituusyksikköä, vaikkapa megaparsekia, ovat kokonaislukuja. Yksi niistä sijaitsisi siis origossa. Jonakin myöhempänä hetkenä ne kaikki sijaitsisivat pisteissä, joiden koordinaatit ovat tämä pituusyksikkö kerrottuna jokaisen galaksin osalta samalla vakiolla. Kyllä galaksien etäisyydet olisivat kaikkialla kasvaneet samassa suhteessa riippumatta siitä, mikä galaksi on valittu koordinaatiston origoksi.
Todellisuudessa ne eivät tietenkään ole näin säännöllisesti sijoittuneet vaan pikemminkin sattumanvaraisesti sinne tänne, mutta ei tämä asia käsittääkseni siitä oleellisesti muutu.
Kyllä ainakin joissakin lukemissani kirjoissa sanotaan, että kyseessä on Dopplerin ilmiö. Ja jos galaksit etääntyvät toisistaan, siitä seuraa Dopplerin mukainen punasiirtymä.
Onko väitteillä, että galaksit liikkuvat toisistaan poispäin tai että avaruus laajenee, lähinnä vain semanttinen ero? Ovatko ne vain kaksi vaihtoehtoista tapaa ilmaista sama asia? -
KLK:
Kyse ei oke semantiikasta. Ks. vastaus Pekka P:lle yllä.
Vastaa
Sattuman siemenet esillä
Pidin marraskuussa 2011 Suomalaisen Teologisen Kirjallisuusseuran symposiumissa esityksen ”Sattuman siemenet” nykykäsityksestämme maailmankaikkeudesta. Sen pohjalta kirjoittamani artikkeli on nyt ilmestynyt kirjassa ”Ihminen, uskonto ja luonnontieteet”. Muiden kirjoittajien otsikoina ovat mm. ”Galilei ja tieteellinen vallankumous”, ”Jättääkö tiede tilaa hengellisyydelle?” ja ”Yhdysvaltalaisen kristillisen oikeiston maailmankatsomus”. Oman tekstini viimeinen kappale on tämä:
”Kaikkien rakenteiden, kuten planeettojen tai ihmisten, yksityiskohdat ja koko olemassaolo on sattuman seurausta. Suurinta osaa maailmankaikkeuden aineesta ei pysty näkemään eikä koskemaan. Maailmankaikkeuden mittakaavat ovat niin pituuksien kuin aikojenkin suhteen inhimilliselle kokemukselle vieraita. Varhaisessa maailmankaikkeudessa kaikki tapahtuu äärimmäisen nopeasti ja erittäin pienillä etäisyyksillä, myöhempinä aikoina kosmologinen kehitys on niin hidasta ja tapahtuu niin suuressa mittakaavassa, että ihmiskunnan, saati yksittäisen ihmisen, elinaikana kaikki on oleellisesti paikallaan. Kosmologian paljastama kuva maailmankaikkeudesta on tyystin epäinhimillinen.”
10 kommenttia “Sattuman siemenet esillä”
-
Kannattaa kuitenkin muistaa että ensimmäisen lauseen tarina on vain eräs malli sille miten maailmankaikkeus mahdollisesti voisi olla rakentunut ja miten se saattaisi toimia. Emmehän mm. tiedä millaiset tapahtumat johtivat elämän ja ihmisen syntymiseen.
-
Miten määritellään sattuma?
Varsinkin tilanteessa, jossa mitään ei ole, sattumallekaan on vaikea nähdä sijaa. Tätähän pyritään kiertämään käsityksellä, että kaikki tapahtuu ja meidän havaintoavaruutemme on vain yksi äärettömästä määrästä vaihtoehtoja.
Jollain tavalla sitten pitäisi pystyä vielä perustelemaan, että ihan millainen fysiikka vain on sallittua. Itse olen päätynyt loogisesti siihen, että erillisyys ajaa määrätietoisesti johdonmukaiseen fysiikkaan, eikä muita kaikkeuksia ole tai niitä ei tarvitse huomioida.
Erillisyydessä on mahdollisuus takaisinkytkentään eli tietoisuuteen ja siten suunnitelmallisuuteen. Se mikä näyttäytyy sattumana voi olla tietoisen kaikkeuden kokeilua ja kujeilua. En näe tietä tuon mahdollisuuden eliminoimiseksi.
Toisaalta sama tapahtuma voi olla toiselle toimijalle määrätietoinen teko, toiselle satunnainen olosuhde.
-
Lentotaidoton sanoo:
Tietämättä yhtään mitä Syksy esitelmässään muuta sanoi, niin lyhyesti. Sanasta sattuma eivät kaikki pidä. Eivät vallankaan klassisen fysiikan läpitunkemat tai teismiä haikailevat. Sattumassa ei ole tarkoitusta. Kvanttifysiikassa on aitoa, sisäänrakennettua satunnaisuutta. Emme voi koskaan mitata kvanttitilaa mielivaltaisella tarkkuudella (Heisenbergin epämääräisyysperiaate), joten yksittäisen tapahtuman tulos tai korrelaatio ei ole ennustettavissa. Kuitenkin senkin satunnaisuus noudattaa tiettyjä säilymislakeja ja tilastollisuutta (ja aaltoyhtälön kehitys determinismiä).
”Epäinhimillinen” Syksyn tekstissä tarkoittanee juuri (antrooppisen periaatteen vastaista) tarkoituksettomuutta ja arkijärjen vastaisuutta.
-
Eusa:
Tässä yhteydessä sattuma viittaa kvanttimekaniikan epädeterminismiin, ks. http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/arjen_epatotuus
Mainittakoon, että kommenttiosio ei ole paikka omien teorioiden esittelemiseen.
Lentotaidoton:
Sattuman suhteen jokseenkin noin.
-
Kosmologian paljastamasta kuvasta tiivistelmäsi kertoo nykytietämyksestämme, maailmankaikkeudesta – jossa ”sattuma” edustaa tietämättömyytemme avaruutta…
Epäinhimillisyys voidaan myös tietämättömyytemme osa-alueena ohittaa ja muistaa olevamme osana maailmankaikkeudessa – sen vaikutuksen mukaisessa järjestelmässä, jossa inhimillisyys rakentuu… -
Sattuma on ihan hyvä matemaattinen käsite. Sen käyttäminen tunteellisten ja aatteellisten vertausten yhteydessä on jotain muuta kuin fysiikkaa. Et Syksy liene niin tarkoittanutkaan, mutta provoksikin vaikutelmaan jää ristiriitaisuutta.
Kvanttimekaniikan epädeterminismi on pätevyysalueellaan toimiva teorian matemaattinen olio, ei muuta. Epäinhimillisyyden mainitseminen tässä yhteydessä saa huvittavan latauksen. Ehkä se kuitenkin antaa kirjoitukselle inhmillistä jännitettä ja viihdykettä joten olkoonpa perusteltua. 🙂
Niin, ja toki lyhyt provosoiva blogikirjoitus onnistuessaan saa runsaan ja ulotteisen palautesaaliin, pointsit siitä. Tässä voinee ruotia fysiikan ja filosofian rajanvetoja, jota edellisessä yritin näkökulmastani avata, en teoretisoida…
-
Blogikirjoitus astuu metafyysikan syviin vesiin, ja tällöin ei voi välttää keskustelua tietoisuudesta ja sen laadusta. Yhden ääripään näkemyksen mukaan kaikki on vain sattumaa, ja tietoisuus on harhaa ja illuusioita. Toisen ääripään mukaan tietoisuus taas on fundamenttaalia, kaiken olevan alku ja juuri. Myös tiedepiireissä löytyy molemman koulukunnan kannattajia, ja kaikkea tältä väliltä. Tosin ensiksi mainittu vaikuttaisi olevan julkisessa keskustelussa tällä hetkellä vallalla oleva näkemys, ja sitä mukaan kyseenalaistamaton ”totuus” (jos olet tämän koulukunnan kannattaja, niin voit poistaa hipsut totuus sanan ympäriltä).
Rauhaa ja rakkautta 🙂
-
A. Karpalov sanoo:
Jotenkin tällaisia ”Monodilaisia manifesteja” lukiessaan on rivien välistä aistivinaan jonkinasteista ateismin propagointia. Toisaalta jumalan ei kait tarvitse olla mitenkään inhimillinen, joten sinänsä tämä ei vielä implikoi kummempia. (Vrt. Spinoza.)
Piristävä vastalääkkeenä Monodilaiselle sattuma-paatokselle, suosittelen Freeman Dysonin esseetä ”TIME WITHOUT END: PHYSICS AND BIOLOGY IN AN OPEN UNIVERSE”. Löytyy paitsi noilla hakusanoilla, myös osoitteesta:
http://www.aleph.se/Trans/Global/Omega/dyson.txt
(mikäli tätä linkkiä ei sensuroida). -
Lasse Reunanen:
Silloin kun puhutaan sattumasta asettaen se lainausmerkkeihin, seuraa aina tuo (olevinaan niin muodikas sanonta) ”tietämättömyytemme avaruus”. Eli haikaillaan kvanttifysiikan determinismiä (piilomuuttujia).
Inhimillisyys rakentuu toki tämän kosmoksemme fysiikan lakien mukaan, ei sitä kukaan kiistä. Aivoillaan ihminen voi kuvitella myös kaikkea muuta, ihan mitä vain. Esimerkiksi vahvaa antrooppista periaatetta. Luulen, että tätä käsitystä vastaan Syksy kirjoitti sanalla epäinhimillisyys. Epäinhimillinen ei tarkoita ihmisen tarkoittamaa epäeettistä.Ja Eusalle: silloin kun arkijärki ei taivu, otetaan matematiikka avuksi. On osoittautunut erittäin hyväksi (parhaimmaksi toistaiseksi) asioiden/kokeiden selittäjäksi. Toki Syksyn viimeisen sanan heitto oli provokatiivinen, mutta luulen, tarkoituksella.
-
Katsoin Karpalovin em. linkin, mutta vieraskielisenä yhtälökoosteena en yrittänytkään ymmärtää siitä…
Syksy Räsänen tiivisti; — ”äärimmäisen nopeasti ja erittäin pienillä etäisyyksillä, myöhempinä aikoina kosmologinen kehitys on niin hidasta ja tapahtuu niin suuressa mittakaavassa,” —
Em. tulkinta on hyvä omaksua vaikka ei yksityyiskohtia osaisikaan tarkemmin. Siitä kuitenkin ymmärtää miksi atomitason tutkimusta tarvitaan… Katson myöhemmin jos kirjaa saisi kirjastosta. En yritäkkään enempää asiaa ylitulkita, mutta kerron liitteeksi omakohtaista, joka saattaa olla yhteydessä 09.01. kommenttikirjoitukseeni muusta syystä:
Kävin pe 10.01. Salon kirjastossa ennen sulkemista noin 17:20-18:00, jolloin mm. katsoin kommenttini. Sillä aikaa oli kirjastopihalta varastettu lukittu Jupiter-polkupyöräni, jolla mm. olin kesällä Cygnus 2013 tapahtumassa. Aiemmin pyöriäni ei ole varastettu. Kävin tänään ilmoittamassa poliisille ja kirjastoon, mutta en tiedä taltioiko valvontakamera tapahtuneen. Poistuessani poliisilta – ohikävellen kaksi naista tarjosi nettiesitettä (ehkä uskonnollista). Halvan pyöräni ostohinta oli 179 euroa + noin 10 euroa muuta (saa nähdä löytyykö).
Vastaa
Näkökulman muutoksia
Seurasin Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen tähtitieteilijöiden kanssa torstaina 19.12. kun Gaia-satelliitti lähti Maapallolta kello 11.12 Suomen aikaa. Satelliittien laukaisussa on oma jännityksensä: jos hiukkaskiihdyttimen kanssa tulee paha ongelma, niin laitteen voi korjata kuntoon ja käynnistää uudelleen. (Näin kävikin LHC:lle vuonna 2008, kun yhdeksän päivää käynnistyksen jälkeen tapahtui vakava onnettomuus.) Mutta jos kantoraketti räjähtää tai satelliitin ohjaussuihkut eivät toimi, niin menetys on peruuttamaton. Gaian tapauksessa kaikki sujui suunnitelmien mukaisesti. Naapuriblogista voi lukea Gaia-tiimin johtaja Timo Prustin kokemuksista laukaisusta, ja Tiedetuubi kertoo aiheesta lisää.
Gaia on rakennettu tähtitieteen tarkoituksiin: se mittaa miljardi tähteä, eli noin prosentin kaikista Linnunradan tähdistä, sekä lukuisia asteroideja, Aurinkokunnan ulkopuolisia planeettoja ja muita lähitienoiden kappaleita. Gaialla on suuri merkitys tähtitieteelle, yksityiskohtia voi lukea Tähdet ja avaruus -lehden uusimmasta numerosta 7/2013.
Kosmologia kuitenkin tutkii maailmankaikkeutta kokonaisuutena, eikä lähiavaruuden kappaleiden paremmasta ymmärtämisestä yleensä ole siinä paljon hyötyä. Gaia on kuitenkin myös kosmologisesti mielenkiintoinen, koska se mittaa etäisten kohteiden parallaksia ennennäkemättömän tarkasti.
Parallaksi tarkoittaa sitä, että kohteiden sijainti näyttää erilaiselta, kun niitä tarkastellaan eri paikasta. ESAn sivuilla on asiasta havainnollinen selitys. Kun katsoo ojennetun käden pystyssä olevaa peukaloa ensin vasemmalla silmällä ja sitten oikealla, niin peukalo näyttää olevan eri kohdassa. Jos tietää silmien välisen etäisyyden, niin paikan muutoksesta voi laskea etäisyyden peukaloon: mitä isompi muutos, sitä pienempi etäisyys. Tarkkailemalla useiden näkyvissä olevien esineiden paikan muutosta pystyy selvittämään niiden kaikkien etäisyydet ja saa kolmiulotteisen kuvan ympäristöstä.
ESAn esimerkissä vasemmalla ja oikealla silmällä katsominen rinnastetaan mittausten tekemiseen Maapallolta sen ollessa Auringon vastakkaisilla puolilla. Tämä matka on 300 miljoonaa kilometriä, eli kosmologisesti katsottuna mitättömän pieni, noin sadasmiljardisosa etäisyydestä lähimpään galaksiin. Jos lähin galaksi olisi kymmenen metrin päässä, vastaava etäisyys olisi atomin levyinen. Gaia on niin tarkkanäköinen, että se pystyy erottamaan tätä vastaavan paikan muutoksen, mutta vain juuri ja juuri. (Voi itse asiassa olla, että tämä muutos on hieman liian pieni Gaialle.) Kosmologisiin etäisyyksiin on siis vaikea päästä. Kaksi seikkaa kuitenkin auttaa: Linnunradan liike muiden galaksien suhteen ja kaukana olevien kohteiden suuri määrä.
Ensinnäkin, Maapallo liikkuu Linnunradan mukana suhteessa kaukaisiin galakseihin 369 kilometriä sekunnissa. Tämä on mitattu nopeutemme suhteessa kosmiseen mikroaaltotaustaan. Koska galaksit ovat syntyneet kosmisessa mikroaaltotaustassa näkyvistä epätasaisuuksista, ne ovat keskimäärin levossa kosmisen mikroaaltotaustan kanssa, joten tämä on myös nopeutemme galaksien suhteen. Maapallo siis liikkuu kaukaisiin galakseihin nähden 12 miljardia kilometriä vuodessa, eli 78 kertaa Auringon ja Maapallon välin.
Toisekseen, Gaian odotetaan mittaavan puoli miljoonaa kvasaaria ja kolme miljoonaa galaksia kosmologisilla etäisyyksillä. Vaikka yhden kohteen parallaksi olisi pieni, niin kun tarkastellaan suurta määrää kohteita joiden paikka muuttuu samalla tavalla, saadaan kuva niiden yhteisestä paikan muutoksesta. (Gaia mittaa myös kohteiden punasiirtymän, joten tiedetään, mitkä kohteet ovat yhtä kaukana – kirjoitan punasiirtymästä joskus toiste!)
Näiden kahden asian takia Gaia saattaa pystyä mittaamaan parallakseja kohteista jotka ovat miljardien valovuosien päässä. Tämä on Gaian kykyjen äärirajoilla. Gaian kaavaillaan tekevän mittauksia viisi vuotta, ja kosmologinen data julkistetaan kokonaisuudessaan kolme vuotta mittausten loppumisen jälkeen, eli voi olla että vasta vuonna 2022 selviää, miten hyvin Gaia kosmologisissa mittauksissa onnistuu.
Mitä kosmisen parallaksin mittaamisella sitten saavutetaan? Kosmologisia etäisyysmittauksia on tehty 1920-luvulta asti, ja nykyään niitä on jo suoritettu tarkemmin kuin mihin Gaia kykenee. Juuri etäisyyksien tarkka selvittäminen vei vuonna 1998 siihen johtopäätökseen, että maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy, mistä myönnettiin vuonna 2011 Nobelin palkinto. Nuo mittaukset kuitenkin perustuivat supernovien kirkkauteen: mitä himmeämpi kohde, sitä kauempana se on. Arkiskaalassa on aivan sama, mittaako kohteen etäisyyden kirkkaudesta, parallaksista tai vaikka näennäisestä koosta. Kosmologiassa tilanne on toinen.
Avaruus kehittyy merkittävästi valon matkatessa miljardeja vuosia, ja tämä vaikuttaa eri tavalla kirkkauteen ja parallaksiin. Niinpä vertaamalla kirkkautta ja parallaksia saadaan uusi näkökulma siihen, miten maailmankaikkeus kehittyy ja mikä saattaa olla kiihtyvän laajenemisen syynä. Pääasiallisen tutkimuskohteeni, rakenteiden vaikutuksen maailmankaikkeuden laajenemiseen, kannalta tämä on kiinnostavaa. Niinpä tutkailin parallaksia tämän vuoden viimeisessä tieteellisessä artikkelissani, joka tuli julki sopivasti Gaian taivaalle nousemisen jälkeisenä yönä. Tähän on hyvä päättää vuosi.
4 kommenttia “Näkökulman muutoksia”
-
Eusa sanoo:
Riittääköhän tarkkuus siihen, että saataisiin havainnoitua luotettavia arvoja selvittääksemme avaruusajan optisen koordinaatiston laajempaa kaarevuutta galaksien välisessä avaruudessa? Seuraako kaarevuus täsmälleen massan + pimeän massan aiheuttamaa, vai voisiko löytyä kosmologista muotoa, ympyrän piirin ja halkaisijan suhde poiketen piistä suhteessa pelkkään mittaetäisyyteen? Onko Gaian mittausohjelmassa sellaista, että tuosta voisi saada nykyistä tarkempia havaintoja suhteellisten ristiriitojen kartoittamiseksi ja kaikkeuden mahdollisen peruskaarevuuden selvittämiseksi?
Neutriinosäteilylähteiden osalta vastaava tutkimus olisi todella antoisa, mutta siihen kelpaavaa mittaustekniikka joutunemme odottelemaan…
-
Eusa:
En ymmärrä kysymystä.
-
Lyhyesti: kysymys on kaikkeuden muodosta.
Perustellusti voidaan ajatella, että ääretön kaikkeus on euklidisen laakea tai mallinnettavissa ääretön-ulotteisena Hilbertin avaruutena, jossa havainto volyymista laakenee sisäkkäiseen ekvaattorisarjaan.
Rajallinen, mutta reunaton kaikkeus puolestaan kaartuu itseensä. Koska ulkopuolta ei ole, sisäinen dualismi johtaa vääjäämättä siihen, että kaikkeus on sekä itsensä sisä- että ulkopinta. Havaitsijalle näkyy kuitenkin rajallisuus vääjäämättä laajana peruskaarevuutena.
Jos havaitttavalla kaikkeudella voidaan osoittaa olevan esim. itseensä sulkeutuvat pallomainen johdonmukainen kaarevuus, voidaan sulkea pois vuorovaikutuksien kannalta muu mahdollinen laajempi kosmos tai vaihtoehtoisesti varmistua, että horisonttien takaista olevaista on oltava…
Tuli mieleen ajatus, että Gaian parallaksimittauksilla voisi saada, paitsi linnunradan, myös galaksiryhmän todellisista suhteellisista etäisyyksistä tarkkaa tietoa ja sovittaa sitä olettamatta laakeaa euklista koordinaatistoa ja katsoa mitä saadaan…
-
Eusa:
Tekstisi sekoittaa toisiinsa liittymättömiä asioita epämielekkäällä tavalla. Tämä riittäköön tästä.
Hesarin kolumnia vastaavassa blogikirjoituksessasi sanoit, ettemme tiedä onko avaruus äärellinen vai ääretön. Eräs kommentoija kysyikin sitten, että miten äärettömyys laajenee?
Itse kysyisin vielä tarkemmin: kun kerran maailmankaikkeus oli alkuhetkillään hyvin pieni, atomia pienempi, niin eikö se silloin ollut myös äärellisen kokoinen?
Kuinka siis äärellisestä voi tulla 13,8 miljardissa vuodessa ääretön? Siihen ei taida löytyä teoriaa, josta sen voisi laskea? Vai löytyykö? Eikö inflaation jälkeenkin avaruus ollut vielä äärellisen kokoinen?
Vai onko ajateltava peräti niin, että se pikkuriikkinenkin alkumaailmankaikkeus oli jo luonteeltaan ehkä ääretön – koska mitään muutahan ei ollut olemassa?
Tapsa:
Ks. vastaus kysymykseen tämän merkinnän kommenteissa:
https://www.ursa.fi/blogit/kosmokseen-kirjoitettua/index.php/ensimmaisen-sekunnin-perukoilta
Äärettömyyteen liittyen: Äärettömiä joukkoja on äärettömän monen kokoisia, kuten Georg Cantor osoitti.
Luultavasti en vain ymmärrä asiaa, mutta en löytänyt sitä vastausta. Yritän siis uudelleen:
1) oliko maailmankaikkeus vähän ennen inflaatiota äärellinen?
2) oliko maailmankaikkeus heti inflaation jälkeen äärellinen?
Jos vastaus molempiin (tai ainakin toiseen) on myönteinen, niin
3) millä tavalla se nyt olisi kasvanut äärettömäksi?
(Vastaus voi löytyä ehkä siitäkin, että tähtitieteilijä ja tavis ymmärtävät käsitteet äärellinen ja ääretön eri tavalla? Vähän kuin tyhjyyden, joka teillä on kuulemma vipinää täynnä?)
Tapsa:
Kirjoitin linkkaamani merkinnän kommenteissa:
”Kuten mainittua, ei tiedetä onko koko maailmankaikkeus äärellinen vai ääretön. Mutta jos inflaatio pitää paikkansa, niin tällä hetkellä näkemämme osa maailmankaikkeutta on ollut atomia pienempi inflaation alkaessa.”
Tuo minua askarruttikin.
Maallikko kun päättelee sitaattisi perusteella näin: Jos inflaatio pitää paikkansa, maailmankaikkeus on äärellinen!
Rohkenen näet olettaa, ettei äärellinen muutu äärettömäksi nykyfysiikan lakeja noudattaen muuta kuin äärettömässä ajassa? Nyt aikaa on kulunut vasta äärellinen määrä.
(Kiitos muuten kärsivällisyydestäsi, sillä en kysele näitä kompamielessä, vaan maailmankaikkeuden äärellisyys/äärettömyys on askarruttanut minua lapsesta asti.)