Arkisto

Vaniljan tuolla puolen

26.1.2015 klo 22.10, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Olin toissaviikolla Beyond ΛCDM -konferenssissa Oslossa. Menneinä aikoina konferensseissa esiteltiin tuoreita tuloksia. Nykyään tutkimuksen hedelmät nautitaan nettiarkisto arXivista heti niiden valmistuttua, ja konferensseissa laitetaan ennemmin tunnettuja asioita järjestykseen ja vaihdetaan näkökulmia kuin julkistetaan mitään uutta.

Oslon tapaaminen keskittyi säröjen etsimiseen kosmologian vakiintuneesta mallista, joka tunnetaan kirjainyhdistelmällä ΛCDM. Ensimmäinen kirjain viittaa tyhjön energiaan, jota yleensä merkitään symbolilla Λ, ja loppuosan CDM on lyhenne sanoista cold dark matter, kylmä pimeä aine. Mallissa on muitakin osia, ja sen voi tiivistää seuraavasti.

Varhaisina aikoina maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyi jonkun kentän energian takia. Tämä kosminen inflaatio teki näkemästämme maailmankaikkeuden osasta ison ja melkein tasaisen. Inflaation aikana kvanttivärähtelyistä syntyi galaksien ja muun rakenteen siemenet ja gravitaatioaaltoja. Inflaation loputtua siitä vastuussa ollut kenttä hajosi hiukkasfysiikan Standardimallin hiukkasiksi (joista mekin rakennumme) ja pimeäksi aineeksi, joka koostuu toistaiseksi tuntemattomista raskaista hiukkasista. Maailmankaikkeuden ollessa noin kahdeksan miljardin vuoden ikäinen sen laajeneminen alkoi jälleen kiihtyä tyhjön energian ajamana. Kaikkina aikoina maailmankaikkeuden laajeneminen ja rakenteiden kehitys on yleisen suhteellisuusteorian mukaista.

Mallissa on kolme palaa, joista ollaan vielä kohtuullisen epävarmoja: inflaatio, pimeä aine ja tyhjön energia. Nimessä ΛCDM esiintyy näistä vain kaksi, joten mallin muut nimet saattavat olla osuvampia. Niitä ovat ”standardimalli” (se on yleisesti hyväksytty), ”sopumalli” (se sopii lähes kaikkiin havaintoihin) ja ”vaniljamalli” (se on oletusvalinta kosmologisten mallien joukossa).

Nimi ”standardimalli” voi olla hieman harhaanjohtava, koska sen voi käsittää niin, että malli olisi teoreettisesti yhtä perusteltu kuin hiukkasfysiikan Standardimalli, mikä lieneekin ollut yksi syy nimen valintaan. Mallit ovat kuitenkin luonteeltaan hyvin erilaisia.

Hiukkasfysiikan Standardimalli on kvanttikenttäteorian tarkalle pohjalle rakennettu teoria, jossa on noudatettu Murray Gell-Mannin totalitaristista periaatetta ”kaikki mikä ei ole kiellettyä on pakollista”. Tämä tarkoittaa sitä, että ensin päätetään säännöt ja rakennetaan sitten niiden puitteissa yleisin mahdollinen teoria.

Kosmologian ”standardimalli” on sen sijaan yksinkertaisin mahdollinen rakennelma, joka selittää havainnot, eikä sen yksinkertaisuus seuraa mistään periaatteista. Esimerkiksi ei tiedetä, miksi pimeän aineen hiukkasia olisi vain yksi (tai neljä jos neutriinot lasketaan). Malli ei myöskään ota kantaa siihen, miten inflaatio tarkalleen on tapahtunut tai mikä on se teoreettinen rakennelma, jonka palasia sekä pimeä aine että inflaatio ovat. Yleisesti pidetään myös suurena ongelmana sitä, että vaniljamalli ei selitä tyhjön energian arvoa, mutta hiukkasfysiikassa ei tilanne ole sen parempi siinä mielessä, että Standardimalli ei pysty ennustamaan alkeishiukkasten massojen arvoja.

Voi sanoa, että vaniljamalli kuvaa pimeää ainetta ja inflaatiota yleisluontoisesti, ja odottaa teoriaa, joka kertoisi mistä niissä on tarkalleen kysymys. (Ja voi olla, että myöhäisten aikojen kiihtyvästä laajenemisestakin on vastuussa jokin muu kuin tyhjön energia.) Tällaisia teorioita on satoja, joten on tarkempaa sanoa, että kosmologit odottavat havaintoja, jotka kertoisivat mikä näistä teorioista on oikein – tai että vaniljamalli on jossain suhteessa virheellinen, ei vain epätarkka.

Oslon konferenssissa pureuduttiin tarkkaan sekä vaniljamallin teoreettisiin laajennuksiin ja vaihtoehtoihin (inflaatiolle, pimeälle aineelle ja tyhjön energialle) että havaintoihin. Esille tuotiin useita havaintoja, jotka näyttävät hieman poikkeavan vaniljamallin ennusteista. Oli teoria mikä hyvänsä, lähes aina löytyy jotain ongelmalliselta näyttäviä havaintoja ihan vain siksi, että osa havainnoista, tai niiden tulkinnasta, on väärin. Osa löydetyistä poikkeamista saattaa vihjata vaniljan tuonpuoleisesta fysiikasta, mutta varmuutta ei ole.

Myöskään mikään vaihtoehtoisista teorioista ei ole vakuuttanut suurta osaa kosmologien yhteisöstä. Tämä ei tietenkään tarkoita sitä, etteikö jokin niistä voisi olla oikein, mutta ainakin toistaiseksi ne ovat joko liian kehittymättömiä tai ennusteiltaan liian lähellä vaniljamallia, että ne olisivat osoittautuneet paremmiksi.

Kun BICEP2:n väitetty gravitaatioaaltolöytökin on hiipunut, niin jotkut pelkäävät, että kosmologialla olisi kukoistuksen jälkeen edessään samanlainen kuiva kausi kuin hiukkasfysiikalla. Kosmologien onneksi uusia ja uudenlaisia havaintoja tulee kuitenkin koko ajan lisää, jokusen vuoden kuluttua myös Euroopan avaruusjärjestö ESAn Euclid-satelliitilta. Kosmologit ovat ennemmin nälkäisiä löytöjen puutteessa kuin tyytyväisiä laakereillaan.

7 kommenttia “Vaniljan tuolla puolen”

Lentotaidoton sanoo:

27.1.2015 22:06

Varmasti tuossa konferenssissa käsiteltiin myös tapausta BICEP2, ainakin käytävillä. Onko mitään uutta kerrottavaa? Uuttahan on lupailtu tähän vuoden alkuun (kohta helmikuu).

Vastaa
Syksy Räsänen sanoo:

27.1.2015 22:16

Lentotaidoton:

Keskusteltiin toki. Planck-tiimin puhemies George Efstathiou piti Planckin tuloksista puheenkin. Hän viittasi epäsuorasti BICEP2:n tuloksiin sanomalla, että BICEP2:n ja Planckin yhdistetty data-analyysi ei ole vielä julkinen, mutta että luvassa ei ole yllätyksiä, ja että jokainen voi vetää tästä tästä lausunnosta omat johtopäätöksensä.

Yleisesti pidetään luultavana, että yhdistetty analyysi osoittaa, että BICEP2:n havaitsema polarisaatiokuvio aiheutui galaksin pölystä tulevista mikroaalloista, ei gravitaatioaaltojen vaikutuksesta kosmiseen mikroaaltotaustaan.

Vastaa
Jyri T. sanoo:

29.1.2015 21:38

Mikä on konsensus tällä hetkellä ns. dark flow’n suhteen? Olisiko siinä sopiva aihe blogikirjoitukseksi?

Vastaa
Syksy Räsänen sanoo:

30.1.2015 13:37

Jyri T.:

Kyseinen ilmiö (eli galaksien koherentti liike yhteen suuntaan miljardien valovuosien mittakaavassa) ei koskaan ole ollut vakaalla pohjalla. Uudet havainnot, mukaan lukien Planckin havainnot, eivät ole tukeneet sen olemassaoloa. Se ei ole siinä määrin merkittävä, että kirjoittaisin siitä blogissa.

Vastaa
M Hiltunen sanoo:

2.2.2015 21:02

Ehkä hieman aiheen sivusta, koskien painovoima-aaltoja yleensä, ei vain inflaation aikaansaamia: Arviot siitä koska ensimmäiset suorat havainnot gravitaatioaalloista saadaan ovat siirtyneet eteenpäin samalla kun tarkempia ilmaisimia on rakennettu (ainakin asiaa vain sivusta seuranneen näkövinkkelistä). Jostain syystä en ole kuullut spekuloitavan mitä tarkoittaisi jos aaltoja ei lainkaan löytyisi. Mitä jos äärimmäisen tarkoista mittauksista huolimatta signaalia ei havaita, ja painovoima-aaltojen olemassaolo joudutaan kyseenalaistamaan?

Vastaa
Syksy Räsänen sanoo:

2.2.2015 21:19

M Hiltunen:

Kyse on luultavasti siitä, että lähellä olevien gravitaatioaaltoja tuottavien systeemin lukumäärä on arvioitua pienempi. Jos kymmenen vuoden kuluttuakaan lähiseuduilla syntyneitä aaltoja ei nähdä, pitänee merkittävästi uudelleenarvioida käsityksiä järjestelmistä, joissa on mustia aukkoja ja neutronitähtiä (erityisesti niiden lukumääristä).

Vastaa
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Gravitaation elämä

Vastaa Peruuta vastaus

Sata vuotta kaunista totuutta

13.1.2015 klo 20.44, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Kirjoitan Helsingin Sanomien eilen julkaistussa kolumnissa seuraavasti:

”Tänä vuonna tulee kuluneeksi sata vuotta siitä, kun Albert Einstein löysi yleisen suhteellisuusteorian. Einsteinin tavoitteena oli ymmärtää gravitaatiota, mutta hänen löytönsä mullisti käsityksemme ajasta, avaruudesta ja historiasta.”

(Kolumnin nimi on julkaisun jälkeen muutettu muotoon ”Einsteinin yleiselle suhteellisuusteorialle on löydetty vain yksi käytännön sovellus”.)

Olen aiemmin kirjoittanut yleisestä suhteellisuusteoriasta ja sen kehittämisestä Tieteessä tapahtuu –lehdessä.

Yksi kommentti “Sata vuotta kaunista totuutta”

Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Vaniljan tuolla puolen

Vastaa Peruuta vastaus

Tieteilijöiden vapaus, valta ja vastuu

10.1.2015 klo 19.31, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Olin torstaina 8.1. Tieteen päivillä paneelissa ”Tiede, tutkimus ja ihmisoikeudet”. Muina osanottajina olivat Risto Saarinen, Terttu Utriainen ja Reetta Toivanen kanssa, ja puheenjohtaja oli Tiedeakatemiain neuvottelukunnan ihmisoikeuskomitean puheenjohtaja Jukka Kekkonen. Avauspuheenvuoroni oli suunnilleen seuraava (olen lisännyt tähän jokusen sanan avauspuheenvuorojen jälkeisestä keskustelusta).

Meillä kaikilla on ihmiskunnan jäseninä vastuu kanssaihmisistämme. Meillä on erilaisia rooleja, ja vastuumme niiden piirissä on erilainen: olemme ihmisiä, perheenjäseniä, kansalaisia, kuluttajia, ammatinharjoittajia. Meillä on sitä enemmän vastuuta, mitä enemmän meillä on valtaa ja vapautta.

Valta tarkoittaa sitä, kuinka paljon toimillamme on vaikutusta ja vapaus sitä, kuinka paljon meillä on mahdollisuus toimia. Tämän takia meillä on enemmän vastuuta asioista, joihin voimme vaikuttaa enemmän. Yleensä tämä tarkoittaa asioita, jotka tapahtuvat lähempänä meitä, maantieteellisesti tai poliittisesti. Kaukaisista asioista meillä on vastuuta vain silloin kun olemme niihin osallisina tai voimme muuttaa niitä, mikä on nykyään aika usein.

Akateemisessa työssä olevilla tieteilijöillä on erityistä valtaa sikäli, että heidän on helpompi saada äänensä kuuluviin ja määritellä keskustelua kuin monien muiden alojen edustajien. Professorin on helpompi tulla kuulluksi kuin siivoojan, tutkimusalasta riippumatta.

Toisaalta yliopistolaisilla on poikkeuksellisen laaja vapaus päättää ajankäytöstään. Tämä liittyy ihanteeseen yliopistosta sivistyksen ja kulttuurin vaalijana, paperintuotantolaitoksen sijaan.

Koska akateemikoilla on työnsä puolesta vapautta ja yhteiskunnan puolesta valtaa, heillä on erityinen vastuu toimia sekä ihmisenä ja kansalaisena että tieteilijän roolissaan.

Mitä ammatilliseen vastuuseen tulee, tieteeseen liittyy poliittisia tekijöitä, ja sen takia ihmisoikeuskysymyksiä, joskus enemmän ja joskus vähemmän. Luonnontieteiden kohdalla tulee kenties ensimmäisenä mieleen tutkimustulosten sovellukset, mutta myös rahoitukseen ja erilaisten ideologioiden muotoilemiseen ja levittämiseen liittyy politiikkaa.

Se, että tieteilijät suhtautuisivat tieteelliseen toimintaan kuin se olisi epäpoliittista tarkoittaa sitä, että he antaisivat muiden määrittää tieteen poliittisen kehyksen ja tehdä poliittiset päätökset. Itse asiassa ani harva edes todella on sitä mieltä, että tieteilijöiden ei pitäisi tehdä tieteeseen liittyviä poliittisia valintoja. Jos fysiikan laitos aloittaisi ydinasetutkimusohjelman pohjoiskorealaisen tutkimuslaitoksen kanssa, tuskin kovinkaan moni tuomitsisi sitä, että tutkijat kieltäytyisivät osallistumasta. Mutta yleensä yleisesti hyväksytyn politiikan tukemista pidetään epäpoliittisena ja sen kyseenalaistamista poliittisena.

Keskustelun taustaksi annetussa muistiossa nostettiin esille kysymys siitä, miten akateemisiin boikotteihin pitäisi suhtautua. Yleispätevää vastausta ei ole, vaan pitää ottaa huomioon tilanteen yksityiskohdat ja toiminnan vaikutukset. Boikotteja ei tule vieroksua siksi, että ne politisoisivat tiedettä, koska se on jo poliittista, mutta niiden oikeutusta ja vaikutusta on syytä harkita tarkkaan.

Esimerkiksi Etelä-Afrikassa akateeminen boikotti edesauttoi apartheidin loppumista, ja sillä voi olla merkitystä myös Israelin apartheidin tapauksessa. Molemmissa maissa laaja boikotti on mielekäs siksi, että järjestelmä on etuoikeutetulle etniselle ryhmälle varsin demokraattinen, ja väestön mielipiteellä on suuri merkitys päättäjien toiminnassa. Tilanteissa, joissa valta on keskitetympää ja epäoikeudenmukainen hallinto ei jatku väestön laajan tuen takia kohdennetumpi boikotti voi olla tehokkaampi.

Mitä tulee tieteilijöiden rooliin ihmisinä ja kansalaisina, niin kun saa äänensä kuuluviin, on velvollisuus käyttää sitä. Yhteiskunnalliseen keskusteluun osallistuu ihmisiä eri aloilta, eikä tieteilijöiden pitäisi jättäytyä pois. Taustamuistiossa otettiin esille kysymys asiantuntijuudesta: onko harhaanjohtavaa puhua julkisuudessa asioista, joka ovat oman tutkimusalueen ulkopuolella?

Valtavirtatiedotusvälineissä, joissa on portinvartijat, on tosiaan asiantuntijuuden ongelma, joka liittyy siihen, keitä päästetään ääneen, miten heidät kehystetään ja kuka määritetään asiantuntijaksi. Yksi osa tätä on se, että toimittajia pidetään kaikkien alojen asiantuntijoina. Nykyään on tosin myös demokraattisempia tiedotusvälineitä, kuten blogeja, jotka lieventävät ongelmaa.

Tilanne ei kuitenkaan parane sillä, että tieteilijät kieltäytyisivät käyttämästä ääntään. En myöskään pidä suurena ongelmana sitä, että lukijat liioittelisivat tieteilijöiden arvovaltaa. Kun Esko Valtaoja kirjoittaa tasa-arvoisen avioliittolain puolesta, tuskin kukaan kuvittelee, että hänen näkemyksensä pohjautuu tähtitieteen uusimpiin tutkimustuloksiin. Sellaisten alojen kohdalla, jotka ovat lähellä yhteiskunnallisia asioita, kuten lain, asian kanssa voi olla syytä olla tarkempi.

Tieteilijöiden näkemyksiä kenties arvostetaan myös siksi, että heidän ammattiinsa kuuluu asioiden tarkastelu huolella, kriittisesti ja analyyttisesti. On suotavaa, että tätä taitoa sovelletaan myös omien toimien poliittisen puolen ja ihmisoikeusvaikutusten arvioimiseen.

Yksi kommentti “Tieteilijöiden vapaus, valta ja vastuu”

Jernau Gurgeh sanoo:

11.1.2015 17:32

Tämä on erittäin hienoa, että jaksat ottaa laajasti kantaa yhteiskunnallisiin asioihin ja toimia aktiivisesti paremman huomisen puolesta. Arvostan suuresti.

Vastaa