Arkisto
- toukokuu 2023
- huhtikuu 2023
- maaliskuu 2023
- helmikuu 2023
- tammikuu 2023
- joulukuu 2022
- marraskuu 2022
- lokakuu 2022
- syyskuu 2022
- elokuu 2022
- kesäkuu 2022
- toukokuu 2022
- huhtikuu 2022
- maaliskuu 2022
- helmikuu 2022
- tammikuu 2022
- joulukuu 2021
- marraskuu 2021
- lokakuu 2021
- syyskuu 2021
- elokuu 2021
- kesäkuu 2021
- toukokuu 2021
- huhtikuu 2021
- maaliskuu 2021
- helmikuu 2021
- tammikuu 2021
- joulukuu 2020
- marraskuu 2020
- lokakuu 2020
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
- maaliskuu 2020
- helmikuu 2020
- tammikuu 2020
- joulukuu 2019
- marraskuu 2019
- lokakuu 2019
- syyskuu 2019
- elokuu 2019
- heinäkuu 2019
- kesäkuu 2019
- toukokuu 2019
- huhtikuu 2019
- maaliskuu 2019
- helmikuu 2019
- tammikuu 2019
- joulukuu 2018
- marraskuu 2018
- lokakuu 2018
- syyskuu 2018
- elokuu 2018
- kesäkuu 2018
- toukokuu 2018
- huhtikuu 2018
- maaliskuu 2018
- helmikuu 2018
- tammikuu 2018
- joulukuu 2017
- marraskuu 2017
- lokakuu 2017
- syyskuu 2017
- kesäkuu 2017
- toukokuu 2017
- huhtikuu 2017
- maaliskuu 2017
- helmikuu 2017
- tammikuu 2017
- joulukuu 2016
- marraskuu 2016
- lokakuu 2016
- syyskuu 2016
- elokuu 2016
- kesäkuu 2016
- toukokuu 2016
- huhtikuu 2016
- maaliskuu 2016
- helmikuu 2016
- tammikuu 2016
- joulukuu 2015
- marraskuu 2015
- lokakuu 2015
- syyskuu 2015
- elokuu 2015
- kesäkuu 2015
- toukokuu 2015
- huhtikuu 2015
- maaliskuu 2015
- helmikuu 2015
- tammikuu 2015
- joulukuu 2014
- marraskuu 2014
- lokakuu 2014
- syyskuu 2014
- elokuu 2014
- kesäkuu 2014
- toukokuu 2014
- huhtikuu 2014
- maaliskuu 2014
- helmikuu 2014
- tammikuu 2014
- joulukuu 2013
- marraskuu 2013
- lokakuu 2013
- syyskuu 2013
Nynnyjen hautajaiset
Pimeä aine on erittäin onnistunut idea. 1930-luvulla esitetty ajatus siitä, että huomattavaa osaa maailmankaikkeuden aineesta ei pystytä silmin taikka teleskoopein suoraan havaitsemaan on hioutunut vuosikymmenten ajan tarkemmaksi. Nykyään tiedetään, että havaintojen selittämiseksi pimeän aineen pitää koostua toistaiseksi tuntemattomista hiukkasista, sitä pitää olla noin neljä-viisi kertaa niin paljon kuin tavallista ainetta ja sen liikkeiden pitää olla hyvin verkkaisia (eli pimeän aineen pitää olla kylmää).
Tämä yksinkertainen selitys näkymättömästä aineesta on tehnyt useita oikeaan osuneita ennustuksia. Merkittävimpien joukossa on kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuuksien yksityiskohdat, galaksien rakenne, jakauma ja liikkeet sekä gravitaatiolinssikuvioiden koot ja muodot. Valtaosa kosmologeista pitää pimeän aineen olemassaoloa jokseenkin varmana, mutta koska pimeästä aineesta on toistaiseksi todisteita vain sen gravitaation kautta, niin mielessä voi silti kyteä epäilys: entä jos onkin kyse siitä, että yleinen suhteellisuusteoria ei päde? Yrityksistä huolimatta kukaan ei tosin ole osannut esittää sellaista vaihtoehtoista gravitaatiolakia, joka sopisi havaintoihin, mutta tämä ei todista sitä, etteikö sellaista ole.
Jos pimeän aineen hiukkaset havaittaisiin suoraan, niin järkevälle epäilylle ei olisi enää sijaa. On satoja ehdotuksia siitä, millaisia pimeän aineen hiukkaset ovat, ja niiden havaitsemiseen tarvitaan aivan erilaisia kokeita. Varmaankin suosituin ehdotus on se, että pimeän aineen hiukkaset ovat raskaita ja vuorovaikuttavat W–bosonin ja Z-bosonin välittämän heikon vuorovaikutuksen kautta. Tällaisia hiukkasia kutsutaan nimellä Weakly Interacting Massive Particle eli WIMP, suomeksi siis nynny. (Aku Ankan kääntäjä epäilyttä keksisi oivan suomenkielisen sanarimpsun, josta tuon voisi lyhentää.) Nimi oli humoristinen vastapari 1970-80-luvun toiselle suositulle pimeän aineen ehdokkaalle nimeltä MAssive Compact Halo Object eli MACHO. MACHOt ovat tavallisesta aineesta koostuvia planeettojen tai tähtien kaltaisia isoja kappaleita, jotka ovat niin himmeitä, että niitä olisi vaikea huomata. Kamppailu päätyi nynnyjen voittoon: nykyään tiedetään, että pimeä aine ei ole machoja.
WIMP-selitys sopi hyvin 70- ja 80-lukujen hiukkasfysiikan maisemaan. Hiukkasfysiikan Standardimalli oli saatu monelta osin varmennettua, ja heikko vuorovaikutus on sen oleellinen osa. Odotettiin, että heikkoon vuorovaikutukseen liittyvän energiaskaalan tienoilta, tai vähän korkeammalta, löytyisi uudenlaista fysiikkaa. Heikkoon vuorovaikutukseen pohjaavat laskut siitä, paljonko WIMP-hiukkasia nykymaailmankaikkeudessa olisi täsmäsivät hyvin siihen, mitä havaintojen selittämiseen tarvitaan. Tätä yllättävää menestystä pidettiin niin vakuuttavana, että sille annettiin nimi WIMP miracle, nynnyjen ihme.
WIMPeistä on nähty vuosien varrella erilaisia vihjeitä (joidenkin niistä pohjalta on lähetetty erittäin harhaanjohtavia lehdistötiedotteita), mutta ne ovat osoittautuneet vesiperäksi. Erikoinen poikkeus on DAMA/LIBRA-niminen koeryhmä, joka on vuosia sitten väittänyt löytäneensä pimeän aineen, mutta muut tutkijat eivät ole pystyneet toistamaan sen tuloksia. Kaikkiaan WIMPpien hohto on kuitenkin hiipunut vuosien varrella.
WIMP-selityksen mukaan olisi odottanut, että kiihdyttimien törmäyksissä syntyy pimeän aineen hiukkasia, jotka voidaan havaita. CERNin LHC-kiihdytin, sen enempää kuin edeltäjänsä, ei kuitenkaan ole löytänyt merkkejä mistään Standardimallin tuonpuoleisesta.
WIMPpejä on etsitty myös suoremmin. Jos pimeää ainetta on olemassa, niin sitä kulkee koko ajan Maapallon ja kaiken siinä olevan läpi. Siispä tarvitsee vain laittaa koepala tavallista ainetta tarkkaan valvontaan ja odottaa, koska joku sen läpi viipottavista pimeän aineen hiukkasista törmää sen atomiytimiin. Tällaisia kokeita on tehty useita, tällä hetkellä herkin on kiinalainen PandaX-II, joka julkisti uusimmat tuloksensa viime viikolla. Ne ovat samanlaisia kuin kaikki aiemmatkin: mitään ei ole havaittu. Raja sille, miten heikosti WIMPpien pitää vuorovaikuttaa aineen kanssa, että niitä ei olisi jäänyt haaviin tiukentuu kerta kerralta.
Mielestäni on kyseenalaista, voiko enää ollenkaan puhua heikosti vuorovaikuttavista hiukkasista, ainakaan jos sanan heikko on tarkoitus viitata Standardimallin heikkoon vuorovaikutukseen (mihin nynnyjen ihme perustuu). PANDAX-II:sen ja muiden kokeiden mukaan pimeän aineen vuorovaikutuksen protonien ja neutronien kanssa pitää olla miljoona kertaa pienempi kuin mitä heikko vuorovaikutus ennustaa. On kehitetty erilaisia malleja, joissa vuorovaikutus on heikkoakin heikompi, ja tulevat kokeet ovat yhä herkempiä, mutta tulokset ovat myös saaneet tutkijat kääntymään yhä enemmän aivan muidenlaisten pimeän aineen ehdokkaiden pariin. Jos ihmeellinen aarrekartta vihjaa arkun olevan metrin syvyydessä, mutta tuhannen kilometrin syvyyteen kaivettua ei löydy mitään, voi olla syytä epäillä oliko kartantekijä oikeilla jäljillä.
Yksi mahdollisuus on Feebly Interacting Massive Particle eli FIMP, suomeksi siis heiveröisesti vuorovaikuttava raskas hiukkanen. Kyseisessä ideassa tehdään pimeän aineen vuorovaikutuksista niin heiveröisiä, että niiden käyttäytymisestä tulee laadullisesti aivan erilaista kuin WIMPpien. (Lisää aiheesta voi lukea Tommi Tenkasen tutkimusta käsittelevästä artikkelista Tähdet ja Avaruus –lehden numerosta 3/2017.) Myös aksionit ja steriilit neutriinot saavat entistä enemmän huomiota; vaihtoehtoja WIMPeille ei puutu. WIMPpien hautaaminen ei kertoisi juuri mitään pimeän aineen olemassaolosta, se vain tarkentaisi käsitystämme siitä, mitä pimeä aine ei ainakaan ole.
38 kommenttia “Nynnyjen hautajaiset”
Vastaa
Painon välittäjästä
Kommenteissa on toisinaan tiedusteltu, onko gravitoni löydetty, ja gravitonin ja gravitaation suhde on kestokysymys julkisten puheiden yhteydessä, joten selvennän aihetta hieman.
Joskus populaareissa esityksissä listataan fotonin, elektronin ja muiden alkeishiukkasten joukossa myös gravitoni. Se on kuitenkin luonteeltaan erilainen kuin ne. Asia ei ole monimutkainen, mutta sen hahmottamista häiritsee se, että hiukkasfyysikot tarkoittavat sanalla ”hiukkanen” ainakin kolmea eri asiaa.
Ensinnäkin hiukkanen tarkoittaa tietyn hiukkaslajin yhtä yksilöä: voidaan sanoa, että LHC:n tietyssä törmäyksessä nähdään Higgsin hiukkanen tai yhdessä kuutiosenttimetrissä avaruutta on keskimäärin 410 fotonia.
Toisekseen sana hiukkanen viittaa koko hiukkaslajiin: kun sanotaan, että myonin neutriino löydettiin vuonna 1962 tai että QED on teoria fotonista ja elektronista, ei olla kiinnostuneita yksittäisistä ilmentymistä.
Luokan ja yksittäisen tapauksen kutsuminen samalla nimellä on arkikielessäkin tuttua: sanat tomaatti tai saimaannorppa viittaavat sekä yksilöön että lajiin. Sanan hiukkanen tapauksessa on kuitenkin vielä kolmas merkitys: se viittaa kenttään, jonka tihentymiä hiukkaset ovat.
1920-luvulla kehitetty kvanttimekaniikka on teoria yksittäisistä hiukkasista (vaikka se hämärsikin käsitystä siitä, mitä ne oikein ovat). Kvanttiteorian nykyinen kehitysvaihe, kvanttikenttäteoria, ei sen sijaan ole teoria hiukkasista. Sen rakennuspalikat ovat kenttiä, jotka täyttävät koko avaruuden. Kvanttikenttäteoria kertoo, miten kentät vuorovaikuttavat keskenään ja millä todennäköisyydellä niihin syntyy eri tilanteissa aaltoja: fotonit ovat fotonikentän aaltoja, elektronit elektronikentän. Kenttien käyttäytyminen ei palaudu hiukkasiin. Esimerkiksi sitä, miten Higgsin kenttä antaa hiukkasille massat, ei voi selittää Higgsin hiukkasen ja muiden hiukkasten vuorovaikutuksen avulla.
Yleensä kenttä katsotaan löydetyksi, kun sitä vastaava yksittäinen hiukkanen havaitaan ensimmäistä kertaa. Viimeksi näin on tehty Higgsin kentän kohdalla vuonna 2012. Higgsin kentän tapauksessa kentästä tosin oli jo paljon epäsuoria havaintoja ennen sitä vastaavan hiukkasen löytämistä, koska Higgsin kentän vuorovaikutus muiden kenttien kanssa antaa niiden hiukkasille massat. Toisaalta valo on ”löydetty” (jo meitä edeltäneiden elämänmuotojen toimesta) kauan ennen kuin yksittäisiä fotoneita 1900-luvulla kyettiin mittaamaan.
Jos hiukkasen ymmärtää kahdella ensimmäisellä tavalla, yksittäisenä aaltona tai aaltolajina, niin gravitoni on samanlainen ilmiö kuin fotoni tai elektroni. Mutta siinä missä fotoni on aalto sähkömagneettisessa kentässä, avaruuden täyttävää gravitonikenttää ei ole olemassa, vaan gravitoni on aalto aika-avaruudessa itsessään.
Samoin kuin sähkövarausten molemminpuolisen vetovoiman voi ymmärtää fotonien vaihtamisena, gravitonien voi sanoa välittävän massojen välistä vetovoimaa. Tässä mielessä havaitsemme gravitonien vaikutusta koko ajan. Gravitaatiossa on pohjimmiltaan kyse aika-avaruuden kaarevuudesta, ja sillä (kuten Higgsin kentällä) on myös sellaisia ilmenemismuotoja, joita ei voi palauttaa gravitoneihin. Yksi esimerkki on maailmankaikkeuden laajeneminen, mikä on varmennettu tosiasia (vaikka Aalto-yliopiston tiedotteen perusteella voisi muuta luulla). Toinen on mustat aukot ja niiden sulautuminen toisiinsa – mistä syntyviä gravitaatioaaltoja voi toki kuvailla gravitonien avulla.
Lyhyesti sanottuna, gravitoni on tapa kuvailla pieniä tihentymiä aika-avaruudessa, samalla tapaa kuin elektroni on tapa kuvailla pieniä tihentymiä elektronikentässä.
Onko gravitonia sitten havaittu? Jos gravitonilla tarkoitetaan yksittäistä aaltoa, niin sellaista ei ole havaittu, eikä nähtävissä olevassa lähitulevaisuudessa tulla havaitsemaankaan. Gravitonit vuorovaikuttavat erittäin heikosti aineen kanssa, joten vain yhden havaitseminen on erittäin vaikeaa. Jos taas useamman gravitonin yhteisvaikutus kelpaa, niin niitä on havaittu vaikka kuinka paljon painovoiman ja gravitaatioaaltojen avulla. Jos kysymyksellä tarkoitetaan sitä, onko hiukkasten taustalla oleva kenttä havaittu, niin sellaista ei ole olemassa, mutta aika-avaruutta on vaikea olla havaitsematta.
19 kommenttia “Painon välittäjästä”
-
Eusa sanoo:
”gravitonien voi sanoa välittävän massojen välistä vetovoimaa.”
Muuten hyvässä merkinnässä tämä jäi hiertämään. Olen oppinut, että massajakauman muutokset vain välittyvät ja gravitoni voisi olla avaruusajan muutoskvantti. Vetovoima saadaan illuusiona avaruusajan kaarevuudesta.
Kuinkas vastaat?
-
Syksy Räsänen sanoo:
En ymmärrä kysymystä.
-
Sitä tarkoitan, että jos kaksi samamassaista tähteä kiertää toisiaan ja tieto niiden koko massasta välittyisi jatkuvasti toisilleen valonnopeudella c, aberraatio ajaisi äkkiä kiertoradat kaoottisiksi ja tähdet ajautuisivat erilleen.
Sen sijaan, että gravitonien voisi sanoa välittävän massojen välistä vetovoimaa, yleisen suhteellisuusteorian mukaan avaruusaika on staattisesti kaareutunut ja hierarkisesti niin, ettei mitään signalointia tarvita, ellei pallogeometrinen massajakauma muutu.
Eikö olisi oikeammin ilmaistu, että gravitonien voisi sanoa välittävän avaruusajassa tietoa sen kaarevuusmuutoksista eli massajakaumamuutoksista.
Olenko käsittänyt yleisen suhteellisuusteorian geometriasta jotain väärin?
-
Tieto massajakauman muutoksesta tosiaankin välittyy vain valon nopeudella. Tämä ei tee kaksoistähtijärjestelmien liikkeistä kaoottisia.
Kaksoistähtijärjestelmä ei ole pallosymmetrinen.
Gravitoni on tapa kuvailla aika-avaruuden pieniä muutoksia (esimerkiksi muutosta siitä tilanteesta, että siinä ei ole massoja lainkaan siihen tilanteeseen, että siinä on massoja, joska kaareuttavat sitä vähän). On kuitenkin ehkä harhaanjohtavaa sanoa, että gravitoni välittäisi tietoa kaarevuuden muutoksista: gravitoni on tapa kuvailla aika-avaruuden kaarevuutta tietyissä tilanteissa.
-
Kiitos. Massajakauma on tosiaan eri asia kuin yksittäinen massa. Newtonin kappalegravitaatiossa aberraatio oli ongelma, kenttägravitaation kanssa ongelmaa ei ole.
Kaksoistähtijärjestelmän esitinkin esimerkkinä tasahierarkisuudesta, jossa ei olla oleellisesti pallosymmetriassa.
Onko niin, ettei ole yleisen suhteellisuusteorian eikä standardimallinkaan vaatimusta gravitonille? Eli saattaisi olla niinkin, että sellaista gravitaation kvantittumista ei vain ole… Kuinka järkevänä näet epäillä gravitonin olemassaoloa?
-
Aberraatiolla ei ole asian kanssa mitään tekemistä kummassakaan teoriassa.
Jälkimmäiseen kymysykseen yritin antaa vastauksen merkinnässäni. Gravitonin olemassaolo ei (siltä osin kuin sitä kuvailin) liity gravitaation kvanttiteoriaan.
-
-
-
-
-
http://www.relativitybook.com/wiki/Gravitational_aberration
Gravitationaalisesta aberraatiosta.
Kvanttigravitaatiovariaatioita on tietysti turha käydä läpi, kun emme tiedä renormalisoituvuusehdoistakaan paljon mitään…
Kiitos kärsivällisistä vastauksistasi.
-
Freeman Dyson on pohtinut olisiko yksittäinen gravitoni (siinä tapauksessa että gravitaatio on kvantittunut ilmiö) periaatteessa mahdollista havaita vai ei, https://publications.ias.edu/sites/default/files/poincare2012.pdf . Kumpikin vastaus on paperin mukaan mahdollinen, eli kysymys on toistaiseksi avoin.
-
Jyri T. sanoo:
Onko niin, että gravitaatio muuttaa oman kenttänsä (aika-avaruuden) rakennetta, mutta mitkään muut hiukkaset eivät vaikuta samalla tavalla omien kenttiensä rakenteeseen (vaan kaikkien muiden kenttien katsotaan olevan rakenteeltaan ”ideaalisia” tai ”venymättömiä”)?
Miten se vaikuttaa siihen, miten gravitaatio voidaan kuvata kvantittuneena? Vai onko sillä teoreettisesti mitään merkitystä?
-
En ihan ymmärrä kysymystä. Hiukkaset ovat tietynlaisia piirteitä kentässä, eivät erillisiä siitä. Ilmaisu ”gravitaatio muuttaa oman kenttänsä” on samanlainen kuin ”sähkömagnetismi muuttaa oman kenttänsä”, en oikein tiedä mitä kumpikaan tarkoittaa.
Kuten tekstissä mainitsen, gravitaatioon ei liity mitään avaruudessa olevaa kenttää, vaan se on aika-avaruuden itsensä ominaisuus.
Jos tarkoitat sitä, vuorovaikuttaako aika-avaruus itsensä kanssa, niin vastaus on kyllä. (Niin tekee myös esimerkiksi QCD:n gluonikenttä.)
-
Siis tarkoitin nimenomaan sitä eroa, että muissa kvanttikentissä kenttä itse on riippumaton siinä tapahtuvista värähtelyistä/eksitaatioista, mutta massa/energia venyttää aika-avaruutta ja tuottaa tietyissä tilanteissa gravitaatioaaltoja.
Niin, unohdin, että gluonithan vuorovaikuttavat myös itsensä kanssa.
-
-
-
Sunnuntaikosmologi sanoo:
Onko gravitoni välttämätön konsepti ?
Wikipedian mukaan gravitonista puhuivat ensimmäisinä neuvostofyysikot 30-luvulla. Tuntuu kummalliselta ettei Einstein ollut tässäkin asiassa ensimmäisenä, sillä olihan tämä hänen ydinalaansa.
-
Ei. Se on hyödyllinen tapa hahmottaa tiettyjä aika-avaruuden piirteitä, mutta ei välttämätön.
-
-
Syksy:
”Kuten tekstissä mainitsen, gravitaatioon ei liity mitään avaruudessa olevaa kenttää, vaan se on aika-avaruuden itsensä ominaisuus.”
Tämä on hyvin oleellinen huomautus. Yhä vakavammin tutkijoiden piirissä esitetään, että kvantit ovat tässä, aine-energiaan liittyvissä ilmiöissä. Gravitonin ja jopa gravitaation kvantittamisen aktiivinen unohtaminen voisi välillä olla hedelmällistä. Emergentti gravitaatio on eräs tutkimuslinja.
-
Lentotaidoton sanoo:
Sekä aika että gravitaatio emergenttejä?
Kari Enqvist: Olipa gravitaation kvanttiteoria millainen tahansa, on luultavaa, että se tuo mukanaan Heisenbergin epätarkkuusperiaatetta vastaavaan kvanttiepämääräisyyden myös aikaan ja avaruuteen. Kvanttimekaniikassa hiukkaset eivät ole pistemäisiä vaan niillä on tietty aikaan ja avaruuteen levinnyt todennäköisyysjakauma. Gravitaation kvanttiteoriassa tämän epämääräisyyden tulisi näkyä avaruusajan ominaisuuksissa siten, että Planckin pituutta ja aikaa vastaavissa skaaloissa avaruus ja aika käyvät sumeiksi. On kuin kellojen käynti alkaisi vaihdella villisti ja arvaamattomasti eikä enää ole lainkaan selvää, mikä on ”ennen” ja mikä ”jälkeen”. On todennäköistä -vaikka tämä tietysti on vielä pelkkää spekulaatiota – että syyn ja seurauksen välinen suhde rikkoutuu Planckin skaalassa.
Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen mukaan ajallinen tarkkuus, aikaresoluutio, on sitä parempi mitä suuremmalla energialla tapahtumia luodataan. Vastaava ilmiö näkyy tavallisessa mikroskoopissa: mitä pienempi valon aallonpituus, eli mitä suurempi fotonin energia, sitä pienempiä yksityiskohtia voidaan havaita. Säieteorioissa Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen uskotaan kuitenkin muuttuvan siten, että energian lisääminen ei lopulta enää lisääkään aikaresoluutiota. Ajan epätarkkuus kyllä pienenee aluksi aina Planckin ajan suuruiseksi, mutta sen jälkeen epätarkkuus alkaa jälleen kasvaa energiaan verrannollisena. Tämän mukaisesti Planckin aika olisi pienin kuviteltavissa oleva aikaintervalli. Planckin aikaa ja pituutta pienemmissä skaaloissa avaruusaika yksinkertaisesti katoaisi pois. Täten on mahdollista, että aika on vain suuren kokoskaalan emergentti ilmiö, jota ei fysikaalisen maailman kaikkein perustavimmassa kuvailussa ole lainkaan olemassa.
-
ohimennen sanoo:
Kiitos kirjoituksestasi. Olisiko sinulla vihjata ”Introduction to” tasoista kirja- tai online-lähdettä, jonka avulla pääsisi käsiksi kvanttigravitaatioon konkreettisestikin. Taso ehkä sellainen, että kvanttikenttien ja yleisen suhteellisuusteorian tentit läpäissyt ymmärtäisi ainakin pääasiat 🙂
-
Kvanttigravitaatio on valtava alue, en tiedä onko sen kokonaisuuteen mitään johdantoa, eri suuntiin kylläkin.
Näitä voi lueskella:
https://arxiv.org/abs/0907.4238
https://arxiv.org/pdf/1012.4707
https://arxiv.org/pdf/1408.4336
Säieteoriasta on paljonkin johdantotason tekstejä, itse olen aikoinaan lukenut Bailinin ja Loven kirjaa:
Tämäkin vaikuttaa silmäiltynä hyvältä, mutta en ole sitä lukenut:
https://arxiv.org/abs/1107.3967
-
Kiitos kiitos, vaikuttavat hyviltä ja latasin talteen. Kirjakin päällisin puolin sellainen, että pääasiat voi ymmärtää.
-
-
-
Paluuviite: Kosmokseen kirjoitettua | Aika-avaruuden atomit
Onko baryonisen aineen jakauman ja pimeän massan jakauman todetulla korrelaatiolla (ainakin kierteisgalakseissa ja kääpiögalakseissa) mielestäsi merkitystä pimeän aineen mysteerille?
https://arxiv.org/pdf/1707.01059.pdf
Arvailu ja spekulaatiot saavat huvittaviakin muotoja.
Onko tulkintani havainnoista oikea: etäällä galaksikeskustoissa pimeän kylmän aineen malli toimii hyvin, galaksien keskustoja kohden ”kuumenee”?
Tällä hetkellä ei ole mitään selvää ristiriittaa WIMPpien (tai muun kylmän pimeän aineen) ennusteiden ja havaintojen välillä.
MIkäli primordiaaliset mustat aukot luetaan kuuluvaksi machojen joukkoon, ei machoja voi suoraan tuomita häviäjiksi. Suurin piirtein auringonmassaisten mustien aukkojen määrälle johdettu yläraja riippuu vahvasti tavasta, jolla mustat aukot keräävät materiaa ympärilleen, eikä tätä vielä ymmärretä täysin. Periaatteessa primordiaaliset mustat aukot voivat edelleen selittää kaiken havaitun pimeän aineen määrän, mutta ikkuna on sulkeutumassa. Kokonaan toinen asia tosin on, pitävätkö niiden muodostumiseen ja yhteensulautumiseen (tai pikemminkin yhteensulautumattomuuteen) liittyvät laskut paikkansa. Tähän liittyy vielä suurehkoja epävarmuuksia.
Aiheellinen tarkennus. Käytin termiä MACHO viittaamaan vain tavallisesta aineesta koostuviin kappaleisiin. Isot mustat aukot ovat vielä mahdollinen pimeän aineen ehdokas. (Ja hyvin pienet mustat aukot varmaankin vielä pitkään, ehkä kunnes jokin muu vaihtoehto varmistuu oikeaksi.)
Jokseenkin puhtaasti spekulatiivisessa mielessä maailmankaikkeudessa dominoivaa näkymätöntä ainetta esitti Mary Agnes Clerke jo 1903. Mutta Zwickyllehän se kunnia taitaa varsinaisesti kuulua.
Tuosta en ole kuullutkaan. Kertoisitko tarkemmin?
Pidän Oulun yliopistossa Tähtitieteen historian kurssia. Yksi käyttämistäni lähteistä on Helge Kraghin kosmologian historiaa käsittelevä Conceptions of Cosmos (todella mainio kirja!). Siinä tuli vastaan maininta tuosta Clerken esittämästä ajatuksesta (Clerke 1903, Problems of Astrophysics, joka taitaa nimestään huolimatta olla suurelle yleisölle suunnattu).
Seuraavassa Kraghin kirjassa oleva sitaatti (s. 213): ”Unseen bodies may, for aught we can tell, predominate in mass over the sum-total of those that shine; they possibly supply the chief part of the motive power of the universe.”
Ilmeisesti Clerken pohdiskelu liittyivät osittain Michellin ja Laplacen ehdottamiin pimeisiin tähtiin (eli nykykielellä mustiin aukkoihin), osin spekulaatioihin tähtien kylmistä lopputiloista. Tuolla Clerken kirjalla on jo sen verran ikää, että se saattaa löytyä archive.org:ista.
Kiitos!
Olenko ymmärtänyt oikein että pimeän aineen käsitettä tarvitaan ainoastaan sellaisten havaintojen selittämiseen joiden skaala on vähintään galaktinen ?
Hiukkasfysiikassa siis yksi suurimpia nykyisiä tutkimussuuntia on pimeän aineen etsiminen, vaikka idea siitä tulee sataprosenttisesti hiukkasfysiikan ulkopuolelta ?
Lyhin mittakaava, jonka suoria havaintoja pimeä aine selittää on noin kymmenentuhatta valovuotta (kääpiögalakseissa ja kosmisessa mikroaaltotaustassa).
Pimeä aine on (inflaation ja aineen ja antiainene epäsymmetrian ohella) tosiaan hyvä esimerkki hiukkasfysiikan teorian ja kosmologisten sekä astrofysikaalisten havaintojen yhteydestä.
Jos gravitoni-hiukkasen löytymistä ei pidetä tarpeellisena, vaan ”mallina”, niin miksi pimeän aineen hiukkasia etsitään selitykseksi jollekin?
Vastaus gravitonin ja alkeishiukkasten eroon löytyy edellisestä merkinnästä:
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/painon-valittajasta/
Tästä Syksy Räsäsen jutusta tulee mieleen vanha vitsi. Koulussa oli tarkastaja käymässä ja opettaja kysyi luokaltaan: mitä stadionin tornista ei näy? Tarkastajan ihmetykseksi kaikki oppilaat viittasivat innokkaasti ja eräs sitten sai vastata opettajan luvalla. Stadionin tornista ei näy vain Helsinki vaan suuri osa sen ympäristöä.
Oikein, opettaja kuittasi ja katsoi ylpeänä tarkastajaa.
NYNNY, Normaalisti Yllätyksetön Näkymätön Neutraali Ydinhiukkanen.
Hyvä muuten, mutta ydinten kanssa WIMPeillä ei ole mitään tekemistä!
Nättimassainen Yleishiukkaistus Näennäisestä Normigravitaation Ylittäjästä = N.Y.N.N.Y. 🙂
Nythän on vakavasti esitetty ihan sähkömagnetismia vastaavaa pimeän aineen rakennetta, joka vuorovaikuttaisi vain keskenään fraktaalirakenteita muodostaen aivan kuin tuntemamme ainekin. Pimeä sähkömagnetismi olisi vain meiltä piilossa muuten paitsi gravitaatiovaikutustensa kautta. Mitä mieltä Syksy olet noista spekulaatioista ja niiden perusteista?
https://phys.org/news/2016-11-dark-hidden-sector.html
https://arxiv.org/pdf/1609.03592.pdf
http://nautil.us/issue/48/chaos/does-dark-matter-harbor-life
Kuvauksesi ei aivan vastaa linkattuja artikkeleita.
Ajatus siitä, että pimeä aine olisi osa hiukkasfysiikan sektoria, joka on samanlainen kuin näkemämme, mutta vain meiltä piilossa, ei ole uusi. Se ei voi pitää paikkaansa, koska havaittu pimeän aineen klimppiytyminen on erilaista kuin näkyvän aineen. Näkyvä aine menee pimeää ainetta enemmän kasaan, koska se voi jäähtyä sähkömagneettisten vuorovaikutusten takia.
On tietysti periaatteessa mahdollista, että pieni osa pimeästä aineesta vuorovaikuttaisi samalla tavalla keskenään kuin tavallinen aine ja muodostaisi samanlaisia monimutkaisia kokonaisuuksia.
Eli ”todisteet” pimeästä aineesta ovat toistaiseksi tähtitieteen ”aihetodisteita” gravitaation kautta. Tosin erittäin hyvin perusteltuja kuten tekstissä sanottiin.
Nynnyt ja Machot on haudattu ja jahtaamme vain esim yhä massaltaan pienempiä ja pienempiä hiukkasia (aksionit). Oletuksenahan on että ne tuntisivat heikkovoiman ja gravitaation.
Entä jos ne ”tuntisivat” ainoastaan gravitaation. Ja gravitaatiohan ei ole edes mikään ”voima”. Eli pimeän aineen hiukkaset eivät yksinkertaisesti vuorovaikuttaisi mitenkään (tai ainakaan tuntemiemme vuorovaikutusten kautta). Ajatuksellisesti tämä ei kuitenkaan sopisi siihen, että esim inflaation jälkeisessä inflatonikentän energian hajoamisessa partikkeleiksi myös näiden hiukkasten olisi mitä ilmeisimmin pitänyt myös syntyä. Eli jos asia on vain niin, että nykyiset energiamme (LHC) eivät yksinkertaisesti riitä alkuunkaan vaan tarvitsisimme Planckin energiaa lähenteleviä energioita.
Jos pimeän aineen hiukkasia on yhtä paljon kuin niiden antihiukkasia ja ne annihiloisivat toisiaan (esim elektroni-positrinipariksi) niin toki niiden tulisi tuntea jonkin vuorovaikutuksen. Nämä annihilaatiot lienevät toistaiseksi epävarmoja?
Myös WIMPpejä raskaammat hiukkaset kelpaavat. Pimeän aineen massatiheys tiedetään, joten mitä suurempi massa hiukkasilla on, sitä vähemmän niitä on ja sitä vaikeampaa niitä on siksi havaita.
Nykyisen hiukkasfysiikan käsityksemme valossa ei liene mahdollista, että hiukkanen vuorovaikuttaisi vain gravitaation kautta. Sen sijaan on mahdollista, että sen kaikki vuorovaikutuksetn ovat yhtä heikkoja kuin gravitaatio. Esimerkki tällaisesta ehdokkaasta on supersymmetrisen gravitaatioteorian gravitiino.
WIMPien tapauksessa tyypillisesti hiukkasia ja antihiukkasia on yhtä paljon. On kuitenkin myös pimeän aineen malleja, missä jäljellä on vain hiukkasia, ei antihiukkasia.
Jos olisi planckinmassainen varaukseton musta aukko, se kaiketi vuorovaikuttaisi vain gravitaatiolla (no hair -teoreema). Lisäksi se voisi varmaankin pyöriä. Jos se pyörisi puolilukuisella impulssimomentilla eli olisi fermioninen, silloin se ehkä ei ehkä voisi höyrystyä Hawkingin säteilynä koska emittoituva fotonisäteily kantaisi mukanaan kokonaislukumäärän impulssimomenttia. Kaksi aukkoa voisi annihiloida toisensa, mutta prosessin vaikutusala taitaisi olla vain Planckin alan luokkaa.
Onkohan tällainen ajattelu validia, Syksy?
Ei tiedetä, miten hyvin pienimassaiset mustat aukot käyttäytyvät. Tapa, jolla Hawkingin säteilyä tarkastellaan ei päde aukkojen ollessa pieniä. Ei ehkä tästä sen enempää.
Eli kun pimeän aineen etsinnässä mitä ilmeisimmin päädymme erilaisiin supersymmetrian teorioihin, niin kevennyksenä seuraava:
http://www.para-web.org/showthread.php?tid=4541
Itse olen oppinut Eestin kielen, mutta muille tämä suora eestinnös Räsäsen blogista voi olla naljakas (=hauska, mutta myös huvitav = mielenkiintoinen).
Tämä ei nyt kuulu tähän osioon. Mutta kävin kirjastossa. Tieteissä tapahtuu -lehdessä oli pieni kommentti Räsäsen taannoisesta ”akateeminen” (merkityksetön) -lausahduksesta. Prof. Roos oli sitä mieltä, että termi ”akateeminen” tarkoittaisi nykyään ei (vielä/ enää) hyödyllistä. Ja viittasi korkeakouluopintojen hyötyjahtaamiseen. Kuinka on?
En ollutkaan huomannut, tämä kommentti siis:
https://journal.fi/tt/article/view/65841/26638
Termien ”merkitys” ja ”käytännön merkitys” ero on tässä hienovarainen, kuten myös se, mitä tarkoitetaan ilmaisulla ”yleinen kielenkäyttö”.
Miksei pimeä aine itsessään voi olla
viides perusvoima?
Pitääkö fotonit mitään ääntä liikkuessaan?
Kuinka kuumaa fotonit kestävät hajoamatta vai reagoivatko ne lämpöön mitenkään?
Sorry jos menee huumorin puolelle
Kysymykset menevät sen verta kauas merkinnän aiheesta (ja vaatisivat pidempää selittämistä), että jääköön vastaamatta.
Osaatko vielä kertoa onko olemassa suunnitteilla tai jopa rakenteilla mitään laitteistoa millä pimeää ainetta
voisi havaita suoraan?
Eikös se nyt ole vielä toistaiseksi teoreetikoiden epäsuorasti havaittavissa oleva asia, voisiko se olla hukkassa
siksi että sen havaitseminen on vielä
mahdotonta, vähä samantapaan niinkuin kun
gravitaatioaaltoja ei löytynyt
ennen mittauslaitteistojen optimointia/herkentymistä?
Kommentoimasi blogimerkinnän teksti vastaa kysymykseesi.
https://www.tiede.fi/artikkeli/uutiset/ensivilkaisu_hiukkasesta_joka_on_itsensa_antihiukkanen
onko mitään tekemistä pimeän aineen kanssa?
onko suomessa paljon tutkittu näitä
itsensä antihiukkasia?
Tämä uutinen ei liity hiukkasfysiikkaan (eikä siis myöskään pimeään aineeseen). Kyseessä ei ole uusi alkeishiukkanen, vaan tunnetuista hiukkasista (protoneista, neutroneista ja elektroneista) koostuvan aineen ominaisuuksien kuvaaminen tavalla, joka muistuttaa tietynlaista alkeishiukkasta.