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
- 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
- elokuu 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
Lähellä ja kaukana
Maailmankaikkeuden laajenemisnopeus on eräs kosmologian keskeisiä suureita. Vuonna 1927 Georges Lemaître osoitti, että yleisen suhteellisuusteorian ennustaman maailmankaikkeuden laajenemisen takia galaksit etääntyvät toisistaan nopeudella, joka on verrannollinen niiden etäisyyteen. Samalla Lemaître määritti havainnoista nopeuden ja etäisyyden välisen verrannollisuuskertoimen. Tämä oli yksi modernin kosmologian ensimmäisiä askelia.
Lemaîtren löytämä laajenemislaki tunnetaan nykyään Hubblen lakina ja siinä oleva vakio Hubblen vakiona, muistaen Edwin Hubblea. Kaksi vuotta myöhemmin Hubble nimittäin löysi havainnoista saman lain ja määritti saman kertoimen. Hubblea on sittemmin tituleerattu ”laajenevan maailmankaikkeuden isäksi”, mikä on sikäli eriskummallista, että hän kuolemaansa asti kiisti sen, että havainnot osoittivat maailmankaikkeuden laajenevan.
Lemaître määritti Hubblen vakion arvoksi arvoksi 625 km/s/Mpc, Hubble 500 km/s/Mpc, missä Mpc on noin 3 miljoonaa valovuotta. Tämä tarkoittaa sitä, että jos kahden galaksin etäisyys on kolme miljoonaa valovuotta, niiden väliin tulee joka sekunti 500 km lisää etäisyyttä; jos etäisyys on kuusi miljoonaa valovuotta, etäisyys kasvaa 1 000 km sekunnissa, ja niin edelleen.
Periaatteessa Hubblen vakion arvon selvittäminen on helppoa: katsotaan, millä nopeudella galaksi etääntyy meistä ja jaetaan sen etäisyydellä. Nopeus on helppo määrittää valon punasiirtymästä, mutta etäisyyden mittaaminen on vaikeampaa. Vielä 1900-luvun alussa luultiin, että paljain silminkin näkyvä Andromeda ja muut galaksit ovat ”tähtisumuja” Linnunradassa. Vuonna 1924 Hubblen oli osoittanut, että ne ovat liian kaukana ollakseen osa Linnunrataa. Havainto osoitti, että Linnunrata on vain yksi galaksi muiden joukossa, mullisti käsityksen maailmankaikkeudesta ja valmisti tien laajenemisen löytämiselle.
Mistä tietää onko Andromeda pieni ja lähellä vai iso ja kaukana? Yksi keino on verrata samanlaisia kohteita täällä kotogalaksissa ja Andromedassa. Taivaan tähdet näyttävät sitä himmeämmiltä, mitä kauempana ne ovat. Vertaamalla sitä, miten himmeältä läheinen ja kaukainen tähti näyttävät voi määrittää niiden etäisyyksien suhteen. Jos tietää läheisen tähden etäisyyden, tästä saa selville kuinka kaukana toinen tähti on.
Menetelmän heikkous on se, että tähtien pitää olla tarpeeksi samanlaisia. Lemaître ja Hubble vertasivat virheellisesti erilaisia tähtiä. Heidän käyttämänsä muiden galaksien tähdet olivat luonnostaan Linnunradan vertailutähtiä kirkkaampia, joten he aliarvioivat galaksien etäisyyden. Senkin jälkeen kun virhe korjattiin, on Hubblen vakion historia ollut täynnä epävarmuutta ja kiistoja. Pitkään Hubblen vakiosta oli kaksi kilpailevaa arviota, 50 km/s/Mpc ja 100 km/s/Mpc.
1990-luvulla tilanne muuttui, kun tehtiin entistä monimuotoisempia ja tarkempia kosmologisia havaintoja, ja kohteiden ominaisuudet ymmärrettiin tarkemmin. Yksi tärkeimpiä uusia havaintokohteita oli kosminen mikroaaltotausta, jonka epätasaisuudet COBE-satelliitti mittasi vuonna 1992. (Tämä palkittiin Nobelilla vuonna 2006.)
Kosminen mikroaaltotausta on näkymätöntä valoa, joka lähti matkaan aineen ja valon erotessa toisistaan maailmankaikkeuden ollessa 380 000 vuotta vanha, 14 miljardia vuotta sitten. Kuten auringonpilkut näyttävät sitä pienemmiltä, mitä kauempana Aurinko on, mikroaaltotaustan täplät näyttävät sitä pienemmiltä, mitä pidemmän matkan se on kulkenut. Kosmisen mikroaaltotaustan täplien koko on siis kääntäen verrannollinen sen kulkemaan matkaan, mikä taasen riippuu siitä, miten maailmankaikkeus on laajentunut, eli Hubblen vakiosta.
Menetelmän heikkous on se, että laajenemisnopeus muuttuu ajan myötä – aiemmin maailmankaikkeuden laajeneminen hidastui, viimeisen muutaman miljardin vuoden aikana se on kiihtynyt. Etäisyyden ja Hubblen vakion määrittämiseksi kosmisesta mikroaaltotaustasta pitää tietää, miten laajenemisnopeus on muuttunut. Yleisessä suhteellisuusteoriassa maailmankaikkeuden ainesisältö määrää sen laajenemisen. Pitää siis tietää millaista ainetta maailmankaikkeudessa on ja kuinka paljon. Suurin tähän liittyvä epävarmuus on se, millaista kiihtyvän laajenemisen aiheuttava pimeä energia on – vai onko kiihtymisellä joku muu selitys.
Asian voi nähdä myös parhain päin: koska Hubblen vakion arvo riippuu pimeän energian mallista, niin sen mittaamalla saa tietoa pimeästä energiasta. Fyysikoita ei yleensä kiinnostakaan Hubblen vakion, Higgsin massan tai muiden suureiden arvo sinänsä, vaan se mitä niistä voi päätellä siitä, millainen maailma on.
Kun olettaa että kiihtyvästä laajenemisesta on vastuussa tyhjön energia, mikä on yksinkertaisin selitys, niin Planck-satelliitin mikroaaltotaustan mittausten mukaan Hubblen vakio on 67.4 km/s/Mpc, tarkkuudella 0.5 km/s/Mpc.
Hubblen vakiota mitataan yhä myös samaan tapaan kuin Lemaîtren ja Hubblen aikaan, vertaamalla lähellä ja kaukana näkyviä tähtiä. Nykyään käytetään useampia askelmia: lähitienoiden tähtien avulla selvitetään naapurigalaksien etäisyydet, ja niissä räjähtävien supernovien avulla määritetään kaukaisempien galaksien etäisyydet. Viime viikolla ilmestyi uusin tutkimus näin päätellystä Hubblen vakion arvosta: 74.0 km/s/Mpc, tarkkuudella 1.4 km/s/Mpc. Tutkimusta johti Adam Riess, joka on etäisyyksien ja supernovien tutkimisen veteraani, ja sai vuonna 2011 kolmanneksen Nobelin palkinnosta kiihtyvän laajenemisen löytämisestä supernovien avulla.
Kosmisen mikroaaltotaustan ja läheisten galaksien avulla määriteltyjen Hubblen vakion arvojen ero on paljon virherajoja isompi. Todennäköisyys sille, että kyseessä on tilastollinen sattuma on yksi miljardista. Riessin ja kumpp. tutkimus on viimeisin sana eri ryhmien tutkimuksissa, jotka ovat syynänneet lähialueiden etäisyysmittauksia. Mitä tarkemmin asiaa on katsottu, sitä isommaksi ero Planckin tulokseen on kasvanut.
Riess ja kumpp. ehdottavat, että ratkaisuna olisi muutokset kosmisen mikroaaltotaustan muodostumisen aikoihin. Jos maailmankaikkeus laajenee 380 000 vuoden ikäisenä eri tavalla, mikroaaltotaustaan voi syntyä odotettua pienempiä täpliä, jolloin etäisyys näyttää isommalta kuin mitä onkaan.
Samalla pitäisi kuitenkin selittää muut mittaukset Hubblen vakiosta. Maailmankaikkeuden laajenemista on esimerkiksi selvitetty galaksien iän avulla. Idea on yksinkertainen. Kun mitataan galaksista tulevaa valoa, sen punasiirtymä kertoo, paljonko maailmankaikkeus on laajentunut sen jälkeen kun valo lähti galaksista. Kun määritetään galaksien ikä ja toistetaan mittaukset eri galakseille, saadaan selville maailmankaikkeuden koon muutos ajan myötä, ja siitä laajenemisnopeus. Näin saatu arvo Hubblen vakiolle on riippumaton kosmisesta mikroaaltotaustasta. Se kuitenkin sopii yhteen Planckin kanssa, ei läheisten supernovien. Tässäkin mittauksessa voi tosin olla omat ongelmansa.
Toinen mahdollisuus on se, että maailmankaikkeuden kiihtyvästä laajenemisesta ei olekaan vastuussa tyhjön energia, joten maailmankaikkeus laajenee eri tavalla kuin mitä odotetaan. Tämä voisi sopia yhteen kaikkien havaintojen kanssa. Mitään vakuuttavaa ideaa tästä ei kuitenkaan ole toistaiseksi ole esitetty, ja muitakin vaihtoehtoja on tutkittu.
Kosmologit ovat lämmenneet Planckin ja lähitienoon mittausten ristiriidan merkitykselle hitaasti, kenties Hubblen vakion poukkoilevan historian takia. Muutamassa vuodessa se on kuitenkin tasaisesti noussut kosmologian suurimmaksi ongelmaksi mitä havaintoihin tulee, ja nyt on ainakin selvää, että kyseessä ei ole sattuma. Jos vastuussa on etäisyyden määrittämiseen liittyvä virhe, se ei ole aivan yksinkertainen, kun tarkka seulonta ei ole sitä vielä löytänyt. Jos tämä sen sijaan on merkki uudenlaisesta fysiikasta, se olisi merkittävin löytö kosmologiassa ainakin kahteen vuosikymmeneen.
36 kommenttia “Lähellä ja kaukana”
Vastaa
Kolmesataa
Kollegani Cyril Pitrou vieraili eilen Fysiikan tutkimuslaitoksella Helsingissä puhumassa kevyiden alkuaineiden synnystä. Tämä on ensimmäisiä tutkimuskohteita, joissa kosmologia toi yhteen yleisen suhteellisuusteorian ja hiukkasfysiikan, ja siinä on vieläkin setvimistä.
Tarina alkoi vuonna 1948, kun jatko-opiskelija Ralph Alpher ja hänen ohjaajansa George Gamow julkaisivat reilun sivun mittaisen artikkelin Origin of the Chemical Elements, Alkuaineiden alkuperä. Tunnettu jekkuilija Gamow lisäsi tekijäksi myös fyysikko Hans Bethen, jotta kirjoittajien nimet Alpher-Bethe-Gamow kuulostaisivat englanninkielisen ääntäminä kreikkalaisten aakkosten alulta, alfa-beta-gamma. Bethe ei tiettävästi pannut pahakseen, mutta Alpher ei juuri ilahtunut siitä, että heppoisin perustein mukaan tungettiin arvostettu vanhempi tutkija, jonka hän pelkäsi varjostavan hänen osuuttaan. (Usein muuten jatko-opiskelijat tekevät suurimman osan työstä, en tiedä miten tässä tapauksessa.)
Mitä fysiikkaan tulee, Alpherin ja Gamowin idea oli, että alkuaineet ovat syntyneet protonien ja neutronien törmäillessä toisiinsa varhaisen maailmankaikkeuden kuumassa hiukkaspuurossa. Kun maailmankaikkeus laajenee, aineen tiheys laskee, koska aineen määrä säilyy ja avaruuden tilavuus kasvaa. Toisin sanoen aineen tiheys on sitä isompi, mitä nuorempi maailmankaikkeus on. Vastaavasti aineen lämpötila laskee maailmankaikkeuden laajetessa, eli varhaisempina aikoina aine on kuumempaa.
Kun maailmankaikkeus on alle kahden minuutin ikäinen, protonit ja neutronit ovat vapaita. Ydinvoima yrittää tuoda niitä yhteen, mutta lämpötila on niin iso, että sidos hajoaa saman tien ja hiukkaset menevät omia teitään. Kahden minuutin iässä lämpötila putoaa alle miljardin asteen. Kun protoni ja neutroni kohtaavat ja ydinvoiman vetäminä yhtyvät deuterium-ytimeksi, lämpötila ei enää riitä niiden liiton tuhoamiseen. Deuterium voi sitten törmätä protoniin muodostaen helium-3:a ja niin edelleen.
Alpherin ja Gamowin idea oli, että kaikki alkuaineet syntyvät tällä tapaa, porras kerrallaan raskaampia kohti nousten. Koska lämpötila laskee koko ajan, ydinten muodostumiseen on kuitenkin käytössä vain lyhyt aika.
Helium-4:n muodostuminen loppuu noin viiden minuutin iässä, kun kaikki neutronit on käytetty. Raskaampia alkuaineita ei ehdi muodostua kuin vähäisiä määriä, koska maailmankaikkeudesta tulee niin kylmä että ydinreaktiot sammuvat. Cyril huomauttikin, että nobelisti Steven Weinbergin menestyskirjan Ensimmäiset kolme minuuttia nimen olisi pitänyt olla Ensimmäiset kolmesataa sekuntia.
Tuloksena on keitos, josta 76% on vedyn isotooppeja (yksinäisiä protoneita ja deuteriumia) ja 24% heliumin isotooppeja (helium-3 ja helium-4, joissa on yksi tai kaksi neutronia). Raskaampia alkuaineita syntyy vain vähän, eniten -miljardisosan verran- litium-7:ää (jossa on kolme protonia ja neljä neutronia). Raskaammat alkuaineet kehittyvät vuosimiljoonia myöhemmin tähtien fuusioreaktioissa, räjähdyksissä ja törmäyksissä.
Kevyiden alkuaineiden synty tuo yhteen yleisen suhteellisuusteorian ja hiukkasfysiikan Standardimallin kaikki vuorovaikutukset. Gravitaatio kertoo, miten maailmankaikkeus laajenee ja jäähtyy. Ydinvoima, joka on vahvan vuorovaikutuksen jäännös, vetää protoneita ja neutroneita yhteen, kun taas sähkömagneettinen vuorovaikutus työntää protoneita erilleen: näiden kahden voiman kilpailu määrää sen, millaisia ytimiä syntyy. Heikko vuorovaikutus taasen kertoo, miten ytimet hajoavat muodostuttuaan.
Kaikki nämä vuorovaikutukset on mitattu Maapallolla ja Aurinkokunnassa nykypäivänä. Ainoa tuntematon seikka on se, paljonko säteilyä (fotoneita ja neutriinoja) alkuminuuteilla on suhteessa protoneihin ja neutroneihin – eli kuinka kuuma maailmankaikkeus on. (Nykyään tämä voidaan määrittää erikseen kosmisesta mikroaaltotaustasta.) Niinpä teoria on ennustusvoimainen: tuntemattomia lukuja on yksi ja ennusteita on neljä: deuteriumin, helium-3:n, helium-4:n ja litium-7:n määrä suhteessa yksin jääneisiin protoneihin.
Kolmen ensimmäisen ytimen osalta ennustukset vastaavat havaintoja. Tämä on merkittävä saavutus: tulos osoittaa, että nykyään mittaamamme luonnonlait pätivät maailmankaikkeuden alkuminuutteina. Sittemmin luonnonlakeja on luodattu kauas ensimmäisen sekunnin perukoille kosmisen inflaation kautta, mutta kevyiden alkuaineiden synty oli ensimmäinen onnistunut katsaus maailmankaikkeuden alkuhetkiin, ja osoitti miten varhaista maailmankaikkeutta voi käyttää hiukkasfysiikan laboratoriona.
Litium-7:n kohdalla ennustus menee kuitenkin pieleen. Sitä havaitaan vain kolmannes ennustetusta määrästä. Joitakin vuosia helpoin selitys oli mittausvirheet siinä, miten voimakkaasti ytimet vuorovaikuttavat toistensa kanssa. Kun virherajat ovat kutistuneet, ero ennustuksen ja havaintojen välillä on kuitenkin vain kasvanut. Nykyään ydinfysiikka tunnetaan niin hyvin, että sitä on vaikea sorkkia pilaamatta onnistuneita ennusteita muille ytimille.
Cyril arveli, että vika piilee tähtien mallintamisessa. Litiumin määrä nimittäin mitataan vanhojen tähtien pinnalta. Jos tähdissä kiertää arveltua enemmän litiumia pinnalta keskustaan, se voi palaa siellä pois. Tähtien fysiikan asiantuntijoiden on kuitenkin ollut vaikea ymmärtää, miten kaksi kolmannesta litium-7:stä voisi tuhoutua siten, että muiden ydinten kohdalla ei tule ongelmia. Lisäksi mekanismin pitäisi toimia samalla tavalla monissa erilaisissa tähdissä, joissa näkyy suunnilleen sama määrä litium-7:ää.
Litium-ongelma voi myös olla merkki jostain Standardimallin tuonpuoleisesta fysiikasta, joka tuhoaa litiumia. On esimerkiksi ehdotettu, että on olemassa hieman pimeän aineen hiukkasta raskaampi hiukkanen, joka hajoaa pimeäksi aineeksi ja fotoniksi. Jos hajoamisessa syntyvän fotonin energia on juuri sopiva litium-7-ytimen rikkomiseen, se voi hävittää niitä juuri sopivasti. Pitää taas olla huolellinen, että samalla ei riko muita ytimiä, mutta tämä onnistuu.
Ei tiedetä mistä suunnasta ratkaisu löytyy, mutta on selvää, että vastauksen löytämiseksi pitää tuntea erilaisia fysiikan haaroja, yleisesti suhteellisuusteoriasta vanhojen tähtien rakenteeseen.
17 kommenttia “Kolmesataa”
-
Anne Liljeström sanoo:
Tunnettu jekkuilija! <3
-
Kuten käytännön pila nimeltä Gamowin tekijä, joka hämää plasmafuusioihmisiä yhä !
-
-
Lentotaidoton sanoo:
”Litium-ongelma voi myös olla merkki jostain Standardimallin tuonpuoleisesta fysiikasta, joka tuhoaa litiumia”.
Kaikkea on kokeltu/tutkittu mutta probleema tuntuu pysyvän (neutronisieppauksetkaan CERNissä eivät tuottaneet vastausta). Voisivatko massiiviset neutriinot olla yksi ratkaisukeino?
-
Syksy Räsänen sanoo:
Miten ajattelet massiivisten neutriinoiden liittyvän asiaan?
-
-
https://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang_nucleosynthesis
These pieces of additional physics include relaxing or removing the assumption of homogeneity, or inserting new particles such as massive neutrinos.
The second reason for researching non-standard BBN, and largely the focus of non-standard BBN in the early 21st century, is to use BBN to place limits on unknown or speculative physics. For example, standard BBN assumes that no exotic hypothetical particles were involved in BBN. One can insert a hypothetical particle (such as a massive neutrino) and see what has to happen before BBN predicts abundances that are very different from observations. This has been done to put limits on the mass of a stable tau neutrino.https://arxiv.org/pdf/1412.1408.pdf
Moreover, SUSY decays can destroy 7Li and/or produce 6Li, leading to a possible supersymmetric solution to the lithium problems noted above
-
Ilmeisesti tässä haetaan sitä, että steriilien neutriinoiden oskillaatio aktiivisiksi neutriinoiksi (ja toisin päin) vaikuttaisi ydinteen syntyyn. esim. muuttamalla elektronin neutriinoiden määrää. En ole törmännyt malleihin, joissa litium-ongelmaa yritettäisiin selittää tällä tavalla.
Neutriinot ovat lakanneet vuorovaikuttamasta muun aineen kanssa jo ennen ydinten synnyn alkua. Kun neutriinoja ei enää ole käytettävissä, protonit eivät voi enää muuttua neutroneiksi, neutronit vain hajoavat protoneiksi. Niinpä aikaväli neutriinoiden irtikytkeytymisen ja deuteriumin synnyn välillä määrää sen, paljonko neutroneita on käytössä, millä on iso vaikutus siihen, millaisia ytimiä syntyy. En kuitenkaan ole kuullut, että sitä säätämällä voisi vähentää litiumin pitoisuutta kolmannekseen pilaamatta muiden ydinten tarkkaan mitattuja pitoisuuksia.
Wikipedian fysiikka-artikkelien laatu vaihtelee, en itse käyttäisi niitä lähteenä. (Sen sijaan monien matematiikka-artikkeleiden taso vaikuttaa hyvältä.)
-
-
Erkki Kolehmainen sanoo:
NMR-spktroskopiaa vuosikymmeniä tehneenä jäin ihmettelemään, miksei synny Li-6- ja 3-H-ytimiä. Entä 9-Be?
-
Melkein kaikki tritium kuluu He-4:n valmistamiseen, prosesseissa H-3 + p -> He-4 ja H-3 + H-2 -> He-4 + n. Vaikka sitä jäisi aluksi yli, niin tritium hajoaa 12 vuoden puoliintumisajalla He-3:ksi.
Litium-6:sta syntyy, mutta sitä myös hajoaa törmäyksissä, koska sen sidosenergia on pieni. Luulen että sen takia sen loppupitoisuus on pieni.
Beryllium-7 syntyy niin myöhään, että vapaita neutroneita ei enää juuri ole Be-9:n tuottamiseksi (ja lämpötila on myös laskenut). Tuotettu Be-7 sitten hajoaa Li-7:ksi.
-
Leo Sell sanoo:
Vieläkö aikaikkunasi on auki? Fotoniepookin aikaisessa (10s.- 20min) universumissa,jossa vallitsi protonien elektronien ja fotonien plasmatila on Litiumin määrä arvioitu ideaalikaasuoletusten mukaisesti. On esitetty myös oletus että ”non-extensive-statistics”- mallinnus toisi esille/helium -beryllium-litium /-helium/ -vuorovaikutusten hierarkisia suhteita. Tällöin beryllium(7)tasot putoavat ja kuten myös litiumin(6), ja litium(8)-litium(9) hajonta takaisin heliumiksi(6) kasvaa odotettua enemmän – voitaisiin päästä jopa tuohon 1/3-osan löydökseen. Artikkeli ”The universe have a lithium problem”, Evan Gough,20.2.2017 (New paper from researches in China)
-
En tiedä mitä tuo tarkoittaa.
-
Se taitaa tarkoittaa,että BBT:ssä Maxwell-Bolzman-jakautuma kuvaa,mitä tapahtuu ideaalikaasuolosuhteissa,ei vältttämättä tapahdu reaalikaasuilla noissa ääriolosuhteissa. Koska Li-7 isotooppia syntyy vain Be-7-isotoopista,niin mikäli Be-7 isotooppia alun nukleosynteesissä syntyykin odotettua vähemmän,syntyy myös litiumia vähemmän. Ja edelleen,että Li-7-isotoopin takaisin Helium-4:ksi muuttumisen määrä pp2-kejuissa voi olla odotusarvoja isompi. En ole asiantuntija, enkä tiedä onko tämä mahdollista,olen vain asiasta kiinnostunut.
-
-
-
-
-
Voisi kuvitella että riittävän suuri määrä neutriinoja olisi voinut vähän kiihdyttää vapaan neutronin betahajoamista protoniksi ja elektroniksi. Eli kun normaalisti prosessi on n->p+e+antinue, niin sama verteksi on myös nue+n->p+e. Kosmiset neutriinot ovat nykyään niin matalaenergisiä että ne eivät näy mittauksissa, joten niiden tiheyttä ei suoraan pysty mittaamaan. Varmaankin tämän on joku laskenut, että onko efektillä ollut jotain merkitystä nukleosynteesiin vai ei.
-
Kosmisten neutriinoiden määrä vaikuttaa laajenemisnopeuteen sekä ydinten synnyn että mikroaaltotaustan aikaan. Tämä on niiden pääasiallinen vaikutus ydinten syntyyn. Niitä voi olla vain 15% tavallista enemmän, muuten laajeneminen on liian nopeaa, neutroneita on jäljellä liian paljon ja helium-4:ää syntyy liikaa.
Tuo mainitsemasi reaktio ei enää juuri vaikuta ydinten synnyn aikaan, koska neutriinojen vuorovaikutukset ovat niin heikkoja ydinten synnyn lämpötilassa, että ne eivät juuri törmäile neutroneihin. Standardineutriinojen korjaus prosessin kulkuun on vain 1.5%. Niiden lukumäärän kasvattaminen 15%:lla on siis vain pieni korjaus pieneen korjaukseen, eikä käsittääkseni voi pudottaa litiumin osuutta kolmannekseen.
-
-
Irina Armfelt sanoo:
Eihän maailmakaikkeus voi olla olla loputon. Jossainhan on pakko olla ”reuna” tai seinä johon avaruus päättyy. Jos avaruus päättyy johonkin niin mitä sen jälkeen on? Tai jos ei pääty niin miten avaruus voi aina vain jatkua ja jatkua. Enni 6 v puolesta kysyy famu Irina
-
Avaruus voi olla ääretön.
Jos avaruus ei ole ääretön, sillä ei silti ole reunaa. Esimerkiksi pallon pinta on äärellinen, mutta sillä ei ole reunaa.
Lisää aiheesta täällä:
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/muotoja-ilman-mittanauhaa/
Ei tästä tämän enempää, kun ei liity merkinnän aiheeseen.
-
-
Vielä korjaus edelliseen,Beryllium-7 hajoaa tietenkin Litium-7:ksi (ei 6-eksi,kuten taisin edellä kirjoittaa.
Tämäpä sattui hauskasti: istun juuri luentosalissa, jossa Adam Riess on aloittamassa kollokvioesitelmää aiheesta.
Kysymys ja kommentti:
1) Mistä lähteestä on peräisin tieto, että Hubble kuolemaansa asti kiisti sen, että havainnot osoittavat maailmankaikkeuden laajenevan?
2) Nykyään Hubblen laki tunnetaan nimellä Hubblen-Lemaîtren laki. Kansainvälinen tähtitieteen unioni päätyi nimeämään lain uudelleen viime syksynä pidetyn jäsenäänestyksen pohjalta (https://www.iau.org/news/pressreleases/detail/iau1812/).
1) En muista mistä luin siitä alun perin, jostain historiikista. Yhdessä Hubblen viimeisistä artikkeleista toukokuussa 1953 (neljä kuukautta ennen hänen kuolemaansa) Hubble esittää punasiirtymän alkuperän avoimena kysymyksenä, johon pitää löytää vastaus, ja laajenemisen yhtenä mahdollisuutena: https://ui.adsabs.harvard.edu//#abs/1953MNRAS.113..658H/abstract
Ks. myös Sandagen muistelo: https://apod.nasa.gov/diamond_jubilee/1996/sandage_hubble.html
Voi kyllä olla, että ilmaisu ”vastustaa” on liian vahva, ”vahvasti epäillä” voisi olla oikeampi.
2) En tiennytkään tuosta päätöksestä. Miksei ennemmin Lemaîtren-Hubblen laki! Ehkä pitäisi ennemminkin sanoa, että se pitäisi nyt tuntea tuolla nimellä kuin että se tunnetaan sillä nimellä…
1) Mielenkiintoista. Sandagen tekstissä kyllä sanotaan mm. ”Hubble must have understood more clearly than anyone what he was dealing with and what he had accomplished.” Tekstin loppupuolella hän tosin pohtii, miksi Hubble ei koskaan tuntunut ottavan kantaa siihen, mitä laajeneminen merkitsee maailmankaikkeuden historian kannalta.
2) Samaa mieltä molemmista!
Ajattelin Sandagen tekstin tätä osuutta:
”Hubble believed that his count data gave a more reasonable result concerning spatial curvature if the redshift correction was made assuming no recession. To the very end of his writings he maintained this position, favouring (or at the very least keeping open) the model where no true expansion exists, and therefore that the redshift ”represents a hitherto unrecognized principle of nature”. This viewpoint is emphasized (a) in The Realm of the Nebulae, (b) in his reply (Hubble 1937a) to the criticisms of the 1936 papers by Eddington and by McVittie, and (c) in his 1937 Rhodes Lectures published as The Observational Approach to Cosmology (Hubble 1937b). It also persists in his last published scientific paper which is an account of his Darwin Lecture (Hubble 1953).”
Kiitos selkeästä ja maallikollekin avautuvasta analyysistä, jonka kiinnostavin pohdinta ihan lopussa on kuin jännityskertomuksesta.
Yksi kysymys mittaustapoihin liittyen. Onko punasiirtymän käyttö etäisyyden mittarina kyetty varmentamaan muilla menetelmillä luotettavaksi sekä laajenevan että ei-laajenevan avaruuden oletuksella?
Punasiirtymä ei suoraan mittaa etäisyyttä, vaan sitä, paljonko maailmankaikkeus on laajentunut. Jos maailmankaikkeus ei laajene, ei ole kosmista punasiirtymääkään. (Paitsi pieni punasiirtymä galaksien paikallisista liikkeistä, esimerkiksi Andromeda tulee meitä kohti, ja siksi sieltä tulevan valo on siirtynyt siniseen päin.)
Avaruuden laajenemisesta on niin paljon todistusaineistoa, että se on järkevän epäilyn tuolla puolen, vähän niin kuin Maapallon pyöreys.
Tällaisen maallikon kysymys:
Laajeneeko tunnettu avaruus meistä poispäin riippumatta missä kohden avaruutta sijaitsemme?
Havaitsemme meistä kiihtyvällä nopeudella etääntyviä kohteita, mutta havaitsemmeko meitä kohden kiihtyvällä nopeudella lähestyviä kohteita, sillä emme varmastikaan sijaitse big bang nollapisteessä?
Ja en ole itse lainkaan huolissani vaikka jokin galaxi tulisikin meitä kohden, se tuskin tapahtuu huomenna, juuri silloin kun olen autolla moottoritiellä liikenteessä kohti Tamperetta.
Laajenee. Ks. https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/rajaton_kasvu
Ei. Mitään big bangin nollapistettä ei ole, se tapahtui samaan aikaan kaikkialla avaruudessa.
Andromeda on tulossa päin, mutta kestää vielä muutaman miljardi vuotta ennen kuin se tormää Linnunrataan (tai menee läheltä ohi).
Pari asiaa hieman aiheen vierestä. Hubblen vakiosta ja sen määrittelystä, sekä siihen liittyvästä tieteen historiasta D.Overbyen Kosmoksen yksinäiset on loistavaa luettavaa, vaikkakin kyseinen opus on jo melko iäkäs.
Lisäksi Syksy Räsäselle kiitokset loistavasta blogista, erittäin hyvin ja mielenkiintoisesti kirjoitettua tekstiä näistä asioista kiinnostuneille maallikoille!
Lisäksi jos voi esittää idean blogissa käsiteltäväksi, ehdottaisin tätä viimeisimmistä merkeistä mahdollisesti löytyneistä supersymmetrian hiukkasista Ice Cuben ja ANITAN kokeissa: https://www.youtube.com/watch?v=5ESFGYkkbEI
Kiitos kiitos.
En yleensä katso ihmisten lähettämiä videoita, siihen menee niin paljon aikaa.
Enpä ollutkaan kiinnittänyt huomiota noihin ANITAn tuloksiin, pitää ehkä kirjoittaa niistä jos niiden tulkinnalle uutena hiukkasfysiikkana löytyy tukea.
Kolmen vaihtoehdon mysteeri -kirjoituksessasi vuodelta 2008 käyt läpi yhtenä vaihtoehtona kiihtyvän laajenemisen selittäjäksi rakenteiden muodostumisen vaikutusta. Onko kuluneina 10 vuotena tästä tullut uutta tietoa, joka vahvistaisi tai heikentäisi kyseistä hypoteesia?
Nyt tiedetään teoreettisesti paljon paremmin, millä ehdoilla rakenteilla voi olla merkittävä vaikutus maailmankaikkeuden laajenemisnopeuteen, ja ne ovat rajoittavia. Teoreettisesti mahdollisuus ei kuitenkaan ole suljettu pois.
Havainnoissa ei ole näkynyt mitään poikkeamia tyhjön energiasta, ja jos rakenteiden muodostuminen johtaisi kiihtyvään laajenemiseen, sen vaikutuksen odottaisi olevan siinä määrin erilainen kuin tyhjön energian, että siitä olisi näkynyt merkkejä. Tästäkään asiasta ei kuitenkaan ole varmuutta.
Hypoteesi on siis heikentynyt.
”Rakenteiden muodostumisen vaikutus laajenemiseen on pääasiallinen tutkimusaiheeni.
Rakenteiden vaikutuksen tarkka laskeminen on vaikeaa, eikä vielä tiedetä ovatko ne vastuussa kiihtymisestä, vai tarvitaanko pimeää energiaa tai uutta gravitaatiolakia.”
Tiedämme männävuosilta tuon tutkimusaiheesi. Viime vuosina et ole kuitenkaan tehnyt (ainakaan näyttäviä) ulostuloja aiheesta. Kaikki blokissasi kirjoitettu on myötäillyt ”standardiselitystä”. Onko huomioni oikea?
Enpä kai ole tehnyt aiheesta näyttäviä ulostuloja missään vaiheessa.
En ”myötäile” selitystä tyhjön energiasta, vaan esitän sen (ainakin matemaattisesti) yksinkertaisimpana ja yleisesti suosituimpana, mitä se onkin.
Yritän olla varovainen siitä, miten esitän omaa tutkimustani blogissa, vaikka olenkin sitä viime aikoina entistä enemmän tehnyt.
Kun aika- avaruus laajenee, niin laajeneeko silloin vaan avaruus vai myös aika? Eli onko aika- avaruuden laajeneminen täysin sama asia kuin laajeneminen yleensä vai jotenkin erilainen?
Onko laajeneminen havainto vai liittyykö se myös siihen että teoriaa pidetään oikeana? Havaintohan on se punasiirtymä.
Kyse on vain avaruuden laajenemisesta. On olemassa lukuisia havaintoja, joiden perusteella tiedetään, että maailmankaikkeus laajenee. Se on suunnilleen yhtä paljon järkevän epäilyn ulkopuolella kuin se, että Maapallo on pyöreä.
Jostain suhteellisuusteoriaa käsittelevästä jutusta on muinoin jäänyt päähäni
”pythagoralainen” kaarialkiota ds esittävä kaava
ds⁼ = dx⁼+dy⁼+dz⁼+dT⁼ (jossa nuo ylämerkit tarkoittavat kakkosia), x, y, z ovat tavalliset pituuskoordinaatit ja T on imaginaarinen aikakoordinaati, T = ict (jossa t on tavallinen aika). Tällöin on T:lläkin pituuden dimensio.
Onko kaavassa mitään järkeä? Kuinka se tulkitaan?
Menee sen verta kauemmaksi merkinnän aiheesta, että en rupea tätä kommentoimaan.
Kurssini ”Fysiikka runoilijoille” suppean suhteellisuusteorian osuudesta löytyy tästä muutama sana:
http://www.courses.physics.helsinki.fi/teor/run/
”Toinen mahdollisuus on se, että maailmankaikkeuden kiihtyvästä laajenemisesta ei olekaan vastuussa tyhjön energia, joten maailmankaikkeus laajenee eri tavalla kuin mitä odotetaan”
Maybe
🤔
Pari kysymystä: a) Onko kosmologeilla ymmärrystä siitä,miksi KIIHTYVÄ laajeneminen alkoi juuri n.5mrd.v.sitten?
b) Mikä on pienin laajenemisen yksikkö,vähän niinkuin pienin elämän yksikkö on solu?
Kiihtyvästä laajenemisesta, ks. sen kohdalla tekstissä olevat linkit:
http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kirkkaudesta_pimeyteen
http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kolmen_vaihtoehdon_mysteeri
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan aika-avaruus on jatkuva, siinä ei ole mitään pienintä yksikköä. Aiheesta tarkemmin, ks.
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/aika-avaruuden-atomit/
Kiitos valistus-aiheistasi! a) Eli kiihtyvä laajeneminen olisi voinut alkaa,periaatteessa miltei koska tahansa, koska se riippuu yksinomaan tyhjiöenergiasta (jonka suuruus on yhä arvoitus).
B) Tarkoitin ”soluilla” universumin tihentymä- ja laajentuma-rakenteita, sellaisia universumin alueita,jotka ovat kyllin massiivisia ja kompleksisia toimiakseen jonkinlaisina autonomisina laajentuma-kiihdyttiminä, kut.”walls and bubbles” (Backreaction Conjuncture).Mutta luin niistä vasta äskettäin tämän koosteen teon yhteydessä.
A) Niin, jos kiihtyvä laajeneminen johtuu tyhjön energiasta, niin emme tiedä, miksi se on alkanut hiljattain.
B) Ahaa. Maailmankaikkeus näyttää tilastollisesti samalta suunnilleen 300 miljoonan valovuoden mittakaavalla. Eli jos ottaa laatikon, jonka sivu on vähintään tuon pituinen, niin se laajenee keskimäärin samalla tavalla olipa se missä vain (tilastolliset fluktuaatiot tässä sivuuttaen). Kiihtymisen havaitseminen tuolla etäisyydella on tosin hankalaa, koska sen on niin pientä.
Nyt ymmärrän paljon paremmin mitä tarkoitetaan ns. avaruuden laakeudella.
Tässä ei kirjoitettu avaruuden laakeudesta mitään.
Aiheesta, ks.
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/muotoja-ilman-mittanauhaa/
Selvisi minullekin, että vain BBT:n alkuehdoissa päti kriitiisen massatiheyden hienosäätövaatimus (omegan arvo liki-1) 3-ulotteisen kaareutuneen tilan synnylle, ja että inflatorisen laajenemisen hypoteesi ratkaisi kerralla sekä horisonttiongelman,että LAAKEUS-(flatness) ongelman. Mutta juuri laajetessaan ja ikääntyessään universumi on etääntynyt tuosta arvosta. Eli laajeneminen on ollutkin laakeuden vähenemistä ajan suunnassa! (Mutta tästähän ei tässä yhteydessä ollut kyse,kuten korjasit).
Kirkkaudesta pimeyteen -merkinnässä kirjoitat näin: ”Tästä päätellään, että maailmankaikkeus on täynnä jotain kummallista ainetta, joka toimii antigravitaation lähteenä, minkä takia kaikki etääntyy toisistaan kiihtyvällä nopeudella. Tälle aineelle on annettu nimi pimeä energia.”
Merkinnässä puhutaan myös tyhjiön energiasta yhtenä mahdollisena selittäjänä pimeälle energialle.
Tavallisten ihmisten käsitteistössä energia ja aine ajatellaan usein jollain tavalla eri asioiksi. Olisi kiinnostavaa, jos haluaisit joskus blogissa avata tarkemmin mitä fyysikot tai erityisesti kosmologit tarkoittavat puhuessaan aineesta, joksi ilmeisesti voidaan kutsua myös hiukkasfysiikan kenttiä (näin muistan jollain yleisöluennolla sinun maininneen).
Kiitos kysymyksestä, mietin. Kyse on lähinnä siitä, että fyysikot käyttävät sanaa ”aine” useissa ristiriitaisissa merkityksissä. Heille on asiayhteydestä selvää, mistä on kyse, mutta ulkopuoliselle sanan käyttö voi olla hämmentävää. (Esimerkiksi juurikin pimeän aineen ja pimeän energian kohdalla.)
Hei! Onkohan kaikki ”väsyneen valon” teoriayritykset haudattu, vai yrittääkö kukaan nykypäivänä enää keksiä uutta fysikkaa, joka selittäisi punasiirtymää vaihtoehtoisilla tavoilla?
On haudattu.
Mihin perustuu varmuus laajenemisesta muiden teorioiden kustannuksella (ja samalla millä perusteella väsynyt valo -teoria on haudattu)?
Tämä on samanlainen kysymys kuin se, että mihin perustuu varmuus Maapallom pyöreydestä muiden teorioiden kustannuksella.
Vastauskin on samanlainen: päätelmä perustuu suureen määrään havaintoja ja hyvin ymmärrettyyn teoriaan. Maailmankaikkeuden laajenemisella on keskeinen rooli valon punasiirtymän lisäksi mm. galaksien muodostumisessa ja rakenteessa, atomiydinten synnyssä, atomien synnyssä ja niin edelleen.
Jos kaivaa naftaliinista vanhan idean, jonka mukaan maailmankaikkeus on, esim. valonnopeudella laajenevan, neliulotteisen hyperpallon 3D-pinta, niin eikö havaittu kiihtyvä laajeneminen saisi selityksen kun etäisyydet kasvavat ”korkoa korolle” periaatteella?
Lisäksi, onko jokin erityinen syy miksei tuota näennäisen houkuttelevaa hyperpallo-ideaa pyöritellä mainstream fysiikassa?
Kysymyksen taustalla vaikuttaa olevan väärinymmärretty idea siitä, että avaruuden kaarevuus liittyisi siihen, että se on upotettu johonkin korkeampiulotteiseen avaruuteen. Näin ei ole.
Avaruuden kaarevuudesta enemmän täällä: https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/muotoja-ilman-mittanauhaa/
Tämä riittäköön tästä.
Täytyy myöntää, että mä vain koitan ymmärtää näitä asioita siinä juurikaan onnistumatta. Mutta tykkään ajatella näitä juttuja. Esimerkiksi, että gravitonilla on antihiukkanen ja se vaikuttaa maailmankaikkeuden laajenemiseen. Jostakin muistan lukeneeni, että tilaa tulee kokoajan lisää ”kaikkialle” kun avaruus laajenee, mutta painovoima pitää galaksit, planeetat ja muut asiat koossa (vai sähkömagneettinen vuorovaikutus vai molemmat) mietin, että ilmestyykö avaruutta jatkuvasti myös maapallon ja meidän kehojen ja talojen kohdalla, mutta me ei vain huomata sitä. Kiitos ja mukavaa kevättä!
Tämä on sen verta kaukana merkinnän aiheesta, että en kommentoi tarkemmin, mutta avaruuden laajenemisesta enemmän täällä:
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/sormustimen-verran/