Arkisto
- syyskuu 2023
- elokuu 2023
- kesäkuu 2023
- 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
- 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
- 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
Ympyrä sulkeutuu
Edellisessä merkinnässä mainitsin tekstistäni, joka käsitteli kauneuden eri ilmenemismuotoja fysiikassa: ilmiöiden kauneutta, tarinoiden kauneutta ja sääntöjen kauneutta. (Aiemmin aiheesta täällä, täällä ja täällä.)
Käsittelemättä jäi eräs seikka, jota joskus kysytään: miksi fysiikan lait tuntuvat kauniilta? Tähän on vähintään yhtä vaikea vastata kuin siihen, miksi maalaukset näyttävät kauniilta, mutta yritän hahmotella yhtä puolta asiasta.
Miksi mitään ylipäänsä pidetään kauniina? Aivomme ovat evoluution myötä kehittyneet merkitsemään tietyt aistimukset miellyttäviksi ja toiset epämiellyttäviksi. Vahvimmat tällaiset leimat annetaan tuntoaistimuksille, mutta ne rajoittuvat yleensä välittömiin kokemuksiin.
Sen sijaan tiettyjen asioiden näkemisen aiheuttama mielihyvä yleistyy hetken tuntemusta kauemmas. Koska näkö on ihmisen merkittävin aisti, hahmotamme esimerkiksi esineiden muotoja ennemmin näkemisen kuin tuntemisen kautta. Näkymiin ja muotoihin liittyvät mielihyvän tunteet yhdistyvät niitä kuvaavan säännönmukaisuuden myötä abstraktimpiin käsitteisiin.
Esimerkiksi ympyrä on kaunis muoto. Ympyrä on kiertosymmetrian ilmentymä: se säilyy samana keskipisteen ympäri kierrettäessä. Niinpä silmin havaittavaan muotoon liittyy avaruutta koskeva muutos. Näön kautta koettu kauneus tarttuu kierron käsitteeseen, joka on konkreettista muotoa yleisempi. Kiertosymmetria perii kauneuden yhdeltä ilmentymältään, ympyrältä.
Olen aiemmin maininnut siirtymän Nikolaus Kopernikuksen ympyräradoista Isaac Newtonin kiertosymmetriseen painovoimalakiin esimerkkinä kehityksestä ilmiöiden kauneudesta lakien kauneuteen. Newtonin gravitaatiolain mukaiset radat eivät kaikki ole kiertosymmetrisiä (planeettojen radat ovat ellipsejä, eivät ympyröitä), mutta sen sijaan gravitaatiolaki on samanlainen joka suunnassa.
Newtonin gravitaatiolaissakin on vielä kyse avaruuden kierroista. Kiertojen kauneus vie kuitenkin avaruutta pidemmälle. Sähkömagnetismin kaunis teoria perustuu siihen, että kaikki säilyy samana, kun fotoneita ja varattuja hiukkasia kuvaavia kenttiä muutetaan tavalla, joka on matemaattisesti samanlainen kuin avaruuden kierto.
Olemme siis lähteneet liikkeelle konkreettisesta ympyrästä, siirtäneet sen kauneuden avaruuden kiertoihin ja päätyneet hahmottamaan ainetta ja valoa kuvaavien kenttien lakeja tämän avaruudesta tutun käsitteen avulla. Ympyrä sulkeutuu, kun ymmärrämme, että maailman ilmiöiden muodot ovat taasen seurausta näistä kenttiä koskevista laeista.
Koska ajattelumme on kehittynyt mallintamaan karkeaa ilmiöiden maailmaa, lähestymme hienoja lakeja niiden karkeista ilmentymistä yleistetyillä käsitteillä.
Monet fysiikan lakien symmetrioista ovat kauempana välittömistä havainnoista kuin kiertosymmetria, ja on paljon kauneutta, jolla ei ole vastinetta havaittavissa muodoissa. Mutta niidenkin matemaattisten rakenteiden ymmärtämiseen käytetään silmillä nähtävien muotojen hahmottamisessa harjaantuneita nystyröitä.
Konkreettisten esineiden käsittelemiseen kehittyneen ajatuskoneistomme valjastamista matemaattisten rakenteiden ymmärtämiseen kutsutaan geometriseksi lähestymistavaksi. Siinä etusijalla ovat tilaan ja kuvalliseen ajatteluun liittyvät käsitteet kuten muodot, koot, suunnat ja etäisyydet. Se täydentää algebralliseksi lähestymistavaksi kutsuttua mallintamista, missä käytetään tinkimättömiä yhtälöitä.
Helposti hahmotettava esimerkki geometrian ja algebran yhteydestä on Metta Savolaisen kuvateos, jonka muodoista ja pinta-aloista voi lukea Pythagoraan lauseen z2=x2+y2 todistuksen. Kuva ja yhtälö yhdessä ovat otos geometrian ja algebran välisestä sanakirjasta. Yhtälö z2=x2+y2 kuvaa myös ympyrää, jonka säde on z, joten se havainnollistaa myös sitä, miten yhtälöt liittävät erilaisia muotoja toisiinsa.
12 kommenttia “Ympyrä sulkeutuu”
Vastaa
Ihmisten ja enkelien kielillä
Helsingin opettajien ammattiyhdistyksen HOAY lehden Rihveli numerossa 1/2020 on artikkelini Ihmisten ja enkelien kielillä: kauneus, yksinkertaisuus ja symmetria fysiikassa. Kirjoitan muuan muassa näin:
“Ilmiöiden ja tarinoiden kauneuden lisäksi fysiikassa on kaukaisempaa ja puhtaampaa kauneutta, joka ei koske ilmiöitä, vaan sääntöjä ilmiöiden takana: se on sekä aineetonta että epäinhimillistä.”
8 kommenttia “Ihmisten ja enkelien kielillä”
-
Erkki Kolehmainen sanoo:
Olisi ollut hienoa, jos Syksy Räsänen olisi liittänyt tuon Rihveli-lehdessä julkaistun koko tekstin blogiinsa eikä vain linkkiä siihen. Tuo mukaan otettu lause on ilmeisesti kuitenkin kirjoituksen oleellinen sisältö. Syksy Räsäsen mainitsema fysiikan ilmiöiden takana oleva aineeton ja epäinhimillinen puhtaampi kauneus viittaa kovasti siihen suuntaan, että näiden sääntöjen laatija on ns. älykäs suunnittelija. Samaan suuntaan osoittaa myös otsikkoon otettu sana enkeli. Minusta on aika outoa, että fyysikko selittää asioita aineettomilla olioilla kuten enkeleillä, joiden olemassaoloa ei ole tieteellisesti varmennettu. Enkeleiden sijaan otan mieluummin selitykseksi neutriinon ja elektronin muodostamat rinkelit, joilla Arto Annila kirjassaan Kaiken maailman kvantit kuvaa näitä hiukkasia. Annilan mukaan universumin selittämiseksi ei tarvita kööpenhaminalaisen tulkinnan mystiikkaa eikä mitään virtuaalihiukkasia vaan pelkästään fotoneja.
-
Syksy Räsänen sanoo:
Jos jutun lukee, saa selville, että siinä ei ole sen enempää yliluonnollisia enkeleitä kuin ”älykästä suunnittelijaa”.
Ei tästä sen enempää.
-
Sitähän juuri pahoittelin, etten päässyt lukeman juttua. Minusta Syksy Räsänen olisi voinut liittää tuon koko tekstin blogii-kirjoitukseensa.
-
Teksti on luettavissa linkin takana.
-
-
-
-
Lentotaidoton sanoo:
Hieno ja oivaltava kirjoitus Syksy Räsäseltä, kiitos siitä. Fyysikot(kaan) (saati sitten itse fysiikka) eivät ole yhden asian fakki-idiootteja. Erkki Kolehmainen sen sijaan näyttää olevan vähän oivaltamis- ja käsittämiskyvyltään ja ilmeisesti tiedoiltaankin vähintäänkin vajavaisen tason omaava henkilö. Tai sitten yksinkertaisesti kaunainen trolli. Annilan veto tähän oli täydellisen käsittämätön limbo. Annilan erottamisella yliopistosta ja Räsäsen fysiikan kauneuden kuvailuilla ei ole minkään valtakunnan yhtymäkohtia. On käsittämätöntä, että jos E.K. on tosiaan myös lukenut tuon kirjoituksen, hän vetää kirjoittamiaan johtopäätöksiä.
Räsänen: ”Mutta kosmologiassa on enemmän kuin vivahdus mytologian kauneudesta, vaikka sen estetiikka onkin jumalatonta, vailla sankareita ja opetuksia. Ilmiöiden ja tarinoiden kauneuden lisäksi fysiikassa on kaukaisempaa ja puhtaampaa kauneutta, joka ei koske ilmiöitä, vaan sääntöjä ilmiöiden takana: se on sekä aineetonta että epäinhimillistä.”
Suosittelen kaikkia lukemaan tuon Syksyn kirjoituksen.
-
Kiitos, mukava kuulla että pidit artikkelista.
Pidetään kuitenkin keskustelu täällä asiallisena, vaikka vastaan tulisikin kommentteja joista ei paljoa perusta.
-
Minä en noteeraa nimimerkin takana piileksiviä pelkureita miksikään – varsinkaan, jos he menevät arvostelussaan henkilökohtaisuuksiin. Trollileiman lyöminen on näköjään muotia, mutta en ole trolli enkä kaunainen. Tässä ei ole kysymys henkilöistä vaan fysiikan ns. standardimallista ja sen puutteista. Annila erotettiin HY:stä, koska hän esitti standardimallista poikkeavan universumin selityksen. Eräs Annilan kärkkäimpiä kriitikkoja on ollut Syksy Räsänen, joka ei ole joutunut HY:n taholta vastaavan sanktion kohteeksi. Kauneus on katsojan silmässä ja sen vuoksi kauneus ei ehkä ole paras käsite fysiikan luonnehdintaan. Jos näkee mytologiassa yli-inhimillistä kauneutta, niin silloin kannattaa tutkia sitä eikä fysiikkaa.
-
En itse asiassa ole Arto Annilan tapausta julkisuudessa juuri kommentoinut. Tämä riittäköön hänestä.
-
-
Vastaa
Vasemmalta oikealle
Kosmologiassa on neljä isoa avointa ongelmaa: mitä on pimeä aine, miksi ainetta on enemmän kuin antiainetta, miten kosminen inflaatio on tapahtunut, ja mistä viime aikojen kiihtyvä laajeneminen johtuu.
Ratkaisuehdotuksia on satoja. Erityisen viehättäviä ovat sellaiset, joissa tehdään vain vähän oletuksia ja jotka selittävät useita asioita. Yksi tällainen on nuMSM, neutriinojen Minimaalinen Standardimalli. Siinä hiukkasfysiikan Standardimallia laajennetaan kenties yksinkertaisimmalla tavalla, lisäämällä kolme neutriinoa.
Hiukkasfysiikan Standardimallissa on kahdenlaisia ainehiukkasia: kvarkkeja ja leptoneita. Värivuorovaikutus sitoo kvarkit protoneiksi ja neutroneiksi. Leptonit eivät tunne värivuorovaikutusta, ja niitä on kahdenlaisia: sellaisia joilla on sähkövaraus (kuten elektroni), ja sellaisia joilla ei ole. Varauksettomia leptoneita sanotaan neutriinoiksi, ja niitä on kolme erilaista.
Kaikista ainehiukkasista paitsi neutriinoista on neljä versiota: hiukkanen ja antihiukkanen, ja kummastakin kaksi spin-tilaa. Jälkimmäinen tarkoittaa karkeasti yksinkertaistaen sitä, että hiukkanen voi pyöriä vastapäivään tai myötäpäivään. Sanotaan, että on vasenkätinen ja oikeakätinen hiukkanen.
Kun Standardimallia muotoiltiin 1970-luvulla, siihen laitettiin vain vasenkätisiä neutriinoita, ei oikeakätisiä. Syynä oli yksinkertaisuus. Toisin kuin sähkövaraukselliset oikeakätiset ainehiukkaset, oikeakätiset neutriinot vuorovaikuttavat vain vasenkätisten kumppaneidensa kanssa, ja sitäkin heiveröisesti. (Siispä niitä kutsutaan myös steriileiksi neutriinoiksi.) Niinpä oikeakätisistä neutriinoista ei ole toistaiseksi mitään merkkiä, eikä Standardimallin matemaattinen rakenne edellytä niitä. Siksi niitä 1970-luvulla pidettiin ylimääräisinä.
Tuuli kääntyi 1990-luvulla, kun tavallisten, vasenkätisten, neutriinoiden havaittiin muuttuvan toisikseen. (Havainnosta on myönnetty Nobelin palkinto vuosina 2002 ja 2015.) Tämä on mahdollista vain jos neutriinoilla on massa – 1970-luvulla ne oli jätetty massattomiksi. Niinpä Standardimallia piti päivittää. Vasenkätisille neutriinoille voi antaa massat lisäämättä uusia hiukkasia, mutta on luontevampaa lisätä samaan syssyyn myös oikeakätiset neutriinot.
Tämä on kenties yksinkertaisin hiukkasfysiikan Standardimallin laajennus, ja nuMSM:ssä yritetään lypsää siitä niin paljon kuin mahdollista. Vasenkätiset neutriinot voivat muuttua paitsi toisikseen, myös oikeakätisiksi neutriinoiksi. Tällä ilmiöllä pyritään selittämään sekä pimeä aine että aineen ja antiaineen epäsuhta.
Kevyin oikeakätinen neutriino on oiva ehdokas pimeäksi aineeksi: sillä ei ole sähkövarausta (eikä värivarausta) ja se voi olla erittäin pitkäikäinen. On mahdollista että pimeä aine on syntynyt tavallisten neutriinoiden muuttuessa oikeakätisiksi neutriinoiksi varhaisessa maailmankaikkeudessa. Olen aiemmin kirjoittanut tästä, nyt avaan sitä, miten tavallisten neutriinoiden muuttuminen kahdeksi muuksi oikeakätiseksi neutriinoksi voisi selittää aineen ja antiaineen välisen epäsuhdan.
Vaikka kaikista ainehiukkasista on sekä tavallinen hiukkanen että antihiukkanen, maailmankaikkeudessa näkyvät kappaleet koostuvat vain hiukkasista. Ei ole antiaineplaneettoja, antiainetähtiä eikä antiainegalakseja. Kun aine ja antiaine kohtaavat, ne annihiloituvat, eli muuttuvat toisiksi hiukkasiksi, erityisesti fotoneiksi. Jos jossain olisi antiainetta, näkisimme aineen ja antiaineen rajapinnalla syntyvää annihilaatiosäteilyä. Jonkin verran tällaista säteilyä itse asiassa mitataan taivaalta, koska vinhasti pyörivissä neutronitähdissä ja supernovien jäänteissä syntyy pieniä määriä antihiukkasia, jotka törmäävät tavalliseen aineeseen.
Varhaisessa maailmankaikkeudessa tilanne oli toinen: ainetta ja antiainetta oli lähes yhtä paljon. Hiukkaspuurossa hiukkaset ja antihiukkaset törmäsivät ja annihiloituivat koko ajan, mutta vastaavasti fotonit muuttuivat koko ajan takaisin hiukkas- ja antihiukkaspareiksi, niin että aineen ja valon suhde pysyi tasapainossa. Esimerkiksi fotoneita ja elektroneita oli suunnilleen yhtä paljon.
Mutta kun maailmankaikkeus laajenee, fotonien aallonpituus venyy ja energia laskee. Niinpä jonkun ajan kuluttua fotoneilla ei ole enää tarpeeksi energiaa hiukkasten ja antihiukkasten tuottamiseen. Sitten hiukkaset ja antihiukkaset kuluttavat toisensa loppuun, kun uusia ei tule. Ensin katoavat top-kvarkki ja sen antihiukkanen, koska se on kaikkein raskain hiukkanen, eli sen tuottaminen vaatii eniten energiaa. Tämä tapahtuu maailmankaikkeuden ollessa noin sekunnin miljardisosan sadasosan ikäinen. Viimeiseksi poistuvat elektroni ja antielektroni, jotka kuluvat loppuun kun maailmankaikkeus on sekunnin vanha.
Jos ainetta ja antiainetta olisi ollut yhtä paljon, jäljelle oli jäänyt vain fotoneita ja neutriinoita. Ainetta oli kuitenkin hitusen verran enemmän. Nykyään maailmankaikkeudessa on noin miljardi fotonia jokaista protonia ja elektronia kohti, eli aineen ja antiaineen epäsuhta oli vain miljardisosan luokkaa. Kaikki näkyvät rakenteet koostuvat tuosta pienestä ylijäämästä.
Tapahtumaa jossa aineen ja antiaineen välisen epäsuhta saa alkunsa kutsutaan nimellä baryogeneesi, baryonisen aineen synty. Baryoninen aine tarkoittaa ainetta, joka koostuu kvarkeista. Nimi tulee siitä, että asiaa ajatellaan yleensä sen kautta, miten saataisiin tuotettua enemmän kvarkkeja kuin antikvarkkeja, ja elektronit tulevat siinä sivussa.
Nykymaailmankaikkeudessa baryoniluku säilyy. Protoneilla ja neutroneilla on baryoniluku +1, niiden antihiukkasilla -1. Aina kun syntyy protoneita ja neutroneita, syntyy siis yhtä paljon antiprotoneita plus antineutroneita. Varhaisessa maailmankaikkeudessa tämäkin on toisin.
Yksi suosittu mahdollisuus baryogeneesille on se, että Higgsin kentän olomuodon muutoksessa kehkeytyy kuplia, joiden törmäyksissä syntyy enemmän kvarkkeja kuin antikvarkkeja. Tämä vaatii sitä, että on olemassa uusia hiukkasia, jotka ovat jonkin verran mutta ei liikaa nykyistä raskaampia. Toistaiseksi sellaisia ei ole näkynyt.
nuMSM lähestyy baryogeneesiä kiertotien kautta. Baryoniluvun lisäksi nykymaailmankaikkeudessa säilyy (ainakin enimmäkseen) leptoniluku. Kaikilla leptoneilla on leptoniluku +1 ja niiden antihiukkasilla -1, oikeakätisiä neutriinoja lukuun ottamatta.
Kun tavalliset neutriinot muuttuvat oikeakätisiksi neutriinoiksi, leptoniluku siis muuttuu. Tässä voi syntyä epäsuhta leptonien ja antileptonien välille. Varhaisina aikoina (ennen sekunnin miljardisosan sadasosaa) baryoniluku ja leptoniluku sekoittuvat koko ajan, joten leptoniluvun ylijäämä siirtyy baryonilukuun.
Tapahtuman yksityiskohdat ovat monimutkaisia, vaikka lähtökohta on yksinkertainen. Tämä on yleensä hyvä merkki. nuMSM:n baryogeneesi nähtävästi toimii vain silloin, kun kahden raskaamman oikeakätisen neutriinon massat ovat lähellä protonin massaa ja hyvin lähellä toisiaan.
Toisin kuin Standardimallin laajennuksissa yleensä, nuMSM:ssä uusien hiukkasten havaitseminen ei ole vaikeaa siksi, että ne olisivat niin raskaita, vaan siksi, että ne vuorovaikuttavat niin heikosti. Suunnitteilla on useita kokeita, jotka yrittävät mitata näiden hiukkasten heiveröisiä signaaleja, esimerkiksi CERNin SHiP.
nuMSM kietoo neutriinojen muuttumisen toisikseen, pimeän aineen ja baryogeneesin tiiviiksi paketiksi. Oikeakätisten neutriinoiden massoilla on mallissa tiukat rajat, joten ne joko löydetään tai malli osoitetaan vääräksi. Tällainen ennustusvoimaisuus on käytännöllistä ja kaunista.
24 kommenttia “Vasemmalta oikealle”
-
Matti Hult sanoo:
Erinomaisen valaisevasti kirjoitettu -kiitos!
-
Kiitos, mukava kuulla. Tämä on vaikea aihe, kun asiaan liittyy niin muutama mutka ja useita erikoistermejä.
-
-
Eusa sanoo:
Neutriinojen massallisuuttahan ei ole suoraan todennettu eli saatu mitattua massat.
On siten edelleen mahdollista, että neutriinoaalloilla on vain yhdenlainen kätisyys kuten valollakin ja on siten oma antihiukkasensa oikeakätisenä – rikkoutumaton symmetria.
Jos kunnolla massiivisia neutriinoja havaittaisiin, laittaisi se melko lopullisen pisteen neutriinojen massattomuusmahdollisuudelle ja oskillaatio-olettaman vaihtoehdoille. Onko kiihdytinkokeiden ohjelmissa erityistä linjaa monikanavaisesti etsiä tuollaisia protonimassaluokan neutriinoja – onko siihen periaatteessa keinoja?
-
On totta, että neutriinojen massoja ei ole vielä mitattu suoraan. Mittauksia tehdään laboratoriossa ja kosmologisesti (neutriinojen massoista jää jälki galaksien jakaumaan), saa nähdä kumpi pääsee ensin maaliin.
Muitakin selityksiä neutriinoiden muuttumiselle toisikseen on esitetty. Ne ovat kuitenkin sen verta eksoottisempia ja monimutkaisempia kuin massat, että massoja pidetään jokseenkin varmennettuina. On totta, että asia ei kuitenkaan vielä ole järkevän epäilyn tuolla puolen.
-
Tartuit spekulointitoleranssin arviointiin, mutta itse kysymys jäi vastaamatta. 🙂
-
Tosiaan.
Vastaus löytyy tekstistä: ”Suunnitteilla on useita kokeita, jotka yrittävät mitata näiden hiukkasten heiveröisiä signaaleja, esimerkiksi CERNin SHiP.”
-
-
Jernau Gurgeh sanoo:
Jos neutriino-oskillaatio on varmasti todettu tapahtuvaksi, niin eikö tästä seuraa väkisin että neutriinoilla on massa, riippumatta siitä mikä itse oskillaation aiheuttaa?
Jos neutriinon tila vaihtelee, niin silloinhan se kokee evoluutiota. Evoluutio tapahtuu aina ajassa? Jos hiukkanen kokee ajan, silloin se ei voi kulkea valonnopeudella, josta seuraa että sillä on oltava massa?
Vai olenko ymmärtänyt ihan väärin, mistä asiassa on kysymys?
-
Kyllä valonnopeudella liikkuvatkin hiukkaset muuttuvat – kuinkas muutenkaan, liikehän on paikan muutosta.
Myös fotonien aallonpituus ja polarisaatio voivat muuttua.
Jos aksioneja on olemassa, niin magneettikentissä fotonit sekoittuvat niihin samaan tapaan kuin neutriinot sekoittuvat toisiinsa.
-
-
-
-
” nuMSM kietoo neutriinojen muuttumisen toisikseen, pimeän aineen ja baryogeneesin tiiviiksi paketiksi. Oikeakätisten neutriinoiden massoilla on mallissa tiukat rajat, joten ne joko löydetään tai malli osoitetaan vääräksi. – nuMSM:n baryogeneesi nähtävästi toimii vain silloin, kun kahden raskaamman oikeakätisen neutriinon massat ovat lähellä protonin massaa ja hyvin lähellä toisiaan”.
Eli mitkä ovat nämä ”tiukat rajat”? Jos ne ovat ”lähellä protonin massaa” niin luulisi näin ottaluulla mitaten niiden löytyvän helpostikin (vajaassa 1 GeV:ssä). Vai onko se vaikeus vain lähes olemattomassa vuorovaikutuksessa? Vai olenko (taas) väärässä?
-
Kevyimmän neutriinon massa on noin 5-10 keV (eli noin kymmenesosa elektronin massasta). Alaraja tulee siitä, että galaksien ja kääpiögalaksien rakenne ei häiriinny liikaa: mitä kevyempi pimeän aineen hiukkanen, sitä vinhempaan se liikkuu ja sitä enemmän se pyyhkii rakennetta pois. Yläraja tulee siitä, että kevyin oikeakätinen neutriino voi hajota tavalliseksi neutriinoksi ja fotoniksi, ja noita fotoneita ei ole nähty.
Aiemmin luultiin, että raskaampien massan pitää olla jokseenkin 1 GeV, ja massaeron noin 10 keV, mutta uusimpien laskujen mukaan massa voi olla ainakin kertalukua kevyempi tai raskaampi.
Oikeakätisten neutriinojen löytämisen vaikeutena on se, että ne vuorovaikuttavat niin heikosti. Niitä voi etsiä tuottamalla tavallisia neutriinoita ja katsomalla katoaako osa niistä.
Perinteisestihän tavalliset neutriinot ovat niitä hiukkasia, jotka havaitaan epäsuorasti siten, että jotain puuttuu. Tässä ne ovat niitä hiukkasia, jotka pitää mitata suoraan.
Pitää siis suunnata tarkkaan detektoriin säde, jossa on paljon neutriinoja.
-
-
Neutriinoista ihan peruskysymys.
Kun fotoni absorptiossa virittää energiatasonsa mukaisen tilan ja voi ryhmittyä inerferenssissä uudelle energiatasolle (PT-symmetria), mikä erottaa neutriinolajit niin, ettei kyse voisi olla yhden ”yleisen” neutriinolajin interferenssiryhmittymisestä?
-
Kolme tavallista neutriinoa (elektronin neutriino, myonin neutriino ja taun neutriino) vuorovaikuttavat eri tavalla elektronin, myonin ja taun kanssa.
-
-
”Perinteisestihän tavalliset neutriinot ovat niitä hiukkasia, jotka havaitaan epäsuorasti siten, että jotain puuttuu. Tässä ne ovat niitä hiukkasia, jotka pitää mitata suoraan”.
Tulee mieleen Paulin ihmettely keksimästään neutriinosta v 1930: olen löytänyt hiukkasen jota ei pystytä koskaan löytämään. No kesti 26 vuotta (1956) ja neutriino löydettiin. Jäämme odottelemaan nuMSM neutriinoja. Onko neutriinoton kaksoisbeeta hajoaminen tässä avainasemassa?
-
Neutriinoton kaksoisbetahajoaminen on yksi koe, jossa noita raskaampia oikeätisiä neutriinoita voisi näkyä (kevyimmän vaikutus siihen on liian heikko). En osaa sanoa sen tärkeydestä suhteessa muihin kokeisiin.
-
-
nuMSM:hän on venäläis-suomalaista yhteistyötä, idean isäthän ilmeisesti Shaposnikov ja Enqvist
-
nuMSM on alun perin Takehiko Asakan ja Mikhail Shaposhnikovin esittämä, Kari Enqvist ei ollut mukana.
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kauneusvirheen-korjaaminen/
-
-
Sunnuntaipohdiskelija sanoo:
Kiitos Syksy. Vaikka tässä artikkelissa kiihtyvää laajenemista ei käsitelty, niin siihen liittyen spekuloin olisiko niinkin yksinkertaista, että tyhjiö spontaanisti aina laajenee (kutsutaan sitä sitten kosmiseksi vakioksi tai tyhjiöpaineeksi). Kun massa on vähitellen keskittynyt galakseihin ja tyhjiöt niiden välissä ovat kasvaneet, globaali laajeneminen on ottanut vallan. Universumi ollaan kuvattu yleisesti laakeaksi. Viimeaikaisen Planckin tekemät mittaukset viittavat kuitenkin, että universumi voisi kaareutua pallomaiseksi pitkän laakean ajanjakson jälkeen. Mielenkiintoisena ajatuslekkinä voisiko kiihtyvä laajeneminen johtaa ylivalonnopeuteen, jolloin aika lähtee taaksepäin ja avaruus kaareutuu takaisin alkupisteeseen? Voisiko avaruus kaareutua kuin hyberboloidi, jonka päät yhdistyvät? Pimeä energia korreloi ilmeisesti ajan suunnan kanssa eli tällöin pimeäenergia muuttuisi lopulta negatiiviseksi. Olisi loogista ajatella, että pimeäenergia on johdannainen kvanttiilmiöistä kuten myös painovoimakenttä samalla tapaa kuin makroskooppinen massa on johdannainen energiasta.
-
Lyhyesti: ei.
Kiihtyvästä laajenemisesta, ks.
http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kirkkaudesta_pimeyteen
http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kolmen_vaihtoehdon_mysteeri
http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/valoa_kaukaa
-
-
Eikö tyhjiöenergia pysty selittämään laajenemista yksinään havaintojen perusteella? Eikö avaruudessa olevien tyhjien alueiden tilavuus korreloi kiihtyvän laajenemisen aiheuttamaan voimaan?
-
Tyhjiön energiaa on kaikkialla, oli ainetta tai ei.
Koska tämä ei liity merkinnän aiheeeen, ei tästä sen enempää.
-
-
Vastikään Naturessa julkaistiin todisteita neutriinojen epäsymmetrisyydestä, joka selittänee miksi materiaa ylipäätänstä on olemassa. Voiko joku kommentoida miten materian synty liittyy neutriinoihin, joilla on mitätön massa? Universumin alkuvaiheessa uskotaan olleen raskaita neutriinoja. Oletan, että niistä suurin osa annihiloitui, mutta epäsymmetriasta johtuen oikekätisiä jäi universumiin ja vasenkätiset antihiukkaset hävisivät. Voisiko jäljelle jääneet olla pimeää ainetta?
-
Merkinnässä onkin kirjoitettu tästä, lisää linkin takaa:
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kauneusvirheen-korjaaminen/
-
”Kevyin steriili neutriino on vastuussa pimeästä aineesta.” Käsitin mainitsemastani julkaisun tiivistelmästä, että nämä steriilit oikeakätiset neutriinot olisivat syntyneet ainoastaan universumin alkuhetkillä ja hajonnut nopeasti kevyemmiksi hiukkasiksi (kuten materiaksi). Ilmeisesti näin ei käynytkään kaikille hiukkasille, vaan ”kevyimmät” alle protonin massaiset ovat stabiileja. Miten tämä selittynee?
-
On erilaisia vaihtoehtoja sille, millaisia oikeakätiset neutriinot ovat ja mikä on niiden rooli.
En tiedä mihin julkaisuun viittaat, enkä kommentoi tässä sitä.
Merkinnässä kirjoitan yhdestä vaihtoehdosta. Merkinnässä lukee näin:
”Kevyin oikeakätinen neutriino on oiva ehdokas pimeäksi aineeksi: sillä ei ole sähkövarausta (eikä värivarausta) ja se voi olla erittäin pitkäikäinen.”
-
-
-
”Yhtälö z^2=x^2+y^2 kuvaa myös ympyrää, jonka säde on z, joten se havainnollistaa myös sitä, miten yhtälöt liittävät erilaisia muotoja toisiinsa.”
En halua saivarrella, mutta ihan samasta muodosta on kyse: etäisyys karteesisessa (x,y)-tasossa vs. hypotenuusan pituus suorakulmaisten sivujen/kantojen suhteen. Mutta joo, tuo Pythagoraan lause on tavattoman keskeinen tulos sekä matematiikassa että fysiikassa: kvanttimekaniikka pyörii Fourier-analyysin ympärillä, jossa Pythagoraan lause ilmenee ortogonaalisten ominaisfunktioiden ja projektioiden kautta; erityisessä suhteellisuusteoriassa Pythagoraan lause johtaa Lorenzin muunnokseen, sekä sen avulla voi yhdistää kappaleen energia, liikemäärä ja massa; yleinen suhteellisuusteoria soveltaa Gaussin koordinaatistoa, jossa Pythagoraan lause ilmenee etäisyytenä pitkin kaarevaa pintaa sopivien komponenttien avulla.
En kommentoi tähän muuta kuin sen, että ympyrä ja kolmio ovat eri muotoja.
No joo 🙂 pääsi tulemaan ajatuskatko, kun aloin pohtimaan yksikköympyrän siniä ja kosinia.
Minustakin tuo Pythagoran lause edustaa juuri yksinkertaisuutensa takia tietynlaista kauneutta, varsinkin kun sen avulla voidaan päästä varsin mullistaviinkin tuloksiin – esimerkiksi siihen Lorenzin kertoimeen, yhteen suhteellisuusteorian kulmakivistä.
Uskaltaudun tänne taas kommentoimaan silläkin uhalla, että lento- tai joku muu nimimerkin taakse piiloutuva taidoton esittää arvionsa älystäni ja tiedoistani. Geosentrisessä maailmankuvassa maa oli kaiken keskispiste, jota aurinko, kuu ja planeetat kiersivät ”kauniita” ympyräratoja. Tähän kauneuteen tuli kuitenkin särö, kun planeettojen liike ei noudattanutkaan tarkasti esitettyä mallia. Niinpä planeettojen ympyräratoihin lisättiin ”kaunis” ympyränmuotoinen episykli, jolla asiaa yritettiin korjata. Näin yksinkertainen episyklimalli ei kuitenkaan riittänyt kaikkien planeettojen liikkeiden hienouksien selittämiseen, vaan alkuperäiselle episyklille jouduttiin lisäämään pienempiä episyklejä, ja lopulta Ptolemaioksen lopullinen malli sisälsi 80 episykliä. Vasta kun ”kauneuden” vaatimuksesta tingittiin ja planeettojen radat korvattiin vähemmän kaunilla ellipseillä päästiin eteenpäin.
Kuten kirjoitin aiemmin, kauneus on katsojan silmässä ja sen vuoksi kauneus ei mielestäni sovi kovin hyvin fysiikan luonnehtimiseen, vaikka matematiikan sopisikin. Mitä taas tulee kuvataiteisiin arvostan suuresti surrealisteja kuten Salvador Dalía ja René Magrittea. En esteettisten seikkojen vuoksi vaan siksi, että heidän töissään on yllätyksellisyyttä, mikä pistää ajattelemaan. Tukholman modernissa museossa on Dalin L’enigme de Guillaume Tell (v. 1933). Se antaa uuden perspektiivin Wilhelm Tellin sankarimyyttiin.
Antiikin aikana rationaalilukuja pidettiin ”klassisina” ja niiden avulla pyrittiin selittämään yhtä jos toista vallitsevasta maailmasta. Irrationaalilukuja taas pidettiin järjettöminä, mutta toisaalta niitä voitiin ymmärtää säännöllisten rationaalilukujen avulla, mitä taas voidaa pitää omalla tavallaan kauniina teoriana.
Ptolemaioksen episykliteoria oli siinä mielessä kaunis, että ihminen saattoi visualisoida koko prosessin säännöllisellä sekä klassisella tavalla – ja saada oikeita vastauksia. Vasta jälkeenpäin on käynyt selväksi, että episykliteorian visuaalinen kuvaus on väärä. Modernin ajan episykliteoria lienee Feynmanin polkuintegraaliformalismi, joka kuvaa kvanttiprosessia säännöllisellä sekä klassisella tavalla, mutta ei ole mitään syytä olettaa, että kvanttihiukkaset tosiasiallisesti kulkisivat paikasta toiseen kaikkia erilaisia ratoja pitkin yhtä aikaa, eli kyseessä on vain visuaalisesti kaunis matemaattinen resepti.
”…mutta ei ole mitään syytä olettaa, että kvanttihiukkaset tosiasiallisesti kulkisivat paikasta toiseen kaikkia erilaisia ratoja pitkin yhtä aikaa, eli kyseessä on vain visuaalisesti kaunis matemaattinen resepti.”
Tästä olen täysin samaa mieltä. Matematiikassa on muitakin visuaalisesti kauniita reseptejä, joilla ei välttämättä ole mitään yhteyttä todellisuuteen.
Jospa sitten vähän kehuttaisiin Erkki Kolehmaista: ”Mitä taas tulee kuvataiteisiin arvostan suuresti surrealisteja kuten Salvador Dalía ja René Magrittea. En esteettisten seikkojen vuoksi vaan siksi, että heidän töissään on yllätyksellisyyttä, mikä pistää ajattelemaan”.
Tätähän kaikki tosi suuret mullistukset luonnontieteiden historiassa myös todistavat – ne ovat aina tulleet suurina yllätyksinä ei ainoastaan suurelle yleisölle vaan myös useille fyysikoille/tiedemiehille itselleenkin (vaikka niissä asiantuntijat pystyvätkin jälkeenpäin näkemään selvän edeltävän ”ilmassa roikkumisen”).
Räsänen: ”Koska ajattelumme on kehittynyt mallintamaan karkeaa ilmiöiden maailmaa, lähestymme hienoja lakeja niiden karkeista ilmentymistä yleistetyillä käsitteillä”. Näiden karkeistettujen käsitysten takana oleva entistä tarkempi selitys on aina tullut useimmille yllätyksenä. Mutta yhtä lailla tämä historiallinen tosiseikka on poikinut myös paljon polkuja, jotka ovat joko vieneet umpikujaan tai jotka on aikojen kuluessa ignoteerattu kuolleiksi. Kaikki ”hullut” ajatukset eivät toki ole ”totta”.
Myös minä olen aina ollut surrealistien suuri ihailija. Samalla tavoin voi kysyä: mitä ”kuvaa” Sibeliuksen viides tai Tsaikowskin kuudes? Ovatko ne ”kauniita”? Ovatko ne ”totta”? Kysymykset ovat mielettömiä. Jokainen vastaa kysymyksiin omalla tavallaan. Tietysti voi lausahdella yleisiä käsityksiä: Sibeliuksen viides oli riemusoittoa syövästä selviämisestä, Tsaikowskin kuudes (Патетическая) taas kaikkinensa tietoinen hyväksijättö traagiselle elämälle – kuoli itsemurhaan 9 päivää ensiesityksen jälkeen). Taide ja tiede kaikkinensa ovat tukena mielekkääseen elämään ja ymmärtämiseen.
Kiitos. Jos löytää uuden polun, niin ei kannata kääntyä heti takaisin, vaikka maasto muuttuisikin haastavaksi. Polun päässä voi olla umpikuja tai nabatealaisten Petra, joka saa silmät revähtämään hämmästyksestä.
”Antiikin aikana … Irrationaalilukuja taas pidettiin järjettöminä…”
Tuskin antiikin aikana pohdittiin irrationaalisia lukuja. Tarkoittanet reaalilukuja tms.
”…ei ole mitään syytä olettaa, että kvanttihiukkaset tosiasiallisesti kulkisivat paikasta toiseen kaikkia erilaisia ratoja pitkin yhtä aikaa, eli kyseessä on vain visuaalisesti kaunis matemaattinen resepti.”
Kun kerran hiukkanen on kentässä liikkuva aalto, se leviää laajalle alalle. Siinä mielessä tuo Feynmannin malli on looginen. Ei siellä ainakaan mitään pieniä pingispalloja viuhu edestakaisin.
Entäpä ajankohtaiset virukset?
https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/physicists-smash-record-for-wave-particle-duality-462c39db8e7b
Tämä riittäköön viruksista, elleivät ne liity jotenkin merkinnän aiheeseen.