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
- 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
- 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
Kivikuvun alla
Koeryhmän ANAIS edustaja Susana Cebrián Zarazogan yliopistosta Espanjasta puhui eilen Helsingin yliopiston kosmologiaseminaarien sarjassa viime kuussa julkistetuista tuloksista pimeän aineen jahdissa. Hän oli Helsingissä joulukuussa 2019 kertomassa ensimmäisistä mittauksista, ja antoi nyt etänä päivityksen, kun niiden tilastollinen merkitys alkaa olla huomattava.
Monet koeryhmät ovat etsineet pimeän aineen hiukkasta, mutta vain yksi väittää löytäneensä sen: DAMA/LIBRA. Kirjoitin yksityiskohdista täällä kolme vuotta sitten. Kokeen idea on yksinkertainen: eristetään koepala häiriöistä ja katsotaan, näkyykö siinä merkkejä törmäyksistä pimeän aineen kanssa.
Jos pimeää ainetta on olemassa, Maa kulkee pimeän aineen pilven läpi liikkuessaan Linnunradan keskustan ympäri. Tämän takia lävitsemme pyyhältää pimeän aineen hiukkasia noin 200 km/s nopeudella. Joskus pimeän aineen hiukkaset törmäävät tavallisen aineen hiukkasiin. Tämä on yksittäiselle hiukkaselle harvinaista, koska ne vuorovaikuttavat tavallisen aineen kanssa heikosti. Mutta jos katsoo tarpeeksi isoa kasaa hiukkasia tarpeeksi kauan eikä pimeän aineen vuorovaikutus ole liian heikko, niin näkee törmäyksiä.
Törmäys voi potkaista elektronin pois atomista, saada sen säihkymään valoa ja tärisyttää ainetta, jossa atomi on kiinni. On kuitenkin kaikenlaista kohinaa, joka saa aikaan tällaisia ilmiöitä muutenkin, kuten radioaktiivisten ydinten hajoaminen.
DAMA/LIBRA pyrkii erottelemaan signaalin kohinasta tarkastelemalla törmäysten vaihtelua vuoden aikana. Koska Maan nopeus Auringon ympäri on noin 30 km/s ja sen suunta muuttuu vuoden ympäri, pimeän aineen nopeus meidän suhteemme vaihtelee vuoden aikana noin 10%. Kun menemme pimeän aineen tuulta vastaan, pimeän aineen hiukkasia tulee vastaan tiuhemmin, ja myötätuuleen kulkiessa niitä tulee harvemmin.
DAMA/LIBRA näkee tällaisen vaihtelun vuodenaikojen myötä todennäköisyydellä, joka noin kaksikymmentä miljardia miljardia miljardia miljardia vastaan yksi. Maksimi on vieläpä juuri silloin kuin pimeältä aineelta odottaisi, 2. kesäkuuta. Tulos näyttää yksinään vakuuttavalta, mutta mikään muu koeryhmä ei ole onnistunut toistamaan sitä.
Kolme vuotta sitten totesin, että tämä ei ole ratkaisevaa, koska muut kokeet ovat käyttäneet erilaisia koemateriaaleja. On mahdollista, että pimeä aine vuorovaikuttaa eri tavalla eri alkuaineista koostuvan tavallisen aineen kanssa niin, että se näkyy DAMA/LIBRAn natriumjodidikristallissa, mutta ei esimerkiksi koeryhmän XENON1T nestemäisessä xenonissa.
Nyt tilanne on muuttunut. ANAIS käyttää samanlaista natriumjodidikristallia kuin DAMA/LIBRA, joten ei ole mitään syytä, miksei se näkisi samaa signaalia, jos kyseessä on pimeä aine. ANAIS-kokeessa on pyritty riippumattomasti muutenkin toistamaan DAMA/LIBRAn koejärjestely, ja huolella hallitsemaan virhelähteet.
Kokeessa on 112.5 kiloa natriumjodidikristallia suojakerrosten alla tarkkaan eristettynä Canfrancin laboratoriossa Pyreneiden vuoriston kivikuvun alla. On tärkeää sijoittaa koe kiven alle, koska taivaalta tuleva säteily on merkittävä kohinan lähde. Kun kosmiset säteet (eli nopeasti liikkuvat protonit ja muita kevyet ytimet) iskeytyvät ilmakehän atomeihin, syntyy hiukkassuihkuja, erityisesti myoneja, joita menee lävitsemme koko ajan. Myonien lukumäärä vaihtelee vuodenajan myötä: ilman tiheys riippuu lämpötilasta, ja mitä tiheämpää aine on, sitä enemmän kosmiset säteet siihen törmäävät.
Vaikka ANAIS on vuoren suojassa, koeryhmä erikseen mittaa myonien määrän. Samoin se seuraa kosteutta, painetta, lämpötilaa, ympäristön radioaktiivisuutta ja koepalan sisältä tulevaa radioaktiivisuutta ja muita ajan myötä muuttuvia tekijöitä.
Kokeen herkkyydestä kertoo jotain se, että yksi huomioitava virhelähde on se radioaktiivisuus, mikä syntyy kosmisten säteiden osuessa koepaloihin tai -laitteisiin matkalla niiden valmistuspaikasta laboratorioon. Tämä tosin vaimenee tilanteen rauhoituttua maan alla.
ANAIS aloitti datan keräämisen elokuussa 2017, ja koeryhmä on nyt käynyt ensimmäisen kolmen vuoden mittaukset. On helppo tiivistää tulos: ANAIS ei näe mitään signaalia. Todennäköisyys sille, että tämä on sattumaa ja DAMA/LIBRA on oikeassa, on noin yksi sadasta. Ryhmä kerää dataa vielä yhteensä kahden vuoden verran, jonka jälkeen todennäköisyyden odotetaan laskevan noin tekijään 1:400. Sen jälkeen ryhmä aikoo päivittää koelaitteistoa, jotta todennäköisyys saadaan niin alas, että DAMA/LIBRAn tulos on poissuljettu järkevän epäilyn tuolle puolen.
ANAISin lisäksi koe COSINE-100 on mitannut pimeän aineen mahdollisia törmäyksiä Etelä-Koreassa vuodesta 2016 alkaen. Se on julkistanut vasta ensimmäisen 1.7 vuoden mittausten tulokset, eivätkä ne riitä DAMA/LIBRAn näkemän vuodenaikojen vaihtelun varmistamiseen tai poissulkemiseen. Koe nimeltä SABRE pyrkii aloittamaan mittaukset samaan aikaan Australiassa ja Italiassa Gran Sasson kaivoksessa, missä DAMA/LIBRAkin on, käyttäen pallonpuoliskojen eri vuodenaikoja ympäristötekijöiden erottelemiseen. Gran Sassoon on menossa myös COSINUS, jossa ovat Helsingin yliopistolta mukana Matti Heikinheimom Alex Stendahl ja Kimmo Tuominen. Kaikki nämä kokeet käyttävät natriumjodidikristalleja, kuten DAMA/LIBRA.
Olen kosmologiaa luennoidessani käyttänyt DAMA/LIBRA-tuloksia esimerkkinä siitä, miten läpimurrot näyttävät usein selviltä vasta jälkikäteen. Tutkimuksen eturintamalla ei usein tiedetä, milloin yllättävät tulokset ovat merkkejä teoreettisen ymmärryksen puutteesta (tässä tapauksesta siitä, miten pimeän aine vuorovaikuttaa), ja milloin kyse on puutteista havainnoissa tai niiden tulkinnassa. Yksi koe ei välttämättä riitä teorian varmistamiseen tai kumoamiseen, koska molempiin liittyy kaikenlaisia oletuksia, jotka otetaan tarkempaan syyniin vasta kun asiat eivät menekään odotetulla tavalla.
Vaikka DAMA/LIBRAn väitettyä pimeän aineen havaintoa ei ole vielä täysin tyrmätty, ANAIS on antanut sille aikamoisen iskun, ja harva enää odottaa sen nousevan kanveesista.
36 kommenttia “Kivikuvun alla”
Vastaa
Mitä siis on aika?
Kirjoitin Helsingin opettajien ammattiyhdistyksen lehteen Rihveli ajan olemuksesta. Artikkeli alkaa näin:
Jotkut fyysikot tykkäävät siteerata Aurelius Augustinuksen (joka tuli tunnetuksi kirkkoisä Augustinuksena) teokseensa Tunnustukset 300-luvun lopulla kirjoittamia pohdintoja ajasta. Augustinus kommentoi osuvasti muun muassa sitä, miten vaikeaa ajan ajatteleminen on:
Mitä siis on aika? Jos kukaan ei kysy minulta, tiedän mitä se on. Jos haluan selittää sen sille, joka kysyy, en tiedä.
75 kommenttia “Mitä siis on aika?”
-
MarttiV sanoo:
Entropian etenemisen suunnalla ei taida olla tekemistä aika-avaruuden kaareutumisen kanssa
-
Syksy Räsänen sanoo:
Sitä ei tiedetä. Emme tiedä sitäkään, miksi signaaleja voi lähettää vain tulevaisuuteen, ei menneisyyteen.
-
Cargo sanoo:
Saako Nobelin palkinnon, jos ”kehittää” sellaisen painovoimateorian, jossa aika voi kulkea vain yhteen suuntaan?
-
Jos se ei onnistuneesti ennusta mitään uusia havaintoja, niin ei. Nobelin palkinto myönnetään kokeellisesti varmennetuista läpimurroista.
-
-
-
-
Fysiikan ajassa ei ole nykyisyyttä, menneisyyttä eikä tulevaisuutta. On vain kelloilla mitattavia tapahtumien kestoja joillakin jatkumoilla. Kuitenkin nykyisyyden muuttuminen menneisyydeksi ja uuden nykyisyyden aktualisoituminen tulevaisuudesta käsin on ajan fenomenologinen merkitys, se mitä Augustinuskin ehkä tarkoitti sanoessaan ymmärtävänsä mitä aika on vaikka ei osannut selittää sitä. Aika on olemassaolomme ydinrakenne ja siksi pakenee selityksiä.
Fenomenologisen ajan ja fysiikan ajan välinen suhde on mielenkiintoinen filosofinen ongelma. On kuitenkin mielestäni selvää, että fenomenologista aikaa ei voi redusoida fysiikan aikaan eikä selittää sen avulla. Pikemminkin päinvastoin. Tämä kuvastaa ontologista näkemystäni yleisemminkin.
-
Se mitä sanot fysiikasta ei ole totta, kuten artikkelissa kirjoitan.
-
Satelliitti kiertää Maata. Aikaa kuluu, mutta missä on satelliitin havaitsijasta riippumaton nykyisyys? Kirjoitinko hieman epäselvästi? En näe ristiriitaa artikkelisi ja oman ajatukseni välillä. Täsmentäisitkö?
-
Kuten artikkelissa kirjoitan, tämä ei pidä paikkaansa: ”Fysiikan ajassa ei ole nykyisyyttä, menneisyyttä eikä tulevaisuutta.”
-
Erkki Kolehmainen sanoo:
Kun näkee millaisessa umpikujassa hiukkasfysiikan standardimallin kannattajat ovat, niin ei heillä ole ainakaan tulevaisutta, vaikka vankka menneisyys ja hapertuva nykyisyys onkin.
-
Asiahan on tismalleen päin vastoin: hiukkasfysiikan Standardimalli on ollut paljon odotettua menestyneempi, eikä hiukkaskiihdyttimissä ole 50 vuoden aikana löytynyt mitään varmistettua poikkeamaa siitä. Tämä riittäköön tästä, kun ei juuri liity aiheeseen.
-
-
-
-
-
Jani sanoo:
Onko aika havaitsijan havaitsemien havaintojen havaintojärjestys?
-
Artikkeli toivon mukaan valaisee asiaa!
-
-
Helena O sanoo:
Minusta aika on kokemus, olemassaolon olemus. Jos aika on hypoteettinen tai teoreettinen (en löydä oikeaa sanaa) suure, se joka tapauksessa lakkaa olemasta, nimenomaan meille, kun meitä ei enää ole.
Voi aika tietenkin olla muutakin.
PS
Löytyykö artikkelisi netistä?-
Artikkeli on linkattu blogimerkinnän sanassa ”Artikkeli”.
-
-
Helena O: ”Minusta aika on kokemus, olemassaolon olemus.”
Hyvin sanottu. Mielestäni ajan alkuperä on subjektiivisuudessa: nykyisyys, menneisyys ja tulevaisuus ovat mielekkäitä käsitteitä vain subjektiivisessa ajassa. Tosin myös objektien maailmassa voidaan puhua menneisyydestä ja tulevaisuudesta suhteesssa johonkin mielivaltaiseen aikakoordinaattiin, jota sitten kutsutaan nykyisyydeksi, mutta tämä on mielestäni käsitteiden väärinkäyttöä, tai ainakin pitäisi selventää mitä nykyisyydellä kulloinkin tarkoitetaan. On tietenkin mahdollista, että fysikaalisella nykyisyydellä on jokin sellainen merkitys, jota en ymmärrä, ja olisin utelias kuulemaan tai lukemaan siitä jonkin selityksen. Peräkkäisten tapahtumien välinen todennäköisyyssuhde ei mielestäni riitä luomaan nykyisyyttä maailmankaikkeuteen.
-
Artikkelissa on lause ”Koska ei osata täysin sovittaa yhteen yleis-tä suhteellisuusteoriaa ja kvanttifysiikkaa, emme tiedä, onko tulevaisuus jo olemassa vaiko ei.”
Mitä oikeastaan tarkoitetaan fysiikassa kun sanotaan jonkin olevan olemassa? MInusta selkeä määritelmä olisi että A on olemassa havaitsijan B suhteen jos B havaitsee A:n. Jos olemassaololla tarkoitetaan jotain laajempaa, esim. jos puhutaan tulevaisuuden tai horisontin takaisten asioiden olemassaolosta absoluuttisessa mielessä, joudutaan helposti siihen että olemassaolon käsitteestä tulee malliriippuva. Fysiikan käyttämissä matemaattisissa malleissa ei aina ole, eikä tarvitsekaan olla, vastinetta kaikille yleiskielessä käytetyille käsitteille.
-
Tosiaan joskus hämärtyy, mitä olemassa oleminen oikeastaan tarkoittaa. Mutta tulevaisuuden olemassaolon ongelmaa voi havainnollistaa tuolla mnääritelmälläsi.
Newtonilaisessa aika-avaruudessa voi ajatella, että joka hetkellä on olemassa avaruus, joka vain muuttuu ajassa.
Suhteellisuusteoriassa kuitenkin havaitsija A voi olla saanut viestejä alueesta, mistä B:n ei ole ollut mahdollista ollut saada viestejä. Eli määritelmäsi mukaan toiselle osa aika-avaruutta olisi olemassa, toiselle ei. Ei ole yhteistä avaruutta, joten yleisen suhteellisuusteorian näkökulmasta on luonteva ajatella että koko aika-avaruus on olemassa.
Kvanttifysiikan näkökulma on erilainen, kuten jutussa kirjoitan.
-
-
Kuten artikkelissa kirjoitin, ajan luonnetta ei ole mahdollista saada selville tällaisilla arkiajatteluun pohjaavilla mietteillä, joten tämä riittäköön niistä.
-
Voi herran pieksut ja rouvan lapikkaat, että asian voi tehdä vaikeaksi. Jo Nummisuutarin Eskolle (ja ehkä myös Valtaojalle) sanottiin, että maailma muuttuu Eskoseni. Ensin oli alkuräjähdys, sitten inflaatio ja pikku hiljaa alkoi muodostua hiukkasia. Aika on tätä muutosta ja sen vaiheita kuvaava termi. Sen yksiköksi kelpaa, mikä tahansa riittävän säännöllinen ja toistuva tapahtuma esim. atomiytimen värähtely tai kellon heilurin liike gravitaatiokentässä. Ja tähän muutokseen liittyy entropian kasvu eli muutos menee kohti tasapainoa ja on siksi koko maailmankaikkeuden mitassa peruuttamaton, vaikka paikallisia pienenmisiä voikin tapahtua.
-
Tämä ei pidä paikkaansa: kuten artikkelissa kerrotaan, aika ei ole vain tapahtumien etenemisen yhtäläinen mitta.
-
Vaikka aika ei ole yhtäläinen mitta, niin se itse kuvaa tapahtumien etenemistä eli aikayksiköiden vertaamisessa ei ole mitään järkeä.
-
Aika ei ole vain tapahtumien etenemisen mitta, kuten artikkelissa selitetään. Tämä riittäköön tästä.
-
-
-
-
MV sanoo:
Voiko ajatella, että meillä on nopeus, jolla kuljemme eteenpäin ajassa, samoin kuin kuljemme kaiken aikaa tiettyyn suuntaan avaruudessa? Laajeneeko maailmankaikkeus muuten kiihtyvästi myös ajan suhteen, eli piteneekö aika, ja onko sitä mahdollista havaita?
-
Kyllä, yleisessä suhteellisuusteoriassa havaitsijan nopeudella on neljä suuntaa: yksi aikasuunta ja kolme paikkasuuntaa.
Niiden suuruus riippuu siitä, miten koordinaatisto valitaan (nopeus on suhteellista). Jos kiinnittää koordinaatit havaitsijaan, eli mittaa aikaa hänen kellonsa mukaan ja etäisyyksiä hänestä, niin havaitsija liikkuu ajassa eteenpäin valonnopeudella. (Kun aika-avaruuden kaarevuus jätetään huomiotta.)
Ei, ajan kulku ei muutu avaruuden laajenemisen takia.
-
Kiitos! Onko syy siihen, että aika ei ”laajene”, jotenkin siis yhteydessä juuri valon nopeus -rajoitteeseen?
-
Se, että informaatio ei voi kulkea valoa nopeammin ei liity tähän.
Aika voi kulkea eri tahtia eri paikoissa (ja kulkeekin, vaikka ero pieni muualla kuin mustien aukkojen ja neutronitähtien läheisyydessä).
Mutta aika ei voi tasaisesti hidastua tai nopeutua kaikkialla, koska merkityksellistä on vain ero kellojen käynnissä, Jos kaikki kellot käyvät yht’äkkiä eri tahtia, mikään ei muutu. (Noin karkeasti selitettynä.)
-
-
Matkustus menneisyyteen tekee maailmankaikkeuden epädeterministiseksi mutta myös epästabiiliksi ( esim isoisäparadoksi). Jos matkustus olisi mahdollista hiukkastasolla, voi sekin törmätessä johonkin toiseen hiukkaseen aiheuttaa ketjureaktion joka johtaa toisellaiseen tulevaisuuteen. Johtaako tämä siis multiversum ajatteluun? Jos ihminen pystyisi lähettämään signaalin ajassa taaksepäin se menisi rinnakkaiseen universuumiin
-
Determinismi ei ole välttämättä ristiriidassa aikamatkailun kanssa.
Determinismin kanssa voi kyllä tulla ongelmia, koska systeemin tila yhdellä hetkellä ei välttämättä määrää tulevaisuutta yksikäsitteisesti, jos on mahdollista vaikuttaa sekä menneisyyteen että tulevaisuuteen. Mutta voi myös olla, että määrää. On esitetty, että tämä olisi yksi ehto aikamatkailun mahdollisuudella, tai sen poissulkeva ehto. Ei tiedetä, miten asia on.
Kvanttifysiikan kannalta tilanne on ongelmallinen, kuten yleisen suhteellisuusteorian aikakäsitys muutenkin, kuten artikkelissa kirjoitan.
-
-
-
-
Jari Toivanen sanoo:
Minä olen sitä mieltä, että aika on vain niin monimutkainen ja vaikea asia, että ihmislajin, edes älykkäimpien yksilöiden, järki ei riitä sen ymmärtämiseen, ei nyt eikä tulevaisuudessakaan. Olemme siis vain liian vajavaisia. En myöskään usko, että mikään tällä palstalla, tai missään muuallakaan, esitetty selitys ajan luonteesta on lähelläkään oikeata.
-
Tämä ei ole mielipidekysymys sen enempää kuin aineen tai minkään muun fysikaalisen asian ymmärtäminen.
Suhteellisuusteorian käsitys ajasta tekee ennusteita, jotka on onnistuneesti testattu suurella tarkkuudella. Esimerkiksi jos gravitaation vaikutusta ajan kulkuun ei ottaisi huomioon, GPS-paikannus ei toimisi.
-
-
En tarkoittanutkaan, että aika tai muutkaan fysikaaliset asiat an sich olisivat mielipidekysymyksia. Mielipiteeni koski ihmisen kykyä ymmärtää näitä asioita, tässä erityisesti ajan luonnetta. Voidaan mielestäni (taas mielipide) myös todeta, että koko ylläoleva keskustelu puoltaa mielipidettäni ajan luonteen ymmärtämisen haasteellisuudesta.
-
Se, että jotkut eivät tunne jotain asiaa ei tarkoita sitä, etteikö kukaan tuntisi sitä – saati sitten, että sitä ei voisi tuntea.
-
-
Aivan, mutta siitä ei voi myöskään johtaa semmoista päätelmää, että välttämättä olisi joku, joka sen voisi tuntea.
Jos tarkkoja ollaan, niin en väittänyt ”että sitä ei voisi tuntea”, vaan pelkästään sitä, että ihmisen kapasiteetti ei riitä sen tuntemiseen. En kiellä sitä, etteikö jossain voi olla älyllistä elämää, joka sen tuntee, tai että luonnonvalinta muokkaa ihmistä siihen suuntaan, että ajan ymmärtäminen olisi mahdollista.
Siinä olet oikeassa, että mielipiteeni voi ajan kuluessa osoittautua vääräksi.-
Kuten yllä kirjoitin, koetulokset osoittavat, että olemme jo ymmärtäneet oikein paljon asioita ajan luonteesta, ja tällä ymmärryksellä on merkittävä teknologinen sovelluskin.
Tämä riittäköön tästä.
-
-
MarttiV sanoo:
En tiedä miksi aiempaa kommenttia ei julkaistu. Voidaanko ajatella, että ajalla ei ole suuntaa ja se kuvaa etäisyyttä? Esim kahden hiukkasen välistä
-
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan aika on osa neliulotteista aika-avaruutta. Kahden hiukkasen välinen etäisyys voi olla ajankaltainen (eli niiden aikaetäisyys on pidempi kuin paikkaetäisyys), paikankaltainen (toisin päin) tai valonkaltainen (jolloin eikaetäisyys on yhtä iso kuin paikkaetäisyys).
Aika-avaruuden etäisyydet määrittävät aika-avaruuden geometrian ja kaarevuuden, ja sitä kautta gravitaation.
-
Onhan se luonnollista käyttää aikaa etäisyyksien mittaamisessa (esim. valovuosi). Energia kuten massa ”venyttää” aikadimensiota, mikä vaikuttaa valon kulkuun ja havaittuun etäisyyteen. Tämä venyminen aiheuttaa, että hiukkaset ovat aika dimensiossa kauempana toisistaan. Liittyykö tämä siihen, että aika kuluu suhteellisesti hitaammin esim. mustan aukon lähettyvillä?
-
Yksiköiden valinta on sitten eri asia. Energia vaikuttaa aika-avaruuden kaarevuuteen. Tämän yksi ilmentymä on se, että aika kulkee massan lähellä hitaammin.
-
Paljonko on tutkittu gravitaation vaikutusta termodynamiikkaan tai kvanttimekaniikkaan? Esim koe avaruusessa voisi antaa eri tuloksia kuin maan päällä.
-
Erittäin paljon. Kaarevan aika-avaruuden vaikutukset aineen kvanttifysiikkaan tunnetaan hyvin. Sen sijaan aika-avaruuden itsensä kvanttifysiikkasta ei tiedetä paljoa. Kosmisen inflaation parissa siitäkin on tehty ennustuksia joita on onnistuneesti testattu, mutta aika rajoitetussa määrin.
-
Sanoit että aika ”kulkee”. Jos aika on dimensio niin miten se kulkee tai sillä on suntaa? Termodynamiikalla on yksi suunta ja sen muutosnopeus johtuu gravitaatiosta
-
Ilmaisu ”ajan kulku” viittaa siihen, miten avaruus ja siinä olevat kappaleet muuttuvat ajan edetessä.
Ajalla on suunta siinä missä paikkasuunnillakin: eteen ja taakse. (Aika-avaruus on neliulotteinen kokonaisuus, jonka voi jakaa ajaksi ja paikaksi eri tavoin, joten tämä on vähän monimutkaisempaa, mutta en nyt selitä tarkemmin.)
Termodynamiikan suunnan muutosnopeus (mitä se sitten tarkoittaakaan) ei liity gravitaatioon. Ei siitä sen enempää.
-
Tarkoitin termodynamiikan muutosnopeutta, jolla järjestelmä menee kohti matalinta energiapotentiaalia ja epäjärjestystä, eikä sen suunta siis muutu. Esim kellosta energia siirtyy patterista kitkan kautta lämpöenergiaksi, mitä ei voi kääntää. Se miten nopeasti prosessi käy riippuu gravitaatiosta. Näin ollen kellolla mitattu sekuntti on johdannainen suure kyseisestä muutosnopeudesta ja luo arkikäsityksen ajasta. En näe siinä eriyistä mystiikkaa.
-
Termodynaamisen kehityksen nopeus ei riipu gravitaatiosta, muuten kuin siten, että kaikkien mahdollisten tapahtumien tahti liittyy aika-avaruuden kaarevuuteen (koska ne ovat aika-avaruudessa).
Tämä riittäköön tästä.
-
-
-
-
Lienee useimmille lukijoille selvä. Termodynamiikan kehitys vaikuuttaa käsitykseemme ajasta miksi tapahtumilla on tietty järjestys ja miksi on absurdia ”kulkea menneisyyteen”. Tämä sivuutettu
-
Entropian kasvuun liittyvä ajan nuoli (jonka alkuperää ei tiedetä) ei ole ristiriidassa ajassa taaksepäin matkustamisen kanssa.
-
-
-
Netissä paljon keskusteltu aikaan ja mustiin aukkoihin liittyvä paradoksi on tämä: Tapahtumahorisontissa aika pysähtyy meille ulkopuolisille tarkkailijoille. Kuinka siis mustaan aukkoon voi joutua ainetta, kun kaikki aine pysähtyy tapahtumahorisontin kohdalle? Eikö aine tarvitse aikaa siirtyäkseen jonnekin?
Itse maallikkona mietin, että ratkaisu liittyy varmaan törmäävän kappaleen muodostaman aika-avaruuden ja mustan aukon muodostaman aika-avaruuden sulautumiseen toisiinsa ja tapahtumahorisontin siirtymiseen tämän seurauksena. Mikäköhän on oikea ratkaisu?
-
Kysymys on sen verta kaukana merkinnän aiheesta, että ei siitä sen enempää. Yleisiä fysiikkaan liittyviä kysymyksiä voi lähettää esimerkiksi Tähdet ja avaruus -lehden kysymyspalstalle.
-
-
Jos ajan fysikaalinen olemus halutaan saada selville, niin millaisia peruskäsitteitä (epämääräisyys, entropia, energia, informaatio, valonnopeus jne.) tulee ottaa huomioon? Onko mahdollista että ajan ymmärtämiseksi tarvitaan jotakin vielä tuntematonta peruskäsitettä? Onko klassisella tai modernilla (fenomenologisella) filosofialla mitään roolia fysikaalisen ajan olemuksen selvittämisessä?
Lisäksi tuli mieleen, että eikö myös suhteellisuusteoria ole kvanttimekaniikan ohella teoria informaatiosta, sillä ajan ja avaruuden lisäksi olennaista on äärellinen valonnopeus, joka taas kuvaa informaation ja vuorovaikutuksen välittymistä? Kuinka suuren osan fysiikasta voi selittää informaatio-käsitteen avulla?
-
On harhaanjohtavaa puhua kuin aika joko ymmärrettäisiin tai sitten ei. Kuten fysiikassa yleensä, kysymys on ymmärryksen kasvusta.
Suhteellisuusteoria ja kvanttifysiikka ovat molemmat tuoneet uudenlaisia käsitteitä. On luultavaa, että paremman ymmärryksen saavuttamiseen liittyy siihenkin uudenlaisia käsitteitä.
Fenomenologisella filosofialla ei ole mitään annettavaa ajan fysikaaliseen ymmärtämiseen.
Käsitys kvanttimekaniikasta teoriana informaatiosta on yksi idea, ei todeksi tiedetty asia. Fysiikkaa ei voi selittää informaation käsitteen avulla, vaan informaation käsite on yksi monista fysiikasssa.
-
-
Tulee mieleen kaksi merkitystä menneisyyteen matkustamiselle:
1. Lähdetään paikasta A vuonna 2021 ja palataan paikkaan A vuonna 2000.
2. Lähdetään paikasta A vuonna 2021 ja saavutaan paikkaan B samanaikaisesti kun paikassa A eletään vuotta 2000.Jälkimmäinen tuntuisi loogisesti mahdolliselta, edellinen ei, mutta sitten tullaan samanaikaisuuden määritelmään ja sen ongelmiin.
Kuten nähdään, olisi hyvä konkretisoida asioita ja väitteitä jos halutaan maallikoidenkin ymmärtävän fysiikkaa. Fyysikko ei ehkä tarvitse fenomenologiaa, mutta me muut tarvitsemme ainakin käsitteiden tuomista siihen mistä ne ovat lähtöisinkin: jokapäiväiseen elämään. En usko, että fysiikka on arkiajattelun tuolla puolen. Arkiajattelusta se on lähtenyt, enkä usko että yhteys siihen on voinut lopullisesti katketa. Oma työsi on siitä hyvä osoitus.
-
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan 1. on mahdollinen. (Ei tiedetä, onko se todellisuudessa mahdollinen.) Ks.
https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/ajan_kanssa
https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/ajankayton_hallinta
-
-
Lentotaidoton sanoo:
”Entropian kasvuun liittyvä ajan nuoli (jonka alkuperää ei tiedetä)…”
Käsittääkseni tässä se ”selitettävä” (toistaiseksi vain erilaisia spekulaatioita, monet liittyen esim sykliseen kosmokseen/kosmoksiin) asia on se, miksi entropian on kaikesta päätellen täytynyt olla ”alussa” (taas mitä se sitten oli) erittäin matala.
Itse entropian kasvun ”ajan nuolihan” liittyy tietysti elämykselliseen kokemiseemme. Itse aikaahan se ei selitä.
-
Ei sitäkään varsinaisesti tiedetä, miksi entropia aina kasvaa yhteen suuntaan (eli miksi ajassa liikutaan vain yhteen suuntaan). Koska tilastollisen fysiikan takana olevat klassisen fysiikan lait ovat symmetrisiä ajankäännössä, minkä tahansa todistuksen sille, että entropia kasvaa kun mennään ajassa eteenpäin voi muuttaa todistukseksi sille, että entropia kasvaa kun mennään ajassa taaksepäin vaihtamalla ajan etumerkin.
-
-
Matias Slavov sanoo:
Kiitos mielenkiintoisesta artikkelistasi. Minulla on yksi kysymys ja yksi kommentti.
Jo suppean suhteellisuusteorian voidaan katsoa tukevan aikamuodotonta eternalismia (itse olen puolustanut tätä mm. täällä: https://link.springer.com/article/10.1007/s10701-020-00385-x). Jos QFT lukeutuu perustavimpien teorioiden joukkoon ja jos SR kuuluu siihen, niin eikö silloin SR:n implikoima käsitys ajasta (joka toki on kiistanalainen, mutta tyypillisesti sen katsotaan tukevan eternalismia) voi ajatella olevan hyvinkin perustavan tason kuvaus ajasta?
Minusta vetoaminen kvanttifysiikan indeterminismiin ei osoita tulevaisuuden avoimuutta. Olkoon lait sitten deterministisiä tai probabilistisia, niin niistä ei ole löydettävissä mitään erottuvaa nykyhetkeä. Jos tiedämme hiukkasen tietyt muuttujat klo 12, Schrödingerin yhtälöllä voi laskea todennäköisyyksiä sen sijainnille klo 10 tai klo 14. Mikä on nykyisyyttä on meidän valitsema näkökulmamme, se ei ilmene itse laista. Laki ei kerro mitään siitä, onko ennen ajanhetkeä t jotain olemassa, tai onko ajanhetken t jälkeen jotain olemassa. Avoimen tulevaisuuden kannattajan on pidettävä nykyhetkeä (growing block teoreetikon mukaan myös menneisyyttä) jotenkin todempana kuin tulevaisuutta. Näin hänen on pidettävä samanaikaisuutta absoluuttisena. Kaiken avaruuden halkovaa ’nyt’-viipale on ristiriidassa samanaikaisuuden suhteellisuuden ja konventionaalisuuden kanssa.
-
Suppea suhteellisuusteoria oli aikanaan perustavanlaatuisin teoria ajasta, sitten (kuten hyvin tiedät) tämän aseman sai yleinen suhteellisuusteoria, jonka aikakäsitys on hieman erilainen. Myös yleinen suhteellisuusteoria on vain approksimaatio jostain vielä kattavammasta teoriasta, joten sen käsitys ajasta tuskin pitää sellaisenaan paikkansa.
Kvanttimekaniikkaan tuo erityisen tapahtumisen hetken aaltofunktion romahdus, jota Schrödingerin yhtälö ei kuvaa. On tietysti mahdollista, että aaltofunktio ei koskaan romahda, meistä vain näyttää siltä, mutta joka tapauksessa asiaa ei vielä ymmärretä.
Kvanttimekaniikan samanaikaisuuden viipale on tosiaan ristiriidassa suppean suhteellisuusteorian kanssa, kvanttimekaniikassahan on samanlainen käsitys ajasta ja avaruudesta kuin klassisessa fysiikassa (romahdukseen liittyvää tapahtumista lukuun ottamatta). Kvanttikenttäteoriassa näin ei ole, mutta siinä tilan romahduksesta tulee suhteellinen. (Kuten EPR-paradoksin ratkaisussa.)
-
”Jos QFT lukeutuu perustavimpien teorioiden joukkoon ja jos SR kuuluu siihen, niin eikö silloin SR:n implikoima käsitys ajasta (joka toki on kiistanalainen, mutta tyypillisesti sen katsotaan tukevan eternalismia) voi ajatella olevan hyvinkin perustavan tason kuvaus ajasta?”
SR ei sisällä epätarkkuusperiaatetta, jonka mukaan menneillä ja tulevilla tapahtumilla on laadullinen ero. Eli jos hiukkasen paikka on joskus mitattu, niin se on realistinen osa todellisuutta, mutta mitään vastaavaa realismia ei ole mittauksen jälkeisessä tulevaisuudessa, ellei uutta mittausta suoriteta. QFT sisältää epätarkkuusperiaatteen eikä sen puitteissa mitään eternalismia esiinny.
”Jos tiedämme hiukkasen tietyt muuttujat klo 12, Schrödingerin yhtälöllä voi laskea todennäköisyyksiä sen sijainnille klo 10 tai klo 14.”
Jos klo. 12 on olemassa tarkka informaatio esim. hiukkasen sijainnista, niin hiukkasen aaltofunktio tulee olla mitattu sijainnin suhteen klo.12. Kyseisessä mittauksessa aaltofunktio romahtaa ja aikakehitys alkaa ajanhetkestä nolla ja kulkee kohti tulevaisuutta. Siispä, jos hiukkanen sijaitsee (eli on objektiivinen osa todellisuutta) jossakin aika-avaruuden pisteessä klo.12, niin on mahdotonta arvioida sen sijaintia klo. ”miinus 2 tuntia”.
”Avoimen tulevaisuuden kannattajan on pidettävä nykyhetkeä (growing block teoreetikon mukaan myös menneisyyttä) jotenkin todempana kuin tulevaisuutta. Näin hänen on pidettävä samanaikaisuutta absoluuttisena. Kaiken avaruuden halkovaa ’nyt’-viipale on ristiriidassa samanaikaisuuden suhteellisuuden ja konventionaalisuuden kanssa.”
Jos systeemiä kuvaava aaltofunktio on annettuna eikä systeemiä häiritä, niin tulevat ajanhetket kuvaavat jatkuvaa ja determinististä aikakehitystä. Mittaus on voimakas häiriö, joka antaa mitattavalle suureelle objektiivisen realismin; objektiivisuuden kannalta tuo mittaushetki on todellisempi kuin mittauksen jälkeiset ajanhetket. Mistään samanaikaisuuden universaalista absoluuttisuudesta ei voi tehdä päätelmiä, ja lisäksi sellaiset päätelmät vaatisivat ymmärrystä fysikaalisen ajan olemuksesta.
-
-
Jos olen ymmärtänyt oikein, SR sopii hyvin kvanttifysiikkaan siinä missä GR ei. On siis hieman epäselvää, mikä teoria on perustavampi. Ehkä kysymykseni oli liian laaja tai epämääräinen tässä yhteydessä…
Miten samanaikaisuusviipale oikeutetaan? Eihän meillä ole mitään keinoa varmentaa, että esim. nyt kirjoittaessani näitä lauseita Curiosity ottaa kuvan Marsissa. Tuo etäisyys on kosmisessa mittakaavassa mitättömän pieni. Kun edes noita kahta tapahtumaa ei saada yhdistettyä nykyisyyden hyperpinnalla, universaalin nykyhetken olemassaolo asettuu kyseenalaiseksi.
En ymmärrä, miten probabilismin lisäksi esim. epätarkkuusperiaate tai mittausongelma auttavat presentistiä. Aikamuotoiset sijainnit ovat näkökulmia. Luonnonlaeissa tai maailmankaikkeudessa itsessään ei ole nykyisyyttä. Fysikaaliset tapahtumat ovat aikamuodottomasti aika-avaruudessa; ne itsessään eivät ole mennyttä, nykyistä tai tulevaa. ’Nyt’ on samanlainen indeksikaalinen ilmaus kuin vaikkapa ’tässä’. Nykyisyys ei ole sen todellisempaa kuin menneisyys tai tulevaisuus, kuten tässä oleminen ei ole sen todellisempaa kuin takana tai edessä oleminen. Yhden nykyisyys voi olla toisen menneisyyttä ja kolmannen tulevaisuutta. Tätä voi perustella melko yksinkertaisesti Lorentzin aikadilataatiolla SR:n kontekstissa ja gravitationaalisella aikadilataatiolla GR:n kontekstissa.
-
Perustavanlaatuinen tarkoittaa sellaista, mitä ei (ainakaan toistaiseksi) osata johtaa mistääm muusta. Tässä mielessä suppea suhteellisuusteoria ei ole perustavanlaatuinen, koska sen voi johtaa yleisestä suhteellisuusteoriasta, joka on perustavanlaatuinen.
Kvanttikenttäteoriaa ei osata johtaa mistään muusta, joten sekin on perustavanlaatuinen.
Oletettavasti sekä yleinen suhteellisuusteoria että kvanttikenttäteoria ovat vain approksimaatioita teorista, jota ei ole vielä löydetty.
-
-
leo sell sanoo:
Eikö VOI ajatella niin että Makrotasolla on yhä se ajan nuoelen suunta pospäin alkuräjähdyksestä kute esim Sean Carroll ajan nuolen tutkijana tekee. Ja Mikrotasolla hiukkasilla on tuo aaltomaisuutensa kuten eletroniparikilla, jossa niiden aikakin voi hetken olla vastakkainen tai monipaikkainen.
Siis että dekoherenssi tuottaa kaikkien kulkureittien summana yhä Feynmanin polkusummaintegraalin joka vastaa arkihavaintoamme siitä ettei särkynyt vaasi enää itsestään spontaanisti eheydy. Ja toisaalta muutamien fotonien tai elektronien tasolla on ajateltava kaikkien kulkureittien eri nopeus/aika eroja, jotka antaisivat otaksua sen pienen todennäköisyyden, jolla auto saadan autotalliin ”kaikkien hiukkasten” yhteisläpäisytodennäköisyyksiellä.
Eli että makrotasolla yhä mittaamme aikaa jostain alkuhetkestä ja puhumme esim. maailmankaikkeuden iästä sen alusta lähtien kun taas äärimmäisellä mikrotasolla kaikki on vain aineaaltojen todennäköisyysamplitudeja olla samanaikaisesti monissa paikoissa, jolloin ajan suunnalla ei ole merkitystä ja aika voidaan jättää huomiotta. Olisiko kyse myös AIKA-käsitteen käytön mielekkyydestä näissä ääripäissä?
-
Kvanttifysiikan aaltopaketteihin ei liity mitään vastakkaista tai monipaikkaista aikaa.
Kaikenlaisia ideoita siitä, mitä on tuntemamme aikakäsityksen tuolla puolen on esitetty, emme tiedä mitkä (jos mitkään) niistä ovat oikeita.
-
-
Eli ilmeisesti oletat että edelleen on mielekästä käyttää tätä tuntemaamme aikakäsitystä. Mikä aikakäsitys kvanttifysiikassa vallitsee lomittumistapauksissa, joissa ennen parikkeina olleet spin-tilat ”kaukovaikutteisesti” samanikaisesti vaihtavat suuntiaan vaikkei valokaan ehtisi niille välittää tietoa tästä muutoksesta. Onko se sama kuin tämä valonnopeus-signaalin määrittämä aikakäsitys, tämä tuntemamme aikakäsitys? Ja mitä tarkoitat tuntemallamme aikakäsityksellä? Eikö niitä ole useampia?
-
Kuten artikkelissa kirjoitan, tunnetun fysiikan puitteissa on kaksi (ristiriitaista) käsitystä ajasta ja tapahtumisesta.
Kvanttimekaniikan käsitys ajasta on sama kuin klassisen fysiikan. Kvanttikentäteorian käsitys ajasta on sama kuin suppean suhteellisuusteorian. Lomittuminen ei ole asiassa oleellinen.
-
-
Hyvin vastasit, KIITOS siitä!
Kuitenkin on olemassa ”matka” kuten Plancin pituus 10^-35/ Plancin ajalla 10^-44, joka on valon nopeus C. Eli matka ja aika tässä ovat molemmat mukana ja määrittävät toisiaan valon nopeuden kautta. Niillä ei kuitenkaan tämä tässä epäolennainen entanglementti – etäisyys eli matkan ylitys selity.
-
Planckin pituudesta alla. Tämä riittäköön tästä.
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kaymattomista-korpimaista-vihoviimeinen/
-
-
Ilmeisesti GR:n mukaan planckin mittakaava on pienin jakamaton aika-avaruuden rakenne ja olisi pistemmäinen. Jos sitä esittää jokin alkeishiukkanen, niin liittyykö siihen epämääräisyys myös aikadimensiossa?
-
Yleinen suhteellisuusteoria ei ole kvanttifysikaalinen teoria. Siinä ei ole pienintä jakamatonta aikaa eikä paikkaa. (Kuten ei myöskään kvanttikenttäteoriassa.)
-
Aiemmasta merkinnästä käsitin että planckin mittakaava tulee gravitaatiosta. Plankin pituushan lasketaan gravitaatiovakiosta ja valonnopudesta
-
Planckin mittakaava on yhdistelmä Newtonin (gravitaatio)vakiota, valonnopeutta ja Planckin vakiota, joista viimeksi mainittu liittyy kvanttifysiikkaan.
-
Gravitaatiovakio on myös GR:ssä. Toki aika-avaruuden hiukkasluonnetta ei ole todistettu. Useimmat tutkijat taitaa kuitenkin pitää sitä todennäköisenä.
-
Jos tarkoitat ”aika-avaruuden hiukkasluonteella” sitä, että olisi olemassa pienin pituus, en tiedä pitävätkö useimmat tutkijat sitä todennäköisenä. Se ei ole mikään lähellä tunnettuja asioita oleva idea, vaan kaukana tunnetusta oleva spekulaatio, joka voi pitää paikkansa tai olla pitämättä.
Tämä riittäköön tästä.
-
-
-
-
-
Kohti ns. hierarkiaongngelman ratkaisua, kirjoittaa Masatoshi Yamada artikkelissaan jota luen. Olet blogissasi Käymätttömistä Korpimaista Viimeinen, kirjoittanut ASYMPTOOTTISESTI turvallisesta gravitaatiosta – tarkoittaako se eräiden Plancin vakioiden keskinäistä epäsuhtaa esim. että Plancin energiaa 1,22 x10^19GeV rajoittaa gravitaatiovakion koko, tällä rajaseudulla, jossa viimein päästäisiin käsiksi `lopullisiin luonnonlakeihin`. Sanot että ”gravitaation voima taittuu, jo ennen Plancin energiaa”. Eli onko tuossa HIERARKIAONGELMASSA kyse pikemminkin näiden ”ammoisten” vakioiden keskinäisestä epäsuhdasta, joka olisi renormalisoitava kohti esim. nykyisiä Higgsin kentästä saatuja arvoja kuten Higgsin massaan 125GeV liittyvä pituus 10^-18?
-
Kysymys on sen verta kaukana merkinnän aiheesta, että ei siitä sen enempää.
-
-
Vastasit 29.4. ”kvanttifysiikan aaltopaketteihin ei liity mitään vastakkaista tai monipaikkaista aikaa”.
Feynman kuvasi polku-integraaleissaan ja graafi-formalismissaan myös POSITRONEJA, siten että ajassa vastakkaiseen suuntaan liikkuvalla elektronilla voidaan kätevästi havainnollistaa positronien vastakkaista ”käyttäytymistä”. (signaalin voi myös nopeammasta eletronista lähettää fotonin vaihdossa hitaampaan matkalla A:sta B:hen ikäänkuin ajassa taaksepäin. Kaikkien mahdollisten reittien yhteenlaskussahan vasta saadaan lopullisen vaikutusamplitudin arvo. Tähän liittyy valonnopeuden ”keskiarvoisuus” . Tässä virtuaalisen fotonin vaihdossa kahden hiukkasen välillä se ei ole rajoitettu kulkemaan koko matkaa valon-norminopeudella – silloin se kulkiessaan hieman sitä nopeammin näyttäisi erityisen suhteellisuusteorian mukaan kulkevan myös ”ajassa taaksepäin”.
Siten Feynmanin formalismissa vastakkaiseen suuntaan kulkeva elektroni voi kuvata positronia. Myöhemmin v.1949 Freeman Dyson osoitti, ettei tässä ”oikopolussa” antihiukkasiin ollut mitään mitä ei olisi voinut johtaa kvanttiteoriaan perustuvien yhtälöiden perussarjoista. Samalla kävi ilmi että hänen tuloksensa ja graafinsa olivat paitsi yhtäpitäviä Schwingerin ja Tomongan formalismien tulosten kanssa myös huomattavasti helpompia formuloida esim. mesonien tutkimuksiin soveltuviksi.
-
Polkuintegraali on eri asia kuin aaltopaketti. Polkuintegraalit eivät myöskään liity informaation kulkuun liittyvään valonnopeuteen tuolla tavalla. Tämä riittäköön tästä.
-
Vastaa
Toivo elää
Eilen hiukkasfyysikot kohisivat kun tutkimuskeskus Fermilabin koeryhmä julkaisi uuden mittauksen myonin magneettisesta momentista. Lehdistötiedotteen mukaan tulos eroaa merkittävästi hiukkasfysiikan Standardimallin teoreettisesta ennustuksesta ja on vihje uudesta fysiikasta. Tässä on koeryhmän jäseneltä vähemmän hehkutusta ja enemmän tietoa sisältävä kirjoitus. Aiheesta on myös hyvä artikkeli Quantassa, ja teoreetikko Jester ja kokeilija Tommaso Dorigo valaisevat asiaa blogeissaan.
Myoni on alkeishiukkanen, eli sillä ei ole sisärakennetta. Alkeishiukkasten ominaisuudet tiivistyvät muutamaan numeroon: näitä ovat massa, sähkövaraus ja muihin vuorovaikutuksiin liittyvät varaukset, sekä jokunen muu luku. Yksi näistä on magneettinen momentti, joka kertoo, miten paljon hiukkanen kiertyy magneettikentässä. (Tämä kiertyminen liittyy hiukkasten ominaisuuteen nimeltä spin.)
Hiukkasen magneettisen momentin arvoon vaikuttavat kaikki hiukkaslajit, joiden kanssa se voi vuorovaikuttaa. Asiaa kuvaillaan usein niin, että hiukkasta ympäröi virtuaalisten hiukkasten pilvi, joka sekin reagoi magneettikenttään. Voi myös sanoa, että yksittäinen hiukkanen on hiukkaskentän tihentymä, ja liikkuu halki muiden kenttien, jotka vaikuttavat sen käytökseen.
Mittaamalla hiukkasen magneettisen momentin saa siis tietoa siitä, millaisia muita hiukkasia on olemassa. Elektronin magneettisen momentin laskeminen oli keskeinen osa kvanttielektrodynamiikan –ensimmäisen kvanttikenttäteorian– kehittämistä. Teoreettinen ja kokeellinen arvo täsmäävät miljoonasosan miljoonasosan tarkkuudella – tämä on yksi historian tarkimpia ennusteita ja mittauksia.
Myonien magneettinen momentti tunnetaan huonommin, ja Fermilabin koe on toistaiseksi tarkin. Koejärjestelyn idea on helppo selittää: myoneja kiihdytetään 99.9% valonnopeudesta ja pidetään voimakkailla magneeteilla kiertämässä kehää. Sekunnin sadastuhannesosassa myoni hajoaa elektroniksi ja neutriinoiksi. Kun mitataan, mihin suuntaan syntynyt elektroni osoittaa, saadaan selville mihin suuntaan myoni osoitti, eli miten paljon se oli kiertynyt magneettikentässä.
Fermilab on nyt määrittänyt myonin magneettisen momentin yli miljoonasosan miljardisosan tarkkuudella. (Lisätty tarkennus: koe mittaa myonin magneettisen momentin poikkeamaa siitä arvosta, mikä sillä olisi, jos myoni ei vuorovaikuttaisi muiden kenttien kanssa. Tämä poikkeama on noin tuhannesosan kokoinen, ja se on mitattu noin miljoonasosan tarkkuudella.)
Tämä ei ole iso edistysaskel: edellisen Brookhavenin laboratoriossa tehdyn mittauksen tarkkuus oli samaa luokkaa. Intoa herättää se, että nämä riippumattomat tulokset sopivat yhteen keskenään, ja eroavat teoreettisesta laskusta noin kolmen miljardisosan verran. Virherajaan verrattuna tämä on iso ero: todennäköisyys sille, että kyse olisi sattumasta on noin 1:40 000.
Hiukkasfysiikassa vaaditaan, että sattuman todennäköisyys olisi alle yksi noin miljoonasta, ennen kuin saa julistaa löytäneensä uutta fysiikkaa. Kuten olen usein maininnut, tilastollisen virheen korostaminen on kuitenkin harhaanjohtavaa, jos systemaattisia virheitä ja teoreettista ennustusta ei tunneta samalla tarkkuudella. Tässä tapauksessa ongelmia ei ole tiedossa niinkään kokeen kuin teorian puolella.
Fermilabin lehdistötiedote ei mainitse, että on olemassa toinenkin teoreettinen ennustus, ja se sopii hyvin yhteen mittaustuloksen kanssa. Ei tiedetä kumpi ennustus on oikein. On huvittava sattuma, että tämä yhteensopiva ennustus ilmestyi lehdessä samana päivänä, kun Fermilabin koetulos tuli julki. (Tulokset tosin luetaan nettiarkistosta arXiv, ei lehdistä, ja artikkeli on ollut siellä helmikuusta 2020 alkaen.)
Myonin magneettisen momentin laskeminen on erittäin vaikeaa. Siihen vaikuttavat monet hiukkaset, ja niiden vuorovaikutukset myonin kanssa pitää laskea tarkasti. Kaksi ristiriidassa olevaa teoreettista laskua lähestyvät asiaa eri tavalla.
Fermilabin koetuloksista poikkeava tarkastelu sivuuttaa osan laskujen ongelmista jättämällä niihin mustan laatikon, jonka arvo mitataan kokeista laskemisen sijaan. On mahdollista, että tämä laatikko ei ole asennettu oikein laskun muihin osiin.
Koetulosten kanssa yhteensopiva lasku sen sijaan laskee magneettisen momentin numeerisesti alusta alkaen. Numeerisissa laskuissa on omat sudenkuoppansa, ja laskun tehneen ryhmän mukaan tulos pitää vielä tarkistaa ja varmentaa.
Tilanne ei ole ainutlaatuinen. Muistan, kuinka 2000-luvun alussa oltiin kiinnostuneita myonin magneettisen momentin kokeellisen ja teoreettisen arvon isosta erosta, kunnes huomattiin, että laskussa oli yksi miinusmerkki väärin.
Fermilabin ryhmän julkaisema tulos perustuu vain 6% datasta, jonka se tulee kaikkiaan keräämään. Kaiken datan myötä tilastollisen virheen mahdollisuus laskee noin miljardisosan sadasosaan, kauas löydölle sovitun riman yläpuolelle, mutta tällä ei ole ratkaisevaa merkitystä, ellei teoreettista laskua saada vakaalle pohjalle.
Jos ristiriita koetuloksen ja teorian kanssa varmistuu, kyseessä on ensimmäinen kiihdytinhavainto hiukkasfysiikasta Standardimallin tuolla puolen. (Neutriinoiden massa ja pimeä aine ovat Standardimallin tuolla puolen, mutta ne on havaittu muilla keinoin.)
Kuten Jester huomauttaa, mitattu ero on isompi kuin Standardimallin W– ja Z-bosonien vaikutus myonin magneettiseen momenttiin. Tämä viittaa siihen, että poikkeaman aiheuttava hiukkanen ei ole kovin raskas. (Mitä raskaampi hiukkanen, sitä heikommin se vaikuttaa muiden hiukkasten ominaisuuksiin.) Tämä tarkoittaa, että sen voisi kenties havaita kiihdyttimissä – ja herättää kysymyksiä siitä, miksi sitä tai sen vaikutuksia muihin hiukkasiin ei ole vielä nähty.
Selityksiähän teoreetikoilla löytyy. Tänään tuli jo julki 32 artikkelia, joissa yhdistetään Fermilabin tulos uusiin hiukkasfysiikan teorioihin, ja huomenna saadaan lisää. Aika näyttää, onko joku niistä oikein, vai katoaako poikkeama tarkemmalla tarkastelulla, kuten hiukkasfysiikassa on usein käynyt. (Hiljattain julistettiin toinenkin –tilastollisesti vähemmän merkitsevä– ero Standardimallin ja havaintojen välillä; Tommaso Dorigo tarjoaa siihenkin hyvän katsauksen.)
Quantan artikkelissa Fermilabin koeryhmän jäsen Dominik Stöckinger sanoo liioitellen, että myonin magneettinen momentti on viimeinen toivo, ja hiukkasfysiikka kuolee, jos mitään ei löydykään. Tommaso Dorigo esittää asian vähemmän dramaattisesti: hänen mukaansa mittaus pitää elossa toivoa siitä, että on vielä jotain kiihdytinten löydettävissä.
Päivitys (10/04/21): Lisätty selvitys mittaustarkkuudesta.
20 kommenttia “Toivo elää”
-
Ilmiötä on spekuloitu viidentenä vuorovaikutuksena tai pimeänä energiana
-
Tätä en ole huomannutkaan, mutta en ihmettele. Kaikenlaisia ideoita on!
-
-
Ihan mahtava selkeytys! Kiitoksia. Nyt täytyy jännityksellä odottaa jatkokokeita ja teoreettisten kaavojen tarkistusta.
-
Kiitos, mukava kuulla.
-
-
Lasse Ilves sanoo:
Momentti on määritetty yli miljoonasosan tarkkuudella. ja tulos poikkeaa kolmella miljardisosalla. Onkohan tuossa virhe kun miljardisosa on kai tuhannesosa miljoonasosasta ja tarkkuus oli siis tuota luokkaa eli havanittu ero paljon mittaus tarkkuuttaa pienempi.
-
Kiitos, hyvä huomio. Ilmaisinkin tämän epäselvästi. Lisäsin tekstiin selvennyksen.
Myonin magneettisen momentin mitattu arvo on g=2.00233184122. Jos myoni ei vuorovaikuttaisi muiden kenttien kanssa, g olisi tasan 2. Kokeissa mitataan myonin eroa tästä, eli arvoa (g-2)/2.
Mittauksen tarkkuus suureelle (g-2)/2 on noin puoli miljoonasosaa, ja suureen (g-2)/2 koko on tuhannesosa. Näin magneettinen momentti siis tunnetaan miljardisosan tarkkuudella, vaikka mittaustarkkuus on vain miljoonasosa.
-
-
Vähän pelkään, että kysymyksessä voi olla BICEP2 tai OPERA – toisinnot. Mitä suuremmalla rytinällä tullaan julkisuuteen, sitä varmemmin tulisi varoituskellojen soida. Tosin ryhmä ilmoittaa jo aiemminkin saaneen tämänsuuntaista signaalia. Toisaalta taas todellisen datan laskennan suhde muuhun laskentaan arveluttaa.
JOS tuo 4,2 sigma pitää (ja vielä ylittyy), niin toki seuraamme kiinnostuksella jatkoa.
-
Fermilabin tulos on samanlainen kuin aiempi Brookhavenin mittaus, vähän tarkempi vain, eikä siinä ole isoja tiedossa olevia kysymysmerkkejä.
BICEP2:n ja OPERA:n tulokset olivat uudenlaisia, eivät varmistuksia vanhalla. BICEP2:n kohdalla tuloksen tulkinnassa oli alusta alkaen kysymysmerkkejä, ja OPERA:n tuloksesta ei olisi koskaan pitänyt pitää lehdistötilaisuutta tai vihjata sen olevan löytö.
-
-
Eusa sanoo:
”…on olemassa toinenkin teoreettinen ennustus, ja se sopii hyvin yhteen mittaustuloksen kanssa.”
Mikä näiden ennustemallien olennaisin ero onkaan?
-
Se on kerrottu tekstissä. Yksi korvaa osan teoreettisesta laskusta datalla, toinen laskee numeerisesti.
-
Mikko sanoo:
Eli voiko numeerisen mallin menetelmä sopia mittauksiin standardimallin mukaisesti ja selittää poikkeaman ilman uutta fysiikkaa?
-
Kyseinen numeerinen lasku myonin magneettisesta momentista Standardimallissa on sopusoinnussa mittauksen kanssa. Niiden välillä ei ole mitään tilastollisesti merkittävää poikkeamaa selitettäväksi.
-
-
Onko tieteellisesti heikommalla pohjalla sellainen ennuste, joka nojautuu enemmän mittausdataan, vaikka teoreettinen malli olisi olemassa vai onko jopa löydettävissä teorian heikkouksia soveltamalla dataa sopivissa kohdin?
-
Tässä ei ole kyse mistään periaatteesta. Kummallakin menetelmällä myonin magneettisen momentin laskemiseksi on vahvuutensa ja heikkoutensa.
-
-
-
-
”Myoni on alkeishiukkanen, eli sillä ei ole sisärakennetta.”
Kuinka sitten on mahdollista, että myoni hajoaa elektroniksi ja neutriinoksi? Ja miksi neutriinoksi, eletronin vain myonin?
-
Se, että alkeishiukkaset voivat muuttua hajota alkeishiukkasiksi ei ole ristiriidassa sen kanssa, että niillä ei ole sisärakennetta. Uudet hiukkaset eivät tule vanhan sisältä, vaan vanha hiukkanen muuttuu uusiksi.
Myoni hajoaa elektroniksi, elektronin antineutriinoksi ja myonin neutriinoksi.
-
Siis yhdestä leptonista syntyy kolme leptonia? Nyt tietysti herää kysymys. miten sisäinen rakenne määritellään ja mitä se ei voi olla?
-
Alkeishiukkaset eivät koostu mistään pienemmistä osista. Jos hiukkanen koostuu joistakin pienemmistä osista, sillä on sisärakennetta.
Enemmän täällä:
https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/sidottujen_kimppujen_vetovoima
-
-
-
-
Jernau Gurgeh sanoo:
Linkittyvätkö nämä mitenkään mahdolliseen myonien liian vähäiseen määrään B mesonien hajoamisessa, jota viimeisimmäksi on tutkittu LHCb:n toimesta?
-
Riippuu täysin teoriasta. Jotkut teoriat varmaan pyrkivät selittämään molemmat poikkeamat osana samaa kokonaisuutta, mutta niillä ei välttämättä ole yhteyttä.
B-mesonien mittauksissa havaitusta poikkeamasta, ks. merkinnän lopussa linkattu Tommaso Dorigon teksti:
https://www.science20.com/tommaso_dorigo/another_3_sigma_fluke_from_lhcb-253707
-
Nyt en ymmärrä jotain. Tunteehan pimeä aine painovoiman, eikö sekin siis ajaudu kiertämään Linnunradan keskustaa näkyvän aineen tavoin?
..vai onko kyse siitä, että se voi vuorovaikutuksen puutteen vuoksi kierrellä painovoimakeskusta täysin epäyhtenäisesti..?
Aivan oikein. Näkyvä aine kiertää Linnunradan keskustaa yhtenäisesti, koska se vuorovaikuttaa itsensä kanssa (kaasupilvet työntävät toisiaan).
Pimeän aineen vuorovaikutus itsensä kanssa on niin heikko, että se ei muodosta samanlaisia yhtenäisiä kokonaisuuksia, vaan hiukkaset kiertävät kukin minne sattuu. Niinpä hiukkaset ovat keskimäärin levossa Linnunradan kanssa, toisin kuin Aurinkokunta.
Tämä ei ei täysin totta. Pimeä aine klimppiytyy kyllä gravitaation takia jonkin verran, ja siinä voi olla paikallisia virtauksia. Näiden vaikutusta pimeän aineen havaitsemiseen on tutkittu, ja yllä mainittu kuva on suurin piirtein totta.
Tuli mieleen, että jos pimeän aineen hiukkaset voivat muodostaa yhdisteitä, kuten näkyvä aine, niin silloinhan pimeiden hiukkasen havainnot/vuorovaikutukset voivat olla täysin mielivaltaisia. Onko siis mahdollista erottaa ”näkyvän ympäristön” satunnaishäiriöt ”pimeän ympäristön” häiriöistä, jotka voivat ilmeisesti olla myös satunnaisia?
Pimeän aineen hiukkasten sidotut tilat on yksi mahdollisuus, jota on tutkittu DAMA/LIBRAn ja muiden kokeiden välisen ristiriidan selittämiseksi. Vaikka tämä onnistuisi, se ei selittäisi DAMA/LIBRAn ja ANAISin välistä ristiriitaa.
Havainnot rajoittavat vahvasti sitä, miten voimakkaasti pimeä aine voi vuorovaikuttaa itsensä kanssa.
Teorioista voi tehdä miten monimutkaisia tahansa, mutta jonkin pisteen jälkeen se ei ole enää hedelmällistä. Ks. https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/edistys-ja-rappio/
Käsittääkseni mitään todentavaa tutkimusta ei ole siitä, että pimeän aineen halon liikemäärä olisi riippumaton tavallisesta aineesta – oikeastaan päinvastoin.
https://arxiv.org/pdf/2104.10123
Uutta tutkimusta siitä kuinka ”tidal field” on ehkä merkityksellistä kaikenkokoisissa haloissa.
Tuo artikkeli käsittelee pimeän aineen simulaatioita. Ei siis pimeän aineen ja tavallisen aineen suhdetta, eikä havaintoja.
Tämä riittäköön tästä.
Yleisen suhteellisuusteorian ratkaisuissa saattaa piillä vielä kovastikin vastauksia pimeän aineen luonteeseen.
https://link.springer.com/content/pdf/10.1140/epjc/s10052-021-08967-3.pdf
Tässä tuore laskelma frame-dragging-mekanismin mahdollisuuksista. Tulkinnanvaraisuuksia on suuntaan jos toiseenkin.
Yleinen suhteellisuusteoria + tavallinen aine ei selitä havaintoja. Asia on järkevän epäilyn ulkopuolella.
On mahdollista, että pimeää ainetta ei ole, vaan gravitaatiolaki on erilainen kuin yleisessä suhteellisuusteoriassa. (Kollegani Constantinos Skordis hiljattain juuri puhuikin aiheesta kosmologiaseminaarien sarjassamme.) Toistaiseksi ei kuitenkaan ole yhtäkään tällaista mallia, joka selittäisi kaikki havainnot, kun taas pimeä aine on selittänyt ja ennustanut havaintoja onnistuneesti.
Onko olemassa näyttöä, että pimeän aineen pitää muodostua hiukkasista? Kysymyksellä tarkoitan sitä, että voiko pimeä aine olla itse avaruuden rakenteessa olevaa epätasaisuutta, ts avaruus olisi taipunut energiasta tai aineesta riippumatta.
Älyllisesti ratkaisu olisi vähän laiska, koska kateissa olevan hiukkasen voisi aina selittää näin (muistuttaisi tietyllä tavalla multiuniversumi-teoriaa). Ja ovatko teoreettiset mallit (oletan että näillä olettamalla tehtyjä teorioita on rakennettu) merkittävästi nykyistä standardimallia/suhteellisuusteoriaa kompleksisempi?
Kuten yllä kirjoitan:
”On mahdollista, että pimeää ainetta ei ole, vaan gravitaatiolaki on erilainen kuin yleisessä suhteellisuusteoriassa. (Kollegani Constantinos Skordis hiljattain juuri puhuikin aiheesta kosmologiaseminaarien sarjassamme.) Toistaiseksi ei kuitenkaan ole yhtäkään tällaista mallia, joka selittäisi kaikki havainnot, kun taas pimeä aine on selittänyt ja ennustanut havaintoja onnistuneesti.”
Tarkemmin, ks. https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/luodin-jaljet/
Yllättävää, että ei ole löytynyt teoreettista mallia, joka periaatteellisella tasolla selittäisi poikkeamia, ei edes malleja, jotka ”väkisin runttaamalla” pystyisi nykyisiä havaintoja selittämään. Mutta tunnetusti mikään ei ole mahdotonta kun ei itse tarvitse tehdä.
Joka tapauksessa näin maallikkona on erittäin mielenkiintoista seurata pimeän aineen tutkimusta. Kun ratkaiseva vinkki voi tulla niin monesta paikasta (hiukkaskiihdyttimet, gravitaatiomittaukset,, kaivoksiin rakennetut hiukkasten havaintomittarit yms) ja kun teoreettinen tutkimus ei ole löytänyt oikeita palasia (kenties matematiikka kehittynyt riittävälle tasolle). Toivottavasti ratkaisu kuitenkin löytyy seuraavan 50 vuoden aikana, olisi ikävä jos ei sitä pääsisi itse näkemään.
On helppo ymmärtää, miksi on vaikeaa keksiä gravitaatiolakia, joka selittäisi kaikki pimeän aineen selittämät havainnot. Gravitaatio riippuisi tällöin vain tavallisen aineen jakaumasta. Pimeän aineen jakauma (joka selittää havainnot ja jonka mallit ennustavat) ei kuitenkaan seuraa näkyvän aineen jakaumaa. Pitäisi siis saada tavallisen aineen gravitaatiokenttä levittäytymään tavalla, joka ei noudata näkyvän aineen jakaumaa.
Jos taas ajatellaan jonkinlaisia näkyvästä aineesta riippumattomia aika-avaruuden tihentymiä, niin ne ovat mahdollisia: toisin sanoen, pimeä aine voi koostua mustista aukoista.
Sabine Hossenfelder kirjoittaa uusimmassa postauksessaan, Backreaction -blogissaan, pimeästä aineesta ja modifioidusta gravitaatiosta.
Hän luettelee nipun havaintoja, jotka puoltavat uutta gravitaatioteoriaa ja toisen nipun havaintoja, jotka puoltavat pimeää ainetta.
Johtopäätöksenään hän esittää, että dikotomia näiden kahden välillä on virheellistä ajattelua ja yksi syy, miksi edistystä ei tapahdu.
Tarvitaan sekä pimeää ainetta että muokattu gravitaatio, jotta kaikki havainnot voidaan selittää. Ongelma vain on, kuinka ne yhdistetään.
Onko Syksyllä jotain näkökulmaa näihin puheisiin?
Ei pidä paikkaansa, että havainnoista voisi päätellä, että molempia tarvitaan. Osa hänen mainitsemistaan pimeän aineen ongelmista eivät ole ongelmia, toisten kohdalla on epäselvää, miten pimeä aine ne selittää (vai selittääkö), koska galaksien dynamiikka on monimutkaista.
voiko tietyt materiaalit emittoida pimeää ainetta ulos itsestään
vähä niin kuin olisivat jollain tapaa epätasapainossa tai
niihin vaikuttaisi jonkin ulkopuolinen energian lähde,
vaikkapa kirjoituksessa mainittu painovoima.
Tavallisen aineen sisällä ei ole pimeää ainetta. Jos pimeän aineen hiukkaset ovat hyvin kevyitä, niitä voisi syntyä ydinten radioaktiivisissa hajoamisissa. Tämän on kuitenkin pakko olla hyvin harvinaista, koska pimeää ainetta ei ole löytynyt. Lisäksi tällaisen kevyen hiukkasen vaikutus hajoamistuotteisiin olisi hyvin pieni ja vaikea havaita.
ok. lukaisin tämän linkin ja siitä aikaisempi ajatus
https://www.tekniikkatalous.fi/uutiset/pimean-aineen-teorioille-isku-auringon-ymparilta-puuttuu-se-mita-pitaisi-olla/94b2c66d-839c-301f-804d-5681fab6ef00
”Auringon ympäriltä puuttuu pimeää ainetta, vaikka sitä nykytietämyksen mukaan pitäisi olla. Teoriat galaksien liikkeistä voivat joutua romukoppaan, kertoo Euroopan eteläinen observatorio Eso.”
entä pimeän aineen oskilloituminen? tieteisfiktiota?
Juttu on maksumuurin takana, joten en kommentoi.
Mitä tarkoitat termillä ”pimeän aineen oskilloituminen”?
uutinen on 9 vuotta vanha ja koskee pimeän aineen puuttumista auringon lähellä,
uudemmat teoriat on varmaankin paikanneet tämän puutteen tai asiaan on saatu selvyyttä
muuta kautta.
”Mitä tarkoitat termillä ”pimeän aineen oskilloituminen”?”
Onko ylipäätään mahdollista että pimeä aineen hiukkaset muuttuisivat
muiksi hiukkasiksi tai toisinpäin?
Onko sinulla osaa alla olevassa tutkimuksessa?
https://www2.helsinki.fi/fi/uutiset/luonnontieteet/pimea-aine-pakenee-etsijoita-suomalaistutkijat-mukana-uudessa-jaljitysprojektissa
Oskilloituminen on vain yksi erikoistapaus hiukkasten muuttumisesta toisikseen. Toki pimeän aineen hiukkaset voivat muuttua muiksi hiukkasiksi tai muut hiukkaset pimeän aineen hiukkasiksi. Esimerkiksi on mahdollista, että pimeä aine ei ole stabiili, jolloin se hajoaa joskus. Toisaalta voi olla, että maailmankaikkeudessa on yhtä paljon pimeää ainetta ja sen antiainetta, jolloin ne voivat annihiloitua muiksi hiukkasiksi.
Ei. Mainitsen tuon projektin blogimerkinnässä yllä.
Tämä riittäköön tästä.
Onko ollut ajatuksia että avaruus pyörisi galaksin mittakaavassa, jolloin tähtien kiertäminen keskustan ympäri ei olisi pelkästään gravitaation ehdoilla?
Yleisen suhteellisuusteorian mukaan aine määrää aika-avaruuden ominaisuudet. Aine vaikuttaa avaruuden pyörimiseen, mutta vaikutus on hyvin heikko. Tämä on osa gravitaatiota. (Maapallon aikaansaama avaruuden pyöriminen saatiin mitattua vasta vuonna 2011.) Mikään näkyvän aineen gravitaatiovaikutus ei selitä näkyvän aineen liikkeitä.
Tuli mieleen sellainen crackpot idea, että voisiko pimeä aine olla jonkinlainen aika-avaruuden tiivistymä? Siis iso tilavuus avaruutta, jolla on jännitysenergiaa ilman mitään massaa tai säteilyä. Energia voisi siis lymyillä avaruuden rakenteessa ja jokin kosminen prosessi muodostaisi ko. tiivistymiä. Lisäksi voisi aprikoida, että tiivistymien jännitysenergia purkautuu ajan mittaan 🙂
Kyllä, näitä kutsutaan mustiksi aukoiksi.
Mutta siis sellainen avaruudellinen alue, jolla on niin pieni energiatiheys, että fotonit sujahtavat läpi? Muutoin kyseinen alue voisi sitten toimia gravitaatiolinssin tavoin.
Ei, fotonit eivät voi mennä läpi mustista aukoista.
Mutta voisiko avaruudella olla jonkinlainen hilarakenne, johon voi latautua jännitysenergiaa? Sellaiset tiivistymät olisivat kuin ohuita pilviä, joiden läpi tavallinen aine ja säteily singahtaa vailla sen suurempaa vuorovaikutusta.
Yleisessä suhteellisuusteoriassa asia ei ole näin. Kaikenlaisia ideoita sen tuolta puolen toki on, myös avaruuden rakennetta on yritetty yhdistää pimeään aineeseen, mutta ei järin suurella menestyksellä. Tällaisia ideoita käytetään yleensä enemmän pimeän energian puolella (missä ne eivät myöskään ole olleet järin menestyneitä).
Entä voisiko osa alkuräjähdyksen energiasta, tai galaksien liike-energiasta, sitoutua gravitaatioaaltopaketeiksi, jotka sitten vaeltavat omaan tahtiinsa ja ilmenevät pimeänä massana? Salliiko yleinen suhteellisuusteoria hitaasti etenevien solitoneiden muodostumisen?
Ei. Eiköhän tämä riitä tällaisista omista spekulaatioista.
Kiitos vastauksesta. Jos olisi riittävän suuri ja nopeasti pyörivä musta-aukko niin saako frame dragging pelkästään tähdet kiertämään sitä?
Jos musta aukko pyörii tarpeeksi nopeasti, hyvin lähellä sitä on pakko kiertää mukana. Mutta kauempana massan vaikutus on merkittävämpi. Mutta menee sen verta kauas merkinnän aiheesta, että tämä riittäköön tästä.
onko sinulla aihetta jossa käsitellään heikkoa vuorovaikutusta ja pimeää
ainetta suhdetta? Kun sanotaan että että pimeä aine reagoi heikon vuorovaikutuksen
kanssa niin koskeeko tämä reagointi sähköheikkoa teoriaa
vai vaan tuota heikkoa vuorovaikutusta?
Heikko vuorovaikutus on osa sähköheikkoa vuorovaikutusta.
Pimeä aine voi vuorovaikuttaa heikon vuorovaikutuksen kautta, tai voi olla, että se ei tunne heikkoa vuorovaikutusta.
Olen kirjoittanut heikon vuorovaikutuksen tuntevasta pimeästä aineesta täällä: https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/nynnyjen-hautajaiset/