Arkisto
- 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
- huhtikuu 2021
- maaliskuu 2021
- helmikuu 2021
- tammikuu 2021
- joulukuu 2020
- marraskuu 2020
- lokakuu 2020
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
- maaliskuu 2020
- helmikuu 2020
- tammikuu 2020
- joulukuu 2019
- marraskuu 2019
- lokakuu 2019
- syyskuu 2019
- elokuu 2019
- heinäkuu 2019
- kesäkuu 2019
- toukokuu 2019
- huhtikuu 2019
- maaliskuu 2019
- helmikuu 2019
- tammikuu 2019
- joulukuu 2018
- marraskuu 2018
- lokakuu 2018
- syyskuu 2018
- elokuu 2018
- kesäkuu 2018
- toukokuu 2018
- huhtikuu 2018
- maaliskuu 2018
- helmikuu 2018
- tammikuu 2018
- joulukuu 2017
- marraskuu 2017
- lokakuu 2017
- syyskuu 2017
- 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
Suti ja vasara
Hiukkaskiihdyttimissä voi löytää uusia hiukkasia kahdella tavalla. Suoraviivaisinta on iskeä kaksi hiukkasta toisiinsa niin kovaa, että törmäyksessä syntyy etsitty hiukkanen. Toisaalta vaikka kokeessa ei syntyisi uutta hiukkasta, sen olemassaolon voi päätellä siitä sen vaikutuksesta tunnettuihin hiukkasiin.
Jo ennen kuin Higgsin hiukkanen luotiin protonien törmäyksillä vuonna 2012, sen olemassaolosta oli paljon epäsuoraa todistusaineistoa. Higgs antaa massan heikkoa vuorovaikutusta välittäville W– ja Z-bosoneille ja vaikuttaa niihin liittyviin hiukkasreaktioihin. Olisi ollut vaikea selittää muiden hiukkasten käytöstä ilman Higgsiä.
Yksi tällä hetkellä kiinnostava väylä uusien hiukkasten epäsuoraan havaitsemiseen on B-mesonit. Tiistaina kokeellinen fyysikko Mitesh Patel Iso-Britannian Imperial Collegesta puhui Helsingin yliopiston Fysiikan tutkimuslaitoksen seminaarisarjassa niiden uusimmista kuulumisista.
B-mesonit ovat yhdistelmähiukkasia, jotka koostuvat yhdestä bottom-antikvarkista ja yhdestä up-, down-, charm- tai strange-kvarkista. Kvarkit ovat alkeishiukkasia, jotka esiintyvät vain sidottuina tiloina, joita kutsutaan hadroneiksi. (Paitsi hyvin kuumissa ja/tai tiheissä olosuhteissa varhaisessa maailmankaikkeudessa ja ehkä neutronitähtien keskustassa.) Hadroneita on pääasiassa kahdenlaisia: baryoneita, joissa on kolme kvarkkia ja mesoneita, joissa on yksi kvarkki ja antikvarkki. Myös monimutkaisempia yhdistelmiä on havaittu. Protoni on ainoa pysyvä hadroni. Vapaa neutroni hajoaa 15 minuutissa, muut hadronit hajoavat sekunnin murto-osassa.
Hiukkasten hajoaminen on sattumanvarainen tapahtuma, ja voidaan ennustaa vain se, millä todennäköisyydellä mitäkin hiukkasia syntyy ja mihin suuntaan ne liikkuvat. B-mesonin tapauksessa tämä voidaan periaatteessa laskea hiukkasfysiikan Standardimallista. Ongelmana on se, että kvarkit liikkuvat ja vuorovaikuttavat hadronien sisällä monimutkaisella tavalla. Niinpä on vaikea laskea tarkasti, miten mesoni hajoaa, etenkin silloin kun lopputulosten joukossa on toinen mesoni. Ongelma voidaan ohittaa siten, että ei verrata vain havaintoja ja teoriaa, vaan myös havaintoja toisiinsa.
Esimerkiksi ei osata tarkkaan laskea B-mesonin hajoamista K-mesoniksi ja elektroni-positroni-pariksi, eikä K-mesoniksi ja myoni-antimyoni-pariksi, eikä K-mesoniksi ja tau-antitau-pariksi. Mutta kaikissa kolmessa laskussa on sama ongelmakohta, eikä se vaikuta hajoamisten suhteeseen. Voidaan siis ennustaa, että kaikki nämä hajoamiset ovat (lähes) samanlaisia, vaikka ei osata laskea sitä, millaisia ne tarkalleen ovat.
Teorian mukaan B-mesoni siis hajoaa yhtä usein kaikiksi kolmeksi pariksi, ja parin jäsenet lentävät samoihin suuntiin, riippumatta siitä ovatko ne elektroneja, myoneja vai tauta antihiukkasineen.
Tänä keväänä julkistettujen CERNin LHC-kiihdyttimen LHCb-kokeen havaintojen mukaan kuitenkin B-mesoni hajoaa useammin elektroneiksi kuin myoneiksi. Jos Standardimalli pitää paikkansa, kerätyllä datamäärällä todennäköisyys tälle on 1:500. Kuten kokeellinen hiukkasfyysikko Tommaso Dorigo huomauttaa, tästä ei voi päätellä, että on tehty löytö 99.8% todennäköisyydellä. Koska kiihdytindatasta tarkistetaan satoja tai tuhansia erilaisia yhdistelmiä, sopii odottaakin, että vastaan tulee tällaisia tapauksia. Dorigo onkin valmis lyömään tuhat Yhdysvaltojen dollaria vetoa, että kyseessä ei ole uusi hiukkanen. Hiukkasteoreetikko Jester on sen sijaan varovaisen optimistinen.
Puheessaan Patel kuitenkin korosti sitä, että tämä ei ole ainoa B-mesonien hajoamiseen liittyvä poikkeama. B-mesoni hajoaa myoni-antimyoni-pariksi ennustettua harvemmin. Koska tässä hajoamistuotteissa ei ole mukana K-mesonia, tämän yleisyyden voi ennustaa tarkasti.
Kun laittaa poikkeamat yhteen, todennäköisyys sattumalle on naiivisti laskettuna 1:16 000, mikä alkaa olla vakuuttavaa. Lisäksi on havaittu, että syntyneiden hiukkasten suunnat poikkeavat Standardimallin ennusteista, mutta tämän kohdalla ennusteiden epävarmuus on toistaiseksi vielä iso.
Havainnoille olisi suhteellisen helppo selitys. Standardimallissa B-mesoni hajoaa samalla tavalla elektroneiksi, myoneiksi ja tauksi sen takia, että hajoamista välittävä Z-bosoni kytkeytyy samalla tavalla kaikkiin kolmeen hiukkaseen. Tämän voi muuttaa ottamalla mukaan uuden välittäjähiukkasen, joka vuorovaikuttaa eri tavalla näiden eri hiukkasten kanssa. Tällaiselle hiukkaselle on annettu mielikuvituksekas nimi Z’-bosoni. Toinen mahdollinen vaihtoehto on leptokvarkin nimellä tunnettu hiukkanen, joka muuttaa elektroneja, myoneja ja tauta kvarkeiksi ja toisinpäin (mikä on Standardimallissa mahdotonta).
Kuten tavallista, ongelmana on selittää, miksi muissa havainnoissa ei ole vielä näkynyt mitään. Jos kyseessä on uusi hiukkanen, sen massa on luultavasti hieman LHC:n nykyisten rajojen yläpuolella, eli se voi löytyä lähitulevaisuudessa. Mutta myös B-mesonien hajoamisesta saadaan lisää tietoa. Ehkä kiinnostavinta on se, että ensi maaliskuussa alkaa LHC:n kolmas havaintokausi, jonka aikana mitataan ensimmäistä kertaa B-mesonien hajoamista tau-antitau-pareiksi. Jos nyt esitetyt selitykset pitävät paikkansa, näiden hajoamisten pitäisi erota elektronihajoamisista vielä enemmän kuin myonihajoamisten.
Jotkut luonnehtivat viime kuussa julkistettuja tuloksia myonien magneettisesta momentista viimeiseksi toivoksi nähdä merkkejä Standardimallin tuonpuoleisesta hiukkasfysiikasta. Mesonien mittaukset osoittavat, että on olemassa toinenkin toivon reitti.
LHC:n käynnistyessä korostettiin sen törmäysten ennennäkemättömän korkeaa energiaa ja monet odottivat suuria löytöjä. Huomio kiinnittyi uusia hiukkasia etsiviin törmäyskokeisiin ATLAS ja CMS. Niiden dataa käytetään myös B-mesonien tutkimisessa, mutta nyt keskiöön on siirtynyt LHCb:n mittaamat pienet vaikutukset matalan energian tapahtumiin. B-mesonien hajoamisessa syntyneiden hiukkasen energiat ovat yli tuhat kertaa pienempiä kuin LHC:n protonitörmäyksissä. Aika näyttää, voittaako suti vasaran, vai jääkö Higgsin hiukkanen LHC:n ainoaksi löydöksi.
9 kommenttia “Suti ja vasara”
Vastaa
Ekologinen eläintarha
Kirjoitin kymmenen vuotta sitten mustista aukoista seuraavasti:
”Tällä hetkellä mustat aukot ovat tunnetun fysiikan rajalla: enemmän kuin pelkkiä arveluita, mutta vailla kiistatonta kokeellista varmennusta. Aihe yhdistää eri aloja: teoreettista ja kokeellista astrofysiikkaa, gravitaatioaaltojen fysiikkaa, hiukkasfysiikkaa ja suhteellisuusteoriaa. Tilanteessa on mielenkiintoisia teoreettisia mahdollisuuksia, ja kokeellinen tutkimus voi tarjota jotain sykähdyttävää.”
Neljä vuotta myöhemmin saatiin ensimmäinen suora havainto gravitaatioaalloista. Havaintoja on julkistettu nyt 50, ja suurin osa niistä vastaa hyvin yleisen suhteellisuusteorian ennusteita mustien aukkojen törmäyksistä. Jokusessa ainakin yksi parin jäsen on neutronitähti, ja muutamassa törmäilijöiden turhan pieni tai yllättävän korkea massa on herättänyt epäilyjä siitä, onko kyseessä sittenkään musta aukko tai neutronitähti, ainakaan tähden romahduksesta syntynyt.
Vuonna 2019 Event Horizon Telescope otti ensimmäisen valokuvan tapahtumahorisontin lähistöltä. Vuonna 2020 Nobelin palkinto meni (taas) mustille aukoille, teoreettisesta todistuksesta niiden muodostumisesta ja tarkoista havainnoista Linnunradan keskustan mustan aukon tienoilta.
Nyt on mustien aukkojen kulta-aika, ja niin tähtitieteilijät, kosmologit, kvanttigravitaatioteoreetikot kuin hiukkasfyysikotkin ovat kiireisiä aiheen parissa. Voisi siis luulla, että mustien aukkojen olemassaoloa ei enää juuri kyseenalaisteta. Asia on kuitenkin juuri päinvastoin. Koska on paljon uusia havaintoja, on mahdollista tarkemmin selvittää, onko kyse todella mustista aukoista.
Kappaleille, jotka näyttävät suunnilleen mustilta aukoilta on annettu nimi Eksoottinen Kompakti Objekti eli EKO (engl. Exotic Compact Object, ECO). Niitä on iso eläintarha, kuten fysiikassa vaihtoehtoisten kappaleiden tai hiukkasten kokoelmaa yleisesti kutsutaan. Eläintarha voidaan jakaa kahteen luokkaan.
Ensimmäisessä luokassa ovat kappaleet, jotka korvaavat mustat aukot. Yleinen suhteellisuusteoria ei ehkä kuvaa romahduksen lopputulosta täysin oikein, vaan se on yleisen suhteellisuusteorian pätevyysalueen ulkopuolella. Tällöin tarvitaan laajempi teoria gravitaatiosta –kuten säieteoria, silmukkakvanttigravitaatio tai jokin muu spekulatiivinen teoria– kertomaan mitä tapahtuu.
Yksi vaihtoehto on se, että kvanttifysiikka estää tapahtumahorisontin muodostumisen, ja tähti romahtaa loputtomasti, aina vain hitaammin. Toisaalta mustat aukot korvaavilla kappaleilla voi olla monimutkainen sisärakenne, joka vaikuttaa niiden käytökseen. Jacob Bekenstein oivalsi ja Stephen Hawking osoitti 1970-luvulla, että mustilla aukoilla on lämpötila ja entropia. Entropia on suure, joka mittaa sitä, montako toisistaan erotettavaa rakennuspalikkaa kappaleella on. Mustien aukkojen entropia herättää kysymyksen siitä, millainen niiden sisärakenne on.
Jotkut pitävät säieteorian suurena saavutuksena sitä, että siitä laskettiin mustilla aukoilla olevan juuri se entropia, minkä Bekenstein ja Hawking olivat päätelleet, ja selitettiin mitä niiden sisällä on. Lasku ei kuitenkaan kuvaa sellaisia mustia aukkoja, joita on oikeasti olemassa. Myös silmukkakvanttigravitaatiosta on laskettu sama entropia, mutta laskussa on tehty oletuksia, jotka eivät kaikkia vakuuta. On siis erilaisia ideoita siitä, mitä mustien aukkojen sisällä on, mutta asiasta ei ole varmuutta.
EKOjen toinen luokka ovat pienet ja tiheät kappaleet, jotka eivät korvaa mustia aukkoja vaan ovat olemassa niiden lisäksi. Ne eivät välttämättä synny tähtien romahduksessa, vaan aivan muulla tavoin. Tutkituin vaihtoehto on bosonitähdet.
Alkeishiukkasia on kahdenlaisia: fermioneita ja bosoneita. Tuntemamme aine koostuu fermioneista. Fermioneja ei voi olla kahta samassa tilassa. Tämän takia niistä voi pinota monimutkaisia rakenteita, ja atomit ja neutronitähdet pysyvät koossa.
Bosoneita voi sen sijaan olla samassa tilassa miten monta tahansa. Esimerkiksi laserissa on monta valohiukkasta samassa tilassa. Valo ei voi muodostaa rakenteita, koska se on massatonta ja liikkuu siksi valonnopeudella. Mutta jos on olemassa bosoni, jolla on massa ja joka ei hajoa nopeasti, niin sen hiukkaset voivat samassa tilassa yhtyä suureksi tähdeksi, joka on kuin jättimäinen alkeishiukkanen.
Bosetähdet voivat kenties räjähtää, ja tällaisen bosenovan voisi havaita. (Tässä näkyy fysiikan huumori: sana bosenova kuulostaa samalta kuin musiikkilaji bossa nova.) Toisaalta niiden törmäyksiä voisi havaita gravitaatioaaltojen kautta, mustien aukkojen tapaan. Bosonitähtien koko määräytyy hiukkasen massasta. Koska havaituissa gravitaatioaalloissa näkyy iso kirjo massoja, vain pieni osa niistä olisi mahdollista selittää bosonitähdillä.
Kummankin luokan EKOilla on neljä keskeistä ominaisuutta, jotka voivat olla erilaisia kuin mustilla aukoilla: koko suhteessa massaan, muoto, pinnan heijastavuus ja tapahtumahorisontti (tai sen puute).
On sikäli helppo etsiä merkkejä vaihtoehdoista mustille aukoille, että mustat aukot ovat hyvin yksinkertaisia kappaleita. Kaikki yksinäiset samanmassaiset ja yhtä nopeasti pyörivät mustat aukot ovat samanlaisia. Ne ovat symmetrisiä pyörimisakselin suhteen, ja samanlaisia kiertotaso ylä- ja alapuolella. Jos musta aukko ei pyöri, se on pallomainen. Lisäksi mustan aukon pinta ei heijasta lainkaan, vaan imee kaiken mikä siihen osuu, eikä sen sisältä tule mitään ulos, eli sillä on tapahtumahorisontti.
EKOt voivat pyöriessään ja toisiaan kiertäessään puristua eri tavoin, menettää energiaa sisäisen möyrinnän takia (aivan kuten tähdet) ja heijastaa osan gravitaatioaalloista.
Havaintojen tulkintaa vaikeuttaa se, että kahden mustan aukon järjestelmässä on paljon enemmän vaihtoehtoja kuin yhden. Esimerkiksi pyörimisnopeuden lisäksi pitää ottaa huomioon se, miten mustien aukkojen pyörimissuunnat suhtautuvat toisiinsa ja siihen tasoon, missä ne kiertävät toisiaan. Mitä useampi luku järjestelmää kuvaa on, sitä vaikeampi on selvittää sen yksityiskohtia gravitaatioaaltohavainnoista.
Nyt tehtyjen havaintojen perusteella voidaan kuitenkin jo sanoa, että jos EKOilla ei ole tapahtumahorisonttia, niiden säde on korkeintaan 10% mustaa aukkoa isompi. Myös EKOjen mahdollisesti mustista aukoista poikkeavia muotoja on mitattu, mutta niille ei ole saatu kovin tarkkoja rajoja.
Jos EKOn pinta heijastaa gravitaatioaaltoja, voi syntyä kaikuja. Jotkut ryhmät ovat väittäneet löytäneensä havaituista gravitaatioaalloista kaikuja, mutta tarkempien analyysien mukaan väitetty signaali ei erotu kohinasta.
Vuonna 2034 taivaalle nouseva gravitaatioaaltodetektori LISA pystyy selvittämään asiaa tarkemmin. Nykyiset gravitaatioaaltodetektorit LIGO ja Virgo näkevät vain noin sekunnin pätkän gravitaatioaalloista. LISA pystyisi seuraamaan samoja kohteita vuosien ajan ennen törmäystä, mikä lisäisi datan määrää valtavasti, vaikka signaali onkin hieman heikompi, koska aallot ovat voimakkaimpia kappaleiden kohdatessa.
Lisäksi LISAn odotetaan näkevän pieniä mustia aukkoja kiertämässä galaksien keskustojen jättiläismäisiä mustia aukkoja. Niissä on se vaikeus, että radat ovat erittäin monimutkaisia, eikä niitä ole vielä pystytty laskemaan edes supertietokoneilla. Ongelman kääntöpuoli on se, että koska radat ovat herkkiä mustien aukkojen ominaisuuksille, havainnot antavat tarkkoja rajoja ison mustan aukon ominaisuuksille kunhan ennusteet saadaan laskettua.
Toistaiseksi kaikki havainnot sopivat yhteen yleisen suhteellisuusteorian ennusteiden kanssa, eikä ole mitään luotettavaa ennustetta, jonka perusteella gravitaatioaaltokokeiden odottaisi näkevän merkkejä kvanttigravitaatiosta tai uudenlaisista tähdistä. Gravitaatioaallot ovat kuitenkin osoittaneet kykynsä luodata yksityiskohtaisesti niinkin äärimmäistä ilmiötä kuin tapahtumahorisonttia. Tulevat havainnot vähintäänkin lisäävät ymmärrystämme siitä, miten tarkasti yleinen suhteellisuusteoria kuvaa aika-avaruutta.
21 kommenttia “Ekologinen eläintarha”
-
Cargo sanoo:
”Yleinen suhteellisuusteoria ei ehkä kuvaa romahduksen lopputulosta täysin oikein, vaan se on yleisen suhteellisuusteorian pätevyysalueen ulkopuolella. […] Yksi vaihtoehto on se, että kvanttifysiikka estää tapahtumahorisontin muodostumisen, ja tähti romahtaa loputtomasti, aina vain hitaammin.”
Eikö asia hoituisi myös lisäämällä uusi valon nopeuden vakioisuuteen verrattavissa oleva klassinen periaate? Saataisiin siis analoginen tulos sille, että kappaleen liike-energia kasvaa rajatta, kun nopeus lähestyy valon nopeutta, eli tässä tapauksessa kappaleen energiatiheys kasvaa rajatta, kun avaruuden kaarevuus lähestyy jotakin kriittistä arvoa. Ja koska äärettömyydet ovat epäfysikaalisia, niin mitään todellista mustaa aukkoa ei voisi muodostua.
-
Syksy Räsänen sanoo:
Se, että valon nopeus on vakio ei ole fysiikan periaate. Se on tulos, joka seuraa sähkömagnetismin laeista.
Se, että on olemassa suurin mahdollinen signaalinopeus on osa yleisen suhteellisuusteorian rakennetta, ei sekään erillinen periaate joka olisi lisätty erikseen.
Tapahtumahorisonttiin ei liity ääretöntä kaarevuutta. Kaarevuus sen kohdalla riippuu mustan aukon koosta ja on sitä pienempi, mitä isompi musta aukko on. Mustan aukon keskustassa (yleisen suhteellisuusteorian mukaan) olevaan singulariteettiin liittyy ääretön kaarevuus, mutta sen muodostuminen on eri asia kuin tapahtumahorisontin muodostuminen.
-
-
Lentotaidoton sanoo:
Nuo bosonitähdet ovatkin sitten mielenkiintoinen lisä perinteiseen kosmologiaan/tähtitieteeseen – jos totta, niinkuin slogani kuuluu.
Ilmeisesti mitkään nykyään tunnetut bosonit eivät käy. Monasti spekuloitu on esim axioni (jota myös ehdotetaan pimeän aineen hiukkaseksi). Mainitsit tuon Loop Quantum teorian: siinähän ehdotetaan Planckin tähteä eli Planckin energiatiheyden muodostamaa tähteä (jossa Heisenbergin epämääräisyysperiaatteen synnyttämä poisto”voima” pitäisi tähden kasassa).
Mitä arvelet näistä?
-
En ole Planck-tähdistä kuullutkaan.
-
In loop quantum gravity, a Planck star is a theoretically possible astronomical object that is created when the energy density of a collapsing star reaches the Planck energy density. Under these conditions, assuming gravity and spacetime are quantized, there arises a repulsive ”force” derived from Heisenberg’s uncertainty principle. In other words, if gravity and spacetime are quantized, the accumulation of mass-energy inside the Planck star cannot collapse beyond this limit to form a gravitational singularity because it would violate the uncertainty principle for spacetime itself
https://en.wikipedia.org/wiki/Exotic_star
-
-
-
Martti V sanoo:
Kaikki tunnettu energia kvantisoituu riittävän pienessä mittakaavassa. Miksei myös aika-avaruus? Planckin tähti voi olla äärimmäinen tiheys. Singulariteetti oli jo Einsteinin mielestä ajatuksena vastenmielinen
-
Tunnetun fysiikan mukaan kaikki energia ei ole kvantittunutta, ainoastaan sidottujen tilojen energia.
-
Erkki Kolehmainen sanoo:
Eikö kaikki energia muodostu kvanteista? Tämähän oli paradigman muuttanut Einsteinin idea, joka selitti myös valosähköisen iilmiön ja mullisti klassisen fysiikan perustan.
-
Kuten yllä kirjoitin: ei. Einsteinin idea valon kvantittumisesta oli tärkeä askel kohti kvanttiteoriaa, ei osa kokonaista teoriaa. Kvanttimekaniikan koko teoria löydettiin 1920-luvun puolivälissä, ja se ennustaa täsmällisesti, milloin energia on kvantittunut ja milloin ei. (Ja tietysti myöhemmin löydetty kvanttikenttäteoria tekee niin myös.)
Menee sen verta ohi merkinnän aiheesta, että ei tästä sen enempää.
-
-
-
-
Harmi ettei kvanttigravitaatiolla ole ennusteita. Gravitonin etsiminen lienee turhaa. Kvanntifysiikka varmasti esiintyy singulariteetissa, mutta siitä ei koskaan saada ennnustettavia havaintoja. Singulraariteetin romahdus kestäisi ikuisesti joten voidaan ajatella että niitä ei ole toistaiseksi syntyntyt.
-
Ei singulariteetin syntyminen mustissa aukoissa yleisen suhteellisuusteorian mukaan kestä ikuisesti.
-
Ulkopuolisen havaitsijan näkökulmasta aikahan hidastuu loputtomasti
-
Kun musta aukko on muodostunut, mustan aukon ulkopuolella sen suhteen paikallaan olevan ja sinne vapaasti putoavan kellojen käynnin ero on tosiaan ääretön putoajan ylittäessä tapahtumahorisontin. (Ulkopuolisen havaitsijan näkökulmasta putoaja ei siis koskaan saavuta tapahtumahorisonttia.)
Tämä ei tarkoita sitä, että tapahtumahorisontin tai singulariteetin muodostuminen kestäisi äärettömän kauan.
-
-
-
-
Seniorikosmologi sanoo:
Mitä nämä blogit olisivatkaan ilman lukijoiden kommentteja ja nihin annettuja vastauksia! Tosin vastauksia en aina ymmärrä. Useankaan lukemisen jälkeen en oivalla, mitä tarkoittaa bloginpitäjän viimeisen vastaksen kohta: ”….mustan aukon ulkopuolella sen suhteen paikallaan olevan ja sinne vapaasti putoavan kellojen käynnin ero on tosiaan ääretön putoajan ylittäessä tapahtumahorisontin”? Voisiko tuon sanoa selkokielellä?
-
Vastauksia ei ole aina kirjoitettu siten, että ne ovat ymmärrettäviä kaikille, ainoastaan kysyjälle, koska asian avaaminen voisi olla kokonaan oma merkintänsä.
Mutta selitettäköön nyt. Gravitaatio vaikuttaa kellojen käyntiin. Mitä voimakkaampi gravitaatiokenttä, sitä hitaammin kellot käyvät. Tämän takia esim. GPS-satelliittien kellot käyvät nopeammin kuin kellot Maan pinnalla. Mustien aukkojen tapahtumahorisonttia lähestyttäessä tämä ero kasvaa rajatta. Kellon käynti riippuu myös havaitsijan liikkeestä. Vapaasti putoava havaitsija ohittaa tapahtumahorisontin äärellisessä ajassa, ulkopuolella paikallaan olevan havaitsijan kellon mukaan putoaja ei koskaan saavuta tapahtumahorisonttia, koska liikkuu aina vain hitaammin.
-
-
miguel sanoo:
Minulle sana ääretön herättää aina kysymysmerkin. Se on matemaattisesti yhtä fundamentaali kuin valonnopeus fysiikassa (mikä sekin riippuu väliaineesta). Mikä tahansa luku kerrottuna äärettömällä antaa vastaukseksi ääretön. Ei ole olemassa 0,1 x ääretön tai 2 x ääretön. Vastaus on aina ääretön, ei enempää eikä vähempää.
Vaikka tämä ei liity blogin aiheeseen, niin esim. äärettömässä universumissa on jossain joku kolkka, jossa joku kirjoittaa samanlaisessa huoneessa samaa tekstiä kuin minä sama taulu seinällä. Jos se on mahdollista kerran, se on mahdollista toisenkin kerran, ja äärettömyydessä niin ei tapahdu kahdesti, vaan äärettömän monta kertaa. Ja kaikki muut vaihtoehdot toteutuvat myös äärettömän monta kertaa.
Jos kellon käyntien ero on ääretön (Kun musta aukko on muodostunut, mustan aukon ulkopuolella sen suhteen paikallaan olevan ja sinne vapaasti putoavan kellojen käynnin ero on tosiaan ääretön putoajan ylittäessä tapahtumahorisontin), niin mihin se oikeastaan vastaa ja jos matematiikka antaa vastauksen ääretön, niin pitääkö fysiikan totella matematiikkaa?
En pidä sanasta ääretön.
-
Se, että jokin asia on ääretön ei tarkoita sitä, että se sisältäisi kaiken mahdollisen. Jos avaruus on ääretön (ei tiedetän onko näin), tämä ei tarkoita sitä, että kaikki mahdollinen tapahtuu jossain.
Valonnopeus (eli suurin mahdollinen signaalinopeus) on eri asia kuin valon nopeus (nopeus jolla sähkömagneettiset aallot kulkevat) ks. https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsim assa/luonnottomia_lokeroita
Menee sen verta ohi merkinnän aiheesta, että ei tästä tämän enempää.
-
Kiitos vastauksesta. Äärettömyys on toki hankala ymmärtää. Onko tapahtumahorisontin kohdalla aika-avaruudessa jonkinlainen epäjatkuvuuskohta, jos infidesimaalinen siirtymä aiheuttaa äärettömän hypyn kellon käymisessä? Sanoit, että ulkopuolisen havaitsijan näkökulmasta tapahtumahorisonttia ei koskaan saavuteta. Kun musta-aukkoon syöksyy materiaa, niin eikö havaintojen persuteella kuitenkin sitä päädy kuitenkin tapatumahorisontin sisälle?
-
Ero kellojen käynnissä kasvaa jatkuvasti rajatta tapahtumahorisonttia lähestyttäessä.
Ulkopuolisen havaitsijan näkökulmasta mikään kappale ei voi saavuttaa tapahtumahorisonttia äärellisessä ajassa. Mutta koska kappaleen lähettämä ja paikallaan olevan havaitsijan vastaanottama valo venyy rajatta kappaleen lähestyessä tapahtumahorisonttia, kappale häviäää näkyvistä äärellisen ajan kuluessa.
Asiaa monimutkaistaa se, että kappaleet muuttavat mustan aukon tapahtumahorisonttia. Pienet kappaleet hyvin vähän, mutta kahden mustan aukon törmäyksessä niiden tapahtumahorisontit muuttuvat kokonaan ja sulautuvat yhteen.
-
-
-
-
Joksa sanoo:
Hawking itsekin päätyi lopulta epäilevälle kannalle mustien aukkojen suhteen. Tapahtumahorisonttikäsite tuntuisi ólevan perustavanlaatuisessa ristiriidassa myös gravitaatioaaltoilmiön kanssa. Nehän generoituvat ainakin osin käyttäen singulariteettien massaenergiaa, ja niiden välittämää informaatiota tarkkaillaan kiinnostuneina, myös mustien aukkojen sisäisen rakenteen arvioimiseksi. Vai olisiko niin että kosmologian informaatiokäsitteessäkin olisi selventämisen tarvetta?
-
Singulariteeteilla ei ole mitään tekemistä mustien aukkojen törmäysten synnyttämien gravitaatioaaltojen kanssa. Singulariteetit ovat (oletettavasti) piilossa tapahtumahorisonttien takana, eivätkä vaikuta ulkopuolisen maailman tapahtumiin mitenkään.
-
Vastaa
Taide ja taivas
Puhun tiistaina 8.6. joskus välillä kello 16-19 Taideyliopiston tilaisuudessa Taide ja tähtitaivas. Tilaisuus järjestetään Hietsun Paviljongissa Helsingissä. Sinne on ilmainen pääsy. Tapahtuman kuvaus on seuraava:
Taide ja tähtitaivas on taidetta, tähtitiedettä ja kulttuurihistoriaa yhdistävä keskustelutilaisuus, jossa puhutaan tähtikartoista, avaruuselokuvista ja maailmankaikkeuden epäinhimillisestä kauneudesta. Keskustelun alustajiin kuuluvat kulttuurihistorioitsija Maarit Leskelä-Kärki, kosmologi Syksy Räsänen, tähtitieteen dosentti Hannu Karttunen ja kuvataiteilija Elina Saloranta.
Puheeni otsikko on Kaikkeuden epäinhimillinen kauneus ja sen kuvaus on tämä:
Kun Aurinko vajaan kahdeksan miljardin vuoden kuluttua sammuu, ihmiskunta on kuollut sukupuuttoon kauan sitten. Silti Auringon loppu ja Maapallon tuho herättää surua. Ihmiset ovat tottuneet katsomaan maailmaa inhimillisen linssin kautta, joten epäinhimillisen maailmankaikkeuden tapahtumia verrataan ihmiselämään. Toisaalta ihmisille on kehittynyt tilan ja muotojen hahmottamiseen abstraktin ajattelun välineitä, joita on mahdollista soveltaa maailmankaikkeuden täsmälliseen ymmärtämiseen ja epäinhimillisen kauneuden kokemiseen.
Päivitys (28/05/21): Tilaisuus on koronarajoitusten takia siirretty tulevaisuuteen, keskiviikkoon 24.11. kello 16-19.
4 kommenttia “Taide ja taivas”
-
Kaikkeuden epäinhimillinen kauneus tarkoittaa varmaan kaikkeuden jumalallista (tai saatanallista) kauneutta? Ihmettelen sitä, miten kauneus voi olla epäinhimillistä, koska kauneus on katsojan silmässä. Ettei vaan kaikki olisi kuitenkin suhteellsita. Surukin on sitä kuten nähtiin, kun jumalan valitseman kansan ilmavoimat moukaroivat surutta Gazan asuinkortteleiita ja Netanyahu jyrisi nyrkit pystyssä kuin suurikin profeetta!
-
Gazaa pommitti Israelin ilmavoimat, ei ole juutalaisten ilmavoimia.
Tästä osviittaa epäinhimilliseen kauneuteen: https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/ihmisten-ja-enkelien-kielilla/
-
-
”Kun Aurinko vajaan kahdeksan miljardin vuoden kuluttua sammuu, ihmiskunta on kuollut sukupuuttoon kauan sitten. ” Tätä emme tiedä, koska se riippuu mm. siitä mitä ihmiset saavat päähänsä tehdä. Ihmislajin tulevaisuuden pituutta ei voi tietää ennalta, mm. koska ihminen pystyisi halutessaan muokkaamaan perimäänsä ja siten astumaan biologisen evoluution lakien ulkopuolelle.
-
Vaikka näin kävisi, nuo olennot eivät olisi enää ihmisiä.
-
Niin tässä LHC:n tapauksessa hämminkiä ja sekaannusta yleisön silmissä on aiheuttanut sekä remontista että koronasta johtuneet viivytykset. Nythän LHC ei pyöri, eli nuo ilmoitetut tulokset perustuvat Run 2:n dataan. Tutkijoilla/teoreetikoilla on siis ollut hyvää aikaa syventyä ”vanhaan” dataan.
Remontin jälkeinen aikataulu on venynyt eri syistä. Nyt Run3 alkaa maaliskuussa 2022 (kuten Räsänen sanoo), tosin koepyöritykset alkavat jo syyskuussa 2021. Tuolloin koko kone on aivan toista kuin Run kakkosen aikaan. Jos tämäkään ensi vuonna alkava kolmonen ei tuo selvyyttä mahdolliseen Standarditeorian ylityksiin niin saamme odottaa aina vuoteen 2027, jolloin totaalisti uudistettu High-Luminosity LHC (HL-LHC) alkaa operoimaan.
Sekä leptokvarkit että Z´bosonit näkyvät olevan oikea uusi ”tarha” mahdollisuuksia Standarditeorian ukjopuolelle. Ehkä tosiaan tulevat LHCn uudistukset antavat jotain suuntaa:
Leptoquarks (LQs) are hypothetical particles that would interact with quarks and leptons. Leptoquarks are color-triplet bosons that carry both lepton and baryon numbers. Their other quantum numbers, like spin, (fractional) electric charge and weak isospin vary among theories. Leptoquarks are encountered in various extensions of the Standard Model, such as technicolor theories, theories of quark-lepton unification (e.g., Pati–Salam model), or GUTs based on SU(5), SO(10), E6, etc. Leptoquarks are currently searched for in experiments ATLAS and CMS at the Large Hadron Collider in CERN.
In particle physics, W′ and Z′ bosons (or W-prime and Z-prime bosons) refer to hypothetical gauge bosons that arise from extensions of the electroweak symmetry of the Standard Model. They are named in analogy with the Standard Model W and Z bosons.
Types of Z′ bosons
Various models of physics beyond the Standard Model predict different kinds of Z′ bosons.
Models with a new U(1) gauge symmetry
The Z′ is the gauge boson of the (broken) U(1) symmetry.
E6 models
This type of model contains two Z′ bosons, which can mix in general.
Topcolor and Top Seesaw Models of Dynamical Electroweak Symmetry Breaking
Both these models have Z′ bosons that select the formation of particular condensates.
Little Higgs models
These models typically include an enlarged gauge sector, which is broken down to the Standard Model gauge symmetry around the TeV scale. In addition to one or more Z′ bosons, these models often contain W′ bosons.
Kaluza–Klein models
The Z′ boson are the excited modes of a neutral bulk gauge symmetry.
Stueckelberg Extensions
The Z′ boson is sourced from couplings found in string theories with intersecting D-branes .
Leptokvarkit esiintyvät tosiaan GUT teorioissa. Mielenkiintoista jos jotain sen ennustuksia saadaan LHC kokeilla esiin. Kokeet protonin hajoamisesta ei ole toistaiseksi tuottanut tuloksia.
Selkeä kirjoitus. Leptokvarkkien suora havainnointi taitaa olla ulottumattomissa. Nehän hajovat siis kvarkeiksi ja leptoneiksi ennen higgs kentän jäätymistä. Voitko avata hieman miten leptokvarkit selittäisivät merkinnässä esitettyjä tuloksia.?
Standardimallissa sähkömagneettinen vuorovaikutus ja värivuorovaikutus eivät välitä reaktioita, missä tau, myoni tai elektroni muuttuisivat toisikseen. Heikon vuorovaikutuksen W- ja Z-bosonit tekevät niin. Ne kytkevät kaikkiin noihin kolmeen hiukkaseen samalla tavalla.
Spekulatiivinen lepokvarkki tai X-bosoni välittää reaktioita, missä kvarkit ja leptonit muuttuvat toisikseen. Standardimallissa ei ole tällaisia reaktioita. Kuten Q- ja Z-bosonit, X-bosoni tyypillisesti kytkeytyy samalla tavalla kaikkiin kolmeen yllämainittuun hiukkaseen. Tällöin sen massan täytyy olla hyvin korkea, koska muuten se välittää reaktioita, missä protoni hajoaa koska yksi kvarkki muuttuu elektroniksi ja muiksi hiukkasiksi.
Näitä havaintoja selittävissä malleissa on kolme perhettä leptokvarkkeja, yksi elektronille, yksi myonilla ja yksi taulle. Elektroneihin kytkeytyvän leptokvarkin massan pitää yhä olla iso, mutta myonin ja taun leptokvarkkien massat voivat olla pieniä. Havaintoihin sopii, että myoniin kytkeytyvän leptokvarkin massa olisi noin 40 TeV. Tällainen leptokvarkki muuttaisi b- ja s-kvarkkien ja myonien vuorovaikutusta sopivan määrän.
Kiitos hyvästä vastauksesta.
Eli tuo 40 TeV olisi pyöreesti 40 000 kertaa protonin massa! Aika jötikkä. Toisaalta tuo X-bosonin massa 10^15 GeV:kin on älytön eli 10^12 TeV. Taitaa insinööreillä olla monta mutteria kiristettävänä tulevaisuudessa.
onko mitään uutta hiukkasta yleisessä etsinnässä samaan tapaan
kuin oli Higgsin hiukkanen oli vuonna 2012?
Eikö sillon ollut aika varma teoria että sellainen
tulee vielä löytymään.
Painovoima hiukkasen löytämiseen menee
aikaa kymmeniä vuosia, veikkaisin, mutta
onko mitään muita varteen otettavia hiukkasia
tuloillaan?
Useita uusia hiukkasia etsitään, mutta minkään olemassaolle ei ole samanlaista vankkaa pohjaa kuin mitä Higgsille oli. Lähimmäksi tulee pimeän aineen hiukkanen, mutta sen ominaisuuksista on toistaiseksi erittäin vähän tietoa havainnoista, joten ehdokkaat ovat hyvin erilaisia. Oma suosikkini on kevyet oikeakätiset neutriinot: https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kauneusvirheen-korjaaminen/
Gravitoni on tapa kuvata yleisen suhteellisuusteorian tiettyjä piirteitä, ei hiukkanen samassa mielessä kuin hiukkasfysiikan hiukkaset. (Ja yksittäisen gravitonin havaitseminen niissä prosesseissa, joita niillä kuvataan, on tosiaan hankalaa.)