Arkisto
- syyskuu 2023
- elokuu 2023
- kesäkuu 2023
- toukokuu 2023
- huhtikuu 2023
- maaliskuu 2023
- helmikuu 2023
- tammikuu 2023
- joulukuu 2022
- marraskuu 2022
- lokakuu 2022
- syyskuu 2022
- elokuu 2022
- kesäkuu 2022
- toukokuu 2022
- maaliskuu 2022
- helmikuu 2022
- tammikuu 2022
- joulukuu 2021
- marraskuu 2021
- lokakuu 2021
- syyskuu 2021
- elokuu 2021
- kesäkuu 2021
- toukokuu 2021
- huhtikuu 2021
- maaliskuu 2021
- helmikuu 2021
- tammikuu 2021
- joulukuu 2020
- marraskuu 2020
- lokakuu 2020
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
- maaliskuu 2020
- helmikuu 2020
- tammikuu 2020
- joulukuu 2019
- marraskuu 2019
- lokakuu 2019
- syyskuu 2019
- elokuu 2019
- heinäkuu 2019
- kesäkuu 2019
- toukokuu 2019
- huhtikuu 2019
- maaliskuu 2019
- helmikuu 2019
- tammikuu 2019
- joulukuu 2018
- marraskuu 2018
- lokakuu 2018
- syyskuu 2018
- elokuu 2018
- kesäkuu 2018
- toukokuu 2018
- huhtikuu 2018
- maaliskuu 2018
- helmikuu 2018
- tammikuu 2018
- joulukuu 2017
- marraskuu 2017
- lokakuu 2017
- syyskuu 2017
- 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
Kasvu vastaan kehitys
Minkä takia maailmankaikkeuden laajeneminen on kiihtynyt muutaman viime miljardin vuoden aikana? Tämä on yksi kosmologian suuria kysymyksiä, ja siihen tarjotaan yleensä kahta mahdollista vastausta.
Voi olla, että maailmankaikkeus on täynnä tuntematonta ainetta, jonka gravitaatio on hylkivä. Tai sitten gravitaatio onkin sellainen, että isoilla etäisyyksillä aineen tai avaruuden osat hylkivät toisiaan, sen sijaan että vetäisivät puoleensa.
Edellinen vaihtoehto tunnetaan nimellä pimeä energia, jälkimmäisessä on kyse yleisen suhteellisuusteorian muokkaamisesta. (Kolmas vaihtoehto, jonka mukaan kiihtyvä laajeneminen johtuu kosmisten rakenteiden muodostumisesta, vaikuttaa nykyään epätodennäköiseltä.)
Tällä hetkellä lähes kaikki havainnot sopivat yhteen sen kanssa, että kiihtyvä laajeneminen johtuu tyhjön energiasta tai kosmologisesta vakiosta. Tyhjön energia on yksinkertaisin pimeän energian muoto: se on tyhjään tilaan liittyvää energiaa, ja sitä on yhtä paljon kaikkialla ja aina. Kosmologinen vakio taasen on yksinkertaisin tapa muokata yleistä suhteellisuusteoriaa: se johtaa siihen, että tyhjän avaruuden osat hylkivät toisiaan samalla tavalla kaikkialla ja aina. Matemaattisesti tyhjön energia ja kosmologinen vakio ovat identtisiä, ja lepsut kosmologit käyttävät termejä joskus sekaisin.
Vain nämä yksinkertaisimmat vaihtoehdot ovat samanlaisia: monimutkaisempien pimeän energian ja muokatun gravitaation vaikutus eroaa toisistaan. Tämän eron etsiminen on yksi ensi vuonna taivaalle laukaistavan Euroopan avaruusjärjestö ESAn Euclid–satelliitin tavoitteista.
Markkinoilla lienee satoja pimeän energian malleja, sekä maltillisempi määrä muokattuja gravitaatioteorioita kiihtyvän laajenemisen selittämiseksi. Kukin malli ennustaa, miten maailmankaikkeuden laajenemisnopeus on muuttunut miljardien vuosien aikana. Ennusteissa on yleensä enemmän tai vähemmän säätämisen varaa. Jos havaitaan maailmankaikkeuden laajenemisen poikkeavan tyhjön energian ennusteista tietyllä tavalla, tämä osoittaa monta mallia vääriksi, mutta vielä luultavasti löytyy sekä niin pimeän energian kuin muokatun gravitaation malleja, jotka sopivat havaintoihin. Jos havainnot olisivat niin yllättäviä, että kukaan ei olisi sattunut esittämään sopivaa mallia, niin teoreetikot sorvaisivat sellaisen parissa päivässä.
Koko muokatun gravitaation mahdollisuuden poissulkeminen on siis hankalampaa kuin yksittäisten mallien testaaminen. Se on kuitenkin mahdollista käyttämällä hyväksi sitä, että pimeä energia ja muokattu gravitaatio eivät vaikuta ainoastaan avaruuden laajenemiseen, vaan myös siihen, miten rakenteet kehittyvät.
Mitä nopeammin avaruus laajenee, sitä vaikeampi gravitaation on kasata ainetta rakenteiksi kuten galaksiryppäiksi. Tyhjön energia ja kosmologinen vakio eivät vaikuta rakenteiden kehitykseen muuten kuin muuttamalla laajenemisnopeutta. Mutta monimutkaisempi pimeä energia tai muokattu gravitaatio vaikuttaa rakenteiden muodostumiseen myös suoraan. On esimerkiksi vaikea muuttaa gravitaatiota siten, että se mullistaa avaruuden laajenemisen vaikuttamatta myös siihen, miten galaksit vetävät toisiaan puoleensa.
Vaikka säätäisi yhden pimeän energian mallin ja toisen muokatun gravitaatiomallin siten, että niiden vaikutus avaruuden laajenemiseen on tismalleen samanlainen, ne vaikuttavat eri tavalla rakenteiden kehitykseen. Niinpä vertaamalla avaruuden laajenemista ja rakenteiden kehitystä toisiinsa pystyy selvittämään, onko vastuussa outo aine vai kumma gravitaatio.
Euclid luotaa kolmanneksen taivasta miljardien valovuosien syvyyteen. Satelliitti havaitsee yli miljardi galaksia, ja mittaa valon taipumisesta johtuvan niiden muodon vinoutuman. Gravitaation muokkaaminen vaikuttaa siihenkin, miten kappaleet taivuttavat valoa, kun taas pimeä energia ei muuta sitä.
Rakenteiden kehityksen ja valon taipumisen tarkat mittaukset suurelle joukolle kohteita ovat vaativia. Niinpä emme vielä tiedä hyvin sitä, kuinka paljon laajenemisen ja rakenteisen kehityksen suhde voi poiketa yleisen suhteellisuusteorian ennusteesta – nykyiset virherajat ovat sadan prosentin luokkaa.
Euclidin tarkkojen mittausten odotetaan kaventavan poikkeamien mahdollista suuruutta kymmenen prosentin tiimoille. Tai sitten voi käydä niin, että havaitaan poikkeamia, ja pystytään niiden avulla erottelemaan pimeä energia ja muokattu gravitaatio toisistaan. Ei kuitenkaan ole takeita siitä, etteivätkö tyhjön energian ennusteet osu oikeaan Euclidin kohdallakin, eli että mitään poikkeamia ei nähdä – kosmologisten havaintojen tekeminen on pimeässä huutamista vastakaikua toivoen.
Mutta se, että tyhjön energian ennusteista on havaittu yksi laajenemisnopeuteen liittyvä tilastollisesti erittäin merkittävä poikkeama, joka huolellisen tarkastelun jälkeen on aina entistä vakaammalla pohjalla, viittaa siihen, että on uutta löydettävää. Se, että kyseistä poikkeamaa ei ole osattu selittää saa odottamaan Euclidin havaintoja sitä innokkaammin.
25 kommenttia “Kasvu vastaan kehitys”
Vastaa
Kummajaisesta käyttötavaraksi
Kirjoitin Helsingin opettajien ammattiyhdistyksen lehteen Rihveli 1/2022 mustien aukkojen olevasta kulta-ajasta otsikolla Kummajaisesta käyttötavaraksi. Artikkeli on tästä luettavissa. Ote:
On helppo selittää mikä musta aukko on: kyseessä on alue, jonka gravitaatio on niin voimakas, että mikään ei pääse sieltä pois. Mustat aukot ovat Albert Einsteinin ja David Hilbertin löytämän yleisen suhteellisuusteorian keskeinen ennustus, mutta niitä voi ymmärtää jo Isaac Newtonin gravitaatioteorian avulla.
7 kommenttia “Kummajaisesta käyttötavaraksi”
-
Cargo sanoo:
”[…] kyseessä on alue, jonka gravitaatio on niin voimakas, että mikään ei pääse sieltä pois.”
Ilmeisesti mustien aukkojen informaatioparadoksi liittyy juurikin tuohon, mutta en ole koskaan ymmärtänyt, että miksei se tapahtumahorisontin ylitse singahtanut informaatio voi vain jäädä jemmaan mustaan aukkoon eikä se siinä tapaksessa varsinaisesti häviä/tuhoudu, sillä musta aukko on edelleen osa maailmankaikkeutta? Onko informaation aivan pakkoa kulkea eestaas ja siten Hawkingin säteily, tai jonkin vastaavan, olla välttämätöntä?
Mitä ikinä mustassa aukossa tapahtuukaan niin prosessin täytyy olla sellainen, että entropia kasvaa ja siten hyödynnettävän energian määrä vähenee. Ja kyllähän monimutkaista elämääkin voi pitää koneena, joka mahdollisimman tehokkaasti levittää Auringosta Maahan virtaavaa energiaa, ts. suuresta potentiaalierosta seuraa monimutkaisten ”entropiatehtaiden” olemassaolo. Musta aukko lienee myös jokin entropiatehdas, joka taas myöhemmin itsekin hajoaa (kuten hajoaa myös elämä maapallolla), kun prosessia ylläpitävä potentiaaliero hiipuu.
-
Syksy Räsänen sanoo:
Informaatioparadoksissa on kyse siitä, että Hawkingin säteilyn takia musta aukko höyrystyy. Jos se lopulta katoaa kokonaan, mitä tapahtuu sinne menneelle informaatiolle?
-
Martti V sanoo:
Eikö informaatio höyrysty ulos säteilyn mukana?
-
Tjaa. Mutta silloinhan musta aukko ei olekaan absoluuttisen musta, vaan höyrystyessään vuorovaikuttaa tapahtumahorisontin ulkopuolisen ympäristön kanssa. Ja koska mikä tahansa vuorovaikutus välittää informaatiota, niin informaatio virtaa myös ulospäin – ainakin jossain kryptisessä muodossa.
Jos asiaa aprikoi perusperiaatteiden kautta, niin eikö ole suht’koht selvää, että kvanttivärähtelyt nakertavat mustia aukkoja siinä missä muitakin rakenteita, vaikka täsmällinen prosessi ei olisikaan selvillä?
-
Hawkingin laskun mukaan mustan aukon säteily on termistä, eli se ei sisällä mitään muuta informaatiota kuin lämpötilan (joka riippuu aukon massasta).
Yksi ratkaisuehdotus paradoksille on tosiaan se, että kun säteilyä tarkastelee tarkemmin, niin siihen on koodattu mustassa aukossa ollut informaatio. Ei tiedetä onko asia näin.
Tämä riittäköön tässä informaatioparadoksista, joka ansaitsisi oman merkintänsä.
-
-
-
-
Miguel sanoo:
Liittyy hyvin löyhästi blogiin. Olen törmännyt tähän Eisteinin, Hilbertin yleiseen suhteellisuusteoria -ilmaisuun mahdollisesti jossain blogissasi tai jossain muualla. Onko yleinen trendi, että Einsteinin yleistä suhteellisuusteoria kutsuttaisiin ”ainakin epäsuoraan ilmaistuna” Einstein-Hilbertin yleiseksi suhteellisuusteoriaksi ja ”omiko” Einstein sen?
-
Yleisellä suhteellisuusteorialla oli useita kehittäjiä. Sen lopullisen muodon löysivät suunnilleen samaan aikaan Einstein ja Hilbert, jotka työskentelivät erikseen, mutta olivat yhteydessä toisiinsa.
-
Vastaa
Kylmä jälki
Maailmanhistorian isoimman tieteellisen kokeen kolmas kausi on alkamassa. CERNin hiukkaskiihdyttimen Large Hadron Collider (LHC) suprajohtavat magneetit on jäähdytetty kahden kelvinin kylmyyteen, ja tänään, kolmen vuoden tauon jälkeen, on määrä laittaa hiukkassuihku taas kiertämään 27 kilometrin kehää sata metriä maan alla. Suihkut on tarkoitus ohjata törmäämään 10. toukokuuta, ja koedataa aletaan keräämään kesäkuussa.
Ensimmäisen kerran hiukkassäde kiersi LHC:n tunnelissa 10. syyskuuta 2008. Ei kestänyt kahta viikkoa, kun LHC jouduttiin sulkemaan, kun heikkolaatuinen magneetti ylikuumeni ja rikkoi säiliön, josta vapautui kuusi tonnia nestemäistä heliumia kiihdytintunneliin. Vian korjaamisen jälkeen kiihdytin käynnistettyä uudelleen noin vuoden kuluttua. Kokeita päästiin tekemään maaliskuussa 2010, vaikkakin vain puolella alun perin suunnitellusta törmäysenergiasta, jotta ongelma ei toistuisi.
4. heinäkuuta 2012 CERN julkisti LHC:n ensimmäisen löydön: koeryhmät ATLAS ja CMS olivat havainneet Higgsin hiukkasen. Tuon hiukkasen olemassaolon lähes 50 vuotta aiemmin selittäneet teoreetikot Peter Higgs ja François Englert palkittiin vuoden 2013 fysiikan Nobelilla, mutta sen löytäneet kokeelliset fyysikot sivuutettiin.
Higgs on toistaiseksi ollut myös LHC:n ainoa löytö – ainakin mitä tulee perustavanlaatuiseen fysiikkaan. Odotukset olivat suuret. 1970-luvulla kasaan saatuun hiukkasfysiikan Standardimalliin oli vuosikymmenten varrella rakenneltu useita laajennuksia. LHC:n kokeiden odotettiin erottelevan niiden välillä ja osoittavan uuden suunnan hiukkasfysiikassa. Toivotuin lahja oli supersymmetria, mutta myös ylimääräisillä ulottuvuuksilla ja teknivärillä oli kannattajansa. Jotkut jopa varautuivat siihen, että LHC:n törmäyksissä näkyisi niin paljon uusia ilmiöitä, että niitä olisi vaikea erottaa toisistaan.
LHC:n ensimmäinen kausi loppui helmikuussa 2013. Kahden vuoden päivittämisen ja parantelun jälkeen kiihdytin palasi kehään maaliskuussa 2015. Tekniikan puolesta toinen kausi sujui erinomaisesti. Törmäysten määrä saatiin kohotettua kaksinkertaiseksi alkuperäisiin suunnitelmiin verrattuna, vaikka energia jäikin yhä hieman suunniteltua alhaisemmaksi.
Sen sijaan fysiikkaan jouduttiin pettymään. LHC:n kokeet löysivät neljän ja viiden kvarkin sidottuja kimppuja (mikä on palauttanut mielenkiintoa heksakvarkkeihin, mahdollisiin kuuden kvarkin kimppuihin) ja tekivät tarkkoja mittauksia tunnettujen hiukkasten ominaisuuksista, mutta mitään perustavanlaatuista uutta ei näkynyt. Toista kautta kuvaa hyvin se, että eniten huomiota saanut tulos, joka poiki satoja tieteellisiä artikkeleita, osoittautui lopulta pelkäksi kohinaksi. Käteen jäi vain tiukempia rajoja: jos uusia hiukkasia on olemassa, niiden pitää olla yhä raskaampia tai heikommin vuorovaikuttavia, jotta niitä ei olisi havaittu.
Kun LHC aloittaa kolmannen kauden datan keräämisen kesäkuussa, on kulunut kymmenen vuotta Higgsin hiukkasen löytämisestä. Uuden fysiikan jäljet eivät enää tunnu lämpimältä. Jotkut ovat jopa puhuneet hiukkasfysiikan kuolemasta. Vaikka mahdollisesti uuteen fysiikkaan viittaavia merkkejä on eri kokeissa nähty, yksikään ei toistaiseksi ole varmistunut. Enemmän odotuksia kohdistuu tällä hetkellä astrofysiikan ja kosmologian kokeisiin, kuten joulukuussa alkavaan gravitaatioaaltokokeiden LIGO, Virgo ja KAGRA yhteiseen havaintojaksoon.
LHC on nyt tehokkaampi kone kuin koskaan ennen, ja kolmannen kauden odotetaan lähes kolminkertaistavan aiemmin kerätyn kokonaisdatamäärän. Lisäksi on viimein tarkoitus saavuttaa alkuperäinen maksimienergia. Myös ymmärrys laitteistosta ja data-analyysistä on kehittynyt, ja luvassa on monipuolisempia ja huolellisempia analyysejä kuin koskaan ennen. Ei ole mahdollista ennustaa, mistä uudet löydöt tulevat, ja jos LHC:n ulottuvilla on merkkejä tuntemattomasta, niiden havaitsemiseen on entistä paremmat mahdollisuudet.
Kolmas kausi jatkuu vuoden 2025 loppupuolelle, jonka jälkeen on luvassa kolmen vuoden tauko. Sen aikana on tarkoitus jälleenrakentaa LHC uudeksi kiihdyttimeksi nimeltä HL-LHC. HL-LHC:ssä on vahvemmat magneetit ja tehokkaampi jäähdytysjärjestelmä, jotta se pystyy törmäyttämään samassa ajassa kymmenen kertaa enemmän hiukkasia kuin LHC. Päätöksiä seuraavan sukupolven kiihdyttimistä ei ole vielä tehty, koska ei tiedetä olisiko niillä mitään löydettävää.
Päivitys (20/04/22): Aloitus viivästyi, suihkun on määrä käynnistyä perjantaina 22.4..
12 kommenttia “Kylmä jälki”
-
”Tuon hiukkasen olemassaolon lähes 50 vuotta aiemmin selittäneet teoreetikot Peter Higgs ja François Englert palkittiin vuoden 2013 fysiikan Nobelilla, mutta sen löytäneet kokeelliset fyysikot sivuutettiin.”
Oliko koko Nobelia välttämätöntä edes myöntää, sillä jo edesmennyt Philip Warren Anderson teorisoi kyseisen bosonin toimintatavan? Jotenkin kornia myöntää juhlavaa palkintoa haaskalinnuille. Ja haaskalinnuista puheenollen: miksi Andrea Ghezille piti myöntää palanen Nobelista, jos kerran Reinhard Genzel oli jo aiemmin havainnoinut Sagittarius A* -mustan aukon olemassaolon Linnunradan keskustassa? Tuolla logiikalla osuus Nobelista pitäisi myöntää myös havaitsemisen varmistuksen varmistukselle. Ehkäpä kyseessä oli jonkinlainen tasa-arvopalkinto.
-
Philip Anderson oli löytänyt samantyyppisen mekanismin kuin Higgs ja Englert, mutta eri yhteydessä. Kyse ei ollut hiukkasfysiikasta, eikä hänellä ollut Higgsin hiukkasta. Anderson kertoo oman näkemyksensä ideoiden kehityksestä tässä: https://www.nature.com/articles/nphys3247
Kaikki tiede rakentuu aiemmalle (tosin Higgs ja Brout eivät kaiketi tienneet Andersonin työstä).
Vuoden 2020 Nobel-palkinnon perusteluista voi lukea täältä: https://www.nobelprize.org/uploads/2020/10/advanced-physicsprize2020.pdf
Pidetään jatkossa kommentit asiallisina.
-
-
Kari Ojala sanoo:
Jos hiukkasfysiikan mittaus viritetään etsimään täsmälleen sitä, minkä teoria ennustaa, miten sillä edes voitaisiin löytää mitään muuta?
Tämä ei ole pelkästään retorinen kysymys, eli annatko muutamia vastaesimerkkejä.-
Jotkut mittaukset on säädetty tarkkaan etsimään tietynlaista signaalia, toiset ovat yleisempiä.
Ensinnäkin ne mittaukset, jotka etsivät tarkkaan jotain signaalia, voivat silti yllättää, koska samanlaisen signaalin voikin tuottaa jokin muu asia. Esimerkiksi koe Super-Kamiokande oli rakennettu etsimään protonin hajoamisesta syntyvää valoa, mutta havaitsikin valonvälähdyksiä, joiden avulla saatiin osoitettua että neutriinoilla on massa.
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/sekoittumista/
Toisekseen, on monia erilaisille tietylle signaalille suunnattuja mittauksia. LHC:n datasta tehdään satoja erilaisia tarkasteluja.
Kolmannekseen, usein mitataan ensisijaisesti poikkeamia odotetusta signaalista, ja vasta kun jotain nähdään, mietitään miten sen selittäisi.
-
-
Millä energiatasoilla ollaan seuraavissa LHC kokeissa? Uusia hiukkasia kaivataan selittämään ilmiöitä standarsimallin ulkopuolelta. W primen esiintyminen on nostettu yli 3Tev
-
Toisen kauden aikana energia per protoni saatiin nostettua arvoon 6.5 TeV (eli yhteensä 13 TeV), kesäkuussa se on tarkoitus nostaa arvoon 6.8 TeV ja myöhemmin arvoon 7 TeV.
Tätä ei voi suoraan verrata uuden hiukkasen massaan, koska kaikkea törmäysenergiaa ei saada käytettyä yhden uuden hiukkasen massaan, vaan raja massalle riippuu prosessin yksityiskohdista.
Lisäksi tärkeää ei ole vain energia, vaan myös se, kuinka usein törmäyksiä tapahtuu. Mitä useammin, sitä harvinaisempia prosesseja nähdään, ja sitä raskaampia hiukkasia voidaan nähdä. Vaikka säteen energia asettaakin ehdottoman rajan sille, miten raskaita hiukkasia voidaan tuottaa, hiukkasten epäsuora vaikutus voidaan nähdä kokeissa vaikka energia ei riittäisikään niiden tuottamiseen.
-
-
Mahtaakohan olla olemassa mitään (toistaiseksi tuntematonta) periaatetta, jolla voitaisiin ennustaa uusien alkeishiukkasten ominaisuuksia ja sitä kautta luoda analogia Mendelejevin ennustamalle atomien jaksolliselle järjestelmälle? Jos siis lyötäisiin tarpeeksi energiaa peliin, niin kvanttimenttien musikaalista aina löytyisi uusia ja ihmeellisiä alkeishiukkasia, ad infinitum. Eikö ainakin säieteorian mukaan erilaisia värähtelymoodeja voi periaatteessa olla äärettömästi ja sama voisi ilmetä realistisissakin malleissa? Vai olisivatko uudet alkeishiukkaset kuin matematiikan alkuluvut, joiden tarkkaa sijaintia ei voida ennustaa.
-
Erilaisissa hiukkasfysiikan malleissa on erilaisia sääntöjä sille, millaisia hiukkasia on olemassa. Yleensä säännöt kuitenkin vain rajoittavat sitä, millaisia hiukkasia on olemassa, eivät määrää sitä. Eli kaikkia mahdollisia hiukkasia ei ole olemassa, ja yleensä hiukkasia on vain äärellinen määrä. Mutta on mahdollista sekin, että niitä olisi äärettömästi.
Myös Standardimallissa on tiukat säännöt sille, millaisia hiukkasia voi olla olemassa, ja niistä vain yksinkertaisimpia hiukkasia todella on.
-
-
Merry sanoo:
Voidaanko äskettäistä havaintoa siitä, että W-bosonin massa eroaa standardimallin ennustamasta, pitää mullistavana, vai onko sen merkitystä liioiteltu uutisoinnissa?
-
Jos se pitää paikkansa, se on mullistava. Toistaiseksi ei ole selvää, pitääkö se paikkansa.
Aiheen asiantuntija Tommaso Dorigo kommentoi: https://www.science20.com/tommaso_dorigo/is_the_cdf_w_mass_measurement_a_nail_in_the_sm_coffin-256017
-
Kiitos vastauksesta! Sain (vaivoin!) sen verran irti tuosta, että ymmärsin mittaukseen liittyvän moninaisia ja monimutkaisia epävarmuustekijöitä, jotka tunnetaan huonosti. Epäselväksi jäi, miten tulos nyt voitaisiin osoittaa oikeaksi tai vääräksi. Kaiketi samaa miettii nyt melkoinen joukko hiukkasfyysikoita jossain.
-
Avainasemassa ovat koeryhmät ATLAS ja CMS. Dorigo kirjoittaa:
”the CDF measurement is slamming a glove of challenge on ATLAS and CMS faces. Why, they are sitting on over 20 times as much data as CDF was able to analyze, and have detectors built with a technology that is 20 years more advanced than that of CDF – and their W mass measurements are either over two times less precise (!!, the case of ATLAS), or still missing in action (CMS)? I can’t tell for sure, but I bet there are heated discussions going on at the upper floors of those experiments as we speak, because this is too big a spoonful of humble pie to take on.”
-
-
-
Tyhjiöenergian,selittämiseksi, yksi tapa olisi löytää pieni luku 1e-120. Jos on niin että tyhjiömme on Higgsin potentiaalin paikallinen tai globaali minimi, silloin se on – kuten kaikki minimit – likimain paraabeli. Voisivatkohan ei-paraabelisuuteen liittyvät epäharmoniset korjaukset antaa luokkaa 1e-120 olevaa lukua? En tiedä olisiko relevantti fluktuaatioiden suuruusluokka minimin ympärillä maailmankaikkeuden (ajasta riippuva) lämpötila, vai jonkin keveimmän stabiilin hiukkasen lepomassa., jolloin se olisi lakannut riippumasta ajasta jostain epookista alkaen.
Tyhjön energian suuruutta ei osata laskea missään realistisessa mallissa. Monia ideoita on esitetty siitä, miksi tyhjön energia on niin paljon pienempi kuin hiukkasfysiikan skaalat, mutta ei tiedetän onko mikään niistä oikein.
Onko mahdollista, että maailmankaikkeus ei laajenekkaan kiihtyvästi, vaan kyseessä on jonkinlainen systemaattinen virhe niissä menetelmissä, joilla laajenemisen kiihtyminen on mitattu/havaittu?
Tätä on tutkittu paljon, ja kysymys on sivunnut omia tutkimusaiheitani. Tästä on niin paljon erilaisia mittauksia, että kyse ei voi olla yksittäisen kokeen mittausongelmista. On sitten eri kysymys, voiko kokeiden tulkitsemisessa käytetty viitekehys olla perusteiltaan virheellinen.
Tämä ei vaikuta todennäköiseltä, mutta sitä voi vielä järkevästi epäillä, ja erilaisia ideoita on esitetty esim. siitä, että maailmankaikkeuden rakenteiden vaikutus havaintoihin ja valon kulkuun on johtanut harhaan.
Tässä skeptinen artikkeli Subir Sarkarilta (hän oli de facto esihenkilöni Oxfordin yliopistossa): https://inference-review.com/article/heart-of-darkness
Tyhjöenergia on kaikkialla, mutta siitä huolimatta galaksit eivät sisältä laajene. Tämä tarkoittanee sitä, että kappaleet ovat hienoisessa liikkessä kohti galaksin keskustaa painovoiman takia, mikä kumoaa laajenemisen . Onko laajenemisessa kyse, että uutta avaruutta syntyy tilalle esim parinmuodostuksessa vai nykyinen venyy?
Galakseissa tavallisen aineen puoleensavetävä gravitaatio on vahvempi kuin tyhjön energian hylkivä gravitaatio. Tyhjön energiaa on yhtä paljon kaikkialla, mutta galakseissa on paljon keskimääräistä enemmän tavallista ainetta. Galaksit eivät toisaalta romahda, koska pyöriminen tasapainottaa ne, aivan kuten planeetat eivät syöksy Aurinkoon koska ne kiertävät sitä.
Ei ole suurta eroa sillä, sanooko että avaruutta tulee lisää vai että nykyinen venyy. Itse sanoisin, että avaruus venyy, eli sen tilavuus kasvaa.
Yksi mahdollisuus toki on, että kiihtyvä laajeneminen alkoi, kun tyhjiö voitti galaksien välisen gravitaation. Onko mahdollista, että universumin curvature on hieman negatiivinen, mikä johtaa laajenemiseen? Jos aika-avaruus on kvanttikenttä, niin venyessä sen energiatiheys laskee? Jos aika-avaruutta syntyy lisää, sen energiatiheys voi pysyä vakiona?
Avaruuden kaarevuus ei johda kiihtyvään laajenemiseen.
Tyhjön energiassa ei ole kyse aika-avaruuden energiasta, vaan aika-avaruuden täyttävän aineen energiasta. Ja tosiaan, koska tyhjön energiaa on yhtä paljon kaikkialla, sitä tulee lisää kun avaruuden tilavuus kasvaa (siten, että energiatiheys -energia per kuutiometri- pysyy samana).
Kyllähän avaruuden kaatevuus johtaa kiihtyvään syöksyyn niin miksei kiihtyvään erkanemiseen? Vai voidaanko osoittaa, että hienoista universaalia kaatevuutta ei ole ?
Avaruuden kaarevuus ei johda kiihtyvään laajenemiseen. Tämä riittäköön tästä.
Räsänen: ”Avaruuden laajeneminen (yleisemmin, aika-avaruuden kaarevuus) ”. Tässä avaruuden laajeneminen ja aika-avaruuden kaarevuus rinnastetaan samoiksi asioiksi. Voidaanko sanoa kumpi on syy ja kumpi seuraus?
Avaruuden laajeneminen on yksi aika-avaruuden kaarevuuden ilmentymä.
Miten muuten avaruuden laajeneminen vaikuttaa kvanttikenttiin? Jos meinaan kentätkin venyvät, niin eikö se vaikuta luonnonvakioihin ja fysiikan lakeihin? Toisaalta kenttien supistuminen varmaankin lataisi aallonpituuden pienentyessä energiaa. Jos taas laajeneminen ei vaikuta kenttiin, niin olisiko se todiste sille, että avaruus on emergentti rakenne eikä mitenkään perustavanlaatuinen näyttämö?
Ja jos aika-avaruus olisi esim. lomittumisesta aiheutuva emergentti rakenne, niin voisiko tuon laajenemisen yhdistään siihen, että kvanttimekaanisella aallolla on yleisesti taipumus levitä? Ja voisiko eräs maailmanlopun skenaario olla sellainen, että avaruus yksinkertaisesti häviää pois?
Avaruuden laajeneminen (yleisemmin, aika-avaruuden kaarevuus) vaikuttaa toki kvanttikenttiin, ja miten tismalleen se vaikuttaa on tärkeä tutkimuskenttä.
Mustien aukkojen Hawkingin säteilyssä on kyse siitä, miten kaarevuuden ero lähellä mustaa aukkoa ja kaukana siitä vaikuttaa hiukkasiin. Vastaavasti maailmankaikkeuden laajetessa aika-avaruuden kaarevuus muuttuu ajan myötä, ja tämä vaikuttaa hiukkasiin. Jossain mielessä kaiken maailmankaikkeuden rakentene alkuperä kosmisessa inflaatiossa perustuu siihen, että kaarevuuden muuttuessa syntyy hiukkasia.
Menee sen verta kauas merkinnästä, että ei tästä kiinnostavasta aiheesta tässä sen enempää.
Räsänen: Avaruuden laajeneminen (yleisemmin, aika-avaruuden kaarevuus) vaikuttaa toki kvanttikenttiin, ja miten tismalleen se vaikuttaa on tärkeä tutkimuskenttä.
Mitä on avaruus? Olemme oppineet, että maailmankaikkeuden fundamentit ovat kvanttikentät (ja hiukkaset näiden kenttien eksitaatioita) ja että fundamenttiä ei voi selittää jollain vielä fundamentimmällä. Eli maailmankaikkeus ON yhtä kuin kvanttikentät, eikä siis niin, että kvanttikentät ”lilluisivat” jossain määrittelemättömässä ”esi-avaruudessa” (tausta-avaruus). Eli tämän aika-avaruuden kaarevuus (laajeneminen) vaikuttaa sitten nimenomaan kenttiin. Onko luonnehdintani oikeansuuntainen?
Ei. Kvanttikentät ovat aika-avaruudessa sijaitsevaa ainetta, joten aika-avaruus tietysti vaikuttaa niihin. Mutta aika-avaruus olisi olemassa ilmankin niitä.
Sori että jankkaan: palautuuko tämä siihen että meillä ei ole yleisesti hyväksyttyä kvanttigravitaation teoriaa ( yleinen suhtis+kvanttiteoria).
Ei. Yleisessä suhteellisuusteoriassa aika-avaruus on olemassa, vaikka ainetta ei olisi. Kun kvanttikenttiä laitetaan yleisen suhteellisuusteorian kuvaamaan aika-avaruuteen, tämä puoli ei muutu.
On tietysti mahdollista, että kokonainen kvanttigravitaatioteoria osoittaa, että avaruuden olemassaolo on riippuvainen aineen olemassaolosta, mutta toistaiseksi tunnetuissa teorioissa näin ei ole.
Eikö koetuloskin ole havainto? Nyt Syksy kirjoittaa havaintojen ja teorian vastaavuudesta, Jonkin aikaa sitten Syksy kirjoitti, että jos koetulos ei vastaa teoriaa, niin koetulos on hylättävä! Minusta se oli niin kummallinen väite, että se jäi mieleen ja sen vuoksi palasin ko, aiheeseen!
Mihin kirjoitukseen viittaat?
Onko tuo mustien aukkojen Hawkingin säteily jo järkevän epäilyn ulkopuolella?
Hyvä kysymys. Ei ole, koska siitä ei ole havaintoja.
Ennustus perustuu kvanttikenttäteorian yhdistämiseen yleiseen suhteellisuusteoriaan tavalla, jota yleisesti pidetään kiistattomana.
Samaa menetelmää sovelletaan kosmisessa inflaatiossa rakenteiden siementen laskemiseen, ja tämän laskun tuloksia on yksityiskohtaisesti ja onnistuneesti verrattu havaintoihin. Tämä lisää luottamusta siihen, että myös ennuste Hawkingin säteilystä pitää paikkansa, mutta ei todista sitä.
Asiassa voi olla kaikenlaisia monimutkaistuksia – esimerkiksi että aineen romahduksessa ei kvanttifysikaalisten efektien takia muodostukaan tapahtumahorisonttia, jolloin ei olisi Hawkingin säteilyäkään.
Tämä riittäköön mustista aukoista, jotka ovat kaukana merkinnän aiheesta.
Pieni jatkokysymys: Jos myös yleisen suhtiksen aika-avaruus kvantitetaan, niin silloinhan se olisi (myös) kvanttikenttä. Eli kaikki olisi kvanttikenttiä.
Tarkoitin tässä kvanttikentällä ainetta kuvaavia kenttiä. Jos aika-avaruutta kuvaava kenttä kvantitetaan (kuten osittain tehdään kosmisessa inflaatiossa), niin silloin sekin toki on kvanttikenttä.