Arkisto
- joulukuu 2023
- marraskuu 2023
- lokakuu 2023
- syyskuu 2023
- elokuu 2023
- kesäkuu 2023
- toukokuu 2023
- huhtikuu 2023
- maaliskuu 2023
- helmikuu 2023
- tammikuu 2023
- joulukuu 2022
- marraskuu 2022
- lokakuu 2022
- elokuu 2022
- kesäkuu 2022
- toukokuu 2022
- huhtikuu 2022
- maaliskuu 2022
- helmikuu 2022
- tammikuu 2022
- joulukuu 2021
- marraskuu 2021
- lokakuu 2021
- syyskuu 2021
- elokuu 2021
- kesäkuu 2021
- toukokuu 2021
- huhtikuu 2021
- maaliskuu 2021
- helmikuu 2021
- tammikuu 2021
- joulukuu 2020
- marraskuu 2020
- lokakuu 2020
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
- maaliskuu 2020
- helmikuu 2020
- tammikuu 2020
- joulukuu 2019
- marraskuu 2019
- lokakuu 2019
- syyskuu 2019
- elokuu 2019
- heinäkuu 2019
- kesäkuu 2019
- toukokuu 2019
- huhtikuu 2019
- 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
Logiikasta ruuveihin
Yläasteella tai lukiossa opiskelevat kysyvät minulta joskus miten tullaan fyysikoksi. Tähän on helppo vastata: suorittamalla koulun fysiikan ja matematiikan kurssit (koodaamisesta on myös apua) huolella ja hakemalla yliopistoon opiskelemaan fysiikkaa. Yliopistossa saa selville, mistä fysiikassa oikeastaan on kyse ja onko se oma ala.
Jatkokysymys miten tullaan hyväksi fyysikoksi on sitten vaikeampi. Yliopisto-opintojen osalta ehkä tärkein asia mihin voi itse vaikuttaa on se, että on innostunut, omistaa opinnoille niille tarvittavan ajan, ja valitsee gradu- ja väitöskirjaohjaajansa huolella. Fysiikan teorioiden sisällön omaksumisen (mihin yliopiston kurssit lähinnä keskittyvät) lisäksi tutkijan työssä tarvitaan erilaisia taitoja, joista monet oppii vain tekemällä kuten käsityössä.
Hiukkasfysiikassa ja kosmologiassa (saati fysiikassa laajemmin) on erilaisia aloja, joissa tarvitaan eri taitoja ja ajattelutapoja.
On matemaattisen fysiikan nimellä kulkevaa tutkimusta, joka on matemaattisesti huolellista ja kehittynyttä, mutta usein kaukana havainnoista. Yhdestä suunnasta se sulautuu matematiikkaan. Jotkut matemaattiset fyysikot ovatkin matematiikan laitoksilla töissä, ja yhteisössä lähempänä matemaatikkoja kuin muita fyysikoita.
Toisessa suunnassa matemaattinen fysiikka muuttuu vähemmän täsmälliseksi teoreettiseksi fysiikaksi, jonka pääpaino on teorioiden ja mallien kehittämisessä määrättyjen ilmiöiden kuvaamiseen. Lähemmäs havaintoja mentäessä teoreettinen fysiikka puolestaan lomittuu fenomenologiaksi kutsuttuun fysiikan haaraan. Fenomenologiassa keskitytään siihen, millaisia havaintoja mallit tarkalleen ennustavat ja selittävät, ja verrataan niitä kokeiden tuloksiin. Siinä on tärkeämpää hallita teoreettisia menetelmiä sekä tuntea kokeita ja osata verrata niitä teoriaan kuin ymmärtää hienostuneen matematiikan yksityiskohtia.
Fenomenologia on silta teoriasta kokeelliseen fysiikkaan. Kokeellisessa fysiikassa pitää tuntea teorioiden lisäksi laitteiden rakentamista, toimintaa ja käytäntöä. Jos matemaattisen fysiikan rajalla on matematiikka, missä pitää hahmottaa loogisia yhteyksiä vailla kosketusta todellisuuteen, niin kokeellisen fysiikan rajalla on insinööritaito, missä pitää tietää miten ruuvit pannaan paikalleen.
Sen lisäksi, että eri aloilla tarvitaan erilaisia taitoja, niiden sisällä voi tehdä tutkimusta eri tyyleillä. Osassa teoreettista fysiikkaa kehitetään parempia menetelmiä ja teorioita, vaikkapa esitetään uudenlaisia pimeän aineen hiukkasia tai tapoja kuvata kosmisen inflaation kvanttivärähtelyjä. On myös tutkimusta, joka on hyvin spekulatiivista eikä pohjaa vankasti sen enempää havaintoihin kuin teoriaankaan. Siinä heitellään kaikenlaisia ideoita, ja alkuun ne voivat olla puolivillaisia ja käsittely epätäsmällistä; tärkeintä on uusien yhteyksien ja näkökulmien kehittäminen.
Koska tutkimusta ja taitoja on niin erilaisia, on vaikea arvioida tutkijoita yksiulotteisella hyvä-huono-akselilla. Tutkijoiden välillä on kyllä merkittäviä tasoeroja, ja on syytä myös hyväksyä se, että osa eroista on luontaisia, kuten urheilussa ja musiikissa. Olipa syynä perintötekijät tai lapsuuden kehitys, minusta ei voisi tulla yhtä taitavaa fyysikkoa kuin vaikkapa säieteoreetikko Edward Wittenistä, vaikka olisin kuinka omistautunut.
Kaikessa fysiikan tutkimuksessa on hyödyksi peräänantamattomuus yhdistettynä kykyyn arvioida omia ideoita kriittisesti ja luopua niistä. Teoreettisessa kosmologiassa onkin vahva kyseenalaistamisen ja väärässä olemisen kulttuuri. Yksi tärkeä taito on se, että osaa muodostaa selkeän käsityksen siitä, mitä tietää ja miksi, mitä ei tiedä, ja pystyy esittämään kantansa selkeästi. Ja sanottakoon että oman työn markkinoiminen rahoitushakemuksissa on nykyään yhä tärkeämpi taito.
Uutta tutkimusta julkaistaan joka päivä, ja on tärkeää pysyä ajan tasalla. Tieteellisiä artikkeleita pitää osata lukea sekä pintapuolisesti että syvään pureutuen. Kaikkeen edes oman alan tutkimukseen ei ole aikaa perehtyä, joten pitää pystyä saamaan käsitys siitä, mistä on kysymys, vaikka ei ymmärrä artikkelia tarkkaan. Toisaalta omaan tutkimukseen läheisesti liittyvien asioiden kohdalla on tärkeää osata käydä asiat läpi yksityiskohtaisesti.
Tärkeitä taitoja voisi listata enemmänkin. Niitä oppii tekemällä, eikä kukaan tiedä tai osaa kaikkea. Siksi on tärkeää osata tehdä yhteistyötä ja paikata omia heikkouksia muiden vahvuuksilla. Itse en esimerkiksi osaa koodata (on kauan siitä, kun olen edes oikolukenut toisten koodia) enkä hallitse data-analyysin yksityiskohtia. Muiden kanssa työskennellessä olen oppinut arvostamaan sitä mitä he osaavat, ja samalla näkemään sekä yhteistyökumppanien että itseni rajoitukset.
2 kommenttia “Logiikasta ruuveihin”
Vastaa
Vinouman korjaamista
Kirjoitin Helsingin opettajien ammattiyhdistyksen HOAY lehteen Rihveli 2/2022 siitä, miksi fysiikassa on niin vähän naisia. Artikkeli Vinouman korjaamista on luettavissa tässä. Ote jutusta:
”Yhdysvalloissa vuonna 2012 tehty tutkimus havainnollistaa asiaa. Siinä 127 yhdysvaltalaiselle matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan jäsenelle eri yliopistoissa lähetettiin samanlainen hakemus, johon oli laitettu joko miehen tai naisen nimi. Arvioijat pitivät hakijaa pätevämpänä ja tarjosivat tälle korkeampaa palkkaa kun paperissa oli miehen nimi. Sillä ei ollut eroa, oliko arvioija mies vai nainen.”
Vastaa
Rajoituksia monesta suunnasta
Luultavasti noin 80% maailmankaikkeuden aineesta on pimeää ainetta, joka on havaittu vain gravitaation kautta. Yksi vanhimpia ehdotuksia pimeäksi aineeksi on mustat aukot. Koska pimeä aine on vanhempaa kuin tähdet, nämä mustat aukot eivät ole voineet syntyä tähtien romahduksessa, vaan niiden täytyy olla peräisin muinaisesta maailmankaikkeudesta. Tämän takia ne voivat olla paljon tähtiä kevyempiä tai raskaampia.
Vaikka mustat aukot eivät säteile valoa, niitä voi havaita monella tapaa. Havaintokanavista juhlituin on kahden mustan aukon toisiaan kiertäessään ja toisiinsa sulautuessaan synnyttämät gravitaatioaallot, joista myönnettiin vuonna 2017 Nobelin palkinto. Gravitaatioaaltoja on havaittu nyt 90 kappaletta. Suurimmassa osassa ei ole mitään viitteitä siitä, että lähteenä olisi muuta kuin tähtien romahduksessa syntyneitä mustia aukkoja ja neutronitähtiä. Jokusessa havainnossa on näkynyt kappaleita, joiden alkuperä oudoksuttaa, mutta ei ole selviä todisteita siitä, että ne olisivat muinaisilta ajoilta.
Mutta sekin, että mitään ei ole löydetty on hyödyllistä tietoa. Jos kaikki pimeä aine olisi sen massaisia mustia aukkoja, että niiden lähettämät gravitaatioaallot osuvat gravitaatioaaltokokeiden LIGO ja Virgo havaintoalueelle, niin nämä kokeet olisivat ne nähneet. Tästä voi päätellä, että mustien aukkojen massan pitää olla pienempi kuin sadasosa Auringon massaa tai isompi kuin tuhat Auringon massaa.
Gravitaatioaaltojen lisäksi (oletettavasti) tähtien romahduksessa syntyneitä mustia aukkoja on havaittu niitä kiertävän aineen lähettämän kirkkaan säteilyn kautta. Koeryhmä Event Horizon Telescope julkaisi vuonna 2019 kuvan galaksin M87 keskustan jättimäisestä mustasta aukosta, jonka massa on kuusi miljardia Auringon massaa. Tämän vuoden toukokuussa oli vuorossa kuva sen lajitoverista Linnunradan keskustassa, jonka massa on neljä miljoonaa Auringon massaa.
Myös kevyempien mustien aukkojen ympärille kertyy säteilevää ainetta. Jos kaikki pimeä aine olisi mustia aukkoja, kertymäkiekkojen säteilyä tulisi niin paljon joka puolelta että se olisi havaittu, jos aukkojen massa on yhden ja tuhannen Auringon massan välillä. Jos massa on pienempi, kiekot ovat liian pieniä havaittavaksi. Jos massa on isompi, mustia aukkoja on liian harvassa.
Yksi todistusaineiston palanen pimeän aineen olemassaolon puolesta on se, että galaksit ja galaksiryppäät taivuttavat valoa enemmän kuin mitä näkyvä aine selittää. Myös pienemmät kohteet taivuttavat valoa. Jos meidän ja tähden välistä kulkee pienikokoinen mutta raskas kappale, se keskittää tähden valoa polttolasin lailla, joten tähden kirkkaus hetkeksi kasvaa. Se, että tällaista ylimääräistä tuiketta ei ole nähty, asettaa isoja rajoituksia sille, että kaikki aine koostuisi mustista aukoista. Näiden havaintojen puute sulkee pois massat Auringon massan miljardisosan tuhannesosasta tuhanteen Auringon massaan.
Mustat aukot häiritsevät tähtien ratoja paljon enemmän kuin sellainen pimeä aine, joka koostuu harvasta hiukkaskaasusta. Kun musta aukko kulkee tähden läheltä, se linkoaa tähden korkeampaan nopeuteen, siirtäen sille omaa liike-energiaansa. Tämän takia erityisesti kääpiögalaksit venyvät, kun niiden tähdet pääsevät liikkumaan yhä kauemmaksi keskustasta. Mustan aukon ohikulku voi myös hajottaa kaksoistähtijärjestelmän, kun yksi tähti mustan aukon vetämänä irtoaa toisen otteesta. Koska tällaista ei ole havaittu, mustat aukot eivät voi olla pimeää ainetta, jos niiden massa on Auringon massan ja kymmenen tuhannen Auringon massan välissä.
Mitä isompi on mustien aukkojen massa, sitä vähemmän ja sitä harvemmassa niitä on – ja sitä tehokkaammin tavallinen aine klimppiytyy mustien aukkojen ympärille. Siitä, että tällaista kasautumista ei nähdä, voidaan päätellä, että mustien aukkojen massan pitää olla pienempi kuin sata Auringon massaa, yhä olettaen, että kaikki pimeä aine koostuu niistä.
Jos mustien aukkojen massa on tarpeeksi pieni (alle 10-12 eli tuhannesmiljardisosa Auringon massasta), niitä ei olisi vielä havaittu. Mutta Stephen Hawkingin esittämän ennusteen mukaan mustat aukot säteilevät kvanttimekaanisesti sitä voimakkaammin mitä pienempiä ne ovat.
Jos muinoin syntynyt musta aukko olisi kevyempi kuin 10-16 (eli kymmenesmiljoonasmiljardisosa) Auringon massasta, niin se olisi ehtinyt säteillä kaiken energiansa pois. On tosin mahdollista, että kun aukon massa laskee alle mikrogramman, niin Hawkingin säteily lakkaa ja jäljelle jää pysyvä nokare. Mitkään havainnot eivät poissulje sitä, että pimeä aine koostuu tällaisista nokareista, ja minäkin olen sitä mahdollisuutta tutkinut.
Joka tapauksessa 10-16 ja 10-12 Auringon massan välissä on ikkuna, jossa kaikki pimeä aine voisi olla mustia aukkoja. Tämä vastaa asteroidien massaa, ja tällaiset mustat aukot olisivat suunnilleen atomin kokoisia.
Monet mainituista rajoista mustien aukkojen massoille menevät päällekkäin. Tämä on eduksi, koska kullakin havainnolla on omat epävarmuutensa.
Esimerkiksi mustien aukkojen tähtien ratoihin aiheuttaman häiriön suuruuteen vaikuttaa se, miten mustat aukot klimppiytyvät. Jos ne kerääntyvät keskenään kimpuiksi, kimppuja on harvemmassa kuin yksittäisiä mustia aukkoja, joten niiden aiheuttamat häiriöt ovat harvinaisempia. Lisäksi yllä on oletettu, että kaikilla pimeän aineen mustilla aukoilla on sama massa. Mustien aukkojen alkuperän selittävien mallien mukaan kuitenkin samalla syntyy monia erimassaisia mustia aukkoja.
Yksityiskohdista kiistellään, mutta vaikuttaa siltä, että ainoat mahdollisuudet ovat tosiaan asteroidien massaiset mustat aukot tai Hawkingin säteilystä jäljelle jääneet nokareet. Edelliset voisi havaita etsimällä röntgensädelähteiden tuiketta tähtien sijaan. Havaintoa tuskin tehdään –tai kaikkia asteroidimassoja saadaan poissuljettua– ennen kuin aikaisintaan 2030-luvulla. Vaikka sopivia havaintolaitteita on jo, kuten intialainen AstroSat-röntgensatelliitti, tällaisia mahdollisia mustia aukkoja ei taideta pitää niin tärkeänä kohteena, että niihin pian pantaisiin tarpeeksi havaintoaikaa.
Mustien aukkojen jahti osoittaa miten aivan erilaisia havaintoja voi käyttää saman asian luotaamiseen, eikä kannata keskittyä vain yhteen suuntaan. Se myös muistuttaa siitä, että löytöjen puute on itsessään arvokasta tietoa, joka ohjaa teoreettista tutkimusta kertomalla miten asiat eivät ainakaan ole.
30 kommenttia “Rajoituksia monesta suunnasta”
-
Eusa sanoo:
Tätä korjausviestiä ei tule julkaista.
3. viimeisessä kappaleessa ei liene tarkoitus mainita ”mustien tähtien ratoihin aiheuttaman…” vaan ”mustien aukkojen tähtien ratoihin aiheuttaman…” Samassa kappaleessa ”pimeä aineen” –> ”pimeän aineen”.
Voimia popularisointiin!
-
Syksy Räsänen sanoo:
Kiitos kiitos, korjattu.
-
-
Seniorikosmologi sanoo:
Pimeän energian (ja aineen) uskotaan selittävän maailmankaikkeuden laajenemisen kiihtymisen. Tämän kiihtymisen on sanottu alkaneen noin 5 miljardia vuotta sitten. Voisiko ajatella, että siihen mennessä kuluneen vajaan 9 miljardin vuoden aikana mustia aukkoja (eli pimeää energiaa ja ainetta) oli syntynyt riittävän paljon kiihtyvän laajenemisen synnyttämiseksi?
Eikö olisi loogista, että näkyvän aineen, käytännössä tähtien, määrä vähenee ja mustien aukkojen määrä kasvaa ajan myötä, jolloin pimeän aneen määrä ja maailmankaikkeuden kiihtyminen lisääntyvät?
-
Pimeä aine ei ole vastuussa laajenemisen kiihtymisestä, eikä mustilla aukoilla ole kiihtyvän laajenemisen kanssa tiettävästi mitään tekemistä.
-
-
Aine ja energia ovat mustissa aukoissa erottamattomia. Eli mustat aukot ovat sekä pimeää ainetta että pimeää (painovoima)energiaa, eikö?
-
Pimeällä aineella ja pimeällä energialla ei ole tiettävästi mitään tekemistä keskenään. Pimeä energia ei siis ole pimeään aineeseen liittyvää energiaa.
Ei tiedetä, koostuuko pimeä aine mustista aukoista vaiko hiukkasista.
-
-
Erkki Kolehmainen sanoo:
”Se myös muistuttaa siitä, että löytöjen puute on itsessään arvokasta tietoa, joka ohjaa teoreettista tutkimusta kertomalla miten asiat eivät ainakaan ole.”
Löytöjen puute saattaa olla arvokasta, mutta eihän se tietoa ole? Jos mahdollisia tapoja, miten asiat voidaan tehdä, on hyvin paljon, niin ei se paljoa auta, jos olemme toteuttaneet yhden toimimattoman idean! Kansallismuseossa on hankasalmelaisen kylähullun tekemä ikiliikkuja, joka olisi toiminut, jos siinä olisi ollut ”kylymä ilima laahutin” eli lämmitin. Vaikka kaikki maailman kylähullut väsäisivät oman ikiliikkujansa, niin ei asia muutu, koska heiltä puuttuu tieto, miksi ikiliikkuja ei voi toimia.
-
Kommentti ei koskenut ”kylähulluja”, vaan tieteen tekemistä.
Esimerkiksi se, että eetterituulta (tai muita eetterin ennustamia ilmiöitä) ei 1800-luvun lopulla havaittu oli tärkeä havainto, koska se viittasi siihen, että oikea ratkaisu löytyy muualta, siinä tapauksessa suppeasta suhteellisuusteoriasta.
-
-
Martti V sanoo:
Jos mikrogramman auko osuu maapalloon, mitä käy?
-
Se matkaa Maan läpi sitä juuri häiritsemättä. Tuollaiset mustat aukot ovat niin pieniä ja kevyitä, että niiden havaitseminen on vaikeaa.
-
Detektointissa taitaa olla mahdollisuutena vain gravitaation vuorovaikutus. Onko törmäys niin epätodennäköinen ettei aukkoon tipu juuri mitään eikä se näin kasva?
-
Joo. Mikrogramman massainen kappale ei paljoa gravitoi, ja koska tällaisen mustan aukon koko on 10^(-35) m luokkaa, suora törmäys mihinkään on äärimmäisen epätodennäköinen.
On esitetty, että tällaisia mustia aukkoja voisi havaita tiheällä verkolla tarkkoja pieniä gravitaatiomittareita. Tarkemmin täällä: https://arxiv.org/abs/2203.07242
-
-
Puoltaako teoriat esim. Hawking säteily sitä, että mustat aukot eivät hörysty kokonaan vaan jää nökäre jäljelle?
-
Tämänhetkinen tietomme ei sano mitään asiasta suuntaan tai toiseen.
-
-
-
-
Miten musta aukkko voi olla keveä? Siinähän aine on kasaantunut lähes äärettömän tiiviiksi ja samalla siis painavaksi. Jostain olen lukenut, että atomiytimen kokoinen musta aukko painaa 1000 000 000 000 kg.
-
Ensinnäkin tiheys on eri asia kuin massa. Jos kappale on pieni, se voi olla kevyt vaikka on tiheä.
Toisekseen musta aukko muodostuu, kun tarpeeksi massaa tietyn säteen (ei siis tilavuuden) sisällä. Koska massa/säde on kiinnitetty, tiheys eli massa/tilavuus on sitä pienempi, mitä isompi musta aukko on.
Kyllä, protonin kokoinen musta aukko (jos niitä on olemassa) painaa tosiaan noin 10^12 kg eli 10^(-19) Auringon massaa.
-
-
Jari Toivanen sanoo:
Mustista aukoista kysyisin, että onko niihin teoriassa liitetyt madonreiät kaksisuuntaisia? Olisiko mahdollista havaita mustista aukoista meillepäin virtaavaa liikennettä?
-
Ei. Lisäksi olemassa oleviin mustiin aukkoihin ei luultavasti liity madonreikiä. Ne ovat ikuisten pyörivien mustien aukkojen yksinkertaistetun kuvauksen piirre, joka luultavasti ei päde todellisille mustilla aukoille.
-
-
Tietämätön sanoo:
Mihin perustuu väittämä ”Koska pimeä aine on vanhempaa kuin tähdet,”?
-
Yksi parhaita todistusaineiston palasia pimeästä aineesta on sen vaikutus kosmiseen mikroaaltotaustaan kun maailmankaikkeus oli 380 000 vuoden ikäinen.
Tähdet ovat syntyneet vasta 100-200 miljoonan vuoden iässä.
-
Hyvä ja ytimekäs perustelu.
380000 vuotta vanhan maailmankaikkeuden ainejakaumasta voidaan siis päätellä myös pimeän aineen gravitaation vaikutus? Ja jakaumaa ei voida perustella pelkästään näkyvän aineen massalla?-
Kyllä. Ilman pimeää ainetta kosmisen mikroaaltotaustan läiskät näyttäisivät aivan erilaisilta. Kosmisesta mikroaaltotaustasta näkyy, että fotonit ovat velloneet paljon syvemmissä gravitaatiopotentiaalikuopissa kuin mitä näkyvä aine pystyy selittämään.
-
Kiitos vastauksesta. Voisiko tuota mikroaaltotaustan analysointia avata maallikolle tarkemmin jossain tulevaisuuden kirjoituksessa? Lähinnä kosmologin näkökulmasta, eli ei tarvitse mennä mittausmenetelmiin syvemmin.
-
Tuopa onkin hyvä blogikirjoituksen aihe. Kirjoitan siitä myöhemminä tänä vuonna.
-
-
-
-
-
Cargo sanoo:
Pimeä aine lienee jollakin tavalla lokalisoitunutta energiaa johon voidaan liittää omanlaisensa kvanttikenttä? Mutta voisiko tämä massaenergiatiheytenä havaittu pimeä aine olla vain ilmentymä Standardimallin kvanttikenttien sisältämästä energiasta, kun siis oletetaan ettei kaikki sellainen aaltomainen energia ole kasaantunut ja muuttunut näkyviksi hiukkasiksi? Tällöin ei olisi myöskään mitään pimeitä hiukkaisia, jotka voisivat vuorovaikuttaa toistensa kanssa jollakin pimeällä tavalla.
-
Ellei pimeä aine koostu mustista aukoista, se oletettavasti koostuu hiukkasista, kuten kaikki muukin aine. Kyseisillä hiukkasille ei vain ole sähkövarausta, siksi niitä ei nähdä valon avulla eikä voi koskea. Kaikki hiukkaset ovat kvanttikenttien tihentymiä.
Pimeä aine ei voi koostua mistään Standardimallin hiukkasista. Ainoat Standardimallin stabiilit hiukkaset, joilla ei ole sähkövarausta ovat neutriinot, ja niitä on liian vähän.
-
Pahoittelen, että kysyn asiaa uudestaan. Mutta jos siis oletetaan tyhjä avaruus, jossa ei ole näkyvän aiheen hiukkasia, niin sellainen alue sisältää kuitenkin Standardimallin erilaisten kvanttikenttien nollapistefluktuaatioita, joihin on latautunut nollapiste-energiaa. Voisiko olla mahdollista, että galaksin gravitaatio vaikuttaa tuohon tyhjiön energiatiheyteen suurilla etäisyyksillä ja vetää olemassaolevaa energiaa puoleensa? Siitähän luulisi seuraavan sen, että tyhjiön energiatiheys on suurempi galaksien ympärillä kuin galaksien välisessä avaruudessa – ja se tulkittaisiin pimeäksi aineeksi.
-
Ei.
-
-
-
-
Mikko sanoo:
Voisiko muinaisten mustien aukkojen massajakauma olla tasainen esim. 10^-16 – 10^10 auringon massan alueella ja näin kattaa koko puuttuvan pimeän aineen massan? Tällöin niitä olisi vaikea testeillä, jotka keskittyvät yhteen kapeaan massa-alueeseen kerrallaan, kun siinä alueella olisi vain murto osa muinaisten mustien aukkojen kokonaismassasta.
-
Hyvä kysymys. Yleensä tosiaan oletetaan, että kaikilla mustilla aukoilla on jokseenkin sama massa. Teoreettisten mallien mukaan kuitenkin kevyimpien ja raskaimpien mustien aukkojen massat tyypillisesti eroavat ainakin tekijällä sata, joskus enemmänkin.
Jos kaikilla on sama massa, niin välillä 10^(-16)…10(-12) Auringon massaa mikä tahansa massa kelpaa. Siitä ylöspäin raja nousee aika jyrkästi, 10^(-10) Auringon massan kohdalla mustat aukot voivat olla noin sadasosa pimeästä aineesta.
Jos mustilla aukoilla on hyvin erilaisia massoja, rajat massoille pitää selvittää havainnoista erikseen, ei voi vain käyttää yksimassaisen tapauksen rajoja ja soveltaa niitä samaan aikaan usealle eri massalle.
-
Fysiikka on inhimillistä toimintaa ja tulla hyväksi fyysikoksi on ainakin osittain samaa kuin tulla hyväksi ihmiseksi. Siihen liittyy tiettyjä moraali- ja eettisiä kriteerejä, jotka eivät poikkea mitenkään muista asioista kiinnostuneiden ihmisten vaatimuksista. Fysiikan tutkimuksen kannalta ongelmallista on rahoituksen hankkiminen hakumenettelyn kautta. Rahoituspäätöksiä nimittäin tekevät esim. vallitsevan hiukkasfysiikan ns. standardimallin kannattajat. Eli ei kannata mennä heille kertomaan, ettei pimeää ainetta ole olemassa. Se on varmin tapa tehdä turhaa työtä! Mikä tahansa idea, millainen pimeän aineen hiukkanen voisi olla, on parempi. Skaalan laajentamien WIMPien aksonien ulkopuolelle sallitaan, mutta ei kieltämistä. Tilanne on verrattavissa urheiluun. Jos sanot, että Putin on rikollinen, niin saat ehkä kilpailla (tosin ilman kansallistunnuksia) muuten et saa. Tällaista on ”mielipiteen vapaus”, jonka väitetään kuuluvan demokratiaan!
En viitannut tässä yhteydessä sanalla ”hyvä” tieteen tekemisen etiikkaan, vaikka sekin on tärkeä asia. Se, että joku tekee hyvätasoista tutkimusta ei valitettavasti tarkoita (tai edellytä) sitä, että hän olisi erityisen moraalisesti hyvä ihminen.
Vaihtoehtoa pimeälle aineelle (muokattu gravitaatio) tutkitaan yhä, mutta se on ollut paljon selitys- ja ennustusvoimaisempi idea kuin kilpailijansa. Siksi sitä tutkitaan enemmän.
Ks. esim. https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/luodin-jaljet/