Arkisto

Schrödingerin raketti

21.3.2023 klo 22.57, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Toisinaan kysytään, miksi pitäisi löytää teoria, joka yhdistää yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttifysiikan, viimeksi edellisen merkinnän kommenteissa. Syy on se, että teoriat ovat ristiriidassa keskenään.

Kvanttifysiikassa hiukkaset (ja siten kaikki aine) ovat epämääräisiä. Tämä tarkoittaa sitä, että hiukkasella ei ole tiettyä paikkaa, on vain todennäköisyysjakauma sille, mistä hiukkanen löytyy.

Tunnettu esimerkki on Erwin Shrödingerin ajatuskoe kissasta, joka on suljettu laatikkoon myrkkykapselin kanssa. Jos kapselin vieressä oleva radioaktiivinen hiukkanen hajoaa, kapseli rikkoutuu ja kissa kuolee. Hiukkasen hajoamista kuvaa kvanttifysiikka: hiukkanen ei ole hajonnut eikä ollut hajoamatta, on vain todennäköisyys sille, että se olisi hajonnut. Niinpä kissakaan ei ole elossa eikä kuollut, vaan sillä on todennäköisyys kumpaankin.

Yleisen suhteellisuusteorian mukaan gravitaation lähteenä toimii aine. Jos aineen tila on epämääräinen, siten myös gravitaatio on epämääräinen. Yleisessä suhteellisuusteoriassa kuitenkin sekä aine että gravitaatio eivät ole epämääräisiä vaan määrättyjä, kuten Newtonin klassisessa mekaniikassa.

Yksi yritys ratkoa tätä gravitaation ja kvanttifysiikan ristiriitaa tunnetaan nimellä semiklassinen gravitaatio. Sana semiklassinen viittaa siihen, että ainetta tarkastellaan kvanttimekaanisesti mutta aika-avaruutta ei. Gravitaation lähteenä ei ole suoraan aineen ominaisuudet (jotka ovat epämääräisiä), vaan keskiarvo aineen ominaisuuksien todennäköisyysjakaumasta. Asiaa voi havainnollistaa raketilla.

Ajatellaan avaruudessa kulkevaa rakettia, jonka ohjaamossa on radioaktiivinen hiukkanen. Kun hiukkanen hajoaa, siitä lähtevä valo menee 50% todennäköisyydellä oikealle ja 50% todennäköisyydellä vasemmalle. Jos ohjausjärjestelmä on kytketty siten, että se kääntää raketin sen mukaan minne hajoamisessa syntyvä valo menee, niin raketin rata on epämääräinen kuin kissan elämä. Myös raketin synnyttämä gravitaatiokenttä on epämääräinen: se on 50% todennäköisyydellä kallellaan vasemmalle ja 50% todennäköisyydellä oikealle.

Tässä tapauksessa keskiarvo on hyvin erilainen kuin mikään toteutunut vaihtoehto. Keskiarvo on se, että raketti menee suoraan, mutta kun raketti havaitaan, se löytyy joko oikealta tai vasemmalta. Vastaako gravitaatio keskiarvoa vai näkemäämme vaihtoehtoa? Vuonna 1981 Don Page ja Charles Don Geilker testasivat asiaa kokeellisesti.

Page ja Geilker rakensivat systeemin, joka synnyttää satunnaislukuja kvanttimekaanisesti, sijoittivat kappaleita lukujen mukaan, ja mittasivat kappaleiden gravitaatiota. Tuloksena oli, että gravitaatio vastasi vain havaittua vaihtoehtoa, ei vaihtoehtojen keskiarvoa. He päättelivät, että semiklassinen gravitaatio ei kuvaa todellisuutta, vaan gravitaatiota pitää käsitellä kvanttifysikaalisesti.

Tutkimuksen heikko kohta on se, että Page ja Geilker olettivat, että kaikki vaihtoehdot toteutuvat, vaikka näemme vain yhden. Tämä tunnetaan kvanttimekaniikan monimaailmatulkintana. Ei tiedetä onko tulkinta oikein: se miten kvanttimekaniikan todennäköisyydet pitäisi ymmärtää on yksi fysiikan isoimpia avoimia kysymyksiä (lisää aiheesta täällä, täällä ja täällä).

Voi olla, että monimaailmatulkinta on väärin, ja näkemämme vaihtoehto on ainoa mikä toteutuu: kun systeemiä havaitaan, todennäköisyys tiivistyy sen ympärille. Tätä kutsutaan romahdukseksi. Silloin Pagen ja Geilkerin kokeessa satunnaislukugeneraattori tuottaa vain yhden tuloksen, jonka mukaan massat asetetaan vain yhteen paikkaan. Ei ole toista maailmaa, jossa Page ja Geilker pistävätkin ne eri asentoon. Tässä tapauksessa mittaus ei kerro semiklassisesta gravitaatiosta mitään, tarvitaan erilainen koe.

Jos vain yksi vaihtoehto toteutuu, niin todennäköisyysjakauma muuttuu äkillisesti romahduksessa. Ensin raketti on keskimäärin keskellä, mutta kun todennäköisyys tiivistyy, keskiarvo hyppää nopeasti joko oikealle tai vasemmalle. Jos kaikki vaihtoehdot ovat kaukana keskiarvosta, kuten raketin tapauksessa, muutos gravitaatiokentässä on iso.

Nykyään laboratoriossa osataan tehdä kvanttisysteemejä, joissa on kaksi vaihtoehtoa, jotka ovat kaukana toisistaan. Esimerkiksi valonsäde voidaan lähettää siten, että sillä on 50% todennäköisyys mennä jommastakummasta putkesta, joiden väli on yli puoli metriä. Jos pystyttäisiin seuraamaan valon aiheuttamaa gravitaatiota, voitaisiin katsoa muuttuuko se valon tilan romahtaessa ja keskiarvon siirtyessä keskeltä toiseen putkeen.

Ajatuskokeen rakettiin verrattuna tämän todellisen koejärjestelyn ongelma on se, että valonsäteen gravitaatio on erittäin heikko, koska siinä on niin vähän energiaa. Rakettia –tai edes Pagen ja Geilkerin käyttämiä puolentoista kilon painoja– on taasen vaikea eristää ympäristöstä niin, että todennäköisyys ei heti romahtaisi. On ehdotettu kokeita, missä saadaan kompromissi ison massan ja hyvän eristyksen välillä. Toistaiseksi teknologia ei ole riittänyt niiden toteuttamiseen.

Idea on kuitenkin kiinnostava esimerkki siitä, miten kvanttifysiikan ja gravitaation yhdistäminen voi liittyä kvanttimekaniikan todennäköisyyden ymmärtämiseen. Yleensä niitä käsitellään erillisinä ongelmina.

Toistaiseksi ainoa fysiikan osa-alue, missä minkäänlaisen kvanttigravitaation ennusteita on onnistuneesti testattu ja saatu uutta tietoa on kosminen inflaatio. Siinä ei käytetä semiklassista gravitaatiota. Sen sijaan sekä aineen että aika-avaruuden pieniä epätasaisuuksia käsitellään kvanttifysikaalisesti. Näiden epätasaisuuksien kvanttivärähtelyistä syntyvät rakenteen siemenet, jotka näkyvät nykyään galaksien jakaumassa ja kosmisessa mikroaaltotaustassa. Vielä ei kuitenkaan ole nähty suoria merkkejä siitä, että rakenteen siemenet ovat todella syntyneet kvanttifysikaalisesti, ja gravitaation ja kvanttifysiikan tutkiminen eri näkökulmista saattaa tuottaa yllätyksiä.

4 kommenttia “Schrödingerin raketti”

kalmukki99 sanoo:

22.3.2023 12:07

Valon aiheuttamaan painovoimaan liittyen; mitä mieltä olette tästä tutkimuksesta?www.sciencedirect.com%2Fscience%2Farticle%2Fpii%2FS0375960100002607%3Fvia%253Dihub&key=e462d95c044c7c2ed195b64332cc28a45a9f5ef0

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  22.3.2023 12:20
  
  Linkki ei toimi.
  
  Vastaa
  1. kalmukki99 sanoo:
    
    22.3.2023 12:50
    
    toinen linkki aiheeseen;
    https://www.phys.uconn.edu/~mallett/Mallett2000.pdf
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      22.3.2023 15:22
      
      Tämä on rutiinilasku yleisessä suhteellisuusteoriassa. Ei siitä sen enempää.
      
      Vastaa

Vastaa Peruuta vastaus

Mikä menee pieleen

28.2.2023 klo 11.54, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Edellisessä merkinnässä kirjoitin siitä, että fyysikot eivät usein viitsi ruveta julkisesti arvostelemaan väärinä pitämiään ideoita. Poikkeuksiakin on. Kommenteissa minulta kysyttiin teoreetikko Sabine Hossenfelderin videosta What’s Going Wrong in Particle Physics? (This is why I lost faith in science.). Koska Hossenfelderista on tullut näkyvä hiukkasfysiikan kriitikko, voi olla aiheellista kommentoida missä hänen arvostelunsa osuu oikeaan ja miten se menee harhaan.

Hossenfelderin mukaan hiukkasfysiikka ei enää ole tiedettä, ja hän vertaa hiukkasfyysikoita nigerialaisten huijauskirjeiden lähettäjiin. Hossenfelder on vuosia arvostellut hiukkasfysiikkaa, ja hän on kirjoittanut aiheesta kirjan Lost in Math: How Beauty Leads Physics Astray.

Hossenfelderin mukaan hiukkasfysiikka alkoi mennä raiteilta 1970-luvulla, kun Standardimalli oli saatu kasaan. Sen jälkeen hiukkasfyysikot ehdottivat Standardimallin laajentamista supersymmetrialla, suurella yhtenäisteorialla, aksioneilla ja muilla teoreettisilla ideoilla, kuten oikeakätisillä neutriinoilla ja toisilla pimeän aineen ehdokkailla.

Sittemmin Standardimalli on 50 vuoden ajan kuvannut oikein kaikkia hiukkaskiihdyttimissä tehtyjä kokeita. Koska laajennusten ennustamia uusia hiukkasia ei ole löytynyt, Hossenfelder vertaa niitä isojalkaan, pohjoisamerikkalaisen kansanperinteen kuvitteelliseen eläimeen, jonka olemassaoloa on yritetty todistaa erilaisilla huijauksilla.

Hossenfelder sanoo, että hiukkasfyysikot eivät opi virheistään: kun kokeet osoittavat jonkun hiukkasfysiikan mallin ennusteet vääriksi, he vain muuttavat mallia siten, että sen ennusteet ovat juuri nykyisten kokeiden ulottumattomissa, mutta seuraavien tavoitettavissa.

Hänen mukaansa syy hiukkasfysiikan surkeaan tilaan on se, että hiukkasfyysikot yrittävät ratkaista ongelmia, jotka eivät oikeasti ole ongelmia. Hossenfelder listaa videossa ja blogissaan, mitkä ongelmat ovat hänen mielestään oikeita ja mitkä keksittyjä. Hossenfelderin mukaan fysiikassa tapahtuu edistystä ainoastaan kahta reittiä: joko teoria ja havainnot ovat ristiriidassa, tai teoriassa on sisäinen ristiriita. Vain ristiriitojen tutkiminen vie tiedettä eteenpäin.

Hossenfelder on oikeassa, että hiukkasfyysikot tuottavat paljon malleja, joiden ainoa motivaatio on se, että niitä voidaan testata lähitulevaisuuden kokeissa. Samoja malleja käytetään sitten osoituksena siitä, että noilla kokeilla on kiinnostavaa tutkittavaa, mikä on harhaanjohtavaa mainontaa. On myös totta, että hiukkasfysiikka on kriisissä koska CERNin Large Hadron Collider (LHC) ei ole nähnyt merkkiäkään Standardimallin tuonpuoleisesta fysiikasta, eivätkä fyysikot ole aina reagoineet tähän rehellisesti. Olen esimerkiksi kuullut erään hyvin tunnetun tutkijan puolustautuvan väittämällä, että LHC:n ei odotettukaan näkevän mitään uutta, mikä on räikeää historian vääristelyä.

Hossenfelder kuitenkin pistää ideoita kasaan liian suurella lapiolla, eivätkä hänen sääntönsä siitä, miten tiedettä pitäisi tehdä vastaa sitä, miten tiede on todellisuudessa edistynyt. (Ennen LHC:n käynnistymistä Hossenfelder esitti, että LHC ei löydä edes Higgsin hiukkasta.)

Kun Standardimalli 1970-luvulla kehitettiin, oli erilaisia ideoita siitä, millaisia hiukkasia ja vuorovaikutuksia on olemassa. Etukäteen ei tiedetty, että juuri sittemmin Standardimallina tunnetuksi tullut teoria olisi oikea, tai että sen pätevyysalue on niin laaja. Ei siis ollut syytä olla esittämättä vaihtoehtoja ja laajennuksia.

Hossenfelder niputtaa yhteen eri laajennukset, mutta esimerkiksi pimeän aineen ja supersymmetrian tilanne on hyvin erilainen. Supersymmetria on teoreettinen idea, jolle ei ole löytynyt tukea havainnoista. Pimeä aine on havaintoihin perustuva idea, joka on 90 vuotta selittänyt ja ennustanut lukuisia havaintoja.

Hossenfelder on monissa yhteyksissä arvostellut pimeää ainetta, ja hänen mukaansa havainnot voisi yhtä hyvin selittää muuttamalla gravitaatiolakia. Kukaan ei kuitenkaan ole pystynyt esittämään tällaista teoriaa, joka selittäisi kaikki havainnot, jotka pimeä aine selittää, saati ennustaisi oikein uusia havaintoja. Hänen mukaansa on myös turha tutkia teoreettisia pimeän aineen malleja, koska havaintojen selittämiseksi ei tarvitse tietää millainen hiukkanen on kyseessä.

Fysiikan tavoitteena ei kuitenkaan ole vain selittää havaintoja, vaan käyttää havaintoja apuna maailman ymmärtämiseen. On aiheellista arvostella (kuten olen itsekin tehnyt) sitä, että vaikka pimeän aineen hiukkasiksi ehdotettuja nynnyjä ei ole nähty kokeissa kuten olisi pitänyt, ei ole silti todettu, että idea oli väärin. Mutta on muita kelpoisia pimeän aineen ehdokkaita, esimerkiksi oikeakätiset neutriinot. Kun havainnot osoittavat, että on olemassa uusia hiukkasia (tai mustia aukkoja), on mielekästä tutkia, mitä ne voivat olla ja miten niitä voisi havaita.

Hossenfelder arvostelee kokeiden perustelemista sillä, että ne saattavat löytää jotain odottamatonta, koska hänen mukaansa niin ei tapahdu. Tämä ei ole totta. Fysiikan historiassa on lukuisia esimerkkejä siitä, miten kokeet ovat tuottaneet tärkeää tietoa asioista, mitä niitä ei ole suunniteltu tutkimaan.

Hyvä esimerkki on Hossenfelderin arvostelemien suurten yhtenäisteorioiden etsiminen. Niiden ennustaman protonin hajoamisen havaitsemiseksi rakennettiin kokeet Kamiokande ja Super-Kamiokande. Kokeet eivät nähneet protonin hajoamista, mutta niiden havainnot neutriinoista olivat keskeisiä sen osoittamisessa, että neutriinoilla on massa. Neutriinoiden massat olivat ensimmäinen Maan päällä havaittu todiste fysiikasta Standardimallin tuolta puolen, ja niistä on myönnetty kaksi Nobelin palkintoa.

Kokeen lisäksi myös neutriinoiden massojen teoreettinen pohdinta olisi Hossenfelderin kriteereillä ollut turhaa, koska niitä ei ennen Kamiokanden ja Super-Kamiokanden havaintoja tarvittu ratkaisemaan mitään selvää ristiriitaa. Todellisuudessa neutriinojen massojen teorian tunteminen etukäteen oli avain kokeen tulosten ymmärtämiseen.

Myös teoreettisella puolella edistystä on saatu myös keskittymällä asioihin, jotka eivät ole ristiriitoja. Yksi esimerkki on yleisen suhteellisuusteorian löytäminen 1900-luvun alkupuolella. Tutkimuksen ongelmana oli kyllä se, että Newtonin gravitaatioteoria ja suppea suhteellisuusteoria ovat ristiriidassa keskenään. Ratkaisu kuitenkin löytyi keskittymällä asioihin, jotka eivät ole ristiriitoja.

Yksinkertaisin tapa rakentaa suhteellisuusteorian kanssa sopusoinnussa oleva gravitaatioteoria on ottaa mukaan gravitaatiota kuvaava kenttä, samaan tapaan kuin sähkömagnetismia kuvaa sähkömagneettinen kenttä. Suomalainen fyysikko Gunnar Nordström ensimmäisenä ehdottikin tällaista teoriaa, joka kuitenkin osoittautui vääräksi. Sen sijaan Albert Einstein pääsi oikealle reitille yrittämällä ratkaista sen, miksi kaikki kappaleet putoavat samaa tahtia. Hossenfelderin kriteereillä tätä ei olisi pitänyt miettiä, koska siihen ei liity ristiriitaa.

Hossenfelder on tietoinen siitä, että tiede on edistynyt muutenkin kuin ristiriitojen kautta. Hän mainitsee esimerkkinä sen, että charm-kvarkin olemassaolo ennustettiin symmetrian ja kauneuden perusteella. Hän kuitenkin toteaa, että koska myöhemmin ymmärrettiin, että teorian matemaattinen rakenne vaatii charmin olemassaoloa, kyse oli ristiriidan ratkaisemisesta.

Tällainen argumentointi on ristiriidassa sen kanssa, että tarkoituksena on arvioida, millainen työ johtaa edistykseen. On mahdollista, että lopulta osoittautuu, että kaiken teorian mukaan oikeiden fysiikan teorioiden kaikki piirteet ovat välttämättömiä. Tämä ei kuitenkaan kerro mitään siitä, millä tavalla noita piirteitä kannattaa etsiä ennen kuin teoria on kädessä.

Olen aiemmin maininnut kosmisen inflaation esimerkkinä siitä, miten empiirisyydessä on kyse laajemmasta asiasta kuin ennustusten vertaamisesta havaintoihin. Hossenfelder listaa blogimerkinnässään kaksi kosmisen inflaation löytämiseen johtanutta ongelmaa esimerkkeinä asioista, joita ei kannata miettiä. Tämä havainnollistaa hänen lähestymistapansa puutteita.

Inflaatio on ollut hiukkasfysiikan hedelmällisin alue 1980-luvulta alkaen, ja tuonut sen yhteen kosmologian kanssa. Inflaatio on ennustanut havaintoja erinomaisesti ja johtanut teoreettiseen kehitykseen. Sen kautta on ensimmäistä kertaa onnistuneesti kokeellisesti testattu yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttifysiikan yhteisiä ennusteita eli kvanttigravitaatiota. On muitakin hiukkasfysiikan alueita, kuten neutronitähtien rakenteen tutkiminen, joissa teoria ja havainnot ovat edistyneet yhdessä.

On tervettä että hiukkasfysiikan, kuten minkä tahansa tieteenalan, käytäntöjä arvostellaan yksittäistä artikkelia tai tutkimussuuntaa laajemmasta näkökulmasta, ja Hossenfelderin jotkut huomiot hiukkasfyysikoiden yhteisön ongelmista pitävät paikkansa. Hiukkasfysiikan ongelmat näkyvät siinäkin, että viiden vuoden kuluttua käynnistyvän LHC:n päivityksen HL-LHC jälkeisistä kiihdyttimistä ei ole tehty vielä päätöksiä. Muotivirtauksilla on myös hiukkasfysiikassa turhan iso merkitys, ja alan kauneuskäsityksiä on syytä arvioida uudelleen, kuten tapahtuukin.

Ei kuitenkaan ole taattua reseptiä siitä, mikä on hedelmällisin tapa tehdä tutkimusta. Tieteenfilosofit ovat tutkineet asiaa, ja Imre Lakatoksen jako edistyviin ja degeneroituviin tutkimusohjelmiin on hyödyllinen hiukkasfysiikankin osalta. Se ei kuitenkaan anna yksiselitteisiä vastauksia, ja edistys tulee usein yllättävistä suunnista.

44 kommenttia “Mikä menee pieleen”

Eusa sanoo:

28.2.2023 19:00

Mitä mieltä olet sumeasta pimeästä aineesta? Selitysmallina se vaikuttaisi asettuvan ainehiukkasten ja muunnellun gravitaatiomallinnuksen ”puoliväliin”.

Pohjimmiltaan sumea ainekenttä on kuin kuin kylmät itsevuorovaikuttamattomat hiukkaset, mutta niiden merkityksellinen identiteetti gravitaation kannalta ei ole pistemäinen vaan on levinnyt esim. fraktaalisesti muutamista valovuosista tuhansiin valovuosiin sumeina 4-eksitaatioina, (tensori-)skalaarikenttänä. Vaikutusta olisi pimeän aineen inervallien kokonaismäärällä aika-avaruusotoksessa – ei perinteisellä paikallistuvuudella.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  28.2.2023 19:18
  
  Kuvauksesi sumeasta pimeästä aineesta (fuzzy dark matter) ei ole oikein, eikä se vaihtoehtona asetu hiukkasten ja muokatun gravitaation puoliväliin. Kyse on hiukkasista siinä missä muussakin pimeässä aineessa, niiden energia vain on hyvin pieni ja siksi aallonpituus hyvin iso.
  
  Ei ole mitään erityistä syytä sille, että pimeän aineen hiukkasten massa olisi niin vähäinen kuin mitä sumea pimeä aine edellyttää, mutta se on yksi mahdollisuus. Olen kirjoittanut siitä hieman täällä: https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/totalitaristinen-periaate-ja-vanhan-ajan-romantiikka/
  
  Kun tämä liittyy vain heikosti blogimerkinnän aiheeseen, niin ei siitä tässä sen enempää.
  
  Vastaa
Jari Toivanen sanoo:

1.3.2023 10:19

” On mahdollista, että lopulta osoittautuu, että kaiken teorian mukaan oikeiden fysiikan teorioiden kaikki piirteet ovat välttämättömiä.”
Mitä näyttöä/vihjettä on siitä, että kaiken teoria on oikeasti olemassa? Kauneuden tavoittelu ei kelvanne vihjeeksi? Onko yhtä lailla mahdollista, että tarvitaankin kaksi tai useampi teorioita? Mitä vaikuituksia sillä olisi, jos osoittautuisi, että kaiken teoriaa ei ole olemassa?

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  1.3.2023 12:55
  
  Joko on olemassa kaikkein perustavanlaatuisin fysiikan teoria, joka ei palaudu mihinkään muuhun ja josta kaikki muut teoriat ovat periaatteessa johdettavissa – eli kaiken teoria.
  
  Toinen mahdollisuus on se, että on äärettömästi aina vain tarkempia teorioita, eikä ole mitään lopullista teoriaa. Suurin osa fyysikoista (jotka asiaa edes pohtivat, mikä lienee pieni osa fyysikoista) ei pidä tätä luultavana, vaan ajattelee, että on olemassa kaiken teoria. Mitään todisteita kummankaan vaihtoehdon puolesta ei ole.
  
  Lisää kaiken teorioista:
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/miksi-kaiken-teorialla-on-merkitysta/
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/aika-avaruuden-atomit/
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kaikenlaisia-selityksia/
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kaikki-tai-ei-mitaan/
  
  Vastaa
Kari Ojala sanoo:

1.3.2023 21:36

Melkoisen analyysin teitkin!
Itselleni jäi Sabinen videosta mieleen kuva, joka yksinkertaisella tavalla havainnollistaa sen miten voidaan tuottaa jokseenkin ääretön määrä erilaisia teorioita, jotka ovat täysin yhteensopivia tähänastisten havaintojen kanssa, mutta tähänastisen havaintoalueen ulkopuolella teorioiden ennusteet voivat sitten divergoida kaikkiin mahdollisiin suuntiin.
(Muistaakseni jossain Ursan lehdessä tai kirjassa mainittiin kerran eräs (kosmologiaan liittyvä?) teoreetikon ennuste, joka meni pieleen suunnilleen kertoimella 10 potenssiin 120. Liekö maailmanennätys ekstrapolointivirheessä?)

Mahdollisista faasimuutosista puhumattakaan.

Tarvitaan ehkä jotain enemmän kuin pelkkiä uusia matemaattinen teorioita, joita voidaan tosiaan muodostaa ääretön määrä.
Teoreettiset fyysikot ovat tunnetusti erittäin taitavia matematiikassa ja alan koulutus myös edellyttää sitä.
Einstein ei tiettävästi ollut kovin hyvä matematiikassa, mutta hän oli taitava tekemään ajatuskokeita, jotka olivat melkoinen yhdistelmä lennokasta mielikuvitusta ja rationaalista ajattelua. Esimerkkinä Einsteinin ajatusleikki siitä, millaista olisi ”ratsastaa” valonsäteellä. (Lukija on vapaa kokeilemaan. Mites se aikadilataatio toimikaan? Pysähtyykö aika? Tapahtuuko koko maailmankaikkeuden historia yhdessä silmänräpäyksessä (tai silmänräpäys ainakin siihen hetkeen asti kunnes fotonihevonen absorboituu johonkin)?)

Hiukkaskiihdyttimet tuovat joskus mieleen tunnetun amerikkalaisen sananlaskun: ”if all you have is a hammer, everything looks like a nail”. Vastaavasti voidaan kysyä, tuleeko se mahdollinen ’Kaiken teoria’ sittenkään aivan kaikkea selittämään ja ennustamaan.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  1.3.2023 22:36
  
  Einsteinin oli taitava matematiikassa siten kuin fyysikot sitä käyttävät. Hänen asenteensa matematiikkaa kohtaan oli väheksyvä ennen kuin hän lähti kehittämään yleistä suhteellisuusteoriaa, joka on matemaattisesti hienostunut.
  
  Tuo mainitsemasi ”ennuste” viitannee tyhjön energiatiheyteen. Usein sanotaan, että hiukkasfysiikan teorioiden mukaan sen pitäisi olla 10^120 kertaa isompi kuin se arvo, mikä selittää havaitun maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen. Mitään tällaista ennustusta ei kuitenkaan ole. Nykyiset realistiset kvanttikenttäteoriat eivät pysty ennustamaan tyhjön energian arvoa ollenkaan.
  
  Kyseessä on retorinen liioittelu, jonka tarkoituksena on havainnollistaa sitä, miten yllättävältä laajenemisen kiihtymisen selittävä pieni tyhjän energian arvo tuntuu.
  
  Vastaa
Kari Ojala sanoo:

1.3.2023 23:29

Kiitokset vastauksista ja täsmennyksestä koskien tuota tyhjön energiatiheyttä.
Ymmärrän pointin ”matematiikka siten kuin fyysikot sitä käyttävät”. 😀

Vastaa
Miguel sanoo:

2.3.2023 16:28

Olitpa perusteellisesti perustellut! Tätä on varmaan kysytty jo monesti, mutta mikä on se fundamentaali asia, joka ”pakottaisi” gravitaation ja kvanttifysiikan yhteen. Esim. gravitaatio taitaa olla hyvin deterministinen yhtälö, se ei (kai) sisällä kvanttifluktuaatioita ja muuta.

Toisaalta atomiytimen massasta suurin osa lienee vahvavuorovaikutusvoimia, mutta vaikka sillä ei ole mitään käytännön vaikutusta, niin se vaikutus ei ole nolla. Energia liittäisi gravitaation siihen?

Ja kolmas kysymys, kun gravitaatioaaltoja on löydetty, ja puhutaan kentästä, niin mikä siellä oikein aaltoilee. Jos on aaltoja, niin kai pitäisi olla jotain, joka aaltoilee?

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  2.3.2023 17:00
  
  Koska kvanttifysiikka ja gravitaatio ovat ristiriidassa keskenään (mm. mainitsemastasi syystä: yleinen suhteellisuusteoria on deterministinen, kvanttifysiikka ei). Niinpä jompikumpi tai molemmat ovat väärin – tai tarkemmin sanottuna niiden pätevyysalue ei ole rajaton. On siis olemassa teoria, josta ne molemmat ovat rajatapauksia.
  
  Gravitaatio ja kvanttifysiikka on jo onnistuneesti yhdistetty kosmisessa inflaatiossa, mutta vain hyvin rajoittuneessa tapauksessa.
  
  En ymmärrä kysymystä atomiytimestä.
  
  Gravitaatioaallot ovat aika-avaruuden värähtelyä. Ks. https://web.archive.org/web/20190505041031/https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/nakymattomia_kuvia_vakivallasta
  
  Vastaa
  1. Miguel sanoo:
    
    2.3.2023 17:41
    
    Tarkoitin, että jos energia ja massa ovat ekvivalentteja suhteellisuusteoriassa, niillä pitäisi olla joku yhteys tavalla tai toisella.
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      2.3.2023 18:00
      
      Massa ja energia eivät ole sama asia, tilanne on hieman monimutkaisempi, tässä aiheesta ja gravitaatiosta hieman: https://web.archive.org/web/20170626090103/https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/sidottujen_kimppujen_vetovoima
      
      Vastaa
  2. Miguel sanoo:
    
    2.3.2023 17:58
    
    Ja tuo aika-avaruuden värähtely on kieltämättä vaikea ymmärtää. Helpompi ymmärtää jotain sähkömagneettisen kentän värähtelyä ja tunnettuja hiukkasia. Jos vesi väreilee, se palautuu vesimolekyyleihin jne. Mutta jos sanotaan, että aika-avaruus väreilee ilman ”hiukkasia” tai muuta ”värähtelijää”, niin onko se lopulta ”ajan väreilyä”, josta –
    siis ajan kulusta – on kosolti näyttöä. Joku kaksoisrakokoe gravitaatiosta lienee 100 000 vuoden päässä.
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      2.3.2023 18:13
      
      Aika-avaruuden värähtelyssä on kyse ajan ja avaruuden värähtelystä. Toistaiseksi gravitaation mahdollisesta kvanttiluonteesta on tosiaan todisteena vain kosminen inflaatio, ja se on hyvin epäsuora todiste.
      
      Täällä hieman mietteitä aiheen tiimoilta: https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kissan-kanssa-laatikossa/
      
      Vastaa
      1. Miguel sanoo:
        
        2.3.2023 18:22
        
        Kiitos kärsivällisistä vastauksista ja tästä blogista!. En halua mitään omia teorioita, vaan kysyn asioita. Lapsena musta piti tulla tähtitieteilijä. Mutta ajattelin, ettei sillä elä. Tämän päivän huippuhetki, jos sää sallii, on Jupiter+Venus. Jotenkin kaunista, että juuri noi kaksi kohtaa. 🙌
      2. Syksy Räsänen sanoo:
        
        2.3.2023 18:25
        
        Kiitos kiitoksista.
Lentotaidoton sanoo:

2.3.2023 23:20

Räsänen: ”Gravitaatio ja kvanttifysiikka on jo onnistuneesti yhdistetty kosmisessa inflaatiossa, mutta vain hyvin rajoittuneessa tapauksessa.”

Tämän lausahduksen olemme kuulleet monasti aiemminkin vastauksissasi. En epäile asiaa ollenkaan (olen samaa referoinut itsekin). Mutta mikä on tämä ”vain hyvin rajoittunut tapaus”? Onko esim kysymys siitä, että inflaation aikuiset kvanttifluktuaatiot näkyvät kosmoksen tulevassa kehityksessä (esim taustasätelyn ominaisuudet)? Jos tämä vaatii pidemmän selityksen (oman osionsa) niin please.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  3.3.2023 14:19
  
  Inflaatiossa on kvantitettu vain aika-avaruuden pienet poikkeamat (joista tulee kosmisen taustasäteilyn siemeniä ja gravitaatioaaltoja), ei aika-avaruutta kokonaisuutena. Tämä vastaa vähän sitä miten kiinteän olomuodon fysiikassa kvantitetaan pieniä värähtelyjä aineessa ja saadaan fononeita.
  
  Vastaa
  1. Lentotaidoton sanoo:
    
    3.3.2023 21:41
    
    Sen verran asia kiinnostaa, että tein haun seuraavalla: phonons in quantum inflation
    https://scholar.google.fi/scholar?q=phonons+in+quantum+inflation&hl=en&as_sdt=0&as_vis=1&oi=scholart
    
    Siellä on liuta tutkimuksia. Diketanttina ei aio käydä kaikkia läpi, mutta voitko suositella jotan määrättyä tutkimusta? Tai löytyykö mitään muuta ”vähemmän akateemista” eli helpommin nieltävää esitystä?
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      5.3.2023 14:24
      
      En osaa suositella tutkimusta inflaation ja fononien täsmällisestä analogiasta. Yleisen suhteellisuusteorian analogiamallit (mallit jotka kuvaavat esim. helium-3:a ja joiden rakenne on joissain suhteessa samanlainen kuin yleisen suhteellisuusteorian) ovat kyllä kiinnostavia, mutta ne eivät ole paras tapa ymmärtää inflaatiota. Viittasin vain siihen, että sekä inflaation aikaisissa perturbaatioissa että fononeissa kyseessä on vain pienten värähtelyjen kvantittamisesta.
      
      Vastaa
Jernau Gurgeh sanoo:

4.3.2023 20:03

Jotenkuten aiheeseen liittyen kysyisin Syksyltä ja muiltakin blogin lukijoilta, kumpaa veikkaatte intuition pohjalta oikeaksi: pimeää ainetta on olemassa, vai gravitaatioteoria on väärin?

En tiedä kumpi olisi fysiikan kehityksen kannalta ja ihmiskunnan tulevaisuuden kannalta parempi. Eli kumpi voisi tarjota jotain mullistavaa avaruusmatkailun, viestintätekniikan ym. teknologioiden suhteen (tai sitten kumpikaan ei toisi mitään uutta).

Minulla ei ole mitään suosikkia tämän suhteen. Se kumpi on oikein on oikein ja sillä siisti. Mutta tämä tietämättömyys ja kysymyksen avoimuus saa maallikon pääni pyörälle. Populaaria kirjallisuutta olen toki lukenut paljonkin ja jonkin verran tutkimuspapereita (niistä juuri mitään ymmärtäen), mutta silti minulla ei ole mielenrauhaa asian suhteen. Vaikka kaikki viittaa enemmän pimeään aineeseen, niin jostain sisältäni kumpuaa aina uudelleen vahva tunne, että sitä ei ole olemassa. Gravitaatioteoria on vain virheellinen. Olen kuitenkin kovan luokan Einstein-fani, joten en tällaista sano vain provosoidakseni. Yleinen suhteellisuusteoria ja kaikki muut Einsteinin saavutukset ovat vertaansa vailla, riippumatta siitä mikä osoittautuu lopulta oikeaksi.

Eli onko sinulla, Syksy, jotain tällaista sisäistä tunnetta (fyysikon ymmärryksesi ja loogisen ajattelun ulkopuolella) ja haluatko kertoa siitä tässä, jos on?

Loppuun Sabine Hossenfelderistä, että olen varmaan hyvin paljon samaa mieltä hänen kritiikistään kuin Syksykin. Tykkään siitä, että hän haastaa valtavirtaa ja jaksaa niitä asioita maallikoillekin selittää. Mutta jopa minun (”ihan miten vaan mutta mieluummin päinvastoin” -tyypin) on vaikea sietää kaikkea hänen sanomaansa, juurikin Syksyn kuvailemista syistä. Mutta suotakoon se Sabinelle, koska sensaatiohakuisuus (tai miksi sitä sanoisikaan) myy paremmin kuin laimeat nönnönnöö -videot (ja blogit ym.). Hän kuitenkin yrittänee tehdä osittaista elantoa tubettamisella, tosin en tiedä minkälaisista summista hänen katsojamäärillään puhutaan (mutta niitä katsojiahan hän yrittää näillä raflaavilla väitteillään saada).

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  5.3.2023 14:17
  
  Pimeä aine on onnistunut ja yksinkertainen hypoteesi, joka on selittänyt ja ennustanut havaintoja oikein. Ehdotukset muokatuksi gravitaatiolaiksi eivät ole pystyneet selittämään kaikkia samoja havaintoja kuin pimeä aine, eivätkä ne ole myöskään ennustaneet asioita yhtä oikein. Ei ole myöskään mitään teoreettista syytä sille, että kyseessä olisi muokattu gravitaatiolaki eikä pimeä aine. Pimeä aine on siis luultavammin oikea selitys.
  
  Vastaa
  1. Erkki Kolehmainen sanoo:
    
    10.3.2023 19:04
    
    ”Pimeä aine on onnistunut ja yksinkertainen hypoteesi, joka on selittänyt ja ennustanut havaintoja oikein.”
    
    Pimeästä aineen hiukkasista ei ole yhtään suoraa havaintoa. Vain sen vaikutuksesta on. Näin ollen täysin tuntematon pimeä aine on räätälöity selittämään koetulosta eikä päinvastoin kuten tulisi olla.
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      11.3.2023 00:28
      
      Pimeä aine on onnistuneesti ennustanut muun muassa aineen liikkeitä galakseissa, galaksiryppäissä ja isommassa mittakaavassa, sekä galaksien synnyn, galaksien rakenteen, kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuudet (jos olisi vain tavallista ainetta, ne olisivat täysin erilaiset) ja gravitaatiolinssejä.
      
      Yksi esimerkki: https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/luodin-jaljet/
      
      Vastaa
      1. Eusa sanoo:
        
        11.3.2023 04:18
        
        http://backreaction.blogspot.com/2017/01/the-bullet-cluster-as-evidence-against.html?m=1
        
        Meneekö siis Hossenfelderillä pieleen Bullet Cluster -tulkinnassaan?
      2. Syksy Räsänen sanoo:
        
        11.3.2023 14:27
        
        Hänen siteeraamansa tulokset Bullet Clusterin todennäköisyydestä ovat väärin, koska niissä on laskettu ehdollisia todennäköisyyksiä tavalla, jota ei voi suoraan verrata havaintojen todennäköisyyteen.
        
        Kun laskun tekee oikein, Bullet Cluster ei ole kovin epätodennäköinen. Artikkeli aiheesta: https://arxiv.org/abs/1412.7719
2. Pekka Janhunen sanoo:
  
  6.3.2023 20:00
  
  Minusta kiinnostavia ovat kolmannet selitysyritykset, kuten J.S. Farnesin ajatus galaksien väliin repulsion ajamista negatiivisen massan hiukkasista, jotka selittäisivät galaksien rotaatiokäyrät ja bonuksena myös kiihtyvän laajenemisen, https://www.aanda.org/articles/aa/pdf/2018/12/aa32898-18.pdf . Negatiivisen massan hiukkaset voisivat mahdollistaa lähes valon nopeudella tapahtuvat tähtienväliset matkat ilman energiaa, koska jos sama määrä positiivista ja negatiivista massaa liikkuu yhdessä, kokonaiskineettinen energia ja liikemäärä ovat nollia. Avaruuslaivan varustaminen matkaan päinvastoin tuottaisi energiaa, kun sen ruumassa oleva negatiivinen massa luodaan. Robert Forward aikoinaan mietiskeli tällaisiakin.
  
  Vastaa
Martti V sanoo:

5.3.2023 02:56

Voi olla turhaa yrittää yhdistää hiukkasfysiikkaa gravtaation kanssa. Aika-avaruuden kuvaamiseen ei tarvita gravitonia eikä muutakaan hiukkasta. Sen sijaan vahva ja sähköheikko voivat olla paremminkin yhdistettävissä kosmoksen syntyajan lämpötilassa, mutta oikeaa teoriaa ei ole vielä keksitty. Toki uteliaisuus ja kokeileminen vie tiedettä eteenpäin.

Vastaa
Eusa sanoo:

11.3.2023 19:32

Selvitin Hossenfelderin väitettä Bullet Cluster -havainnosta Syksyn linkkaaman tutkimuksen (Kraljic & Sarkar) valossa.

Tutkimuksessa kuvataan avoimesti kuinka menetelmää vaihdetaan, kylläkin perustellusti (ääriarvoteorian toisen lauseen sovelma), sovittumaan lähemmäs yhteen ΛCDM-kaikkeuden pimeän aineen halodynamiikkaa. Lopuksi annetaan aika vahva disclaimer omaan tutkimukseen simulaation törmäysnopeuden herkkyystarkastelusta sekä myöntö sille odottamalle, että vastaavan uuden löydön kohdalla standardikosmologia on todellisissa vaikeuksissa.

Saatu todennäköisyys luodatun punasiirtymän syvyydessä saadaan 10% luokkaan. Tämä yltää riittävään luotettavuuteen siitä, että todennettu Bullet Cluster mahtuisi kosmologiaparadigman sisään.

En löytänyt artikkelista mainintaa, että olisi huomioitu Bullet Cluster -löydön tulleen havaituksi luotauksessa, joka kattoi alle 6% taivaasta. Kun tämä huomioidaan, ääriarvotarkastelulta putoaa pohja pois – ei ole olemassa läpikotaisia tarkasteluotoksien jaksoja, joita vaaditaan ääriarvojen hyödyntämiseen silloin, kun varsinainen jakauma on saavuttamattomissa.

Tulosta voisi selitellä kaikkeuden isotropialla ja homogeenisuudella niin, että sellaisia otosjaksoja mahtuisi havainto-otokseen muutama ja että ääriarvojen käyttö olisi sallittua.

Kuitenkin, vaikka laskentamenetelmä hyväksyttäisiin, todennäköisyys moiselle nopealle halotörmäykselle massamittaluokassa putoaa promilleluokkaan ja ei ole luotettavasti sovitettavissa ΛCDM-kaikkeuteen.

Nähdäkseni Hossenfelderillä on pointtinsa ja samoin kuin satelliittigalaksien puute bulletclusterien esiintymä langettaa järkevän epäilyn pimeän hiukkasaineen mahdollisuudelle. Mainittu sumea pimeä massa levittynein pitkäaaltoisin eksitaatioin voisi paremmin soveltua ainekentän skalaariosioksi TAI muunnetun gravitaation kentän skalaariosioksi (scalar-vector-tensor).

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  13.3.2023 20:50
  
  Kommentti siitä, että pitäisi ottaa huomioon myös se, kuinka suuri osa taivasta on mitattu siten, että vastaava systeemi voisi löytyä pitää paikkansa.
  
  Toisaalta pitää ottaa huomioon, että todennäköisyys sille, että satunnaisen prosessin tuloksena syntynyt asia X on sitä pienempi, mitä tarkemmin asia X määritellään. Jos heittää kasan kolikoita ympäri huonetta ja näkee osan niistä asettuvan suunnilleen kaareen ja kysyy mikä on todennäköisyys näin pitkälle, näin ohuelle ja näin kaartuneelle kaarelle, se voi olla hyvin pieni. Ongelmana on se, että määrittelee sen mitä etsitään vasta sen jälkeen kun on nähnyt tuloksen, eikä ota huomioon, että olisi ollut yhtä hämmästyneitä jostain aivan toisenlaisesta tuloksesta (vaikka suorasta kaaren sijaan).
  
  Tämä tunnetaan nimellä ”look elsewhere effect”.
  
  Käsittääkseni kaikkiaan Bullet Cluster ei ole kovin epätyypillinen. Satelliittigalaksien lukumäärä on kiinnostava kysymys (en ole varma mihin satelliitteihin viittaat), mutta se ei ole todiste pimeää ainetta vastaan.
  
  Vaikka Bullet Cluster olisi hyvin epätodennäköinen yksinkertaisimmassa mallissa pimeälle aineelle ja rakenteiden siementen synnylle, tämä ei olisi todiste muokatun gravitaatioteorian puolesta, koska ei ole ainuttakaan muokattua gravitaatioteoriaa, joka pystyisi selittämään kaikki edes galaksien ja galaksiryppäiden liikkeisiin liittyvät havainnot (saati kaikkia havaintoja).
  
  Vastaa
  1. Eusa sanoo:
    
    14.3.2023 10:06
    
    ”Käsittääkseni kaikkiaan Bullet Cluster ei ole kovin epätyypillinen.”
    
    Noin ollen concordance-ΛCDM-kosmologian mallinnuksessa on oltava jotain pielessä tai vähintään puutteita, jos kuitenkin pimeän aineen halot voisivat saavuttaa paikalliseen joukkoon noin suuria galaksijoukkojen kohtaamisnopeuksia. Sitäkö tarkoitat?
    
    Look elsewhere effect ei mielestäni suoraan sovi tapaukseen. Kohtaamisen vastakkainen vauhtikomponentti on hahmoton suure.
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      14.3.2023 13:11
      
      Todennäköisyys nopeudelle on otettu huomioon artikkelissa, johon linkkasin yllä.
      
      Vastaa
  2. Lentotaidoton sanoo:
    
    14.3.2023 12:56
    
    Räsänen: Tämä tunnetaan nimellä ”look elsewhere effect”. Käsittääkseni kaikkiaan Bullet Cluster ei ole kovin epätyypillinen
    
    Kirjoitin 23.8.2018: Räsäsen mukaan tapaus on harvinainen, mutta näin tuleekin olla. Tämän Räsäsen antaman linkin (https://arxiv.org/abs/1412.7719) mukaan Bullet Cluster on vain marginaalisesti sovitettavissa ΛCDM-kosmologiaan . Itseasiassa niin että jos (juuri) tällaisia systeemejä löytyisi lisää, niin se haastaisi standardin kosmologisen mallin.
    
    “We find that only about 0.1 systems like the Bullet Cluster 1E 0657-56 (where the collision has occurred already) can be expected up to z = 0.3. Increasing the relative velocity to 4500 km/s — the shock front velocity deduced from X-ray observations of 1E 0657-56 — no candidate systems are found in the simulation. Thus the existence of 1E 0657-56 is only marginally compatible with the ΛCDM cosmology, provided the relative velocity of the two colliding clusters is indeed as low as suggested by hydrodynamical simulations. Hence if more such systems are found this would challenge the standard cosmological model.”
    
    Vastaa
    1. Eusa sanoo:
      
      14.3.2023 13:55
      
      Niinpä. Syksyn sanailussa on ristiriitaa tai ymmärrän jotenkin väärin…
      
      Vastaa
      1. Syksy Räsänen sanoo:
        
        14.3.2023 14:09
        
        On tyypillistä, että taivaalla on Bullet Clusterin kaltaisia galaksiryppäiden törmäyksiä. Se ei siis ole epätyypillinen piirre maailmankaikkeudessa. Niitä ei kuitenkaan ole tyypillisesti monta, eli ne ovat harvinaisia taivaalla.
      2. Lentotaidoton sanoo:
        
        14.3.2023 19:29
        
        Eusa; ”Niinpä. Syksyn sanailussa on ristiriitaa tai ymmärrän jotenkin väärin…”
        
        Jos tämä Eusan ”niinpä” on lausahdusvastaus kirjoittamaani, niin tosiaan olet hyvä Eusa käsittänyt väärin. Siis miten niin niinpä??? En minä (eikä Räsäsen ilmoittama linkki) arvostellut/poikennut Syksyn kirjoittamaa, päinvastoin. Syksyn sanailussa ei ole ristiriitaa.
        
        Kirjoitin aiemmin: Räsäsen mukaan tapaus on harvinainen, MUTTA NÄIN TULEEKIN OLLA. Ja kuitenkin se on vielä ΛCDM kosmologian raameissa, eli jos niitä näkyisi monia, niin SITTEN olisi vaara hypätä standardikosmologian kyydistä.
      3. Eusa sanoo:
        
        15.3.2023 00:24
        
        Tiede on epäonnistumisella leikkimisen rakastamista.
Mika Kovin sanoo:

12.3.2023 11:10

Inflaatioteoria on fysiikan surkein adhoc satu,, jota ei voi yhdistää mihinkään fysiikan ns alkuhypoteesehin.
Pimeä energia on toinen vastaava. Olen ko. Hossenfeldetin kannalla myös siinä, että on teorian heikkoutta, ettei tapahdu edistystä, ei puuttuvien jättilaitteiden.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  13.3.2023 18:23
  
  En tiedä mitä tarkoitat ”alkuhypoteeseilla”. Inflaatio on suoraviivainen osa yleistä suhteellisuusteoriaa ja hiukkasfysiikkaa. Mikä tärkeämpää, se on onnistuneesti selittänyt jo tehtyjä havaintoja ja ennustanut oikein uusia.
  
  Lisätietoja siitä, miten fysiikan teoriat etenevät: https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/edistys-ja-rappio/
  
  Lisätietoja inflaatiosta:
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/vastavuoroinen-suhde/
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/muistinmenetykset-ennustusten-takana/
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/potkut-ylospain/
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/ylos-pohjalta/
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/seitseman-ennustusta-menneisyydesta/
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kuin-putoava-kivi/
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/eilispaivan-rohkeutta/
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/jokin-sanoo-poks/
  
  http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/taivaallinen_ilmoitus
  
  https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/littean_maailman_selitys
  
  https://web.archive.org/web/20200807084406/https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kosmoksen_ja_laboratorion_avioliitto
  
  https://web.archive.org/web/20220812062847/https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/syntymiskipuja
  
  Jos pimeä energia on kosmologinen vakio tai tyhjön energiaa, se on myös osa yleisen suhteellisuusteorian ja hiukkasfysiikan tunnettua perustavanlaatuista rakennetta. Albert Einstein otti kosmologisen vakion mukaan yleiseen suhteellisuusteoriaan jo 105 vuotta sitten. Ennen kuin kiihtyvää laajenemista oli havaittu, ongelmana oli se, miksi kosmologista vakiota ei ole nähty, vaikka sen sen odottaisi olevan olemassa.
  
  On kyllä outoa, miksi kosmologisen vakion arvo on niin pieni kuin mitä tarvitaan selittämään havainnot, ja voi hyvin olla, että oikea selitys on jokin toinen.
  
  Lisätietoa pimeästä energiasta:
  
  https://web.archive.org/web/20221204061453/https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kirkkaudesta_pimeyteen
  
  https://web.archive.org/web/20160415122117/http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kolmen_vaihtoehdon_mysteeri
  
  https://web.archive.org/web/20220812055009/http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/valoa_kaukaa
  
  Vastaa
Pekka Janhunen sanoo:

15.3.2023 12:06

Käsittääkseni, jos olen ymmärtänyt oikein ja jos oletetaan yksinkertaisuuden vuoksi Higgs-inflaatio, niin reheatingissä Higgsin kenttä muutti arvoaan, ja tästä vapautunut energia ilmeni tyhjästä syntyneinä Higgsin hiukkasina (eli inflatonikentän värähtelymoodeina), jotka pian hajosivat lähinnä hiukkas-antihiukkaspareiksi.

Mietin että jos samanlainen tapahtumasarja olisi käynnissä tälläkin hetkellä mutta paljon pienemmässä energiaskaalassa, niin miltä se näyttäisi. Tyhjästä syntyisi jotain skalaarihiukkasia, jotka sitten joko hajoaisivat tai eivät, riippuen niiden vuorovaikutuksista? Siinä tapauksessa että ne eivät hajoaisi nopeasti, niin esimerkiksi pimeä aine saattaisi olla tällaisia pimeän energian reheating-tuotteena syntyneitä hiukkasia(?)

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  15.3.2023 13:30
  
  Tyypillisesti inflaatiota ajanut kenttä tosiaan hajoaa hiukkasiksi. (Muitakin vaihtoehtoja on.)
  
  Pimeää ainetta on ollut ainakin kosmisen mikroaaltotaustan synnyn aikaan 14 miljardia vuotta sitten, eli jos se olisi syntynyt pimeän energian kentästä, tämän olisi pitänyt tapahtua varhaisina aikoina. Sitä ei voisi enää sen jälkeen tapahtua merkittävässä määrin, koska sellainen olisi havaittu. Pimeän energian ja pimeän aineen toisiinsa kytkeviä malleja on tutkittu, mutta ei tiedetä mitään syytä, miksi näillä erilaisilla ilmiöillä olisi mitään tekemistä keskenään. Pimeän aineen tuottaminen pimeän energian kentästä (jos sellainen on) on varmaan mahdollista, mutta ei erityisen luontevaa.
  
  Vastaa
  1. Pekka Janhunen sanoo:
    
    15.3.2023 17:32
    
    Kumpaan suuntaan ns. Hubblen tensio vaikuttaa? Tahtoisiko tensio että pimeää ainetta olisi tullut lisää vai hävinnyt mikroaaltotaustan syntymisen jälkeen?
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      16.3.2023 00:17
      
      Eroilla Hubblen parametrissa eri havaintojen välillä ei ole selvää yhteyttä pimeän aineen tiheyteen.
      
      Vastaa
Kimmo Lappalainen sanoo:

20.3.2023 19:46

Onko kvanttigravitaation ymmärtämisessä kyse vain siitä, että sitä mittaava koeasetelma ei ole (lähellekään) toteutettavissa tai liittyykö kokeelliseen mittaamiseen myös teoreettisia ongelmia?

Esim gravitaatioaaltojen osalta teoria oli jo vuosikymmeniä tiedossa, mutta vasta mittalaitteiden tarkkuuden parantuminen mahdollisti asian tutkimisen.

Jos teoreettista estettä ei ole, niin kuinka kaukana ollaan ollaan ensimmäisestä kokeellisesta mittauksesta? Ja mikä koeasetelma tämä olisi?

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  20.3.2023 19:50
  
  Meillä ei ole kvanttigravitaatioteoriaa, eivätkä ehdokkaat (kuten säieteoria) ole niin hyvässä kunnossa, että ne niistä voisi laskea ennusteita.
  
  Ensimmäinen kvanttigravitaatiomittaus oli jossain mielessä COBE-satelliitin vuonna 1992 julkaistu mittaus kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuuksista. Paras selitys niille on kosminen inflaatio, josta oli ennustettu mitattu signaali käsittelemällä aika-avaruuden ja aineen epätasaisuuksia kvanttifysiikan keinoin.
  
  Vastaa

Vastaa Peruuta vastaus

Oletetusti väärin

17.2.2023 klo 18.56, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Kollegani ja ystäväni Will Kinney Buffalon yliopistosta mainitsi hiljattain seikan joka on fyysikoille (ainakin teoreettisille hiukkasfyysikoille ja kosmologeille) selvä, mutta saattaa tulla muille yllätyksenä: tutustuessaan kollegoidensa työhön fyysikot lähtevät usein siitä oletuksesta, että se on väärin.

Tähän kyseenalaistamisen kulttuuriin kuuluu toisaalta sekin, että voi nopeasti muuttaa kantaansa ilman että sitä pidetään nolona. Koska tutkimuksen matemaattinen paikkansapitävyys ei riipu kenenkään mielipiteistä, tämä on myös oppimisen menetelmä, jolla voi vakuuttaa itsensä siitä, että asia jota pitää vääränä onkin oikein – tai löytää sen heikot kohdat.

Suhtautumistapaan liittyy se, että vaikka teoreetikot voivat arvostella toisten ideoita voimakkaasti niihin törmätessään, he eivät tyypillisesti katso tarpeelliseksi ruveta erikseen kumoamaan virheellisinä pitämiään tutkimuksia. Yleensä niihin viitataan lähinnä kintaalla.

Koetulosten kohdalla suhtautuminen on toinen: jos joku raportoi havainnosta, joka osoittaa uuden teorian oikeaksi, väitteen oikeellisuutta ruoditaan tarkkaan. Takana on sama syy kuin ylimalkaisuudessa teoreettisten väitteiden suhteen: havainnot lopulta osoittavat, mitkä teoreettiset ideat ovat oikein ja mitkä eivät. Havaintotulosten suhteen pitää siis olla huolellinen, mutta teoreettisten ideoiden heittelemisestä ei ole suurta haittaa.

Teoreettisilla fyysikoilla on laaja vapaus valita aiheensa, vaikka rahoitusjärjestelmä rajoittaakin tutkimusta yhä enemmän. Hajanainen eri suuntiin vaeltaminen on historiallisesti tuottanut merkittäviä läpimurtoja, vaikka suurin osa reiteistä päätyykin umpikujaan. Kuten filosofi Ludwig Wittgenstein on todennut: jos ihmiset eivät ikinä tekisi typeriä asioita, mitään älykästä ei koskaan tulisi tehtyä.

Fysiikan historiattomuus pelastaa paljon. Oikeat teoriat sisältävät edeltäjänsä, eikä vääriin tarvitse koskaan palata. Tämän onnellisen seikan haittapuoli on se että, antropologi Sharon Traweekin sanoin, fyysikoiden käsitys alansa historiasta on lyhyt hagiografia ja lista ihmeitä. Tilanne on erilainen kuin ihmistieteissä, missä uusi tutkimus ei syrjäytä aiempaa, vaan menneisyys kulkee uuden tiedon rinnalla.

Ymmärryksen puute siitä, että teoreettisilla fyysikoilla on paljon ideoita, joista vain pieni osa osoittautuu oikeaksi, voi merkittävästi vääristää tiedeuutisten välittämää kuvaa tieteestä. Ongelmaa korostaa se, että suurin osa fyysikoista ei koe tarpeelliseksi julkisesti arvostella virheitä, jotka aika kuitenkin pian hautaa.

Vaikuttaa myös siltä, että jotkut toimittajat luulevat, että kaikki vertaisarvioidut tieteelliset artikkelit pitävät paikkansa. Vertaisarviointi karsii kuitenkin korkeintaan ilmeiset virheet – eikä aina edes niitä. Joka päivä ilmestyy kymmeniä kosmologian artikkeleita, ja niiden laatu on hyvin vaihteleva.

Toissapäivänä muun muassa New Scientist ja The Guardian uutisoivat tutkimuksesta, jonka mukaan mustat aukot selittävät pimeän energian, eli sen miksi maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy. Lukemistani jutuista vähiten huono oli Guardianissa, missä oli mukana kommentit tutkimusryhmän ulkopuoliselta fyysikolta, joka heitti kylmää vettä poskettomille väitteille. Tämä ei kuitenkaan pelasta sitä, että ei ollut mitään syytä tehdä uutista alun perinkään, koska tutkimuksen väitteet ovat villiä spekulaatiota ilman kunnollista matemaattista tai fysikaalista pohjaa. Tekniikan Maailman mukaan on kuitenkin peräti saatu ”todisteita” siitä, että ”pimeää energiaa syntyy mustissa aukoissa”.

Olen monesti (täällä, täällä, täällä, täällä, täällä, täällä, täällä ja täällä) kirjoittanut tiedeuutisoinnin ongelmista. Niitä on varmaan kaikissa suomalaisissa tiedotusvälineissä, joka kirjoittavat tieteestä yleistajuisesti – vähiten julkaisuissa, jotka ovat tiedeyhteisöä lähellä, kuten Yliopisto-lehdessä. Tällä kertaa on kuitenkin syytä kehua joskus arvostelemiani Helsingin Sanomia ja Yleä siitä, miten ne ovat uutisoineet tästä tutkimuksesta, eli eivät mitenkään.

19 kommenttia “Oletetusti väärin”

Pekka Janhunen sanoo:

17.2.2023 19:55

Tämä on mielenkiintoinen aihe. Tuon tähän yhden datapisteen. Kun aloin opiskella fysiikkaa, ajattelin jostain syystä että väärän ja oikean suhde on keskimäärin 50/50. Olin kuitenkin huomaavinani että oli – ja on edelleen – joitain kollegoita, joiden mielestä ihmisen ”kuuluu” luottaa referoituihin papereihin.

Vastaa
Cargo sanoo:

18.2.2023 15:43

”Hajanainen eri suuntiin vaeltaminen on historiallisesti tuottanut merkittäviä läpimurtoja, vaikka suurin osa reiteistä päätyykin umpikujaan.”

Tällaista sosiologista asiantilaa kuvailee kaiketi parhaiten Friedrich Nietzsche: ”Synnyttääksesi tanssivan tähden, sisälläsi tulee olla kaaosta.”

Mutta joo, perustuuko tuo artikkeli todellisiin havaintoihin mustien aukkojen koosta, ja voiko tuon spekuloidun pimeän energian taustalla olla jokin kvanttigravitaatioefekti? (… jossa esim. vetävän massan kaarevuus aiheuttaa mahdollisen laajalle levittyvän vastakkaisen kaarevuuden. Jos hyvin kaarevalla aallolla on taipumus levitä, niin jotain vastaavaa voisi ilmetä myös avaruuden sisällä.)

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  18.2.2023 15:56
  
  Tutkijat julkaisivat kaksi artikkelia.
  
  Ensimmäisessä he vertailivat mustien aukkojen massoja ei aikoina, ja totesivat, että myöhäisemmissä galakseissa näkyvät aukot ovat raskaampia kuin varhaisissa näkyvät.
  
  Toisessa he olettivat, että kyse on siitä, että aukkojen massa kasvaa jostain tuntemattomasta syystä, ja osoittivat että tällöin aukkojen massan pitäisi kasvaa verrannollisesti avaruuden tilavuuteen. Tällöin niiden energiatiheys (eli energia/tilavuus) säilyisi vakiona, kuten tyhjön energialla.
  
  He spekuloivat, että massan kasvu voisi liittyä siihen, että ei tiedetä, miten mustia aukkoja kuvataan laajenevassa avaruudessa. Itse asiassa tämä kuitenkin tiedetään, eikä siihen liity mitään massan kasvua.
  
  Mielestäni ei ole mielekästä ruveta spekuloimaan, miten väärä idea olla jostain syystä olla oikein.
  
  Vastaa
  1. Eusa sanoo:
    
    19.2.2023 10:03
    
    https://bigthink.com/starts-with-a-bang/black-holes-dark-energy/
    
    Ethan Siegelin paneutuminen aiheeseen on mielekästä luettavaa.
    
    Ainoat villat, jotka tutkimuksesta löydän, ovat:
    – havaintoihin perustuvuus
    – korrelaatiolöytö alle 5 sigman luotettavuudella
    
    Näin ollen mitään kausaation päätelmää ei voi tehdä mustien aukkojen merkityksestä; ne voivat kasvaa luonnollisesti ja kausaatio korrelaatiolle (jos se varmistuu) voi löytyä konventionaalisista rakennemekanismeista.
    
    Huonon tutkimuksen uutisoinnista tekee valitettavan yleinen menettely, jossa hehkutetaan teoreettista erikoisuutta, katsotaan sen vahvistamiselle havainto-olettama ja kuvitellaan osutun oikeaan havaintodatan osuessa olettamaan. Tieteellisesti kestävää on falsifiointi, jossa selitysmallia koetellaan havaintodatalla ja selvitetään pätevyysalue, jonka ulkopuolella se ei ainakaan toimi. Lopulta paradigma on se selitysmalli, jolla on siihen saakka tutkitun perusteella laajin pätevyysalue ja tasavertaisista Occamin partaveitsellä ajeltu paras kauneus eli yksinkertaisuus.
    
    Vastaa
Lentotaidoton sanoo:

19.2.2023 22:18

TÄHDET JA AVARUUS 19.2.2023:
”Tutkijaryhmä väittää – mustat aukot ovat vastuussa pimeästä energiasta”

Syksy Räsänen 18.2.2023:

”Mielestäni ei ole mielekästä ruveta spekuloimaan, miten väärä idea olla jostain syystä olla oikein”
.
Tällaista tämä on. Molemmat Ursan sivuilla. Toki Tähdet ja Avaruus antaa myös linkin kritiikkiin: https://bigthink.com/starts-with-a-bang/black-holes-dark-energy/
Kehotan jokaista lukaisemaan nimenomaan tämän kritiikkilinkin.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  20.2.2023 00:10
  
  Kas vain, tosiaan.
  
  Jutussa lukee: ”Joka tapauksessa nyt julkaistu tutkimus on poikkeuksellisen kiinnostava ja se on herättänyt paljon keskustelua tutkijoiden piirissä.”
  
  Itse asiassa tällainen täysin virheellinen tutkimus on aika tavallista. Se keskustelu mitä olen nähnyt on johtunut siitä, että tutkimus on nostettu julkisuuteen, ei sen tieteellisistä ansioista.
  
  https://www.avaruus.fi/uutiset/kosmologia-ja-teoreettinen-fysiikka/mullistava-vaite-mustat-aukot-ovat-vastuussa-pimeasta-energiasta.html
  
  Vastaa
Pekka Janhunen sanoo:

19.2.2023 23:29

Jos mustat aukot kasvaisivat itsestään maailmankaikkeuden skaalatekijän kolmannessa potensissa, silloin ne olisivat (jos laskin oikein) kolminkertaistuneet massaltaan 5 miljardissa vuodessa ja 30-kertaistuneet 10 miljardissa. Vanhoja tähtiä on galaksissamme melko paljon, joten myös vanhoja tähdenmassaisia aukkoja pitäisi olla paljon. Jos väitetään että aukot kasvavat tuolla tavalla oudosti, niin Linnunradan tapaisissa galakseissa pitäisi olla yli tähdenmassaisia muutaman sadan tai tuhannen auringonmassan aukkoja aika paljon, ehkä jopa enemmän kuin nuoria tähdenmassaisia, koska Linnunradan tähtituotto on nykyään pienempi kuin se oli galaksin nuoruudessa. Luulisi että tuollainen näkyisi mm. gravitaatioaaltotapahtumien tilastoissa. Perinteisesti on ihmetelty pikemminkin keskiraskaiden aukkojen vähäisyyttä datoissa, eikä yliedustusta.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  20.2.2023 00:08
  
  Ensiksihän on todettava, että kirjoittajien ehdottamaa kasvumekanismia ei ole olemassa. Mustien aukkojen kasvun reunaehdot laajenevassa maailmankaikkeudessa tunnetaan yleisen suhteellisuusteorian simulaatioista, eikä niihin liity mitään mysteeriä, toisin kuin mitä kirjoittajat väittävät.
  
  Toisekseen isojen mustien aukkojen energiatiheys on paljon pienempi kuin pimeän energian energiatiheys. Sille on tiukat rajat havainnoista.
  
  Ja niin edelleen.
  
  Vastaa
  1. Eusa sanoo:
    
    20.2.2023 15:24
    
    Tai sitten pimeän energian energiataseen tulisi olla jotain aivan muuta kuin miten sen yleensä ymmärretään toimivan. Tutkimuksessa ei anneta mitään mielekästä käsittelyä tuolle vaatimukselle, joten on ad hoc -nosto eikä jatkoon.
    
    Vastaa
Kari Tanner sanoo:

20.2.2023 14:02

Hyvä kirjoitus jälleen.

Tieteellisten tutkimuksien uutisointi tavallisissa lehdissä on tosiaan ongelmallista ihan näin maalikonkin näkökulmasta. Usein se ”totuus” unohtuu kaiken ”spekulaation ja villin ideoinnin” alle, enkä tosian puhu pelkästä fysiikasta.

Sinällään ideointi ja revittely kuuluu fysiikaan ( mahdollisuus uuden löytymiseen) mutta mikä on kokonaiskuva ja relevanttia onkin toinen asia.

Osin syy on varmasti lehdistön: Ei uutta standardimallissa vs. Pimeä aine on selitetty. Kumpi myy:) 🙂

Vastaa
1. Cargo sanoo:
  
  20.2.2023 19:24
  
  Muistan joskus lukeneeni, miten Einsteinin suhteellisuusteoriasta uutisoitiin keisarillisen ajan Suomessa, ja se meni jotakuinkin näin: ”Uuden selityksen mukaan permannolle heitetyt kellot käyvät kaikki eri aikaa.” 🙂
  
  Vastaa
  1. Pekka Janhunen sanoo:
    
    20.2.2023 20:58
    
    Aivan, hyvä muistutus siitä että tiedotusvälineet ovat epäonnistuneet ennenkin, eikä se ole estänyt tiedettä saamasta tuloksia. Mutta nykyajan ongelma on että osa tutkijoista tavoittelee julkisuutta eikä keskity omaan tekemiseensä. Ehkä jopa väittävät että systeemi pakottaa.
    
    Vaikka tutkijoita on Einsteinin aikaan verrattuna enemmän, merkittäviä keksintöjä tehdään samaa tahtia kuin aiempina vuosisatoina, eli 30-100 vuoden välein. Vähän tiheämmin kuin Linnunradassa räjähtää supernovia.
    
    Vastaa
Kari Ojala sanoo:

20.2.2023 15:54

Seuraava Sabine Hossenfelderin (Ph.D, teor. fyysikko) tuore youtube-video nostaa erään ison ja mielenkiintoisen kissan pöydälle:
What’s Going Wrong in Particle Physics? (This is why I lost faith in science.)
https://www.youtube.com/watch?v=lu4mH3Hmw2o

Koska video ainakin osittain liittyy Syksyn teemaan, olisin kiinnostunut kuulemaan ajatuksia koskien Sabinen vlogia, jos ei tässä ketjussa niin kenties erillisen blogin yhteydessä. Aihehan on laaja ja ansaitsee ehkä ihan oman bloginsa Syksyltä.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  20.2.2023 16:11
  
  Sabine Hossenfelderillä on sekä aiheellista että aiheetonta kritiikkiä hiukkasfysiikkaa kohtaan (mutta yleisesti ottaen hyvä, että hänenlaisiaan kriitikoita on). En yleensä jaksa katsoa videoita, mutta voisin ehkä kommentoida hänen arvosteluaan jossain vaiheessa. Pannaan mietintään.
  
  Vastaa
Jani sanoo:

20.2.2023 21:48

Toinen asia mistä olisi kiva kuulla Syksyn kommentit on nämä tiedelehdet. Näitähän on jokunen kun mainitusta TM:stä ja hesaristakin tiedeosio löytyy. Mitkä olisivat suomenkielinen ja englanninkielinen tiedelehti jotka kannattaisi tilata?

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  20.2.2023 21:50
  
  Tähdet ja avaruus on tähtitieteen alalta hyvä lehti.
  
  Englanninkielisistä suosittelen lehtiä Quanta ja Aeon.
  
  https://www.quantamagazine.org/
  
  https://aeon.co/science
  
  Vastaa
Martti V sanoo:

24.2.2023 15:31

Ilmeisesti on epäselvää miten mustat aukot kasvoivat niin nopeasti kosmoksen syntyaikoina. JWTS uusimmat havainnot kielii, että galaksit kehtittyivät myös nopeasti. Kenties pimeäenergia oli aiemmin vähemmän.

Vastaa
Erkki Kolehmainen sanoo:

25.2.2023 12:09

Pekka Janhusen kommentti oli hyvä: ”Aivan, hyvä muistutus siitä että tiedotusvälineet ovat epäonnistuneet ennenkin, eikä se ole estänyt tiedettä saamasta tuloksia. Mutta nykyajan ongelma on että osa tutkijoista tavoittelee julkisuutta eikä keskity omaan tekemiseensä. Ehkä jopa väittävät että systeemi pakottaa.”

Tämä pitää paikkansa muunkin kuin tieteen suhteen. Esim. Sanoma Median IS levittää pelkästään Ukrainan sotapropagandaa antamatta millekään muulle sijaa!

Tieteen popularisointi on vaikeaa. Ihmiset eivät tunne tieteen terminologiaa eivätkä edes perusteita. Oma väitöskirjani käsitteli sappihappojen solubilisaatio-ominaisuuksia. Tein siitä A4-kokoisen lehdistötiedotteen. Savon Sanomat julkaise sen sellaisenaan. Hesarin toimittaja päätti editoida minun tekstiäni sillä seurauksella, että 24 hiiliatomia sisältävistä sappihapoista tuli sinihappoa HCN! Hesari ei korjannut virhettään, vaikka pyysin sitä. Janne Virkkunen oli silloin Hesarin päätoimittaja.

Yleisesti ottaen jonkin teorian oikeaksi todistaminen on vaikeaa. Vaikka teoria antaisi oikean tuloksen kaikissa tunnetuissa tapauksissa, se ei takaa, että näin olisi jatkossa. Newtonin mekaniikalla selvittiin aika kauan, mutta lopulta suhteellisuusteoria syrjäytti sen tai Newtonin mekaniikka sisältyy uuteen teoriaan rajatapauksena. Teorian vääräksi osoittamiseen tarvitaan vain yksi koe!

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  27.2.2023 17:26
  
  Jätetään keskustelu sotauutisoinnista muille foorumeille.
  
  Teorioiden osoittaminen vääriksi havainnoilla on itse asiassa hieman monimutkaisempaa, ks. https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/edistys-ja-rappio/
  
  Vastaa

Vastaa Peruuta vastaus

Palikkatesti

30.1.2023 klo 22.51, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Kirjoitin viime kuussa siitä, miten Gerardus ‘t Hooft ja Martinus J. G. Veltman vuonna 1971 osoittivat, että hiukkasfysiikan Standardimallissa on vain äärellinen määrä erilaisia vuorovaikutuksia hiukkasten välillä. Tämän läpimurron takia Standardimallista voi luotettavasti ennustaa havaintoja ilman lisäoletuksia.

Standardimalli kuvaa kaikkea tunnettua fysiikkaa gravitaatiota lukuun ottamatta, joten tulos oli hyvin merkittävä. Todistuksessa käytetty menetelmä, renormalisaatio, on myös suuresti johdattanut hiukkasfysiikkaa vuosikymmenien ajan, mutta ei aina hedelmälliseen suuntaan.

Kun kvanttikenttäteoriaa lähdetään rakentamaan, siinä on yleensä vain pieni määrä erilaisia vuorovaikutuksia kenttien välillä. Esimerkiksi sähkömagnetismin tapauksessa niitä on vain yksi: sellainen missä elektroni lähettää fotonin.

Erilaisia tapahtumia voidaan selittää kasaamalla yhdestä palikasta isompia kokonaisuuksia. Jos sen kääntää ajassa ympäri, niin saa vuorovaikutuksen, missä elektroni vastaanottaa fotonin. Jos tämän laittaa yhteen edellisen palikan kanssa, tuloksena on tapahtuma, missä elektronit vuorovaikuttavat toistensa kanssa vaihtamalla fotonin. Tämä kuvaa sitä, miten sähkövaraukset hylkivät toisiaan. Laittamalla samat kaksi palikkaa hieman eri järjestykseen saa tapahtuman, missä elektroni ja sen antihiukkanen positroni annihiloituvat, eli häviävät ja synnyttävät kaksi fotonia.

Sähkövarausten hylkiminen ja aineen ja antiaineen annihilaatio vaikuttavat aivan erilaisilta ilmiöiltä, mutta kvanttikenttäteoriassa ne ovat samanlaisia yksinkertaisia seurauksia sähkömagnetismin perusvuorovaikutuksesta.

Mitä tarkemmin kvanttiefektejä laskee, sitä useampia uudenlaiselta näyttäviä palikoita ne tuovat mukaan teoriaan. Jos teoria on renormalisoituva, nämä kaikki vuorovaikutukset voidaan kuitenkin esittää alkuperäisten palikkojen avulla.

Esimerkiksi sähkömagnetismissa alkuperäinen vuorovaikutus, missä elektroni lähettää fotonin, näyttää yksinkertaiselta vain jos sitä katsoo karkeasti. Syvemmälle syynätessä näkyy, että karkeampi kuva koostuu pienemmistä osasista, joissa on sitä enemmän palikoita mitä tarkemmin katsoo. Elektronin sähkövaraus (eli se, miten vahvasti se kytkeytyy fotoniin) riippuu fotonin energiasta, mutta vuorovaikutus säilyy muuten samanlaisena. Renormalisoituvassa teoriassa tarkemmat laskut paljastavat vain hienompaa rakennetta alkuperäisissä vuorovaikutuksissa, eivät tuo mukaan muuta uutta.

Kvanttikorjauksissa kaikki kentät vuorovaikuttavat toisiinsa. Standardimallissa Higgsin hiukkasen (ja vain Higgsin hiukkasen) massa on herkkä näille kvanttikorjauksille. Niiden kautta isomassaiset hiukkaset tekevät myös Higgsistä raskaan: Higgsin massa on suunnilleen yhtä iso kuin raskaimman hiukkasen massa.

Standardimallissa näin on. Higgs on suunnilleen yhtä raskas kuin top-kvarkki, raskain tunnettu hiukkanen. Mutta jos raskaampia hiukkasia on olemassa, miksi Higgsin hiukkasen massa on pienempi kuin niiden? Tämä kysymys tunnetaan nimellä hierarkiaongelma, ja siitä on kirjoitettu satoja tai tuhansia tieteellisiä artikkeleita.

Hierarkiaongelman taustalla on se, että 1970-luvulla ajateltiin, että Standardimalli on osa suurta yhtenäisteoriaa. Suuren yhtenäisteorian toistaiseksi tuntemattomien hiukkasten pitää olla paljon raskaampia kuin tunnettujen, koska muuten niistä olisi nähty merkkejä.

Tämä johdatti supersymmetriana tunnetun idean soveltamiseen hiukkasfysiikkaan. Supersymmetria katkaisee Higgsin riippuvuuden raskaampien hiukkasten massoista. Toinen yritys oli tekniväri, missä Higgs ei ole alkeishiukkanen. Silloin Higgsin massa (kuten kvarkeista ja gluoneista koostuvan protonin massa) määräytyy siitä millaisia osia siinä on ja miten ne vuorovaikuttavat, eivätkä raskaammat hiukkaset vaikuta siihen.

Yhteistä molemmille selityksille on se, että Higgsin massaa vastaavilla energioilla pitäisi näkyä uutta fysiikkaa, joka muuttaa Higgsin käytöstä siitä mitä Standardimallin ennustaa.

Nyt LHC–hiukkaskiihdyttimessä on luodattu energioita, jotka ovat Higgsin massaa kymmenen kertaa isompia, eikä supersymmetriasta, tekniväristä tai muista Standardimallin laajennuksista ole näkynyt merkkiäkään. Niinpä yhä useampi fyysikko saattaa olla valmis ratkaisemaan ongelman yksinkertaisella tavalla: ehkä Higgs ei ole raskaampi siksi, että raskaampia hiukkasia ei ole olemassa.

Raskaampia hiukkasia ei välttämättä tarvita kosmologian neljän suuren avoimen ongelman ratkaisemiseen. Vuodesta 2007 alkaen on hahmotettu, että kosmisen inflaation voi hoitaa Higgsillä. Pimeä aine sekä aineen ja antiaineen epäsuhta voidaan selittää uusilla hiukkasilla, jotka ovat Higsin hiukkasta kevyempiä, erimerkiksi aksioneilla tai oikeakätisillä neutriinoilla kuten kauniissa NUMSM–mallissa. Neljättä ongelmaa, kiihtyvää laajenemista, ei taasen yleensä edes yritetä selittää raskailla hiukkasilla.

Tässä on se hyvä puoli, että kevyempiä hiukkasia voi olla helpompi havaita kuin raskaita, koska niiden tuottamiseen tarvitaan vähemmän energiaa. Havaitsemista toisaalta vaikeuttaa se, että monet ehdotetut uudet kevyet hiukkaset (kuten aksionit ja oikeakätiset neutriinot) vuorovaikuttavat hyvin heikosti. Osa teoreetikoista ja kokeilijoista onkin kääntynyt kaavailemaan energioiden kasvattamisen sijaan törmäysten määrän nostamista kiihdyttimissä heiveröisten vuorovaikutusten erottamiseksi, kuten ehdotetussa CERNin SHIP-kokeessa.

29 kommenttia “Palikkatesti”

Lentotaidoton sanoo:

31.1.2023 13:32

”Osa teoreetikoista ja kokeilijoista onkin kääntynyt kaavailemaan energioiden kasvattamisen sijaan törmäysten määrän nostamista kiihdyttimissä heiveröisten vuorovaikutusten erottamiseksi, kuten ehdotetussa CERNin SHIP-kokeessa.”

Mielenkiintoinen koe, mutta muutama vuosi saadaan vielä odotella:
The construction and installation will last until the third long shutdown of the LHC and the data taking is assumed to start in 2026.
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/878/1/012014/pdf
myös täällä:
https://arxiv.org/pdf/2112.01487.pdf

Vastaa
Cargo sanoo:

31.1.2023 18:04

”Jos teoria on renormalisoituva, nämä kaikki vuorovaikutukset voidaan kuitenkin esittää alkuperäisten palikkojen avulla.”

Tuli mieleen, että voisiko tuota palikoiden ynnäämistä verrata optiikan aalto-oppiin ja Huygensin periaatteeseen, jossa jokainen aaltorintaman piste toimii uutena aaltoilun lähteenä? Huygensin periaate selittää ilmiöitä, mutta sen epäfysikaalinen idea laskea kaikki luvuttomat säteilylähteet yhteen johtaa ymmärtääkseni äärettömiin tuloksiin. Lopulta kai Kramers selitti valon dispersion Fourierin menetelmien avulla – ja Heisenberg nappasi siitä idea kvanttimekaniikkaansa kuvaamaan hiukkasen olemattoman liikeradan paikkaa ja liikemäärää käänteisten Fourierin sarjojen avulla. Voisiko siis tuo kvanttikenttäteorian palikkalaskenta vastata jotakin sopivaa muunnosta, joka sitten selittää havainnot ilman approksimaatioita?

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  31.1.2023 18:11
  
  Ei, renormalisaatio on monimutkaisempi asia.
  
  Vastaa
Erkki Kolehmainen sanoo:

4.2.2023 10:12

”…tuloksena on tapahtuma, missä elektronit vuorovaikuttavat toistensa kanssa vaihtamalla fotonin. Tämä kuvaa sitä, miten sähkövaraukset hylkivät toisiaan.” Järkeenkäypä selitys. Entä jos elektroni on sidottu atomiin tai molekyylin kovalenttiseen sidokseen? Sepä ei enää hyväksyykään mitä tahansa fotonia vaan sellaisen, jonka energia vastaa elektronin sallittujen energiatilojen erotusta. Kuinka suuri osa maailman kaikista elektroneista on vapaita ja kuinka suuri osa sidottuja? Kyse on siis elektronien demokratiasta!

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  4.2.2023 16:16
  
  Vain pieni osa aineesta on muodostanut tähtiä tai planeettoja, suurin osa on yhä kaasuna avaruudessa. Tähdistä tuleva valo on rikkonut suurimman osan kaasusta atomit siten, että elektronit ovat irtonaisina. Suurin osaa maailmankaikkeuden elektroneista on siis vapaita. (En nyt osaa sanoa tarkkaa lukumäärää.)
  
  Vastaa
  1. Lentotaidoton sanoo:
    
    5.2.2023 12:19
    
    Niin maailmankaikkeuden koko energiabudjetista vain noin 5% on (tavallista) baryonista ainetta. Ja siitäkin galaksien tähtien osuus on vain n 7%. Loppu on kylmää/lämmistä/kuumaa kaasua galakseissa ja galaksienvälisessä avaruudessa.
    https://sci.esa.int/web/xmm-newton/-/60430-the-cosmic-budget-of-ordinary-matter
    
    Vastaa
Eusa sanoo:

5.2.2023 16:45

t’Hooftin nimi kirjoitettu väärin.

Mitä mieltä olet hänen viimeaikaisista mustan aukon tutkimuksistaan, joissa ollaan päätymässä siihen, ettei tapahtumahorisontin sisäpuolta ole tai se on epäonnistunut käsite?

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  5.2.2023 20:57
  
  Millä tavalla väärin? Oikea muoto on ’t Hooft, ei t ’Hooft.
  
  En ole lukenut noita papereita. En muutenkaan seuraa tutkimusta mustien aukkojen ja kvanttifysiikan yhteensovittamisesta.
  
  Vastaa
  1. Eusa sanoo:
    
    5.2.2023 23:12
    
    Hups. Muistin heittopilkun paikan tosiaan itse väärin. Viestivaihdossa näkyy jatkuvasti ilman pilkkua ”t Hooft”.
    
    Mustan aukon tutkimus linkittyy energiajakaumamuutosten tilassa eli gravitaation kvantittamiseen ja kvanttimekaniikan yhteensovittamiseen yleisen suhteellisuuden kanssa.
    
    Vastaa
    1. Eusa sanoo:
      
      5.2.2023 23:14
      
      Siis suosittelen kyllä seuraamaan tuota tutkimuslinjaa.
      
      Vastaa
  2. Lentotaidoton sanoo:
    
    5.2.2023 23:39
    
    Niin nämä Hollantilaiset nimet on hauskoja. Jos tämän fyysikon nimellä (ilman etunimeä) aloittaa lauseen niin ensimmäisenä tulee yläheittomerkki. Esim näin:
    ’t Hooft is most famous for his contributions to the development of gauge theories in particle physics.
    
    Vastaa
taas se meni venäjille sanoo:

6.2.2023 12:10

tarvitaanko singulariteettia edes? käsite ”ääretön tiheys” on järjenvastainen; auringosta tulee musta aukko jos se puristuu 3km mittaiseksi eikä nollatilavuuteen

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  6.2.2023 12:50
  
  Yleisen suhteellisuusteorian mukaan aineen romahtaessa mustan aukon sisällä syntyy singulariteetti, jossa tiheys kasvaa rajatta eikä yleinen suhteellisuusteoria enää päde.
  
  Mutta koska kvanttifysiikkaa ja yleistän suhteellisuusteoriaa ei ole saatu kunnolla sovitettua yhteen, eo olla varmoja siitä, mitä mustien aukkojen sisällä tapahtuu.
  
  Kun kysymys ei liity merkinnän aiheeseen, niin ei siitä sen enempää.
  
  Vastaa
Eusa sanoo:

7.2.2023 07:23

Mikä puoltaisi sitä, että oikeakätisyys tekisi neutronista hiukkasen omillaan eikä pelkästään antihiukkasta?

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  7.2.2023 12:04
  
  Kyse on neutriinoista, ei neutroneista. Tarkemmin, ks. https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kauneusvirheen-korjaaminen/
  
  Vastaa
  1. Eusa sanoo:
    
    8.2.2023 02:03
    
    Totta kai neutriinoista kyse, typo-erhe.
    
    Linkkaamassasi artikkelissa et käsitellyt antineutriinoja.
    
    Onko niin, että jos neutriino lopulta osoittautuisi Majorana-hiukkaseksi ollen helisiteettinsä perusteella hiukkanen tai antihiukkanen, välttämättä se varmistuisi massattomaksi ja makuoskillaatioteoria menisi romukoppaan?
    
    Toinen yleisesti hellitty idea symmetriarikosta neutriinoissa ja sitä kautta aine-antiaine-epätasapainon selitysmalli taitaisi myös olla vaikeuksissa mikäli noin osoittautuisi olevan.
    
    Onko tiedossasi mitään vakavaa tutkimusta tuollaisella skenaariolla?
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      8.2.2023 14:06
      
      Majorana-neutriinoilla voi olla massa. Itse asiassa useimmissa neutriinojen massoja selittävissä malleissa neutriinot ovat Majorana-neutriinoja.
      
      Vastaa
      1. Eusa sanoo:
        
        8.2.2023 14:40
        
        Silloin massallisuus hoituu seesaw-mekanismin massamatriisilla Majorana-vaihein, mikä ei nyt aivan ”rehellistä” ole.
        
        Massattomuusolettama on havainnoista päätellen kuitenkin varsin vahvoilla, sillä neutriinot vaikuttavat liikkuvan aina nopeudella c oikeakätisellä helisiteetillä ja antineutriinot aina nopeudella c vasenkätisellä helisiteetillä. Massalliselle hiukkaselle luontaista kiraliteetin invarianttia rakennetta ei ole todennettu.
        
        Edelleen olisin kiinnostunut tutkimuksesta, jossa lähtökohtana neutriinojen aito massattomuus ja silti makujen sekoittuminen etenemisessä.
      2. Syksy Räsänen sanoo:
        
        8.2.2023 14:46
        
        Tämä ei ole totta. Tiedetään, että ainakin kahdella kolmesta tunnetusta neutriinosta on massa. Ei siitä tässä sen enempää.
        
        Neutriinoista ja niiden massoista, ks.
        
        https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/sekoittumista/
        
        https://web.archive.org/web/20220820021821/http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/pikkupuolueettomien_epamaaraisyytta
        
        https://web.archive.org/web/20220924155504/http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/pikkupuolueettomien_taustoja
      3. Syksy Räsänen sanoo:
        
        12.2.2023 18:50
        
        Ei nyt tässä neutriinoista sen enempää, kun ovat sivuseikka merkinnässä.
Cargo sanoo:

7.2.2023 22:18

”Erilaisia tapahtumia voidaan selittää kasaamalla yhdestä palikasta isompia kokonaisuuksia. Jos sen kääntää ajassa ympäri, niin saa vuorovaikutuksen, missä elektroni vastaanottaa fotonin. Jos tämän laittaa yhteen edellisen palikan kanssa, tuloksena on tapahtuma, missä elektronit vuorovaikuttavat toistensa kanssa vaihtamalla fotonin. Tämä kuvaa sitä, miten sähkövaraukset hylkivät toisiaan. Laittamalla samat kaksi palikkaa hieman eri järjestykseen saa tapahtuman, missä elektroni ja sen antihiukkanen positroni annihiloituvat, eli häviävät ja synnyttävät kaksi fotonia.”

Voiko aika kulkea noiden vuorovaikutusten ja alkutilojen suhteen molempiin suuntiin? Meinaan vaan, että miksi kahden fotonin pitäisi ylipäätään vuorovaikuttaa keskenään ja muodostaa hiukkaisia, ja juuri elektroni-positroni-parin juuri samoilla nopeuksilla. Jos tämä käytönnön mahdottomuus ilmenee myriadeissa vuorovaikutustilanteissa (jotka vieläpä virtuaalisia?), niin miten ajan suuntaa voitaisiin kääntää edes periaatteessa? Mielestäni aika on pohjimmiltaan tilastollinen käsite, jonka vieminen kvanttivärinän paikallistasolle on vain filosofien kuumeista houreilua.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  7.2.2023 23:53
  
  En ole varma ymmärränkö kysymystä. Kaikki hiukkaset vuorovaikuttavat jollain tavalla muiden hiukkasten kanssa. Teoria kertoo todennäköisyyden sille, vaikuttavatko ne tietyssä tilanteessa ja millä tavalla.
  
  Siitä mitä tiedämme ajasta, ks. https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kaksi-tarinaa-ajasta/ (Ei siitä sen enempää, koska ei liity merkinnän aiheeseen.)
  
  Vastaa
  1. Cargo sanoo:
    
    8.2.2023 11:57
    
    Onko tuo kahdesta fotonista syntyvä elektroni-positroni-pari kuinka spontaani prosessi? Jos ”sallitussa” prosessissa entropia kasvaa ja energia leviää, niin mikähän tuollaisen aineenmuodostuksen voisi saada aikaan. Esimerkiksi kvanttivärinän stimuloima fotonin emissio vetyatomissa on selvästi spontaani prosessi, sillä säteilyenergiaa leviää ja elektroni siirtyy alemmalle energiatasolle. (Tämä varmaankin liittyy ajan nuoleen, mutta siitä en nyt tohdi kysyä, koska ei liity merkinnän aiheeseen.)
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      8.2.2023 14:09
      
      Kun kaksi hiukkasta -olivatpa ne fotoneita tai protoneita- kohtaavat, niillä on todennäköisyys vuorovaikuttaa keskenään. Kvanttikenttäteoria kertoo, mitkä ovat erilaisten todennäköisyyksien mahdollisuudet, esimerkiksi että fotonit muuttuvat elektroneiksi tai joiksikin muiksi hiukkasiksi. Tähän ei tarvita mitään hiukkasista ylimääräistä. Termiä spontaani ei kuitenkaan käytetä tässä yhteydessä.
      
      Vastaa
Eusa sanoo:

12.2.2023 21:18

Mitähän blogi-isäntä sekoilee? Kaksi merkityksetöntä kommenttimerkintää… ?

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  13.2.2023 01:13
  
  Pahoitteluni, wifi saattoi takkuilla. Poistin tyhjät kommentit nyt.
  
  Vastaa
Martti V sanoo:

14.2.2023 22:46

Vaikka higgs vastaisi inflaatiosta se ei tarkoita, ettei ennen inflaatiota olisi ollut raskaampia hiukkasia. Hiukkaskokeet ovat niin kaukana vaaditusta energiaskaalasta, ettei voida vetää johtopäätöksiä.. Sen sijaan standardimallista poikkeavia ilmiöitä on viime aikoina havaittu (esim Beta hajoamis kokeet) – toki poikkeavuudet ovat odotetusti hyvin pieniä.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  15.2.2023 12:02
  
  Oleellista on se, kuinka isoja poikkeamat ovat suhteessa tilastollisiin ja systemaattisiin virheisiin. Tällä hetkellä maanpäällisissiä kokeissa ei ole havaittu mitään poikkeamia Standardimallista (neutriinojen massoja lukuun ottamatta), jotka olisivat tilastollisesti merkittäviä ja joissa systemaattiset virheet ovat pieniä (mukaan lukien epävarmuudet teoreettisissa ennusteissa).
  
  Vastaa
  1. Lentotaidoton sanoo:
    
    16.2.2023 11:58
    
    On ymmärrettävää, että Standardimallin tuonpuoleista fysiikkaa haetaan kissoin koirin (kun tiedetään osin Standarditeorian ilmeiset puutteet). Ja tiedetään myös tämänhetkinen kiihdyttimien (esim LHC) suhteellisen pienet energiat. Tässä suurimmat pettymykset ehkä on koettu supersymmetrian osalta. On kuitenkin ilmeinen totuus, että energian ”korpimailla” Planckin energiaan täytyy tulla vastaan uutta teoriaa (ja uusia hiukkasia).
    
    Tästä tilanteesta ja tilanteessa uudisnälkäinen media yrittää joskus väkisin vääntää ”sensaatioita”. Osittain hyvä, osittain huono asia. Tuo Syksyn mainitsema tilastollisen poikkeavuuden merkitävyys vain joskus räikeästi unohtuu tiede-otsikoinnissa.
    
    Vastaa

Vastaa Peruuta vastaus

Sulka ja vasara

24.1.2023 klo 19.53, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Toinen elokuuta vuonna 1971 David Scott pudotti oikeasta kädestään haukansulan ja vasemmasta vasaran. Koska hän oli Kuussa, missä ei ole ilmakehää, ne osuivat kamaraan yhtä aikaa. Nauhoitus on katsottavissa avaruusjärjestö NASAn YouTube-kanavalla. Siinä Scott sanoo leikillisesti, että koska Galileo Galilei on yksi syy siihen, että hän oli Kuussa, se on hyvä paikka varmistaa tämän teoria siitä, että kaikki kappaleet putoavat samaa tahtia niiden koostumuksesta riippumatta.

Galilei oli pohtinut 1600-luvulla kappaleiden pudottamista Pisan kaltevasta tornista, mutta ei ilmeisesti koskaan tehnyt sellaista koetta. Sen sijaan hän vertasi erimassaisia heilureita ja totesi, että ne kaikki liikkuvat samalla tavalla, noin prosentin tarkkuudella.

Isaac Newtonin gravitaatioteoria selitti ilmiön vuonna 1686. Sen mukaan kappaleen kiihtyvyys on verrannollinen siihen kohdistuvaan voimaan jaettuna kappaleen massalla, ja gravitaatiovoima on verrannollinen kappaleen massaan. Massiivisempiin kappaleisiin kohdistuu isompi voima, mutta niitä pitää myös puskea enemmän, joten kappaleet liikkuvat samalla tavalla massasta riippumatta.

Selitys avaa kuitenkin heti uuden kysymyksen. Painava massa (joka määrää gravitaation voimakkuuden) ja hitausmassa (joka kertoo miten paljon kappaleita pitää työntää) ovat aivan erilaisia asioita. Esimerkiksi sähkövoima on verrannollinen sähkövaraukseen massan sijaan, joten eri kappaleet liikkuvat eri tavalla sähkökentässä. Miksi gravitaatiovaraus eli painava massa sen sijaan liittyy hitauteen?

1800-luvun lopulle tultaessa fyysikko Loránd Eötvös oli kasvattanut painavan massa ja hitausmassan eron mittauksen tarkkuutta prosentin miljoonasosaan. Kehittäessään yleistä suhteellisuusteoriaa vuodesta 1907 alkaen Albert Einstein otti yhdeksi lähtökohdaksi tämän oudon yhteensattuman massojen välillä. Hän arveli, että gravitaatio ja hitaus liittyvät toisiinsa siksi, että gravitaatiossa on kyse aika-avaruuden ominaisuuksista.

Idea vei Einsteinin oikealle polulle, ja yleinen suhteellisuusteoria lopulta selitti asian tyydyttävästi. Sen mukaan gravitaatio ei ole voima, vaan aika-avaruuden kaarevuuden ilmentymä. Kappaleet joihin ei vaikuta voimia liikkuvat suoraa reittiä kaarevassa aika-avaruudessa. Suorat reitit ovat samoja kaikille, ne eivät riipu siitä kuka niitä kulkee.

Tapaus havainnollistaa sitä, että joskus ratkaiseva vihje oikean teorian löytämiselle fysiikassa ei liity ristiriitaan havaintojen ja teorian välillä. Painavan massan ja gravitaatiomassan läheisyys 1800-luvun lopulla ei ollut ristiriidassa minkään teorian tai muun havainnon kanssa. Empiirisyydessä on kyse paljon muustakin kuin teorioiden ennusteiden vertaamisesta havaintoihin. Joskus kokeet jotka eivät löydä mitään ovat yhtä tärkeitä kuin kokeet, jotka paljastavat jotain uutta.

Sitä putoavatko kappaleet samalla tavalla on sitten Einsteinin päivien mitattu monin tavoin. Yksi keino on verrata Maan ja Kuun liikettä Auringon ympäri. Jos ne eivät putoa (eli kierrä) samaa tahtia, niin Maan ja Kuun etäisyys toisistaan muuttuu ajan myötä. Apollo 15 -lento, jossa Scott oli mukana, jätti Kuuhun peilin, joka heijastaa valonsäteet takaisin niiden tulosuuntaan. Myös lennot Apollo 11 ja 14 sekä Lunokhod 1 ja 2 veivät vuosina 1969-73 tällaisia peilejä Kuuhun. Mittaamalla lasersäteen matka-ajan Maasta Kuussa olevaan peiliin ja takaisin niiden etäisyyden muutosta voidaan seurata millimetrien tarkkuudella. Kokeiden mukaan Kuu ja Maa kiertävät Aurinkoa samalla tavalla ainakin kymmenestuhannesosan miljardisosan tarkkuudella.

Tiukimman rajan on antanut vuonna 2016 laukaistu MICROSCOPE-satelliitti, jonka tulokset julkaistiin viime syyskuussa. MICROSCOPEn sisällä oli kaksi eri metalleista valmistettua sisäkkäistä sylinteriä, ja kokeessa seurattiin liikkuvatko ne toistensa suhteen. Kuten Kuussa, kiertoradalla on rauhallisempaa kuin kaikenlaisista häiriöistä kärsivällä Maapallolla. Koeryhmä totesi, että kappaleet putoavat samalla tavalla miljoonasosan miljardisosan tarkkuudella.

Nykyään näitä kokeita tehdään juuri siksi, että yleisen suhteellisuusteorian mukaan mitään ei pitäisi näkyä. Samaa tahtia putoaminen on herkkä testi siitä, minne yleisen suhteellisuusteorian pätevyysalue ulottuu. On satoja laajennuksia yleiselle suhteellisuusteorialle, ja monissa niistä kappaleet putoavat hieman eri tavalla. Yli sadan vuoden ajan yleinen suhteellisuusteoria on selvinnyt kaikista kokeista, mutta koetus jatkuu.

35 kommenttia “Sulka ja vasara”

Antti sanoo:

25.1.2023 02:40

tippuuko ne myös kvanttimaailman kokoluokassa samaan aikaan vai onko siinä joku

vähimmäiskoko johon kokeen rajat tulevat vastaan?

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  25.1.2023 13:02
  
  Hyvä kysymys. Yksittäisten hiukkasten, jotka ovat tilassa jossa kvanttiefektit ovat merkittäviä, putoamista gravitaatiokentässä on mitattu. Tuloksena on, että ne putoavat samaa tahtia. Teoreettisesti jossain vaiheessa myös gravitaatiota pitäisi käsitellä kvanttifysiikan mukaisesti, mutta se lienee vielä kokeista kaukana. (Lukuun ottamatta kosmista inflaatiota varhaisessa maailmankaikkeudessa.)
  
  Vastaa
Rotannahka sanoo:

25.1.2023 09:08

painovoimalain toimivuudesta erittäin pienillä etäisyyksillä;
mikäli teemme reiän omenan läpi, ja muurahainen kävelee tämän kautta omenan keskiöön – eikö Newtonin lain m1 x m2 / r^2 mukaan painovoiman pitäisi lähestyä ääretöntä välimatkan lähestyessä nollaa?

kiitos!

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  25.1.2023 12:49
  
  Ei, koska massa menee nollaan.
  
  Vastaa
  1. Rotannahka sanoo:
    
    1.2.2023 09:05
    
    Miksi maa vetää muurahaista yhä puoleensa, jos massa on nolla?
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      1.2.2023 12:59
      
      Muurahaisen massa ei ole nolla.
      
      Vastaa
      1. Rotannahka sanoo:
        
        1.2.2023 13:23
        
        Juurihan Te sanoitte massan ”menevän nollaan”?
        käsitinkö taas väärin
      2. Syksy Räsänen sanoo:
        
        1.2.2023 13:34
        
        Tarkoitin muurahaista puoleensa vetävää massaa, en muurahaisen massaa. Kun muurahainen lähestyy omenan keskipistettä, muurahaisen ja keskipisteen välissä oleva massan määrä lähestyy nollaa, koska muurahaisen ja keskipisteen välissä oleva tilavuus lähestyy nollaa.
      3. Rotannahka sanoo:
        
        1.2.2023 15:46
        
        Eikö kaavassa lasketa nimenomaan muurahaisen & omenan massa – eikä näiden välistä massaa?
        Entä omenan keskiössä oleva ilma, meneekö tämännkin massa nollaan?
      4. Syksy Räsänen sanoo:
        
        1.2.2023 15:57
        
        Jos aineen tiheys on vakio, tilavuuden V sisältämä massa on tiheys kertaa V. Pallosymmetrisessä tapauksessa tilavuus on 4 pi/3 kertaa r^3, missä r on pallon säde. Pallosymmetrisen massan gravitaatiovoima Newtonin teoriassa on verrannollinen massaan per säde^2, toisin sanoen r^3/r^2=r. Gravitaatovoima on siis sitä pienempi, mitä lähempänä keskustaa ollaan.
        
        Tämä riittäköön tästä.
Erkki Kolehmainen sanoo:

25.1.2023 15:49

Jos tuon kuussa demonstroidun kokeen tekijä olisi ollut neuvostoliittolainen, niin silloin olisi pudotettu sirppi ja vasara. Toki sulka ja vasara ovat parempi pari ilmanvastuksen vaikutuksen osoittamiseksi! Kokeiden tekemisessä on kaksi optiota. Ensinnä voi yrittää tehdä koe tarkemmin ja paremmin kuin ennen. Esim. Syksyn kuvaaman ”tonni tankissa” kokeen Xe-pöntön kokoa voidaan kasvattaa. jolloin halutun havainnon todennäköisyys kasvaa. Ei kovin luovaa ajattelua. Toinen tapa on suunnitella kokokaan uusi koe, mikä vaatii innovaatiokykyä ja uutta teoreettista ajattelua. Aika usein mennään tuon ensiksi mainitun kaavan mukaan eli ainoa innovaatio on laitteen koon kasvattaminen, kunnes taloudelliset realiteetit lopettavat käytännössä laitteen kehittämisen.

Vastaa
Cargo sanoo:

25.1.2023 18:37

”Painava massa (joka määrää gravitaation voimakkuuden) ja hitausmassa (joka kertoo miten paljon kappaleita pitää työntää) ovat aivan erilaisia asioita.”

Kun Newton päätteli F=ma, niin eikö hän käyttänyt painovoimaa apunaan? Meinaan vaan, että ehkei hitausmassaa ole määritelty riippumattomalla tavalla painavaan massaan nähden.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  26.1.2023 13:02
  
  En tiedä miten historiallisesti Newtonin päätyi lakiin F=ma. Toki hän gravitaatiolaissaan oletti, että painava massa on sama kuin hitausmassa. Tämä ei muuta sitä, että ne ovat eri käsitteitä, eikä hänen teoriansa selitä sitä, miksi ne ovat yhtäsuuria.
  
  Vastaa
  1. Cargo sanoo:
    
    26.1.2023 13:57
    
    Jos kappale on käytännössä lokalisoitunut klimppi sidosenergiaa, niin eikö kaavan E = mc^2 kautta klassisen liikkeen tarkastelu siirry painavan massan aiheuttaman liikkuvan kaareutuman tarkasteluun?
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      26.1.2023 13:59
      
      En ole varma ymmärränkö kysymystä. Aine ja aika-avaruus ovat erillisiä asioita. Kappaleet eivät ole osa aika-avaruutta, ne liikkuvat siinä ja kaareuttavat sitä.
      
      Vastaa
      1. Cargo sanoo:
        
        27.1.2023 08:56
        
        Koitin kait puntaroida, että hitaus- ja painomassaan pitäisi suhtautua kuten erilaisiin energialajeihin, joiden välillä on omat muunnoksensa, eli kyse on lopulta samasta asiasta.
        
        Tuli muuten mieleen ajatuskoe. Jos kaksi erimassaista kappaletta kulkee rinnakkain samansuuntaisesti sekä ulkopuolisen tarkkailijan kannalta vakionopeudella, ja pieneen massaan kohdistetaan jarruttava vastavoima, joka saa kappaleen pysähtymään ulkopuolisen tarkkailijan koordinaatiston origon kohdalla, niin mistä suuren kappaleen liike-energia, joka pienempi kappale havaitsee, oikein kumpuaa – sitä kun ei voi taikoa tyhjästä? Jos siis kaikki ovat omalta osaltaan oikeassa, niin eikö kappaleisiin vaikuttava hitausvoima ole yksi yhteen jonkin kiihtyvyyttä mallintavan koordinaatiston kanssa? Ja tuohon kaiken kattavaan koordinaatistoon vaikuttaa sitten kaikki mahdollinen massa-energia, jolloin mielivaltaisen kappaleen hitaus on jo kosminen ilmiö 🙂
      2. Syksy Räsänen sanoo:
        
        27.1.2023 11:45
        
        Kysymäsi tilanne on sama kuin seuraava. Otat kanssasi levossa olevan pallon käteen ja heität sen. Pallo saa liike-energiaa koska kohdistat siihen voimaa. Tämä ei liity yleiseen suhteellisuusteoriaan, eikä siitä tässä sen enempää.
Nova sanoo:

25.1.2023 19:04

Ilmeisesti Maan liikettä Auringon ympäri voi ajatella siten, että Aurinko kaareuttaa avaruutta ja Maa liikkuu kyllä suoraviivaisesti, mutta tätä kaarevaa avaruutta pitkin? Tämän ymmärrän siten, että Maa on jo valmiiksi liikkeessä ja seuraa Auringon kaareuttamaa ”rataa”. Kuinka yleisen suhteellisuusteorian mukaan tulisi ajatella haukansulan pudottamista Kuussa? Mikä saa sulan liikkeeseen kohti Kuun pintaa, kun se päästetään irti ja Kuu ei sitä Newtonin gravitaation omaisesti vedä puoleensa?

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  26.1.2023 13:07
  
  Newtonin klassisen mekaniikan mukaan ei ole fysikaalista eroa, onko paikallaan vai liikkuuko vakionopeudella, eli se yhdisti levon ja tasaisen liikkeen. Suppeassa suhteellisuusteoriassa tilanne on sama.
  
  Yleisen suhteellisuusteorian mukaan ei ole fysikaalista eroa, onko paikallaan, liikkuuko vakionopeudella vai putoaako gravitaatiokentässä. Einstein käytti teoriaa muotoillessaan ajatuskoetta siitä, että on hississä, jonka vaijeri on leikattu. Mistä tietää putoaako vai onko paikallaan painottomassa tilassa? Vastaavasti Galilei teki ajatuskokeen siitä, että on tasaisesti kulkevan laivan hytissä. Mistä tietää, onko paikallaan vai liikkeessä?
  
  Kun Scott piti haukansulkaa kädessään, se liikkui suoraa reittiä aika-avaruudessa. Reitin suunnan (kohti Kuun keskustaa) määrää se, miten Kuu kaareuttaa aika-avaruutta.
  
  Samaan tapaan sähkömagnetismissa sähköisesti varattujen hiukkasten välillä ei ole suoria voimia: varattu hiukkanen saa aikaan sähkömagneettisen kentän, joka kohdistaa toisiin hiukkasiin voimia. Yleisessä suhteellisuusteoriassa hiukkanen muuttaa aika-avaruuden kaarevuutta, ja tämä kaarevuus muuttaa toisten hiukkasten liikettä.
  
  Vastaa
Jari Toivanen sanoo:

26.1.2023 17:09

Sähkömagneettisia hiukkasia on + ja – merkkisiä, samoin spin voi olla + tai -. Miksi Higgsin kenttä antaa kappaleille (liekö tuo edes oikein sanottu?) vain positiivisia massoja? Onko esitetty teoriaa, joka sallisi kappaleille myös negatiivisen massan?

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  26.1.2023 18:55
  
  Higgsin kenttä antaa alkeishiukkasille massat (paitsi ehkä neutriinoille, niiden massojen alkuperästä ei ole varmuutta). Mutta suurin osa tavallisen aineen hiukkasten massoista (eli energioista) tulee kvarkkien ja gluonien -joista protonit muodostuvat- sidosenergioista. Higgsin kentän antaman massan osuus näkyvän aineen massasta on vain jokunen prosentti.
  
  Asiaa on tutkittu paljon.
  
  Yleisessä suhteellisuusteoriassa gravitaation lähteenä ei ole vain massa eikä edes vain energia, vaan muutkin aineen ominaisuudet. Se, vetääkö kappale puoleensa vai hylkiikö riippuu siitä, minkämerkkinen on sen ( energiatiheys + kolme kertaa paine ).
  
  Teoriat, joissa energiatiheys voi olla negatiivinen ovat usein epöstabiileja (mutta eivät välttämättä – asia on monisyinen). Toisaalta jos paine taasen on tarpeeksi negatiivinen, gravitaatio voi olla hylkivä. Näin on pimeän energian kohdalla: sen energiatiheys on positiivinen mutta paine negatiivinen, joten sen gravitaatio hylkii.
  
  Vastaa
  1. Erkki Kolehmainen sanoo:
    
    27.1.2023 10:09
    
    Paine, sillä tavalla kuin minä sen ymmärrän, ei voi olla negatiivinen, koska paine johtuu molekyylien tai atominen törmäyksistä! Niitä joko on tai ei ole! Wittgenstein tuli jossain vaiheessa elämäänsä siihen tulokseen, että kaikki filosofiset ongelmat ovat kielen ongelmia. Ja kun seuraa täällä käytävää keskustelua, niin tulee vääjäämättä mieleen, että niin ovat myös fysiikan ongelmat!
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      27.1.2023 11:38
      
      Paine on yleisempi käsite kuin hiukkasten törmäyksiin liittyvä työntäminen.
      
      Vastaa
      1. Martti V sanoo:
        
        28.1.2023 19:22
        
        Tarvitaanko hylkivää substanssia? Eikö riitä, että energiantiheyden ollessa riittävä avaruus kaareutuu riittävästi aiheuttaen näennäisen vetovoiman?
      2. Syksy Räsänen sanoo:
        
        30.1.2023 13:51
        
        Hylkiminen ja vetovoima ovat toistensa vastakohtia.
      3. Martti V sanoo:
        
        30.1.2023 20:53
        
        Vastaus oli melko trviaali. Asetan väitteen: Massat eivät vedä puoleensa eikä siis hylji. Kaikkea liikettä ohjaa aika-avaruus, jolla on taipumus laajentua/venyä. Massat valuvat lokaaleihin keskittymiin.
      4. Syksy Räsänen sanoo:
        
        30.1.2023 22:13
        
        Yleisessä suhteellisuusteoriassa tosiaan massat eivät suoraan vedä toisiaan puoleensa. Ne kaareuttavat aika-avaruutta, joka sitten vaikuttaa kappaleiden liikkeisiin. (Vastaavasti sähkövaraukset eivät suoraan vedä toisiaan puoleensa: ne vaikuttavat sähkökenttään, joka vaikuttaa varattujen kappaleiden liikkeisiin.)
        
        Tarkemmin aiheesta, ks.
        
        https://web.archive.org/web/20220925025009/http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/kaareuden_kietoutumista
        
        https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/painon-valittajasta/
        
        https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/eroon-suuresta-jarjettomyydesta/
Miguel sanoo:

29.1.2023 12:04

Tämä ei ehkä liity kuin köykäisesti aiheeseen, mutta kun neutriinot on mainittu. Jos neutriinoilla on massa ”niiden massojen alkuperälle ei ole varmuutta”. Neutronit oskilloivat eli muuttuvat. Meneekö tämä jotenkin hierarkisesti raskaasta kevyeen vai miksi nuo kevyemmät muuttuisi raskaammaksi ja millä energialla? Musta näkymättömät neutriinot on kiinnostavia. Se, mitä et näe on kiinnostavaa.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  30.1.2023 13:50
  
  Neutriinot ovatkin kiinnostavia. Niiden sekoittumisesta ja muusta, ks.
  
  https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/sekoittumista/
  
  https://web.archive.org/web/20220820021821/http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/pikkupuolueettomien_epamaaraisyytta
  
  https://web.archive.org/web/20220924155504/http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/pikkupuolueettomien_taustoja
  
  Vastaa
Cargo sanoo:

30.1.2023 23:14

Eikö tuota kappaleiden putoamisen samatahtisuutta voisi perustella ihan maalaisjärjen avulla: Jos laittaa kasan tiiliskiviä päällekäin, niin tyhjiössä ne putoavat samaan tahtiin kuin yksittäinen tiiliskivi. Kun kerta kappaleiden välillä ei ole hylkiviä painovoimia, niin yhdistetyn systeemin kokema putoamiskiihtyvyys on sama kuin sen komponenteilla.

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  31.1.2023 13:53
  
  Tämä ei selitä sitä miksi sulka ja vasara putoavat samalla tavalla, kun niiden koostumus on erilainen.
  
  Vastaa
  1. Cargo sanoo:
    
    31.1.2023 17:23
    
    Mikä ylipäätänsä kelpaa selitykseksi? Tässäkin tapauksessa kyse on kaavan E = mc^2 mukaisesti täysin samasta tavasta, johon painovoima vaikuttaa. Jos kuvitellaan tyhjiö, jossa ulkoinen painovoima on kytkettynä pois, ja kootaan haluttu kappale pienistä sähköisesti neutraaleista murusista, niin painovoiman kytkeytyessä päälle, putoaa koko helahoito samaan tahtiin, ad infinitum. Mutta Jumalakaan ei voi meitä auttaa, jos alamme pohtimaan miksi punainen ja sininen pallo tippuvat samaan tahtiin.
    
    Vastaa
    1. Syksy Räsänen sanoo:
      
      31.1.2023 18:12
      
      Nyt oletat sen mikä pitäisi osoittaa: että hidas massa ja painava massa ovat sama asia.
      
      Vastaa
      1. Cargo sanoo:
        
        1.2.2023 08:30
        
        Kiitoksia vastauksista. Mutta haluaisin kysyä vielä yhden tarkentavan kysymyksen.
        
        Jos kappaleen A hitausmassa m määrää sen energiasisällön, E = mc^2, niin eikö ko. kappale lakkaa olemasta eikä sillä siten voi olla mitään liike- tai painovoimaenergiaa, jos siitä poistetaan energia E. Jäljelle jää siis pelkkä aineeton varjo. Tämä energia E ei häviä vaan sen avulla muodostetaan jokin toinen aineellinen kappale B, jolla on sama hitausmassa m. Puristetaan sekä kappale A että kappale B kuutioiksi ja muunnetaan niiden kokonaisenergia painovoimakentän määräämäksi energiaksi. Jos nyt soveltaa tuota ”tiiliskiviperiaatetta”, niin eivätkö kappaleet A ja B putoa samaan tahtiin? Ja taas toisaalta, jos ne eivät putoa samalla tavalla, niin millainen metafysikaalinen porsaanreikä sen voisi mahdollistaa? Mutta joo, en jatka enää tästä aiheesta, sillä alkaa tuntumaa hieman siltä, että fyysikot problematisoivat eriväristen pallojen putoamista – hieman samalla tavalla kuin heidän ylenkatsomansa filosofit.
        
        P.S. Tämän blogimerkinnän aiheesta tulikin mieleen aasinsilta, jolla taas tölväistä filosofeja. Vapaapudotus jossa ei huomioida ilmanvastusta on yhtä realistinen malli kuin Minkowskin aika-avaruus jossa ei huomioida epämääräisyysperiaatetta; ensimmäinen johtaa äärettömään nopeuteen ja jälkimmäinen eternalistiseen aikakäsitykseen.
      2. Syksy Räsänen sanoo:
        
        1.2.2023 13:02
        
        Yhtälö E = m c^2 pätee vapaalle hiukkaselle joka ei liiku. Massattomat hiukkaset liikkuvat aina valonnopeudella, joten yhtälö ei pöde niille. Yleinen yhtälö, joka pätee kaikille vapaille hiukkasille on E^2 = m^2 c^4 + p^2 c^2, missä p on hiukkasen liikemäärä.
        
        Ei tästä enempää.

Vastaa Peruuta vastaus

Viestinviejä naulavuoteella

16.1.2023 klo 13.23, kirjoittaja Syksy Räsänen
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Puhun tiistaina 14.2. kello 18 Kirkkonummen Komeetan tilaisuudessa Kirkkonummen pääkirjaston (Kirkkotie 1) Mörne-salissa otsikolla ”Valo maailmankaikkeudessa: viestinviejä naulavuoteella?”. Aiheena on valo kosmologiassa ja sen kulku halki kaarevan aika-avaruuden. Selitän myös jonkin verran omasta tutkimuksestani, jota käsittelin tässä merkinnässä.

Päivitys (13/02/22): Sairastumisen takia puhe on siirretty syyskauteen. Laitan tiedon uudesta ajankohdasta myöhemmin.

3 kommenttia “Viestinviejä naulavuoteella”

Kari Itäsärkkä sanoo:

22.1.2023 05:38

Tapaamisiin 14.2 Itis

Vastaa
Nolomies99 sanoo:

24.1.2023 09:53

ei liity suoranaisesti mihinkään, mutta; nöyräpyyntö

voidaanko casimir ilmiötä pitää ”negatiivisena energiana” koska levyjen ulkopuolinen avaruus ei ole ”tyhjä”
Tyhjä ainoastaan klassisen mekaniikan näkemyksenä.

kiitos!

Vastaa
1. Syksy Räsänen sanoo:
  
  24.1.2023 12:39
  
  Casimir-ilmiössä on kyse siitä, että sähköisesti varatut hiukkaset vetävät toisiaan puoleensa. Se on kvanttikorjaus klassiseen sähkömagneettiseen voimaan. Siihen liittyy negatiivinen energia, kuten sähkömagneettiseen vuorovaikutukseen yleensäkin.
  
  Tieteellinen artikkeli aiheesta alla; sen johdanto- ja johtopäätös-osioita voi ymmärtää ilman erikoistietoja.
  
  https://arxiv.org/abs/hep-th/0503158
  
  Ei tästä sen enempää, kun ei liity merkinnän aiheeseen.
  
  Vastaa