Arkisto
- marraskuu 2023
- lokakuu 2023
- syyskuu 2023
- elokuu 2023
- kesäkuu 2023
- toukokuu 2023
- huhtikuu 2023
- helmikuu 2023
- tammikuu 2023
- joulukuu 2022
- marraskuu 2022
- lokakuu 2022
- syyskuu 2022
- elokuu 2022
- kesäkuu 2022
- toukokuu 2022
- huhtikuu 2022
- maaliskuu 2022
- helmikuu 2022
- tammikuu 2022
- joulukuu 2021
- marraskuu 2021
- lokakuu 2021
- syyskuu 2021
- elokuu 2021
- kesäkuu 2021
- toukokuu 2021
- huhtikuu 2021
- maaliskuu 2021
- helmikuu 2021
- tammikuu 2021
- joulukuu 2020
- marraskuu 2020
- lokakuu 2020
- syyskuu 2020
- elokuu 2020
- kesäkuu 2020
- toukokuu 2020
- huhtikuu 2020
- maaliskuu 2020
- helmikuu 2020
- tammikuu 2020
- joulukuu 2019
- marraskuu 2019
- lokakuu 2019
- syyskuu 2019
- elokuu 2019
- heinäkuu 2019
- kesäkuu 2019
- toukokuu 2019
- huhtikuu 2019
- maaliskuu 2019
- helmikuu 2019
- tammikuu 2019
- joulukuu 2018
- marraskuu 2018
- lokakuu 2018
- syyskuu 2018
- elokuu 2018
- kesäkuu 2018
- toukokuu 2018
- huhtikuu 2018
- maaliskuu 2018
- helmikuu 2018
- tammikuu 2018
- joulukuu 2017
- marraskuu 2017
- lokakuu 2017
- syyskuu 2017
- elokuu 2017
- kesäkuu 2017
- toukokuu 2017
- huhtikuu 2017
- maaliskuu 2017
- helmikuu 2017
- tammikuu 2017
- joulukuu 2016
- marraskuu 2016
- lokakuu 2016
- syyskuu 2016
- elokuu 2016
- kesäkuu 2016
- toukokuu 2016
- huhtikuu 2016
- maaliskuu 2016
- helmikuu 2016
- tammikuu 2016
- joulukuu 2015
- marraskuu 2015
- lokakuu 2015
- syyskuu 2015
- elokuu 2015
- kesäkuu 2015
- toukokuu 2015
- huhtikuu 2015
- maaliskuu 2015
- helmikuu 2015
- tammikuu 2015
- joulukuu 2014
- marraskuu 2014
- lokakuu 2014
- syyskuu 2014
- elokuu 2014
- kesäkuu 2014
- toukokuu 2014
- huhtikuu 2014
- maaliskuu 2014
- helmikuu 2014
- tammikuu 2014
- joulukuu 2013
- marraskuu 2013
- lokakuu 2013
- syyskuu 2013
Inhimillinen komedia
Luin Gary Taubesin kirjan Nobel Dreams: Power, Deceit and the Ultimate Experiment. Kirja kertoo W– ja Z-bosonien löytämisestä tutkimuslaitos CERNissä vuonna 1983 ja sen jälkeen alkaneesta supersymmetriajahdista, joka jatkuu vielä neljä vuosikymmentä myöhemmin. Löytö oli tärkeä todiste hiukkasfysiikan Standardimallin puolesta, ja se palkittiin Nobelilla heti vuonna 1984.
Fysiikan teoriat ovat kirjassa sivuosassa. Taubes kuvailee hiukkasfysiikan sisältöä niin vähän kuin mahdollista. Hänen selityksensä ovat kevyitä, yksinkertaisia ja enimmäkseen oikein.
Taubes oli aiemmin kirjoittanut nyrkkeilystä lehtiin The Atlantic ja Playboy. Tämä näkyy hänen otteessaan. Kannessa siteerataan kirja-arvostelua, jona mukaan kirja kertoo tieteestä kertoessaan inhimillisestä komediasta. Sisältö lunastaa lupauksen, vaikka ennemmin sopisi ehkä puhua tragikomediasta.
Taubes vietti yhdeksän kuukautta CERNissä kokeellisten fyysikkojen parissa, tarkkaillen heitä läheisesti päivät ja yöt toistensa perään. Taubesin lähestymistapa on journalistinen, hän keskittyy ihmisiin ja antaa havaintojen puhua puolestaan. Syvälle meneviä sosiologisia huomioita Sharon Traweekin tapaan on turha odottaa.
Kirjan vahvuus on siinä että Taubes kirjoittaa läheltä seuraamastaan käytännöstä tarkkaan ja koristelematta. Kirja lähestyy aihetta yhden henkilön kautta. Tarinan päähenkilö on Carlo Rubbia, W– ja Z-bosonit löytäneen kokeen UA1 johtaja. Olen kuullut, että Rubbia oli toivonut Taubesin kirjoittavan itsestään ylistyksen tieteen suurmiehenä. Jos tämä on totta, hän tuskin oli tyytyväinen tulokseen.
Heti alkuun Taubes kuvailee kokeellista hiukkasfysiikkaa alana, jossa poliittinen suhmurointi, fyysinen kestokyky, raha ja sisu (engl. guts – ehkä ”muna” olisi tässä tarkempi suomennos) ovat yhtä tärkeitä kuin tieteellinen näkemys.
Taubes kirjoittaa, että ei pysty löytämään Rubbiasta pienintäkään vaatimattomuuden jälkeä. Taubes kuitenkin näyttää Rubbian hyvin inhimillisenä hahmona. Rubbia aloitti elektroniikkavirtuoosina, joka pursusi ideoita ja omaksui uusia teknologioita hämmästyttävän nopeasti. Hän hyppi kunnian perässä hankkeesta toiseen ja mantereelta toiselle, ja jätti kokeet puolitiehen (ja yhteistyökumppaninsa tyhjän päälle) kun ne eivät tuottaneetkaan toivottua tulosta.
Rubbia halusi menestyä niin kovasti, että julkaisi väitettyjä läpimurtoja joita data ei tukenut. Hän sai tieteilijöiden parissa maineen klovnina, joka väittää tänään yhtä ja huomenna jotain ties mitä. Rubbian lempimääritelmä asiantuntijalle on henkilö joka on jo tehnyt kaikki virheet, ja tällä mittarilla hänen asiantuntijuutensa oli kiistaton. Rubbia kuitenkin onnistui vakuuttamaan rahoittajat ja päättäjät siitä, että hän pystyy rakentamaan aivan uudenlaisen kiihdyttimen CERNiin ja löytämään W– ja Z-bosonit ennen ketään muuta.
Rubbian ideana oli muuttaa protoneita kiihdyttävä SPS-kiihdytin niin, että se kierrättää samaan aikaan antiprotoneita vastakkaiseen suuntaan ja törmäyttää niitä protoneihin. Hän myös halusi rakentaa kolmikerroksisen talon kokoisen, ennennäkemättömän kattavan ja monimutkaisen havaintolaitteen UA1 etsimään sotkuisista protoni-antiprotoni-törmäyksistä uusia hiukkasia.
Tutkijoiden suhtautumista Rubbian suuruudenhullun hankkeen mahdollisuuksiin kuvaa se, miten yksi CERNin teoreettinen fyysikko ehdotti kokeelle nimeä Colliding Rings for Antiproton Proton, eli CRAP. (Suomeksi ehkä Protoni-Antiprotoni-Syklinen-Koe-Apparaatti.)
Rubbian kunnianhimo ja kyky kerätä rahoitusta veti kuitenkin mukaan maailman parhaita kokeellisia hiukkasfyysikoita. Monet tutkijat, jotka olivat vannoneet etteivät enää koskaan työskentele Rubbian kanssa, koska tämä on niin epämiellyttävä ihminen, palasivat kehään.
Taubesin mukaan Rubbia luki kaiken hiukkaskiihdyttimiä käsittelevän kirjallisuuden ja sisäisti niiden toiminnan paremmin kuin ammattilaiset. Hän osasi ratkaista samalta istumalta havaintolaitteiden teknisiä ongelmia, joista oli juuri kuullut ja joihin alan parhaat tuntijat olivat jääneet jumiin.
Taubes kuvailee, miten Rubbian valttina oli se, että hän ajatteli nopeammin ja huusi kovempaa kuin kukaan muu. Rubbian johtamistyylistä onkin kirjassa paljon esimerkkejä, joita ei voi pitää kovin mairittelevina. UA1-ryhmän jäsenet työskentelivät 15 tuntia päivässä 7 päivää viikossa yli kuuden vuoden ajan. Ryhmän toinen johtohahmo Bernard Sadoulet sanoi Rubbialle saavansa enemmän aikaan työskentelemällä vain 10-11 tuntia joka päivä, ei 20 tuntia. Rubbian mielestä tämä oli laiskottelua, hän itse nukkui 4-5 tuntia vuorokaudessa ja työskenteli loput.
Kirjan tyyli on letkeä, kuvailu eloisaa ja kerronta imee mukaansa. CERNin 80-luvun tupakansavuiset huoneet ja kahvintäytteiset yöt tulevat tutuksi. Taubes ei epäröi toistella 80-luvun fyysikoiden rasvaisia juttuja, mutta nostaa myös esille naisfyysikoiden vahvan osuuden. Rubbialla oli tapana tytötellä, mutta hän tunnisti naisten asiantuntemuksen ja nosti heidät korkeaan asemaan, kunhan he eivät olleet liian itsenäisiä, vaan suhtautuivat häneen hyväntahtoisena isähahmona. Kirjan perusteella tämä ei kyllä juuri eroa siitä, mitä Rubbia vaati miehiltä.
Rubbia kohteli tarvittaessa dataa samalla piittaamattomuudella kuin fyysikoita. Rubbian tyyli esittää virheellisesti tulkittua dataa oli legendaarinen, ja tarvittaessa hän keksi omasta päästään koetuloksia väitteidensä tueksi.
Lopulta valvotut yöt, riitaiset kokoukset, jatkuvat deadlinet, häikäilemättömät petokset, toisten koeryhmien hakkerointi, ja uuden teknologian rakentaminen nopeammin kuin mitä moni piti mahdollisena tuotti tulosta. Rubbia onnistui. Kiihdytin toimi, havaintolaite UA1 toimi, koeryhmä toimi, ja vuonna 1983 W– ja Z-bosonit löytyivät.
CERNin johto hoiti julkisuuden taitavasti, ja vuonna 1984 Rubbialle myönnettiin Nobelin palkinto yhdessä Simon van der Meerin kanssa. van der Meer oli kehittänyt ratkaisevan teknologian, jolla kerättiin tarpeeksi antiprotoneita. Kun kiihdyttimen idea oli aikoinaan esitelty Yhdysvalloissa kiihdytinlaboratorio Fermilabissa, yleisö oli nauranut ja huutanut pilkkaavasti ”mistä saatte antiprotoneita – toisesta galaksistako?”. Niinpä Fermilabilta meni löytö sivu suun, ja CERN sai ensimmäisen Nobelin palkintonsa. Yhdysvalloissa hiukkasfysiikan kokeita ei tuolloin myöskään juuri rahoitettu, kun taas CERNillä oli kosolti rahaa.
Vain muutamaa vuotta aiemmin yhdysvaltalaisia hiukkasfyysikkoja tutkinut antropologi Sharon Traweek oli pannut merkille, miten he eivät voineet ajatellakaan, että Yhdysvallat ei olisi aina alan johdossa. Nyt kruunu siirtyi Eurooppaan.
Alle kaksi viikkoa sen jälkeen kun W ja Z löydettiin Yhdysvalloissa reagoitiin tappioon päättämällä rakentaa Superconducting Supercolliderin (SSC), josta oli määrä tulla historian isoin ja korkeaenergisin kiihdytin. Jos Yhdysvallat oli 60-luvulla kisannut Neuvostoliiton kanssa kuumatkasta, 80-luvulla kilpailijana oli Eurooppa ja tantereena hiukkasfysiikka. CERN vastasi SSC:hen päättämällä rakentaa Large Hadron Colliderin (LHC). Lopulta SSC peruttiin vuonna 1993, ja LHC aloitti toiminnan 2008, noin 15 vuotta alkuperäisestä aikataulusta jäljessä. Rubbian UA1 oli tulevien suurprojektien malli, ja CERN säilytti paikkansa maailman johtavana hiukkasfysiikan laboratoriona.
Taubesin kolmen näytöksen moraalinäytelmässä (ehkä Hollywoodin nyrkkeilyelokuva olisi lähempi vertailukohta) Nobelin palkinto on Rubbian huippukohta. Sen jälkeen on vuorossa sarjan epäonnistuminen-menestys-rappio kolmas osa. Rubbia oli pelannut uhkapeliä ja voittanut, ja hän jatkoi kovilla panoksilla: nyt kohteena olivat skvarkit ja muut supersymmetriset hiukkaset. Ollessani CERNissä 20 vuotta myöhemmin tälle vieläkin naureskeltiin: ”Rubbia on löytänyt skvarkit – kysy vain häneltä!”.
On yllättävää, miten epäillen supersymmetriaan aluksi suhtauduttiin. Kun LHC käynnistyi 2008, supersymmetria oli sitä vastoin noussut keskeiseksi uuden fysiikan vaihtoehdoksi – vaikka siitä ei ollut 25 vuoden aikana näkynyt jälkeäkään.
Idealla oli omat vakaumukselliset tai opportunistiset kannattajansa jo varhain. Kirjassa yksi esimerkki edellisistä on John Ellis, jonka Taubes kastaa supersymmetrian evankeliumin profeetaksi (Ellis lienee tästä imarreltu). Hän löi jo vuonna 1983 vetoa, että supersymmetria löytyy heinäkuuhun mennessä. Vaikka näin ei käynyt, supersäieteorian nousu vuonna 1984 antoi idealle nostetta.
On hauska huomata muitakin tuttuja hahmoja. Ylimielinen teoreetikko Alvaro De Rújula kuulostaa aivan itseltään nauraessaan supersymmetrialle, sitten hypätessään sen kelkkaan, ja lopulta jättäessään sen taakseen ennen monia muita. Erityisen vakavana näyttäytyy Jack Steinberger, joka oli Rubbian ohjaaja ja yhteistyökumppani, ja myöhemmin ampui alas tämän perättömiä väitteitä. Toisin kuin moni muu, hän pitäytyi päätöksessään olla enää työskentelemättä Rubbian kanssa.
Kirjasta hieman loppuu puhti Taubesin seuratessa päivä päivältä miten UA1-ryhmä jatkaa hurjaa tahtia supersymmetrian perässä. Yksi Nobel ei ollut tarpeeksi, Rubbia halusi voittaa niin paljon, että näki datassa jotain mitä ei ole olemassa, ja väitti ryhmän tehneen löydön.
Rubbia oli kuitenkin haalinut kokeeseen kriittisiä ja omanarvontuntoisia tutkijoita, ja kokoonpanon vaihtuvuus takasi sen, että ulkopuolinen kritiikki siirtyi kokeen sisälle. Itsevaltiaan ote lipsui, kun tutkijat eivät suostuneet vastoin näyttöä tukemaan hänen väitteitään, eivätkä lähimmätkään yhteistyökumppanit pysyneet hänen puolellaan. Rubbiasta tosin tuli kirjan julkaisemisen jälkeen vuonna 1989 CERNin johtaja, että yhteisöllisesti hän kyllä menestyi.
Taubes maalaa tunnistettavan kuvan CERNin epämuodollisesta kulttuurista räävittömine joulunäytelmineen, missä estotta pilkataan arvostetuimpien tutkijoiden rakkaimpia ideoita ja surkeimpia floppeja. Taubes ei romantisoi tieteen tekemistä, ja antaa lukijan vetää omat johtopäätöksensä.
Nykyään työkulttuuri on erilainen ja data-analyysit ovat huolellisempia. Toisaalta ilmiöt ovat monimutkaisempia ja kokeita tehdään enemmän, joten mahdollisuus tilastollisille sattumille on isompi. Kokeiden OPERA ja BICEP2 esimerkki osoittaa, että kiihdytinten ulkopuolella kunnianhimo vie tutkijoita vieläkin harhaan.
Kirja monelta osin näyttää, miten tieteen tekeminen on joskus kaukana ihanteesta, ja miten tutkimusta tehdessä on epävarmaa mikä toimii ja ketkä jäävät tyhjin käsin. Samalla Taubesin kertomus kuitenkin osoittaa, että tiedeyhteisön kriittinen lähestymistapa toimii: signaali suodatetaan kohinasta, ja oikeat tulokset erotetaan vääristä.
7 kommenttia “Inhimillinen komedia”
Vastaa
Schrödingerin raketti
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.
21 kommenttia “Schrödingerin raketti”
-
kalmukki99 sanoo:
Valon aiheuttamaan painovoimaan liittyen; mitä mieltä olette tästä tutkimuksesta?www.sciencedirect.com%2Fscience%2Farticle%2Fpii%2FS0375960100002607%3Fvia%253Dihub&key=e462d95c044c7c2ed195b64332cc28a45a9f5ef0
-
Syksy Räsänen sanoo:
Linkki ei toimi.
-
-
Tämä on rutiinilasku yleisessä suhteellisuusteoriassa. Ei siitä sen enempää.
-
kiitos!
entä näkemyksenne; tästä aiheesta?
https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20110015936/downloads/20110015936.pdf
en kysele enempää.
-
En rupea lukemaan. Alcubierren poimuajo on 29 vuotta vanha, tunnettu ja kiinnostava teoreettinen tapa matkata yleisen suhteellisuusteorian puitteissa nopeasti aika-avaruudessa. Se on kuitenkin kaukana nykyteknologian tuolla puolen (jos on ylipäänsä edes käytännössä mahdollinen).
Olen käyttänyt Alcubierren poimuajoa harjoitustehtävänä yleisen suhteellisuusteorian kurssillani:
https://www.mv.helsinki.fi/home/syrasane/gr2022/gr22hw10.pdf
-
-
-
-
-
Eusa sanoo:
Kaukana käymättömien maisemien takana asustelee tieteellinen väestö, joka juuri ja juuri havaitsee meidän tähtemme ja päättelee eksoplaneetoiksi muutamia. Tiiviin seurannan päätteksi he tulevat johtopäätökseen, että kyseessä on 6…10 planeetan järjestelmä saaden tilastollisen todennäköisyysjakauman planeettajärjestelmän paikka-liikemääräavaruudelle simuloiden hermiittisten operaattorien avulla tilavektorien pistetuloja.
Miten tämä todennäköisyysjakauma planeettojen löytymisestä eroaa fundamentaalisti kvanttimekaniikan epämääräisyyden todennäköisyysjakaumasta?
-
Kvanttimekaniikan todennäköisyyksissä ei ole kyse meidän epätietoisuudestamme vaan maailman epämääräisyydestä.
Lisää aiheesta:
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/lomittuneilla-fotoneilla/
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kahden-ikkunan-nakoala/
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/koopenhaminan-takana/
http://www.tiede.fi/artikkeli/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/maarattyina_yhteen
-
-
Cargo sanoo:
”Voi olla, että monimaailmatulkinta on väärin, ja näkemämme vaihtoehto on ainoa mikä toteutuu: kun systeemiä havaitaan, todennäköisyys tiivistyy sen ympärille.”
Eikö tuollainen tiivistymäkin ole vain jokin todennäköisyysjakauma, joka sitten on se ”joka toteutuu”? Populaarikirjallisuudesta saa sellaisen käsityksen, että havaitseminen tuottaa jonkin idealisoidun täsmällisen tulosen, mutta onko sellainen edes fysikaalisesti mahdollista? Herääkin kysymys, että miten monimaailmatulkinta tulkitsee mittaustarkkuutta? Meinaan vaan, että jos ideaalit mittaukset jäävät jo periaatteessa epämääräisyyden verhon taakse, niin eikö tämä psykologisesti vetoava monimaailmatulkinta lennä oikopäätä semiklassisten ideoiden roskakoriin?
”Jos pystyttäisiin seuraamaan valon aiheuttamaa gravitaatiota, voitaisiin katsoa muuttuuko se valon tilan romahtaessa ja keskiarvon siirtyessä keskeltä toiseen putkeen.”
Mutta eikö se ole jo etukäteen selvää, ilman kalliita kokeitakin, että avaruuden kaarevuus on siellä, missä hiukkanen on määrätyssä/tiivistyneessä tilassa? Ja jos aika-avaruus on määrätyissä tiloissa olevien suurten massojen seuraus, niin hentoiset fotonit todennököisesti aiheuttavat epämääräisyydellään alta kaiken mittaustarkkuuden olevan muutoksen paikalliseen kaarevuuteen. Vielä jos oletetaan, että mahdollisimman tasaiseksi oletettu aika-avaruus jotenkin elää kaukaisten massojen kaoottisten liikkeiden mukaan, niin eivätkö tuollaiset kokeet ole ns. hölmöläisten hommaa?
-
Epämääräisyys ei estä ideaalisia mittauksia, missä todennäköisyys romahtaa vain yhteen pisteeseen, eli suureen arvo määritetään äärettömällä tarkkuudella. Kvanttimekaniikan ominaisuudet tosin estävät sen, että mittauksessa ei voida määrittää tiettyjä suureita (kuten hiukkasen paikkaa ja nopeutta) samaan aikaan mielivaltaisen tarkasti.
Monimaailmatulkinnasta on erilaisia versioita, mutta yksinkertaisimmillaan kyse on siitä, että todennäköisyys ei koskaan romahda mihinkään. Selitettävänä on silloin se, miksi meistä näyttää kuin niin kävisi. Tätä ongelmaa ei ole onnistuttu ratkaisemaan – havaitsijan ja havaitsemisen kuvaaminen on monimutkaista.
”Mutta eikö se ole jo etukäteen selvää, ilman kalliita kokeitakin, että avaruuden kaarevuus on siellä, missä hiukkanen on määrätyssä/tiivistyneessä tilassa?”
Ei. Näin ei ole sen enempää inflaatiossa (missä aika-avaruuden kaarevuus on epämääräinen kuten ainekin) kuin semiklassisessa gravitaatiossa (missä aika-avaruuden kaarevuus seuraa keskiarvoa riippumatta siitä millainen aineen tila on).
-
Jos kvanttigravitaatio on olemassa, niin mitkä mahtavat olla aika-avaruuden konjugaattimuuttujat? Tai ylipäätään, onko yleisessä suhteellisuusteoriassa klassisen mekaniikan tilamuuttujiin X ja P verrattavia muuttujapareja, jotka voitaisiin kvantisoinnissa kytkeä toisiinsa?
-
Yleisen suhteellisuusteorian tällainen muotoilu esitettiin vuonna 1959, ja tunnetaan nimellä ADM-formalismi, Arnowittin, Deserin ja Misnerin mukaan. Muitakin ehdotuksia sopiviksi muuttujiksi on esitetty. Esim. silmukkakvanttigravitaation lähtökohtana on eri kanonisten muuttujien valinta.
-
-
-
-
Huomiona joihinkin kommentteihin, joita ei ole julkaistu: valon gravitaatiota on käsitelty monissa tieteellisissä artikkeleissa noin sadan vuoden ajan. Tämän blogin kommenttiosio ei ole paikka postata linkkejä noihin artikkeleihin.
-
Lentotaidoton sanoo:
Olen joskus esittänyt David Deutschin monimaailmatulkinnan kokeen:
Hommaan tarvitaan ensinnäkin täyden tietoisuuden omaava tietokone, mikä jo yksinään on suhteellisen mahdoton vaatimus. Tietokone tekee mittauksia koetilanteesta. Mutta kvanttimekaniikan sääntöjen mukaan sen on osattava pyyhkiä muististaan näkemänsä (kuten kaksoisrakokokeissakin tieto hiukkasen reitistä pilaa interferenssin). Tämän jälkeen tehdään maailmojen välillä interferenssikoe. Jos tulos on (useiden kokeiden jälkeen) 50/50 1 tai 0, niin köpistulkinta on oikea, jos tulos on aina 1 on monimaailmatulkinta oikea.
-
Miguel sanoo:
”Yleisen suhteellisuusteorian mukaan gravitaation lähteenä toimii aine. ”
Joskus muistan, että olet maininnut blogissasi, että energia muovaa aika-avaruutta siinä kuin aine. (Pimeä energia?) Ja toisaalta kerroit, että energia ja massa eivät ole sama asia. Ja alkeishiukkaten massa taidetaan ilmoitta energiana. Jotenkin tuntuu, että niillä pitäisi olla yhteinen nimittäjä
-
Aine tarkoittaa tuossa virkkeessä kaikkea mikä ei ole aika-avaruutta. Se siis pitää sisällään kaikki hiukkaset ja kentät: elektronit, valon, pimeän aineen, pimeän energian jne..
(Hämmentävää kyllä, joskus kosmologiassa sana aine viittaa vain massiivista hiukkasista koostuvaan aineeseen, ei valoon eikä pimeään energiaan.)
-
-
Kari Ojala sanoo:
Hyvä puoli näissä kvanttimekaniikan eksoottisia ilmiöitä koskevissa laboratoriokokeissa on se, että vaikka ollaan tieteen eturintamalla, koelaitteistot ovat monta kertaluokkaa halvempia kuin massiiviset hiukkaskiihdyttimet tai avaruusteleskoopit. Tämä antaa mahdollisuuden myös pienempien yliopistojen laitoksille tehdä Nobel-tason löytöjä, jos rohkeutta ja osaamista sellaiseen kokeelliseen tutkimukseen löytyy. Teorioita voidaan aina kehitellä, mutta aika ajoin ne on hyvä ankkuroida myös kokeelliseen (reaali)maailmaan. Hyvänä esimerkkinä Otaniemessä tehtävä kvanttitietokoneita koskeva perus(?)tutkimus.
Tämän päälle vielä yksi kysymys koskien tyhjiöstä syntyviä hiukkas-antihiukkaspareja, jotka ”annihiloituvat välittömästi”. Oletan että ne ovat olemassa nollaa pidemmän ajanjakson. Tällöin pitäisi olla mahdollista, että esim. hiukkaskiihdyttimen hiukkassuihkun yksittäinen hiukkanen osuu syntyvän parin toiseen osapuoleen ja sysää sen pois annihilaation ulottuvilta. Tällaisen törmäyksen ns. vaikutusala on varmaan hyvin pieni, mutta oletan että ilmiö olisi havaittavissa ja yleisempi tapahtuma kuin esim. Higgsin hiukkasen tuottaminen. Käytännön hankaluus lienee siinä, että tällaisia törmäyksiä tapahtuisi koko kiihdytinrenkaassa mutta harvoin siellä missä kiihdyttimen detektoriasemat voisivat niitä havaita. Onko tätä aihetta jossain jo pohdittu tai tutkittu?
-
Tosiaan: hyvä esimerkki tästä on viime vuonna Nobelilla palkittu tutkimus.
https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/lomittuneilla-fotoneilla/
Virtuaalisten hiukkasten vaikutuksen huomioon ottaminen on monimutkaisin osa ennusteiden tekemistä kiihdyttimille, ja siinä pitää laskea tuhansia erilaisia mahdollisuuksia. Tällaiset tyhjästä syntyvät hiukkas-antihiukkasparit eivät kuitenkaan käyttäydy samalla tavalla kuin oikeat hiukkaset. Erityisesti oikea hiukkanen ei voi törmätä niihin ja singota eri suuntaan, koska sen liikemäärä ja energia säilyy vuorovaikutuksissa virtuaalisten hiukkasten kanssa.
Virtuaalisia hiukkasia voikin olla havainnollisempaa ajatella siten, että ne ovat tapa kuvata oikeiden hiukkasten vuorovaikutuksia keskenään.
Vanha kirjoitus virtuaalisista hiukkasista:
-
-
Itse käsitän näin: säilymislakeja tulee aina noudattaa. Virtuaalihiukkaset: niiden energioiden summan tulee olla nolla. Feynmannin diagrammit eivät edusta fysiikalista todellisuutta. Tyhjössä ei synny eikä tuhoudu mitään ”pallukoita”. Ne ovat vain tyhjön kirjanpitovälineitä. Virtuaalipartikkeleita ei ”oikeesti” esiinny, kenttiä esiintyy.
Vaikka fotonit ovat toistensa antipartikkeleita, niiden täytyy ilmaantua pareissa, koska niillä on impulssimomentti. Yksittäisellä fotonilla ei ole koskaan nolla impulssimomenttia (eli niiden on ilmestyttävä pareittain vastakkaisin impulssimomentein). Fotoneilla ei ole itseisvuorovaikutusta.
Mielestäni koko sana ”virtuaalihiukkanen” oli aikoinaan suuri kömmähdys (kuten oli sanahirviö: the God particle). Useimmat (ainakin diletantit) käsittävät tosiaan kyseessä olevan ”jonkinlaiset” hiukkaset, ja Feynmannin (sinänsä kätevät) diagrammit vielä lisäävät tavisten väärinymmärrystä.
-
Näinhän se on.
-
-
Martti V sanoo:
Yhden hiukkaen gravitatiovaikutus on mitätön , joten mitattavissa olevat ilmiöt ovat käytännössä aina keskiarvoistumia suuremmista hiukkasklimpeistä. Kvanttimekaniikan mukaan olisi loogista, että mittaushetki määrää yksittäisen hiukkasen aiheuttaman gravitaation. Einstein olisi tästä varmaan eri mieltä – aika-avaruus ei ole epämääräinen.
Mikä siitä supersymmetriasta tekee tai on tehnyt niin houkuttelevan idean, että niin monet tutkijat ovat heittäneet työuransa sen varaan? Jos von Neumann vitsaili ylimääräisistä parametreista ja kokeellisten mallien sovittamisesta, niin vastaavalla tavalla voitaisiin vitsailla ylimääräisistä symmetrioista ja teoreettisista yhtenäisteoriosta. Ellei Eusa ole vielä varannut nimeä, niin seuraava teoreettinen muoti-ilmiö lienee sateenkaarisiltadualismi 🙂
Supersymmetriasta:
https://web.archive.org/web/20220618081431/https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/piiloutuneet_puolisot
Yritin etsiä manittua opusta kirjaston (Vaski) repertuaarista, mutta ei löytynyt. Sen sijaan löytyisi skribentin ao opuksia kirjastosta. Kaveri näyttääkin tosiaan olevan aika monipuolinen ”huuliveikko”. Mm tällaisia on Taubes väsännyt:
Miksi lihomme ja mitä voimme asialle tehdä
Good calories, bad calories : fats, carbs, and the controversial science of diet and health
The case against sugar
The case for Keto : the truth about low-carb, high-fat eating
The case against sugar
Mitä tämä Nobel Dreams kustantaa kirjakaupassa?
Ostan tällaiset vanhat kirjat yleensä Ebaystä. Näyttää olevan Nobel Dreamsia vielä vajaan 30 punnan hintaan.
Tieteen suurnimien joukossa on originelleja, jotka lähipiirilleen saattavat olla hankalia. Heidän motivaationsa voi olla ehtymätön kunnianhimo ja ongelmansa neuvottelukyvyttömyys. Itse ihailen Bruno Pontecorvoa, joka teki radikaalin ratkaisun loikkaamalla NL:on v. 1950 Stalinin vielä eläessä! BP oli kiinnostunut neutriinoista ja ennusti neutriinoiden oskillaation. Venäjällä jaetaan edelleen BP-palkintoa alan huippututkimuksesta. Olen tavannut kolme nobelistia: Herbert C. Brown, Richard R. Ernst ja Kurt Wuethrich. Heistä jenkki Brown oli ”omalaatuisin”!
Kiinnostuin niin paljon kirjoituksesta että tilasin kirjan.
Onnistuin löytämään sen tietokirja välittävästä Finn-Scholar nettidivarin valikoimista eikä se maksanut kuin 12 €.
Itselleni on vielä elävästi jäänyt mieleen kuva jossa välibosonien löytäjät, Carlo Rubbia yhdessä Simon van der Meerin kanssa nostavat maljoja Cernin parvella saatuaan tiedon vuoden 1984 Nobelin fysiikanpalkinnon myöntämisestä.
Nyt pääsen mukaan myötäelämään noita kiihkeitä hetkiä Gary Taubesin kirjaa lukemalla.
Mukava kuulla.
Itse tilaan kirjoja myös sivustolta https://www.antikvaari.fi/ .