Mitä siis on aika?

13.4.2021 klo 17.27, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Kirjoitin Helsingin opettajien ammattiyhdistyksen lehteen Rihveli ajan olemuksesta. Artikkeli alkaa näin:

Jotkut fyysikot tykkäävät siteerata Aurelius Augustinuksen (joka tuli tunnetuksi kirkkoisä Augustinuksena) teokseensa Tunnustukset 300-luvun lopulla kirjoittamia pohdintoja ajasta. Augustinus kommentoi osuvasti muun muassa sitä, miten vaikeaa ajan ajatteleminen on:

Mitä siis on aika? Jos kukaan ei kysy minulta, tiedän mitä se on. Jos haluan selittää sen sille, joka kysyy, en tiedä.

6 kommenttia “Mitä siis on aika?”

  1. MarttiV sanoo:

    Entropian etenemisen suunnalla ei taida olla tekemistä aika-avaruuden kaareutumisen kanssa

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Sitä ei tiedetä. Emme tiedä sitäkään, miksi signaaleja voi lähettää vain tulevaisuuteen, ei menneisyyteen.

  2. Fysiikan ajassa ei ole nykyisyyttä, menneisyyttä eikä tulevaisuutta. On vain kelloilla mitattavia tapahtumien kestoja joillakin jatkumoilla. Kuitenkin nykyisyyden muuttuminen menneisyydeksi ja uuden nykyisyyden aktualisoituminen tulevaisuudesta käsin on ajan fenomenologinen merkitys, se mitä Augustinuskin ehkä tarkoitti sanoessaan ymmärtävänsä mitä aika on vaikka ei osannut selittää sitä. Aika on olemassaolomme ydinrakenne ja siksi pakenee selityksiä.

    Fenomenologisen ajan ja fysiikan ajan välinen suhde on mielenkiintoinen filosofinen ongelma. On kuitenkin mielestäni selvää, että fenomenologista aikaa ei voi redusoida fysiikan aikaan eikä selittää sen avulla. Pikemminkin päinvastoin. Tämä kuvastaa ontologista näkemystäni yleisemminkin.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Se mitä sanot fysiikasta ei ole totta, kuten artikkelissa kirjoitan.

  3. Jani sanoo:

    Onko aika havaitsijan havaitsemien havaintojen havaintojärjestys?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Artikkeli toivon mukaan valaisee asiaa!

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Toivo elää

8.4.2021 klo 21.53, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Eilen hiukkasfyysikot kohisivat kun tutkimuskeskus Fermilabin koeryhmä julkaisi uuden mittauksen myonin magneettisesta momentista. Lehdistötiedotteen mukaan tulos eroaa merkittävästi hiukkasfysiikan Standardimallin teoreettisesta ennustuksesta ja on vihje uudesta fysiikasta. Tässä on koeryhmän jäseneltä vähemmän hehkutusta ja enemmän tietoa sisältävä kirjoitus. Aiheesta on myös hyvä artikkeli Quantassa, ja teoreetikko Jester ja kokeilija Tommaso Dorigo valaisevat asiaa blogeissaan.

Myoni on alkeishiukkanen, eli sillä ei ole sisärakennetta. Alkeishiukkasten ominaisuudet tiivistyvät muutamaan numeroon: näitä ovat massa, sähkövaraus ja muihin vuorovaikutuksiin liittyvät varaukset, sekä jokunen muu luku. Yksi näistä on magneettinen momentti, joka kertoo, miten paljon hiukkanen kiertyy magneettikentässä. (Tämä kiertyminen liittyy hiukkasten ominaisuuteen nimeltä spin.)

Hiukkasen magneettisen momentin arvoon vaikuttavat kaikki hiukkaslajit, joiden kanssa se voi vuorovaikuttaa. Asiaa kuvaillaan usein niin, että hiukkasta ympäröi virtuaalisten hiukkasten pilvi, joka sekin reagoi magneettikenttään. Voi myös sanoa, että yksittäinen hiukkanen on hiukkaskentän tihentymä, ja liikkuu halki muiden kenttien, jotka vaikuttavat sen käytökseen.

Mittaamalla hiukkasen magneettisen momentin saa siis tietoa siitä, millaisia muita hiukkasia on olemassa. Elektronin magneettisen momentin laskeminen oli keskeinen osa kvanttielektrodynamiikan –ensimmäisen kvanttikenttäteorian– kehittämistä. Teoreettinen ja kokeellinen arvo täsmäävät miljoonasosan miljoonasosan tarkkuudella – tämä on yksi historian tarkimpia ennusteita ja mittauksia.

Myonien magneettinen momentti tunnetaan huonommin, ja Fermilabin koe on toistaiseksi tarkin. Koejärjestelyn idea on helppo selittää: myoneja kiihdytetään 99.9% valonnopeudesta ja pidetään voimakkailla magneeteilla kiertämässä kehää. Sekunnin sadastuhannesosassa myoni hajoaa elektroniksi ja neutriinoiksi. Kun mitataan, mihin suuntaan syntynyt elektroni osoittaa, saadaan selville mihin suuntaan myoni osoitti, eli miten paljon se oli kiertynyt magneettikentässä.

Fermilab on nyt määrittänyt myonin magneettisen momentin yli miljoonasosan miljardisosan tarkkuudella. (Lisätty tarkennus: koe mittaa myonin magneettisen momentin poikkeamaa siitä arvosta, mikä sillä olisi, jos myoni ei vuorovaikuttaisi muiden kenttien kanssa. Tämä poikkeama on noin tuhannesosan kokoinen, ja se on mitattu noin miljoonasosan tarkkuudella.)

Tämä ei ole iso edistysaskel: edellisen Brookhavenin laboratoriossa tehdyn mittauksen tarkkuus oli samaa luokkaa. Intoa herättää se, että nämä riippumattomat tulokset sopivat yhteen keskenään, ja eroavat teoreettisesta laskusta noin kolmen miljardisosan verran. Virherajaan verrattuna tämä on iso ero: todennäköisyys sille, että kyse olisi sattumasta on noin 1:40 000.

Hiukkasfysiikassa vaaditaan, että sattuman todennäköisyys olisi alle yksi noin miljoonasta, ennen kuin saa julistaa löytäneensä uutta fysiikkaa. Kuten olen usein maininnut, tilastollisen virheen korostaminen on kuitenkin harhaanjohtavaa, jos systemaattisia virheitä ja teoreettista ennustusta ei tunneta samalla tarkkuudella. Tässä tapauksessa ongelmia ei ole tiedossa niinkään kokeen kuin teorian puolella.

Fermilabin lehdistötiedote ei mainitse, että on olemassa toinenkin teoreettinen ennustus, ja se sopii hyvin yhteen mittaustuloksen kanssa. Ei tiedetä kumpi ennustus on oikein. On huvittava sattuma, että tämä yhteensopiva ennustus ilmestyi lehdessä samana päivänä, kun Fermilabin koetulos tuli julki. (Tulokset tosin luetaan nettiarkistosta arXiv, ei lehdistä, ja artikkeli on ollut siellä helmikuusta 2020 alkaen.)

Myonin magneettisen momentin laskeminen on erittäin vaikeaa. Siihen vaikuttavat monet hiukkaset, ja niiden vuorovaikutukset myonin kanssa pitää laskea tarkasti. Kaksi ristiriidassa olevaa teoreettista laskua lähestyvät asiaa eri tavalla.

Fermilabin koetuloksista poikkeava tarkastelu sivuuttaa osan laskujen ongelmista jättämällä niihin mustan laatikon, jonka arvo mitataan kokeista laskemisen sijaan. On mahdollista, että tämä laatikko ei ole asennettu oikein laskun muihin osiin.

Koetulosten kanssa yhteensopiva lasku sen sijaan laskee magneettisen momentin numeerisesti alusta alkaen. Numeerisissa laskuissa on omat sudenkuoppansa, ja laskun tehneen ryhmän mukaan tulos pitää vielä tarkistaa ja varmentaa.

Tilanne ei ole ainutlaatuinen. Muistan, kuinka 2000-luvun alussa oltiin kiinnostuneita myonin magneettisen momentin kokeellisen ja teoreettisen arvon isosta erosta, kunnes huomattiin, että laskussa oli yksi miinusmerkki väärin.

Fermilabin ryhmän julkaisema tulos perustuu vain 6% datasta, jonka se tulee kaikkiaan keräämään. Kaiken datan myötä tilastollisen virheen mahdollisuus laskee noin miljardisosan sadasosaan, kauas löydölle sovitun riman yläpuolelle, mutta tällä ei ole ratkaisevaa merkitystä, ellei teoreettista laskua saada vakaalle pohjalle.

Jos ristiriita koetuloksen ja teorian kanssa varmistuu, kyseessä on ensimmäinen kiihdytinhavainto hiukkasfysiikasta Standardimallin tuolla puolen. (Neutriinoiden massa ja pimeä aine ovat Standardimallin tuolla puolen, mutta ne on havaittu muilla keinoin.)

Kuten Jester huomauttaa, mitattu ero on isompi kuin Standardimallin W– ja Z-bosonien vaikutus myonin magneettiseen momenttiin. Tämä viittaa siihen, että poikkeaman aiheuttava hiukkanen ei ole kovin raskas. (Mitä raskaampi hiukkanen, sitä heikommin se vaikuttaa muiden hiukkasten ominaisuuksiin.) Tämä tarkoittaa, että sen voisi kenties havaita kiihdyttimissä – ja herättää kysymyksiä siitä, miksi sitä tai sen vaikutuksia muihin hiukkasiin ei ole vielä nähty.

Selityksiähän teoreetikoilla löytyy. Tänään tuli jo julki 32 artikkelia, joissa yhdistetään Fermilabin tulos uusiin hiukkasfysiikan teorioihin, ja huomenna saadaan lisää. Aika näyttää, onko joku niistä oikein, vai katoaako poikkeama tarkemmalla tarkastelulla, kuten hiukkasfysiikassa on usein käynyt. (Hiljattain julistettiin toinenkin –tilastollisesti vähemmän merkitsevä– ero Standardimallin ja havaintojen välillä; Tommaso Dorigo tarjoaa siihenkin hyvän katsauksen.)

Quantan artikkelissa Fermilabin koeryhmän jäsen Dominik Stöckinger sanoo liioitellen, että myonin magneettinen momentti on viimeinen toivo, ja hiukkasfysiikka kuolee, jos mitään ei löydykään. Tommaso Dorigo esittää asian vähemmän dramaattisesti: hänen mukaansa mittaus pitää elossa toivoa siitä, että on vielä jotain kiihdytinten löydettävissä.

Päivitys (10/04/21): Lisätty selvitys mittaustarkkuudesta.

20 kommenttia “Toivo elää”

  1. Martti V sanoo:

    Ilmiötä on spekuloitu viidentenä vuorovaikutuksena tai pimeänä energiana

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Tätä en ole huomannutkaan, mutta en ihmettele. Kaikenlaisia ideoita on!

  2. Ihan mahtava selkeytys! Kiitoksia. Nyt täytyy jännityksellä odottaa jatkokokeita ja teoreettisten kaavojen tarkistusta.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kiitos, mukava kuulla.

  3. Lasse Ilves sanoo:

    Momentti on määritetty yli miljoonasosan tarkkuudella. ja tulos poikkeaa kolmella miljardisosalla. Onkohan tuossa virhe kun miljardisosa on kai tuhannesosa miljoonasosasta ja tarkkuus oli siis tuota luokkaa eli havanittu ero paljon mittaus tarkkuuttaa pienempi.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kiitos, hyvä huomio. Ilmaisinkin tämän epäselvästi. Lisäsin tekstiin selvennyksen.

      Myonin magneettisen momentin mitattu arvo on g=2.00233184122. Jos myoni ei vuorovaikuttaisi muiden kenttien kanssa, g olisi tasan 2. Kokeissa mitataan myonin eroa tästä, eli arvoa (g-2)/2.

      Mittauksen tarkkuus suureelle (g-2)/2 on noin puoli miljoonasosaa, ja suureen (g-2)/2 koko on tuhannesosa. Näin magneettinen momentti siis tunnetaan miljardisosan tarkkuudella, vaikka mittaustarkkuus on vain miljoonasosa.

  4. Lentotaidoton sanoo:

    Vähän pelkään, että kysymyksessä voi olla BICEP2 tai OPERA – toisinnot. Mitä suuremmalla rytinällä tullaan julkisuuteen, sitä varmemmin tulisi varoituskellojen soida. Tosin ryhmä ilmoittaa jo aiemminkin saaneen tämänsuuntaista signaalia. Toisaalta taas todellisen datan laskennan suhde muuhun laskentaan arveluttaa.

    JOS tuo 4,2 sigma pitää (ja vielä ylittyy), niin toki seuraamme kiinnostuksella jatkoa.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Fermilabin tulos on samanlainen kuin aiempi Brookhavenin mittaus, vähän tarkempi vain, eikä siinä ole isoja tiedossa olevia kysymysmerkkejä.

      BICEP2:n ja OPERA:n tulokset olivat uudenlaisia, eivät varmistuksia vanhalla. BICEP2:n kohdalla tuloksen tulkinnassa oli alusta alkaen kysymysmerkkejä, ja OPERA:n tuloksesta ei olisi koskaan pitänyt pitää lehdistötilaisuutta tai vihjata sen olevan löytö.

  5. Eusa sanoo:

    ”…on olemassa toinenkin teoreettinen ennustus, ja se sopii hyvin yhteen mittaustuloksen kanssa.”

    Mikä näiden ennustemallien olennaisin ero onkaan?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Se on kerrottu tekstissä. Yksi korvaa osan teoreettisesta laskusta datalla, toinen laskee numeerisesti.

      1. Mikko sanoo:

        Eli voiko numeerisen mallin menetelmä sopia mittauksiin standardimallin mukaisesti ja selittää poikkeaman ilman uutta fysiikkaa?

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Kyseinen numeerinen lasku myonin magneettisesta momentista Standardimallissa on sopusoinnussa mittauksen kanssa. Niiden välillä ei ole mitään tilastollisesti merkittävää poikkeamaa selitettäväksi.

      2. Eusa sanoo:

        Onko tieteellisesti heikommalla pohjalla sellainen ennuste, joka nojautuu enemmän mittausdataan, vaikka teoreettinen malli olisi olemassa vai onko jopa löydettävissä teorian heikkouksia soveltamalla dataa sopivissa kohdin?

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Tässä ei ole kyse mistään periaatteesta. Kummallakin menetelmällä myonin magneettisen momentin laskemiseksi on vahvuutensa ja heikkoutensa.

  6. Erkki Kolehmainen sanoo:

    ”Myoni on alkeishiukkanen, eli sillä ei ole sisärakennetta.”

    Kuinka sitten on mahdollista, että myoni hajoaa elektroniksi ja neutriinoksi? Ja miksi neutriinoksi, eletronin vain myonin?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Se, että alkeishiukkaset voivat muuttua hajota alkeishiukkasiksi ei ole ristiriidassa sen kanssa, että niillä ei ole sisärakennetta. Uudet hiukkaset eivät tule vanhan sisältä, vaan vanha hiukkanen muuttuu uusiksi.

      Myoni hajoaa elektroniksi, elektronin antineutriinoksi ja myonin neutriinoksi.

      1. Erkki Kolehmainen sanoo:

        Siis yhdestä leptonista syntyy kolme leptonia? Nyt tietysti herää kysymys. miten sisäinen rakenne määritellään ja mitä se ei voi olla?

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Alkeishiukkaset eivät koostu mistään pienemmistä osista. Jos hiukkanen koostuu joistakin pienemmistä osista, sillä on sisärakennetta.

          Enemmän täällä:

          https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/sidottujen_kimppujen_vetovoima

  7. Jernau Gurgeh sanoo:

    Linkittyvätkö nämä mitenkään mahdolliseen myonien liian vähäiseen määrään B mesonien hajoamisessa, jota viimeisimmäksi on tutkittu LHCb:n toimesta?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Riippuu täysin teoriasta. Jotkut teoriat varmaan pyrkivät selittämään molemmat poikkeamat osana samaa kokonaisuutta, mutta niillä ei välttämättä ole yhteyttä.

      B-mesonien mittauksissa havaitusta poikkeamasta, ks. merkinnän lopussa linkattu Tommaso Dorigon teksti:

      https://www.science20.com/tommaso_dorigo/another_3_sigma_fluke_from_lhcb-253707

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Teknisyys ja henkisyys

31.3.2021 klo 15.59, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Muutama vuosi sitten blogin kommenteissa minulle kehuttiin tieteenhistorioitsija Helge S. Kraghin kirjaa Conceptions of Cosmos: From Myths to the Accelerating Universe: A History of Cosmology. Luin teoksen vasta nyt, ja se osoittautui mainioksi.

Kragh kertoo kosmologian tarinan sen esivanhemmista muinaisessa Egyptissä ja Mesopotamiassa alkaen. Keskiajan ja 1800-luvun välillä Kragh käsittelee vain eurooppalaista historiaa, lukuun ottamatta joitakin mainintoja arabeista.

Yksi kirjan kantava teema on jännite ja yhteys havaintoja kuvaavan tähtitieteen ja spekulatiivisen kosmologian välillä. Tähtitieteen tehtäväksi nähtiin pitkään vain taivaiden liikkeiden luetteloiminen ja matemaattinen mallintaminen. Sen sijaan kosmologiassa pyrittiin kattavaan maailman selittämiseen, usein irrallaan havainnoista. Esimerkiksi Kraghin mukaan Nikolaus Kopernikuksen aurinkokeskisen järjestelmän esitellyt kirja De revolutionibus orbium coelestium oli ”vaikea ja tekninen teos, suunnattu matematiikkaa tunteville tähtitieteilijöille, ei astrologeille, filosofeille tai kosmologeille”.

Toisaalta tähtitieteelläkin on nähty esteettinen ja moraalinen arvo. 100-luvulla kreikkalainen Klaudios Ptolemaios kuvasi tähtitiedettä ainoaksi tieteeksi, joka tarjoaa sekä vankkaa tietoa että kehittää moraalia:

”Jumaluuteen liittyvän pysyvyyden, järjestyksen, symmetrian ja tyyneyden kautta se tekee seuraajistaan tämän jumalaisen kauneuden rakastajia, tutustuttaen heidät ja ikään kuin muovaten heidän luontonsa samanlaiseen henkiseen tilaan.”

Antiikin Kreikassa syntyi kuva maailmasta, joka noudattaa järjellä ymmärrettäviä lakeja jumaluuksista ja hengistä riippumatta. Vaikka monet pohdinnat olivat hedelmättömiä, jotkut olivat häkellyttävän oivaltavia. Esimerkiksi stoalaiset filosofit päättelivät 300-luvulla ennen ajanlaskun alkua, että maailman ikä on äärellinen, koska eroosio tapahtuu vain yhteen suuntaan: jos maailma olisi ikuinen, vuoria ei olisi. Tällainen entropian kasvuun liittyvä päättely oli tärkeässä roolissa 1800-luvulla –kaksi vuosituhatta myöhemmin– maailmankaikkeuden iästä kiisteltäessä.

Vaikka Kragh ei asiaa korosta, kirjasta näkyy tuskallisen selvästi se, miten suuri takaisku Kreikan filosofian pysähtyminen ja Rooman valtakunnan hajoaminen oli maailman rationaaliselle ymmärtämiselle. Senkin jälkeen, kun muinaisten kreikkalaisten tekstit löydettiin kristillisessä Euroopassa uudelleen arabiankielisten käännösten kautta, Euroopan filosofit lähestyivät kosmologiaa lähinnä sen kannalta, miten aristotelinen filosofia ja kristillinen teologia voitaisiin sovittaa yhteen. Tähtitieteellisiä (tai muita) havaintoja ei pidetty oleellisina näille pohdinnoille, jotka keskittyivät sellaisiin kysymyksiin kuin onko Jumalan äärettömyys todiste maailmankaikkeuden äärettömyydestä vai äärellisyydestä.

Monien vanhojen kosmologisten pohdintojen hauska piirre on se, miten usein niihin kuuluu taivaan kehien koosta, planeettojen etäisyyksistä ja niin edelleen lukuarvoja, jotka ovat yhtä tarkkoja kuin ne ovat mielikuvituksellisia. Kirja onkin hyvä muistutus siitä, että tietyn alan pitkällinen ja kehittynyt älyllisten pohdintojen perinne ei ole mikään tae siitä, että niillä olisi mitään arvoa maailman kuvaamisessa.

Se, että vielä 1600-luvulla teologiset argumentit painoivat maailmankaikkeuden kuvaamisessa yhtä paljon kuin havainnot, oli yksi syy siihen, että Galileo Galilei suhtautui kosmologiaan ”sekoituksella skeptisyyttä ja välinpitämättömyyttä”.

Myöskään ero okkultismiin ei ollut aina selvä. Yhtä lailla tähtitieteilijä Tyko Brahe kuin alkemisti Paracelsus pitivät kemiaa ja tähtitiedettä toisiinsa elimellisesti liittyvinä tiedon aloina. Brahen kuuluisan Uraniborg-observatorion porteilla oli veistokset, joista toiseen oli kaiverrettu viek ”kun katson ylös, näen alas” ja toiseen ”kun katson alas, näen ylös”, mikä muistuttaa myöhäisantiikista periytyvää okkultistista mottoa ”kuin ylhäällä, niin alhaalla”.

Lopulta havainnot pelastivat kosmologian. Yksi rajapyykki oli Brahen vuoden 1572 havainto taivaalle ilmestyneestä ja katoavasta uudesta tähdestä. Se kyseenalaisti aristotelisen käsityksen taivaasta ikuisena, muuttumattomana ja jumalaisena alueena.

Isaac Newtonin 1600-luvun loppupuolella löytämä klassinen fysiikka mullisti sekin kosmologian. Nykynäkökulmasta klassisen fysiikan keskeinen piirre on se, että maailma on yksinkertaisten sääntöjen varassa toimiva itsenäinen järjestelmä. Newton ja hänen seuraajansa kuitenkin vastustivat tätä ajatusta, koska se teki Jumalan tarpeettomaksi. Tämä on hyvä esimerkki siitä, miten läpimurtojen tekijät eivät aina näe tai hyväksy niiden keskeisiä seurauksia, koska heillä on toinen jalka menneessä. Newtonin aikalainen Gottfried Leibniz ja hänen seuraajansa sitä vastoin esittivät, että kellokoneistomaailma todistaa Jumalan suuruudesta, koska tämän ei maailman luomisen jälkeen tarvitse enää puuttua sen toimintaan. Vaikka Newtonin johtopäätös oli fysikaalisesti väärin, se oli sosiologisesti oikein: fysiikka on syrjäyttänyt Jumalan maailman tapahtumien selittämisessä ja johtanut ateismin leviämiseen.

Vuonna 1731 päästiin niin pitkälle, että Christian Wolffin kirjan Cosmologia nimessä oleva sana viittasi ensimmäistä kertaa puhtaasti fysikaalisiin ilmiöihin, irrallaan teologisista pohdinnoista. Spekulaatiot jatkuivat kuitenkin ilman kristillistä sisältöäkin.

Muun muassa filosofi Immanuel Kant esitti puhtaalla järjellä keksimiään selityksiä siitä, millainen maailmankaikkeus on. Myöhemmin hän muutti mielensä, ja todisteli, että maailmankaikkeuden käsite ei ole mielekäs, koska se ei kuvaa kenenkään havaintoja, joten sitä ei voi tutkia. Parhaimmillaan nämä pohdinnat esittivät uusia ideoita – Kant esimerkiksi kirjoitti, että ”tähtisumut” ovat toisia galakseja, mikä on saattanut pohjustaa ajatuksen hyväksymistä. Jälkikäteen katsottuna näiden moninaisten päättelyiden pääasiallinen anti on se, että niihin tutustuessa osaa arvostaa havaintojen ja matemaattisen mallintamisen tärkeyttä, sekä prototieteilijä Francis Baconin peräänkuuluttamien ”lyijyn ja painojen” merkitystä spekulaatioiden pitämisessä maan tasalla.

1800-luvulla tapahtui läpimurto, kun siirryttiin tähtitieteestä astrofysiikkaan, eli alettiin soveltaa muitakin fysiikan lakeja kuin gravitaatiota taivaiden mallintamiseen. Alkuaineiden spektriviivojen löytäminen mahdollisti tähtien koostumuksen mittaamisen ja niiden käyttämisen taivaallisina laboratorioina. Aiemmin tutkijat olivat olleet sitä mieltä, että tähtien olemuksen pohtiminen ei kuulu tieteeseen. Tämä on esimerkki siitä, että vain tutkimus voi kertoa, mitkä ovat tutkimuksen kohteita, ja millaisia menetelmiä siinä sopii käyttää.

Astrofysiikka avasi tähtitieteen ja kemian yhteyden, josta Brahe ja Paracelsus olivat haaveilleet. Tähtitieteen ja hiukkasfysiikan myöhempi tiivis suhde on jatkoa tälle, ja 1980-luvulla kosminen inflaatio selitti koko maailmankaikkeuden rakenteen hiukkasfysiikan kvanttivärähtelyjen avulla. Näillä kehitysaskeleilla ei kuitenkaan ole juuri tekemistä Brahen tai Paracelsuksen ajattelun kanssa. Onkin tavallista, että eri aikoina on esitetty toisiaan pintapuolisesti muistuttavia ideoita, ilman että ne ovat saman asian eri kehitysasteita.

Kun spektriviivojen avulla oli todistettu, että alkuaineet ovat samoja kaikkialla maailmankaikkeudessa, niin ruvettiin pohtimaan niiden alkuperää. Vuodesta 1915 yleisen suhteellisuusteorian löytämisen jälkeen reitti vastaukseen oli periaatteessa selvä. Teoria ennustaa, että avaruus laajenee ja tiheys laskee. Tiheys on siis varhaisina aikoina ollut isompi, ja siksi aine on ollut lämpötasapainossa. Tästä voi laskea, paljonko alkuaineita varhaisessa keitossa syntyy ja koska atomit muodostuvat.

Kragh käy yksityiskohtaisesti läpi, miten kosmologian kehitys ei kuitenkaan kulkenut tätä jälkikäteen suoralta näyttävää reittiä. Yleisen suhteellisuusteorian ennustama maailmankaikkeuden laajeneminen ja ajan alku herättivät laajaa vastarintaa. Niinpä jotkut fyysikot keksivät uutta fysiikkaa vailla muuta motivaatiota kuin näiden piirteiden välttäminen. Yksi paljon huomiota saanut esimerkki on Fred Hoylen ja kumppaneiden steady state -malli, missä oletetaan, että ainetta syntyy koko ajan tyhjästä. Tällöin aineen tiheys ei laske, vaikka avaruus laajenee, joten maailmankaikkeus pysyy aina samanlaisena, eikä sillä ole alkua.

On hauska sivujuonne, että jotkut näiden teorioiden kannattajat olivat sitä mieltä, että ne olivat tieteellisempiä kuin yleiseen suhteellisuusteoriaan ja muuhun tunnettuun fysiikkaan pohjaava kosmologia. Syynä oli se, että näillä teorioilla oli selviä ennustuksia, kun taas 1960-luvulla suhteellisuusteoriaan pohjaavan kosmologian tapauksessa ei ollut esimerkiksi pitkään selvää, miten tarkalleen maailmankaikkeus laajenee – koska se riippuu ainesisällöstä, jota ei tunnettu. Myöskään yleiseen suhteellisuusteoriaan pohjaava kosmologia ei pystynyt selittämään raskaiden alkuaineiden syntyä varhaisessa hiukkaskeitossa – koska ne syntyvät tähdissä. Tämä lienee varoittava esimerkki tieteenfilosofian väärinkäytöstä, joka ei ole myöhemmillekään kosmologeille vierasta. (Argumentti ei myöskään estänyt muokkaamasta steady state -mallia kerta toisensa jälkeen, kun sen ennustukset osoittautuivat havaintojen kehittyessä vääriksi.)

Myös yleisen suhteellisuusteorian kannattajilla kesti vuosikymmeniä ottaa teoria vakavasti ja soveltaa sitä johdonmukaisesti. Kaari oli poikkeuksellisen pitkä. Fysiikassa on kuitenkin tavallista, että paikkansa pitävät teoriat ajan myötä yksinkertaistuvat periaatteiltaan, esitystavaltaan ja oletuksiltaan, kun niitä ymmärretään paremmin. Samalla niille tulee yhä monimuotoisempia ja yksityiskohtaisemmin tarkasteltuja sovelluksia. Virheellisten teorioiden kohdalla käy päinvastoin: periaatteita ja oletuksia tulee lisää, ja sovelluksia yhä vähemmän.

Kraghin kirjan ensimmäinen painos ilmestyi vuonna 2007, joten mukaan ovat ehtineet kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuudet, kosminen inflaatio ja maailmankaikkeuden kiihtyvä laajeneminen. Kuten Kragh toteaa, lähihistoriaa on vaikea kirjoittaa, ja näistä asioista Kraghin käsittely lähestyy teorioiden sisältöön keskittyvää tietokirjaa, joita on parempiakin. Kraghin psykologinen ja sosiologinen painotus on silti kiinnostava. Hymyilyttää hänen huomionsa, että inflaatioon liittyvien maailman alkua, toisia maailmankaikkeuksia ja muita spekulaation perinteitä jatkavat pohdinnat ovat tuoneet filosofit ja teologit takaisin kosmologiaan, ”mistä heidät oli pitkään karkotettu”.

Fyysikoilla on tapana muistaa vain ne teoriat, jotka pitävät paikkansa. Tämä on mahdollista, koska fysiikka on historiaton tiede siinä mielessä, että uudet teoriat sisältävät edeltäjänsä. Fyysikot selittävät oikeaan tulokseen päätymistä, kun taas tieteenhistorioitsijat kartoittavat miten tutkimus on todellisuudessa kulkenut, ja virheelliset teoriat ovat tutkimuskohde siinä missä oikeatkin. Tässä mielessä Kraghin kirja on kelpo historia ei vain kosmologiasta, vaan kosmologeista, vaikka keskittyykin teorioihin henkilöiden sijaan.

8 kommenttia “Teknisyys ja henkisyys”

  1. Erkki Kolehmainen sanoo:

    ”…pohdinnat ovat tuoneet filosofit ja teologit takaisin kosmologiaan…”
    Filosofit ovat toki tervetulleita, koska he voivat auttaa paradigman muutoksessa, mutta teologit eivät. Teologien motiivi on osoittaa ”tieteen” keinoin, että jumala on olemassa eli heidän tutkimuksensa tulos on selvä jo ennen kuin tutkimusta on edes aloitettu. Se olisikin aikamoinen sensaatio, jos joku nimekäs teologi julistaisi vuosikymmeniä kestäneiden tutkimusten jälkeen tulleensa siihen tulokseen, ettei jumalaa ole. Hänet todennäköisesti sijoitettaisiin hoitolaitokseen järkensä menettäneenä, koska teologista paradigmaa ei saa rikkoa!

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      On olemassa teologiaa, jossa pyritään pönkittämään kristillistä dogmaa tieteen keinoin, mutta on myös toisenlaista teologiaa, eikä se ole ainoa tieteen ja uskonnon risteys.

      Mutta tuo Kraghin kommentti kertoo enemmän siitä alueesta, mihin osa kosmologiasta on ajautunut kuin teologiasta.

      Kirjoitin tieteen ja kristinuskon suhteesta täällä: https://www.areiopagi.fi/2019/11/tieteiden-lahja-osa-2/

      Suomen evankelis-luterilaisen kirkon arkkipiispa Tapio Luoman käsityksestä uskonnon ja tieteen suhteesta voi lukea vaikka täällä (haastattelun loppupuolella): https://voima.fi/artikkeli/2020/arkkipiispa-tapio-luoman-mukaan-ilmastonmuutos-on-myos-hengellinen-kriisi/

      1. Kari Leppälä sanoo:

        Olipa hemmetin hieno tuo Areiopagin komenttisi. Kiitos siitäkin. Ei mitään lisättävää. Eikä nämä kauhean vaikeita kysymyksiä ole. Kosmologia on varmaan vaikeampaa.

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Kiitos, mukava kuulla. Moraalisissa ja aatteellisissa kysymyksissä ei ole vaikeaa pohdinta, vaan toiminta.

      2. Syksy Räsänen sanoo:

        Tämä riittäköön uskonnosta tässä yhteydessä, siitä keskustelemiseen on sopivampia foorumeita.

  2. Erkki Kolehmainen sanoo:

    Tieteen ja uskonnon risteyksessä on jokaisen ihmisen valittava kumpaa lähtee etenemään. Aiemmin uskonnon tie oli lavean houkutteleva ja tieteen kapea kinttupolku, mutta tilanne on muuttunut, sillä nykyään uskonnon tien alkuun on lisätty varoitusmerkkejä silläkin tiellä olevista vaaroista. Ilmaston muutos on arkkipiispalle hengellinen kriisi, koska Raamattu sanoo, että lisääntykää ja täyttäkää maa. Niin on tehty ja protestanttisella työetiikalla haalittu mammonaa. Ja tässä on tulos. En ymmärrä tuota uskovien hinkua sovitella ja vähätellä uskonnon ja tieteen välistä ristiriitaa. Sekin on paradigma, jonka murtaminen näyttää olevan vaikeaa.

  3. Niklas Hietala sanoo:

    Helge Kragh on tieteen historioitsijana tavattoman pätevä. Kuuluu ehdottomasti parhaimmistoon – ainakin niiden joukossa, jotka tutkivat eksaktien luonnontieteiden historiaa.

    ”Fyysikoilla on tapana muistaa vain ne teoriat, jotka pitävät paikkansa.”
    Minun onkin pitkään ollut tarkoitus lukea Kraghin kirja Higher Speculations: Grand Theories and Failed Revolutions in Physics and Cosmology. Puuhailin siemmin kvatittuneiden virtauspyörteiden parissa, ja luin silloin Kraghin artikkelin Kelvinin vorteksiatomiteoriasta. Sen innostamana tutustuin aiheeseen enemmänkin ja kirjoitin siitä Arkhimedes-lehteenkin. Higher Speculations -kirjassa kai yksi luku perustuu siihen Kraghin artikkeliin. Mutta mukana on myös modernempeja spekulaatioita.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Higher Speculations onkin minulla hyllyssä odottamassa lukemista.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Muistinmenetykset ennustusten takana

19.3.2021 klo 21.15, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Klassisen fysiikan laeista voi periaatteessa laskea, millainen tulevaisuus on ja millainen menneisyys oli, jos tietää nykyhetken. Käytännössä tätä rajoittaa se, että ensinnäkin nykytilaa ei tunneta tarkasti ja toisekseen monimutkaisten järjestelmien kehityksen laskeminen on vaikeaa. Niinpä emme esimerkiksi osaa sanoa, missä Aurinkokunnan planeetat ovat miljardien vuosien kuluttua tai missä ne olivat miljardeja vuosia sitten. (Kvanttifysiikan epädeterminismin takia tulevaisuus ei ole täysin ennustettavissa eikä menneisyys täysin selvitettävissä, mutta isossa mittakaavassa tällä ei ole juuri merkitystä.)

Miten sitten voidaan tutkia paljon monimutkaisemman järjestelmän, kuten koko näkemämme maailmankaikkeuden, kehitystä – eli miksi kosmologia on mahdollista?

Yksi syy on se, että kun systeemi tarpeeksi iso, sitä on helpompi käsitellä. Jos mukana on riittävän monta palaa, meitä ei enää kiinnosta se, mitä jokaiselle niistä tapahtuu, vaan tutkimuksen kohteena on niiden muodostama kokonaisuus. Yksittäisten palojen sijaan seurataan niiden ominaisuuksien jakaumaa: kuinka suuri osa liikkuu tietyllä nopeudella, kuinka suuri osa on tietyssä paikassa, ja niin edelleen.

Vaikeimpia käsitellä ovat järjestelmät, joissa on muutamasta muutamaan kymmentä kappaletta – liian paljon, jotta kaikkien vuorovaikutuksia olisi helppo seurata, mutta liian vähän, jotta keskiarvoihin tiivistyisi kaikki oleellinen. Esimerkiksi Aurinkokunnan planeetat ovat tällainen järjestelmä.

Koko näkemämme maailmankaikkeuden tapauksessa palasia sen sijaan on valtavan paljon, olivatpa ne sitten alkeishiukkasia (joita seurataan varhaisina aikoina) tai galakseja (joita tarkastellaan myöhemmin). Emme osaa laskea, mitä jokaisessa galaksissa tapahtuu, mutta sen kyllä, millaisia tapahtumat tilastollisesti ovat.

Toinen ennustuksia helpottava tekijä on se, että maailmankaikkeuden menneisyys on yksinkertainen. Sen lisäksi, että palasia on paljon, ne ovat varhaisina aikoina jakautuneet hyvin tasaisesti. Tässä on kaksi puolta: ensinnäkin aine oli lähes lämpötasapainossa, ja toisekseen poikkeamat ovat tilastollisesti samanlaisia kaikkialla.

Varhaisina aikoina aine on yksittäisistä hiukkasista koostuvaa keittoa. Keiton lämpötila kertoo, kuinka vinhaan hiukkaset poukkoilevat toisistaan, toisin sanoen mikä on niiden liike-energia. Mutta lämpötasapaino on paljon muutakin: lämpötasapainossa hiukkasten vuorovaikutukset ylläpitävät sitä, että aine on samanlaista joka paikassa ja kaikkina aikoina. Hiukkasten törmäykset esimerkiksi pyyhkivät pois tiheyserot vierekkäisten alueiden välillä.

Yhtä lailla eri hiukkasten lukumäärä on tasapainossa. Esimerkiksi keitossa on sekä hiukkasia ja antihiukkasia, kuten elektroneja ja positroneja. Kun elektroni ja positroni kohtaavat, ne annihiloituvat eli muuttuvat fotoneiksi. Lämpötasapainossa toisaalta fotonit yhtyvät toisiinsa samaa tahtia muuttuen elektroni- ja positronipareiksi, niin että elektronien, positronien ja fotonien suhde säilyy samana.

Lämpötasapainossa tietyn hiukkaslajin lukumäärä määräytyy vain sen massasta. Jos hiukkasen massa on isompi kuin keiton hiukkasten tyypillinen liike-energia, sen tuottaminen on vaikeaa, ja näitä hiukkasia on vähän. Muita hiukkasia on kaikkia yhtä paljon. (Lukuun ottamatta pieniä hiukkasten spiniin liittyviä eroja.)

Ainoa poikkeus liittyy siihen, että jotkut hiukkasreaktiot ovat kiellettyjä. Esimerkiksi sähkövaraus säilyy, joten plus- ja miinusvarauksia häviää tai syntyy aina yhtä paljon. Niinpä maailmankaikkeuden kokonaissähkövaraus säilyy aina samana. Maailmankaikkeuden kokonaisvaraus on kuitenkin nolla, joten tästä ei seuraa rajoituksia.

Toisin on baryoniluvun kohdalla. Baryoniluku kertoo montako protonia ja neutronia miinus antiprotonia ja antineutronia on olemassa. Baryoniluku säilyy kun lämpötila on alle miljoona miljardia astetta, ja se on positiivinen. Niinpä keitossa on protoneita enemmän kuin antiprotoneita, vaikka niiden massat ovat samat.

Kaikkiaan tämä tarkoittaa sitä, että lämpötasapainossa hiukkaskeiton tila tiivistyy kahteen lukuun: lämpötilaan ja baryonitiheyteen. (Jos on säilyvä leptoniluku, se pitää lisätä listaan.) Lämpötasapainossa ei ole muuta muistia: hiukkasten törmäykset pyyhkivät pois tiedon siitä mitä on aiemmin tapahtunut.

Maailmankaikkeus ei kuitenkaan ole täysin lämpötasapainossa, koska avaruus laajenee. Varhaisina aikoina aine on tiheää ja siksi hiukkasten törmäystahti on iso verrattuna maailmankaikkeuden laajenemisnopeuteen. Avaruuden laajentuessa lämpötila laskee, ja aineen tiheys sekä hiukkasten törmäystahti pienenee.

Kun maailmankaikkeus on sekunnin ikäinen, aineesta tulee niin harvaa, että heikoimmin vuorovaikuttavat hiukkaset –neutriinot– eivät enää törmäile muihin, vaan irtoavat keitosta. Tämä rajapyykki erottaa muinaiset ajat, jolloin kaikki hiukkaset olivat yhteydessä toisiinsa, myöhemmästä maailmankaikkeudesta, jossa aineen osat eriytyvät yhä enemmän. (Pimeä aine on luultavasti irronnut jo aiemmin, jos on koskaan ollutkaan kosketuksissa tavallisen aineen kanssa.) Tapahtuma on niin tärkeä, että Kari Enqvist nimesi kirjansa Ensimmäinen sekunti sen mukaan.

Lämpötila ei kuitenkaan edes varhaisina aikoina ole sama kaikkialla. Siinä on pieniä, sadastuhannesosan kokoisia vaihteluita, jotka näkyvät nykyään kosmisessa mikroaaltotaustassa. Hiukkasten törmäykset eivät pyyhi pois näitä epätasaisuuksia lämpötasapainosta huolimatta, koska niiden mittakaava on niin iso. Esimerkiksi jos kylmä ja kuuma alue ovat kymmenen valosekunnin päässä toisistaan, niin maailmankaikkeuden ollessa sekunnin ikäinen niiden välillä ei ole ehtinyt välittyä törmäyksiä, jotka olisivat ne voineet tasoittaa ne

Lämpimämmät alueet ovat myös tiheämpiä, joten ne vetävät ainetta puoleensa ja toimivat galaksien ja kaiken muun rakenteen siemeninä. Lämpimien ja kylmien alueiden jakauma on samanlainen kaikkialla ja hyvin yksinkertainen (kuten mikroaaltotaustasta näkee). Niinpä galaksien jakauma isossa mittakaavassa on helposti ennustettavissa.

Se, että lämpötilavaihtelujen jakauma on yksinkertainen, puolestaan johtuu kosmisesta inflaatiosta, joka pyyhki pois tiedon kaikesta sitä aiemmasta (jos ennen kosmista inflaatiota ylipäänsä oli mitään), ja synnytti kvanttivärähtelyjen avulla pieniä vaihteluita tyhjästä. Galaksien jakauma on yksinkertainen koska kvanttivärähtelyt ovat yksinkertaisia.

Maailmankaikkeuden ennustettavuus pohjaa siis kahteen muistinmenetykseen: inflaatioon ja sen lämpötasapainoon.

18 kommenttia “Muistinmenetykset ennustusten takana”

  1. Erkki Kolehmainen sanoo:

    Siis tuossa alkukeitossa on elektroneja, positroneja, fotoneja ja netriinoja. Mitä muita hiukkasia (kvarkkeja?) siinä on voinut olla ja tapahtuuko noita kvanttivärähtelyjä kaikissa hiukkasissa vai vain osassa niitä. Fotonihan on bosoni, joka voi syntyä kahdesta fermionista kuten neutriinosta ja antineutriinosta eli silloinhan neutriinot olisivat olleet olemassa jo ennen fotoneja?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Keitossa on aina merkittävästi kaikkia hiukkasia, joiden massat ovat pienempiä kuin lämpötilaan liittyvä keiton hiukkasten keskimääräinen liike-energia ja vuorovaikuttavat tarpeeksi voimakkaasti pysyäkseen keitossa mukana. (Periaatteessa siinä on kaikkia hiukkasia, mutta raskaita ja heikosti vuorovaikuttavia hiukkasia on erittäin vähän.)

      Ennen mikrosekuntia keitossa on kvarkkeja, sen jälkeen ne ovat sitoutuneet protoneiksi ja neutroneiksi.

      Inflaation aikana ei ole hiukkasia. Kyseessä on inflaatiota ajavan kentän kvanttivärähtelyistä.

      Kahdesta neutriinosta ei voi syntyä yhtä fotonia, kaksi fotonia periaatteessa kyllä. Tästä ei voi päätellä, että fotonit ovat syntyneet neutriinoista. Lämpötasapainossa kaikki reaktiot tapahtuvat molempiin suuntiin.

      1. MarttiV sanoo:

        On teorioita, että ennen inflaatiota olisi ollut GUT materiaa, joka muuntautui inflaation aikana leptonien ja kvarkkien yhdistelmähiukkasiksi ja raskaiksi bosoneiksi.

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          En ole tuohon törmännyt, mutta kaikenlaisia teorioita kyllä on. Inflaation aikana sitä ennen mahdollisesti olemassa olleiden hiukkasten tiheys kuitenkin laskee mitättömän pieneksi: inflaatio pyyhkii menneisyyden pois.

          1. MarttiV sanoo:

            Toki inflaatio olisi repinyt mahdolliset materiaaliklimpit kausaalisesti irti toisistaan ennen kun olisivat hajonneet standarimallin mukaisiksi hiukkaskeitoiksi.

          2. MarttiV sanoo:

            Missä mielessä inflaatio pyyhkii menneisyyden? On selvää, että tarpeeksi kauas toisistaan pyyhkäistyt hiukkaset eivät enää voi vaihtaa informaatiota. Lähemmäksi jääneet ovat tavoittaneet toisensa valonnopeudella ja niiden historia on nähtävissä. Olisiko kvanttilomittuminen säilynyt inflaation jäljiltä? Mietin, että teoriassa pystyisimme havaitsemaan kaksi kaukaista kohdetta, jotka eivät ole kausaalisessa yhteydessä, mutta jakavan saman lomittuneen tilan.

          3. Syksy Räsänen sanoo:

            Inflaation aikana mahdollisesti aiemmin olemassa olleen aineen tiheys laskee tyypillisesti niin paljon, että kukaan inflaation jälkeinen havitsija ei näe siitä ainuttakaan hiukkasta.

            Inflaatio ei poista aiemmin mahdollisesti olemassa olleiden hiukkasten lomittumista, mutta tällä ei ole mitään merkitystä, koska näitä hiukkasia ei havaita.

          4. MarttiV sanoo:

            Onko mahdollista, että inflaatio olisi ollut heikompaa pienillä mittaskaaloilla? Tällöin olisi jäänyt lokaaleja hiukkasten tiheentymiä

          5. Syksy Räsänen sanoo:

            Ei.

  2. Jaajo sanoo:

    Jos pystyisimme näkemään tuonne menneisyyden alkukeittoon jollain tavalla ja meillä kuluisi oman kellomme mukaan yksi sekunti, niin näyttäisikö tuolla alkukeitossa myös siltä, että siellä kului yksi sekunti?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Maailmankaikkeuden laajenemisen takia menneet tapahtumat näkyvät meille hitaampina, suoraan verrannollisesti avaruuden laajenemiseen. Esimerkiksi kosmisen mikroaaltotaustan syntymisen jälkeen pituudet ovat venyneet tekijällä 1090, joten näemme sen muuttuvan hitaammin tekijällä 1090. (Kosminen mikroaaltotausta joka tapauksessa muuttuu niin hitaasti, että tätä muutosta ei ole vielä pystytty havaitsemaan, mutta on suunnitteilla kokeita, jotka yrittävät mitata tätä muutosta.)

  3. Martti V sanoo:

    Baryoniluku vakiintui siis, kun higgs kenttä ”jäätyi”. Oliko hiukkaset sitä ennen massattomia ? Voitko selventää hieman, mitä tarkoitetaan raskailla hiukkasilla, jos niillä ei ole massaa?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kaikki tunnetut hiukkaset (neutriinoita ehkä lukuun ottamatta) olivat massattomia ennen kuin Higgsin kenttä jäätyi.

      Raskas tarkoittaa tässä sitä, että hiukkasen massaan liittyvä lepoenergia on yhtä suuri tai suurempi kuin sen liike-energia. Massattomat hiukkaset eivät siis koskaan ole raskaita.

    2. Martti V sanoo:

      Oliko ennen jäätymistä vain termistä liike-energiaa, joka oli kaikilla hiukkasilla lähes sama?

      1. Syksy Räsänen sanoo:

        Kyllä, ainakin tunnettujen hiukkasten osalta. Liike-energiassa on pieni ero sen mukaan, mikä on hiukkasen spin, mutta se on silti kaikilla samaa suuruusluokkaa.

        1. Martti V sanoo:

          Voidaanko ajatella että baryoniluku vakiintui jo aikaimmin jos kvarkkien määrä ylitti antikvarkkien? Leptonien määrä ei liity baryoni lukuun?

          1. Syksy Räsänen sanoo:

            Higgsin olomuodon muutoksessa leptoneita voi muuttua baryoneiksi, eli se voi muuttaa baryonilukua. Jos nykyhavaintoihin sopiva baryonien ylijäämä syntyy aiemmin, olomuodon muutoksen pitää siis olla sellainen, että se ei muuta ylijäämää liikaa.

  4. Martti Viljainen sanoo:

    Mielenkiintoista että hiukkaset muuttuivat toisikseen ja niillä oli pitkälti samat piirteet ja mikä niitä lopulta erotti toisistaan

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Kolmekätinen kaukoputki

27.2.2021 klo 17.10, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Toissaviikolla oli etäkonferenssi muinaisista mustista aukoista ja gravitaatioaalloista. Sana ”muinainen” viittaa siihen, ne ovat muodostuneet kauan ennen tähtien syntyä. Ei tiedetä, onko tällaisia mustia aukkoja olemassa. LIGOn ja Virgon havainnot mustista aukoista ovat kuitenkin innoittaneet paljon tutkimusta erilaisista tavoista niiden tuottamiseksi. (Minäkin olen mennyt mukaan touhuun.)

Jos muinaisia mustia aukkoja on olemassa, isoin kysymys on se, miten ne voi erottaa tähtisistä mustista aukoista. Tai toisin päin: mistä tiedämme, että LIGOn ja Virgon näkemät kymmenet toisiinsa törmäävät mustat aukot ovat peräisin tähtien romahduksesta?

Johtopäätös siitä, että törmäysten osapuolet ylipäänsä ovat mustia aukkoja perustuu kahteen seikkaan. Ensinnäkin gravitaatioaalloissa ei näy merkkejä siitä, että niillä olisi monimutkaista rakennetta. Kaikki tähtitieteelliset kappaleet ovat monimutkaisempia kuin mustat aukot – neutronitähdetkin litistyvät enemmän. Toisekseen havaittujen törmäyksen osapuolten massat ovat jokusesta muutamaan kymmeneen Auringon massaa, mitä tähtien romahdukselta odottaisikin.

On tosin havaittu muutamia yllättävän kevyitä ja raskaita mustia aukkoja, joiden alkuperä ei ole selvä. Jos nähtäisiin Aurinkoa kevyempiä mustia aukkoja, niiden olisi pakko olla muinaisia. Mikään tähtitieteellinen tapahtuma ei pysty saamaan aikaan niin pieniä mustia aukkoja, ja syntymän jälkeen mustat aukot voivat vain kasvaa. (Ellei höyrystymistä Hawkingin säteilyn takia oteta huomioon – se on kuitenkin merkittävää vain paljon Auringon massaa kevyempien aukkojen tapauksessa.)

Toinen tapa erottaa muinaiset ja tähtiset mustat aukot olisi nähdä gravitaatioaaltoja ajalta ennen tähtiä. Tämä tarkoittaa kurkottamista ensimmäiseen 100 miljoonaan vuoteen, yli 13 miljardin vuoden päähän ajassa ja 35 miljardin valovuoden päähän paikassa. Nykyiset toisen sukupolven gravitaatioaaltolaitteet eivät näe niin kauas. Konferenssissa Geneven yliopiston Michele Maggiore esitteli suunnitelmia eurooppalaisesta kolmannen sukupolven laitteesta nimeltä Einstein Telescope (yksityiskohtia täällä), joka näkisi noin 50 miljoonaan vuoteen asti.

Kaikissa nykyisissä ja vakavasti suunnitelluissa gravitaatioaaltodetektoreissa (NANOGravia ja muita pulsareiden tarkkailuun perustuvia kokeita lukuun ottamatta) on sama idea: lähetetään valosignaali eri suuntiin, heijastetaan takaisin ja mitataan pituuden tai matka-ajan muutos eri suunnissa.

Einstein Telescope lisäisi herkkyyttä ensinnäkin nykyistä pidemmillä käsivarsilla. LIGOn tunnelit ovat nelikilometrisiä, Einstein Telescopen olisivat kymmenen kilometriä pitkiä. Oleellisempaa on se, että Einstein Telescope sijoitettaisiin 100-300 metriä maan alle. Kuten vuoren sisälle rakennetun japanilaisen toisen sukupolven laitteen KAGRAn tapauksessa, tämä vaimentaa taustamelua. Yhteistä KAGRAn kanssa on myös se, että lämpökohinan minimoimiseksi valosäteitä heijastavat peilit jäähdytettäisiin hyvin kylmiksi, Einstein Telescopen tapauksessa kymmeneen Kelvin-asteeseen, eli -263 Celsius-asteeseen. Ja kuten jo hyväksytyllä kolmannen sukupolven gravitaatioaaltodetektorilla LISA (ja sen kilpailijoilla), Einstein Telescopella olisi kolme kättä LIGOn, Virgon ja KAGRAn kahden sijaan.

Einstein Telescopen odotettaisiin näkevän miljoona mustien aukkojen törmäystä vuodessa. Tämä olisi jatkoa päivitetyn LIGOn, Virgon ja KAGRAn aloittamalle siirtymälle yksittäisten mustien aukkojen tutkimisesta niiden populaation ominaisuuksien selvittämiseen: kuinka paljon ja millaisia mustia aukkoja löytyy eri ajoista ja paikoista. Jos mustat aukot ovat peräisin tähdistä, niiden lukumäärän muutos ajassa seuraa tähtien kehitystä, tietyllä viiveellä. Kaukaisten törmäysten tapahtumahetken selvittäminen gravitaatioaalloista on tosin vaikeaa. Gravitaatioaaltojen muodosta on helppo mitata kohteen etäisyys, mutta ajankohdan kertovan punasiirtymän mittaaminen on hankalampaa.

Samaa periaatetta voi soveltaa mustien aukkojen jakaumaan avaruudessa ajan sijaan. Jos mustat aukot ovat kuolleita tähtiä, niitä on samoissa paikoissa kuin eläviäkin tähtiä. Jos mustilla aukoilla on eri alkuperä, niiden sijaintikin on erilainen. Erityisesti jos mustat aukot muodostavat osan tai kaiken pimeästä aineesta, niiden jakauma on sama kuin pimeän aineen. Galakseissa pimeä aine on levittäytynyt paljon laajemmalle kuin tähdet ja muu näkyvä aine.

Muinaiset mustat aukot eivät ole Einstein Telescopen tärkein kohde. Teleskooppi antaisi myös tarkempaa tietoa neutronitähtien sisärakenteesta sekä paljastaisi galaksien keskustoissa olevien jättimäisten mustien aukkojen siemenet. Kiinnostavaa on myös mustien aukkojen tapahtumahorisontin syynääminen.

Kun musta aukko muodostuu, se väreilee hetken aikaa, kun tapahtumahorisontti säteilee ryppynsä pois ja asettuu aloilleen. Säteiltyjen gravitaatioaaltojen muoto riippuu yleisen suhteellisuusteorian yksityiskohdista, eikä sitä ole vielä saatu mitattua kovin tarkkaan. Törmäyksessä syntyneen mustan aukon rauhoittumisvaihe on lyhyempi ja vähemmän äänekäs kuin mustien aukkojen kiepunta toistensa ympärillä ennen yhtymistä, ja siksi vaikeampi havaita.

Joiden ehdotusten mukaan tapahtumahorisontin säteilyssä voisi nähdä kvanttigravitaation sormenjälkiä. Tämä on vielä spekulatiivisempi idea kuin muinaiset mustat aukot, mutta sen saa tarkistettua Einstein Telescopen muiden mittausten ohella. Toistaiseksi ainoastaan kosmisessa inflaatiossa on päästy kokeellisesti kiinni kvanttigravitaatioon, mutta mustat aukot ovat seuraavaksi lupaavin alue.

Osa Einstein Telescopen kohteista on samanlaisia kuin LISAlla, ja niiden käyttäminen samaan aikaan tehostaisi kummankin toimintaa. Einstein Telescopen kaavaillaan aloittavan vuoden 2035 tienoilla, samoihin aikoihin LISAn kanssa. Mutta LISA on jo hyväksytty, kun taas Einstein Telescope on vasta suunnitteluasteella. Yhdysvalloissa on myös suunnitelma isosta maanpäällisestä gravitaatioaaltoteleskoopista nimeltä Cosmic Explorer, ja molempia tuskin rakennetaan.

Mustien aukkojen ylistettyjen havaintojen ja gravitaatioaaltojen kunnianhimoisten suunnitelmien äärellä on hyvä pysähtyä toteamaan mitä todella on tehty ja mitä luvassa. Toistaiseksi gravitaatioaaltojen kautta ei ole nähty mitään uutta perustavanlaatuista fysiikkaa, eivätkä ne ole myöskään mullistaneet käsityksiä tähtien rakenteesta ja kehityksestä.

Hiukkaskiihdyttimiä rakennettiin vuosikymmeniä löytämään jotain uutta. 1970-luvulta alkaen hiukkasfysiikan Standardimalli ennusti kaikki kiihdytinhavainnot onnistuneesti, mutta silti jokaisen hiukkasen löytäminen kertoi jotain uutta maailmankaikkeudesta. Tämä voittokulku tuli tiensä päähän vuonna 2012, kun Higgsin hiukkanen jäi haaviin. Kiihdyttimien oli jo pitkään toivottu löytävän jotain Standardimallin tuolta puolen, ja oli syitä uskoa, että CERNin LHC-kiihdyttimen energioilla vastaan tulisi viimein supersymmetriaa, tekniväriä, ylimääräisiä ulottuvuuksia tai jotain muuta ennennäkemätöntä, vaikka kävikin toisin.

Gravitaatioaallot ovat uusi ikkuna maailmankaikkeuteen, ja ne voivat paljastaa jotain odottamatonta. Mutta toisin kuin LHC:n tapauksessa, ei ole mitään erityistä syytä ajatella, että nykyisten tai suunnitteilla olevien kokeiden ulottuvilla olisi uutta perustavanlaatuista fysiikkaa, kuten muinaisia mustia aukkoja. Tiedämme vain, että Einstein Telescope tarkentaisi ymmärrystämme tähdistä, mustista aukoista ja gravitaatiosta, ei että se paljastaisi jotain täysin uutta – vaikka läpimurtoja nykyään pitäisikin rutiinilla luvata.

11 kommenttia “Kolmekätinen kaukoputki”

  1. Lentotaidoton sanoo:

    “To reduce gravity gradient noise and seismic noise, and therefore extend significantly the sensitivity toward low frequencies, ET will be built a few hundred meters underground. Two candidate sites remain and are currently under investigation: one in Sardinia, near the former Sos Enattos mine, and one at the three-border region of Belgium-Germany-Netherlands”

    Ihmetyttää esim tuo Sardinia sijoituspaikkana (to reduce…seismic noice). Onkohan missään vaiheessa harkittu maapallon seismisesti vakainta kalliota eli Suomen peruskalliota? Olisi varmaan tuhat kertaa vakaampaa kuin Sardiniassa. Sen tähdenhän täällä esim. ensimmäisenä maailmassa käytetty ydinpolttoaine varastoidaan nimenomaan vakaaksi tunnettuun kallioperään. Muistelen että joskus harkittiin neutriinovastaanottolaboratorioiden sijoittamista Suomen kaivosluoliin.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      En tiedä. Pyhäsalmen kaivokseen tosiaan haluttiin CERNistä tulevan neutriinosäteen detektori, mutta sitä ei saatu sinne. Joitakin pieniä fysiikan kokeita siellä on tehtykin.

      Vaikuttaisikohan Einstein Telescopen tapauksessa sekin, kuinka vaikea on kaivaa satojen metrien syvyyteen?

      Toisaalta oleellisia ovat vain ne seismisen kohinan taajuudet, jotka osuvat detektorin herkkyysalueelle, enkä tiedä miten paljon ne vaihtelevat kivilaadun ja alueen yleisen vakauden myötä,

  2. Lentotaidoton sanoo:

    ”Vaikuttaisikohan Einstein Telescopen tapauksessa sekin, kuinka vaikea on kaivaa satojen metrien syvyyteen?”

    Olkiluodon ydinjätteen loppusijoitussyvyys Onkalossa on 420 metriä, ja valmistuessaan sen suurin syvyys on 520 metriä.
    Sinne vähän sivuonkaloita. Tiet, hissit ja muu infrastruktuuri jne on jo valmiina. Luulisi olevan hyvä tienestilähde Suomelle.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Paikan valintaan vaikuttaa sekin, mitkä instituutit ovat mukana projektissa. Suomesta ei olla mukana Einstein Telescopessa, joten eipä tänne instrumenttiakaan rakenneta. Gravitaatioaaltodetektorien saralla Suomessa osallistutaan vain LISAan.

  3. Eusa sanoo:

    Olen kuullut, että Lagunan väistymiseen Pyhäsalmen kaivokseen sijoittumisesta vaikutti merkittävästi suomalaisten tiederahoituksen nurkkakuntainen mustasukkaisuus. Ajateltiin, että valtio olisi voinut laittaa reilusti lisärahaa tieteelle, eikä se olisi ollut muualta pois. Noinhan rahoitus ei toimi – intressipiirien pitää pystyä uhraamaan ”omaa rahaa” merkittävästi, jotta kannattaisi kohdentaa yhteisiä verovaroja…

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Mitä tarkoitat ”omalla rahalla”? Kaikki isot fysiikan projektit Suomessa ovat pääosin julkisesti rahoitettuja.

      1. Eusa sanoo:

        Tarkoitan jo tutkimukseen ja koulutukseen korvamerkittyä julkista resurssia.

  4. Lentotaidoton sanoo:

    http://www.et-gw.eu : “new quantum technologies to reduce the fluctuations of the light,”
    Mitä nämä olisivat?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      En ole varma. Einstein Telescopesta puhunut Michele Maggiore on teoreetikko, ja hän keskittyi siihen, mitä laitteella voisi nähdä, ja käsitteli teknologiaa vain lyhyesti. Mutta laitteessa on käsittääkseni tarkoitus parantaa valosignaalien puristamista (squeezing) ja sitä kautta tarkkuutta, kentias tuo viittaa siihen.

  5. Erkki Kolehmainen sanoo:

    ”Mustien aukkojen ylistettyjen havaintojen ja gravitaatioaaltojen kunnianhimoisten suunnitelmien äärellä on hyvä pysähtyä toteamaan mitä todella on tehty ja mitä luvassa.”

    Paljon on tehty ja paljon resursseja käytetty ja löydetty se, mitä haettiin eli Higgsin hiukkanen v. 2012. Syksyn toiveet jonkin uuden ja mullistavan löytymisestä näyttävät melko vaatimattomilta, koska hiukkasfysiikan Standardimalli ei pysty enää ennustamaan uutta. Se tarkoittaa, että Standardimallista on luovuttava ja etsittävä parempaa selittäjää, koska selitettävää kyllä on. Tuo Einstein Telescope ja muut vielä isommat gravitaatioaaltodetektorit ovat kuin maakeskisen maailmankuvan korjausepisyklejä, jotka eivät ratkaise asiaa, koska itse malli on väärä.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Ongelmana ei ole se, että ei nähtäisi Hiukkasfysiikan Standardimallin tuolle puolen – sen laajennuksia on jo esitetty satoja, vuosikymmenien ajan.

      Mitä Einstein Telescopeen ja muihin gravitaatioaaltokokeisiin tulee, Standardimalli ei kata gravitaatiota, joten nuo kokeet eivät suoraan liity siihen. (Vaikka epäsuorasti kyllä, esimerkiksi neutronitähtien käytös riippuu hiukkasfysiikasta.) Gravitaatioaallot ovat yleisen suhteellisuusteorian osa, ja yleisen suhteellisuusteorian ennusteet on todettu paikkansapitäviksi useissa kokeissa vuosikymmenien ajan. Samalla on esitetty siihenkin monia laajennuksia, joista osaa voidaan näillä kokeilla testata.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Maljat ennen vai jälkeen

19.2.2021 klo 23.40, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Seuratessani eilen Perseverance-luotaimen laskeutumista monitorilta mietin samaa kuin katsoessani kahdeksan vuotta aiemmin Curiosityn laskeutumista Heurekan planetaariossa: ajan suhteellisuutta.

Mönkijän putoaminen ilmakehän reunalta Marsin pinnalle kestää seitsemän minuuttia. Eilen Mars oli yhdentoista valominuutin päässä Maasta, eli mönkijän ja sitä kantaneen avaruusaluksen radiosignaaleilla kesti yksitoista minuuttia matkata tänne.

Valonnopeutta ei voi ylittää, joten kun NASAn kontrollihuoneeseen tulee viesti, että alus on saapunut ilmakehään, on liian myöhäistä vaikuttaa laskeutumiseen mitenkään. Helposti siis ajattelee, että mönkijä on laskeutunut jo neljä minuuttia sitten, nyt vain odotetaan tietoa siitä, miten kävi. Voi jopa tuntua siltä, että olisi johdonmukaisempaa kilistellä laseja silloin, kun kellon mukaan mönkijä koskettaa Marsin kamaraa, ja tarkistaa vain radioviesteistä myöhemmin, että kaikki tosiaan oli sujunut hyvin.

Ei kuitenkaan ole mielekästä sanoa, että mönkijä oli jo laskeutunut, ennen kuin viesti siitä ehtii meille, koska samanaikaisuus on suhteellista.

Jos kaksi eri paikoissa tapahtuvaa asiaa –mönkijä koskettaa Marsin pintaa, Maassa maljojen reunat kohtaavat sen juhlistamiseksi– ovat meidän kellomme mukaan samanaikaisia, niin ne tapahtuvat kaikkien meidän suhteemme liikkuvien havaitsijoiden mukaan eri aikaan. Tämä on esimerkki siitä, että suppean suhteellisuusteorian mukaan kaikki aikavälit ovat suhteellisia, eli erilaisia eri havaitsijoille. Samanaikaisuushan tarkoittaa sitä, että kahden tapahtuman aikaväli on nolla.

Aikavälien suhteellisuus on mitättömän pieni, elleivät nopeudet ole lähellä valonnopeutta. Yllämme 4 kilometriä sekunnissa kiitävästä GPS-satelliitista katsottuna kilistämme maljoja 0.03 nanosekuntia ennen mönkijän laskeutumista; tai 0.03 nanosekuntia sen jälkeen, jos satelliitti liikkuu vastakkaiseen suuntaan.

Aikavälien muutos on iso vain lähellä valonnopeutta. CERNin LHC-kiihdyttimessä, missä protonit matkaavat kohti toisiaan 99.999998% valonnopeudella, niiden törmäykset tapahtuvat meidän silmissämme 6900 kertaa hitaammin kuin protoneille itselleen.

Periaate on kuitenkin sama, riippumatta siitä onko vaikutus iso vai pieni: asioiden voi sanoa tapahtuneen vasta sitten, kun ne ovat niin kaukana menneisyydessä, että niistä olisi ehtinyt tulla meille signaali. Kysymys siitä, mitä Perseverance puuhaa Marsin pinnalla juuri nyt, tai mitä Auringon magneettikenttä tekee juuri nyt, tai mitä viereisessä huoneessa tapahtuu juuri nyt, ei ole hyvin määritelty.

23 kommenttia “Maljat ennen vai jälkeen”

  1. Erkki Kolehmainen sanoo:

    Entä miksei Einsteininkin ihmettelemää aavemaista (spooky) kaukovaikutusta otettu käyttöön, jolloin tuo samanaikaisuuden pohdinta olisi turhaa jorinaa?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kvanttifysiikan kaukovaikutuksen ei liity informaation siirtyminen valoa nopeammin.

      Tarkemmin:

      https://journal.fi/tt/article/view/8261/6268

      https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/miksei-kukaan-ymmarra/

  2. Joksa sanoo:

    Aika-avaruus on teoreettinen käsite eikä sisällä yleistä referensikelloa eri liiketiloissa oleville, mutta eikös sellainen ole maailmankaikkeudessa? Eikö esim. taustasäteilyn lämpötila tai sen keskimääräinen aallonpituus mittaa maailmankaikkeuden aikaa yhtenevästi kaikkialla mikäli maailmankaikkeus laajenee samaa tahtia kaikkialla ja mittaukset voitaisiin tehdä tarkalla tasolla. Eikö sen avulla voi määritellä periaatteellisen kosmisen yhtäaikaisuuden tyyliin ”juuri silloin kun taustasätelyin lämpötila oli/tulee olemaan se ja se”, riipumatta siitä mitä kunkin havainnoijan omat kellot näyttävät ko ajankohtana?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kyllä tosiaan. Ja tällaista ajan määritelmää käytetäänkin kosmologiassa. Kun sanotaan, että maailmankaikkeus on 14 miljardia vuotta vanha, niin tarkoitetaan sellaisten havaitsijoiden kelloja, jotka näkevät kosmisen mikroaaltotaustan tilastollisesti samanlaisena joka suunnassa (tai yksinkertaisemmin, joille sen dipoli on nolla).

      Mutta yhtä hyvin voi sitoa ajan määritelmän mihin tahansa muuhun fyysiseen tapahtumaan. Kosmisessa mikroaaltotaustassa ei ole tässä suhteessa mitään erityistä.

      1. Joksa sanoo:

        Aristoteles piti aikaa pragmaattisena muutoksen mittana. Tarvitaan vaan jotakin, kappaleita, aine, joka voi muuttua ja joka luo ja määrittää ajan kulun. Jos ei ole ainetta, ei ole eikä tapahdu mitään eikä aika kulu. Koska kukin peraatteessa voi mitata aikaa haluamillaan enemmän tai vähemmän säännöllisillä muutoksilla, ja jos viestinvälitys ottaa aikansa niin samanaikaisuuden määrittäminen voi olla pahasti hukassa, suorastaan mahdotonta, etenkin jos ei ole käytössä mitään yhteistä synkronointilähdettä.

        Suhtiksen ajan luonne esitetään useimmiten juuri tällaisena, eri havainnoijien yhteismitattomina ajankulkuina, hyvin Aristoteleen aikäkäsityksen oloisena ilmiönä. Esim. Carlo Rovelli sanoo kirjassaan ”Ajan luonne” että ”Maailmankaikkeuden nykyhetki on merkityksetön käsite”.

        Newton oli ajasta päinvastaista mieltä, eli että aika on ”absoluuttinen, todellinen ja matemaattinen”, ja että aika kuluu vaikka ei olisi mitään eikä mikään muuttuisi. Tuo taustasäteilyn nolladipoliaika vaikuttaisi melkolailla Newtonilaisen luonteiselta universaaliselta ajalta. Ei ehkä täydellisen absoluuttista koska ajan kulkuvauhti noin mitattuna voi muuttua maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden myötä ja niillä joilla tuo dipoli ei ole nolla ajan, itseisajan, kulku voi on jotain muuta. Koska mikään maailmankaikkeudessa ei ole täysin paikallaan niin kaikkien itseisajat poikkeavat ainakin hitusen nolladipoliajasta, mutta silti se vaikuttaisi luovan pohjan universaalille samanaikaisuudelle.

        Katsoisin ajan luonteeseen sisältyvän nuo molemmat kompponentit, sekä Aristoteelisen että Newtonin näkemysten luonteiset. Suhtis matematisoi Aristoteelisen osuuden ja täydentää siten Newtonilaista näkemyksen samaan tapaan kuin kappaleiden radan laskennassa. Samanaikaisuushan on loppujen lopuksi aina aproksimaatio koska Planckin tarkuudella eivät atomikellotkaan toimi, taustasäteilystä laskettu aika on vaan näistä karkeampi. Ainakin toistaiseksi.

        Toivottavasti tästä on jotakin iloa ajan luonteesta kiinnostuneille.

  3. Minusta näyttää että ollakseen suhteellisuusteorian mielessä jotenkin Lorentz-invariantti, kaukovaikutuksen pitäisi toimia mistä tahansa menneisyyden valokartion ulkopuolelta, ei pelkästään nykyhetkestä jolle ei pitäisi antaa mitään erityisasemaa. Siis myös tulevaisuudesta. Paitsi että se ei ole vaikutus siinä mielessä että informaatiota ei siirry. Mitään ei ehkä siirry, mutta jotain on, nimittäin ne korrelaatiot.

    En ole varma onko tämä oikein ajateltu. Se että Schrödingerin yhtälö on ainakin muodollisesti ei-relativistinen on ymmärrykselleni edelleen jonkinlainen jarru.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kyllä, jos ajattelee tilan romahduksen tapahtuvan kaikkialla välittömästi, se menee valokartion ulkopuolelle. Tällöin eri havaitsijoille tila romahtaa eri ajanhetkinä, eli tilan romahdus ei ole absoluuttinen.

      1. Cargo sanoo:

        Mutta eikö tilan romahdus ole lähinnä jakautuneen systeemin ominaisuus, ja koko systeemiä kuvaa vain yksi kello, jolloin mitään suhteellisuutta ei voi ollakaan? Lisäksi tuon romahtamisen havaitseminen taitaa olla hieman ”unusual process”, sillä mitään signaalia siitä ei lähde kaikkien ulkopuolisten havaitsijoiden rekisteröitäväksi. Taas toisaalta, jos havaitsijat ovat lomittuneet havainnoitavan tilan kanssa, niin miten jako suhteelliseen ja absoluuttiseen tapahtuu?

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          En tiedä mitä tarkoitat sanoessasi, että ”koko systeemiä kuvaa yksi kello”. Eri havaitsijoilla on kullakin oma kellonsa, jonka käynti riippuu heidän liiketilastaan. Ei ole mitään absoluuttista aikaa.

  4. Lentotaidoton sanoo:

    Räsänen: ”Mutta yhtä hyvin voi sitoa ajan määritelmän mihin tahansa muuhun fyysiseen tapahtumaan. Kosmisessa mikroaaltotaustassa ei ole tässä suhteessa mitään erityistä.”

    Esim. entropiaan. Sehän on ehkä se yleisin käyttämämme ja tajuamamme ”ajan määritelmä”. Tai millä tahansa tähtitieteen ”kellolla”, esim. tähtisukupolvien metallipitoisuudella ja vastaavasti vedyn ja heliumin määrän muutoksilla kosmologisten eonien saatossa. Esim. triljoona vuotta eteenpäin niin vetyä 20%, heliumia 60% ja muita 20%.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Entropia liittyy tosiaan siihen, että aika menee eteenpäin. Mutta jos halutaan määritellä paljonko se menee eteenpäin, pitää eri havaitsijoilla olla joku asia, jonka kulkua he voivat verrata. Tämä voi olla kosmisen mikroaaltotausta lämpötila, tai samanlainen kaappikello tai jotain. Jos entropian kasvua haluaa käyttää, havaitsijoilla kuitenkin pitää olla samanlainen systeemi, jonka entropian etenemistä tarkastellaan, mikä lienee käytännössä hankalaa.

  5. Cargo sanoo:

    Jos tällainen ajan suhteellisuuden pohdiskelu kiirii filosofian laitoksen kahvihuoneeseen saakka, niin luvassa lienee moderni pythagoralainen tragedia, kun modaalisuuden metafysiikkaa tuskaisina pohdiskelevat filosofit tajuavat, etteivät heidän klassiset teoriansa vastaa todellisuutta kuin rajatapauksina. Vielä kun lisätään syy-seuraussuhteiden kvanttimekaaninen epädeterministisyys, niin näiden maailmanselittäjien ilmeet ovat kuin norjalaisen black metal -bändin promootiokuvastosta.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Tieteenfilosofit toki tuntevat suhteellisuusteorian ja ovat kirjoittaneet siitä paljon.

  6. Pekka Suikki sanoo:

    Perinteisessä kvanttifysiikassa kahden hiukkasen välisen lomittumisen astetta ei voi muuttaa kajoamatta molempiin hiukkasiin. Uusien mallien valossa tutkijat saattoivat sen sijaan muuttaa kubittien lomittuneisuuden astetta muokkaamalla vain yhtä kubiteista, mitä ei kvanttifysiikassa ole aikaisemmin pystytty osoittamaan. Tämäon suora lainaus T&A nettisivulle ilmestyneestä artikkelista, joka kosketteli Aaltoyliopiston tekemää tutlimusta. Tarkoittaako tämä,että informaatio voisikin siirtyä valoa nopeammin tietyissä olosuhteissa.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Ei. Tuo juttu on muutenkin harhaanjohtava. Tutkimuksessa on simuloitu tietokoneella erästä systeemiä kvanttimekaniikan epätavallisessa formulaatiossa. Ei siis ole kysymys koetuloksista, jotka olisivat kumonneet mitään.

  7. En oikein ymmärrä ajatusta, että entropialla olisi jotain tekemistä ajan ja sen yhdensuuntaisuuden kanssa. Mielestäni aika on minkä tahansa tapahtuman sisäinen ominaisuus, ja ”yhdensuuntaisuus” sisältyy jo ajan merkitykseen. Tapahtumat voivat olla symmetrisiä, ei aika. Jos meillä on tapahtuma a->b, ja myös tapahtuma b->a on mahdollinen, niin edellisessä tapauksessa a on b:n menneisyyttä ja jälkimmäisessä b on a:n menneisyyttä.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Aika ei ole aineen ominaisuus. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan aika on osa aika-avaruuden kokonaisuutta, joka olisi olemassa ilman ainettakin. Ei kuitenkaan tiedetä, miksi ajassa voi matkata vain yhteen suuntaan. Ei myöskään olla varmoja, miten entropian kasvu liittyy tähän.

    2. Jos olisi mahdollista matkustaa aika-avaruudessa menneisyyteen, matkaaja ei kuitenkaan tulisi nuoremmaksi vaan vanhenisi koko ajan. Tämä kertoo jotain ajan alkuperäisestä merkityksestä. Tehtyä ei saa tekemättömäksi eikä tapahtunutta tapahtumattomaksi. Yksisuuntaisuus on ajan looginen ominaisuus.

      Minun on vaikea kuvitella aikaa ilman tapahtumista, ilman kokemista, pelkkänä abstraktina geometriana, ilman kelloja jotka mittaavat maastoa jossa liikutaan.

      Mielestäni ajalla tarkoitetaan näitä kahta asiaa: (1) kokemuksen vaihtumista uudeksi kokemukseksi (alkuperäinen aika) ja (2) sitä mitä mittaamme kelloilla (fysiikan aika).

      1. Syksy Räsänen sanoo:

        No, fysikaalisen todellisuuden luonnetta ei voi selvittää pohtimalla, ja usein teoriat ovat ristiriidassa omien ajatusten tai filosofisten ideoiden kanssa.

        Mutta yleisen suhteellisuusteorian mukaan ajassa taaksepäin matkustaminen (joka on yleisen suhteellisuusteorian mukaan mahdollista – emme tiedä kuvaako tämä yleisen suhteellisuusteorian piirre todellisututa) tosiaan ei tarkoita sitä, että havaitsijan kello kulkisi taaksepäin.

  8. Lasse sanoo:

    Mielenkiintoinen artikkeli. Pisti ajattelemaan. Jos meillä on kolme tarkkaa synkronoitua kelloa ja kaksi niistä lähetetään kulkemaan pienellä nopeudella vastakkaisiin suuntiin. Kun ne ovat etääntyneet meistä niin jos olemme absoluuttisessa liiketillassa kellojen välisen akselin suunnassa niin toinen kello näyttää jätätäneen ja toinen edistäneen sen vuoksi että kelloista lähteneet fotonit saapuvat luoksemme eri aikoina Tämä näennäinen aikaero on riippuvainen absoluuttisesta nopeudesta ja kellojen välisestä etäisyydestä. Pitääkö paikkansa?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Ei ole absoluuttista liikettä eikä absoluuttista nopeutta. Mutta tarkoitat ilmeisesti, että nopeutemme itseisarvo on erilainen eri kellojen suhteen. Kumpikin kello jätättää, koska ne liikkuvat meidän suhteemme. Tämä jätättäminen riippuu vain meidän ja kellon välisestä nopeudesta.

      1. lasse sanoo:

        En tarkoita sitä. Kellojen liiketilahan on lähes sama. Meistä edessä olevasta kellosta valonnopeudella saapuva informaatio tavoittaa meidät aikaisemmin koska olemme liikkuneet sitä kohtaa kohti jossa valo lähti liikkeelle ja jäljessä tulevasta myöhemmin koska valon nopeus on vakio. Tällöin liikuvassa järjestelmässä edestä tulevan valon kulkema matka on lyhyempi kuin takaa tulevan, Sekä pituuden että ajan muutokset ovat samoja mutta näennäinen samanaikaisuus poikkeaa

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Jos nopeutemme itseisarvo kellojen suhteen on erilainen (kuten tässä ilmeisesti on tarkoitus), ne käyvät meidän näkökulmastamme eri tahtia, oli etäisyys mikä hyvänsä. Lisäksi tietysti signaalien saapumisaika on erilainen jos etäisyys on erilainen.

          Ja varmuudeksi vielä selvennettäköön, että kaikki samanaikaisuus on ”näennäistä”, eli suhteellista, paitsi jos tapahtumat tapahtuvat samassa pisteessä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Rakenteiden sisältä

31.1.2021 klo 18.33, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Toissapäivänä oli pohjoismaisen monimuotoisuuteen ja naisten asemaan fysiikassa keskittyvän NORNDiP-verkoston kolmas konferenssi. Tapahtuma pidettiin etänä, ja se oli edellistä vuoden 2019 kokousta lyhyempi.

Aiempaan tapaan tapahtumassa oli sekä naispuolisen fyysikon puhe tutkimuksestaan (tällä kertaa vain yksi) että esityksiä syrjinnästä ja tasa-arvosta tiedeyhteisössä.

Ilona Riipinen Tukholman yliopistosta puhui ilmastomallien ennusteiden epävarmuuden vähentämisestä. Aihe on esimerkki fysiikan yhteiskunnallisesta merkityksestä: kasvihuonekaasujen mittava vähentäminen on ihmiskunnan kiireellisimpiä tehtäviä.

Riipinen kertoi, että suurin yksittäinen epävarmuustekijä ilmastomallien ennusteissa on se, miten pienhiukkaset vaikuttavat pilvien muodostumiseen ja sitä kautta lämpötilaan. Tämä on vaikea tutkimusaihe, koska ilmakehässä on monenlaisia pienhiukkasia ja niiden vuorovaikutusten mittakaava on hyvin pieni verrattuna ilmakehän erilaisten alueiden kokoon.

Aihe tuo yhteen tiedeyhteisön eri osia. Esimerkiksi hiukkasfysiikan tutkimuskeskus CERNin CLOUD-koe on ollut avainasemassa pienhiukkasten tiivistymisen ymmärtämisessä. Riipisen mukaan tiedonvälityksen parantaminen eri alojen tutkijoiden välillä on ollut tärkeä edistysaskel ennusteiden parantamisessa. Hän totesi, että voisi olla hyödyllistä, jos ihmistieteiden edustajat tutkisivat fyysikkojen yhteisöä tarkemmin ja auttaisivat selvittämään, miten tieto kulkee ja miten tiedonvälitystä saisi entisestään optimoitua.

Puhetta seurasi paneeli häirinnän, erityisesti seksuaalisen ja sukupuoleen liittyvän häirinnän, vastaisesta työstä pohjoismaisissa yliopistoissa.

Lundin yliopiston Tomas Brage kertoi Tellus-projektista, jonka tarkoituksena on kerätä tietoa seksuaalisesta häirinnästä. Kyselyn mukaan 23% naisopiskelijoita ja 4% miesopiskelijoista oli kohdannut häirintää. Luvut ovat samankaltaisia muualla, mutta koska kyselyjen kattavuudessa, edustavuudessa ja vastausprosenteissa on eroja (eikä vastausprosentteja aina ei edes tiedetä), tarkkoja vertailuja on vaikea tehdä. Usea puhuja korosti sitä, miten tärkeää on, että toiminta häirintää vastaan perustuu tutkittuun tietoon. Faktavetoinen lähestymistapa auttaa myös pitämään keskustelun itse asiassa mielikuvien ja ennakkoluulojen sijaan.

Christa Gall Kööpenhaminan yliopistosta kertoi, kuinka MeToo-liike johti siihen, että Tanskan yliopistoissa viimein tunnustettiin häirinnän olemassaolo ja laajuus. Muidenkin pohjoismaiden yliopistoissa oli tavallista sitä ennen pitää omaa yhteisöä niin edistyneenä, että siellä ei voi olla tällaisia ongelmia. Bragen tavoin Gall korosti sitä, miten vähäisiä toimet toistaiseksi ovat verrattuna ongelman laajuuteen.

Islannin yliopiston Jóhanna Jónsdóttir mainitsi joitakin tiedeyhteisön piirteitä, jotka lisäävät häirinnän yleisyyttä. Tiedeyhteisö on hyvin kilpailullinen. Tutkijat ovat ennenkin kisanneet siitä, kuka saa merkittäviä tuloksia, julkaisuja arvostetuissa lehdissä tai työpaikkoja, mutta nyt he yhä useammin lisäksi kilpailevat samasta tutkimusrahoituksesta. Yksilöiden välinen kilpailu synnyttää kitkaa ja katkeruutta, mikä voi lisätä häirintää. Hän mainitsi, että muilla työpaikoilla häirintään voidaan puuttua purkamalla haitallisia kilpailuasetelmia, mutta tieteessä ne ovat osa rakenteita. Voi olla pohtimisen arvoista, mitä tämä kertoo siitä suunnasta, mihin tiedeyhteisöä erityisesti Suomessa yhä enemmän ajetaan.

Muina häirintää ja kiusaamista lisäävinä tekijöinä Jónsdóttir esitti sen, että (erityisesti fysiikassa) johtopaikoilla on enimmäkseen miehiä etuoikeutetuista taustoista, avoimen kriittisen kommunikaation kulttuurin sekä stressaavana pidetyn työympäristön. Fyysikkojen yhteisössä pidetään yleensä hyveenä sitä, että ideoihin suhtaudutaan jopa aggressiivisen kriittisesti, mutta tässä on syytä ottaa huomioon yhteisön valtasuhteet. Ei ole sama sanoa professorikollegalle tai aloittavalle opiskelijalle kaikkien edessä, että ideasi on typerin minkä olen ikinä kuullut.

Jónsdóttir ja muut puhujat korostivat, että häirintään puuttumiseen tarvitaan virallisten kanavien lisäksi myös epämuodollisia mahdollisuuksia hakea apua. Jos ongelmista puhumisesta käynnistyy aina virallinen prosessi, kynnys niiden esille tuomiseen voi olla turhan korkea. Häirintää esille tuovat myös pelkäävät seurauksia omalle uralleen, joten on tärkeää voida puhua luottamuksellisesti. Jos ongelmiin pystytään puuttumaan varhaisessa vaiheessa, voidaan estää niiden kasvaminen.

Anna Lipniacka Bergenin yliopistosta korosti hänkin sitä, että vasta MeToo-liike sai yliopistot myöntämään häirinnän todellisuuden ja tuomaan asian esille verkkosivuilla ja muussa materiaalissa. Tietoa on kuitenkin yhä sirpaleisesti saatavilla, ja se on usein epäselvää. Lipniackan mukaan yksityiskohtaisten häirinnän määritelmien sijaan olisi parempi yksinkertaisesti sanoa, että kaikki mikä tuntuu häirinnältä, on häirintää.

Tällaiset itseensä viittaavat määritelmät ovat mielestäni ongelmallisia. Rasismiin joskus tarjotaan samanlaista määritelmää: henkilö on rasismin kohteena, jos hän kokee olevansa rasismin kohteena. Subjektiivinen määrittely haittaa ilmiön analysoimista ja tilannesidonnaisen kokonaisuuden hahmottamista. Se myös määritelmällisesti sulkee pois sen, että voi olla aiheettomia häirintä- tai rasismisyytöksiä, mikä on oikeusturvankin kannalta vaarallista.

Hanna Vehkamäki Helsingin yliopistosta kertoi, että Helsingin tutkijanaisten häirintäkyselyyn vastanneista häirintää kokeneista naisista 71% ei ollut tehnyt asialle mitään, ja vain 12% oli vienyt asiaa eteenpäin virallisia kanavia – ja heistä vain puolet koki, että asialle oli tehty mitään. Hän toi esille sen, että on tärkeää, että fysiikan osastolla voi keskustella häirinnästä matalalla kynnyksellä, tarvittaessa eri aloilla työskentelevien henkilöiden kanssa, jotta vältetään kollegiaalisuuden ongelmat.

Yhtenä käytännön tapana edistää tasa-arvoa ja monimuotoisuutta mainittiin komiteoihin liittyminen. Yliopistoissa komiteoihin ei yleensä ole tunkua, ja niihin otetaan uran eri vaiheissa olevia yhteisön jäseniä, ei vain ansioituneimpia.

Vehkamäki ja moni muu korosti sitä, että häirintä ja epätasa-arvoinen kohtelu on rakenteellinen ongelma, johon pitää puuttua muuttamalla rakenteita ja toimintakulttuuria, ei vain puuttumalla yksittäisiin tapauksiin. Kumpulan kampuksella, johon fysiikan osasto kuuluu, on nykyään menettelyohje (Code of Conduct), ja yksi askel olisi se, että jokainen lukisi sen ja sitoutuisi siihen allekirjoittaessaan työsopimuksen. Sekin auttaa, että tehdään selväksi, millainen käytös ei ole hyväksyttävää. Tarvitaan myös tilaisuuksia, missä häirintää ja keinoja sen ehkäisemiseksi käydään läpi nykyisen henkilökunnan kanssa, osana muuta koulutusta.

Vehkamäki korosti, että on vaikeaa määritellä häirintää täsmällisesti ja kattavasti, ja on harmaita alueita. Erityisesti valtasuhteet vaikuttavat siihen, mikä on hyväksyttävää, ja johtavissa asemissa olevien henkilöiden pitäisi olla tästä tietoisia.

Vehkamäki mainitsi, että hänen ollessaan arvioimassa EU:n haluttua ERC-rahoitusta kaikille arvioijille annettiin keskeiseksi ohjeeksi tunnistaa ja huomioida tiedostamattomat ennakkoluulot. Suomessa tässä ollaan toivottoman jäljessä: sen enempää Suomen Akatemia kuin Helsingin yliopisto kolmivuotisten apurahojen haussa ei ainakaan pari vuotta sitten tarjonnut arvioijille mitään ohjeita ennakkoluulojen huomioon ottamiseen.

Tiedostamattomat ennakkoluulot ovat kuitenkin vain osa ongelmaa. Kun Tukholmassa oleva pohjoismainen tutkimusinstituutti Nordita peruutti Christian Ottin palkkaamisen, koska tämä oli syyllistynyt Caltechissä kahden jatko-opiskelijan häirintään, se samalla järjesti Ottille työpaikan Turun yliopistosta ja sopi maksavansa 75% palkasta. Vaikka häirinnästä ollaan tietoisia ja se tiedetään ongelmaksi, niin siltikään asianmukaisiin toimiin ei aina ryhdytä – ja joskus ongelma vain siirretään muualle. Brage kysyikin, miksei häirintään suhtauduta yhtä vakavasti kuin tieteelliseen vilppiin.

Turun yliopisto sittemmin perui palkkaamisen, koska sai huonoa julkisuutta. Tapaus havainnollistaa sitä, että toiminta yliopiston sisällä ei riitä, lisäksi tarvitaan ulkoista painetta. Seuraava puhuja, journalisti Angela Saini, mainitsikin että akateemiset instituutiot eivät muutu asian suhteen, koska ne ajattelevat itseään yrityksinä ja välittävät enemmän vanhempien tutkijoiden mukanaan tuomasta rahasta kuin nuorten yhteisön jäsenten hyvinvoinnista. Hän sanoi, että missään muualla kuin tiedemaailmassa ei hyväksytä johtavassa asemassa olevien henkilöiden asiatonta käytöstä. MeToo-kertomusten valossa tätä väitettä on vaikea ottaa todesta.

Saini puhui seksismin ja rasismin historiasta yhteiskunnassa. Jo evoluutioteorian kehittäjä Charles Darwin aikanaan päätteli, että koska naiset eivät ole yhteiskunnassa päässeet samanlaisiin asemiin ja saavutuksiin kuin miehet, he ovat biologisesti vähemmän kyvykkäitä. Darwin selitti asian sillä, että miesten henkiset ja fyysiset ominaisuudet ovat kehittyneet pidemmälle, koska he ovat joutuneet kilpailemaan keskenään seksistä naisten kanssa. Naisten ja rodullistettujen älyllisen ja moraalisen alemmuuden asettaminen valkoisten miesten rationaalisen ajattelun ylivertaisuuden vastakohdaksi oli myös osa valistuksen ideologiaa.

Vieläkin sukupuolten ja rodullistettujen ryhmien välisiä eroja yhteiskunnassa yritetään usein selittää ensisijaisesti biologisilla tekijöillä, vaikka on tunnettuja vahvasti vaikuttavia yhteiskunnallisia tekijöitä. Tiedeyhteisö on osa yhteiskuntaa, joten sen arvot ja toiminta heijastavat yhteiskunnassa vallitsevia käsityksiä. Ennakkoluuloja voi kuitenkin muuttaa tutkitun tiedon avulla (vaikka se ei yksin riitäkään), ja tässä mielessä yhteiskunnallinen toiminta tasa-arvon puolesta auttaa tiedeyhteisöäkin perustamaan ajattelun ja toiminnan enemmän tosiasioihin.

Saini nosti esille myös sen, että aiheeton sukupuolittaminen pönkittää ennakkoluuloja silloinkin kun sillä on positiivinen tarkoitus. Esimerkiksi on hehkutettu sitä, että naisten johtamat valtiot ovat menestyneet hyvin koronapandemian hoitamisessa. Ei kuitenkaan ole mitään näyttöä siitä, että tällä olisi mitään yhteyttä johtajien sukupuoleen. Paitsi että tällainen kirjoittelu on harhaanjohtavaa, se ei edistä tasa-arvoa, koska se asettaa naisille jossain suhteessa korkeampia odotuksia.

Toisaalta myös sukupuolen merkitystä sosiaalisena selittävänä tekijänä voidaan liioitella. Saini teki itsekin niin, tarjotessaan Donald Trumpin vaalivoiton Hillary Clintonista esimerkkinä siitä, miten pätevämpi nainen sivuutetaan virantäytössä. Ei ole näyttöä, että sukupuoli olisi ollut ratkaiseva tekijä. Lisäksi väite tuntuu heijastelevan sellaista rajoittunutta käsitystä, että poliittisten päättäjien valinnassa on kyse vain pätevyydestä eikä siitä, millaista politiikkaa heidän ajatellaan tekevän.

Saini myös tuntui melkeinpä kiistävän biologisten erojen olemassaolon jopa urheilussa, kommentoiden, että eri sukupuolta olevien huippu-urheilijoiden saavutuksista ei voi päätellä mitään, koska he ovat poikkeuksellisia yksilöitä. Kahden tilastollisen jakauman häntien erosta ei tietenkään voi vetää johtopäätöksiä tyypillisten arvojen eroista, mutta ei myöskään voi kiistää sitä, että ne osoittavat jakaumien olevan erilaisia. Ehkä asian käsittelyssä näkyy myös se, että Saini on toimittaja eikä luonnontieteilijä, ja käyttää siksi epätäsmällisempää kieltä.

Mutta väitteiden kanssa on syytä olla huolellinen siksi, että selvistäkin asioista on juurtuneita ennakkoluuloja. Jos esittää liioiteltuja väitteitä, voi antaa aineksia myös paikkansapitävien väitteiden sivuuttamiselle. Siitä, että eri kromosomit omaavien joukkojen välillä on fyysisiä eroja, ei seuraa sitä, että heidän henkisissä kyvyissään olisi eroja, saati että niillä olisi selitysvoimaa tiedemaailman erojen ymmärtämisessä.

Saini toi käsittelyyn rodullistettujen syrjinnän tiedemaailmassa, mikä on ainakin Suomessa saanut vähemmän huomiota kuin sukupuoleen perustuva syrjintä. Keskustelussa tuli esille se, miten eri tavalla eri maissa käsitellään rodullistamista ja rasismia. Esimerkiksi Yhdysvalloissa ja Iso-Britanniassa puhutaan yleisesti rodusta, ilman että on aina selvää viitataanko sosiaalisesti määriteltyyn ryhmään vai kuviteltuun biologiseen ryhmään. Pohjoismassa taas termiä pidetään rasistisena sen rotuopillisen taustan takia.

Joskus voi olla vaikeaa hahmottaa kulttuurillisia ja poliittisia eroja yhteiskuntien välillä. Erityisesti tämä pätee ihmisiin, jotka ovat kasvaneet lähempänä ison kulttuurillisen alueen keskustaa kuin sen reunamia – kuten Iso-Britanniassa tai Yhdysvalloissa.

Esimerkkinä toiminnasta rodullistettujen syrjintää vastaan Saini mainitsi korkeapalkkaisen urheilijan, joka antoi stipendejä yliopistoon rodullistetun ryhmän jäsenille. Pohjoismaissa ei kuitenkaan ole lukukausimaksuja (ainakaan oman maan kansalaisille). Kommentti poliittisten oireiden paikkaamisesta yksilöllisellä hyväntekeväisyydellä poliittisen vaikuttamisen sijaan kuvaa myös sitä, miten erilaista ajattelu on sosiaalidemokraattisessa hyvinvointivaltiossa ja luokkayhteiskunnassa, jossa poliittisen vallan ja mediavallan käyttäjät yrittävät estää sosiaalidemokratian.

Toisesta kulttuurillisesta piiristä tulevien esitysten meille selvät puutteet havainnollistavat sitä vaikeutta, että yhteiskunnallisten kysymysten tapauksessa tarkastelemme aina asiaa tutkimuskohteen sisältä, ja tutkimamme asiat ovat osaltaan määränneet sitä, miten niitä lähestymme.

8 kommenttia “Rakenteiden sisältä”

  1. Cargo sanoo:

    ”Siitä, että eri kromosomit omaavien joukkojen välillä on fyysisiä eroja, ei seuraa sitä, että heidän henkisissä kyvyissään olisi eroja, saati että niillä olisi selitysvoimaa tiedemaailman erojen ymmärtämisessä.”

    Allow me to disargee. Olen kuullut, että (biologisten) naisten normaalimuotoinen älykkyysjakauma on kapeampi kuin miesten vastaava. Tästä syystä miesten joukossa on suurempi osuus sekä riemuidiootteja että huippuällykkäitä, ja jokaista huippuälykästä naista kohden löytyy n. 8 huippuälykästä miestä. Lisäksi autistiset – mutta hyvin toiminnalliset – piirteet ovat miehillä yleisempiä, mistä taas on hyötyä rajatuissa asiantuntijatehtävissä, esim. koodaus tai fysiikan mallintaminen. Nämä seikat eivät voi olla näkymättä tieteellisten saavutusten sukupuolittuneisuudessa.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Vaikka tämä pitäisi paikkansa, se ei osoita, että ero olisi biologinen. Se mikä on tällaisen eron selitysvoima tiedemaailman ymmärtämisessä on sitten vielä asia erikseen.

      1. Syksy Räsänen sanoo:

        Ja siitä, että eri kromosomit omaavien joukkojen välillä on fyysisiä eroja, ei tietenkään seuraa mainitsemasi väite henkisten ominaisuuksien jakauman muodosta. Se on erillinen väite, jonka todenperäisyys on erikseen selvitettävä.

        1. Cargo sanoo:

          No miten luonnontieteilijä lähtisi selvittämään asiaa, kvantitatiivisten mittauksten vaiko aatteellisten paradigmojen kautta? Itse rohkenen väittää, että tuo ”kromosomihypoteesi” selittää sukupuolettuneita ilmiöitä paremmin kuin yksikään rakenteellinen salaliittoteoria. Feminististen sosiologien tulisi ottaa mallia Sherlock Holmesilta: Kun olet sulkenut pois väärät vaihtoehdot (= olemattomat rakenteet), niin jäljelle jäänyt vaihtoehto (= luontainen sukupuoliero), olkoon se kuinka epälooginen tahansa, on totuus 🙂

          1. Syksy Räsänen sanoo:

            Yhteiskunnallisten rakenteiden olemassaolon kieltämisen esittäminen rationaalisena päättelynä on hyvä esimerkki siitä, miten uskomattomilla väitteillä syrjintää vielä puolustetaan.

  2. Erkki Kolehmainen sanoo:

    ”Siitä, että eri kromosomit omaavien joukkojen välillä on fyysisiä eroja, ei seuraa sitä, että heidän henkisissä kyvyissään olisi eroja, saati että niillä olisi selitysvoimaa tiedemaailman erojen ymmärtämisessä.”

    Noilla kromosomeista johtuvilla näkyvillä fyysisillä eroilla on todellista selitysvoimaa kaikkien inhimillisen toiminnan osa-alueiden ja myös tiedemaailman erojen ymmärtämisessä. Kaikki valtauskonnot tekevät eron miesten ja naisten välillä ja pääsääntöisesti naiset ovat niissä alistetumpia kuin miehet. Tämä ei voi olla heijastumatta tiedemaailmaan ja sen vuoksi naisten asemaa on parannettava, jotta kaikki parhaat älylliset kyvyt saadaan tieteen palvelukseen.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      En tiedä, onko todistettu, että valtauskontojen opinkappaleiden sukupuolittuneisuus seuraa biologisten sukupuolten fyysisistä eroista. Mutta tässä viitattiin siihen, että olisi biologisia eroja henkisissä kyvyissä, kun yhteiskunnalliset tekijät sivuutetaan, ei sitä, että yhteiskunnalliset tekijät johtavat sukupuolten erilaiseen kohteluun (ja niiden takana väitettäisiin olevan fyysiset erot).

  3. Eusa sanoo:

    Hm. Syrjintä ja looginen tiede ovat kaksi eri asiaa. Mutta niin toki korrelaation syvempi selvittäminen esim. biologisen ja sosiologisen vaikutuksen osinkin on, kunhan lähtöehtojen ketjuuntumien leikkausjoukosta päästään yhteiskäsitykseen – siis missä ilmentymässä on välttämättä molempia ja mistä löytyisi ”puhdas” biologia tai sosiologia.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Hauskanpitoa

22.1.2021 klo 17.36, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Lopetin blogimerkintäni mustien aukkojen tuottamista koskevasta tieteellisestä artikkelistamme sanoihin ”tämä onkin hauska aihe”. Monasti fysiikassa tutkimuksen kohde valikoituukin siksi, että sen kanssa on hauska painia, eikä siksi, että kyse olisi polttavasta ongelmasta, jonka ratkaisemista pitää kaikkein tärkeimpänä.

Ongelmanratkaisu miellyttää ihmisiä, vaikka ongelma olisi merkityksetön, kuten ristisanoissa. Fysiikan tutkimuksessa on mukana myös älyllisen ponnistelun nautinto (ja masennus), kun saa kurkottaa osaamisensa rajoille. Lisäksi fysiikkaan liittyy löytöretkeilyn ilo sellaisten asioiden selville saamisesta, joita kukaan ei vielä tiedä. Joskus aiempi työ johdattaa eteenpäin auttamalla hahmottamaan jonkin kokonaisuuden, josta puuttuukin vielä yksi tai muutama osa, ja jonka haluaa sitten saada valmiiksi kuin palapelin. Toisaalta työ voi avata uuden näkymän kuin temppeliin sademetsän siimeksessä.

Vaikka syynä olisi hauskanpito, fyysikot kuitenkin yleensä myös ajattelevat aiheensa olevan jotenkin merkittävä. On vaikea paneutua asiaan niin huolellisesti kuin mitä fysiikan tutkimus edellyttää, jos pitää sitä tyhjänpäiväisenä. Toisaalta on helppo erehtyä pitämään jotakin merkittävänä vain siksi, että on paneutunut siihen suurella vaivalla ja käyttänyt siihen paljon aikaa sen tekemiseen – ja nykyään yhä useammin myös rahoittajien vakuuttamiseen.

Tutkiminen huvin vuoksi ilman perusteltua tärkeyttä puolustaa paikkaansa myös fysiikan etenemisen kannalta sikäli, että läpimurrot usein löytyvät yllättävistä suunnista. On tärkeää saada tuoreita näkökulmia, vaikka tarvitaankin tiettyä kurinalaisuutta, jotta kyse ei ole vain yhteisestä leikistä.

Siihen mitä pidetään tärkeänä vaikuttaa merkittävästi fyysikkojen yhteisö. Aktiivinen ja kriittinen tutkimusympäristö nostaa kaikkia: se edesauttaa innostumista ja antaa itseluottamusta sivuuttamaan sen, mitä ei pidä hauskana tai tärkeänä. Tutkimuskentän ymmärtäminen on oma ongelmanratkaisukyvystä erillinen taitonsa.

Toisaalta muotivirtauksiin on helppo hukkua ja johtajien tallomiin polkuihin juuttua. Joskus tutkimuksen tekemisen syynä on vain se, että saa työskennellä joko mukava tyypin tai alan auktoriteetin kanssa, eikä ole niin väliä, mistä tutkimusongelmasta nyt onkaan kysymys.

Tämä tutkimuksen todellisuus ei yleensä heijastu tiedeuutisoinnissa. Toimittajat kirjoittavat tieteellisistä artikkeleista kuten tutkijoiden motivaationa olisi aina merkittävän ongelman ratkaiseminen, eivätkä tutkijat ehkä aina puhu rehellisesti tutkimuksen taustoista, jos osaisivatkaan. Voi olla vaikea tietää mikä itseä oikeasti motivoi, ja vielä vaikeampaa sanoa se, kun yleinen tarina on toisenlainen.

12 kommenttia “Hauskanpitoa”

  1. Eusa sanoo:

    Aika vaikeaa on surffata kyynisen tutkimusrahoitusmotivaation ja cracpot-motivaation välimaastossa etsiessä hedelmällistä vuorovaikutusta tutkijakumppaneihin.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Ei se noin ole. Crackpot-jutuilla ei ole tutkimuskentässä mitään merkitystä, ne ovat tieteen ulkopuolisia lieveilmiöitä (joitain poikkeuksia on, mutta ne vaikuttavat vain ko.o. henkilöihin).

      1. Eusa sanoo:

        Pidän crackpot-tutkimuksena esim. monimaailma-, aikamatkustus-, ”yhtä aikaa useassa paikassa” ym. tulkinta-asenteeseen perustuvia ajatuksia. Myös tausta-avaruusentiteetteihin jämähtäneitä tutkielmia, esim. tyhjön itseisarvoisuus, kosmologinen vakio, virtuaalihiukkaset, voi pitää spekulatiivisina, koska väliaskeleet on vähintään vielä ottamatta.

        Kun toisaalta rahoitusmotivaatiosta lähtien ollaan terveimmillään liki käytännön sovelluksia, ei silloin teoreettisen syvällisen tarkastelun debattiin ole edellytyksiä.

        Se tie, että paukutetaan kärsivällisesti jo tunnetun tiedon näkökulmaiseen (ei tulkinta!) haastamiseen, kyseenalaistamiseenkin tieteen metodein, jotta löydettäisiin uusia loogisia perusteita korrelaatiorakenteisiin askel askeleelta tietämystä laajentaen, on nähdäkseni edelleen kestävin kehys vuoropuhelulle. Oikotiet johtavat arvailuihin ja mitä todennäköisimmin erheellisiin tulkintoihin.

        Kyllä hedelmällistä keskusteluakin on ja sitä jatketaan, mutta yllättävästi yhä uudestaan törmää ennakkoasenteisiin ja omiin ideoihin kiinnittymiseen. Onhan se ihminen jatkuvasti hyvin lähellä meitä jokaista. 🙂

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Tuossa on niputettu asioita, joilla on aivan erilainen asema tieteen kentällä – esimerkiksi virtuaalihiukkaset ovat tarkkaan varmennettu laskentamenetelmä, jota käyttämällä on saavutettu historian tarkimmin varmistetut ennusteet, siis niin kaukana crackpoit-ideoista kuin olla ja voi.

          Multiversumi-ideoissa tosiaan käydään tieteen ja ei-tieteen rajaa, mutta en käyttäisi niistä termiä crackpot.

          1. Eusa sanoo:

            Hiukkanen on aina laskentamenetelmä, olipa todennettavissa tai ei. Ei tästä enempää.

          2. Syksy Räsänen sanoo:

            Hiukkanen on tärkeä fysiikan käsite ja ymmärryksen väline, ei pelkkä laskentamenetelmä. Tällä käsitteellä on erilaisia merkityksiä Newtonin mekaniikasta kvanttikenttäteoriaan.

  2. Lentotaidoton sanoo:

    Eusan repliikki on itsestäänselvää semantiikkaa. Siksipä Räsäsen huomautus siitä, että ”käsite hiukanen” on tärkeä ymmärryksen väline, on osuva ja paikallaan. Ei LHC:kään pelkällä matematiikalla pyöri, muutenhan hommaa voitaisiin pyötittää vain isossa tietokoneessa (vaikkakin LHC-koneen matematiikka ja datankäsittely toki on uskomattoman laajaa ja monimutkaista). Kyllä siellä konkreettiset protonit pyörivät, joita otetaan luraus aina vaahtosammuttimen kokoisesta vetysäiliöstä (joka kuulemma riittää LHC:n tarpeisiin miljoonaksi vuodeksi).

    Mielestäni suuri virhe aikoinaan tehtiin kun virtuaaliprosesseja ruvettiin kutsumaan (siihen aikaan muka trendikkäästi) virtuaalisiksi ”hiukkasiksi”. Tämä hiukkastermi on sitten poikinut kaikenlaista hulluutta ja väärinymmärryksiä (fyysikot itse tietävät tasan tarkkaan missä mennään, mutta suuri yleisö ei).

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Valitettavasti fyysikotkin menevät virtuaalisten hiukkasten kanssa joskus metsään. Ei niin, että niillä laskettaisiin väärin, mutta niiden fysikaalinen tulkinta hiukkasina poikii väärinymmärrystä, kuten sanot.

      1. Jani sanoo:

        Olisi kiva kuulla lisää virtuaalihiukkasista eli mitä ne ovat ja mitä ne eivät ole. Oletko käsitellyt jo aihetta blogissa, en muista lukeneeni?

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Kirjoitin aiheesta kymmenisen vuotta sitten, nyt ehkä korostaisin enemmän merkinnän loppuosaa.

          https://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/naennainen_todellisuus

    2. Cargo sanoo:

      Jokainen kalustetussa kodissa kasvatettu tietää, että alkeishiukkanen on Poincarén ryhmän jakautumaton esitysmuoto.

      1. Syksy Räsänen sanoo:

        Irreducible taitaa olla suomeksi ihan vain redusoitumaton. Mutta hiukkasen käsite on laajempi; kuten mainittua, sitä käytetään jo Newtonin mekaniikassa. Eri fysiikan teorioissa ja eri yhteyksissä se tarkoittaa eri asioita.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Oleellisimpiin teorioihin

11.1.2021 klo 18.49, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Syksyllä luennoimani Ursan kurssi kosmologiasta osoittautui sen verta suosituksi, että siitä tulee maaliskuussa uusinta. Kurssi koostuu kolmesta luennosta, jotka pidetään kello 18.00-20.00 keskiviikkoina 17., 24. ja 31. maaliskuuta. Kurssi pidetään etänä. Luennoilla on aikaa kysymyksille. Ilmoittautua voi Ursan sivuilla (sikäli kun paikkoja on jäljellä). Kurssia kuvaillaan näin:

Verkkokurssi tarjoaa napakan katsauksen moderniin kosmologiaan, sen oleellisimpiin teorioihin sekä hieman myös kosmologian historiaan. Kurssilla käsitellään mm. maailmankaikkeuden historia, ison mittakaavan rakenteet, kosmisen mikroaaltotausta, pimeä aine, pimeä energia ja kosminen inflaatio.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Rehellinen elämä/An honest life

23.12.2020 klo 00.38, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

(This entry is in both Finnish and English. The English text is below the Finnish text.)

Huomasin juuri, että Jack Steinberger kuoli 12. päivä joulukuuta. Hän oli 99-vuotias. Tuntuu väärältä, että hänen kuolemansa oli jäänyt minulta huomaamatta.

Jack tiedetään parhaiten myonin neutriinon löytämisestä vuonna 1962 yhdessä Leon M. Ledermanin ja Melvin Schwartzin kanssa, mistä heille myönnettiin vuoden 1988 fysiikan Nobelin palkinto. Minulla oli ilo tuntea häntä hieman.

Jack syntyi Saksassa vuonna 1921. Jackin isä piti itseään uskollisena saksalaisena, joka oli ylpeä asepalveluksestaan ensimmäisessä maailmansodassa. Jack on kirjoittanut, että hänet kasvatettiin uskomaan, että saksalaisena hän on muita parempi, ahkerampi, rehellisempi ja rohkeampi. Hänen mukaansa juuri tämä ajattelu oli tausta sille, että saksalaiset seurasivat Hitleriä antisemitismiin ja kuolemaan.

Jackin perhe oli juutalainen, ja natsien noustessa valtaan vuonna 1933 hänen vanhempansa ymmärsivät ensimmäisten joukossa tilanteen vakavuuden. Vuonna 1934 he lähettivät Jackin isoveljensä kanssa Yhdysvaltoihin pakolaisina. Jackin ottoisä Yhdysvalloissa takasi vuonna 1938 sen, että Jackin vanhemmat ja nuorempi veli saattoivat tulla hänen perässään turvaan, sodan kynnyksellä.

Jackilla oli jo 14-vuotiaana vahvoja näkemyksiä, ja hän oli sitä mieltä, että rehellisen ihmisen pitää tehdä rehellistä työtä, eikä ottoisän toimintaa pörssimeklarina voinut sellaiseksi kutsua. Hän kirjoitti myöhemmin, että pysyi sosialistina koko ikänsä, mutta ei näe asioita niin mustavalkoisina. Hän totesi, että ei ole varma voiko sanoa, että hänen oma elämäntyönsä, missä hän seurasi nautintoaan oppimalla fysiikan laeista, oli mitenkään meklarointia ”rehellisempää”.

Jack kuului toisen maailmansodan aikana aloittaneeseen fyysikoiden sukupolveen. Hän osallistui Saksan kaupunkien pommituksessa käytettyjen pommitähtäinten kehittämiseen. Sodan jälkeen Jack oli Chicagon yliopistossa muun muassa Enrico Fermin oppilaana. Fermillä oli ollut keskeinen rooli Yhdysvaltojen ydinaseohjelmassa.

Jack halusi tutkia teoreettista fysiikkaa, mutta Fermi kehotti häntä tekemään mittauksia kosmisista säteistä. Tämä johtikin siihen, että Jack osoitti vuonna 1948, että hiukkanen nimeltä myoni ei hajoa kahdeksi hiukkaseksi, kuten oli ajateltu, vaan luultavasti kolmeksi, joista kaksi on neutriinoja. Tämä viitoitti tietä myöhempään myonin neutriinon löytämiseen.

Jack päätyi teoriapuolelle J. Robert Oppenheimerin johtamaan Princetonin yliopiston Institute for Advanced Studyyn. Hän koki olevansa muita huonompi, ja oli iloinen päästessään takaisin kokeellisen fysiikan pariin Berkeleyn Kalifornian yliopistossa. Siellä hän muun muassa löysi neutraalin pionin, joka on kvarkista ja antikvarkista koostuva hiukkanen, joka on tärkeä vahvassa vuorovaikutuksessa ja ydinfysiikassa.

Vuonna 1950 Jack joutui lähtemään Kalifornian yliopistosta, koska kieltäytyi allekirjoittamasta vasemmistolaisten poliittiseen vainoon liittyvää uskollisuudenvalaa. Omaelämänkerrassaan Learning About Particles: 50 Privileged Years Jack sanoo vähätellen päätöksensä olleen helppo, koska hänellä ei ollut Berkeleyssä pysyvää työpaikkaa.

Jack oli hiukkasfysiikan uusien kokeellisten menetelmien kehittämisen ja soveltamisen kärjessä, ja osallistui useisiin merkittäviin kokeisiin, joista Nobelilla tunnustettu vuoden 1962 myonin neutriinon löytäminen oli vain yksi.

Hiukkasfysiikka oli silloin erilaista. Erikoistuminen ei ollut edennyt yhtä pitkälle, ja kaikki saattoivat tehdä vähän kaikkea. Jackin mukaan 50-luvulla pystyi saamaan kahden kollegan kanssa kolme kiinnostavaa (ja, vaikka hän ei niin sanonut, historiallista) tulosta vuodessa, vaikka yksi idea menisikin pieleen. Nykyään kokeet kestävät vuosia: jos koe maksaa alle 100 miljoonaa euroa niin se on halpa, ja jos siinä on mukana alle 100 ihmistä niin se on pieni.

Myös suhde työturvallisuuteen oli erilainen. Jackin mukaan kukaan ei ollut vastuullinen, pätevä tai edes juuri ajatellut asiaa. Esimerkiksi nestemäistä happea saatettiin vain lastata takakonttiin ja lähteä ajamaan, ja hänellä itsellään oli ainakin neljä onnettomuutta palavien kaasujen kanssa. Asia otettiin vakavammin sen jälkeen, kun Massachusetts Institute of Technologyssä kuoli yksi ihminen nestemäiseen happeen liittyvässä onnettomuudessa.

Jack siirtyi CERNiin vuonna 1968 uuden detektoriteknologian perässä, ja osallistui siellä useiden kokeiden suunnitteluun ja toteuttamisen. Hiukkasfysiikan Standardimallin aikakausi oli alkamassa, ja muutaman vuoden kuluessa oli kasassa kaikki teoreettiset palaset, joita sitten yksi toisensa jälkeen CERNissä ja Fermilabissa löydettiin ja nobeleilla palkittiin. Viimeinen pala oli Higgsin hiukkanen, jonka havaitseminen vuonna 2012 päätti tämän kauden, jona ei vain varmistettu Standardimallin ennusteita vaan yritettiin nähdä sen tuolle puolen. Edellisessä onnistuttiin turhankin hyvin, toisessa koettiin pettymys.

Jack oli 70-vuotiaaksi asti ALEPH-koeryhmän puhemies ja osallistui detektorin suunnitteluun ja tulosten analysoimiseen. ALEPH oli yksi detektori vuonna 1989 käynnistyneessä LEP-kiihdyttimessä. LEPpiä varten sata metriä maan alle kaivetussa tunnelissa on nykyään LHC-kiihdytin.

Vuonna 1995 Jack jätti aktiivisen tutkimuksen, koska koki että hänellä ei ollut enää uusia ideoita annettavana. Hän kuitenkin jatkoi koeryhmien neuvonantajana yli 90-vuotiaaksi. Lopetettuaan hiukkasfysiikan tutkimuksen Jack rupesi opiskelemaan ja seuraamaan kosmologiaa ja astrofysiikkaa. Kosmisen mikroaaltotaustan epätasaisuudet oli mitattu vain kolmea vuotta aiemmin.

Tapasin Jackin vuonna 2004. Olin tutkijana Oxfordissa, ja juuri julkaissut ensimmäisen väittelyn jälkeisen tieteellisen artikkelini. Esitin siinä (en ensimmäisenä), että maailmankaikkeuden kiihtyvä laajeneminen voisi johtua rakenteiden muodostumisesta maailmankaikkeudessa. Kosmologi Dominik Schwarz kutsui minut CERNiin puhumaan aiheesta.

Jack, tuolloin 82-vuotias, osallistui tapansa mukaan seminaariin. Jack osasi esittää yksinkertaisia ja samalla asian ytimeen meneviä kysymyksiä aiheesta kuin aiheesta.

Jatkoimme puheeni jälkeen juttelua käytävällä, ja Jack ehdotti yksinkertaista lähestymistapaa sen hahmottamiseksi, miten rakenteet vaikuttavat keskimääräiseen laajenemiseen. Minulla oli joitakin ajan käsittelyyn yleisessä suhteellisuusteoriassa liittyviä vastalauseita, joihin Jack totesi vain, että ”minähän en tiedä mitä aika on, sinä tiedät”. Hän osasi olla sekä pistävän kriittinen että vilpittömän vaatimaton.

Kaksi vuotta myöhemmin päädyin omaa reittiäni kirjoittamaan artikkelin Jackin ehdottamasta ideasta. Se oli toinen läpimurtoni aiheen parissa, ja siinä asian fysikaalinen merkitys ja yhtälöiden sisältö matematiikan tuolta puolen selvisi minulle. Jos olisin heti seurannut Jackin ideaa, jonka hän lyhyessä keskustelussa yhden puheen jälkeen keksi, olisin voinut säästää vuoden.

Noihin aikoihin CERNin teoriayksikköön palkattiin yksi kosmologi vuodessa. Vuonna 2007 se olin minä, ja aloitin kaksivuotisen pestin. Jack piti minua kosmologian tietolähteenään, ja tuli ovelleni kysymysten kanssa.

Muistojeni mukaan Jack tuli kerran työhuoneelleni ja sanoi jotain sellaista kuin ”tässä on tutkijoiden ydinaseiden vastainen vetoomus, ja toivon että allekirjoitat sen”. Tällaisella esikuvalla on vaikutusta siihen, minkä näkee sopivana fyysikolle.

Jack oli yhä mukana seminaareissa, mutta nyt hänen kysymyksensä joskus osoittivat, että häneltä oli mennyt joku ilmeinen seikka ohi, eikä hän saanut siitä enää kiinni. Tämä ei ole nuorillekaan tavatonta, mutta Jack tunsi ajattelunsa tylsymisen, ja se turhautti häntä.

Tapasin Jackin viimeksi tammikuussa 2010, kun olin pari kuukautta CERNissä. Halusin ottaa hänestä kuvan hänen työhuoneellaan, ja Jack vaati, että olemme siinä yhdessä. Puhuimme rakenteiden vaikutuksesta maailmankaikkeuden laajenemiseen. Hän sanoi, että ongelma ei varmaankaan ratkea ennen hänen kuolemaansa. Olin yllättynyt enkä tiennyt mitä sanoa, joten kysähdin jotain sellaista kuin että eikö tuo ole aika surullinen ajattelutapa. Jack vastasi: ”Niin. On surullista vanheta ja on surullista kuolla.”

* * *

An honest life

I just noticed that Jack Steinberger died on December 12. He was 99 years old. It feels irrationally wrong that his death had passed me by.

Jack is most well known for the discovery of the muon neutrino in 1962 together with Leon M. Lederman and Melvin Schwartz, for which they received the physics Nobel prize in 1988. I had the pleasure of knowing him a little.

Jack was born in Germany in 1921. His father considered himself a loyal German, who was proud to have served in the First World War. Jack later wrote that he was brought up to believe that as a German he is better, more hardworking, more honest and more courageous than others. According to him, this thinking formed the background for why the Germans followed Hitler into antisemitism and death.

Jack’s family was Jewish, and after the Nazis rose to power in 1933 his parents were among the first to realise how grave the situation was. In 1934 they sent sent Jack and his older brother as refugees to the United States. Jack’s foster father in the US also gave a guarantee about Jack’s parents and younger brother, so that they were able to follow him there in 1938, on the eve of war.

Already at the age of 14 Jack had strong opinions, and he thought that an honest human should do honest work, and his foster father’s stock brokering did not qualify. He later wrote that he remained a socialist all his life, but doesn’t see things so black and white anymore. He said that he’s not sure whether he can say that his life’s work following the pleasure of learning laws of physics was in any way more “honest” than brokering stocks.

Jack was part of the generation who started physics during the Second World War. He took part in the development of bomb sights used in the bombing of German cities. After the war Jack studied at University of Chicago with Enrico Fermi among others. Fermi had had a central role in the US nuclear weapons program.

Jack wanted to do theoretical physics, but Fermi encouraged him to measure cosmic rays. This led to 1948 Jack showing experimentally that a particle called the myon doesn’t decay into two particles as thought, but probably into three, two of which are neutrinos. This paved the way to the later discovery of the muon neutrino.

Jack ended up working on theory at the Princeton Institute for Advanced Study led by J. Robert Oppenheimer. He felt that he did not measure up to the others, and was happy to get back to experimental physics at University of California Berkeley. There he, among other things, discovered the neutral pion, a particle composed of a quark and antiquark, which is important in the strong interaction and nuclear physics.

In 1950 Jack had to leave Berkeley, because he refused to sign a loyalty oath that was part of the political persecution of leftists. In his autobiography Learning About Particles: 50 Privileged Years Jack makes light of this, saying it was an easy decision because he didn’t have a permanent position at Berkeley.

Jack was at the forefront of developing and applying new experimental methods in particle physics. He took part in many important experiments, of which the 1962 discovery of the muon neutrino, for which the Nobel prize was awarded, was only one.

Particle physics was different back then. Specialisation had not advanced so far as today, and everyone could do a bit of everything. According to Jack, in the 1950s you could with two colleagues get three interesting (and although he did not say so, historical) results a year, even if one idea failed. Nowadays experiments take years: if they cost less than 100 million euros they are cheap, and if they involve less than 100 people they are small.

Approach to work safety was also different. Jack wrote that nobody was responsible, competent or even thought about the matter much. You could just put liquid hydrogen in the trunk of your car and start driving without further concern. Jack himself had at least four accidents with flammable gases. Things were taken more seriously after one person died of accident involving liquid hydrogen at MIT.

Jack moved to CERN in 1968 after new detector technology, and took part in the planning and execution of several experiments. The era of the Standard Model of particle physics was beginning, and in a few years all theoretical pieces had been put together, and were then discovered at CERN and Fermilad one by one, awarded with Nobels. The last piece was the Higgs particle, whose detection in 2012 capped this era. It involved not only verification of the predictions of the Standard Model, but the attempt to see beyond it. The former was an unqualified success, perhaps too much so, as the latter has been disappointment.

Until the age of 70 Jack was the spokesperson of the ALEPH experiment, and took part in the design of the detector and analysis of the results. ALEPH was a detector in the LEP collider, which started operation in 1989. The tunnel dug a hundred meters underground for LEP today houses the Large Hadron Collider.

In 1995 Jack left active research, because he felt he had no more ideas to give. He continued as an advisor to experimental groups into his nineties. After quitting particle physics research, Jack started studying and following cosmology and astrophysics. The anisotropies of the cosmic microwave background had been measured only three years earlier.

I met Jack in 2004. I was a postdoc at Oxford and had just published my first paper after my PhD. There I proposed (not as the first) that the accelerating expansion of the of the universe could be due to cosmological structure formation. The cosmologist Dominik Schwarz, then at CERN, invited me to come over and give a talk about it.

Jack, then 82, took part in the seminar, as usual. Jack knew how to make simple but penetrating questions on any topic.

After the talk we continued discussing in the corridor, and Jack proposed a simple approach to better figure out the effect of structures on the average expansion rate. I had some objections related to the treatment of time in general relativity, to which Jack simply replied “I don’t know what time is, you do”. He could be both stingingly critical and sincerely humble.

Two years later I ended up via my own route to write an article about the idea Jack had proposed. It was my second breakthrough in the topic, and there I realised the physical content the meaning of the equations beyond mathematics. If I had followed the idea Jack threw out in a short conversation after hearing one talk, it could have saved me a year.

In those days the CERN theory unit hired one cosmologist a year. In 2007 that was me, and I started a two-year postdoc there. Jack considered me his information source on cosmology, and came to my door with questions.

I recall that one day he came to my office and said something along the lines of “this is a scientists’ petition against nuclear weapons, and I hope you’ll sign it”. This sort of an example has an effect on what one sees as proper for physicists.

Jack continued to attend seminars, but now his questions sometimes showed that he had missed something obvious, and couldn’t catch it. This is not unknown to younger folk, but Jack felt the dulling of his thinking, and it frustrated him.

I met Jack the last time in January 2010, when I was spending two months at CERN. I wanted to take a photo of him at his office, and he insisted us being together in the photo. We talked about the effect of structures on the average expansion rate of the universe. He said that the problem probably won’t be solved before he is dead. I was struck by this, and mumbled something along the lines of that isn’t that a sad way to think. Jack answered: “Yes. It is sad to grow old and it is sad to die.”

6 kommenttia “Rehellinen elämä/An honest life”

  1. Erkki Kolehmainen sanoo:

    Tästä tulee mieleen David Bohm, jolle Princeton tarjosi nokialaista (ei kännykkää vaan kenkää) kuten Berkeley Jack Steinbergerille. Ja molemmat olivat sukujuuriltaan juutalaisia, Molemmilla oli myös yhteys J. Robert Oppenheimeriin ja Enrico Fermiin. Toinen Fermin oppilas Bruno Pontecorvo, joka myös oli kiinnostunut neutriinoista, teki radikaalin ratkaisun ja loikkasi Helsingin kautta Neuvostoliittoon 2. syyskuuta1950.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Steinbergerin mukaan syy siihen, että hänelle ei tarjottu pysyvää työpaikkaa Berkeleystä oli se, että hän oli vasemmistolainen. Se, että hän oli juutalainen on sekin saattanut vaikuttaa asiaan. Steinberger kirjoittaa omaelämänkerrassaan siitä, että tuolloin Yhdysvalloissa juutalaisuus ei estänyt professoriksi etenemistä, mutta se oli haittatekijä.

      Steinbergeriä seitsemän vuotta nuorempi Noam Chomsky on todennut, että yksi syy MIT:n nousuun oli se, että siellä ei vältetty juutalaisten palkkaamista.

  2. Erkki Kolehmainen sanoo:

    Neutriinot ovat kiinnostavia, koska niitä muodostuu paljon, ne oskilloivat ja niitä on vaikea havaita. Iltalehdessä oli artikkeli, paljonko neutriinoja vapautuu, jos Betelgeuse räjähtäisi supernovana ja kuinka suuri määrä niistä päätyisi maapallolle ja ihmisiin.
    https://www.iltalehti.fi/ulkomaat/a/45c2824c-1cbf-41a5-8c59-987b73a691b9
    Neutriino on fermioni, jonka spin on ½ ja fotoni on bosoni, jonka spin on 1. Fermioni ja antifermioni voivat muodostaa bosonin, joten kaksi neutriinoa voisivat muuttua fotoniksi, koska neutriino ja antineutriino ovat sama hiukkanen.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Hiukkasten muodostaminen siten, että hiukkaset sitoutuvat yhteen (kuten elektroni ja protoni muodostavat atomin) on eri asia kuin annihiloituminen, missä kaksi hiukkasta muuttuu toisiksi hiukkasiksi (kuten elektroni ja positroni kahdeksi fotoniksi).

      Kaksi neutriinoa ei voi annihiloitua yhdeksi fotoniksi, koska se rikkoisi energian säilymistä. Ei tästä sen enempää.

  3. Miguel sanoo:

    Kiitos hyvästä tarinasta itselle täysin tuntemattomasta Ihmisestä. Huomio kiinnittyi tuohon neutraalin pioniin, joka koostuu kvarkista ja antikvarkista. Eivätkö ne siis annihiloidu kuten elektroni ja positroni, vai syntyykö tää pioni annihilaation seurauksena?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Annihiloituvat toki, siksi neutraali pioni elää vain 10^(-16) sekuntia.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *