Muotoja ilman mittanauhaa

16.4.2018 klo 23.02, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Aika-avaruuden kaarevuutta selittävän blogimerkinnän kommenteissa kysyttiin aika-avaruuden topologiasta, joten avaan tässä aihetta hieman.

Karkeasti sanottuna kappaleen (tai avaruuden) muodon sellaiset piirteet, jotka liittyvät etäisyyksiin, ovat geometrisia. Sellaiset piirteet, jotka pysyvät samana, kun etäisyyksiä muutetaan, ovat topologisia.

Esimerkiksi neliön ja ympyrän ero on geometrinen. Ympyrä on joukko pisteitä, jotka ovat kaikki yhtä kaukana keskipisteestä. Neliön tapauksessa pisteiden etäisyys keskipisteestä muuttuu sitä ympäri kuljettaessa. Etäisyyksiä venyttämällä ja kutistamalla saa ympyrän ja neliön muutettua toisikseen; asiaa voi havainnollistaa ajattelemalla ympyrän kaarta kuminauhana: etäisyyksien muuttaminen vastaa nauhan venyttämistä tai supistamista.

Mutta se, että nauha sulkee sisäänsä tasan yhden yhtenäisen alueen ei muutu, muuttipa etäisyyksiä miten hyvänsä. Ympyrän tämä ominaisuus on siis topologinen.

Ympyrä on yksiulotteinen kappale. Kosmologiassa keskeistä on se, millainen on maailmankaikkeutemme kolmiulotteisen avaruuden topologia.

Yleinen suhteellisuusteoria on teoria geometriasta. Se kertoo, miten aika-avaruuden kaarevuus (eli geometria) kehittyy, kun tiedetään, millaista ainetta aika-avaruus pitää sisällään. Sen sijaan yleinen suhteellisuusteoria ei ole teoria topologiasta: se ei kerro, millainen avaruuden topologia on. Mutta koska tietyn geometrian kanssa sopivat yhteen vain tietyt topologiat, yleinen suhteellisuusteoria rajoittaa sitä, millainen topologia voi olla.

Eri topologioita voi havainnollistaa yksinkertaisimman mahdollisen, eli tasaisen, geometrian tapauksessa. Tasaisen kaksiulotteisen pinnan topologia on sellainen, missä pinta ulottuu kaikissa suunnissa äärettömiin. Jos leikkaa pinnasta suikaleen ja määrää, että yhdestä reunasta ulos mentäessä tuleekin samasta kohtaa vastakkaiselta puolelta sisään, topologia on erilainen. Samaistamalla myös toiset reunat saa donitsin. On monimutkaisempiakin topologioita. Jos toiset reunat samaistaakin siten, että kun menee sisään reunan oikealta puolelta, tulee ulos vastakkaisen reunan vasemmalta puolelta, tuloksena on Kleinin pullo (jota on havainnollistettu täällä).

Isossa mittakaavassa maailmankaikkeutta usein kuvataan approksimaatiossa, jossa avaruus on samanlainen kaikissa paikoissa ja suunnissa. (Se, miten hyvä tämä approksimaatio on, on pitkään ollut eräs keskeinen tutkimuskohteeni.) Tässä tapauksessa on suoraviivaista luetella avaruuden mahdolliset geometriat ja kartoittaa, millaiset topologiat ovat mahdollisia. Kyse on siitä, miten avaruutta voi kääriä kasaan niin, että reunat kohtaavat sileästi.

Jos avaruus on samanlainen kaikkialla, sen kaarevuus on sama joka pisteessä. Jos kaarevuus on kaikkialla nolla, niin avaruus on tasainen. Tällainen maailmankaikkeus on tasainen pinta, joka ajan edetessä laajenee, eli aika-avaruus on kuin paperipino (jos yhden ulottuvuuden jättää pois).

Jos kaarevuus on kaikkialla positiivinen, niin avaruus on kolmiulotteinen pallopinta. On syytä korostaa, että kyse ei ole pallon sisuksesta, vain pinnasta. Kolmiulotteista pallopintaa voi olla vaikea hahmottaa, mutta se on samanlainen kuin kaksiulotteinenkin. Kolmiulotteisessa tapauksessa on yksi suunta lisää, mutta sekin kaartuu kaikkialla, ilman että mikään piste tai suunta olisi erikoisasemassa. Tällöin aika-avaruus on kuin kasa sisäkkäisiä pallopintoja (jos yhden ulottuvuuden jättää taas pois).

Jos kaarevuus on kaikkialla negatiivinen, niin avaruuden muotoa on hankalampia kuvitella. Tällaisella avaruudella on samanlainen suhde satulan muotoiseen pintaan kuin positiivisesti kaareutuneella avaruudella on pallopintaan. Siinä missä pallopinnalla kolmion kulmien summa on aina yli 180 astetta ja yhdensuuntaiset suorat lähentyvät toisiaan, satulapinnalla kolmion kulmien summa on aina alle 180 astetta ja yhdensuuntaiset suorat etääntyvät.

Tasaisessa tapauksessa avaruudella on 18 erilaista mahdollista topologiaa. Niistä kahdeksassa avaruus on ääretön. Tylsimmän äärettömän tapauksen lisäksi, missä ei tehdä mitään, on seitsemän vaihtoehtoa, missä avaruuden eri osia on samaistettu. Lopuissa kymmenessä avaruus on kääritty äärelliseksi, joko donitsiksi tai monimutkaisemmaksi paketiksi.

Pallopinnan tapauksessa tilanne on ratkaisevalla tavalla erilainen sikäli, että avaruus on aina äärellinen. Yksinkertaisin topologia vastaa pallopintaa, monimutkaisemmissa tapauksissa on samaistettu sen eri osia. Tämän voi tehdä äärettömän monella eri tavalla, ja ne kaikki tunnetaan.

Satulapinnan tapauksessa yksinkertaisin tilanne on sama kuin tasaisessa: avaruus jatkuu äärettömiin. Sen mahdolliset käärimiset ovat kuitenkin monimutkaisempia kuin tasaisen pinnan tapauksessa. Mahdollisia topologioita tunnetaan useita, mutta kaikkia mahdollisuuksia ei ole toistaiseksi osattu luetteloida.

Kosmologiassa avaruuden topologia kutkuttavasti liittyy kysymykseen siitä, onko maailmankaikkeus ääretön vai äärellinen. Jos avaruus on äärellinen, sillä on väistämättä jokin mielenkiintoinen topologia.

Asiaa voi selvittää havainnoilla. Ajatellaan tapausta, missä avaruus on tasainen mutta äärellinen, ja sillä on donitsin topologia. Kun lähettää matkaan valonsäteen, niin se kiertää avaruuden ympäri ja palaa jonkun ajan kuluttua takaisin vastakkaisesta suunnasta. Kosmologiset mittakaavat ovat liian isoja tällaisten kokeiden tekemiseen, mutta kaukaisten kohteiden tarkastelu ajaa saman asian. Kun galaksi lähettää valoa, meidän pitäisi donitsin tapauksessa nähdä sen kuva eri puolilla taivasta.

Käytännössä tällaisten havaintojen tekeminen on yksittäisen galaksin kohdalla vaikeaa, koska siitä tuleva valo on matkannut eri matkan eri suuntiin. Niinpä voisimme esimerkiksi nähdä galaksin yhdessä suunnassa sellaisena kuin se oli miljardi vuotta sitten ja toisessa sellaisena kuin se oli sata miljoonaa vuotta sitten. Koska galaksit kehittyvät, näitä voi olla vaikea tunnistaa samaksi kappaleeksi.

Lisäksi jos avaruuden topologia on donitsia monimutkaisempi, valo ei välttämättä palaa suoraan samaan pisteeseen, vaan voi kiertyä eri tavoilla. Tämä vaikeuttaa kuvien tunnistamista entisestään. (Oman hankaluutensa tuo myös se se, että maailmankaikkeus ei todellisuudessa ole täysin tasainen, eivätkä täysin tasaisten avaruuksien ja melkein tasaisten avaruuksien mahdolliset topologiat välttämättä ole samanlaisia.)

Tämän takia topologiaa ei käytännössä mitata tarkastelemalla yksittäisiä galakseja tai muita kappaleita, vaan syynäämällä taivaalla näkyvän valon tilastollista jakaumaa. Tarkin tutkailu tehdään galaksien sijaan kosmisen mikroaaltotaustan avulla.

Kosminen mikroaaltotausta on valoa, joka irtosi aineesta maailmankaikkeuden ollessa 380 000 vuotta vanha. Tämä tapahtui kaikkialla avaruudessa lähes yhtä aikaa, ja nyt kosminen mikroaaltotausta on pallopinta ympärillämme. Jos maailmankaikkeus on tarpeeksi pieni, kosmisen mikroaaltotaustan valo on ehtinyt matkata sen ympäri ja kohdannut itsensä. Asiaa voi havainnollista ajattelemalla, mahtuuko kosmisen mikroaaltotaustan pallo avaruuteen. Jos pallo menee avaruuden reunoista yli, se risteää itsensä kanssa, ja risteyskohdissa näkyy renkaita. Mitä pienempi avaruus on, sitä useammin mikroaaltotausta on ristennyt itsensä kanssa, ja sitä pienempiä ja enemmän renkaita siinä on.

Risteyskohtien tarkka muoto riippuu siitä, millainen avaruuden topologia tarkalleen on. Tällaisia taivaalla hohtavia renkaita ja monimutkaisempia jälkiä on etsitty, eikä mitään ole näkynyt. Koska kosmisen mikroaaltotaustan pallon säde on noin 50 miljardia valovuotta, voidaan päätellä, että jos maailmankaikkeus on äärellinen, sen koko on tätä isompi.

Havainnoissa ei siis ole mitään tukea sille, että maailmankaikkeus olisi äärellinen. Teoreettisesti aika-avaruutta ei vielä ymmärretä tarpeeksi hyvin, että osattaisiin sanoa, olisiko se äärellinen vai ääretön. Yleinen suhteellisuusteoria ei määrää topologiaa, mutta jotkut muut teoriat saattavat niin tehdä. Säieteorian joissain muotoiluissa on olemassa ylimääräisiä paikkaulottuvuuksia havaittujen kolmen lisäksi, ja ne ovat yleensä äärellisiä (ja hyvin pieniä). Jos näin on, tuntuisi luontevalta, että myös havaitut kolme ulottuvuutta ovat äärellisiä, vain paljon isompia. Säieteoria ei kuitenkaan kerro, että näin pitäisi olla, eikä edes tiedetä kuvaako säieteoria todellisuutta.

Vaikka maailmankaikkeus olisi äärellinen, kosmisen inflaation mukaan näemme luultavasti vain pienen osan siitä. Tässä tapauksessa topologian jäljet ovat heikkoja. Kääntäen voi sanoa, että jos näkisimme merkkejä avaruuden topologiasta, niillä voisi olla mullistava vaikutus käsitykseemme maailmankaikkeudesta.

Päivitys (17/04/18): Korjattu kolmien kulmien summa satulapinnalla.

15 kommenttia “Muotoja ilman mittanauhaa”

  1. Eusa kirjoitti:

    ”satulapinnalla kolmion kulmien summa on aina yli 180 astetta ja yhdensuuntaiset suorat etääntyvät.”

    Typo: summa on aina alle 180 astetta.

    Hyvin ja mielenkiintoisesti kuvailit aihetta.

    Mitä mieltä olet ajatuksesta, että meillä on vihjeitä (mm. metrinen kvantittuminen, mutta ajan kvantti on kiistanalainen), että kaikkeus olisi avaruudellisesti äärellinen, mutta ajallisesti ääretön? Siis minkään kappaleen koko (määriteltäköön kappale kuinka vain) ei voisi olla rajoittamattoman kokoinen, mutta voisi olla kappaleita, joiden ikä lähenee rajatta ääretöntä? Tämä dilemma on analogisesti sama kuin se voisimmeko nähdä samoista galakseista useita inkarnaatioita – jos massa/aika voi kaareuttaa aikaa etäisen havaitsijan koordinaateissa loputtomiin, voi olla asymptoottisesti ääretöntä ikää kuluttavia reittejä, mutta reitit ylläpidetään äärellisellä määrällä alkeishiukkasia. Tämä liittyy siihen topologian kahvallisuuteen ja kahvojen lukumäärään. Mustat aukot ja niiden topologia unohdettakoon kuitenkin tässä yhteydessä.

    Toisaalta mikä tahansa entiteetin aika olisi ylinumeroituva eli antaisi jatkuvalle geometrialle tilaisuuden – puolestaan lomittuneet ainerakenteet saattaisivat perustua etäisyyden diskreettiin pariteettiin perustuviin vuorovaikutuksiin.

    Ajatukseen kuuluu äärellisen hiukkaskahvaisuuden vuorovaikutuslogiikka niin, että luontomonisto tarvittaessa kohdaltaan kaareutuu/ikääntyy niin kovin, ettei mikään vuorovaikutusetäisyys voisi yltää kaikkeuden ympäri, ehkei edes sen puolivälimitan yli. Noin omega pakottautuisi tasan nollaan ja kaikkeuden topologia tasan laakeaksi. Kaksiulotteisista topologioista tosiaan torus ja Kleinin pullo ovat laakeita ilman kuspeja – kvanttilomittusen perusteella on esitetty arveluja, että 3-/4-d-kokonaistopologia voisi noudattaa mieluummin Kleinin pullon kuin toruksen topologista morfismia…

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kiitos korjauksesta.

      Ken tietää. Kysymys ajan ja avaruuden äärellisyydestä tai äärettömyydestä on täysin avoin.

  2. Cargo kirjoitti:

    Mielenkiintoinen postaus. Tuli mieleen, että vaikka suhteellisuusteoria ei paljasta topologiaa, niin eikö luonnonlakien suhteellisuusperiaatetta voisi tässä kohtaa soveltaa ja vaatia kaarevuuden olevan kaikkialla samanlaista tyhjässä avaruudessa? Pallopinta lienee ainoa monisto, joka vääntyy jokaisen pisteen ympärillä samalla tavalla joka suuntaan. Kun lisätään massaa, niin kaarevuus muuttuu lokaalisti.

    Toisekseen: maailmankaikkeus voi olla ”ääretön”, jos avaruuden laajeneminen ymmärretään neliulotteisen pallon laajenemisena, kun säteen kasvunopeus on riittävän suuri. Eli maailmankaikkeus olisi topologisesti rajoitettu, mutta kolmiulotteisen pinnan laajenemisen vuoksi yksikään valonsäde ei pysty kiertämään koko pallopintaa ja palaamaan takaisin lähtöpisteeseenä.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kuten tekstissä kirjoitan, on kolme avaruutta, joiden kaarevuus on vakio: tasainen, pallopinta ja satulapinta.

      Suhteellisuusperiaatteella ei ole avaruuden vakiokaarevuuden kanssa mitään tekemistä.

  3. Mika kirjoitti:

    Kiitos taas erittäin mielenkiintoisesta kirjoituksesta!

    Pitäisikö satulapinnan kohdalla lukea että kolmion kulmien summa on alle 180?

    Onko sinulla itselläsi suosikkitopologiaa tai veikkausta siitä, onko aika-avaruus äärellinen vai ääretön?

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Pitäisi, kiitos.

      Ei varsinaisesti. Asia määräytynee fysiikasta, joka on tuntemamme fysiikan ulkopuolella, eikä siitä ole tarpeeksi vihjeitä. Äärellinen avaruus olisi kenties miellyttävämpi.

  4. PekkaP kirjoitti:

    Ilmeisen tyhmä kysymys maallikolta.
    Jos maailmankaikkeuden ikä on n. 14 miljardia vuotta, miten maailmankaikkeus olisi voinut rajallisen kokoisesta alusta kasvaa rajallisessa ajassa äärettömäksi? Kysymys on vaivannut minua vuosia.
    Ymmärrän sen verran, ettei valonnopeus rajanopeutena koske avaruuden laajenemista, mutta Ojalan laskuopin hätäisesti sisäistäneenä näen tuossa jonkinmoisen ristiriidan.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Yleisen suhteellisuusteorian mukaan jos maailmankaikkeus on nyt ääretön, se on aina ollut ääretön.

      Yleinen suhteellisuusteoria ei tosin päde lähellä alkua, joten emme tiedä mitä varhaisina hetkinä on tapahtunut.

  5. Alarik kirjoitti:

    Kiitos ymmärrykseni kasvattamisesta näillä aika-avaruuden geometriaa ja topologiaa käsittelevillä merkinnöilläsi. Tinkimättömät ja kumartelemattomat kirjoituksesi tarjoavat lähes poikkeuksetta päänvaivaa ja ihmeen sekä kauneuden tuntua – silloinkin, kun tunnen vain kevyen ilmavirran hilseeni tietämillä.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kiitos, mukava kuulla.

  6. Cargo kirjoitti:

    Onko seuraava mielikuva avaruudesta neliulotteisen pallon pintana oikea, jos avaruus on tyhjä: mihin tahansa suuntaan lähetetty fotoni palaa lähtöpisteeseen vastakkaisesta suunnasta ja suunnasta riippumattomassa ajassa.

    Jos asiaa aprikoi vielä lisää, niin voisiko kosminen taustasäteily olla tuollaista neliulotteisen pallopinnan kiertänyttä säteilyä? Kun aallonpituuden jakauma on taustasäteilyssä tasainen, niin voisi olettaa, että säteet ovat kulkeneet saman matkan/ajan laajenevassa ja tasaisesti massaa sisältävässä avaruudessa.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Avaruuden topologiaa ei tunneta. Jos avaruuden topologia on pallopinta, se ei ole neliulotteisen pallon pinta, vaan kolmiulotteinen pallopinta.

      Erosta, ks. https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/suoraviivaista/

      Mutta mielikuvasi on oikea.

      Kosmisen taustasäteilyn alkuperällä ei ole mitään tekemistä avaruuden topologian kanssa (vaikka topologia saattaakin jättää siihen jälkiä).

      1. Cargo kirjoitti:

        Olisiko se täysin mahdotonta, että kaikki muu säiteity on inteferoitunut olemattomiin paitsi poispäin lähtenyt säteily, joka palaa kosmisena taustasäteilynä?

        1. Syksy Räsänen kirjoitti:

          Kosmisen taustasäteilyn alkuperä tunnetaan hyvin, eikä tuolla ole mitään tekemistä sen kanssa.

          Ks. http://www.tiede.fi/blogit/maailmankaikkeutta_etsimassa/ylos_tulenpyorteessa

          Tämä riittäköön tästä.

          1. Cargo kirjoitti:

            Tämä riittäköön tästä, mutta itse täytän vielä topallisen ja pössyttelen piippua nojatuolissa…

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Fysiikka on vallankumouksellista

13.4.2018 klo 15.30, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Minua pyydettiin Ylelle kolumni fysiikan kouluopetuksesta. Tuloksena on tämä toimituksen otsikolla ”Opetetaanko koulussa fysiikkaa väärin? – Syksy Räsänen: “Opetuksen sisältö on enimmäkseen jäänyt 1800-luvulle”” varustama kirjoitus. Se päättyy näin:

Siinä missä luonnontieteen sovellukset avaavat pakoreitin ihmiskunnan painajaismaisesta historiasta ja muokkaavat inhimillistä kulttuuria yhä nopeammin, sen löydöt avaavat ainutlaatuisen näkymän todellisuuteen arkikokemuksen tuolle puolen.

Fysiikka ei vain tuota verrattomia teknologisen kehityksen ja yhteiskunnallisen muutoksen siemeniä, se on itsessään arvokas osa ihmiskunnan perintöä. Kertokaamme siitä sen mukaisesti.

15 kommenttia “Fysiikka on vallankumouksellista”

  1. Matti Ala-aho kirjoitti:

    Hyvä Syksy Räsänen

    Esität kritiikkiä fysiikan kouluopetuksesta. Olen opettajana lukiossa, enkä voi ymmärtää näkemyksiäsi fysiikan opetuksesta. Olen täysin eri mieltä. Väittely ei kuitenkaan johda mihinkään, joten ehdotan, että tuotat lukion fysiikan opetukseen jotain, jolla on merkitystä.

    Kritisoit, että opetus on jumittunut historiaan. Voisit ehkä kertoa, mitä on fysiikka, jota sinun mielestäsi tulisi oppilaille opettaa. Kursseja on seitsemän; kuusi tosi vanhaa fysiikkaa, ja seitsemäs 1900-luvun alusta.

    Kerrohan muutokset.

    Kerrot, että ”Avaruus kehittyy ajassa ja aika kulkee eri tavalla aineesta riippuen.” Olisin kiinnostunut kuulemaan, miten opetat lukiolaisille, tai kenelle tahansa, ajan kulkua ja sen riippuvuutta aineesta. Pitäisikö siitä osata jälkeenpäin jotain? Kerropa hyvä kysymys, jolla osaamista voisi mitata osaamista, vai onko se tarpeen?

    Missä on Räsänen (/ Enqvist) julistuksen tuottama oppimateriaali lukiolaisille?

    Tehkää jotain; me muut emme voi osata.

    (p.s. Kari Enqvist valitti samasta aiheesta 7v sitten. Toki kun vaan valittaa, ei tartte tehdä mitään)

    Matti

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Sitä mikä on modernissa fysiikassa mielestäni oleellista opetettavaa, ja miten sitä voi käydä läpi, voi katsoa esimerkiksi kurssini Fysiikkaa runoilijoille materiaalista. (Lukiokurssien rakenne on toki erilainen.)

      http://www.courses.physics.helsinki.fi/teor/run/

      1. Syksy Räsänen kirjoitti:

        On myös syytä huomata, että en kirjoittanut oppimateriaalista, vaan opetussuunnitelmasta.

      2. Matti Ala-aho kirjoitti:

        Kiitos vastauksestasi. Luin luentodiat läpi, ja ne tarjoavat varmasti osaavan esittäjän myötä laajan kuvan siitä, mitä fysiikka on. Tämän tyyppinen johdattelu fysiikan merkitykseen sisältyy ymmärtääkseni opetussuunnitelmaan ”Opetus ohjaa opiskelijaa ymmärtämään fysiikan merkitystä jokapäiväisessä elämässä, ympäristössä, yhteiskunnassa ja teknologiassa”, (ops)

        Silti vaikkapa yleisen suhteellisuusteorian sisällyttäminen fysiikan keskeisiin sisältöihin ei mielestäni ole järkevä ratkaisu, eikä sille voi varata kovinkaan paljoa aikaa. Lukiossa aiheesta ei varmaankaan päästäisi lauseesta ”Jos olet painottomana hississä, mistä tiedät oletko avaruudessa vai onko vaijeri vain katkennut?” (Räsäsen luentomoniste) paljoa pidemmälle.

        Vaadit suhteellisuusteoriaa ja kvanttifysiikkaa kouluopetukseen. Tarkoitin kommentillani tekemättömyydestä täsmällisyyden puutetta. Vaatimusta ”suhteellisuusteoriaa koulufysiikkaan” voisi kenties täsmentää. Olisi hyvä kuulla miten monta tuntia/kurssia tälle varattaisiin aikaa. Käsittääkseni oma kurssisi sisältää 7x4h luentoja, mikä vastaa miltei yhtä lukiokurssia. Olisiko sisältöinä samankaltainen setti, mitä omissa luennoissasi? Mitä opiskelijan tulisi tämän opintojakson jälkeen osata?

        1. Syksy Räsänen kirjoitti:

          Kirjoitin Ylen tekstissäni seuraavasti:

          ”Opetushallituksen peruskoulun ja lukion opetussuunnitelmien mukaan fysiikan opetuksen yksi tavoite on auttaa ymmärtämään fysiikan merkitystä ”jokapäiväisessä elämässä, ympäristössä, yhteiskunnassa ja teknologiassa” niistä tehtyjen havaintojen pohjalta. Tämä on tärkeää, mutta asiassa on toinenkin puoli: moderni fysiikka on osoittanut, että arjen havaintojen perusteella muodostettu käsitys maailmasta on perustavanlaatuisesti virheellinen.

          […]

          Opetussuunnitelmassa mainitaan luonnontieteellisen ajattelun ja maailmankuvan kehittymisen tukeminen. Modernia fysiikkaa kuitenkin kohdellaan vain pienenä lisänä yli sata vuotta vanhaan tietoon. Tämä vaikeuttaa sekä fysiikan maailmasta paljastaman kuvan että nykyteknologian perustan ymmärtämistä.”

          En rupea blogin kommenteissa laatimaan opetussuunnitelmaa uusiksi, se vaatisi enemmän paneutumista.

    2. ro holopainen kirjoitti:

      Enqvistin olen kuullut puhuvan täydelle auditoriolle modernin fysiikan perusasioista – mielestäni elävästi, vertaillen. Uskoisin, että juuri sitä tasoa että nappaa lukiolaisella.
      Jos fysiikka on kouluopetuksessa jäänyt 1800-luvulle, on ymmärrys uskoinnoista yhä 1600-luvun kirkollisen dogmatismin vanki.
      Entä historia, uskonnon tavoin kiitettävä seisoi lukion päästötodistuksessa – mutta itse piti mm. arabismin vaikutus Euroopan valitukseen hakea lähteinen.
      Miksi?

  2. Erkki Kolehmainen kirjoitti:

    Kannattaa muistaa fysiikkaakin opetettaessa tämä Stanisław Lemin kuolematon aforismi:
    ”Monta asiaa olisin oppinut, ellei niitä olisi minulle opetettu.”
    Lisää aforismeja löytyy ao. linkistä:
    http://www.helsinki.fi/~aannila/arto/aforismeja.pdf

  3. Eusa kirjoitti:

    Uusien opetussuunnitelmien prinsiippeihin kuuluu ilmiöperusteinen oppimiskäsitys. Vaikka tuossa suunnitelmassa on pääosin kyse peruskoulusta ja siitä kuinka ilmiöiden kautta voidaan omaksua perustietoa nopemmin, kyllä sitä on tarkoitus lukioihin ja niiden syventävämpään sisältöönkin soveltaa.

    Esimerkiksi koordinaatistovalinnasta ja ekvivalenssiperiaatteesta voisi rakentaa ilmiöitä, joissa havaintoja esitetään vain vapaan putoamisen koordinaatistossa. Maanpinta käsitetään silloin samalla romahtavan ja samalla toisiaan puskevan aineksen tilalliseksi tasapainoksi. Koska romahtava aines on vapassa pudotuksessa, sen perusteella se ei koe voimia, mutta pusku on aineksen välinen vuorovaikutus ja jää todelliseksi fysikaaliseksi ilmiöksi – siis siksi sohvatyyny puskee juovat poskeesi päivätorkuilla ja heliumpallo pyrkii korkeuksiin; maanpinta ja ilmakehä itseiskiihtyy jatkuvasti ylöspäin…

  4. Kari Leppälä kirjoitti:

    Hei, olen pääosin samaa mieltä fysiikan opetuksesta, se vosi valmentaa paremmin modernin maailmankuvan omaksumisessa. Toki sillä varauksella, että fysiikka on rakentunutja rakentuu edelleen vanhan päälle. Minusta korjattavaa olisi myös tekniikan opetuksessa. Turhan vahvasti tekniikka esitetään fysiikan sovelluksena. Se on minusta kulttuurihistoriallisesti ja myös faktisesti epätarkaa. Tekniikka on minusta erillinen asia. Lämpöoppi ei tuottanut voimakoneita – mutta totta, auttoi myöhemmin ymmärtämään niitä. Fysiikka ei myöskään tuottanut hehkulamppua, joka on säteilylain sovellus. Sen sijaan lähes tyhjäksi pumpatuilla hehkulampun kuvuilla leikkiminen tuotti havaintoja, jotka luultavasti vaikuttivat kvantti-ilmiöiden tutkimukseen. Nämä on toki äärimmäisiä esimerkkejä, mutta ehkä havainnollisravat, että teknukan ja fysiikan vuorovaikutus on kaksisuuntainen tie. Tekniikan esittäminen fysiikan sovellukena tuotaa myös fyysikoille tarpeetomia ja vahingollisia paineita tuottaa hyödyllisiä sovelluksia. Lopuksi, haluaisin samaan opetuspakettiin myös filosofian. Nykyisin filosofian ajatellaan olevan jonkinlaista etiikan opetusta. Minusta turhaan, koska etiikka on joka tapaksessa ihmisyyden ytimessä. Minusta filosofia pitäisi ottaa mukaan, koska se voisi valottaa asioiden ymmärtämisen eri muotoja, oli se sitten fysiikkaa, luontoa ai jotain muuta.

    1. Kari Leppälä kirjoitti:

      Pahoittelen lukemattomia kirjoitusvirheitä, en malttanut laittaa lukulaseja päähän. Ja täsmennän, että en mitenkään kiistä, etteikö uusi fysiikka olisi myös vallankumouksellista- Sikäli kun yhtään ymmärrän, kyllä se on!

  5. Lentotaidoton kirjoitti:

    Räsänen: ”Tämä on tärkeää, mutta asiassa on toinenkin puoli: moderni fysiikka on osoittanut, että arjen havaintojen perusteella muodostettu käsitys maailmasta on perustavanlaatuisesti virheellinen”.

    Syksy Räsänen iskee tässä tärkeään asiaan. ”Arjen havaintojen pohjalta” on esim mahdotonta mieltää valtavasti kasvaneen/kasvavan nykyteknologian jokapäiväisiä ”härpäkkeitä” (jotka perustuvat kvanttifysiikkaan) edes auttavasti. Minusta tämä on suuri aukko nimenomaan yleissivistyksessä. Kun moderni trendi on vain kasvava, niin olisi suuri vahinko, jos perusymmärrys näistä suodaan vain yliopistoissa fysiikkaa lukeneille.

  6. Cargo kirjoitti:

    Kyllä näin on marjat! Lukion fysiikan tunneilla tulisi käydä oppilaiden kanssa runolliseen sävyyn dialogia fysiikan luonteesta ja niistä ensimmäisistä periaatteista, joiden avulla kaikki havaitut asiat voidaan selittää. Myös jännittävät spekulatiiviset teoriat auttavat pitämään nykynuorison mielenkiintoa yllä eikä tyttöjäkään tulisi kiusata turhalla matematiikalla.

    Sitten ylppäreitten jälkeen nämä itseään totaalisen täynnä olevat wanna-be-einsteinit kokoontuvat laajan fysiikan luentosaliin opiskelemaan… Newtonin mekaniikkaa(?), Maxwellin yhtälöitä(?!), statistista termodynamiikkaa(?!!),…

    Ehkä joskus tulevaisuudessa saamme lukea kolumneja siitä, miten fysiikan yliopisto-opetuksen sisältö on jäänyt aivan liiaksi 1800-luvulle.

    1. Eusa kirjoitti:

      Kritiikkisi osuu. Opetettavien ilmiöiden tulee olla käsitettäviä. Tieteen filosofiaa tangentoi se mikä on antanut uusimmat toimivat teoriat: näkökulman vaihto.

      Modernissa fysiikassa on useita aiheita perehdyttää kuinka näkökulman vaihdos voi vaihtaa vallitsevaa paradigmaa. Nämä ilmiöt täytyy periaatteineen vain saattaa kouluttautujien tasolle – koordinaatiston vaihdon esimerkilläni tavoittelin näkökulman vaihdon konkretiaa kuinka esim. satelliittiradalla vapaasti putoava tarkkailija putoavassa koordinaatistossa kokee avaruuden kaarevoittavan suoraa liikerataansa suhteessa romahduskeskiöön…

    2. Eusa kirjoitti:

      Toinen esimerkki kvanttimekaniikan tai astrofysiikan piiristä olisivat tarkentuneiden havaintojen pakottamat näkökulman vaihdokset.

  7. Hannu Korhonen kirjoitti:

    Ylen sivuilla oleva juttu ”Opetetaanko fysiikkaa väärin” on tärkeä puheenvuoro. Se ansaitsee täyden huomion sekä opettajien että opetussuunnitelmien perusteita kirjoittavien piirissä. Lukion fysiikan suurimmat aukot ovat jo pitkään olleet modernin fysiikan kohdalla. Onneksi opettajalla on ollut pitkälle menevä pedagoginen vapaus. Suhteellisuusteorioita ja hiukkasfysiikkaa Cernin kiihdyttimet ja Feynmannin diagrammit mukaan luettuina on saanut opettaa modernin fysiikan kurssissa on edellistenkin opetussuunnitelmanperusteiden aikana, jos siihen ei ole kukaan ulkopuolinen puuttunut. Kaiken lisäksi nämä asiat kiinnostavat ja jopa innostavat opiskelijoita. Erityisen merkittävästä asiasta on kyse siksi, että siinä käsitellään maailmankuvaamme vaikuttavia asioita nykyisen ymmärryksen mukaan. Ottakaa viisaus varteen!

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Ikkuna ja kohtalo

9.4.2018 klo 13.13, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Rihvelin numerossa 1/2018 on juttuni Ikkuna kauneuteen gravitaatioaaltojen tiimoilta. Se päättyy näin:

Kauneudesta ja totuudesta; siitä, että oppii katsomaan ja ymmärtämään niitä, puhumaan niistä ja löytämään niitä; tästä kaikesta ei voi luvata muuta hyötyä kuin että se auttaa tekemään elämästä elämisen arvoisen.

Samassa numerossa on muitakin kiinnostavia juttuja, kuten Kaisa Kankaan Aalto-yliopiston aistillinen matematiikka. Rihveli on Helsingin opettajien ammattiyhdistyksen lehti.

Minua pyydettiin Ylen sarjaan Kosmos – maailmankaikkeus viidessä minuutissa selittämään maailmankaikkeuden laajenemista. Ingressissä on katsottu parhaaksi kuvata asiaa sanoilla ”Kosmologi Syksy Räsänen ennustaa mikä on kohtalomme.” Muina aiheina ovat maailmankaikkeuden koko, älyllinen elämä, pimeä aine ja mustat aukot.

Tällä viikolla juttelen keskiviikkona aiheesta Onko metafysiikalla sanottavaa fysiikan jälkeen? ja puhun lauantaina äänestä ja kauneudesta kosmologiassa; tarkemmin täällä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Suoraviivaista

31.3.2018 klo 22.37, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Olen usein maininnut, että yleisen suhteellisuusteorian mukaan gravitaatio on aika-avaruuden kaarevuuden ilmentymä. Yritän nyt hieman avata sitä, mitä tämä tarkoittaa.

On helpointa aloittaa aika-avaruuden sijaan avaruudesta. Kerrotaan ensin, millainen on avaruus, joka ei ole kaareva. Se onkin helposti sanottu. Ajatellaan kaksiulotteista avaruutta. Otetaan kaksi pistettä, joiden etäisyys yhdessä suunnassa on x ja sitä vastaan kohtisuorassa suunnassa y. Jos pisteiden kokonaisetäisyyden neliö on Pythagoraan lauseen mukainen L^2 = x^2 + y^2, niin avaruus on laakea, mikä on kaarevan vastakohta. Toinen sana laakealle on euklidinen, geometrian aksioomista tunnetun Eukleideen mukaan. Kaksiulotteinen laakea avaruus on suora taso, kuin pöydän pinta tai taittumaton paperi.

Yksinkertainen esimerkki kaarevasta eli epäeuklidisesta avaruudesta on kaksiulotteinen pallopinta. Kuten suora taso, pallopinta on samanlainen kaikissa suunnissa ja kaikissa paikoissa, mutta toisin kuin taso, se on kaareva. Pallopinnan kaarevuus tuntuu ilmeiseltä, koska olemme tottuneet tarkastelemaan sitä kolmiulotteisessa avaruudessa: pallopinnalle vedetyt viivat eivät mene suoraan kolmiulotteisessa avaruudessa, vaan kaartuvat.

Asian kanssa pitää kuitenkin olla vähän huolellisempi. Esimerkiksi sileä donitsipinta vaikuttaisi saman päättelyn mukaan kaarevalta, mutta se on itse asiassa laakea. Donitsipinta vain näyttää kaarevalta, koska tapa, jolla se on upotettu kolmiulotteiseen avaruuteen, on kaareva. Tällainen on ulkoista kaarevuutta, joka liittyy avaruuden suhteeseen johonkin korkeampiulotteiseen avaruuteen. Pallopinnan kohdalla on sen sijaan kyse sisäisestä kaarevuudesta, joka liittyy avaruuden itsensä ominaisuuksiin.

Avaruus on sisäisesti kaareva, jos sen kaarevuuden saa selville siinä tehtyjen mittausten avulla. Jos kaarevuuden toteamiseksi pitää tarkastella avaruuden suhdetta isompaan kokonaisuuteen, kyse on ulkoisesta kaarevuudesta.

On helppo hahmottaa, miksi donitsipinta on laakea. Sen voi nimittäin rakentaa laakeasta tasosta kolmella askeleella. Ensin leikataan tasosta neliö. Sitten samaistetaan neliön kaksi vastakkaista sivua, siten että kun menee yhdestä niistä ulos, niin tulee vastapäätä takaisin sisään. Näin saadaan sylinteripinta. Kun vielä samaistetaan jäljelle jääneet kaksi sivua, eli sylinterin päät, niin tuloksena on donitsi. Sellaisen havaitsijan kannalta, joka elää donitsin pinnalla ja pystyy tekemään havaintoja vain siellä, se on vain pala tasoa, vaikka sillä onkin se erikoisuus, että suoraan kulkiessa palaa jonkun ajan kuluttua samaan pisteeseen.

Donitsipinnalla etäisyydet noudattavat Pythagoraan lausetta L^2 = x^2 + y^2. Samoin donitsipinnalla, kuten muissakin euklidisissa avaruuksissa, kolmion kulmien summa on 180 astetta, eivätkä yhdensuuntaiset viivat koskaan risteä. Pallopinnalla on toisin.

Pallopinnalla suorat viivat ovat isoympyröitä, sellaisia kuin päiväntasaaja. Jos kaksi suoraa viivaa ovat molemmat kohtisuorassa päiväntasaajaan, eli ovat toistensa kanssa yhdensuuntaisia päiväntasaajalla, ne risteävät pohjoisnavalla. Vastaavasti pallon pinnalle piirretyn kolmion kulmien summa on aina yli 180 astetta. Pallopinnalla voi suoraviivaisesti selvittää, miten avaruus on kaareutunut vetämällä viivoja ja katsomalla, miten ne lähestyvät toisiaan sekä piirtelemällä kolmioita.

Jos pallopinta ei ole samanlainen kaikkialla, vaan siinä on kupruja siellä täällä, niin senkin saa selville samalla tavalla, mittaamalla suoria viivoja kaikissa eri kohdissa. Jos yhdensuuntaiset viivat lähestyvät toisiaan, avaruuden kaarevuus on positiivinen. Jos ne etääntyvät, kaarevuus on negatiivinen. Siitä, miten nopeasti etäisyys muuttuu, voi päätellä kaarevuuden suuruuden. Merkitsemällä muistiin viivojen kulun (tai pisteiden etäisyydet) joka paikassa saa kartoitettua aika-avaruuden kaarevuuden kaikkialla.

Yleisessä suhteellisuusteoriassa aika-avaruuden kaarevuus on sisäistä kaarevuutta, ei ole mitään isompaa kokonaisuutta, mihin aika-avaruus olisi upotettu. Eroja kaksiulotteisen avaruuden esimerkkiin on kaksi. Ensinnäkin ulottuvuuksia onkin neljä, joten kaarevuuden hahmottaminen on hankalampaa. Toisekseen yksi ulottuvuuksista on aikaulottuvuus, ei paikkaulottuvuus.

Gravitaatiossa on kyse siitä, että aine aiheuttaa aika-avaruuden kaarevuutta. Esimerkiksi Aurinko ei vedä kappaleita puoleensa voimalla, vaan Auringon massa muuttaa aika- ja paikkavälejä. Yleisen suhteellisuusteorian mukaan kappaleet kulkevat suoria viivoja pitkin kaarevassa aika-avaruudessa. (Muut vuorovaikutukset kuin gravitaatio puskevat kappaleita pois suorilta viivoilta.)

Koska Auringon aiheuttama aika-avaruuden kaarevuus on pieni, sen vaikutusta Maapallon rataan voi tarkastella kuvittelemalla aika-avaruuden laakeaksi ja ajattelemalla Auringon sen sijaan muuttavan Maapallon reittiä piirun verran suorasta kaarevaksi. (Siitä, miten Maapallon rata ei ole ympyrä vaan suora, tarkemmin täällä ja täällä.)

Tällainen näkökulman vaihtaminen aika-avaruuden ja ratojen kaarevuuden välillä on mahdollista vain silloin kun kaarevuus on pieni. Yksi esimerkki, jossa kaarevuutta ei voi käsitellä pienenä muutoksena laakean avaruuden ratoihin, on musta aukko. Tässä äärimmäisessä tapauksessa aika-avaruus on kaartunut niin voimakkaasti, että ei ole ajassa eteenpäin meneviä suoria viivoja mustan aukon sisältä ulos. Kyse ei siis ole siitä, että musta aukko vetäisi kappaleita niin vahvasti puoleensa, että ne eivät pääse nousemaan pois, vaan siitä, että ei ole mitään reittiä ylös.

Koska aika-avaruuden kaarevuus liittyy sekä aika- että paikkaväleihin, kappaleiden massa ei ainoastaan muuta niiden lähellä olevien kappaleiden liikkeitä, se myös vaikuttaa ajan kulkuun. Vaikutusta liikkeisiin voi karkeasti kuvata vetovoimana, jonka kappaleet muka kohdistavat toisiinsa. Vasta tarkastelu aika-avaruuden kaarevuuden kautta kuitenkin näyttää sen, että liikkeiden muutoksiin liittyy ero kellojen käynnissä.

Esimerkiksi Maapallon massan takia aikavälit ovat pidempiä, eli kellot käyvät hitaammin, lähempänä maanpintaa. Vaikutus on pieni, Maan aiheuttaman kaarevuuden takia maanpinnalla oleva kello jätättää 60 mikrosekuntia päivässä. Tämä varmennettiin ensimmäisen kerran kokeellisesti vuonna 1971. Nykyteknologialle mikrosekunnit ovat merkittäviä: GPS-järjestelmän satelliitit ovat niin korkealla, että niiden kellot jätättävät vain 15 mikrosekuntia, ja taivaallisten ja maanpäällisten kellojen 45 mikrosekunnin erosta syntyy iso virhe paikannukseen, jos sitä ei korjata.

Gravitaation ymmärtämisenä aika-avaruuden kaarevuutena ei ole GPS-satelliittien lisäksi mitään muuta sovellusta. Gravitaation käsittäminen geometrian avulla on kuitenkin eräs fysiikan kauneimpia oivalluksia. Se on myös avain maailmankaikkeuden laajenemisen, mustien aukkojen ja gravitaatioaaltojen synnyn ymmärtämiseen, ja mahdollisesti myös gravitaation ja kvanttifysiikan yhdistämiseen ja kaiken teorian löytämiseen.

Päivitys (05/04/2018): Korjattu 45 sekuntia mikrosekunneiksi.

14 kommenttia “Suoraviivaista”

  1. Eusa kirjoitti:

    Onko tutkittu sitä kuinka fysikaalisesti madonreikätyyppisen mustan aukon kahva avaruusajan topologiaan voi syntyä? Eikö pitäisi ajatella, että kahvoja on jo valmiiksi paljon (alkeishiukkaset) ja jotenkin ne yhtyisivät kasvattaen isomman kahvan ja hävittäen rakenneinformaatiota? Tuollaiseen ajatukseenko on liitetty hiukkasten lomittuminen madonreikäanalogiana (ER=EPR)?

    En ihmettele, jos herää epäluulo vakavan tieteenteon ja matemaattisen satuilun sekoittumisesta näitä selvitellessä…

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Aika-avaruuden kaarevuus liittyy siihen, miten etäisyydet käyttäytyvät, eli geometriaan.

      Aika-avaruuden muodon ne piirteet, jotka eivät liity etäisyyksiin (kuten se, että donitsipinnalla palaa alkuun jos kulkee suoraa viivaa) eivät ole geometrisia, vaan topologisia. Kaarevuus ei määrää niitä.

      Ei tästä sen enempää.

  2. Mika kirjoitti:

    Jos jätetään kysymys mustien aukkojen kahvoista huomiotta, niin liittyykö aika-avaruuden topologiaan mitään mielenkiintoista, josta voisi olla blogin aiheeksi tulevaisuudessa?

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Nyt kun kysyit, on kyllä! Palaankin tähän aiheeseen tulevaisuudessa.

  3. Tapani Pöykkö kirjoitti:

    45 sekunttia po. 4 5millisekunttia. maata kaada, koska asia on selviää, mutta jos ollaan tarkkoja…

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kiitos, korjasin.

  4. Klaus Kauko kirjoitti:

    Kirjoititte, että ”donitsipinnan”, eli matemaattista termiä käyttääkseni toruksen, sisäinen kaarevuus on nolla eli että se on laakea.
    Onko todella niin?
    Lieriöpinnan laita todella on niin. Siksi paperiarkki onkin helppo kiertää lieriöksi ilman, että se repeää tai rypistyy, eivätkä siihen mahdollisesti piirrettyjen kuvioiden mittasuhteetkaan muutu. Mutta toruksen laita on jo toisin. Ei paperileriön molempia päitä voida teipata yhteen ilman, että paperi rypistyy tai jopa repeää. (Ja jos paperi alun perin oli neliön muotoinen, sen vääntäminen torukseksi ei ole lainkaan mahdollista. Jos se oli pitkä ja kapea suorakulmainen suikale, asia on jo toisin.)
    On kyllä matemaattisesti, abstraktina metrisenä tai topologisena avaruutena, mahdollista määritellä sellainenkin toruspinta, joka todella on laakea. Se saadaan esimerkiksi ekvivalenssirelaatiolla samastamalla keskenään ne tason pisteet, joiden sekä x- että y-koordinaattien erotukset ovat kokonaislukuja, tai vaikkapa vain samastamalla neliön vastakkaiset sivut. Eri asia on, voidaanko sellaista konkreettisesti toteuttaa kolmiulotteisessa avaruudessa. Tuollainen abstraktisti määritelty torus lienee kyllä topologisesti yhtäläinen todellisen donitsin pinnan kanssa, mutta mittasuhteiltaan ne poikkeavat toisistaan. Niin siinäkin tapauksessa, että donitsin poikkileikkaus olisi kaikkialla ympyrä eikä siinä olisi epätasaisuuksia. Silloinkaan se ei käsittääkseni ole laakea, mikä ilmenee jo siitä, että kierros ”reiän” ympäri on reiän puolella pienempi kuin ulkoreunalla.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      On.

      1. Klaus Kauko kirjoitti:

        Eipäs olekaan, tai on sittenkin, riippuen siitä, minkälaista toruspintaa tarkastellaan.

        Konkreettisesti toteutettavissa olevalla ”donitsipinnalla” todella on sisäinen kaarevuus, eli se ei ole laakea.
        Sillä on parametriesitys:
        x = (c + a cos v) cos u
        y = (c + a cos v) sin u
        z = a sin v

        missä c on ”donitsin” sisällä olevan pyöreän ”akselin” etäisyys keskellä olevan ”reiän ” keskipisteestä, ja a tämän ”donitsin” halkaisevan ympyrän säde, eli puolet sen paksuudesta. Parametrit u ja v ovat välillä [0, 2pi) siten, että u kasvaa 0:sta arvoon 2pi kierrettäessä ”donitsin keskellä” olevan reiän ympäri, ja v taas kierrettäessä poikittain ”donitsin” osan ympäri. Pinnalla on myös yhtälö

        Ainakin Wolfram MathWordissa (http://mathworld.wolfram.com/Torus.html) sanotaan, että sillä on Gaussin kaarevuus
        K = cos v / a (c + a cos v))

        Koska a < c, tämän kaavan nimittäjä on aina positiivinen, mutta osoittajan ja sen mukaisesti koko lausekkeen etumerkki vaihtuu sen mukaan, onko v positiivinen vai negatiivinen. Se on positiivinen lähellä "donitsin ulkolaitaa" ja negatiivinen sen keskellä olevan reiän puolella. Tämä vaikuttaa intuitiivisestikin luonnolliselta: ulkopuolella pinta on joka suuntaan kupera samaan tapaan kuin pallon pinta, mutta sisäpuolella (reiän puolella) se on reikää kiertävässä suunnassa kovera, sitä vastaan kohtisuorassa suunnassa kupera, samaan tapaan kuin satulapintakin (jolla myös on negatiivinen kaarevuus) on (samaltakin puolelta katsottuna) yhteen suuntaan kupera, toiseen suuntaan kovera.

        Edellä mainitun kaltainen torus voidaan todella toteuttaa kolmiulotteisessa avaruudessa, ja tavallisen donitsin pinta on muodoltaan lähellä sitä, mihin käyttämänne nimitys "donitsipinta" viittaa. Eri asia on se abstraktimpi, matemaattisella konstruktiolla, ekvivalenssirelaatiolla määritelty torus, joka ilmeisesti ennen kaikkea oli mielessänne ja joka kolumnissa käsittelemältänne kannalta kieltämättä onkin mielenkiintoisempi. Myönnän: sen sisäinen kaarevuus todella on nolla. Se on kuitenkin jo selvästi abstraktimpi konstruktio, eikä sellaista voida todellisuudessa valmistaa (tai matemaattisemmin sanottuna: sitä ei voida upottaa kolmiulotteiseen euklidiseen avaruuteen). Topologisesti se kuitenkin on yhtäläinen edellä kuvaamani "tavallisen" donitsin kanssa.

        Mutta mikäli on olemassa matemaattinen menetelmä, jolla pinnan karteesisissa koordinaateissa ilmoitetusta yhtälöstä voidaan johtaa sen Gaussin kaarevuus, sitä ei voida kuvaamallanne tavalla muodostettuun torukseen lainkaan soveltaa, sillä kun sellaista ei kolmiulotteisessa avaruudessa ole, sille ei voida muodostaa yhtälöäkään karteesisissa koordinaateissa.

        Tämä menee ehkä useimmilta lukijoilta jo yli ymmärryksen, mutta tuskin sentään Syksy Räsäseltä.

        1. Syksy Räsänen kirjoitti:

          Totta, tässä on sellainen yksityiskohta, että neliön sivuja samaistamalla saatua tasaista donitsipintaa ei voi upottaa säännöllisesti kolmiulotteiseen avaruuteen, tarvitaan neliulotteinen avaruus.

          Tältä osin merkintä on tosiaan epätarkka.

        2. Eusa kirjoitti:

          Funktioidaan v:lle f(v) niin, että sille pätee f’ = c/a+cos(f). Tuolla ehdolla upotettu torus on paikallisesti konformaali eli se on 2-ulotteinen konformaali kartta.

          Voimme kokeilla kuinka tuo voisi olla globaalisti laakea. Päädyn tulokseen, jossa c ja a olisivat suhteessa sqr(1+w²), jossa w olisi jokin positiivinen kokonaisluku syystä, että kosini on periodinen…

          Ok, huomaamme joka tapauksessa, että säännöllisesti hallittava laakeus upotetulle torukselle edellyttää upotusvapausasteen lisäksi vielä yhtä vähintäänkin numeroituvaa vapausastetta eli yhteensä 4, mikä vastaa tosiaan 4-ulotteisuutta.

          Toruksesta Kleinin puollon monistoon ja mitä sillä voitaisiin saavuttaa, löysin erään tuoreen tutkielman: https://arxiv.org/pdf/1707.05812.pdf.

  5. Ola kirjoitti:

    Perustuuko sitten (nykykäsityksen mukaan) myös pimeän energian antigravitaatio jollain tapaa aika-avaruuden kaarevuuteen?

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Aine, mukaan lukien pimeä energia (jos sitä on olemassa), vaikuttaa aika-avaruuden kaarevuuteen. Avaruuden laajeneminen on yksi aika-avaruuden kaarevuuden ilmentymä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Kuolevainen myytin takana

14.3.2018 klo 23.57, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Fyysikko Stephen Hawking kuoli tänään. Hawkingin asemaa kuvaa se, että kosmologit ovat kiinnittäneet huomiota siihen, että WMAP-satelliitin mittaamassa kosmisesta mikroaaltotaustassa näkyy hänen nimikirjaimensa. Tarkoituksena oli muistuttaa siitä, että ihmisillä on taipumus kuvitella kohinaa signaaliksi, mutta se ei ole sattumaa, että asiaa havainnollistamaan valittiin juuri Stephen Hawking.

Vielä eilen Hawking oli tunnetuin elävä fyysikko. Vaikuttava henkilökohtainen tarina, joka on yhtä lailla riipaiseva ja kannustava, yhdistettynä hänen kirjaansa Ajan lyhyt historia, nosti Hawkingin poikkeukselliseen valokeilaan. Tätä ei varsinaisesti hidastanut Hawkingin taipumus liioitella tulostensa luotettavuutta ja olla erottelematta sitä, mikä on varmennettua ja mikä spekulaatiota. Kun toimittajat ovat sekoittaneet oman lisänsä soppaan on sitten saatu lukea mitä kummallisimpia juttuja siitä, mitä Hawking on muka sanonut. Häntä on nimitelty maailman suurimmaksi neroksi, yhdeksi maailman kymmenestä viisaimmasta ihmisestä ja niin edelleen.

Hawkingia verrataan usein Albert Einsteiniin, ja paljon puhuva on Star Trek: The Next Generationin kohtaus, jossa Hawking päihittää sekä Einsteinin että Isaac Newtonin. Vertaus on kyllä osuva ainakin siinä suhteessa, että Einstein oli ensimmäinen tiedejulkkis. Hawking oli fysiikan ylipappi, julkisessa mielikuvituksessa Charles Xavierin kaltaisiin supersankarimaisiin mittoihin kohoava yleisnero.

Hawkingiin suhtauduttiin poikkeuksellisesti myös tiedeyhteisössä. Yleensä tämä ei liittynyt niinkään hänen tutkimukseensa kuin legendaansa. Minunkin ensimmäinen kosketukseni Hawkingiin oli koulukaverin hyllyssä oleva Ajan lyhyt historia. En lukenut kirjaa, mutta sen kannessa olevat tähdet tai galaksit, Hawking pyörätuolissa ja teoksen maine ovat kiinteä osa 80-luvun lopun muistojani.

Vaikka Hawkingin julkinen kuva laukkasi todellisuuden tuolle puolen, hänen tieteelliset saavutuksena olivat mittavat. Kuten Helsingin Sanomille kommentoin, Hawking ei ollut viime vuosisadan jälkipuoliskon merkittävimpiä fyysikoita tai edes kosmologeja, mutta omalla alallaan, gravitaation tutkimuksessa, hän oli kiistatonta kärkikaartia.

Hawkingin merkittävimmät tulokset liittyvät mustien aukkojen säteilyyn ja singulariteetteihin.

Vuonna 1972 Jacob Bekenstein ehdotti ajatuskokeen perusteella, että mustilla aukoilla olisi entropia. Tämä tarkoittaa sitä, että niillä on sisärakennetta: kaksi suunnilleen saman näköistä mustaa aukkoa, kuten kaksi kiveä, voivat poiketa toisistaan merkittävästi sikäli, että niiden sisällä palaset ovat hieman eri järjestyksessä. Ajatus poikkesi radikaalisti yleisestä suhteellisuusteoriasta, missä kaikki mustat aukot joilla on sama massa ja sähkövaraus, ja jotka pyörivät yhtä nopeasti, ovat tismalleen samanlaisia.

Hawking oli vuonna 1971 osoittanut, että mustien aukkojen pinta-ala ei koskaan voi pienentyä, ainoastaan kasvaa. (Laskun motivaationa oli muuten tutkia, voisiko Joseph Weberin sittemmin virheellisiksi todettuja havaintoja gravitaatioaalloista selittää mustien aukkojen avulla. Tämä on muistutus siitä, että löytöjä voi tehdä väärissäkin suunnissa, eikä tieteen etenemistä voi ennustaa tai kanavoida viisivuotissuunnitelmiin.) Tämän kokemuksen pohjalle rakentaen Hawking vuonna 1974 tutki kvanttikenttiä mustan aukon ympäristössä. Hän osoitti, että kvanttikenttien takia mustalla aukolla tosiaan on entropiaa ja se säteilee lämpösäteilyä kuten Bekenstein oli esittänyt. Tämän Hawkingin säteilyn lämpötila on kääntäen verrannollinen massaan: kun aukko säteilee energiaa pois ja menettää massaa, sen lämpötila kasvaa.

Tulos oli vallankumouksellinen. Se osoitti, että yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttikenttäteorian, jotka on kehitetty aivan eri lähtökohdista, välillä on jokin side, jota ei toistaiseksi ymmärretä. Lisäksi niiden yhdistäminen tuo yllättäen mukaan myös lämpötilaan liittyviä ilmiöitä käsittelevän fysiikan haaran, termodynamiikan. Mustat aukot ovat näiden kolmen teorian risteyksessä. Siitä, mikä mustien aukkojen sisärakenne tarkalleen ottaen on, ei ole vielä selvyyttä, ja niin säieteorialla kuin silmukkakvanttigravitaatiolla on siihen omat vastauksensa. Hawkingin tulos onkin ollut keskeinen kvanttigravitaatiota etsittäessä.

Singulariteetit taasen ovat paikkoja tai hetkiä aika-avaruudessa, joissa yleinen suhteellisuusteoria ei enää päde. Yksi esimerkki on maailmankaikkeuden alkusingulariteetti. Koska aineen tiheys laskee avaruuden laajetessa, menneisyydessä tiheys on ollut isompi. Äärellisen ajan päässä menneisyydessä tiheys on ääretön, eikä aika-avaruutta voi jatkaa pidemmälle. Tämä suomen kielessä harhaanjohtavasti alkuräjähdyksenä tunnettu singulariteetti tapahtui kaikkialla avaruudessa yhtenä ajanhetkenä. Toinen esimerkki on mustan aukon keskustassa oleva singulariteetti: kaikki aukkoon putoavat päätyvät sinne, eli se on kaikkien heidän tulevaisuudessaan.

Singulariteetit ovat yleisen suhteellisuusteorian kannalta kiusallisia. Niinpä keskeinen kysymys on se, ovatko ne vain poikkeuksia, jotka johtuvat laskuissa käytetyistä yksinkertaistuksista, vai kertovatko ne jotain tärkeää. Roger Penrose oli vuonna 1965 osoittanut, että mustiin aukkoihin yleisesti liittyy singulariteetti, ja vuonna 1967 Hawking sovelsi samaa ideaa laajenevaan maailmankaikkeuteen. Yhdessä Penrose ja Hawking osoittivat, että singulariteetit ovat yleinen ja oleellinen osa yleistä suhteellisuusteoria: voi sanoa, että yleinen suhteellisuusteoria ennustaa oman loppunsa (eli pätevyysalueensa rajallisuuden). Hawkingin ja George Ellisin vuoden 1973 kirja The large scale structure of space-time on singulariteettien käsittelyn armoitettu klassikko.

Näiden kahden saavutuksen lisäksi mainitaan myös usein James Hartlen ja Hawkingin vuoden 1983 ehdotus, jonka mukaan aika-avaruudella ei ole reunaa. Siinä missä Hawkingin menestys mustien aukkojen säteilyn kohdalla liittyi kvanttifysiikan soveltamiseen aineeseen, mutta ei aika-avaruuteen, reunattomuusehdotus oli kunnianhimoisempi: siinä käsiteltiin aika-avaruutta itseään kvanttifysiikan keinoin. Tämän tekeminen oikein, eli kvanttigravitaation löytäminen, on fysiikan suurimpia ratkaisemattomia ongelmia, eikä ole selvää, onko Hartlen ja Hawkingin idea vienyt lähemmäs ratkaisua. Aikanaan heidän käyttämänsä suoraviivainen kvanttikosmologinen lähestymistapa oli suosittu, mutta siitä ei ole tullut osa fyysikoiden työkalupakkia.

Hawking oli myös ensimmäisten kosmisen inflaation kvanttivärähtelyjä tutkineiden joukossa. Toisin kuin reunattomuusehdotus, inflaatio on noussut kosmologian, sekä yleisen suhteellisuusteorian ja kvanttifysiikan yhdistämisen, keskiöön, mutta siitä häntä ei valitettavasti yleensä muisteta – Hawking toki jakaa tällä saralla kunnian vajaan kymmenen muun tutkijan kanssa.

Itse tapasin Hawkingin vain muutaman kerran. Muistettavin oli vuonna 2006, kun kollegani ja ystäväni Thomas Hertog järjesti Hawkingin vierailun CERNissä, missä olimme postdoc-tutkijoina. Tapaus oli melkoinen spektaakkeli, ja olin yllättynyt siitä, miten monet tutkijatkin kohtelivat Hawkingia kuin kuolevaisten yläpuolelle noussutta myyttistä sankaria.

Illallisella ison pöydän ääressä CERNin teoriaosaston postdocit (minä mukaan lukien) istuimme Hawkingia vastapäätä. Hawkingin kanssa puhuminen oli kuin keskustelisi Delfoin oraakkelin kanssa. Hänellä kesti kauan muodostaa virkkeitä, joten väki puhui aiheiden tiimoilta, kunnes Hawking kommentoi, jonka jälkeen monet rupesivat tulkitsemaan mitä hän oikeastaan tarkoitti.

Hawking oli menossa vierailulle Israeliin, ja erään vanhemman israelilaisen tutkijan vastattua Hawkingin kysymykseen turvallisuudesta sanomalla, että tilanne on rauhallinen ja pitää toivoa sen jatkuvan katsoin tarpeelliseksi kommentoida. Israeli oli tuolloin tiukentanut Gazan saartoa rangaistakseen palestiinalaisia Hamasin vaalivoitosta ja suorittanut ensimmäisen isoista hyökkäyksistä Gazaan. Muistutin (kenties vähemmän hienovaraisesti) siitä, millainen tilanne oli, mikä ei saanut kaikkien paikallaolijoiden varauksetonta hyväksyntää. Jatkoin keskustelua näkemyksiäni arvostelevien vanhempien tutkijoiden kanssa, kunnes Hawking sai virkkeensä valmiiksi ja sanoi olevansa kanssani samaa mieltä Gazasta ja kysyi mielipidettäni vierailusta palestiinalaisiin yliopistoihin.

Kun keskustelimme aiheesta, Hawking kertoi vastustavansa akateemista boikottia. Hänen kantansa kehittyi tilanteen pahentuessa. Vuonna 2013 juuri Hawking toi Israelin akateemisen boikotin valtavirtaan kieltäytymällä menemästä konferenssiin Israelissa, keskusteltuaan asiasta palestiinalaisten kollegoidensa kanssa. Vuonna 2009 hän oli jo tuominnut Israelin toisen ison hyökkäyksen Gazaan ja verrannut Israelia apartheid-aikojen Etelä-Afrikkaan. Vuonna 2017 hän tuki Advanced Physics Schoolia Palestiinassa. Hawking oli myös vuonna 2004 vastustanut Irakin valloitusta, kutsuen sitä sotarikokseksi.

Hawking ei ollut Einsteinin, Noam Chomskyn tai Bertrand Russellin kaltainen terävä poliittinen analysoija ja aktivisti, mutta ei myöskään tieteilijä, joka palvelisi vallanpitäjiä puheillaan tai hiljaisuudellaan. Sen lisäksi, että Hawking oli poikkeuksellisen ansiokas ja monia inspiroinut tutkija, hän pystyi tekemään omia moraalisia arvioita ja rohkeni tuoda ne esiin.

6 kommenttia “Kuolevainen myytin takana”

  1. Sunnuntaikosmologi kirjoitti:

    Minkä vuosien sisään sinä suunnilleen ajoittaisit Hawkingin tieteellisesti tuotteliaimman työn ? Eli ne vuodet jolloin hän tuotti raskaan sarjan saavutuksensa. Kirjoituksesi perusteella viimeiset todella merkittävät tulokset ilmestyivät 80-luvulla.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Hawking teki mrkittävimmän työnsä 1960-luvulta 1980-luvun alkuvuosiin. Hawkingin ja Mossin artikkeli inflaatiosta (joka oli ehkä kahdeksas merkittävä artikkeli siitä) ilmestyi vuonna 1982.

      Tuotteliasuus (eli julkaisujen määrä) on sitten eri kysymys!

  2. Erkki Kolehmainen kirjoitti:

    Stephen Hawking oli eittämättä poikkeusyksilö monessakin suhteessa, mutta myös ristiriitainen. Hänen tunnettuutensa ei perustunut pelkästään hänen ajatteluunsa vaan ALS:ään ja someen. Myös hänen moraalisista arvoistaan voidaan olla monta mieltä – eikä pelkästään suhtautumisessa Israeliin. Kun ottaa huomioon millainen tieteellisen edistyksen jarru ja este katolinen kirkko on ollut ja on edelleen, niin paavi Benedictus XVI:lta siunauksen ottaminen ei oikein sovi tosi tiedemiehen etiikkaan.

    Hawkingin viimeisestä työstä voi lukea täältä: https://www.rt.com/news/421654-stephen-hawking-multiverse-theory/

  3. Sunnuntaikosmologi kirjoitti:

    Hawking ei saanut Nobel-palkintoa, eikä koskaan tule saamaan koska se myönnetään vain elävien kirjoissa oleville. Googlaamalla tästä aiheesta löytyy helposti kirjoitelmia. Voi ehkä sanoa että Hawkingin tapaus valaisee joitakin Nobel-palkinnon myöntämisen periaatteita aika hyvin ? Erityisesti sitä että palkittavan työn tulee olla havainnoin varmistettu.
    Higgs-bosonin takana olevan teorian kehittelijäthän saivat odottaa palkintoaan kunnes LHC-tulokset varmistivat asian.

  4. Cargo kirjoitti:

    Hawkingista tuleekin mieleen paljon maineikkaampi tutkija Leonard Susskind. Tämä herra on työskennellyt Israelissa eivätkä palestiinalaisten asiat ole häirinneet, mutta nyt trumpin presidenttiyden myötä alkoi kitinä:
    https://www.youtube.com/watch?v=fV9ajE8c4TI

    Itse olen sitä mieltä, että suutari pysykööt lestissään (take a hint).

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Susskind on arvostettu ja tunnettu teoreetikko, mutta ei yhtä maineikas kuin Hawking.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Käymättömistä korpimaista vihoviimeinen

28.2.2018 klo 14.49, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Blogin kommenteissa on usein mainittu Planckin mittakaava. Se onkin keskeinen käsite yrityksissä yhdistää kvanttifysiikkaa ja yleistä suhteellisuusteoriaa, mutta ei olla varmoja, mikä sen rooli tarkalleen on. Yritän hieman valaista asiaa.

Jotkut fysiikan lait ovat samanlaisia mittakaavasta riippumatta. Esimerkiksi Newtonin gravitaatiolain mukaan kappaleet vetävät aina toisiaan puoleensa voimalla, joka on kääntäen verrannollinen niiden etäisyyden neliöön, olivatpa ne miten kaukana tai lähellä tahansa.

Toisissa laeissa on jokin pituus sisään leivottuna. Tämän hetken perustavanlaatuisimmassa teoriassa aineesta, hiukkasfysiikan Standardimallissa, on vain yksi mittakaava, nimittäin Higgsin hiukkasen massa. Higgs antaa massat muille Standardimallin alkeishiukkasille, ilman sitä hiukkaset olisivat massattomia. (Kvarkkien värivuorovaikutukseen liittyy myös tietty pituus, mutta sen luonne on erilainen; ei siitä tässä tämän enempää. Neutriinojen massat puuttuvat Standardimallista, eikä niiden alkuperästä olla varmoja.)

Higgsin massaan liittyy pituus 10^(-18) metriä. Tämä on Standardimallin keskeinen mittakaava, joka säätää sitä, miltä maailmankaikkeus näyttää. Jos Higgsin massa olisi pienempi, niin elektronikin olisi kevyempi, minkä seurauksena atomit olisivat toisenlaisia, eikä meitä olisi.

Hiukkasfysiikassa massa, energia, aika ja pituus liittyvät toisiinsa suoraviivaisella tavalla. Massaa vastaa energia maailman kuuluisimman yhtälön mukaisesti: E=mc^2, missä c on valonnopeus. Toisaalta energiaan liittyy aika yhtälön t=ℏ/E mukaisesti, missä ℏ on redusoitu Planckin vakio. Ja aikaan osaltaan liittyy pituus, x=ct. Kun laittaa nämä yhteen, saa tulokseksi, että massaan liittyy pituus x=ℏ/(mc).

Mitä nämä yhtälöt tarkoittavat?

Ajan ja paikan yhteys on selvä: signaali voi ajassa t kulkea korkeintaan matkan x=ct. Tämän takia pituuksilla x tapahtuviin ilmiöihin liittyvä tyypillinen aika on vähintään t=x/c. Mitä pienempi ilmiön mittakaava on, sitä nopeammin se tyypillisesti tapahtuu. Ajan ja energian suhde on samanlainen: mitä isompi energia ilmiöön liittyy, sitä kiihkeämmin se voi käydä.

Kun hiukkaskiihdyttimissä luodataan korkeita energioita, tutkitaan myös pieniä etäisyyksiä: nyt on päästy 10^(-20) metriin asti. Standardimalli voi itsessään olla pätevä vielä paljon pienemmillä etäisyyksillä ja korkeammilla energioilla. Mutta kun kvanttifysiikka yhdistetään yleiseen suhteellisuusteoriaan, kuvioihin tulee gravitaatiosta Planckin mittakaava, joka rajaa Standardimallin pätevyysaluetta. Se voidaan ilmaista energian, pituuden, ajan tai massan avulla.

Planckin pituus on 10^(-34) m. Se on yhtä pieni suhteessa protoniin kuin mitä protoni on suhteessa Mount Everestiin. Vastaava Planckin aika on 10^(-42) s, joka on niin lyhyt, että sitä on vaikea edes vertauksin havainnollistaa. Planckin massa arkisesti mitätön, kymmenisen mikrogrammaa, tuhannesosa hyttysen painosta. Hiukkasfysiikan mittakaavassa se on kuitenkin valtava, kymmenen miljoonaa miljardia kertaa enemmän kuin Higgsin hiukkasen massa.

Kun kvanttifysiikka ja yleinen suhteellisuusteoria laitetaan yhteen, niin gravitaation voimakkuus kasvaa energian kasvaessa. Planckin energialla, tai vähän ennen, nykyinen käsityksemme gravitaatiosta ja kvanttifysiikasta tulee tiensä päähän, ja sitä pitää laajentaa jotenkin.

Useissa laajennuksissa tulee Planckin skaalalla esiin tyystin uudenlaiset fysiikan lait. On erilaisia ideoita siitä, millaisia ne ovat. Säieteoriassa tyypillisesti säikeiden (ja ylimääräisten ulottuvuuksien) koko on Planckin skaalan luokkaa, silmukkakvanttigravitaatiossa taasen Planckin pituuteen mentäessä tulee vastaan aika-avaruuden epäjatkuvuus. Etenkin säieteorian tapauksessa Planckin energia on viimeinen virstanpylväs, jonka luona päästään lopullisiin luonnonlakeihin käsiksi, niin että ei ole enää saavutettavaa: Planckin skaala on kaiken teorian maalinauha.

Mutta koska emme ole onnistuneet saamaan kasaan kokonaista kvanttigravitaatioteoriaa, saati kaiken teoriaa, voi olla toisinkin. Gravitaation täytyy muuttua viimeistään Planckin skaalalla, mutta outoja voi tapahtua jo ennen sitä tai sen jälkeen.

Esimerkiksi 90-luvun lopulla olivat suosittuja sellaiset mallit, joissa kvanttigravitaatioon liittyvä pituus on paljon Planckin pituutta isompi. Rakennelman idea oli, että on olemassa ylimääräisiä ulottuvuuksia tunnetun neljän lisäksi. Gravitaatio muuttuu sitten vahvemmaksi, kun luodataan pituuksia, jotka ovat ylimääräisten ulottuvuuksien kokoa.

Ennen CERNin LHC-kiihdyttimen käynnistymistä viriteltiin malleja, joissa ylimääräisten ulottuvuuksien koko olisi juuri niin iso, että niitä ei oltu vielä nähty, mutta tarpeeksi pieni, että LHC näkisi ne. Tällaiset rakennelmat olivat sen laajalle levinneen käsityksen taustalla, että LHC:ssä syntyisi mustia aukkoja. Jos törmäysten energia riittäisi ylimääräisten ulottuvuuksien raottamiseen, niissä sulautuvien hiukkasten välinen gravitaatio voisi olla niin vahva, että ne romahtavat mustaksi aukoksi. (Normaalisti kiihdyttimissä saavutettava tiheys on aivan liian pieni mustien aukkojen tekemiseen.)

Ei ollut mitään painavaa syytä uskoa, että ylimääräisten ulottuvuuksien koko sattuisi tähän kapeaan haarukkaan, eikä LHC olekaan nähnyt niistä merkin merkkiä. Nämä mallit tarjoavat kuitenkin mielenkiintoisen esimerkin siitä, että Planckin skaalalla ei välttämättä ole mitään perustavanlaatuista merkitystä.

Toisenlaisen mahdollisuuden tarjoaa idea siitä, että gravitaatio olisi asymptoottisesti turvallinen. Tässä tapauksessa sen voimakkuuden kasvu taittuu ennen Planckin energiaa. Tällöin Planckin energia ei ole lopullinen raja, vaan teoria toimii miten korkeilla energioilla tahansa.

Fysiikassa on saatu selkoa yhä pienempien pituuksien ja korkeampien energioiden tapahtumista: atomien kasautumisesta ydinten leikkiin ja siitä Standardimallin symmetrioihin. Emme tiedä onko Standardimallin ja viimeistään Planckin skaalalla komeilevan kaiken teorian välillä hedelmätön erämaa vailla uutta fysiikkaa, vai onko matkalla paljon löydettävää. Jos Planckin mittakaava onkin käymättömistä korpimaista vihoviimeinen, vielä on tarpomista ennen sinne saapumista.

11 kommenttia “Käymättömistä korpimaista vihoviimeinen”

  1. anna kirjoitti:

    Kiitos varsin ansiokkaista ja avartavista blogiteksteistä, jotka osaltaan auttavat harrastelevaa maallikkoa(kin) ymmärtämään maailmankaikkeutta. Mukavaa, ettei ihan naiivina hölmönä tarvitse kuolla, sitten joskus.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kiitos, mukava kuulla.

  2. Lentotaidoton kirjoitti:

    LHChän on ollut parantelutauolla, mutta alkaa kohtapuoliin taas jauhamaan monilla uusituilla komponenteilla (tärkein ehkä täysin uusittu alkukiihdytin Linac4). Tänä vuonna tömäysenergia (yhteensä) nousee 14 TeViin. Tässä vuoden 2017 analyysiä: https://home.cern/about/updates/2017/12/lhc-experiments-highlight-2017-results

    Mitään standarditeorian ylittävää fysiikkaa ei toistaiseksi ole nähty (supersymmetrikoiden harmiksi). Mutta tosiasia on, kuten Syksy kirjoitti, korpimaata tutkittavaksi riittää sinne Planckin energiaan saakka (eli tuo hierarkia probleema).

    Tiedämme että kosmisen säteilyn suurimmat (protonien) energiat ovat luokkaa 10^20 eV (eli noin 40 miljoonaa kertaa LHCn tuotos). Planckin taso tosin on julman kaukana eli 1,22x 10^19 GeV, mutta kysytään nyt tämäkin: onko mahdollista, että kosmisen säteilyn protonit voisivat aiheuttaa joitain ”miniaukkoja” edes teoriassa. LHCtähän aikoinaan peloteltiin miniaukkojen tehtailulla.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kosmisia säteitä tutkimalla tosiaan päästään käsiksi korkeisiin energioihin, mutta ero LHC:hen ei ole noin iso.

      Oleellista ei nimittäin ole yhden hiukkasen energia, vaan törmäyksen kokonaisenergia, joka kertoo kuinka kovaa hiukkaset toisiinsa kosahtavat.

      Tuo 10^(20) eV eli 10^(11) GeV on kosmisen säteen, eli protonin tai raskaamman ytimen, energia koordinaatistossa, joka on levossa Maapallon suhteen. Ilmakehän atomiydin, joihin kosminen säde törmäilee on suunnilleen levossa Maapallon suhteen, eli sillä on vain massaan liittyvä energia (luokkaa 10 GeV).

      LHC:ssä sen sijaan törmäyksen molempien osapuolten energia on 10^4 GeV, ja törmäysenergia on sen summa.

      Kosmisten säteiden tapauksessa törmäysenergia ei ole energioiden summa, vaan (suunnilleen) niiden tulon neliöjuuri, siis 10^6 GeV, sata kertaa LHC:n törmäysten energia.

      Kosmisilla säteillä on vielä se haittapuoli, että noita hyvin energisiä hiukkasia tulee melko harvoin, noin kerran vuosisadassa per neliökilometri. LHC:ssä sen sijaan tapahtuu satoja miljoonia törmäyksiä sekunnissa.

      Koska Aurinkokunnassa on paljon neliökilometrejä ja vuosia, niin jos jotain katastrofaalista olisi voinut tapahtua LHC:n energioilla, niin se olisi jo tapahtunut kauan aikaa sitten. Toisaalta kosmisten säteiden törmäyksistä ei kuitenkaan ole LHC:n korviketta pienen törmäysmäärän/aikayksikkö takia.

      1. Lentotaidoton kirjoitti:

        Kiitoksia vastauksesta. OK, tuo 40 milj kertaa LHC tuli Wikistä: , “because the energies of the most energetic ultra-high-energy cosmic rays (UHECRs) have been observed to approach 3 × 1020 eV,[8] about 40 million times the energy of particles accelerated by the Large Hadron Collider”. Mutta ymmärrän kyllä, että LHCssä törmäävät kaksi eri suuntiin menevää ultranopeaa hiukkasta (kun maapallon ilmakehän tapauksessa toinen on “levossa”).

        Mutta kysymykseni ei ollutkaan mistään katastrofaalisista tömäyksistä (nimenomaan päinvastoin koska kuten mainitsin aikoinaan asialla täysin asiattomasti peloteltiin kansaa ja taisi olla oikeusjuttukin ennen käynnistystä aiheesta) vaan siitä, voiko edes teoriassa periaatteessa syntyä joitain ultraminiaukkoja (nämähän tietysti JOS syntyvät niin heti myös kuolevat). 10^20 eV hiukkasia tosiaan tulee kerta vuosisadassa, mutta jo 10^16 eV hiukkasia muutama kerta vuodessa.

        Vastauksesi on tärkeä juuri sen tähden, että vieläkin esiintyy aiheetonta pelottelua asian tiimoilta (aina kun LHCn energiaa/luminositeettia nostetaan).

  3. Juhani Harjunharja kirjoitti:

    ”Jos Planckin mittakaava onkin käymättömistä korpimaista vihoviimeinen, vielä on tarpomista ennen sinne saapumista.”

    Kutkuttavasti sanottu. Tässä tulee mieleeni samalla Ylä-Lapin laajat jängät, erityisesti nuo hillajängät. Vielä on tarpomista saavuttaa se paras paikka.

  4. Koi kirjoitti:

    Vanhana fyysikkona mukava lukea tällainen selkeä ja näkymiä avartava artikkeli.

    Varsinkin kun CERN-fyysikoihin aivan liian usein näyttää sopivan vanha sananlasku: ”if all you have is a hammer (hiukkaskiihdytin), everything looks like a nail”

  5. MrPressure kirjoitti:

    ”Kosmisilla säteillä on vielä se haittapuoli, että noita hyvin energisiä hiukkasia tulee melko harvoin, noin kerran vuosisadassa per neliökilometri.”

    Tuo arvio perustuu havaintoihin. Siis siihen miten usein nämä kosmiset hiukkaset törmäävät ilmakehän atomien ytimiin niin että niiden energia on sen jälkeen havaittavissa?
    Kuinka paljon näitä kosmisia hiukkasia työntyy oikeasti Maapallon läpi?
    Saattaa nimittäin olla niinkin että niiden energia on havaittavissa vasta sitten jos ne ehtivät törmätä ilmakehässä kahteen erilliseen atomin ytimeen. Eli Maapallon läpi saattaa työntyä jatkuva suurienergisten hiukkasten virta joita meidän laitteet eivät voi rekisteröidä.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kosmiset säteet ovat tavallisia atomiytimiä. Niiden vuorovaikutukset tunnetaan erittäin hyvin, eivätkä ne pysty tunkeutumaan Maapallon läpi.

  6. 7v kirjoitti:

    kysyisin teiltä sellaista absurdia asiaa
    että voiko matemaattinen vastaus olla
    oikealla tavalla väärin kuvatakseen oikein teoreettista fysiikkaa?
    Onko yhtään tapausta olemassa?

    Entä tarviiko gravitaation vaikuttaa
    välttämättä ollenkaan pienimmissä
    mittakaavoissa?

    Tuli vaan mieleen kun se vaikuttaa
    minusta niin heikolta voimalta

    hyviä viikonloppuja sinne!

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      En ymmärrä ensimmäistä kysymystä, mutta ehkä tämä valaiseaa asiaa:

      https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/rajankayntia/

      Gravitaatio on aika-avaruuden kaarevuuden ilmentymä, eikä tiedetä, miten aika-avaruus käyttäytyy pienimmässä mittakaavassa (jos sellaista mittakaavaa on) tai voiko pienimmän mittakaavan tapahtumia edes ollenkaan kuvata aika-avaruuden avulla.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Suhteesta, äänestä ja ajasta

21.2.2018 klo 19.47, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Maanantaina 12.3. kello 18.30 puheenjohtajan keskustelua tieteen ja politiikan suhteesta ja mm. Israelin akateemisesta boikotista ja häirinnästä tiedemaailmassa. Paikkana on Helsingin yliopiston Tiedekulma (Yliopistonkatu 4). Keskustelu on englanniksi.

Keskiviikkona 11.4. kello 18-20 keskustelen Suomen Filosofisen Yhdistyksen tilaisuudessa metafysiikan ja luonnontieteen suhteesta. Paikkana on Tieteiden talon (Kirkkokatu 6) sali 505. Muina osallistujina ovat filosofit Jaakko Kuorikoski ja Tuomas Tahko.

Lauantaina 14.4. kello 13.30-14.00 puhun Loviklubin tilaisuudessa ”Kokeellista musiikkia, runoutta ja kosmologiaa” äänestä ja kauneudesta kosmologiassa. Paikkana on Rikhardinkadun kirjasto (Rikhardinkatu 3). Koko tilaisuus alkaa kello 12.00 ja kestää 15.30 asti. Runoilija Sini Silveri lukee runojaan, ja muusikot soittavat ambientia.

Aalto-yliopiston elokuva- ja lavastustaiteen opiskelijoille voisi vielä mainita, että keskiviikkona 21.3. kello 13.00-16.00 luennoin ajasta fysiikan näkökulmasta. Luento on Otaniemen Odeionissa ja se on osa kurssikokonaisuutta ELO-E3025.

Päivitys (26/02/18): Lisätty osoitteet ja maaliskuun 12. päivän tilaisuus.

Päivitys (08/04/18): Lisätty huhtikuun 14.päivän tilaisuuden Facebook-tapahtuman linkki.

Yksi kommentti “Suhteesta, äänestä ja ajasta”

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Myös me/Us too

10.2.2018 klo 13.33, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

(As the topic, the hiring of Christian Ott at the University of Turku, has attracted international attention, this entry is both in Finnish and English; the English version is below the Finnish text.)

Viime ja tällä viikolla uutisissa on ollut astrofyysikko Christian Ottin palkkaaminen Turun yliopistolle ja työsopimuksen purkaminen. Suomalaisten tiedotusvälineiden lisäksi BuzzFeed on seurannut asiaa. Tapauksesta on keskustelu paljon, ja joistain seikoista on ollut epäselvyyttä. Yritän tässä selventää tilannetta. (Kiitos Turun yliopiston johdolle vastaamisesta kysymyksiin kiireiden keskellä.)

Touko- ja kesäkuussa 2015 Caltechin yliopiston professori Christian Ottin kaksi naispuolista jatko-opiskelijaa teki hänestä virallisen valituksen. Kolmen kuukauden jälkeen asiaa tutkinut komitea totesi, että Ott yksikäsitteisen selvästi syyllistyi ”sukupuoleen perustuvaan häirintään” näitä jatko-opiskelijoita kohtaan. Yliopiston mukaan syynä olivat Ottin ”romanttiset tai seksuaaliset tunteet” toista opiskelijoista kohtaan, ja hänen käytöksensä ”merkittävästi haittasi” tämän opiskelumahdollisuuksia.

Ott laitettiin yhdeksän kuukauden palkattomalle vapaalle, ja häntä kiellettiin tulemasta kampukselle sekä ottamasta yhteyttä opiskelijoihin, joita hän oli häirinnyt. Yliopisto myös päätti, että Ottin ”käytöksessä ja ohjaustavassa täytyy tapahtua selvästi havaittava muutos ennen kuin hän voi olla tekemisissä opiskelijoiden kanssa ilman valvontaa”. Ott valitti päätöksestä, ja valitus hylättiin.

Kolmeen kuukauteen Caltech ei kertonut asiasta julkisesti, mutta BuzzFeedin päästyä vihille yliopisto antoi tammikuussa 2016 virallisen lausunnon tapauksesta, jossa se myös ilmoitti ryhtyvänsä laajoihin toimiin, jotta vastaava ei toistuisi. Tapaus sai paljon huomiota, muun muassa maailman arvostetuimmat laaja-alaiset tiedelehdet Nature ja Science kirjoittivat siitä.

Ott rikkoi saamansa hyllytyksen ehtoja ottamalla yhteyttä toiseen häirinnän kohteista. Yliopisto hyllytti hänet uudelleen vuodeksi. Vuoden 2017 loppupuolella komitea harkitsi, saisiko Ott jatkaa työtään Caltechissä ja antoi asiasta yliopistolle suosituksen. Suositusta ole julkistettu. Saatuaan suosituksen tietoonsa Ott ilmoitti eroavansa Caltechistä joulukuun 31. päivä.

Tammikuussa tuli julki, että Ott on palkattu Turun yliopiston Tuorlan observatorioon vanhemmaksi tutkijaksi kahdeksi vuodeksi maaliskuun alusta alkaen. Tuorlan observatorio oli laittanut marraskuussa avoimeen hakuun kahden vuoden paikan. Ottin tapausta seurannut astrofyysikko Peter Coles arveli, että kyseessä on sama paikka. Ilmoituksessa mainitaan, että työhön kuuluu opetusta ja opiskelijoiden ohjaamista, mikä onkin tavallista. Turun yliopiston johto oli sen sijaan kertonut, että Ottin velvollisuuksiin ei kuulu opetusta eikä ohjausta. Jos kyseessä olisi sama paikka, tämä olisi tarkoittanut, että Ott olisi käytännössä palkittu häirinnästä vähentämällä hänen velvollisuuksiaan. Turun yliopiston johto on kuitenkin varmistanut minulle, että kyseessä on eri työpaikka, eikä Ottin paikka ollut avoimessa haussa. Heidän mukaansa on myös tavallista, että Tuorlan observatoriossa työhön ei kuulu opetusta eikä ohjausta. (Helsingin yliopiston fysiikan osastolla kaikilla on opetusvelvollisuus.)

Vaikka paikat yleensä ovat avoimessa haussa, ei ole tavatonta, että niihin suoraan valitaan joku tietty henkilö, jos siihen katsotaan olevan erityinen syy. (Esimerkiksi minun paikkani Helsingin yliopistossa ei ollut avoimessa haussa.) Mutta Ottin tapauksessa tämä tietysti tarkoittaa sitä, että yliopisto ei ole punninnut toisaalta tutkimusansioita ja toisaalta häirintää, kokonaiskuvaa muihin hakijoihin verraten: Tuorlaan haluttiin nimenomaan Ott.

Asia herätti huolta Suomen tähtitieteilijöiden, astrofyysikoiden ja kosmologien keskuudessa. Joukko heitä (mukaan lukien Till Sawala ja minä), keskusteltuaan yhteisön muiden jäsenten ja Tuorlan observatorion johtajan Juri Poutasen kanssa, muotoili ja julkisti lausunnon, jossa vahvasti tuomitaan häirintä.

Lausunto julkistettiin torstaina 1.2. ja sen allekirjoitti nopeasti yli 80 alan tutkijaa, mukana professoreita kaikista Suomen tähtitieteen laitoksista (Aalto-yliopistosta, Helsingistä, Oulusta ja Turusta). Tämä on suuri osa tähtitieteilijöistä ja astrofyysikoista Suomessa. Suomen Tähtitieteilijäseura ilmaisi jakavansa lausunnon arvot ja vahvasti kehotti jäseniään lukemaan ja, jos ovat samaa mieltä, allekirjoittamaan sen. Tukensa ilmoitti myös yli 180 muiden alojen ja maiden tutkijaa. Heidän joukossaan oli korkeassa asemassa olevia tieteilijöitä, mm. Fysiikan tutkimuslaitoksen johtaja Katri Huitu, Iso-Britannian kuninkaallisen tähtitieteellisen seuran varapuheenjohtaja Hiranya Peiris ja kanadalaisen Dunlap-instituutin johtaja Bryan Gaensler.

Lausunnossa todetaan, että häirintä on vakava rikkomus, joka vaatii aktiivisia toimia. Siinä ei kuitenkaan oteta kantaa mihinkään yksittäiseen tapaukseen, eikä vaadita mitään tiettyjä toimia. Lausunnon lisäksi 19 tähtitieteilijää, astrofyysikkoa ja kosmologia (mukaan lukien minä) lähetti perjantaina 2.2. Turun yliopiston johdolle kirjeen, jossa sitä pyydettiin harkitsemaan uudelleen päätöstä Ottin palkkaamisesta. Johto on voinut saada muitakin yhteydenottoja asian tiimoilta.

Laitoimme lausunnosta tiistaina 6.2. lehdistötiedotteen suomeksi ja englanniksi. Till Sawala totesi siinä, että

”Olen huolestunut siitä viestistä, jonka yhteisömme lähettää. Se, että häirintään syyllistynyt voi vain siirtyä toiseen instituutioon on isku niiden kasvoihin, jotka ovat olleen häirinnän kohteita, ja joiden ura usein kärsii vakavasti sen takia. Kun jopa tutkimuksen yksiselitteiset löydöt sivuutetaan palkkaamisen mahdollistamiseksi, uhrit voivat oikeutetusti kysyä miksi he ottaisivat riskin ja tulisivat julkisuuteen. Tämä olisi katastrofaalinen seuraamus.”

Tiedotteessa emeritusprofessori Esko Valtaoja arvosteli sitä, että hierarkian alemmilla portailla olevia, joilla on suurin riski joutua häirinnän kohteeksi, ei kuultu asiassa: ”Tämän laiminlyöminen ei yksinkertaisesti ole hyväksyttävää nykypäivän akateemisessa maailmassa.”

Aluksi Turun yliopisto kertoi julkisesti, että ”Ottin menneisyys on ollut tiedossa rekrytointia tehtäessä ja asiaa on harkittu tarkasti” ja vakuutti, että sillä on ”nollatoleranssi häirinnän ja kiusaamisen suhteen”. Toisaalta yliopiston johto vetosi siihen, että ”Meillä on asiasta muutakin tietoa mitä julkisuudessa on ollut. Meillä on esimerkiksi hänen entisen esimiehensä kuvaus asiasta, ja ne toimenpiteet mihin siellä ryhdyttiin.”

Tuorlan observatorion johtaja Juri Poutanen kuitenkin kertoi joillekin lausunnon alulle panijoista yksityisesti, että hänen mielestään ei ole mitään todisteita siitä, että Ott olisi syyllistynyt häirintään, joten ei ole mitään mistä huolestua. Hän myös selitti, että Caltechin toteamus ”sukupuoleen perustuvasta häirinnästä” tarkoittaa vain sitä, että jatko-opiskelijat olivat naisia, ei sitä, että häirinnän perusteena olisi ollut sukupuoli. Sen lisäksi, että Poutanen on sen instituutin johtaja, missä Ott olisi työskennellyt, hän olisi ollut myös Ottin esimies.

Ott otti myös yhteyttä joihinkin lausunnon alullepanijoista ja sanoi, että hän voi kertoa asiasta enemmän yksityisesti. Hän kieltäytyi myöntämästä, että olisi syyllistynyt häirintään, sanoen vain, että on tehnyt ”virheitä”.

Vaikka Caltechin komitea oli esittänyt johtopäätöksensä olevan yksiselitteisen selvä, kaikkien tahojen arvioita pitää tietysti voida tarkastella kriittisesti, jos se on aiheellista. Mutta sitä ei voi luotettavasti tehdä kuulemalla pelkästään häiritsijäksi todettua henkilöä ja hänen valitsemiaan tahoja. Jokainen tietysti haluaa esittää asiat itselleen parhain päin, ja ihmiset mielellään puolustavat kavereitaan. Siksi on tärkeää, että häirintäsyytöksiä ja muita kiistanalaisia asioita selvittävät riippumattomat tahot -kuten Caltechin komitea-, jotka kuulevat kaikkia asianosaisia ja tutustuvat kaikkeen dokumentaatioon.

Kuten häirinnän vastaisessa lausunnossa todetaan, häirintään syyllistyminen ei tarkoita sitä, etteikö henkilö voisi enää koskaan olla mukana tiedeyhteisön toiminnassa. Mutta tämän edellytyksenä on se, että hän ymmärtää tehneensä väärin ja ottaa vastuun tekemästään vahingosta.

Poutanen myös kommentoi, että Ottista oli julkisuudessa tehty ”hirviö”, vaikka hän on oikeasti ”mukava mies”. Tässä ollaan asian ytimessä: häirintään syyllistyvät myös tavalliset ihmiset, jotka ovat monissa yhteyksissä mukavia. Häiritsijöiden etäännyttäminen hirviöiksi ei edistä häirinnän torjumista, vaan haittaa sen hahmottamista, miten laajalle levinnyttä ja vakavaa se on.

#MeToo-kampanja on tuonut laajaan keskusteluun sukupuoleen perustuvan häirinnän yleisyyden. Häirinnästä eivät ole vastuussa vain ”ne toiset” tai ”hirviöt”, vaan myös me. Sitä esiintyy kaikenlaisissa yhteisöissä, olivatpa ne akateemisia, ammatillisia tai harrastustoimintaan liittyviä. Hollywoodin elokuvatuottajien kauhistelun sijaan meidän on kunkin tärkeää suunnata katse omaan ympäristöömme ja toimia siinä. (Helsingin yliopistolla on muuten 12.3. asti auki kysely seksuaalisesta häirinnästä.)

Tiedemaailmassa yksi ongelma on se, että vakavaankin häirintään syyllistyneiden nimet pidetään usein salassa. Esimerkiksi kun matemaatikko Lassi Päivärinta vuonna 2014 erotettiin Helsingin yliopistosta, koska hän oli vuosien ajan seksuaalisesti häirinnyt naispuolisia jatko-opiskelijoita, hänen nimeään ei käytetty julkisuudessa. Tämä on saattanut edesauttaa sitä, että hän vain siirtyi Tallinnan teknilliseen korkeakouluun, tai se voi vaikeuttaa häirinnän estämistä jatkossa. (Helsingin yliopiston matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta on nyt kiinnittänyt entistä enemmän huomiota häirintään.)

Kun kyse on syytöksistä, nimien pitäminen salassa on perusteltua. Mutta, kuten Peter Coles toteaa, jos henkilö todetaan syylliseksi, on syytä tuoda asia päivänvaloon.

Keskiviikkona 7.2. Turun yliopiston rehtori Kalervo Väänänen ilmoitti, ”kuultua[an] laajasti tiedeyhteisöä”, että Turun yliopisto purkaa Ottin työsopimuksen. Sen sijaan, että Turun yliopisto olisi tyytynyt toimintansa puolustelemiseen, se kuunteli argumentteja ja arvioi asiaa uudelleen. Virheiden toteaminen ja päätösten muuttaminen ei ole isoille instituutioille sen helpompaa kuin yksilöille, ja yliopiston johto ansaitsee kiitokset. Toivottavasti sen toiminta rohkaisee muita ottamaan häirinnän vakavasti.

On vaikuttavaa, miten nopeasti tutkijat ottivat kantaa häirintää vastaan – vaikka onkin huomattava, että lausunnon allekirjoittajat eivät olleet Ottin tapauksesta yksimielisiä. Tapaus näytti, että yhteisö voi vaikuttaa häirintään liittyviin päätöksiin. Myös me voimme muuttaa asioita.

* * *

The decision by the University of Turku to hire astrophysicist Christian Ott, and then cancel his contract, has attracted some attention. In addition to Finnish media, BuzzFeed has covered the case. There has been a lot of discussion about the case, not always with precise information. I will try to clarify things a little. (Thanks to the University of Turku leadership for answering my queries at a busy time.)

In May and June 2015 two female students of Caltech professor Christian Ott filed a complaint about him. After three months, a committee concluded that there was “unambiguous gender-based harassment of both graduate students” by Ott. The university further found that this “was prompted by [Ott’s] romantic or sexual feelings” for one of the students, and that his behavior “significantly and adversely affected” her educational opportunities at Caltech.

Ott was placed on nine months of unpaid leave, and banned from coming to the campus and contacting the students he harassed. The university also decided that “a demonstrable change in behavior and mentoring approach” of Ott “will be required before unmonitored interactions with students can resume”. Ott appealed the decision; the appeal was denied.

For three months Caltech did not address the issue publicly, but after BuzzFeed caught on the university made an official statement in January 2016, where it also announced significant actions to make sure that such a situation would not be repeated. The case received a lot of attention, and was covered by the world’s most respected general science magazines Nature and Science.

Ott violated the conditions of his suspension by contacting one of the students he had harassed. The university suspended him for 12 more months. Towards the end of 2017 a committee considered whether Ott could continue at Caltech, and made a recommendation to the university. The recommendation has not been made public. After being informed of the recommendation, Ott announced that he would resign from Caltech, effective on December 31.

In January it turned out that Ott had been hired at the Tuorla Observatory of the University of Turku as a senior researcher on a two-year contract. The Observatory had announced a two-year position in November. Astrophysicist Peter Coles, who had been following Ott’s case, suggested that this is the same position. According to the announcement, the job includes teaching as well as supervising students, as is common. However, the University of Turku leadership had instead said that Ott’s duties will not include teaching or supervising. Had this  been the same position, it would have meant that Ott would, in effect, have been rewarded for harassment by having his duties lightened. However, the University of Turku leadership has confirmed to me that Ott’s position is a different one, and it was not open for applications. According to them, it is usual that staff at Tuorla Observatory have no teaching or supervision duties. (At the Department of Physics at the University of Helsinki, for example, everyone has teaching duty.)

Although positions are usually open for applications, people are sometimes hired directly, if there is felt to be a special reason for it. (For example, my position at the University of Helsinki was not open for applications.) In Ott’s case, this of course means that the university did not weigh his research credentials on the one hand and harassment on the other, comparing to other applicants: they specifically wanted Ott for Tuorla.

The issue raised concern among astronomers, astrophysicists and cosmologists in Finland. A group of them (including Till Sawala and myself), after discussing with other members of the community and the director of Tuorla Observatory Juri Poutanen, formulated and made public a statement strongly condemning harassment.

The statement was made public on Thursday February 1, and it was quickly signed by over 80 researchers from the field, including professors from all Finnish astronomy departments (at Aalto University, Helsinki, Turku and Oulu). This is a significant fraction of all astronomers and astrophysicists in Finland. The Finnish Astronomical Society announced that it endorses “the concepts and morals of the statement” and “strongly encouraged” members to read, and if they agree, sign the statement. It was also supported by over 180 researchers from other fields and countries. They included internationally prominent scientists, such as director of the Helsinki Institute of Physics, Vice President of the British Royal Astronomical Society Hiranya Peiris, and Canadian Director of the Dunlop Institute Bryan Gaensler.

The statement notes that harassment is a grave offence, which must be addressed head-on. However, it did not refer to any specific case, nor call for any specified action. In addition to the statement, 19 astronomers, astrophysicists and cosmologists (including me) sent on Friday February 2 a letter to the leadership of the University of Turku, calling on them to reconsider the decision to hire Ott. The leadership may also have received other feedback on the issue.

We issued a press release on Tuesday February 6 in Finnish and English. Till Sawala commented:

“I am troubled by the message we are sending as a community. When a harasser can simply move to another institution, it is a slap in the face of individuals who suffer harassment, and whose careers are often severely disrupted as a result. And when even the unequivocal findings of an investigation are discounted in order to enable a hire, victims might rightly ask why they should risk raising the alarm. That would be a catastrophic outcome.”

In the press release, emeritus professor Esko Valtaoja criticised that those on the lowest rungs of the hierarchy, who face the greatest risk of harassment, had not been heard in the process: “Failure to do so is simply not acceptable in today’s academic world.”

Initially the University of Turku said in public that they were aware of Ott’s past during the recruitment process, had considered the issue carefully, and that the university has “zero tolerance for harassment and bullying”. At the same time, the university leadership appealed to being in possession of more information than what was available in public, including for example the description of events by Ott’s former superior, and the actions taken at Caltech.

However, the Tuorla Observatory director Juri Poutanen told some of the initiators of the statement in private that in his view there is no evidence that Ott was guilty of harassment, so there was nothing to worry about. He also explained that the Caltech finding of “gender-based harassment” simply referred to the fact that the students were female, not that the harassment would have been based on gender. In addition to being the head of the institute where Ott would have worked, Poutanen would also have been his superior.

Ott also contacted some of the initiators of the statement, saying that he can give more details on the issue in private. He declined to admit that he would have been guilty of harassment, simply saying that he has made “mistakes”.

Although the committee at Caltech had presented its conclusions as “unambiguous”, all evaluations can of course be subjected to criticism when necessary. But this cannot be reliably done by only listening to a person who has been found to have harassed and those he puts forth. Everyone of course wants to show themselves in the best possible light, and people like to defend their friends. This is why it is important that allegations of harassment and other controversial matters are studied by independent entities -such as the committee at Caltech- who hear everyone involved and look at all documentation.

As the statement against harassment notes, being guilty of harassment doesn’t mean that the harasser can never take part in the scientific community again. But the condition for that has to acknowledging of misconduct and taking responsibility for damage cause.

Poutanen also commented that Ott had been made into a “monster” in public, even though he is actually a “nice man”. This cuts to the heart of the matter: harassment is perpetrated also by ordinary people, who can in other contexts can be quite nice. Othering harassers into monsters does not promote preventing harassment, but rather makes it more difficult to see how widespread and serious it is.

The #MeToo campaign has opened up public discussion about how common gender-based harassment is. Harassment is not perpetrated only by “the others” or “monsters”, but us too. It is a feature of all communities, whether they are academic, professional or hobby-related. Instead of gawking at Hollywood film producers, it is important for each of us to direct our attention to our own environment and take action there. (By the way, an inquiry about sexual harassment at the University of Helsinki is open until March 12.)

In science, one problem is that the names of those guilty of even serious harassment are often not made public. For example, when the mathematician Lassi Päivärinta was fired from the University of Helsinki in 2014 for having sexually harassed multiple graduate students over a period of years, his name was not used in public. This may have helped him to simply move to the Tallinn University of Technology, or it may make it more difficult to prevent harassment by him the future. (The Faculty of Science at the University of Helsinki has now paid increased attention to harassment.)

When only allegations are concerned, there are good grounds for withholding names. But as Peter Coles has noted, when a person is found guilty, things should be brought to light.

On Wednesday February 7, University of Turku Rector Kalervo Väänänen announced, “after extensively hearing the science community”, that the university will cancel Ott’s contract. Instead of settling for simply defending its position, the University of Turku listened to concerns expressed and re-evaluated the matter. Admitting mistakes and reversing course is no easier for large institutions than it is for individuals, and the university leadership deserves congratulations. Hopefully their actions will encourage others to take harassment seriously.

It is significant how rapidly researchers took a stand against harassment – although it should be noted that signatories to the statement were surely not unanimous in their view about Ott’s case. This was an example of how a community can affect decisions related to harassment. Us too can change things.

42 kommenttia “Myös me/Us too”

  1. Amatöörijuristi kirjoitti:

    Buzzfeedin jutun perusteella Ott rakastui toiseen naisista ja sen jälkiseurauksina vaikutti siihen että nainen joutui lähtemään ja tunnusti tämän rakastumisen toiselle naisista jolloin naiset päättivät nostaa syrjintäjutun.

    Hän ei vaikuta sellaiselta hirviöltä jota pitäisi rangaista vuosia eikä maanpaossakaan saisi antaa tehdä työtään, kuvankin perusteella näyttää lähinnä pikkupojalta.

    Meetoo ilmiö on saa pienet lynkkausjoukot hurmioon aivan kuten vaikkapa Kiinan kulttuurivallankumouksen aikaan, tätä vastaan olisi syytä taistella jättämällä lynkkaus ja muu toiminta kokonaan tuomioistuinten valtaan.

    Mikä on tarpeeksi pitkä ja ankara rangaistus ? Ja kuka sen päättää ?

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kuvauksesi siitä, mitä BuzzFeedin toimittaja on kirjoittanut, ei vastaa sitä, mitä BuzzFeedin toimittaja on kirjoittanut. BuzzFeedin artikkeleiden mukaan toinen jatko-opiskelijoista teki ensin valituksen Ottista toisesta riippumatta. Toinen opiskelija teki valituksen vasta myöhemmin.

      Ilmaisu ”vaikutti siihen, että nainen joutui lähtemään” on mielenkiintoimen tapa ilmaista se, että Ott erotti hänet.

      Mitä hirviöön tulee, kirjoitin seuraavasti:

      ”Tässä ollaan asian ytimessä: häirintään syyllistyvät myös tavalliset ihmiset, jotka ovat monissa yhteyksissä mukavia. Häiritsijöiden etäännyttäminen hirviöiksi ei edistä häirinnän torjumista, vaan haittaa sen hahmottamista, miten laajalle levinnyttä ja vakavaa se on.

      #MeToo-kampanja on tuonut laajaan keskusteluun sukupuoleen perustuvan häirinnän yleisyyden. Häirinnästä eivät ole vastuussa vain ”ne toiset” tai ”hirviöt”, vaan myös me.”

      On harhaanjohtavaa sanoa, että Ottin ei ”anneta tehdä työtään”. Tutkijanpaikoille haluavia on aina enemmän kuin paikkoja. (Esimerkiksi minun ja kollegani syksyllä mainostamaan kaksivuotisene tutkijanpaikkaan Helsingin yliopistolla oli 115 pätevää hakijaa.) Kenelläkään ei ole nimenomaista oikeutta saada tutkijanpaikkaa, sen enempää kuin mitään muutakaan tiettyä työpaikkaa.

      Siitä, kuka päättää rangaistuksista, kirjoitin seuraavasti: ”on tärkeää, että häirintäsyytöksiä ja muita kiistanalaisia asioita selvittävät riippumattomat tahot -kuten Caltechin komitea-, jotka kuulevat kaikkia asianosaisia ja tutustuvat kaikkeen dokumentaatioon”. Muiden instituuttien on syytä arvioissaan myös nojata riippumattomiin selvityksiin ja julkisesti saatavailla olevaan tietoon. Valtaoja puolestaan korosti sitä, että hierarkiassa alhaalla olevia olisi kuultava tällaisissa kiistanalaisissa asioissa.

  2. Cargo kirjoitti:

    ”Lausunto julkistettiin torstaina 1.2. ja sen allekirjoitti nopeasti yli 80 alan tutkijaa, mukana professoreita kaikista Suomen tähtitieteen laitoksista.”

    Niin, olisihan se nyt kamalaa, jos tänne pohjolan periferiaan, todellisten tieteenteon maalaisten, keskuuteen saapuisi ulkomaisia huippututkijoita. Siinähän saattaisi pian alkaa tuolileikki sen oman työhuoneen säilyttämiseksi!

    Jotenkin tulee mieleen 1930-luvulla Euroopasta paenneet juutalaset tiedemiehet. Yhdysvalloissa tuli eteen yllättävä tilanne, kun alan ehdottomia kärkihahmoja ilmaantui yliopistojen kansliaan ympäri maata, ja esimerkiksi Stanislaw Ulam joutui aloittamaan uransa uudella mantereella pelkkänä assistenttina! Yhdysvaltain akateemisissa piireissä nousi suuri huoli siitä, että euroopan juutalaiset emigrantit savustavat heidät kaikki pihalle.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Suomi ei ole tieteen periferia. Kosmologian ja hiukkasfysiikan tutkimus on täällä korkeatasoista.

      Kun minä ja kollegani laitoimme syksyllä hakuun kaksivuotisen tutkijapaikan Fysiikantutkimuslaitoksella Helsingissä, saimme 115 pätevää hakemusta, mukana alan kärkinirmiä.

    2. Pertti Rautiainen kirjoitti:

      Jos käväiset katsomassa tähtitieteen tutkimusyksikköjen (tai lähinnä vastaavien) kotisivuja Helsingin, Turun tai Oulun yliopistossa, niin huomaat ulkomaisten tutkijoiden osuuden olevan korkea, joissakin yksiköissä he muodostavat jopa enemmistön. Myös lausunnon allekirjoittajissa on useita muualta tänne tulleita. Eli mistään vieraiden vaikutteiden kammosta ei ollut nyt kysymys.

      1. Syksy Räsänen kirjoitti:

        Kosmologiassa ja hiukkasfysiikassa (hieman eri aloja kuin tähtiede) kaksivuotiset tutkijanpaikat menevät lähes aina ulkomaalaisille.

        Esimerkiksi oman kosmologiatutkimusprojektini kaikki kolme väliaikaisella paikalla olevaa väitellyttä tutkijaa ovat kaikki ulkomaalaisia.

        http://research.hip.fi/hwp/cosmology/?page_id=22

        Lisäksi pidempiä paikkoja saaneet tutkijat ovat lähes poikkeuksetta kaikki olleet vuosia ulkomailla. Tapana ei ole, että tutkijat jatkavat samassa instituutissa, mistä he ovat väitelleet.

  3. ok kirjoitti:

    Ilman muuta seksuaalinen häirintä työpaikoilla on tuomittavaa.

    Tulee mieleen National Geographic -kanavan tv-sarja Genius, joka kertoi Einsteinin elämästä. Jos sarjaan on uskomista, itse Einstein olisi metoo-perustein heitetty ulos tutkijan hommista viimeistään ennen erikoisen suhteellisuusteorian valmistumista.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kehittäessään suppeaa suhteellisuusteoriaa Einstein ei ollut töissä tutkijana, vaan patenttitoimistossa.

  4. ok kirjoitti:

    Tarkoitin tietenkin yleistä suhteellisuusteoriaa, joka valmistui 10 vuotta myöhemmin.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Millaiseen seksuaaliseen häirintään Einstein syyllistyi työpaikallaan? Siitä, miten huonosti hän kohteli naisia yksityiselämässään, on kirjoitettu paljon.

  5. Anna kirjoitti:

    Tämä meetoo alkaa aiheuttaa pahoinvointia. Sivistysmaana pidetty Suomi lynkkaa ihmisen ilman puolueetonta oikeudenkäyntiä.

    Amerikassa on jo havahduttu tähän epäoikeudenmukaisuuteen. Koska meillä?

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kuten merkinnässä käyn läpi, Ottin tapaus käsiteltiin puolueettoman komitean toimesta Caltechissä, ja hänellä oli oikeus valittaa sen päätöksestä. Oikeudenkäyntiä ei ollut, koska kyseessä ei ollut rikosoikeudellinen asia, eikä Ottille tullut siitä rikosoikeudellisia seurauksia.

  6. Erkki Kolehmainen kirjoitti:

    Tässä #Metoo-vouhotuksessa unohtuu se, että ihminenkin on eläin. Eivätkö koiraat yleensä syyllisty seksuaalisen häirintään vonkaamalla naarailta seksiä. On tainnut unohtua vanha viisaus: pojat jahtaa, tytöt pihtaa. Tutkijatkin ovat vaistojensa armoilla ja se on ymmärrettävää. Tällaisia kampanjoita voidaan aina käyttää toisten syrjimiseen ja tieteellisesti pätevien ihmisten poistamaiseen kilpailusta. Eikö tiede olekaan tiedeyhteisön tärkein asia?

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Tässä kommentissa näkyy se, miten ristiriitaisia monet häirinnän vastustamisen herättämät reaktiot ovat.

      Toisaalta korostetaan (jopa liioitellaan) sitä, että sukupuoleen perustuva ja seksuaalinen häirintä on yleistä.

      Toisaalta esitetään, että häirinnän esille tuominen ja siihen puuttuminen olisi ongelma, ei suinkaan häirintä itse.

      Kummassakin argumentissa sivuutetaan se, miltä häirintä sen uhreista tuntuu.

      1. Erkki Kolehmainen kirjoitti:

        Nimim. Anna kirjoitti asiaa. Tämä Hollywood-lähtöinen #Metoo-kampanja on mennyt ihan tolkuttomaksi miesten noitavainoksi. Kaikki miehet eivät ole piruja eivätkä kaikki naiset enkeleitä. Sosio- ja psykopaatit on saatava hoitoon sukupuolesta riippumatta! Ja tämä ei koske vain tiedeyhteisöä vaan koko yhteis- ja ihmiskuntaa. Minusta tärkeämpiä kampanjointikohteita olisivat tyttöjen genitaalien silpomisen estäminen sekä lasten järjestetyt tai pakkoavioliitot. Niiden uhreiksi joutuneiden tuska on toista luokkaa kuin Hollywoodissa jonkun sivuosaan jääneen näyttelijättären harmi ja kateus.

        1. Syksy Räsänen kirjoitti:

          MeToo-kampanja ei ole lähtenyt Hollywoodista. Sen aloitti aktivisti Tarana Burke vuonna 2006 kiinnittääksen huomiota siihen, miten laajalle levinnyttä seksuaalinen häirintä ja ahdistelu on.

          Tähänkin merkintään tulleet kommentit osoittavat, miten tarpeellista asiaa on vielä käsitellä.

          1. Erkki Kolehmainen kirjoitti:

            #Metoo-kampanja on lähtöisin Hollywoodista kuten kirjoitin! Wikipedian mukaan ”In 2017, actress Alyssa Milano started using #MeToo as an Internet hashtag in response to accusations against Harvey Weinstein…” Ja sen jälkeen kampanja on paisunut kuin lumivyöry, jolta ei säästy kukaan!

  7. Jarno kirjoitti:

    Naisten asema ja yleinen sananvapaus ovat tärkeimpiä ongelmia maailmanlaajuisesti jotka tulisi ratkaista. Erityisesti länsimaissa tilanne on parantunut valtavasti viime vuosikymmeninä. #MeToo-kampanja alkuperäisessä muodossaan on ollut erittäin tärkeä. Se on toivottavasti tehnyt osalle miehistä selväksi asioita, joiden pitäisi olla itsestäänselviä.

    Olen kuitenkin alkanut kantaa huolta kampanjaan kytkeytyvistä ”eettisistä tuomioistuimista”. Nämä somessa toimivat voimat, pahimmillaan jopa lynkkausjoukot, ovat johtaneen monen miehen uran ja maineen tuhoutumiseen. Kenen moraalikäsityksen mukaan ja millä näytöllä päätetään kuka on syyllistynyt mihinkin? Kuka varmistaa ja kantaa vastuun siitä että prosessi etenee oikeudenmukaisesti?

    Adressi täynnä arvostettuja tiedeyhteisön jäseniä tuomitsemassa seksuaalinen häirintä on tämäkin, sellaisenaan, erinomainen asia. Tämän adressin alullepanon taustalla tuntui kuitenkin olevan muukin tarkoitusperä kuin tiedeyhteisön näkemyksen esiin tuominen. Näen tämän kaltaisen passiivis-aggressiivisen painostamisen eettisesti erittäin ongelmallisena. Ymmärtäisin sen tilanteessa jossa työntekijä syyllistyisi häirintään nykyisessä(kin) työpaikassaan, eikä työnantaja reagoisi asiaan.

    Olen samaa mieltä että aiheesta käytävää keskustelua tulee jatkaa, kaikki näkökannat rakentavasti huomioiden. On suuri pelko että tärkeä #MeToo-kampanja lyö yli, johtaen katkeroitumiseen, näkemysten polarisoitumiseen ja toisenpään äärinäkemyksien esiinnousuun.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Mikä ”muukin tarkoitusperä” lausunnolla tuntui mielestäsi olevan kuin tiedeyhteisön häirinnän vastaisen näkemyksen tuominen esille?

      1. Jarno kirjoitti:

        Jos ei suoranaisesti työntekijän työsuhteen purkaminen, niin ainakin työnantajan painostaminen asiassa.

        1. Syksy Räsänen kirjoitti:

          Lehdistötiedotteessa kirjoitimme avoimesti, että lausunnon alulle panemisen taustalla oli Ottin tapaus, ja totta kai toivoimme, että se otettaisiin huomioon Turun yliopistolla. (Miksi laatiakaan lausuntoja, jos ei toivo, että ne otettaisiin huomioon?)

          ”Lausunto ei ota kantaan mihinkään yksittäiseen tapaukseen, eikä sanele mihin toimiin pitäisi ryhtyä. Lausunnon taustalla on kuitenkin professori Christian Ottin palkkaaminen Turun yliopistolle sen jälkeen kun hänet ensin hyllytettiin Caltechistä ja hän sittemmin erosi sieltä. Caltechin yliopiston mukaan Ott oli ”epäilyksettä” syyllistynyt ”sukupuoleen perustuvaan häirintään” kahta naispuolista jatko-opiskelijaa kohtaan.”

          https://docs.google.com/document/d/e/2PACX-1vS13MmntukY51-65bwU13Y966MUrwUeAcnoZasj44W5dWsiU50WmMCV5t5O3HIm-YWRbaZIMJRnSb03/pub

  8. Gorros Gornholios kirjoitti:

    O tempora o mores 🙁

    Mitenköhän olisi mahtanut käydä Marie ja Pierre Curien suhteen tämän päivän akateemisessa maailmassa?

    #metoo —-> Pierre naulattaisiin ristiin?

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Millä tavalla Pierre Curie häiritsi tai ahdisteli Marie Curieta?

      1. Gorros Gornholios kirjoitti:

        En osaa sanoa. Mutta miten Pierre olisi ikinä voinut välttyä metoo-inkvisitiolta tilanteessa jossa Marie olisi häntä ahdistelusta syyttänyt?

        1. Syksy Räsänen kirjoitti:

          Mitään tiedemaailman #MeToo-inkvisiota ei ole olemassa. Ottin tapauksen tutki Caltechissa riippumaton komitea.

          Sen sijaan ongelmana on se, että häirintään ei usein puututa, vaikka se jatkuisi vuosia.

          Se, miten kommenteissasi samaistat häirinnän/ahdistelun romanttisiin suhteisiin on osoitus siitä, miten laajalle levinnyt ongelman kieltäminen on.

  9. Jari Toivanen kirjoitti:

    Edelleenkin on sallittua, jopa toivottavaa, miehen lähestyä naista kunnioittavasti. Myös tiedeyhteisössä.
    Ideaaliselta maailmassa se olisi ongelmatonta myös esimiehen/esinaisen ja alaisen välillä.

    1. Erkki Kolehmainen kirjoitti:

      Kuka sen kunnioittavuuden määrittelee? Nainen voi kokea hienovaraisimmankin lähestymisen ahdistavana. Ihmissuhteet eivät ole koskaan jännitteettömiä. Sen vuoksi niihin liittyy aina enemmän tai vähemmän dramatiikkaa ja siksi niitä on kuvattu ja vatvottu lukemattomissa elokuvissa, näytelmissä, oopperoissa ja iskelmissä jne. Some on pelottava mylly, jonka kitaan ei toivoisi kenenkään joutuvan. Siellä ei yhden ihmisen ääni kuulu, vaikka hän kuinka yrittäisi todistella syyttömyyttään.

      1. Syksy Räsänen kirjoitti:

        Häirintää puolustavissa ja siihen puuttumista vastustavissa puheenvuoroissa tyypillisesti sivuutetaan todelliset tapahtumat ja korvataan ne kuvitelmilla miestan vainoamisesta.

        Kuten merkinnässä kirjoitan, Christian Ottin toimintaa tutki Caltehcin riippumaton komitea kolmen kuukauden ajan. Tutkinnan aikana yliopisto ei kommentoinut tapausta julkisesti.

  10. sp kirjoitti:

    “häirintään syyllistyminen ei tarkoita sitä, etteikö henkilö voisi enää koskaan olla mukana tiedeyhteisön toiminnassa.”
    Puhut lämpimiksesi/tekopyhästi tässä ottaen huomioon kirjoittamanne lausunnon ja aikaansaamanne vaikutuksen. Kuinka ihminen voi korjata virheensä tai kehittyä ihmisenä, jos hänelle ei anneta toista mahdollisuutta? Mies lienee saanut aika paljon ryöpytystä, sosiaalista häpeää ja jo yhdet potkut (josta hänen uransa tuskin koskaan toipuu) huonon käytöksensä/tekemiensä virheiden takia. Ensin Turku yrittää antaa hänelle uuden mahdollisuuden, mutta (kilpailevat?) tutkijat päättävätkin painostaa yliopiston pyörtämään päänsä. Ei kuulosta johdonmukaiselta toiminnalta, eikä minusta myöskään paranna suomalaisten yliopistojen imagoa.

    “On vaikuttavaa, miten nopeasti tutkijat ottivat kantaa häirintää vastaan”
    Eikö mielestäsi aiheen herkkyys/kampanjan tuoma “ajankohtaisuus” vaikuta siten, että tutkijat kokevat painetta kirjoittaa nimensä addressiin? Etenkin kun tiedeyhteisön ollessa pienehkö on helpohkoa nähdä, kuka ei ole kirjoittanut nimeään. Sosiaalisen paineen alla toimiminen on melko vaikuttava voima juu.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Seuraava virke kuuluu näin: ”Mutta tämän edellytyksenä on se, että hän ymmärtää tehneensä väärin ja ottaa vastuun tekemästään vahingosta.”

      Ottia ei erotettu Caltechista, hänet hyllytettiin ensin 9 kuukaudeksi. Hän ei käyttänyt mahdollisuutta hyväkseen ja korjannut toimintaansa, vaan rikkoi hyllytyksen ehtoja. Sitä, olisiko Caltech antanut hänelle kolmannen mahdollisuuden, emme tiedä.

      Ott itse kieltäytyi sanomasta, että olisi edes syyllistynyt häirintään.

      En näe, miten olisi huono asia, jos se, että tutkijat pitävät häirintää ajankohtaisena aiheena, vaikuttaisi siten, että he ottavat siihen kantaa.

      1. sp kirjoitti:

        Okei, oikaisin yksityiskohtien suhteen. Ott lopulta erosi itse, ja kuten sanot, on epäselvää, olisiko hänet erotettu “joka tapauksessa” mikäli hän ei olisi ymmärtänyt näin tehdä.“ Minulle Turun mielenmuutos näyttäytyy uutena rankaisuna samasta teosta, josta Ottia jo kerran rankaistiin efektiivisesti erottamalla hänet. Tässä välissä hänellä ei ole ollut mahdollisuutta osoittaa muuttaaneensa käytöstään.

        Oletan, että virkkeellä “Ott itse kieltäytyi sanomasta, että olisi edes syyllistynyt häirintään” viittaat siihen, että hän on kieltäytynyt kommentoimasta tapausta medialle. Vältellen Ottia puolustelevaa sävyä, käsittääkseni tämä lienee aika yleinen käytäntö, t.s. häntä lienee ohjeistettu toimimaan näin.

        Näytät argumenttiesi perusteella implikoivan, että ymmärtäisit kohtuullisella varmuudella, mitä Ott ajattelee teoistaan, ja että se on vaikuttanut toimintaasi. Saatavilla olevien lähteiden perusteella olettamus on mielestäni melko vahva. Voisin myös kysyä kysymyksiä, kuten, “jos Ott olisi julkisesti esimerkiksi pyytänyt anteeksi, olisiko hän siinä tapauksessa mielestäsi ansainnut (kuten tarkennat, kolmannen) mahdollisuuden?” Toisin sanoen, jos otat asiaksesi ajaa jotain konkreettisen normatiivista, mihin vetäisit rajan. Mikä on riittävä rangaistus? Sosiaalinen media tuo joskus ihan terveenkin välineen tavan kansalle toimia ja tuomita virallisen lain ohi — sosiallinen rangaistus lienee sosiaaliselle eläimelle yksi ankarimmista mahdollisista. Ehkä en itse näe omaa pätevyyttäni tuomitsijana, tai olen vain pehmeämpi luonne, mutta mielestäni addressi vaikutti ylilyönniltä. Etenkin sen valossa, mitä kirjoitin tämän viestin alussa.

        Mitä yritin sanoa toisessa aiemmassa pointissani, oli se, että epäilen addressin allekirjoitusjakauman olleen erilainen jos sosiaalinen paine sen allekirjoittamiselle olisi nolla.

        1. Syksy Räsänen kirjoitti:

          Kun kommentoi jotain tekstiä, kannattaa lukea se ensin.

          Kirjoitan merkinnässä seuraavasti:

          ”Ott otti myös yhteyttä joihinkin lausunnon alullepanijoista ja sanoi, että hän voi kertoa asiasta enemmän yksityisesti. Hän kieltäytyi myöntämästä, että olisi syyllistynyt häirintään, sanoen vain, että on tehnyt ”virheitä”.”

          1. sp kirjoitti:

            Olet oikeassa, tuo virke jäi minulta huomaamatta ensilukemalla. Se ei kyllä juurikaan vaikuta edellisen viestini johtopäätöksiin ja pointtiin kahdesti samasta asiasta rankaisemisesta.

            Onpa hyvä, että Ottin “yksityinen“ linja poikkeaa hänen julkisesta linjastaan (?), kun se lopulta päätyy julkiseen blogitekstiin kahdella kielellä. /s

            Sitä paitsi, addressi tehtiin ennen “yksityistä kommunikointia”, joten sen käyttäminen perusteeksi addressille ei ole loogista.

          2. Syksy Räsänen kirjoitti:

            ”Olet oikeassa, tuo virke jäi minulta huomaamatta ensilukemalla. Se ei kyllä juurikaan vaikuta edellisen viestini johtopäätöksiin ja pointtiin kahdesti samasta asiasta rankaisemisesta.”

            Jotta olisi mielekästä puhua ”kahdesti samasta asiasta rankaisemisesta”, niin Caltechin prosessi olisi pitänyt käydä loppuun. Nyt Ott erosi ennen kuin asia käsiteltiin loppuun asti, ja mahdollisesti vältti hänelle sieltä tulevat jatkotoimenpiteet.

            Mutta vaikka asia olisi käsitelty loppuun Caltechissa, ei pidä paikkaansa, että hänen toimintaansa ei sen jälkeen olisi syytä huomioida myöhempien työpaikkojen kohdalla.

            Kuten yllä vastasin yhteen kommenttiin: ”Kenelläkään ei ole nimenomaista oikeutta saada tutkijanpaikkaa, sen enempää kuin mitään muutakaan tiettyä työpaikkaa.”

            Tutkijoiden työpaikkojen jakaminen perustuu kokonaisarvioon hakijasta tai kutsutusta. Siinä otetaan huomioon tutkimusansioiden lisäksi myös työyhteisön sääntöjen noudattaminen ja siinä toimiminen, aivan kuten muidenkin alojen työpaikkojen kohdalla.

            Jos henkilö on osoittanut, että hän on huono toimimaan työyhteisössä -oli kyse häirinnästä tai vaikkapa tieteellisestä vilpistä- niin totta kai se tulee ottaa huomioon. Menneen näytön sivuuttaminen tämän asian suhteen olisi yhtä epäjohdonmukaista kuin menneiden tutkimusnäyttöjen ohittaminen.

            ”Onpa hyvä, että Ottin “yksityinen“ linja poikkeaa hänen julkisesta linjastaan (?), kun se lopulta päätyy julkiseen blogitekstiin kahdella kielellä. /s”

            Ott ei tietääkseni ole julkisesti myöntänyt syyllistyneensä häirintään, joten hänen yksityinen kantansa ei poikkea julkisesta kannasta.

            ”Sitä paitsi, addressi tehtiin ennen “yksityistä kommunikointia”, joten sen käyttäminen perusteeksi addressille ei ole loogista.”

            En niin tehnytkään. On häirintään syyllistyneen henkilön asia osoittaa, että hän tunnustaa tehneensä väärin ja ottaa vastuun teoistaan. Ott ei tehnyt niin, ei julkisesti eikä yksityisesti. Turun yliopisto väitti, että heillä oli tästä asiasta yksityistä tietoa, mikä vaikutti tilantene arviointiin. Tuorlan observatorion johtaja Juri Poutasen yhteydenotot ennen ja jälkeen addressin julkistamisen kuitenkin osoittivat, että kyse ei ollut häirinnän tunnustamisesta eikä vastuunkannosta.

  11. marvin kirjoitti:

    Ihan subjektiivisena mielipiteenä heitän, että Räsänen voisi keskittyä luonnontieteisiin ja jättää päivänpolttavat yhteiskunnalliset kommentoinnit vähemmälle.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Niinpä, varmasti monet häirinnän puolustajat ajattelevat, että teatteriväen pitäisi keskittyä teatterin eikä kirjoittaa häirinnästä, peliväen keskittyä pelien tekemiseen eikä kirjoittaa häirinnästä ja tiedeväen keskittyä tieteeseen eikä kirjoittaa häirinnästä.

      1. marvin kirjoitti:

        En tiedä mitä häirinnän puolustajat (joita lienee pieni vähemmistö) ajattelevat, mutta varmasti monet häirintää inhoavat (joita lienee suuri enemmistö) ajattelevat, että suutari pysyköön lestissään. Jos suutari alkaa uskonnollista herätystä muistuttavan innon vallassa saarnata poronhoidosta, syökö se suutarin ammattiuskottavuutta? Tunnetaanko suutari kohta kiihkoilevana poro-suutarina?

        1. Syksy Räsänen kirjoitti:

          Se, että pitää tiedeyhteisössä tapahtuvaa häirintää tiedeyhteisöstä yhtä etäisenä aiheena kuin kenkien korjaamista ja poronhoitoa, kertoo paljon.

  12. Zorro kirjoitti:

    Näin Turun yliopistolaisena pidän hyvin harmillisena, että rehtorimme taipui asiassa ulkopuolisen ja osin sisäisenkin painostuksen edessä (joista jälkimmäinen sisältänee todellisuudessa palkkaukseen liittyvää sisäpolitiikkaa). On kurjaa, kun totalitaristinen ja ”meidän kanssamme tai meitä vastaan” -tyyppinen ihmisvihamielinen maailmankuva valtaa alaa. Tämähän on aivan klassista marxismia, jossa asioita ei käsitellä yksittäisinä, vaan ne yleistetään olioiksi jotka ”levittävät hyvää ja huonoa kulttuuria” ja joita tällä perusteella pitää olla aina ideologisista syistä kieltämässä. Samaten yksilöt ovat vain rattaita ryhmäkoneistoissa.

    Minä olen kasvanut maailmaan, jossa tuomitseminen ja sanktiointi on uskottu siitä vastaaville auktoriteeteille. Tämä takaa tai ainakin pyrkii takaamaan paitsi puolueettomuuden ja oikeudenmukaisuuden, myös sen, että minun ei tarvitse olla jatkuvasti kivittämässä jokaista väärintekijää, vaan voin keskittyä elämään omaa elämääni. Tämä on siis hyvä asia ja vapauttaa yksilön muiden mielivallasta.

    Blogistin kaltaiset henkilöt taas näkevät asian niin, että jokaisen pitää aina olla valmis hyppäämään internetin vihakoneiston kelkkaan, jotta ”oikeus” voisi toteuta. Haluttomuus tehdä näin on jopa tuomittavaa. Järjestystä ei ylläpidetä yhteisillä sopimuksilla, vaan globaalilla väärintekijöinä pidettyihin kohdistetulla ad hoc -vainolla. Tällainen maailmankuva on auttamattomasti ristiriidassa omani kanssa – vaikka olettaisimme, että maailma tällä tavoin jollain tavalla paranisi, on se silti aivosyövän lääkitsemistä ampumalla sitä pistoolilla; jatkuvaan kyttäämiseen ja anteeksiantamattomaan vainoon perustuva maailma on ahdistava paikka elää, lopulta myös niille ammattivainoajille. Asiat ovat myös harvoin niin mustavalkoisia, että olisin tarpeeksi varma asiasta voidakseni hypätä tuomitsemiskelkkaan. Ei myöskään voi olettaa, että ihminen jaksaisi kaivautua joka kohun tai raivon yksityiskohtiin, koska silloin ei muuta ehtisi tehdäkään. Entä mikä edes antaa ihmiselle oikeuden ja auktoriteetin olla jakamassa tuomioita toisista?

    ”Palkkaamalla Ottin hyväksyy häirinnän!” Niin, ja palkkaamalla joskus ylinopeutta ajaneen hyväksyy ylinopeudet, näinhän asia on. Tämä ajatusmalli on taas täyttä totalitarismia ja uhriudessa rypemistä, jolla demagogi yrittää maksimoida ihmisten pelon ja pahan olon, jotta nämä kannattaisivat demagogin ajamaa asiaa. Täysin spekulatiivisia ”mutta mitä jos se tekee sen taas” -tyyppisiä arvuutteluja ei harrasteta edes rikollisten kohdalla ja silloin kun niitä perustellusti tarvitaan, ne suorittaa neutraali asiantuntijapaneeli eikä uhreista tai teoreettisesti mahdollisista uhreista koottu joukkio. Jos rattijuoppo on oikeudessa niin otetaanko sinne satunnainen autoilija päättämään tuomiosta?

    Uhreilla spekulointi on teoreettista, mutta saavuttaa mittasuhteet, joissa näiden toteutumista pidetään melkeinpä varmoina, ja spekulatiivinen luonne unohtuu. Tämä on toki tavallista retoriikassa, jossa kritiikkikin kohdistuu Ottin persoonaan. Palkkauksessa ei kyllä toimittu väärin, koska palkkaajilla oli oikeus Ott palkata, ja anonyymin henkilöstön tyytymättömyys kohdistui käytännössä siihen, ettei mies ole ”hyvä tyyppi”, mikä on epäammattimaista. Samoin pidetään varmana, että mikäli jotain häirintää tai muita ongelmia olisi esiintynyt (mikä ei tietysti ikinä ole mahdottomuus missään, edes marxistidystopioissa), johto ei olisi niihin puuttunut. Tämäkin on kirsikkojen poimimista kakusta, jossa mahdollisista seurauksista valitaan argumenttiin sopivin varmana.

    Minä toivon maailmaa, joka ei perustu vihalle, katkeruudelle ja ihmisten väliselle epäluottamukselle, joilla perustellaan armotonta kontrollia. Tiedeyhteisön jäsenenä en sulata sitä, että joidenkin demagogien mielipiteet esitetään ”tiedeyhteisön” mielipiteenä, enkä myöskään sellaisia vaatimuksia, että jokaisen tieteilijän on oltava vasemmistoradikaali. Turun yliopiston jäsenenä en tunnusta ulkopuolisten twiittaajien, tieteilijöiden tai muiden ryhmäidentiteettinsä perusteella itsensä ylentäneiden oikeutta ja auktoriteettia määrätä kenet yliopistoni saa tai ei saa palkata. Myöskään blogistia en muista valtuuttaneeni esiintymään ”tutkijoiden” äänitorvena. Maailmassa on eri toimijoita ja instansseja, ja kaikkien päätösten ei tarvitse olla samoja. Kollektivistilla on tietysti hankalaa tätä hyväksyä, kun oikeita totuuksia ja toimintatapoja on aina tasan yksi.

    Toivon myös yliopistolleni johtoa, jonka selkäranka riittäisi panna vastaan ”yhteisön” nimellä kulkeville vihakampanjoille, joiden valtapyrkimyksiä jokainen tällainen myönnytys pönkittänee. Enemmän humanismia ja yksilöiden arvostusta, vähemmän kahden minuutin vihoja, ryhmäpainostusta ja uhriuden romantisointia ja sillä fantasiointia autoritääristen kontrollipyrkimysten oikeuttamiseksi.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      En tiennytkään, että Suomen tähtitieteilijäseura sekä yli 80 Suomen professoria ja muuta tutkijaa alalta ovat marxisteja. Aina oppii uutta.

      Jatkossa sitten häirinnän puolustaminen ja siihen puuttumisen vastustaminen omalla nimellä.

      Hyvää viikonloppua kaikille!

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Riippuvuuden oireita

30.1.2018 klo 22.32, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

FinELib allekirjoitti 17. tammikuuta Elsevierin kanssa sopimuksen, jonka mukaan sen jäseninstituutioiden tutkijat saavat pääsyn Elsevierin julkaisuihin sekä 50% alennuksen open access -maksuista. FinELib on suomalaisia korkeakouluja, tutkimuslaitoksia ja kirjastoja edustava konsortio. Elsevier on suuryritys, jonka bisnesmalli perustuu tutkijoiden palkattoman työn hyödyntämiseen, millä se kerää ennätyksellisiä voittoja tieteen kustannuksella.

Sopimuksesta on julkaistu Elsevierin markkinointipuheella kyllästetty lehdistötiedote sekä FinELibin tiiviste ja ohjeet tutkijoille. Helsingin yliopiston kirjasto kertoo sopimuksen taustoista blogissaan. Pääsy Helsingin yliopiston asiaa koskevaan tiedotteeseen ja keskusteluun on, Helsingin yliopiston avoimuudelle tyypillisesti, suljettu yliopiston ulkopuolisilta.

Sopimusta edelsivät pitkät neuvottelut, joiden tueksi yli 2 700 tutkijaa sitoutui olemaan vertaisarvioimatta julkaisuja Elsevierille ellei tämä alenna hintojaan. (Minäkin allekirjoitin sitoumuksen, vaikka en muutenkaan viitsi tehdä työtä Elsevierille, varsinkaan ilmaiseksi.) Saksassa on käynnissä sama prosessi, ja siellä joukko professoreita on eronnut Elsevierin lehtien toimituskunnista.

Saksassa (toisin kuin Suomessa) yksittäisten tutkijoiden lisäksi myös yliopistot ovat ottaneet käyttöön painostuskeinoja. Ne ovat lopettaneet Elsevierin lehtien tilauksia ja harkinneet kustantamon hylkäämistä lopullisesti. Lyhyen tauon jälkeen Elsevier jatkoi yliopistojen pääsyä julkaisuihinsa ainakin tilapäisesti, vaikka sille ei maksettu. Mahdollisesti kustantamo pelkäsi, että tutkijat huomaavat pärjäävänsä ilman sitä. Charité–Berlinin lääketieteellisen korkeakoulun lääketieteen kirjaston johtaja Ursula Flitnerin kommentti kuvaa asetelman nurinkurisuutta:

“Nobody wants Elsevier to starve – they should be paid fairly for their good service. The problem is, we no longer see what their good service is.”

Voi kysyä, eikö tutkijoiden ja yliopistojen vastuulla ole huolehtia omien resurssien tehokkaasta käytöstä tieteen edistämiseen – ei siitä, saavatko suuryritykset tarpeeksi voittoja? Toisaalta sitaatti osoittaa, että yhä enemmän kyseenalaistetaan yritysten kukkaroiden kartuttamista tilanteessa, jossa niiden tuotteita ei pidetä tarpeellisina ja korkeat hinnat haittaavat kirjastojen perustoiminnasta huolehtimista.

Tieteellisen kustantamisen bisnes on omituista. (Olen kirjoittanut asiasta tarkemmin täällä,  täällä, täällä ja täällä. Täältä löytyy puheeni aiheesta.) Ensin tutkijat kirjoittavat artikkelit ja vertaisarvioivat ne, hoitavatpa usein ulkoasunkin, ilman mitään palkkiota kustantajalta. Sitten tutkijat maksavat kustantajalle siitä, että tämä julkaisee artikkelit ja sen jälkeen heidän instituuttinsa maksavat siitä, että tutkijat saavat lukea niitä. (Joskus maksetaan vain julkaisemisesta tai vain lukemisesta.) Kirsikka kakun päällä on se, että fysiikassa, matematiikassa ja yhä useammilla muilla aloilla julkaisut ovat ilmaiseksi luettavissa nettiarkistoista, kuten arXivista, ennen kuin kustantajat tulevat mukaan kuvioihin. Usein kustantajat itse asiassa rajoittavat artikkelin vapaata saatavuutta.

Tutkijat osallistuvat leikkiin siksi, että lehdet järjestävät vertaisarvioinnin, jonka antamaa laatuleimaa käytetään tutkijoita ja heidän instituuttejaan arvioitaessa. Kaupallisten kustantajien lisäksi on olemassa tieteellisten yhteisöjen lehtiä sekä nykyaikaisia ns. overlay-julkaisuja, jotka keskittyvät vain vertaisarviointiin. Mutta joillakin aloilla kaupallisilla kustantajilla on vieläkin keskeinen rooli.

FinELibin ja Elsevierin sopimus, joka leikkaa lehtien kustannuksesta 50%, voi lyhyellä aikavälillä parantaa tilannetta, mutta samalla se ylläpitää järjestelmää, jossa yliopistot ja kirjastot maksavat vertaisarvioinnista yli 10 000% (siis yli sata kertaa) ylimääräistä. Aina kun tutkija julkaisee Elsevierin lehdessä, merkittäviä summia siirtyy pois tieteestä kustantajalle. Julkaisumaksut ovat tyypillisesti 1 000-3 000 dollaria per artikkeli – Elsevierin hinnasto on täällä.

Riippuvuuden ruokkimisen sijaan korkeakoulut ja kirjastot voisivat olla edelläkävijöitä tieteellisen tiedonvälityksen kehittämisessä ja resurssien kestävässä käytössä aloittamalla yhteistyön eri alojen johtavien tutkijoiden kanssa nykyaikaisten, kustannustehokkaiden vertaisarvioinnin käytäntöjen järjestämiseksi. Tutkijoilla juuri ei ole motiivia ryhtyä korjaamaan ongelmaa, jonka vaikuttaa heidän työhönsä vain epäsuorasti, eivätkä maksujen alla kärsivät kirjastot voi päättää siitä, missä tutkijat julkaisevat eivätkä perustaa uusia julkaisuja ilman tutkijoita. Vaihtoehto kirjastojen ja tutkijoiden yhteistyölle on toivoa, että tilanne korjaantuu itsestään ja odottaessa heittää tiedebudjeteista miljardeja euroja hukkaan joka vuosi.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Pastaa syvemmälle

18.1.2018 klo 23.43, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Mustien aukkojen lisäksi LIGOn, Virgon ja tulevien gravitaatioaaltodetektorien odotetuimpia kohteita ovat neutronitähdet. Lokakuussa ilmoitettiin ensimmäisestä törmäyksestä, jossa ainakin toinen osapuoli on neutronitähti. Tapahtuma oli havaittu viime elokuussa, ja vastaavia odotetaan lisää LIGOn ja Virgon aloittaessa taas tänä syksynä päivityksen jälkeen.

Selittelen tässä hieman siitä, mitä neutronitähdet ovat, miksi ne ovat kiinnostavia ja mitä niiden törmäyksistä voidaan oppia. Aleksi Kurkela Stavangerin yliopistosta piti tänään Helsingin yliopistossa fysiikan laitoksella seminaarin aiheesta, mihin tämä merkintä osittain perustuu; Helsingissä alan asiantuntija on Aleksi Vuorinen.

Neutronitähdet ovat mustien aukkojen jälkeen äärimmäisimpiä tunnettuja kappaleita maailmankaikkeudessa (jos mustia aukkoja sopii kutsua kappaleiksi). Neutronitähti syntyy, kun yli kahdeksan Auringon massan painoinen tähti romahtaa ydinpolttoaineen loputtua. Romahdus sytyttää ydinräjähdyksen, joka heittää suurimman osan tähden aineesta avaruuteen. Gravitaatio pusertaa jäljelle jääneen osan tiheäksi paketiksi, neutronitähdeksi. Neutronitähden massa on yhdestä kahteen Auringon massaa tai vähän yli – kevyempi ei pysyisi kasassa, raskaampi romahtaisi mustaksi aukoksi – mutta säde vain kymmenen kilometrin luokkaa.

Neutronitähden tiheys on niin iso, että sitä on vaikea sovittaa arkiseen mittakaavaan. Punasolun verran neutronitähteä painaa yhtä paljon kuin ihminen, hiuksen kokoinen pala painaa enemmän kuin Haltitunturi, mehutölkin tilavuudessa on massaa kuin Mount Everestissä. Näissä vertauksissa joko tilavuus tai massa on inhimillisten mittojen tuolla puolen, mutta toisaalta neutronitähdet juuri suurentavat pienen mittakaavan ilmiöitä inhimillisesti hahmotettaviin mittoihin.

Kurkela kutsuikin neutronitähtiä leikillisesti femtoskoopeiksi: niitä tarkkailemalle ei saada tietoa mikrometrin mittakaavan tapahtumista kuten mikroskoopeilla, vaan pannaan miljardi kertaa pienemmäksi ja luodataan femtometriin eli 10^(-15) metriin. Tämä tarkoittaa sitä, että neutronitähdissä näkyy arkisissa mitoissa ilmiöitä, jotka ovat yleensä merkittäviä vain atomiydinten mittakaavassa.

Karkea kuva neutronitähdestä onkin, että se on kuin valtava atomiydin, jossa on enimmäkseen neutroneita. Gravitaation puristaessa syntyräjähdyksen jälkeen ainetta lähemmäs keskustaa tiheys kasvaa niin isoksi, että atomiytimet kohtaavat. Ytimet koostuvat neutroneista ja protoneista. Kun niiden tiheys kasvaa, protonit yhtyvät ytimiä kiertäviin elektroneihin ja muuttuvat neutroneiksi. Vapautuva energia pakenee tähdestä neutriinoina.

Tuon kuvauksen tarkkuus on suunnilleen sama kuin jos sanoisi Maan olevan kivipallo.

Neutronitähtien yksityiskohtainen rakenne on monimutkainen, eikä sitä vielä täysin tunneta. Uloimpana on, kuten Maalla, ilmakehä. Suomeksi ilmakehä (engl. atmosphere) saattaa tosin olla tässä hieman harhaanjohtava termi, koska kyseessä on vapaista ytimistä ja elektroneista koostuva plasma, jonka lämpötila on kymmenisen miljoonaa astetta. Ilmakehän syvyys on kymmenen metriä. Sen jälkeen on sadan metrin paksuinen ulkokuori, joka koostuu neutronipitoisista ytimistä.

Ulkokuoren alle sukellettaessa vastaan tulee sisäkuori, jossa neutronit alkavat vuotaa ytimistä ulos. Siellä saattaa kohdata erilaisia ytimistä koostuvia rakenteita: pallomaisia (lihapullat), kiinteitä sylintereitä (spagetti), levymäisiä (lasagne), kolmiulotteisia onkaloita (ravioli, reikäjuusto) ja onttoja sylintereitä (ziti). Nämä uivat neutroneista koostuvassa nesteessä (kastike): kuutiometri sitä painaa enemmän kuin Itämeri. Edellä on suluissa rakenteiden muotoa kuvaava tekninen termi; kokonaisuus tunnetaan nimellä ydinpasta.

Sisäkuoren jälkeen tulee ulompi keskusta, missä aine muuttuu täysin nestemäiseksi, ja mahdollisesti suprajuoksevaksi ja suprajohteeksi. Ei oikein tiedetä mitä sisemmässä keskustassa tapahtuu. On mahdollista, että aine valahtaa siellä todelliseen perustilaansa, joka saattaa koostua up– ja downkvarkkien, neutronien rakennuspalikoiden, lisäksi myös strange-kvarkeista. Tässä tapauksessa keskustaa ei pidä kasassa gravitaatio, vaan kvarkkien väliset vuorovaikutukset riittävät sitomaan sen yhdeksi kokonaisuudeksi. Voi myös olla, että keskustassa kvarkit eivät muodosta mitään rakenteita, vaan elävät vapaina. Kvarkit olivat vapaita varhaisessa maailmankaikkeudessa, ennen mikrosekunnin ikää, ja samankaltaiseen tilaan päästään hetkellisesti CERNin LHC:n ja muiden kiihdytinten törmäyksissä.

Ydinfysiikkaa on tutkittu paljon viime vuosisadan alkupuolelta lähtien. Voi siis tuntua kummalliselta, että ei osata sanoa, mitä neutronitähdissä tarkalleen tapahtuu. Tähän on kaksi syytä.

Ensinnäkin, ydinfysiikka on hankalaa, koska neutronit ja protonit eivät ole alkeishiukkasia, ja sisärakenteensa takia ne voivat vuorovaikuttaa monilla eri tavoilla. Osansa on myös sillä, että on monia muitakin kvarkeista koostuvia hiukkasia, jotka pitää ottaa huomioon ydinainetta tarkasteltaessa.

Toisekseen, Maassa vallitsevissa olosuhteissa ytimissä on suunnilleen yhtä paljon protoneita ja neutroneita, kun taas neutronitähdissä protoneita on vain muutama prosentti; loput ovat muuttuneet neutroneiksi. Niinpä Maan päältä ei ole havaintoja neutronitähtien kaltaisesta aineesta: kiihdyttimissä päästään samoihin tiheyksiin, mutta niissä ytimet ovat paljon kuumempia ja siksi niiden ymmärtäminen on helpompaa.

Juuri tämän takia neutronitähdet ovatkin kiinnostavia: kilometrien mittakaavan tapahtumat paljastavat ydinfysiikan tuntemattomia yksityiskohtia. Mitä voimakkaammin keskustan hiukkaset ovat sitoutuneet toisiinsa vuorovaikuttavat, sitä jäykempi neutronitähti on. Vapaista kvarkeista ja gluoneista koostuva plasma on esimerkiksi pehmeämpää kuin tiukasti pakatuista ytimistä koostuva aine. Mitä jäykempää aine on, sitä isompi neutronitähti voi olla: pehmeä aine lysähtää.

Siispä tarkoista mittauksista neutronitähtien koosta ja massoista voi lukea sen, miten ytimet käyttäytyvät hyvin tiheissä olosuhteissa. Kansainvälisellä avaruusasemalla oleva NICER-koe pyrkii mittaamaan joidenkin neutronitähtien koon (massa tunnetaan jo hyvin) kahden prosentin tarkkuudella niiden lähettämien röntgensäteiden avulla. Tämä kirkastaisi käsitystämme kvarkeista ja gluoneista koostuvan aineen käyttäytymisestä huomattavasti. Tuloksia odotetaan tämän kevään aikana.

Toinen tapa saada tietoa neutronitähtien koostumuksesta on niiden törmäyksistä tulevat gravitaatioaallot ja sähkömagneettiset aallot. Mitä kovempaa aine on, sitä kookkaampi neutronitähti on. Isompi tähti venyy helpommin kiertäessään seuralaista ennen törmäystä, mikä muuttaa parin lähettämiä gravitaatioaaltoja. Lokakuussa ilmoitetussa parissa ei tällaista venymistä näkynyt, mikä rajoittaa sitä, kuinka kova keskusta voi olla. Jos kahden neutronitähden törmäyksen tuloksena on neutronitähti, niin törmäyksen jälkeiset gravitaatioaallot myös kertovat siitä, millaista aine on. Mitä kovempaa aine on, sitä tiukemmin se värähtelee, ja sitä isompi on aaltojen taajuus. Viime elokuun parin kohdalla törmäyksen jälkeinen gravitaatioaaltosignaali oli liian heikko havaittavaksi (ja niistä luultavasti syntyi musta aukko), joten tämän ilmiön löytäminen on vielä edessä.

Muita kiehtovia asioita ovat vinhasti pyörivien neutronitähtien pinnalle olevien millimetrin korkuisten vuorten lähettämät gravitaatioaallot, samaisten pyörivien tähtien lähettämien radiosignaalien käyttäminen kelloina, pimeän aineen mahdollinen vaikutus keskustassa, äärimmäiset magneettikentät ja yleisen suhteellisuusteorian testaaminen neutronitähtien avulla. Näiden aiheiden käsittely ei tähän mahdu, mutta palannen joihinkin niistä myöhemmin, viimeistään uusien havaintojen myötä.

Päivitys (20/01/18): Tein tekstiin kaksi korjausta, jotka on merkitty yliviivauksella.

Ensinnäkin, jos neutronitähden keskusta koostuu up-, down- ja strange-kvarkeista, niin se tuskin pysyy kasassa ilman gravitaatiota. (Toisin kuin sellainen –epätodennäköinen– tilanne, jossa neutronitähdet koostuvat kokonaan strange-kvarkkeja sisältävästä aineesta.)

Toisekseen, sekä puoleensavetävien että hylkivien vuorovaikutusten voimakkuuden kasvu keskustassa voi johtaa jäykempään aineeseen, ja pääasiassa on kyse hylkimisestä.

Kiitos Aleksi Vuoriselle korjauksista.

21 kommenttia “Pastaa syvemmälle”

  1. Eusa kirjoitti:

    GW170817 -analyysitiedot kertovat, että yli 1/40 auringon massaa hävisi järjestelmästä sulautumisen yhteydessä.

    Missä muodossa tuo massaenergia oli ennen sulautumista, kun oletetaan ettei ainekatoa tapahdu gravitaatioaaltojen muodostumisessa ja onko vastaava ”gravitaatiodynaaminen massa” poissuljettu pimeän massan selittäjänä monimutkaisesti ja hierarkisesti järjestyneissä järjestelmissä, kuten galakseissa ja galaksijoukoissa?

    En ole nähnyt laskelmaa, jossa olisi selvitetty dynamiikkaan sitoutuneen massaenergian osuutta – yleensä näyttää lasketun näkyvän aineen määrää ja sitä vastaavaa massaa. Eikö dynamiikkaan avaruusajan kaarevuuden muodossa pitämiseksi tarvita kuitenkin oma energiaosuutensa, joka tulee ilmi näissä sulautumisissa ja saattaisi kertautua merkittäväksikin, kun dynamiikka on hierarkista ja selvin massajakaumavaihteluin (esim. spiraaligalaksit)?

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kyseinen järjestelmä säteili pois määrän energiaa, joka vastaa 2.5% Auringon massasta.

      Ennen törmäystä järjestelmällä oli positiivista liike-energiaa (ja massaan liittyvää lepoenergiaa) sekä negatiivista gravitaatioon liittyvää energiaa. Mitä lähempänä kappaleet olivat, sitä voimakkaampaa niiden gravitaatio oli ja sitä negatiivisempi siihen liittyvä energia oli. Kun systeemi säteilee gravitaatioaaltoja, kappaleet tulevat lähemmäksi toisiaan. Sitten niiden liike nopeutuu, joten ne säteilevät vielä enemmän. Tämän takia systeemi nopeutuu ja törmäyksen loppuvaiheet ovat hyvin pikaiset.

      Tällä ei ole mitään tekemistä pimeän aineen kanssa. Isommassa mittakaavassa, kuten galakseissa, gravitaatioon liittyvän energian osuus on mitätön.

      1. Eusa kirjoitti:

        Ei kai kappaleiden keskinäisen gravitaation voimakkuus ole sinänsä merkityksellinen järjestelmän ulkopuolen suhteen vaan se, säilyykö etäisyys ainerakenteen vai kinetiikan ansiosta. Jos kappaleet eivät pyöri, vaan ne pitää erillään tukitanko, silloin ulkopuolelle gravitoi aineiden massasumma. Jos ne pysyvät erillään keskinäisen liike-energian johdosta, silloin gravitoi ulos suurempi ”massa”, neutronitähtien tapauksessa juuri ennen merkittävää inspiraalia n. 1/40 auringon massan verran suurempi energia.

        Menikö aivan väärin?

        1. Syksy Räsänen kirjoitti:

          Meni. Tämä menee merkinnän aiheesta vähän sivuun, joten ei tästä sen enempää.

  2. Eusa kirjoitti:

    Neutronitähdistä kun on puhetta, mitä arvelet tuoreesta uutisesta, jonka mukaan GW170817 -sulauman jälkihehku voimistuu ennakko-odotuksista poikkeavalla tavalla. Eikö ainerakenteen tuntemukseen voisi olla tästä tapauksesta luvissa vielä jotain hedelmällistä?

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      En ole huomannut, mikä uutinen tuo on?

        1. Syksy Räsänen kirjoitti:

          Neutronitähtien törmäysten jälkipyykin mallintamisessa on vielä paljon kehittämistä, mutta tuon artikkelin raportoimissa havainnoissa ei ole mitään erityisen järisyttävää.

          1. Eusa kirjoitti:

            Eipä todellakaan. Mielenkiintoista seurata nähdäänkö kirkkausvaihtelua, joka kertoisi aineen järjestymisestä kertymäkiekoksi tms jne.

          2. Pekka Janhunen kirjoitti:

            Yksi spekulaatio joka on esitetty (ei tietääkseni tosin tässä tapauksessa) on että joidenkin neutronitähtien ytimessä saattaisi tapahtua ”sähköheikkoa palamista” jossa kolme baryonia muuttuu kolmeksi leptoniksi sphaleroniksi kutsutun objektin katalysoimana. Kaiketi ilmiön ulkoisena tunnusmerkkinä olisi neutronitähden tavallista suurempi energiantuotto. Ei varmaankaan tosin ihmisen aikaskaalassa.

          3. Syksy Räsänen kirjoitti:

            Kuulostaa kummalliselta. Sphaleroneilla on merkitystä vasta paljon isommissa lämpötiloissa kuin mitä neutronitähdissä vallitsee.

          4. Pekka Janhunen kirjoitti:

            Tuo paperi on https://arxiv.org/abs/0912.0520 .

            Ymmärtääkseni lämpötila siinä senttimetrien kokoisessa palavassa ytimessä olisi paljon korkeampi kuin neutronitähden muissa osissa, eli kerran sytyttyään palaminen ylläpitäisi tarvitsemaansa lämpötilaa.

          5. Syksy Räsänen kirjoitti:

            Tuo artikkeli ei käsittele neutronitähtiä, vaan spekulatiivisia sähköheikkoja tähtiä.

          6. Pekka Janhunen kirjoitti:

            Jotka ovat alatyyppi neutronitähtiä.

  3. Markku kirjoitti:

    Onko tutimuksen näkökulmasta lupaavaa, että tämä neutronitähtitutimus ja havainnot femtoskopioneen
    ja pastoineen toisivat lisävaloa ”mikroskooppisen” ja ”makroskooppisen” maailman
    ymmärtämiseen jotain uutta?.
    Käsittääkseni kvanttimekaniikka ja maalaisjärki ovat ristiriidassa planeettamme edustamaltamme eliölajilta.

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Ei, neutronitähtien tutkimuksesta ei ole odotettavissa läpimurtoa sen ymmärtämiseen, miksi kvanttimekaaninen maailma näyttää arkiskaalassa klassiselta. (Jos ymmärsin kysymyksen oikein.)

  4. Eusa kirjoitti:

    Hyvin korjailtu. Puoleensa vetäminen ja hylkiminen ei ole fysiikassa niin kauan riittävästi hallittua teoriaa kunnes gravitaation ja massan luonne ymmärretään kunnolla, eikös vain?

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Tällä ei ole gravitaation ja massan luonteen kanssa mitään tekemistä.

  5. Kari Leppälä kirjoitti:

    Kiitos ruokahalua herättävästä kirjoituksesta! Tämä oli kyllä minulle 100% uutta tietoa.

  6. Sunnuntaikosmologi kirjoitti:

    Hyvä kirjoitus !

    Onko neutronitähdissä jokin ”palamisprosessi” edelleen menossa, kuten normaalitähdissä on vetyfuusio ?

    Ja normaalitähdillähän on tuo elinkaari jonka määrää fuusioprosessin eteneminen. Onko neutronitähdet jaoteltavissa nuoriin ja vanhoihin ?

    1. Syksy Räsänen kirjoitti:

      Kiitos. Neutronitähdissä ei tapahdu enää fuusiota, mutta ne säteilevät energiaa jäähtymisen myötä. Neutronitähdillä kestää noin sata vuotta tasata lämpötila kuoren ja keskustan välillä.

      Tämän jälkeen ne voidaan jakaa nuoriin ja vanhoihin sen mukaan, säteilevätkö ne niin paljon, että lähellä olevia neutronitähtiä voi havaita Maasta käsin. Jäähtymisessä neutronit ja protonit muuttuvat toisikseen ja säteilevät neutriinoita. Prosessin yksityiskohdista ei ole varmuutta (se riippuu siitä, mikä on protonin ja neutronien suhde). Tärkeimmästä jäähtymiskanavasta on hidas ja nopea versio. Jos hidas versio on tärkein, jäähtymisessä kestää joitakin miljoonia vuosia. Jos nopea versio on mahdollinen, jäähtyminen kestää vain korkeintaan joitakin satoja vuosia.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *