Kohti monimuotoisuutta

10.11.2019 klo 17.56, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Tällä viikolla Helsingissä järjestettiin 4.-5.11. NORNDiPin toinen konferenssi. NORNDiP eli Nordic Network for Diversity in Physics on naispuolisten pohjoismaisten fyysikoiden vuonna 2017 perustama ja  NordForskin rahoittama projekti naisten näkyvyyden, tasa-arvon ja diversiteetin edistämiseksi fysiikassa.

Konferenssissa oli naispuolisten fyysikoiden kiinnostavia puheita fysiikan eri alueilta, kuten neutriinoiden astrofysiikasta, kaupunkien mikrometeorologiasta, maanjäristyksistä, rakenteiden vaikutuksesta maailmankaikkeuden laajenemiseen, ja aurinkoenergiaa keräävien liuosten valmistamisesta molekyylifysiikan keinoin. Lisäksi oli sukupuolikysymyksiin, tasa-arvoon ja diversiteettiin keskittyviä puheita.

Konferenssin avasi Helsingin yliopiston vararehtori (ja hiukkasfyysikko) Paula Eerola. Matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa yleisesti ja fysiikassa erityisesti on pitkään ollut ongelmana naisten pieni osuus sekä opiskelijoista että tutkijoista. Aloittavien opiskelijoiden osalta tilanne on parantunut huomattavasti. Matemaattis-luonnontieteellisessä on itse asiassa nykyään kaikista tiedekunnista kaikkein tasaisin aloittavien opiskelijoiden sukupuolijakauma: naisia on 45%. Kaikissa muissa tiedekunnissa valtaosa opintonsa aloittavista on naisia. Seuraavaksi vähiten epätasainen tilanne on oikeustieteellisessä ja teologisessa, missä 63% aloittavista opiskelijoista on naisia.

Matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan osastoista paras tasapaino on fysiikassa, missä aloittavista opiskelijoista naisia on 43%. Epätasaisimmat luvut ovat tietojenkäsittelytieteessä (31% naisia) ja kemiassa (65% naisia), mutta edellisen tilanne muuttuu nopeasti: naisten osuus on yli kaksinkertaistunut viimeisten neljän vuoden aikana.

Viime vuosikymmenellä aloittavista fysiikan opiskelijoista vain kolmannes oli naisia. On vaikea sanoa varmasti, mistä muutos johtuu, mutta siihen lienee vaikuttanut se, että fysiikan osasto on panostanut siihen, miten fysiikkaa esitetään kouluille ja tuonut esille naispuolisia roolimalleja. Uusien alojen kuten ilmakehätieteen kasvu on myös saattanut vaikuttaa.

Henkilökunnan tilanne on paljon epätasaisempi: matemaattis-luonnontieteellisessä tiedekunnassa henkilökunnasta 29% on naisia; professorien kohdalla osuus on 13% (tilastoissa on muuten vain kaksi sukupuolta). Eija Tuominen esitteli keräämiään lukuja fysiikan osalta Suomen yliopistoista. Helsingissä naisten osuus professoreista on isoin, 8/38 (21%). Huonoin tilanne on Itä-Suomen yliopistossa, missä 12 fysiikan professorin joukossa ei ole ainuttakaan naista (0%). Seuraavaksi epätasaisin tilanne on Aalto-yliopistossa, missä 22 professorista yksi on nainen (5%) ja Jyväskylän yliopistossa, missä 18 professorista yksi on nainen (6%). (Näissä luvuissa ovat mukana apulaisprofessorit, täysprofessorien kohdalla tilanne olisi luultavasti vieläkin karumpi.)

Tilanne on samanlainen muissa pohjoismaissa: mitä korkeammalle mennään, sitä vähemmän naisia on, eikä ongelma korjaannu itsekseen ajan myötä. Yleinen yhteiskunnallinen tasa-arvo ei myöskään takaa naisten tasapuolista edustusta, vaan siihen vaikuttavat monet tekijät. (Esimerkiksi Birzeitin yliopistossa Miehitetyillä palestiinalaisalueilla noin 80% fysiikan opiskelijoista on naisia, vaikka yleinen tasa-arvon tilanne on siellä heikompi kuin Suomessa.)

Naisten vähäiseen osuuteen vaikuttavat ainakin tiedostamattomat ennakkoluulot, lasten hankkimisen vaikea yhdistäminen tutkimustyöhön (missä vaikuttaa myös lapsenhoidon ja kotitöiden epätasainen jakautuminen), naispuolisten roolimallien ja ohjaajien puute, naispuolisten kollegoiden puute, avoin syrjintä sekä seksuaalinen ja sukupuoleen perustuva häirintä.

Jadranka Gvozdanovic kertoi, että Euroopan unionin ylenpalttisen arvostettujen aloittavien tutkijoiden ERC-tutkimusrahoituksen hakijoista naisia on 31% ja saajista 27%. Naisten tutkimussuunnitelmat arvioidaan yhtä hyväksi kuin kuin miesten, mutta heidän tutkijan potentiaalinsa saa huonommat arviot. Jälkimmäinen on epämääräisempi ja vaikeammin punnittava asia, ja arviot siitä saattavat siksi olla helpommin ennakkoluulojen vietävissä. Tätä on yksittäisissä tapauksissa vaikea osoittaa, mutta asiasta on yleisesti ottaen tutkimusnäyttöä. Esimerkiksi on todettu, että täysin identtisistä hakemuksista, joista toisessa on miehen ja toisessa naisen nimi miehen nimellä varustettu arvioidaan korkeammalle. Gvozdanovicin mukaan arvioihin vaikuttaa myös se, että miehet herkemmin liioittelevat ja naiset vähättelevät saavutuksiaan.

Mutta kuten olen aiemmin kirjoittanut, ei ole selvää, miksi tilanne on erityisen huono fysiikassa. Aikoinaan kaikki yliopistojen alat olivat vain miehille, ja kaikissa oli aluksi samat ongelmat. Miksi fysiikassa ja läheisillä aloilla edistys on ollut muita hitaampaa? Osa syistä liittyy ennakkokäsityksiin fysiikasta, koska naisia on jo aloittavissa opiskelijoissa vähemmän, osa siihen mitä yliopistoissa tapahtuu, koska naisten osuus laskee korkeammalle noustessa.

Tomas Brage tarjosi yhdeksi selitykseksi fyysikoille ominaista kognitiivista harhaa. Fysiikan teorioiden muotoilussa ja ongelmien ratkaisemisessa sosiaalisten tekijöiden ja yhteiskunnallisten ennakkoluulojen vaikutus on vähäinen. (Niillä on kyllä iso vaikutus siihen, mitä teorioita arvostetaan ja mitä ongelmia lähdetään ratkaisemaan.) Niinpä on helppo kuvitella, että fyysikkona tekee päätöksiä opiskelijoiden ja tutkijoiden valinnasta yhtä lailla ilman ennakkoluuloja. Ennakkoluuloja on vaikeinta ottaa huomioon silloin kun kuvittelee, että niitä ei ole. Koulutus ja kokemus analyyttisestä ajattelusta auttaa päätösten tekemisessä rationaalisesti vain silloin kun tuntee oman ajattelun lähtökohdat. Jotkut myös esittivät, että erityisesti fysiikassa ja matematiikassa vaalitaan sankarimyyttiä yksinäisestä nerosta, joka yleensä mielletään mieheksi.

Usea puhuja korosti sitä, että ongelman korjaamiseen ei riitä lukujen mittaaminen tai ohjeiden laatiminen, vaikka niistä on hyvä aloittaa. On tärkeää tiedottaa tasa-arvosta ja kouluttaa sen toteuttamiseksi kaikilla tasoilla, alkaen johdosta. On oleellista saada johdolta selvä viesti tasa-arvon ja diversiteetin merkityksestä, joka auttaa konkreettisten toimien saamisessa läpi.

Läpinäkyvyyden lisääminen valintojen ja palkkauksen kaikilla tasoilla on keskeistä: tasapuolisuutta on vaikea varmistaa, jos ei ole tietoa siitä, mitä tapahtuu. Prosesseissa olisi syytä olla mukana ulkopuolinen tarkkailija, joka voi varmistaa tasapuolisuuden toteutumisen. Pitää myös olla mahdollisuus katkaista prosessi, jos tasapuolisuus ei toteudu, vaikkapa sen takia että paikasta on tiedotettu valikoivasti. Esimerkkinä mainittiin tapaus, jossa haku laitettiin uusiksi, kun kaikki ehdokkaat olivat miehiä. Tasapuolisuus on tärkeä ottaa huomioon alusta alkaen, ei vain lopullisia valintoja tehdessä. Omat ongelmansa on paikoissa, jotka täytetään suoraan kutsumalla, ilman avointa hakua. (Mainittakoon, että minut nimitettiin sekä viisivuotiseen yliopistonlehtorin tehtävään että nykyiseen pysyvään yliopistotutkijan paikkaan ilman hakua.) Kannustimien luomisen merkitystä korostettiin: jos rahoitus riippuu diversiteettitavoitteiden saavuttamisesta, tilanne muuttuu nopeasti.

Tanskassa on paikkoja, joita saavat hakea vain naiset ja muuta vain naisille tarkoitettua rahoitusta. Yksi tällaisten järjestelyjen ongelma on se, että jos naisille on korvamerkittyä rahaa, niin tätä pidetään syynä olla antamatta heille sellaista rahoitusta, jota kaikki voivat hakea. Sukupuolikiintiöt ovat toinen joskus käytetty väline, mutta avoimien ja ennakkoluulot huomioon ottavien, tasapuolisten prosessien ja käytäntöjen luominen esitettiin tehokkaampana keinona tasa-arvon ja diversiteetin toteutumiseen. Kiintiöt voivat korjata lukumäärien vinoumia, mutta sivuuttavat niihin johtavat syyt.

Kiintiöiden käyttämisessä esimerkiksi arviointilautakunnissa ja muissa päättävissä tai neuvovissa elimissä on myös se ongelma, että kun naiset ovat vähemmistössä, heille tulee suhteettoman paljon tällaista hallinnollista työtä. Tämä vie aikaa pois tutkimukselta, opetukselta ja muulta arvostetummalta (ja kiinnostavammalta) työltä.

Yritysmaailmaan siirtynyt Vala Hjörleifsdóttir kertoi, että hänen kokemuksensa mukaan yliopistoissa fysiikassa halutaan palkata yksittäisiä supertähtiä, kun taas yrityksissä mietitään, kuka on ryhmän kokonaisuuden kannalta paras ehdokas. Hän totesi, että koska jälkimmäisessä tapauksessa ajatellaan tutkimuksen tekemisen kokonaisuutta eikä vain yksilöä, diversiteettikysymys nousee automaattisesti osaksi päätöksentekoa.

NORNDiP-verkoston nimessä esiintyy sana diversiteetti eli monimuotoisuus, jota nykyään käytetään ennemmin kuin naisten edustusta tai tasa-arvoa. Käsitteillä on suuri merkitys ajattelun ohjaamisessa, ja termi diversiteetti auttaa hahmottamaan sitä, että sukupuolia on useampia kuin kaksi ja tasa-arvossa on muitakin akseleita kuin sukupuoli. Usein etniseen taustaan liittyvään syrjintään on kiinnitetty vähemmän huomiota kuin sukupuoleen liittyvään.

Esimerkiksi CERNin diversiteetti- ja inkluusio-ohjelman johtaja Louisa Carvalho puhui CERNissä otetuista askeleista tasa-arvon suhteen mitä tulee sukupuoleen ja seksuaaliseen orientaatioon. Sitä ei kuitenkaan pidetä mainitsemisen arvoisena, että CERNin ainoa Euroopan ulkopuolinen jäsenvaltio Israel perustuu sekä laillisesti että käytännössä yhden etnisen ryhmän ylivaltaan ja rotusortoon. Sitä, että Israelin akateemiset instituutiot osallistuvat rotuerottelun ylläpitämiseen ei katsota diversiteettikysymykseksi – lähitulevaisuudessa tämä nähtäneen aikamme omituisuutena.

NORNDiPin konferenssi on hyvä esimerkki ruohonjuuritasolta nousevasta toiminnasta. Osallistujat olivat muutamaa poikkeusta lukuun ottamatta fyysikoita, joten he tuntevat alan käytännöt hyvin, ja olivat itse keränneet datan ja käyneet sitä läpi. (Data-analyysi on tietysti fyysikoille tuttua, ja esityksissä oli paljon lukuja.)

Samalla täytyy sanoa, että tällainen ruohonjuuritason konferenssi on itsessään osoitus ongelmasta. Jos tasa-arvo ja diversiteetti otettaisiin vakavasti, yliopistoilla olisi palkattuja ammattilaisia, jotka järjestelmällisesti keräisivät aiheesta tarkkaa dataa; analysoisivat sitä; auttaisivat diversiteettitavoitteiden muotoilemisessa; ja seuraisivat tavoitteiden saavuttamista ja raportoisivat siitä suositusten kera. Nyt tutkijat joutuvat tekemään tätä oman alansa osalta vapaaehtoisesti työnsä ohella. Kun kyseiset tutkijat ovat ylivoimaisesti naisia, niin diversiteetin edistäminen itsessään osaltaan lisää epätasa-arvoa, se kun vie naispuolisten fyysikoiden aikaa.

Niin luvuilla mitatun tasa-arvon edistäminen kuin häirintätapauksiin puuttuminen koetaan liian usein niiden ongelmaksi, josta tilanteesta kärsivät. Yliopistojen johto on helposti passiivinen ja sysää ratkaisujen keksimisen ongelmia esille tuovien vastuulle (joilla ei kuitenkaan ole valtaa muuttaa asioita), sen sijaan että ryhtyisi toimeen.

Luvut ja ylätason analyysi eivät yksin välitä ongelman laajuutta. Naisfyysikoiden kertomukset omista kokemuksista epäasiallisesta kohtelusta valaisevat ongelmien konkreettisuutta, sekä siltä kannalta että asioissa on edetty että myös siinä, että on vielä paljon korjattavaa.

Yksi tällaisten tapaamisten hyöty on se, että tasa-arvosta kiinnostuneet tapaavat ja verkostoituvat. Usein ihmiset eivät uskalla kertoa häirinnästä tai kiinnittää huomiota rakenteellisiin vääristymiin tiedeyhteisössä, koska pelkäävät, että heidät leimataan ongelmalliseksi.

NORNDiPiin voi liittyä lähettämällä viestin osoitteeseen norndip@gmail.com. Helsingin yliopiston Kumpulan kampuksella toimii naisverkosto, joka on avoin kaikille sukupuolille. Fysiikan osastolla ongelmista sopii raportoida hyvinvointiryhmälle, joka luotsasi viime vuonna kampukselle menettelyohjeen (Code of Conduct).

10 kommenttia “Kohti monimuotoisuutta”

  1. Tasa Arvoinen sanoo:

    ”Matemaattis-luonnontieteellisessä on itse asiassa nykyään kaikista tiedekunnista kaikkein tasaisin aloittavien opiskelijoiden sukupuolijakauma: naisia on 45%.”

    Monien tasa-arvoaktivistien mielessähän tavoite ei ylipäänsä ole tasapuolinen sukupuolijakauma, vaan naisten aliedustukse korjaus. Naisten yliedustusta taas ei yleensä nähdä ongelmana, vrt. tasa-arvolautakunnat.

    Kovin vähän on äänekkäitä puheenvuoroja ja toimia näkynyt miesoletettujen opiskelijoiden lisäämisen puolesta yliopistoissa, vaan yleensä nämä seminaarit ja muut keskittyvät naisoletettujen vähyyteen, vaikka tilanne – kuten tuot esiin – taitaakin olla jo päinvastoin suurimmassa osassa tiedekuntia.

    Missä vaiheessa tarvitaan erityistoimenpiteitä ja -kohtelua miesopiskelijoiden määrän kasvattamiseksi?

    Onko sitten tasan 50/50 (mihin muunsukupuoliset lasketaan?) menevä jako opiskelijoissa ja työntekijöissä tavoiteltava tila? Voidaanko olettaa, että koko populaation tasolla kiinnostus kaikkia aloja kohtaan jakautuu tasaisesti? Vai millä perusteella opiskelu- tai työpaikat pitäisi jakaa, eikö kiinnostus ja kompetenssi olekaan hyvä mittari?

    Hyvin kuvaavaa nykyiselle tasa-arvokeskustelulle on, että yliopistossa toimii ”kaikille sukupuolille avoin” naisverkosto. Tasa-arvon ajajat ovat enimmäkseen kiinnostuneita lähinnä naisten asemasta ja sen parantamisesta, mikä näkyy ihan jo tällaisten verkostojen nimeämisessä, vaikka juhlapuheissa muuta väitettäisiinkin.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kuten mainitsen, opiskelijoiden osuus kertoo vain osan. Naisten edustus pienenee mitä korkeammilla paikoille mennään, ei vain fysiikassa vaan myös yliopistossa kokonaisuutena.

      Aloittavien miesopiskelijoiden pieni osuus on mielestäni monilla aloilla oleellinen kysymys, mutta tunnen lähinnä fysiikan tilannetta, jossa tätä ongelmaa ei ole.

      Oleellista on se, että työpaikat eivät jakaudu vain kiinnostuksen ja kompetenssin mukaan, vaan on olemassa naisia syrjiviä tekijöitä.

      Näiden syrjivien tekijöiden takia on fysiikassa aiheellista kiinnittää huomiota erityisesti naisten osuuteen ja ongelmiin. Diversiteetti ja tasa-arvo voi olla parempi kehys kuin vain naisten edustus (mistä kirjoitankin yllä), mutta tämä ei muuta sitä, että on olemassa sukupuolittunut ongelma.

  2. Virpi K sanoo:

    Kirjoituksesi on hyvä ja monimuotoinen katsaus konferenssin sisältöihin. Tiedostamattomien ennakkoluulojen tiedostaminen on tosiaan tärkeää. Osa ennakkoluuloista voi olla myös tiedostettuja, mutta niitä ei kyseenalaisteta. Tieteen kuten monen muunkin alan historiassa on kerrottu paljon miehistä ja naiset ovat jääneet marginaaliin. Tämä saattaa johtaa siihen, ettei naisten panokseen huomata kiinnittää huomiota riittävässä määrin. Tämä on onneksi muuttumassa tai ainakin ollaan tietoisempia asiasta, mistä tämä konferenssi naisten näkyvyyden, tasa-arvon ja diversiteetin edistämiseksi fysiikassa on yksi esimerkki. Faktojen perusteella voi tarkastella, missä kohdin on vääristymiä, selvittää, mistä ne johtuvat ja sitten tehdä asioille jotain.

  3. HY opiskelija sanoo:

    Ja sitten se taas ei ole ongelma että naisia on enemmän hampaalla, lääkiksessä, psykalla, kemialla, yleensäkkään yliopistossa tai lukiossa, mutta se on iso ongelma, että naisia ei ole tarpeeksi fysiikalla, joten he saavat sieltä ensimmäisenä tai toisena vuonna työpaikan – ohi kolmannen ja neljännen vuoden pätevimpien miesopiskelijoiden.

    Nykyään fyysikan työpaikka hauissa suositaan jopa naisia. Jos kaksi yhtä pätevää henkilöä hakee työpaikkaa, joista toinen on nainen ja toinen on mies, niin valitaan huomattavasti useammin nainen.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Ks. vastaukseni Tasa Arvoisen kommenttiin yllä.

      Millaisiin työpaikkoihin ensimmäisen ja toisen vuoden opiskelijoille viittaat?

      Yleistä ohjeistusta tai käytäntöä naisten suosimisesta yhtä pätevien henkilöiden tapauksessa ei ole.

  4. Eusa sanoo:

    Toinen tyttäristäni opiskeli yliopistossa tietotekniikkaa ja toinen matemaattisia tieteitä. Käsittääkseni varsinainen mahdollinen eriarvoinen kohtelu on tullut vastaan vasta työelämässä.

    Mielipiteeni on, että ok silloin tällöin voi herätellä erityiskonferenssilla, mutta siitä ei saisi tulla tapaa. Ainakin kiintiöiden ajan kuulusi olla jo ohi. Kun pidämme itsestäänselvänä, ettei ulkoisiin seikkoihin kiinnitetä huomiota, on se itseään ruokkiva kulttuuri ja tasavertaisuus kukoistaa kaikissa näkökulmissa.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kiintiöiden aikaa ei ole Suomessa koskaan ollutkaan.

      Todellisuudessa sukupuoleen kiinnitetään huomiota, kuten tutkimukset osoittavat. Asioiden tuominen esille ja niihin liittyvän kulttuurin kehittäminen on välttämätöntä ongelmien korjaamiselle.

      1. Eusa sanoo:

        Tasa-arvolaissa on mainittu kiintiöt ja tasapuolisuussääntö. Muistaakseni lain esitöissä mm. kiintiöt oli tarkoitettu nimenomaan siirtymävaiheen herätteeksi / tasa-arvon edistämiseksi, tasapuolisuussääntö pitkäksi linjaksi, kun kulttuuri on vakiintunut.

        Et ehkä pysty muistamaan 1980-lukua, jolloin yliopistopaikoille oli ihan yleisesti sukupuolikiintiöitä ja muitakin kiintiöitä – mitä nyt sitten pitäisikään kutsua ”kiintiöiden ajaksi”?…

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Millaisia kiintiöitä väität yliopistoissa fyysikoille olleen 1980-luvulla?

          1. Eusa sanoo:

            Ei luonnontieteisiin ollut tosiaan muita kuin ”negatiivisia kiintiöitä” eli sinne päätyi opiskelemaan melkein hakematta, niin minäkin. 🙂

            Kirjoitin yleisestä näkökulmasta. Esim. matematiikka ja fysiikka eivät olleet taloudellisesti menestyksellisen uran näköaloja ja ehkei siksi asenteellisen kulttuurin muuttamiselle ollut tarvetta.

            Erityisesti tulee tunnistaa yhdyskunnan arvoihin kytkeytyvä eriarvoisuus. Jos johtavana arvona olisi ollut kunnia olla tekemässä tieteellistä tutkimusta, varmastikin tasa-arvotyö olisi nähty tärkeäksi ”kiintiöiden ajankin” muodossa.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Paikan täyttäminen

28.10.2019 klo 00.12, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Pari viikkoa sitten tutkijakollegani Tommi Tenkasen vieraillessa Helsingissä juttelimme työhuoneellani inflaatiosta, pimeästä aineesta ja pimeästä energiasta. Sitten kiistelimme hänen paljon huomiota saaneen artikkelinsa lehdistötiedotteesta ja termistä alkuräjähdys. Lopuksi Tommi antoi minulle käteen vasta ilmestyneen kirjansa Pimeän aineen arvoitus sanoen, että sen alussa on alkuräjähdykselle määritelmä, josta en pidä. Hän oli totisesti oikeassa, mutta kirjassa on myös paljon sellaista mistä pidän.

Ursan julkaisema kirja on kauniskantinen ja hyväntuoksuinen. Sen 12 luvussa ja noin 200 sivulla käydään läpi pimeän aineen perusteita niin teorian kuin havaintojen osalta. Kunkin luvun avaa viehättävän vanhakantainen yhden virkkeen tiivistelmä sisällöstä, ja jokaisen lopussa on kolmen pointin kertaus. Sellainen onkin hyödyllinen tällaisessa tietokirjassa, joka kulkee tarinallisesti ja jossa tietoa pitää pohjustaa huolella.

Tommi on teoreettinen fyysikko, mutta kertoo tarinan havainnot edellä. Tämä on asianmukaista, meillä kun on paljon pimeään aineeseen viittaavia havaintoja, mutta emme tarkalleen tiedä millainen teoria sitä kuvaa. Ensimmäinen luku on pikajuoksu kosmologian virstanpylväiden ohi, sen jälkeen käydään yksittäisiä aiheita tarkemmin läpi. Pimeän aineen tutkimus yhdistää astrofysiikkaa ja hiukkasfysiikkaa, ja kirjassa molemmat puolet ovat sopivalla painolla mukana.

Pimeä aine on yksi kosmologian keskeisiä kysymyksiä, avoin paikka maailmankaikkeuden kalusteluettelossa. Kirjassa käsitellään pimeää ainetta erittäin monipuolisesti, 1900-luvun alkupuolen havainnoista kosmiseen mikroaaltotaustaan, gravitaatiolinsseihin, galaksien ja ison mittakaavan rakenteen simulaatioihin, pimeän aineen hiukkasten suoraan ja epäsuoraan havaitsemiseen ja niiden tuottamiseen hiukkaskiihdyttimissä. Historiassa on kiinnostavia yksityiskohtia, joita en aiemmin tiennyt. Kokeiden historia tuo esille fyysikkojen kekseliäisyyden, ja mukaan ovat päässeet uusimmat hauskat ehdotukset pimeän aineen etsimisestä DNA-rihmoilla ja 12 kilometrin syvyydestä kaivetuilla mineraaleilla.

Lukuisista vaihtoehdoista pimeän aineen hiukkaselle kirjassa on käsitelty tarkimmin nynnyjä, aksioneja ja mustia aukkoja. Tommi mainitsee myös eksoottisen mahdollisuuden siitä, että pimeä aine olisikin monimutkaisempaa ja muodostaisi kenties jopa pimeän aineen planeettoja ja olentoja. Myös se vaihtoehto, että pimeää ainetta ei olisikaan olemassa käydään läpi.

Kirjassa esitellään Suomessa pimeän aineen tiimoilta tehtävää tutkimusta. Tommi on siinä mukana, ja kirjoittaa jonkin verran omasta työstään ja polustaan tutkijana. Tarina liikkuu Higgsin hiukkasen löytämisestä CERNin saleissa Planck-satelliitin tuloksen käsittelyyn Helsingin yliopiston fysiikan tutkimuslaitoksen seminaarihuoneessa, ja sieltä Johns Hopkinsin yliopiston käytäville.

Tieteen tekemisen ennalta-arvaamattomuus ja yhteisöllisyys tuodaan hyvin esille. Pimeällä aineella on ollut monta kokkia, mikä esitetään selitykseksi sille, että sen enempää Fritz Zwicky kuin Vera Rubin ei saanut Nobelin palkintoa. On tosin ironista, että selitystä on valaistu sitaatilla Jim Peeblesiltä, joka saa tänä vuonna Nobelin palkinnon osittain pimeästä aineesta.

Tällaisissa kirjoissa on vaikea välttää toistoa, koska asiat risteävät, mutta sitä olisi voinut karsia. Kerronnan selkeyttä minun on hankala arvioida ensinnäkin siksi, että olen kirjoittanut samoista aiheista ja toisekseen siksi, että tutun tekstiä on vaikea irrottaa henkilöstä. Minusta kuitenkin tuntuu, että selitykset liikkuvat turhan nopeasti ja jäävät joskus pintapuolisiksi. Ymmärrykselle olisi voinut tarjota enemmän tukea. On saman tien sanottava, että 200 sivussa käydään läpi paljon asiaa, ja syvyyden ja laajuuden välillä pitää tehdä valinta. Meno on myös välillä hieman poukkoilevaa: temaattista ja kronologista kerrontaa ei ole saatu sovitettua saumattomasti yhteen, ja tarina kulkee eri poluille, joilta palataan myöhemmin takaisin.

Teksti on positiivissävyistä ja kepeää. Kirjaan on haastateltu tutkijoita, mutta haastateltujen persoonallinen ääni ei juuri kuulu. Poikkeuksena on kenties tunnettu teoreetikko Nima Arkani-Hamed, jonka suureellisia ja osittain virheellisiä väitteitä esitellään kritiikittä. Arkani-Hamed esimerkiksi väittää, että ”edes yksinkertaisimpia wimpejä ei ole [kokeellisesti] suljettu pois, ei todellakaan”. Tätä väitettä voi kauniisti kutsua markkinapuheeksi: totta se ei ole. Havainnot ovat sulkeneet pois alkuperäiset yksinkertaiset wimpit jo aikapäiviä sitten, ja pimeän aineen hiukkasten pitää vuorovaikuttaa ainakin miljardi kertaa heikommin kuin mitä alun perin ajateltiin.

Harhaanjohtava on myös Arkani-Hamedin väite, että Higgsin hiukkasen ”olemus on täysin paradoksaalinen”. Todellisuudessa Higgsin LHC-kiihdyttimessä mitatut ominaisuudet vastaavat hiukkasfysiikan Standardimalliin ennusteita erinomaisen hyvin. Ne sopivat myös hyvin joihinkin sen laajennuksiin, kuten steriilejä neutriinoita sisältävään nuMSM:ään. On toki totta, että jotkut teoreetikoiden vaalimat mallit (kuten supersymmetrinen Standardimalli) sopivat havaintoihin huonosti. Tämä on paradoksaalista vain jos haluaa pitää kiinni teoreettisista ideoista silloinkin kun havainnot osoittavat toista. Tältä osin tiedeyhteisön käsittely jää kirjassa pinnalliseksi, kriittisiä sävyjä ei juuri ole.

Kirjassa on kuitenkin yleensä huolella eroteltu se, mitä tiedetään varmasti, mikä on luultavasti totta, mikä on villiä spekulaatiota ja mitä havainnot tästä kaikesta sanovat. Epävarmuudet on huomioitu hyvin myös lopun sanastossa, mikä onkin varmaan lukijoille hyödyllinen, sen verta paljon erikoistermejä tästä aiheesta kertoessa väistämättä tulee käyttäneeksi.

Tällaisissa kirjoissa pitää valita valheensa, koska usein lukija ymmärtää paremmin, jos asian selittää yksinkertaisesti ja väärin kuin monipolvisesti ja oikein. Kirjassa on kuitenkin useita yksinkertaistuksia ja huolimattomuuksia, joiden kanssa olisi mielestäni syytä olla tarkempi. Alla jokunen esimerkki.

Tekstissä sanotaan, että neutriinot kiitävät aina lähes valonnopeudella. Itse asiassa kosmiset neutriinot (eli lähes kaikki neutriinot) ovat maailmankaikkeuden laajenemisen takia pudonneet kauas valonnopeudesta.

Kosmisen mikroaaltotaustan polarisaatio on jo mitattu, ja sitä tuottavat muutkin tapahtumat kuin kosminen inflaatio.

Kirjassa useaan kertaan toistetaan yleistä harhakäsitystä siitä, että ”aine on energiaa ja energia ainetta”. Energia on aineen ominaisuus, aivan kuten liikemäärä, massa, nopeus tai sähkövaraus. Se ei ole erillinen olemisen muoto. Kun kirjassa käydään läpi pimeää ainetta ja pimeää energiaa, tämä muotoilu on erityisen hämmentävä.

Tommi kirjoittaa, että hiukkasfysiikan ja astrofysiikan välillä ei juuri ollut yhteyttä ennen pimeän aineen teorioiden nousua 1980-luvulla. Itse asiassa Yhdysvaltojen ydinaseprojektista tunnettu Robert Oppenheimer toi astrofyysikot ja suhteellisuusteoreetikot yhteen 1960-luvulla kvasaarien selittämiseksi, ja samalla muitakin hiukkasfyysikoita tuli mukaan kuvioihin, kuten esimerkiksi Pedro Ferreiran kirjassa Täydellinen teoria käydään läpi. Myös Neuvostoliitossa Lev Landaun ja Jakov Zeldovitšin ryhmissä siirryttiin sujuvasti hiukkasfysiikan ja astrofysiikan välillä 1960-luvulta asti.

Ei ole totta, että ”kukaan ei tiennyt miksi” maailmankaikkeuden laajeneminen kiihtyy, kun se vuonna 1998 havaittiin. Osa tämän vuoden Jim Peeblesin Nobelin palkinnosta myönnetään siitä, että hän vuonna 1984 palautti tyhjön energian (joka johtaa kiihtyvään laajenemiseen) kosmologian keskiöön. Tämä ei ole pieni yksityiskohta, vaan valaisee havaintojen ja teorian suhdetta: vuoden 1998 havainnoista on mahdollista lukea, että maailmankaikkeuden laajeneminen on kiihtynyt vain jos etukäteen olettaa, että tyhjön energiaa on olemassa. (Myöhemmät havainnot ovat varmentaneet asian ilman tätä havaintoa oletusta.) Kokeellisten ryhmien kysymyksenasettelu muotoutui nimenomaan teoreetikoiden työn päälle, ja tämä oli myös syy siihen, miksi teoreetikot hyväksyivät havainnot niin nopeasti. Eri asia on sitten se, onko selitys oikea. Pyrkimys dramatisointiin johtaa kirjassa harhaan myös LIGOn havaitsemista gravitaatioaalloista kerrottaessa.

Avaruuden ja aika-avaruuden kaarevuus menee selityksissä sekaisin: tuntuu tarpeettomalta yksinkertaistaa esimerkiksi valon taipumista puhumalla vain avaruuden kaarevuudesta, kun avaruuden ja aika-avaruuden kaarevuus kuitenkin myöhemmin esitellään erillisinä käsitteinä.

Entäpä se alkuräjähdys? Tutkijat käyttävät sanaa kolmessa eri merkityksessä: ajan ja avaruuden alku (alkuperäinen merkitys); aineen synty inflaation lopussa; tai aikakausi, jolloin aine oli nykyistä kuumempaa ja tiheämpää. Kirjassa on valittu viimeinen, epämääräisin vaihtoehto, vieläpä siten, että alkuräjähdys päättyy vasta atomien muodostumiseen, eli kestää 380 000 vuotta. Mutta tekstissä on tehty selväksi, miten termiä käytetään, mikä saattaa sentään lieventää väärinkäsityksiä.

Lopussa oleva kirjallisuusluettelo osoittaa, miten paljon hiukkaskosmologiasta suurelle yleisölle suunnattuja kirjoja onkaan suomeksi julkaistu. Joukossa ei kuitenkaan tätä ennen ollut ainuttakaan vain pimeälle aineelle omistettua teosta. Tämän paikan kirja täyttää, ja esittelee pimeästä aineesta kaiken oleellisen. Erityisen ajankohtainen kirja on niille, jotka haluavat syventää tietojaan tämän vuoden Nobelin palkinnon tiimoilta.

Päivitys (28/10/19): Korjattu havainto oletukseksi.

10 kommenttia “Paikan täyttäminen”

  1. Jernau Gurgeh sanoo:

    Pimeälle aineelle on omistettu aiemminkin kokonainen kirja suomeksi:

    Kosminen Cocktail – Kolme osaa pimeää ainetta, Terra Cognita 2015

    Kirjoittaja on Katherine Freese

    Kirja oli ihan ok, mutta olen lukenut paljon parempiakin tietokirjoja fysiikan saralta.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Luulin että kirja käsittelee sekä pimeää ainetta että pimeää energiaa?

      1. Jernau Gurgeh sanoo:

        Olet varmaankin oikeassa. Täytyy tunnustaa, että en muista kirjan sisältöä kovin tarkasti, kun neljä vuotta on jo kulunut sen lukemisesta eikä se kerronnallisesti ollut kovin mieleenpainuva.

        Pääpaino oli muistaakseni pimeässä aineessa ja Freesen henkilökohtaisessa tarinassa, hänhän on nimenomaan profiloitunut merkittävänä pimeän aineen tutkijana. Toki mukana oli jonkin verran myös pimeää energiaa ja muutakin aihetta liippaavaa fysiikkaa.

  2. Mikko Väyrynen sanoo:

    eikös hiukkasfysiikan Standardimalli ennusta joitain asioita astronomisen epätarkasti

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      No siinä mielessä kyllä, että Standardimallissa ei ole pimeää ainetta.

      1. Pertti Rautiainen sanoo:

        Tässä taidetaan viitata kosmologisen vakion suuruutta koskevaan arvioon, joka tuli kvanttikenttäteoriasta. Sehän oli pielessä tekijällä 10^120. Toki kyseessä oli ymmärtääkseni vain suuruusluokka-arvio.

  3. Erkki Kolehmainen sanoo:

    Sodassa, rakkaudessa ja pimeän aineen etsinnässä kaikki keinot ovat luvallisia. Siis ydinmagneettinen resonanssikin (NMR). Ao. linkissä esitetty prof. Dmitry Budkerin CASPEr (Cosmic Axion Spin Precession Experiment) tutkimushankkeen idea on, että pimeän aineen magneettikenttä vaikuttaa magneettisen hiili-13-isotoopin Larmor-prekessiotaajuuteen. Toistaiseksi tulos on ollut sama kuin muissa pimeän aineen etsinnöissä, mutta NMR-spesialistit uskovat, että menetelmän herkkyyden parantuessa jotain löydetään. Siitä voitaisiinkin antaa sitten kuudes NMR Nobel-palkinto Rabi’n, Bloch’in & Purcell’in, Ernst’in, Wuetrich’in ja MRI:n kehittäjien saamien palkintojen jälkeen.

    https://phys.org/news/2019-10-piece-dark-puzzle.html

  4. Mikko sanoo:

    ”vuorovaikuttaa ainakin miljardi kertaa heikommin kuin mitä alun perin ajateltiin” on puhekielen ilmaisu ja aiheuttaa ongelmia tulkitessa tekstiä matemaattisessa mielessä. Parempi olisi ilmaista esim. ”vuorovaikuttaa heikommin kuin miljardisosalla siitä kuin mitä alun perin ajateltiin” tai ”vuorovaikuttaa ainakin 99.9999999% heikommin kuin mitä alun perin ajateltiin”.
    Kiitos kirja-arvostelusta.

  5. Jorma Kilpi sanoo:

    Ehdit jo kirjoittaa uuden blogimerkinnän mutta minulla olisi kysymys Tenkasen kirjaan liittyen joten laitan sen tänne. Primordiaaliset mustat aukot ovat yksi mahdollinen selitys pimeälle aineelle. Aineen ja antiaineen epätasapaino on tiedossa. Voiko antiaine muodostaa mustan aukon ja jos voi, niin eroaako sellainen musta aukko millään tavalla tavallisen aineen muodostamasta mustasta aukosta?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kysymys on sen verta kaukana tämän merkinnän aiheesta, että en kommentoi.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Spekulaatioista tieteeksi

9.10.2019 klo 01.30, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Ruotsin kuninkaallinen tiedeakatemia ilmoitti tänään, että vuoden 2019 fysiikan Nobelin palkinnosta puolet saa James Peebles ja toisen puolen Michel Mayor ja Didier Queloz. Palkinto myönnetään ”ansioista maailmankaikkeuden kehityksen ja Maapallon paikan kosmoksessa ymmärtämisessä”. Peeblesin osuus annetaan ”teoreettisista löydöistä fysikaalisessa kosmologiassa”, Mayorin ja Quelozin ”auringonkaltaista tähteä kiertävän eksoplaneetan löytämisestä”.

Yleensä fysiikan Nobelin palkinnot annetaan yksittäisestä kokeellisesta tai teoreettisesta edistysaskeleesta, kuten maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen havaitsemisesta, alkeishiukkasten massojen alkuperän ymmärtämisestä, neutriinojen massojen löytämisestä tai törmäävien mustien aukkojen lähettämien gravitaatioaaltojen havaitsemisesta.

Mayorin ja Quelozin nobelinpuolikas sopii tähän kaavaan. Peeblesin kohdalla on sen sijaan kyse ennemmin elämäntyöpalkinnosta: palkinnon perusteluissa tuodaan esille työ usean aiheen parissa, nostamatta yhtä toisten ylitse. Lyhyen perustelun termi ”fysikaalinen kosmologia” kehystää tekstiä: Peeblesiä kuvaillaan avainhenkilöksi kosmologian siirtymässä ”spekulaatioista tieteeksi”. Tämä siirtymä ajoitetaan 1960-luvulle, tarkalleen Peeblesin vuoden 1965 tieteelliseen artikkeliin, jossa hän yhdisti kosmisen mikroaaltotaustan galaksien syntyyn. Myös fyysikko Jakov Zeldovitšin artikkeli samalta vuodelta mainitaan. Perustelujen mukaan näitä kahta artikkelia ”voidaan pitää alkupisteenä fysikaaliselle kosmologialle, missä fysiikan lakeja sovelletaan koko maailmankaikkeuteen”.

Tämä on liioiteltua. Kuten tekstissä mainitaan, koko maailmankaikkeuden käsittelyn yleisen suhteellisuusteorian keinoin aloitti jo Albert Einstein vuonna 1917, ja vuonna 1922 Aleksander Friedmann löysi mallin, jolla maailmankaikkeuden laajenemista kuvataan vielä nykyäänkin. Termillä ”fysikaalinen kosmologia” luultavasti haetaan sitä, että vasta muiden fysiikan haarojen yhdistäminen kosmologiaan teki siitä (ja yleisestä suhteellisuusteoriasta) todella hedelmällisen tieteenalan. Tämäkin kehitys tosin alkoi jo aiemmin: kuten taustamateriaalissa kerrotaan, vuonna 1948 Ralph Alpher, George Gamow ja (ainakin nimensä osalta) Hans Bethe yhdistivät ydinfysiikan ja kosmologian selittääkseen alkuaineiden synnyn.

Tämä ei muuta sitä, että Peebles todella on ollut keskeinen rooli monissa kosmologian tärkeimmissä oivalluksissa. Hän oli ensimmäisten joukossa ennustamassa kosmisen mikroaaltotaustan olemassaolon, selvittämässä kevyiden alkuaineiden syntyä, ja kehittämässä pimeän aineen malleja, joissa on kyse uudesta tuntemattomasta hiukkasesta. Peebles myös nosti nykyään pimeän energian nimellä tunnetun aineen kosmologian keskiöön yli 10 vuotta ennen kiihtyvän laajenemisen havaitsemista (jonka se selittää).

(Tiedeakatemian sekä suurelle yleisölle suunnatussa että tieteellisessä taustamateriaalissa on muuten selitetty väärin se, miten kosmisen mikroaaltotausta epätasaisuuksista voidaan päätellä avaruuden geometria. Edelliseen merkintään liittyen on huvittavaa huomata myös se, että ilmaisua big bang, alkuräjähdys, on käytetty näissä teksteissä eri tavalla: edellisessä termillä viitataan kaiken alkuun ja ja jälkimmäisessä aikakauteen, jolloin aine oli kuumaa ja tiheää.)

Kaikki nämä asiat ovat joko nykykosmologian varmennettuja menestyksiä tai tärkeitä avoimia kysymyksiä. Keskeisistä tutkimusaiheista vain aineen ja antiaineen välisen epäsuhdan synty ja kosminen inflaatio puuttuvat listasta; ne ovat hiukkasfysiikan puoleista kosmologiaa, ja Peebles on lähestynyt aihetta astrofysiikasta käsin. Peebles kyllä käytti inflaation ennusteita keskeisenä elementtinä pimeää ainetta ja pimeää energiaa koskevassa työssään. Joitakin kutkuttanee se, miten taustamateriaali esittelee (aivan oikein) inflaation muuhun kosmologiaan elimellisesti kytkeytyvänä tärkeänä osana, siitä kun ei ole vielä myönnetty Nobelin palkintoja, joita povataan ja janotaan.

Sattumoisin juuri tänään kurssilla Fysiikkaa runoilijoille sanoin, että pimeästä aineesta ei ole vielä annettu ainuttakaan Nobelin palkintoa, vaikka se havaittiin jo 86 vuotta sitten. Monet olivat toivoneet Vera Rubinille Nobelia pimeään aineeseen liittyvistä havainnoista, mutta hän kuoli 88-vuotiaana vuonna 2016 sitä saamatta.

Peeblesillä on ollut siinä määrin merkittävä rooli pimeän aineen muuttamisessa lähes varmaksi asiaksi, että lausuntoni voi katsoa kumotuksi: pimeä aine on tunnustettu Nobelilla. Taustaselityksissä pimeä aine esitetään jokseenkin varmennettuna tosiseikkana, josta on vain avoinna se, mistä hiukkasista on kyse. Erikseen mainitaan supersymmetriaan liittyvät nynnyt sekä aksionit, ja korostetaan tarvetta löytää pimeän aineen hiukkanen selvyyden saamiseksi.

Palkinto kunnioittaa paitsi Peeblesin monipuolista ja vuosikymmeniä uraa uurtanutta työtä, myös kosmologian kehittymistä rikkaaksi kokonaisuudeksi, jossa palaset ovat loksahtaneet paikoilleen hämmästyttävän saumattomasti. Mahdollisena särönä taustamateriaalissa mainitaan se, miten tällä hetkellä avaruuden avaruuden laajenemisnopeuden määrittäminen eri havainnoista antaa poikkeavia tuloksia, ja uskalletaan luvata että ”fysikaalisella kosmologialla on lisää yllätyksiä varastossa”.

13 kommenttia “Spekulaatioista tieteeksi”

  1. Eusa sanoo:

    Onko esimerkkejä toiseen suuntaan niin, että jo tunnustettu tiede olisikin palannut spekulaatioksi? Eli kuinka jo järkevän epäilyn ulkopuolelle asetettu hypoteesi/teoria kokeekin kolauksen – itselle mieleen tulee absoluuttinen avaruus ja aika, jota klassisesti pidettiin itsestäänselvyytenä, mutta osoittautuikin sitten spekulaatioksi…

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Ei. Monien teorioiden (kuten klassisen mekaniikan) pätevyysalue on toki tullut vastaan, mutta se on eri asia.

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

  2. Eusa sanoo:

    https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ab32da/pdf

    Mustan aukon tapahtumahorisontti on vakiinnuttanut asemansa miltei ”järjellisen” epäilyksen ulkopuolella, mutta kun vahvoja todennuksia tai falsifiointia ei ole voitu saavuttaa, riittää yrityksiä osoittaa se spekulaatioksi. Tämä ei ole huono yrite.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Vaihtoehdot mustille aukoille eivät ole järkevän epäilyn ulkopuolella, niitä tutkitaan ja niistä julkaistaan tieteellisiä artikkeleita.

      Kirjoitin aiheesta joitakin vuosia sitten, nyttemmin gravitaatioaallot ja Einstein Horizon Telescopen havainnot ovat merkittävästi lisänneet tukea mustien aukkojen olemassaololle:

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

      1. Mika sanoo:

        Eilen katsomani Brian Coxin Universal esityksen – jossa myös sivuttiin Einstein Horizon Telescopen kuvaa – innoittamana haluaisin kysyä, että jos vaihtoehtoiset selitysmallit mustille aukoille osoittautuisivat oikeiksi, niin muuttaisiko se sitä miten teleskoopin tekemiä havaintoja pitäisi tulkita?

        Käsittääkseni kuuluisa ”ensimmäinen kuva mustasta aukosta” ei ole niinkään verrattavissa valokuvaan, vaan se on tehdyistä havainnoista signaalikäsittelyn ja datan prosessoinnin jälkeen luotu malli, joka nojaa ilmeisesti ainakin jonkin verran mustia aukkoja kuvaaviin fysiikan teorioihin? Onko siis mahdollista, että kuva ei vastaisikaan sitä, mitä näkisimme lähietäisyydeltä näkyvän valon aallonpituuksilla?

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Kun havainto on tulkittu kuvaksi mustasta aukosta, niin jos tietysti tulkinta muuttuu, jos kyseessä ei olekaan musta aukko.

          Kuvan prosessointiin tällä ei varsinaisesti ole vaikutusta. Kuva on joka tapauksessa paljon suttuisempi kuin miltä galaksin M87 keskustan tienoot läheltä katsottuna näyttävät, resoluution puutteen takia.

          Siksi myös monet mustien aukkojen vaihtoehdot näyttävät nykyisellä resoluutiolla aika samoilta, eikä EHT:n kuva rajoita niitä paljoa.

          Vähän lisää täällä:

          https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/aarimmaisyyden-reunalta/

  3. Sunnuntaikosmologi sanoo:

    En oikein ymmärrä miksi piti sekoittaa samaan Nobelin palkintoon kosmologiaan kuuluva aihe ja sitten eksoplaneetta-aihe ?
    Eikö olisi ollut järkevämpää, kun kummatkin aiheet kai erikseenkin vaivatta ylittävät Nobel-riman, antaa palkinnot erillisinä vuosina ?

  4. Jyri T. sanoo:

    Tällaisissa tapauksissa tulee sellainen olo, että yksin eivät olisi koko palkinnon arvoisia.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Fysiikan nobeleita on ennenkin myönnetty samana vuonna eri aiheista, jopa sellaisista, joilla ei ole mitään nimellistäkään tekemistä keskenään.

      Yksi syy voi olla se, että palkinnon arvoisia lienee enemmän kuin mahdollisuuksia niiden myöntämiseen.

  5. Jernau Gurgeh sanoo:

    Syksystä oli hieno henkilökuva Ylen verkkosivuilla, Kulttuuricocktailissa.

    Koska en ole missään sosiaalisessa mediassa, en pysty niitä kanavia pitkin kysymään yhtä mieltäni askarruttavaa seikkaa haastatteluun liittyen. Toivottavasti kirjoittaisit jossain näkemyksestäsi lisää.

    ”Ihmiskuntakin vääjäämättä kuolee sukupuuttoon maailmankaikkeuden mittakaavassa ihan kohta.”

    Tuo kohta kiinnostaa erityisen paljon. Oletko tuota mieltä sinä vai toimittaja, ja jos se on sinun kertomaa, niin mihin tämä mielestäsi perustuu?

    Onko kyseessä ilmastonmuutos, ydinsota, evoluution vääjäämätön tulema, Auringon pääsarjavaiheen päättyminen vai maailmankaikkeuden lopullinen kohtalo? Vai joku muu?

    P.S. Pahoittelut, että tämä ei liity merkintään mitenkään, mutta en keksinyt muutakaan keinoa kysyä asiasta.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kaikki eläinlajit ovat kosmologisessa mittakaavassa lyhytikäisiä, kävipä mitä tahansa.

      Nyt tietty sukupuutto voi tulla vastaan nopeammin ennemmin kuin hitaammin. Siitä enemmään täällä:

      https://hybrislehti.net/syksy-rsnen-unelmia-itsemurhan-partaalla

      1. Jernau Gurgeh sanoo:

        Kiitokset mainiosta kirjoituksesta linkkisi takana.

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Kiitokset kiitoksista.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Kauneus, portti ja taide

4.10.2019 klo 13.32, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Puhun tiistaina 22.10. kello 18.30 Kirkkonummen komeetan tilaisuudessa aiheesta Kauneus kosmologiassa. Tilaisuuteen on vapaa pääsy.

Puhun sunnuntaina 3.11. kello 15.45 Kauniaisten Uudessa Paviljongissa otsikolla Tiede porttina uuteen maailmaan. Puhe on osa Kauniaisten musiikkijuhlia, joiden teema on uusi maailma. Tiivistelmä on seuraavanlainen: ”Tiede on avannut oven arkitodellisuuden alle sekä ylle levittäytyvään tuntemattomaan maahan.  Se on mullistanut niin kuvamme maailmasta ja ihmisestä kuin niiden monisyisestä suhteesta.” Tilaisuuteen on vapaa pääsy.

Mainittakoon, että avoinna on haku kuukauden taiteilijaresidenssin CERNiin tieteeseen liittyvän taiteen tekemiselle. Haku on avoinna Suomen kansalaisille ja Suomessa pysyvästi asuville. Residenssi kestää kuukauden. Matkat, majoitus ja ruokailu korvataan, ja residenssiin liittyy 5000 Sveitsin frangin apuraha. Englanninkielinen hakuohje on täällä. Haun deadline on 4. marraskuuta 2019.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Takaisin alkuun

29.9.2019 klo 19.32, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Viime kuussa sai lukea niin kotimaisia kuin ulkomaisia otsikoita siitä, miten pimeä aine voi olla alkuräjähdystä vanhempaa. Ajattelin, että en kirjoittaisi tästä mitään, tiedekohujahan tulee ja menee. Mutta kun minulta on toistuvasti kysytty asiasta –varmaankin siksi, että tutkimuksen takana on suomalainen Tommi Tenkanen, joka työskentelee Johns Hopkins -yliopistossa– niin yritän hieman valaista sitä mistä on kyse ja mistä ei ole kyse.

Aiheesta julkaistujen juttujen selkeys oli vaihteleva, kuten odottaa sopii. (Tämä Helsingin Sanomien juttu on paremmasta päästä.) Tavalliseen tapaan harhaanjohtavimmat elementit ovat peräisin tieteellistä artikkelia markkinoivasta lehdistötiedotteesta, eivät toimittajien näpeistä. Tiedotteessa sanotaan, että pimeä aine voi koostua hiukkasista, jotka ovat syntyneet ennen alkuräjähdystä, ja voimme niiden avulla saada tietoa ajasta ennen alkuräjähdystä. Tiedotteen mukaan tutkijat ovat pitkään uskoneet, että pimeä aine on alkuräjähdyksen jäänne, ja silloin sitä olisi monissa tapauksissa jo pitänyt löytyä. Siinä myös kerrotaan, että ajatus siitä, että pimeä aine on ajalta ennen alkuräjähdystä ei ole uusi, mutta tätä ennen kukaan ei ole pystynyt esittämään laskuja, jotka tukisivat ideaa.

Yllä olevasta pieni osa on väärin, mutta oikeastaan kaikki on harhaanjohtavaa. Suurin ongelma on tapa, jolla ilmaisua ”ennen alkuräjähdystä” (”pre-big bang”) on käytetty. Sanaa alkuräjähdys käytetään kahdessa merkityksessä. Sillä on alun perin tarkoitettu kaiken ajan ja avaruuden alkua. Sittemmin jotkut ovat ruvenneet tarkoittamaan sanalla alkuräjähdys kaiken aineen syntyä kosmisen inflaation lopussa, tai vain maailmankaikkeuden laajenemista ja jäähtymistä. Jälkimmäinen käytäntö on omiaan johtamaan ihmisiä harhaan, ja mielestäni sitä kannattaa välttää, vaikka olen itsekin siihen sortunut.

Sekä tieteellisessä artikkelissa että tiedotteessa kyllä todetaan, että ilmaisulla ”ennen alkuräjähdystä” tarkoitetaan kosmisen inflaation aikaa. Miksei siis puhuta suoraan kosmisesta inflaatiosta?

Kun tiedotteessa todetaan, että mallin ennusteiden avulla voidaan saada tietoa ”alkuräjähdystä” edeltävästä ajasta eli inflaatiosta, niin tämä on totta. Muotoilu antaa kuitenkin ymmärtää, että tässä olisi jotain erityistä, vaikka asia on näin kaikissa inflaatiomalleissa, joita on julkaistu satoja kohta neljän vuosikymmenen ajan.

Yksinkertaisimmissa inflaatiomalleissa on yksi kenttä, jonka energiatiheys ajaa avaruuden kiihtyvää laajenemista. Inflaation aikana kvanttivärähtelyt saavat aikaan kupruja kentässä. Inflaation loputtua kenttä hajoaa tavalliseksi aineeksi ja pimeäksi aineeksi, ja nämä perivät kentän epätasaisuudet, joiden ympärille galaksit ja muut rakenteet sitten tiivistyvät.

Tenkasen artikkelissa pimeä aine ei ole peräisin inflaatiota ajavasta kentästä. Sen sijaan siitä vastaa erillinen kenttä, jolla on omat kvanttivärähtelynsä inflaation aikana. Lehdistötiedotteen väite siitä, että tällaista ideaa ei olisi aiemmin toteutettu ei pidä paikkansa.

Ensimmäisen tieteellisen julkaisun, jossa aineen eri osat ovat peräisin inflaation aikaisista eri kentistä, joilla on omat kvanttivärähtelynsä, kirjoitti Silvia Mollerach vuonna 1990. Ensimmäinen yksityiskohtainen kahden kentän mallin sovellus havaittuihin epätasaisuuksiin on Kari Enqvistin ja hänen silloisen jatko-opiskelijansa (ja huonetoverini) Martin Slothin käsialaa vuodelta 2001. Huvittavaa kyllä, Enqvist ja Sloth todella käsittelivät ”pre-big bang”-mallia, jossa säieteorian avulla voidaan jatkaa alkuräjähdyksestä taaksepäin. Tämä Tenkasen käyttämä termi viittaakin fyysikoiden keskuudessa yleensä tällaiseen mahdollisuuteen, ei kosmiseen inflaatioon. Myös ideaa, jossa pimeä aine koostuu erillisestä kentästä on tutkittu paljon. Yksi tunnetuimpia pimeän aineen kandidaatteja, aksionit, on siitä esimerkki (kuten Tenkanen artikkelissa tuo aivan oikein esille).

Mikä Tenkasen tutkimuksessa sitten on uutta? Siinä esitetään ensimmäistä kertaa, että inflaation aikana pimeän aineen kentän tila (ja siten pimeän aineen tiheys) määräytyy klassisen fysiikan ja kvanttivärähtelyjen vaikutusten välisestä tasapainosta. Tämä on kiinnostava ja huomion arvoinen idea. Toteutusta voi arvostella: artikkelissa sovelletaan vain massattomille kentille pätevää kvanttivärähtelyjen laskua kentille, joiden massa alkaa olla merkittävä, ja toisaalta kvanttivärähtelyjen oletetaan sammuvan heti kun kentän massa ylittää tietyn rajan, vaikka todellisuudessa siirtymä on jatkuva. Mutta nämä ovat yksityiskohtia, joista tutkijat voivat keskustella ja julkaista tarkempia analyysejä; on tavallista, että uuden idean ensimmäisessä versiossa tehdään yksinkertaistuksia, joita myöhemmin hiotaan.

Malli ennustaa, että aineen epätasaisuudet ovat pienessä mittakaavassa isompia kuin inflaatiomalleissa yleensä, tavalla jonka voisi todentaa havainnoilla. Tämä on kiinnostavaa. Mutta lehdistötiedote eksyy myös tarinoimaan, että jos pimeä aine olisi sen sijaan ”alkuräjähdyksen jäänne”, niin se olisi pitänyt jo monissa tapauksissa havaita. Kyllä, suurimmassa osassa osassa inflaatiomalleja pimeä aine syntyy inflaation loputtua ja kyllä, monissa pimeän aineen malleissa pimeän aineen hiukkasia olisi jo pitänyt löytyä, mutta näillä kahdella asialla ei ole mitään tekemistä toistensa kanssa.

Tapaus muistuttaa tammikuun uutisointia toisesta maailmankaikkeudesta, jossa aika kulkee taaksepäin. On tehty ihan tavallista kelpo tutkimusta, joka perustuu aiemmin tunnettuihin asioihin ja jossa otetaan pieni askel eteenpäin. Sitten asiasta uutisoidaan tavalla, joka hämärtää paitsi lukijoiden käsitystä siitä, mistä kyseisessä tutkimuksessa on kyse, myös siitä, mitä aiheesta ylipäänsä. Tämä ei ole uutta. Tuntuu siltä, kuin aina saisi palata ensimmäiseen hiukkaskosmologian blogimerkintääni 12 vuotta sitten, joka käsitteli tiedeuutisoinnin ongelmia; esimerkeistä ei ole sittemmin ollut pulaa.

Tutkijoiden ei tulisi laittaa nimeään harhaanjohtaviin tiedotteisiin, eikä toimittajien pitäisi uskoa kaikkea mitä tutkijat (saati yliopistojen PR-osastot) sanovat.

35 kommenttia “Takaisin alkuun”

  1. Mukavaa, että tartuit aiheeseen. Moni kohta esittämässäsi kritiikissä onkin ihan aiheellista tai muuten pohtimisen arvoista.

    Pidän termiä ”alkuräjähdys” parhaimpana kuvaamaan inflaation jälkeistä “kuuman alkuräjähdyksen” tilaa ja olen yrittänyt eri yhteyksissä promota esimerkiksi termin ”alkusingulariteetti” käyttöä silloin, kun puhutaan, no, alkusingulariteetista tai arkisemmin ilmaistuna kaiken alusta. Onhan meillä esim. yleisesti käytetty käsite ”alkuräjähdyksen nukleosynteesi”, jossa esiintyy termi ”alkuräjähdys”, mutta jolla ei ole mitään tekemistä alkusingulariteetin kanssa. Käsitteistö on muuten tällä hetkellä ristiriitaista ja luulen, että se hämärtää erityisesti suuren yleisön kuvaa siitä, mistä kulloinkin puhutaan ja mitä varmasti tiedämme tapahtuneeksi. Koska alkusingulariteetti sanana jo löytyy, mielestäni olisi syytä käyttää myös sitä.

    Tietysti voi puhua ”alkuräjähdyksestä” ja ”kuumasta alkuräjähdyksestä” kuten tutkijoiden keskuudessa usein tehdään, mutta tämä on minusta hieman tarpeetonta hiusten halkomista. Kuumalle alkuräjähdykselle ja “alkuräjähdyksen” nukleosynteesille voisi tietysti keksiä myös jotkin ihan uudet nimet, mutta tuskin on realistista olettaa, että niitä aletaan käyttää. Eikä minusta tarvitsekaan, kun termi “alkusingulariteetti” jo löytyy.

    Määrittelisin siis kosmoksen historiaa kuvaavan terminologian seuraavasti: (hypoteettinen) alkusingulariteetti -> tapahtumia, joista ei ole varmuutta -> kosminen inflaatio (tästäkään ei toki ole vielä täyttä varmuutta) -> alkuräjähdys -> tavanomainen laajeneminen (jonka voi vielä jakaa eri ajanjaksoihin, kuten “pimeään aikakauteen”, ensimmäisten tähtien syntyyn jne.). Sanoisin, että alkuräjähdys oli ajanjakso, joka kesti inflaation päättymistä seuranneesta maailmankaikkeuden lämpenemisestä kosmisen mikroaaltotaustan syntyyn ja siten sisälsi myös nukleosynteesin. Mielestäni määritelmä ei ole tyystin huono.

    On syytä huomata, että lehdistötiedote ja artikkeli on kirjoitettu lukijalle, joka ei välttämättä ole aiheen asiantuntija. Termi “ennen alkuräjähdystä” on paitsi tarkoitettu herättämään mielenkiintoa (tapahtuiko tämä onnistuneesti vai ei, siitä voi tietenkin keskustella), myös ankkuroimaan kosmisen inflaation ajankohta. Kenties niissä olisi kuitenkin pitänyt vielä selventää, ettei tällä viitata alkusingulariteettiä edeltäneisiin tapahtumiin, mitä se sitten tarkoittaisikaan.

    Mainitsit, että “kun tiedotteessa todetaan, että mallin ennusteiden avulla voidaan saada tietoa ’alkuräjähdystä’ edeltävästä ajasta eli inflaatiosta, niin tämä on totta. Muotoilu antaa kuitenkin ymmärtää, että tässä olisi jotain erityistä, vaikka asia on näin kaikissa inflaatiomalleissa, joita on julkaistu satoja kohta neljän vuosikymmenen ajan.” Tässähän on jotain erityistä: mallissa stabiilin pimeän ja tavallisen aineen energiatiheyden häiriöt eivät täysin vastaa toisiaan, eli teknisemmin ilmaistuna isokurvatuuriperturbaatio on nollasta poikkeavaa ja vieläpä kasvaa pienempiä kokoskaaloja kohti mentäessä. Tietenkin on myös sellaisia monen kentän inflaatiomalleja, jotka tuottavat isokurvatuuria ja on oma kysymyksensä, millä tarkkuudella sen lähteestä voidaan sanoa, mikäli sitä koskaan havaitaan. Periaatteessa myös Enqvistin ja Slothin epästabiilin kentän sisältämä kurvatonimalli voisi tuottaa samankaltaisen signaalin. Kaikkien näiden avulla voidaan luodata kosmisen inflaation aikaisia tapahtumia, enkä tiedä missä olisi sanottu, ettei asia olisi näin tai että olisin itse keksinyt tämän.

    Kenties viittasit yo. lainauksella lehdistötiedotteen lauseeseen ”While the idea that dark matter existed before the Big Bang is not new, other theorists have not been able to come up with calculations that support the idea.” Se kieltämättä häiritsee itseänikin ja myönnän, että lause olisi joko pitänyt poistaa tai muotoilla toisin. Tästä kirjoitinkin jo omalle FB-seinälleni jokin aika sitten. Tiedotteen lause viittaa tämän tyyppisen pimeän aineen havaittaviin vaikutuksiin ja niiden antamaan tukeen mallille, ei siihen, etteikö muita kenttiä voisi olla olemassa inflaation aikana ja etteikö niillä voisi olla havaittavia vaikutuksia. Silti, kuten FB-seinälläni totesin, mallin tukemisessa ei kysymys tietenkään ole teoreettikkojen laskuista vaan viime kädessä havainnoista. Tätä lehdistötiedotteessa olisi pitänyt selventää.

    Lopuksi täytyy sanoa, etten voi ottaa täyttä kunniaa sen keksimisestä, että tiettyjen olosuhteiden vallitessa inflaation aikana pimeän aineen kentän tila määräytyy klassisen fysiikan ja kvanttivärähtelyjen vaikutusten välisestä tasapainosta. Tämän nyt julkaistun artikkelin syntyyn vaikutti merkittävästi toinen artikkeli, jonka kirjoitin vuosi sitten Lontoon Imperial Collegessa työskentelevien Arttu Rajantien ja Tommi Markkasen kanssa (https://arxiv.org/abs/1811.02586), ja sitäkin edelsi Jim Peeblesin ja Alexander Vilenkinin paperi vuodelta 1999 (https://arxiv.org/abs/astro-ph/9904396), joka tosin ei ole saanut kovin paljon huomiota osakseen ja jonka mekin löysimme vasta kun olimme viimeistelemässä artikkeliamme.

    Nyt julkaistun uuden artikkelini pääpointti on se, että aiempaa yksinkertaisempi skenaario riittää tuomaan klassisen fysiikan ja kvanttivärähtelyiden vaikutukset tasapainoon ja tuottamaan tätä kautta riittävästi pimeää ainetta. Artikkelissa myös näytän, millaisia havaittavia vaikutuksia tällä ja muilla vastaavilla malleilla on, kuten kirjoititkin.

    1. Mieleen tuli vielä muutama kommentti:

      Mainitsit, kuinka ”lehdistötiedote eksyy myös tarinoimaan, että jos pimeä aine olisi sen sijaan ’alkuräjähdyksen jäänne’, niin se olisi pitänyt jo monissa tapauksissa havaita. Kyllä, suurimmassa osassa osassa inflaatiomalleja pimeä aine syntyy inflaation loputtua ja kyllä, monissa pimeän aineen malleissa pimeän aineen hiukkasia olisi jo pitänyt löytyä, mutta näillä kahdella asialla ei ole mitään tekemistä toistensa kanssa.” Näillä on siinä mielessä paljonkin tekemistä toistensa kanssa, että monissa niissä tapauksissa, joissa pimeä aine olisi jo pitänyt havaita maanpäällisissä hiukkaskokeissa, ei ole mahdollista, että pimeä aine olisi syntynyt jo inflaation aikana. Tämä johtuu siitä, että pimeän ja tavallisen aineen välinen vuorovaikutus olisi näissä tapauksissa niin vahvaa, että pimeä aine väistämättä päätyi tasapainoon tavallisen aineen kanssa kuuman alkuräjähdyksen hiukkaspuurossa ja lopulta putosi pois tasapainosta, eli on väistämättä ”alkuräjähdyksen jäänne” ilman mitään mahdollisuutta saada tietää, miten tällainen aine käyttäytyi inflaation aikana, sillä informaatio siitä on tasapainon myötä pyyhkiytynyt pois. Sama ei toki päde toisin päin: mikäli pimeä aine ei päätynyt tavallisen aineen kanssa tasapainoon, se on voinut syntyä joko kosmisen inflaation aikana tai vasta sen jälkeen. Monissa näistä tapauksista sitä ei olisi vielä pitänytkään löytyä, kt. esim. https://arxiv.org/abs/1806.11122 (ja perään samankaltainen malli, jossa sen olisikin jo voinut löytää: https://arxiv.org/abs/1807.05022). Paljon on tottakai myös sellaisia malleja, joissa pimeä aine päätyi tasapainoon, mutta jota ei vielä ole ollut mahdollista havaita.

      Toisena asian mainittakoon, että Mollerachin artikkeli ei itse asiassa ole ensimmäinen, jossa pohdittiin useamman kentän kvanttivärähtelyitä. Oman artikkelini julkaisun jälkeen tulin tietoiseksi tästä Michael Turnerin ja Lawrence Widrow’n paperista vuodelta 1988, jossa he pohtivat hyvin paljon oman artikkelini kaltaista tilannetta: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.37.3428 He myös epäsuorasti sanovat, että värähtelyt voivat tuottaa pimeää ainetta (mainitsemalla, että ”ainetta voi olla olemassa kiinnostavia määriä”), mutta eivät puntaroi muita havaittavia vaikutuksia enempää kuin toteamalla, että tällaisissa malleissa inflaation energiaskaala on rajoitettu. Artikkeli tosin on käytännössä täysin unohtunut, sillä 30 vuodessa se on kerännyt vain 10 viitettä.

  2. Syksy Räsänen sanoo:

    Kiitos kommenteista! Tuota Turnerin ja Widrow’n artikkelia en tiennytkään.

    Tämä ei ole hiusten halkomista. Kosmologian ulkopuoliset liittävät termin big bang usein kaiken alkuun, missä merkityksessä sitä alun perin käytettiinkin. Suomen sanassa ”alkuräjähdys” yhteys on tietysti vielä selvempi. Termi hot big bang ei ole juuri sen parempi.

    Monet termit fysiikassa, ei vain big bang nucleosynthesis (vaikkapa reheating ja recombination) ovat harhaanjohtavia historiallisista tai tekniseen terminologiaan liittyvistä syistä. Tutkijat toki tietävät mistä keskenään puhuvat, mutta suurelle yleisölle viestiessä kannattaa pyrkiä selkeyteen.

    Tiedotteesta saa sen kuvan, että on ko. mallille erityistä, että ylipäänsä saa tietoa ajasta ennen alkuräjähdystä. Siitä ei saa sitä kuvaa, että tiedon saaminen inflaation aikaisista tapahtumista on tavallista ja tämä malli vain ennustaa hieman erilaisia asioita kuin jotkut muut.

    Jos tiedote ei olisi antanut sellaista harhaanjohtavaa kuvaa, että nyt on tehty jotain merkittävällä tavalla uutta, miksi se olisikaan levinnyt mediassa?

    Jos pimeä aine syntyy inflaation jälkeen, se voi olla helposti tai vaikeasti havaittavaa. Niinpä se, että pimeä aine on vaikeasti havaittavaa ei kerro siitä, että se olisi syntynyt inflaation aikana.

    Jos tarkoitetaan ”alkuräjähdyksen jäänteellä” WIMPpejä, niin niiden toki olisi pitänyt jo näkyä. Mutta WIMPit (kuten tiedät) ovat vain pieni osa mahdollisista kandidaateista.

    (On myös helppo kehittää malleja, missä pimeä aine vuorovaikuttaa nykyään voimakkaammin kuin inflaation aikana. Esimerkiksi siten, että vuorovaikutusta välittää kenttä joka saa massansa Higgsin kentästä, jonka arvo on Higgs-inflaation aikana on iso mutta nykyään sähköheikkoa skaalaa. Eli en usko, että siitä, että pimeä aine on peräisin erillisestä kentästä inflaation aikana voi myöskään päätellä sitä, että sen vuorovaikutukset nykyään ovat heikkoja.)

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Termin ”pre-big bang” kohdalla tosinhan ei ole kyse tutkijoiden käyttämien termien käyttämisestä harhaanjohtavasti suurelle yleisölle viestiessä, koska on tuiki harvinaista, että tutkijat ko. termillä viittaisivat inflaation aikaan. (En itse asiassa muista törmänneeni tätä artikkelia ennen yhteenkään tällaiseen tapaukseen.)

  3. Tarkoitin, että hiusten halkomista on termien ”alkuräjähdys” ja ”kuuma alkuräjähdys” käyttäminen siinä mielessä, että on mielestäni turha käyttää yhtä sanaa ja alkaa sitten lisäkäsitteillä jatkaa sitä tarkoittamaan eri asiaa kun yhtä hyvin toiselle voisi keksiä oman sanansa. Tai sitten käyttää olemassa olevaa ”alkusingulariteettia” ja vielä täsmentää perään, että tällaisesta ei sitten oikeasti ole mitään tietoa, siinä missä (kuuma) alkuräjähdys on pitävä fakta. Vakavasta asiasta on toki kysymys, eikä ketään pidä tietoisesti johtaa harhaan. Olet oikeassa siinä, että kosmologia on historiallisista syistä täynnä aika kummallista ja helposti harhaanjohtavaa käsitteistöä. Itsekin syyllistyn jatkuvasti termin ”reheating” käyttämiseen, mutta termiä ”rekombinaatio” en käytä koskaan. Tämä johtunee siitä, että rekombinaatiota voi kutsua esim. ”kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn synnyksi”, mutta reheatingille en ole koskaan kuullut vaihtoehtoa. Voisihan sitä tietysti kutsua ihan vain ”heatingiksi”.

    En itse ajatellut, että tiedotteesta saisi sitä kuvaa, että ko. mallille olisi aivan erityistä se, että ylipäänsä on mahdollista saada tietoa ajasta ennen alkuräjähdystä eli inflaatiosta. Eihän missään näin väitetä, vaan sanotaan vain, että ko. pimeän aineen mallilla voidaan näin tehdä. Päin vastoin, eksplisiittisesti todetaan, että idea inflaation aikana syntyneestä pimeästä aineesta ei ole uusi.

    Kohdasta ”Niinpä se, että pimeä aine on vaikeasti havaittavaa ei kerro siitä, että se olisi syntynyt inflaation aikana. Jos tarkoitetaan ”alkuräjähdyksen jäänteellä” WIMPpejä, niin niiden toki olisi pitänyt jo näkyä. Mutta WIMPit (kuten tiedät) ovat vain pieni osa mahdollisista kandidaateista” olemme samaa mieltä. Tähän viittaa myös lehdistötiedotteen lauseen “If dark matter were truly a remnant of the Big Bang, then in many cases researchers should have seen a direct signal of dark matter in different particle physics experiments already” kohta ”in many cases”. Rajallisessa merkkimäärässä ei voi ihan kaikkea kertoa wimpeistä, siitä mitä ne ovat ja miksi niitä olisi pitänyt näkyä, tai miten asiaa ylipäätään tutkitaan ja mitä epävarmuustekijöitä tähän liittyy.

    En sanoisi, että inflaatioon viittaaminen ”alkuräjähdystä edeltävänä aikana” on mitenkään erityisen harvinaista. Esimerkki tästä on esim. https://arxiv.org/abs/0812.3622, jossa käytetään termejä ”hot big bang” ja ”big bang” synonyymeinä toisilleen.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Joskus termiä ”hot big bang” tai ”big bang” tosiaan käytetään viittaamaan aineen syntyyn inflaation jälkeen, mutta en muista nähneeni termiä ”pre-big bang” viittaamaan inflaation aikaan. (Vaikka se oli tietysti yhtä johdonmukaista tai epäjohdonmukaista.)

  4. Heikki Poroila sanoo:

    Kiitos mielenkiintoisesta, joskin vaikeatajuisesta keskustelusta. Olisiko tämä hyvä hetki kysyä kahdelta kosmologilta kerralla itseäni vaivannutta terminologista asiaa, joka liittyy myös tähän keskusteluun.

    ”Alkusingulariteetti” kuulostaa maallikosta asialliselta nimeltä jollekin hyvin ”pienelle”, josta emme tiedä käytännössä mitään. Kuitenkin termiä ”singulariteetti” käytetään monessa muussakin merkityksessä niin mustien aukkojen yhteydessä kuin matematiikassa. Mustan aukon singulariteetti vaikuttaa fysikaalisesti täydelliseltä vastakohdalta alkusingulariteetille. Onko järkevää käyttää ainakaan maallikoiden kuullen yhtä ja samaa perustermiä sekä mustan aukon että alkuräjähdyksen yhteydessä? Vai voisiko musta aukko toimia alkuräjähdyksen esiasteena jollekin toiselle maailmankaikkeudelle?

  5. Kari Enqvist sanoo:

    Syksy, termi big bang *ei*alun perin viitannut alkusingulariteettiin; Hoyle tarkoitti sillä Gamowin et al hot bing bang. Tässä hengessä ”alkuräjähdys” = (kuuma) hyvin tiheä alkutila. Kysymys singulariteetista on tästä erillinen.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Tämän historiallisen katsauksen mukaan Fred Hoyle viittasi termillä big bang nimenomaan kaiken alkuun, eikä termiä keksinyt tai mainostanut Gamow. (Se ei esiinny kuuluisassa nukleosynteesipaperissa.)

      ”Hoyle was strongly opposed to cosmologies with a beginning in time. […] He emphasized the contrast between the Steady State theory and “the hypothesis that all matter of the universe was created in one big bang at a particular time in the remote past”, which he found to be “irrational” and outside science.”

      https://academic.oup.com/astrogeo/article/54/2/2.28/302975

      1. Kari Enqvist sanoo:

        Gamow ei tietenkään puhunut alkuräjähdyksestä, hänen terminsä alkutilalle oli ”ylem”. Kyse on siis Hoylen haukkumasanasta BBCn kosmologialuennoissa. Mutta kuten Lemaitrelle, kyseessä oli Gamowillekin de facto t=0 – jolla hän ei (eikä Hoyle) tarkoittanut singulariteettia. Jälkimmäinen nousi prominenttiin rooliinsa vasta 60-luvulla Hawkingin ja Penrosen teoreemien myötä.

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          En ole varma onko tässä erimielisyyttä.

          Singulariteetista en kommentoi mitään, mutta termi big bang tarkoitti (kuten tuossa artikkelissa käydään läpi) alun perin ajan ja avaruuden alkua, ei vain sitä, että aiemmin aine on ollut tiheää ja kuumaa.

  6. Lentotaidoton sanoo:

    Tenkanen: Tarkoitin, että hiusten halkomista on termien ”alkuräjähdys” ja ”kuuma alkuräjähdys” käyttäminen siinä mielessä, että on mielestäni turha käyttää yhtä sanaa ja alkaa sitten lisäkäsitteillä jatkaa sitä tarkoittamaan eri asiaa kun yhtä hyvin toiselle voisi keksiä oman sanansa. Tai sitten käyttää olemassa olevaa ”alkusingulariteettia” ja vielä täsmentää perään, että tällaisesta ei sitten oikeasti ole mitään tietoa, siinä missä (kuuma) alkuräjähdys on pitävä fakta. Vakavasta asiasta on toki kysymys, eikä ketään pidä tietoisesti johtaa harhaan.

    Olen useasti ilmoittanut olevani fysiikan/kosmologian tavis ja kirjoitan sen mukaisesti. Tenkasen tutkimuksen julkinen tiedottaminen sisälsi kyllä raskasta harhaanjohtamista – (joidenkin osalta ehkä) tietoisesti ja (joidenkin osalta) tiedottomasti.

    Big Bang/alkuräjähdys on surkea termi, mutta on valitettavasti jäänyt elämään. Väittäisin, että suuri yleisö yli 99 prosenttisesti liittää automaattisesti Big Bangin ja hypotettisen laskennallisen ”alun” eli singulariteetin toisiinsa (sehän nimenomaan oli Hoylen alkuperäinen ajatus). Tarvitsee vain astua tutkijoiden kammioista ulos huomatakseen tämän. Suomalaiset Enqvist ja Räsänen ovat popularisoidessaan koettaneet oikoa käsityksiä (esim Enqvistin kurvatoniteoria on kirjoissa tullut hyvin esille). Kaikille taviksille ei kyllä viesti ole mennyt perille (ehkä siksi että kosmologia käsitetään liian teoreettiseksi ja matemaattisesksi ja silloin jäävät elämään vain Big Bang/alkuräjähdys –tyyppiset epämääräiset sloganit).

    Täällä Tiede-lehden palstoilla meillä on myös omat keskustelusivumme. Varsin yleinen vanhojen uskomusten ”vahvistuminen” jysähti myös Tenkasen tutkimusten tiedottamisesta. Olemme päässeet aikaan ennen alkua eli singulariteettiä!!! Hallelujaa. Itse yritin toppuutella sanomalla (HBBn mukaisesti), että tästä ei nimenomaan ollut kyse Tenkasen(kaan) tutkimuksessa. Eli ei jo vuosikymmeniä sitten Hawkingin ja Penrosen todistamasta suhtiksen singulariteetistä.

    Höyrypäille ei pitäisi tarjota tällaisia aterioita.

    1. Heikki Poroila: Singulariteetti on matematiikan termi, jolla viitataan pisteeseen, jossa matemaattinen objekti kuten vaikkapa jokin funktio ei ole hyvin määritelty. Sekä mustia aukkoja että aika-avaruutta globaalisti kuvaavat yleisen suhteellisuusteorian kenttäyhtälöiden ratkaisut sisältävät tällaisia pisteitä, joten siksi termillä ”singulariteetti” viitataan välillä mustiin aukkoihin, välillä maailmankaikkeuden (hypoteettiseen) alkuun. Singulariteetin kohdalla teoria ei ole hyvin määritelty, eikä sen pohjalta pystytä siksi sanomaan, millaisia luonnonlait ko. pisteessä ovat. Ei tiedetä, mitä mustan aukon tapahtumahorisontin sisällä on, joten ainoa rehellinen vastaus kysymykseesi siitä, voisiko musta aukko toimia alkuräjähdyksen esiasteena jollekin toiselle maailmankaikkeudelle on ”ehkä”, tai vielä rehellisemmin ”en tiedä”.

      Syksy: Kiitos tuosta linkistä! Luen sen läpi heti kun ehdin.

      Lentotaidoton: Jos ensin myöntää olevansa ”tavis ja kirjoittavansa sen mukaisesti”, kannattaa ehkä jättää painavien johtopäätösten tekeminen muille. Termin ”alkuräjähdys” käyttö on selvästi hämmentänyt ihmisiä, mutta viittaaminen tietoiseen harhaanjohtamiseen on aika paksua. Nähdäkseni tässä ei ole kysymys muusta kuin siitä, että eri yhteisöt (myös kosmologiayhteisön sisällä) käsittävät termin ja ovat tottuneet käyttämään sitä eri tavalla. Keskustelu siitä, mitä ajankohtaa/tapahtumaa/tapahtumasarjaa termillä ”alkuräjähdys” oikeastaan tarkoitetaan, ei ole mitenkään uutta. Tässä melko tuore esimerkki kolmen vuoden takaa: http://backreaction.blogspot.com/2016/07/can-we-please-agree-what-we-mean-by-big.html

      1. Lentotaidoton sanoo:

        Tietysti asia on näin kuin esität tutkijan näkövinkkelistä. Mutta pointti olikin siinä, että suurelle yleisölle tieteestä tiedottamisessa tulee huolellisesti pohtia sitä kenelle ja millä termeillä tiedotetaan. Monet huitaisevat tiedotteen alkulauseet tai pelkän otsikoinnin ja jäävät niiden pariin (ja kaljapäissä öristään sitten että juu juu Tenkanen sanoi niin).

        Kun jo etukäteen tiedossa oli että: ”Nähdäkseni tässä ei ole kysymys muusta kuin siitä, että eri yhteisöt (myös kosmologiayhteisön sisällä) käsittävät termin ja ovat tottuneet käyttämään sitä eri tavalla. Keskustelu siitä, mitä ajankohtaa/tapahtumaa/tapahtumasarjaa termillä ”alkuräjähdys” oikeastaan tarkoitetaan, ei ole mitenkään uutta”, niin herranen aika sitä huolellisempi tulisi olla siinä, että selitetään MITÄ terminologiaa tutkija tässä tiedottamisessa käyttää (ja mitä ne termit merkitsevät).

        Se, että tutkijat itse tietävät tasan tarkkaan missä mennään on laiha excuse.

        ”Johtopäätökset” tutkijayhteisössä lienevät ammatinkin puolesta yhteneväisiä, kaikenmaailman tavisyhteisöissä (eli ne joille tiedote oli osoitettu) eivät. Eikö nimenomaan TÄSSÄ olisi ollut oiva tilaisuus oikoa virhekäsityksiä (or is that too much asked)?

        1. Lentotaidoton: Tiedotteessa käytetty terminologia on selitetty muun sisällön yhteydessä. Kuten Syksy yllä kirjoitti: ”Sekä tieteellisessä artikkelissa että tiedotteessa kyllä todetaan, että ilmaisulla ”ennen alkuräjähdystä” tarkoitetaan kosmisen inflaation aikaa.”

          1. Lentotaidoton sanoo:

            OK. Jotta ei jäisi väärinkäsityksiä niin puolustin kovasti juuri sinun käsitystäsi marssijärjestyksestä Tiede-foorumissa. Kritisoin huonoa tiedotuksen otsikointia.

  7. Eusa sanoo:

    Gamow ei tietenkään pohdiskellut 40-luvulla inflaatiota, joka on vakiintunut varteenotettavaksi hypoteesiksi vasta 70-luvulta.

    Siten Hoylen heitto big bangista todellakin iskostui useita vuosikymmeniä sisältämään myös kaiken alun.

    Hoyle itse totesi haastattelussa v. 1995, että sanat ovat kuin harppuunoja – kun ne ovat johonkin tarttuneet, niitä on hyvin hankala irrottaa. Ehkä olisi syytä uskaliaammin nimetä uniikisti epookkihypoteeseja (tässä esim. ”Inflaation pimeä aine”) sekaannusten välttämiseksi, kunnes/jos idea osoittautuu toimivaksi ja saa harppuunansa (esim. jälleen ansaitun nälvinnän johdosta) kiinni…

  8. Jyri T. sanoo:

    En halua lisätä bensaa kuuman keskustelun liekkeihin, mutta huomautan kuitenkin seuraavaa:

    Kyselin työpaikallani, mitä ”alkuräjähdys” tarkoittaa. Kaikki sanoivat, että siinä joku pieni juttu lähtee (räjähtää) laajenemaan isommaksi.

    Kyselyyni vastanneet henkilöt ovat koulutettuja*, keskiluokkaisia aikuisia ihmisiä.

    Tämä kannattaa muistaa aina silloin, kun popularisoidaan kosmologiaa: yleiskielessä alkuräjähdys tarkoittaa nimenomaan sitä, että joku pieni juttu (i.e. alkusingulariteetti) lähtee nopeasti laajenemaan.

    ”Alkusingulariteetti” ja ”kuuma alkuräjähdys” menevät normi-ihmiseltä termeinä kirkkaasti yli hilseen.

    *) Heillä on korkeakoulutason koulutusta joko humanistisella tai yhteiskuntatieteellisellä alalla; yhdelläkään ei ole yliopistotason opintoja matemaattisesta luonnontieteestä.

    1. Lentotaidoton sanoo:

      Jyri T:n kommentti on tärkeä. Kun ”yleis”kielessä (Jyri T) yleisesti käsitetään ”alkuräjähdys” yhdestä pisteestä ”räjähtäneenä” tarkoittaen singulariteettiä, niin tämä on poikinut kasoittain myös (ainakin minun mielestäni) ei-tieteellisiä näkemyksiä ja kannanottoja. Viittaan uskontoihin ja kaikenkarvaisiin New Age –oppeihin. Sekä maitokauppakosmologiaan. Solipsismi rulaa ja kovaa.

      Ja tämä poikiminen johtaa tuhansiin ja taas tuhansiin hedelmättömiin ”keskusteluihin” (eli suomeksi räävittömiin kinasteluihin). Jonkun tai joidenkuiden tulisi tiedeyhteisössä tehdä SELVÄ ja tarpeeksi räväkkä julkinen ulostulo ja terminologiayhteenveto siitä, mitä näillä termeillä nykykosmologiassa tarkoitetaan (se, että se on kaivettavissa jostain tutkijan/tutkimuksen syövereistä, ei taida jaksaa jokapoikaa kiinnostaa).

      Se, että singulariteettiä ei tiedetä tieteelliseksi muuta kuin hypoteesinä ja suhtiksen pätevyysalueen loppuna, tulisi (nöyrästi) tunnustaa ja tuoda ilmi (jo toimittajien otsikoissa). Tämän ymmärtämisestä on sitten ehkä turvallisempaa lähteä seuraamaan teoriapolkuja YLI standarditeorian. Nyt standarditeoria ja sen ylitykset menevät herttisen sekaisin. Ja niin menee keskustelukin.

      1. Syksy Räsänen sanoo:

        Ongelmana on se, että tutkijatkin tarkoittavat termillä ”big bang” eri asioita. Pitäisi siis ensin saada muutos siihen, miten tutkijat käyttävät termiä. (Eli palata alkuperäiseen merkitykseen ajan ja avaruuden alusta.)

        Termin ”pre-big bang” kohdalla tosin ei juuri ole tällaista ongelmaa, sen käyttämisessä suurelle yleisölle tarkoittamaan inflaation aikaisia tapahtumia lienee kyse lähinnä harhaanjohtavasta markkinoinnista.

        1. Syksy, mitä termiä itse käytät kosmisen inflaation jälkeisestä ajasta, jonka myötä myös kevyimpien alkuaineiden ytimet syntyivät ja jonka todella tiedämme tapahtuneen? Vai onko tämä vain ”kosmisen inflaation jälkeinen aikakausi”, jossa ei ole mitään merkittävää? Minusta se ei ihan tekisi oikeutta saavutetulle tietämykselle kahdesta syystä: inflaatiosta ei ole täyttä varmuutta ja toisekseen olisi jossain määrin juhlallista, että varhaisimmilla ihmiskunnan tuntemilla hetkillä olisi jokin nimilappu, jonka pohjalta käsittää maailmankaikkeuden historiaa.

          Mielenkiintoista muuten on, että käytämme edelleen termiä ”alkuaine” asioista, joissa ei tämän päivän tietämyksen mukaan ole mitään alkua ensinkään. Silti emme ole siirtyneet käyttämään sanaa ”alkuaine” alkeishiukkasista. En tiedä, miksei alkuräjähdystäkin voisi siirtää samaan historiallisten termien lokeroon.

          1. Syksy Räsänen sanoo:

            Eri aikakausilla on nimityksiä vaikka kuinka: preheating (aineen synty, inflatonikentän hajoaminen), electroweak crossover (Higgsin kentän jäätyminen, sähköheikko olomuodon muutos), QCD crossover (hadronien synty, kvarkkien ja gluonien sitoutuminen), cosmological nucleosynthesis (kevyiden alkuaineiden synty, kevyiden ydinten synty), last scattering (atomien synty, kosmisen mikroaaltotaustan synty), ja niin edelleen.

            Jos inflaation jälkeisille aikakausille haluaa antaa jonkun yhteisen nimen, se on inflaation jälkeinen aika. Termi ”big bang” ei kerro niistä mitään.

            Kuten aiemmin sanottua, jo siitä, että ko. artikkelin tiedote poimittiin mediaan niin laajalti näkee, että se antoi harhaanjohtavan vaikutelman siitä, että on tehty jotain erityistä – artikkelien otsikot kertovat, mikä tämä väärinkäsitys on.

            Sana alkuaine ei ole harhaanjohtava, koska sillä ei ole nykyään kuin yksi vakiintunut merkitys.

          2. Syksy, onko käsityksesi siis se, että kun jokin sana tarkoittaa eri yhteisöille eri asioita ja sitä ei ole käytetty sinun käsityksesi mukaisesti, se on harhaanjohtavaa? Kuten nyt eri yhteyksissä näimme, ei ole edes tutkijayhteisölle mitenkään selvää, mihin termi ”alkuräjähdys” (big bang) itse asiassa viittaa. Pitäisi kyllä toki olla, ja linkkaamasi artikkeli vaikuttaa tämän suhteen hyvinkin lukemisen arvoiselta.

            Tartun tähän siksi, että minusta harhaanjohtaminen kuulostaa tietoiselta vääristelyltä. Ei lehdistötiedotteen mukaisella lauseella ”pimeä aine saattoi syntyä ennen alkuräjähdystä kosmisen inflaation aikana” ole ollut tarkoitus johdattaa ketään harhaan, vaan saada ihminen lukemaan koko tiedote ja samalla ja ennen kaikkea kertoa, milloin inflaatio tapahtui ja miksi on mahdollista, että pimeä aine syntyi silloin. Jos alkuräjähdyksessä ja sen yksityiskohdissa on suuren yleisön keskuudessa tietämättömyyttä ja/tai kummastusta, en epäile hetkeäkään, etteikö sitä olisi myös kosmisen inflaation osalta. Kieltämättä tutkimuksesta uutisoitiin monessa yhteydessä harhaanjohtavasti tai jopa täysin väärin, mutta myös asiallisesti ja ymmärrettävästi kertoen, mistä oli kysymys, kt. esim. https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2019/09/19/was-dark-matter-really-created-before-the-big-bang/#571f3c2d229a

            Kuten muuten tuo yo. artikkeli näyttää, ei ole edes mitenkään selvää, että yleiskielessä ”big bang” tarkoittaa aina ajan alkupistettä. Ei asiasta käydä keskusteua pelkästään kosmologiyhteisön sisällä, vaan alkuräjähdyksestä inflaation jälkeisenä aikakautena uutisoidaan suuremmallekin yleisölle ihan jatkuvasti. Siitä, miten asian pitäisi olla, lienemme jossain määrin erimielisiä, kuten yllä on käynyt ilmi.

            (Ja vielä alkuaine-sanaan liittyen: kieltämättä termi on yksikäsitteinen, mutta aika hämmentävä. Jos tänään oppisin, mitä atomit ovat mistä ne koostuvat ja kuinka niitä kuitenkin sanotaan eri alkuaineiksi, kysyisin varmaan, mistä tuo etuliite ”alku” siihen tulee. Sama pätee tietysti termiin alkuräjähdys. Tykkäsin muuten käyttämästäsi termistä ”cosmological nucleosynthesis”, jota en ollut kuullut aiemmin. Tässä on paljon enemmän järkeä kuin termissä ”big bang nucleosynthesis”, jos termillä big bang ei halua viitata inflaation jälkeiseen aikaan.)

          3. Syksy Räsänen sanoo:

            Ei.

            Kuten mainittua, en muista koskaan aiemmin törmänneeni siihen, että termiä ”pre-big bang” tiedeyhteisön sisällä käytettäisiin viittaamaan inflaatioon. (Vaikka en ihmettelisi, jos tällainen esimerkki jostain löytyisi.) Siinä ei ole kyse vakiintuneen käytännön toistamisesta.

            Se, että alan ammattilainen on kirjoittanut aiheesta selkeästi Forbesiin ei kerro mitään siitä oliko tiedote harhaanjohtava (sen enempää kuin minun blogimerkintäni kertoo siitä). Ethan Siegelhän jutussa mainitsee, että asia on herättänyt hämmennystä, ja hän selventää asiaa.

          4. Olet ihan oikeassa siinä, että kieltämättä termin ”pre-big-bang” olisi voinut artikkelissani muuttaa muotoon ”before the big bang” tms. sekaannusten välttämiseksi.

            Viittasin edellisen viestini kolmannella kappaleella siihen, että artikkelissa Siegel viittaa omaan aiempaan artikkeliinsa vuodelta 2017 (https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2017/09/21/the-big-bang-wasnt-the-beginning-after-all/#50c5d44455df), jossa hän itse kertoo, ettei alkuräjähdys ollut kaiken alku. En näin ollen usko hänen tästä ajatelleen, että tiedote oli harhaanjohtava.

  9. Kosmologiasta kiinnostunut sanoo:

    Seurasin aikanaan Kari Enqvistin luentoa Tieteidentalolla. Jos muistan oikein, hän sanoi big bangista, ettei maailmankaikkeus saanut alkuaan yhdestä pisteestä, vaan se syntyi kaikkialla samaan aikaan. Hän myös totesi ainakin minua hämäävästi, että alussa maailmankaikkeus oli noin metrin kokoinen äärettömän kuuma ja tiheä plasmapallo. Mitenkähän näihin keskenään ristiriitaisiin tietoihin pitäisi suhtautua?

      1. Kosmologiasta kiinnostunut sanoo:

        En löydä vastausta viittaamastasi blogista. Viittasitkohan vahingossa väärään blogiin? Jospa Enqvist itse voisi kertoa, mitä hän tarkoitti kysymilläni seikoilla, eli sillä, ettei alkusingulariteettia ollut, vaan maailmankaikkeus sai alkunsa samaan aikaan kaikkialla, mutta oli kuitenkin alussa vain metrin kokoinen plasmapallo.

        Toinen asia: sanot, ettei valon nopeutta voi ylittää. Inflaatiosta puhuessaan Enqvist (ja moni muu) kuitenkin sanoo laajentumisen tapahtuneen sen aikana valoa nopeammin. Mihin tässä pitäisi uskoa?

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          En viitannut.

          Ilmaisu ”valoa nopeampi laajeneminen” on selitetty tuon blogin kommenteissa.

          1. Kosmologiasta kiinnostunut sanoo:

            Kysyin inflaation aikana tapahtunutta laajenemisnopeutta, en sitä, mistä blogin kommenteissa puhutaan.

            Näyttää siltä, että en saa vastausta kumpaankaan alkuperäiseen kysymykseeni. Harmi.

          2. Syksy Räsänen sanoo:

            Vastaus ensimmäiseen kysymykseesi löytyy blogista ja toiseen kommenteista, kuten sanottua.

            Tämä riittäköön tästä.

  10. Lentotaidoton sanoo:

    Tenkasen linkki: It might seem counterintuitive, because the way MOST PEOPLE (isot kirjaimet minun) conceive of the Big Bang is as a singular point of infinite density. If you say the Universe is expanding and cooling today, then you can extrapolate it back to a state where all the matter and energy was compressed into a single point in space: a singularity. This corresponds to an initial start time for our Universe — the beginning of our Universe — and that’s the Big Bang.

    Vaikka asia kyllä selitetään jatkossa niin tässä(kin) selvästi myönnetään mikä on useimpien ihmisten käsitys Big Bangistä.

  11. Taho sanoo:

    Wiki sanoo
    Kosminen inflaatio on kosmologian teoria, jonka mukaan maailmankaikkeus koki alkuräjähdystä seuraavien sekunnin murto-osien aikana tyhjiöenergian aiheuttaman eksponentiaalisen laajenemisen vaiheen.
    Huom. SEURAAVIEN

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      En kyllä (varsinkaan suomenkielisen) Wikipedian fysiikka-artikkeleita pitäisi kummoisena lähteenä.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Kun kuplat kohtaavat

18.9.2019 klo 19.07, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Yksi kosmologian keskeisiä kysymyksiä on se, miksi ainetta on olemassa. Onnistunein selitys on, että kaikki nykyinen aine syntyi ensimmäisen sekunnin pienen murto-osan aikana, kun kosminen inflaatio (eli avaruuden kiihtyvä laajeneminen) loppui ja sitä ajanut kenttä hajosi hiukkasiksi. Tästä seuraa yksi jatkokysymys: miksi kaikki näkemämme planeetat, galaksit ja muut rakenteet koostuvat aineesta, eivät antiaineesta?

Jos hiukkasella on sähkövaraus (tai johonkin muuhun vuorovaikutukseen liittyvä varaus), on olemassa antihiukkanen, joka on muuten samanlainen, paitsi että sen varaus on vastakkainen. Esimerkiksi negatiivisesti varattua elektronia vastaa positiivisesti varattu positroni. Kun hiukkanen ja antihiukkanen kohtaavat, ne tuhoutuvat eli muuttuvat toisiksi hiukkasiksi, usein enimmäkseen fotoneiksi ja neutriinoiksi.

Suurin osa maailmankaikkeuden aineesta on näkymätöntä eli pimeää ainetta. Ei tiedetä, millaisista hiukkasista pimeä aine koostuu, mutta suosituimmissa malleissa pimeää ainetta ja antiainetta on yhtä paljon. Niinpä hiukkaset ja antihiukkaset varhaisina aikoina tuhoavat toisiaan kiivaasti, kunnes maailmankaikkeuden laajenemisen takia ne eivät enää törmää toisiinsa, ja jäljelle jäänyt pieni osa alkuperäisistä hiukkasista muodostaa nykyisen pimeän aineen. Paikoissa, mihin gravitaation takia kertyy paljon ainetta, kuten galaksien keskustoissa, tuhoutumista voi kuitenkin vielä tapahtua, ja tämän voisi periaatteessa nähdä niistä hohkaavana valona. Kiistattomia havaintoja tästä ei toistaiseksi ole.

Näkyvän aineen kohdalla on toisin. Näkyvä aine koostuu elektroneista, protoneista ja neutroneista. Jos olisi aluksi yhtä paljon elektroneja ja positroneja (sekä protoneita yhtä paljon kuin antiprotoneita, ja neutroneita yhtä paljon kuin antineutroneita), niin näkyvää ainetta olisi jäänyt jäljelle miljardi kertaa vähemmän kuin mitä sitä nyt on. Ero pimeään aineeseen johtuu siitä, että näkyvä aine vuorovaikuttaa voimakkaammin: protonit ja antiprotonit vetävät toisiaan enemmän puoleensa kuin pimeän aineen hiukkaset ja antihiukkaset, joten ne myös tuhoavat toisensa tehokkaammin.

Niinpä jonkin varhaisen maailmankaikkeuden tapahtuman pitää saada aikaan enemmän näkyvää ainetta kuin antiainetta. Kun antiprotonit on kulutettu loppuun, pitää jäädä protoneita yli. Tälle tapahtumalle on annettu nimi baryogeneesi, baryonisen aineen synty. Baryoninen aine tarkoittaa ainetta, joka koostuu kvarkeista, kuten protonit ja neutronit. (Elektronit ovat yleensä sivustakatsojia tässä touhussa.)

Maailmankaikkeuden historiassa tunnetaan yksi tapahtuma, jossa aineen ja antiaineen välinen tasapaino voi järkkyä, nimittäin sähköheikko symmetriarikko. Siinä on kyse Higgsin kentän olomuodon muutoksesta.

Higgsin kenttä täyttää avaruuden ja antaa tunnetuille hiukkasille (paitsi ehkä neutriinoille) massat. Kuten vedessä on raskaampaa kävellä kuin ilmassa, Higgsin kentän läpi on raskasta matkata. Kun maailmankaikkeuden lämpötila on tarpeeksi korkea (miljoona miljardia astetta), Higgsin kenttä kuitenkin sulaa, eikä enää haittaa hiukkasten liikettä. Tai jos tarkastellaan asioita oikein päin ajassa, niin varhaisina aikoina Higgsin kenttä on sula ja sitten jäätyy.

Jäätyminen alkaa eri paikoissa eri hetkinä, joten avaruuteen syntyy kuplia, joiden sisällä kenttä on jäässä ja ulkopuolella se on vielä sula. Kuplat kasvavat ja hiukkaset törmäilevät niiden seiniin. Koska hiukkaset vuorovaikuttavat eri tavalla jäätyneen ja sulan Higgsin kentän kanssa, kuplien seinien tienoilla antiainetta muuttuu aineeksi. Lopulta kuplat kattavat koko avaruuden, eli Higgsin kenttä on jäätynyt kaikkialla, ja jäljelle jää enemmän ainetta kuin antiainetta.

Ideassa on pieni ongelma: jos on olemassa vain tunnetut hiukkaset, Higgsin kentän olomuodon muutoksessa ei synny kuplia. Tapahtuma on silloin kuin kuuman veden tasainen muutos kaasuksi, ilman suurta eroa kahden olomuodon välillä. Asian voi ilmaista myös niin, että jos Higgs on vastuussa aineen ja antiaineen epäsuhdasta, on olemassa uusia hiukkasia, jotka tekevät muutoksesta jyrkemmän. Niiden massat eivät saa olla kovin paljon Higgsin massaa isompia, koska muuten ne eivät merkittävästi vaikuta sen olomuodon muutokseen.

Juuri tällaisten hiukkasten etsiminen on yksi CERNin hiukkaskiihdytin LHC:n pääasiallisia tehtäviä. Toistaiseksi mitään ei ole näkynyt tarkasta syynistä huolimatta. Tämän takia katseet ovat kääntyneet taivaalle.

Kuplien törmäykset eivät vain sekoita aineen ja antiaineen suhdetta, ne myös synnyttävät gravitaatioaaltoja. Kuplien seinissä on paljon energiaa. Niinpä niiden törmäykset ravistelevat avaruutta kovalla kädellä, kuten mustien aukkojen törmäykset nykyään.

Helsingin yliopistolla kollegani Mark Hindmarsh ja David Weir ovat kunnostautuneet näiden törmäysten tarkassa tutkimisessa. He ovat ensimmäisinä maailmassa laskeneet, millaisia gravitaatioaaltoja jyrkässä olomuodon muutoksessa kasvavien kuplien törmäyksissä syntyy. Muutkin kuin fyysikot voivat nauttia heidän elokuvistaan, jotka havainnollistavat laskujen tuloksia. Alla olevassa videossa näkyy kuplien synty, törmäykset ja yhtyminen.


Alla olevassa videossa näytetään, miten kuplien törmäykset synnyttävät gravitaatioaaltoja.

Elokuvasta näkee, että gravitaatioaaltoja syntyy vielä kuplien katoamisen jälkeen aineen velloessa väkivaltaisesti ympäriinsä.

Satelliittikolmikko LISA, joka nousee Aurinkoa kiertävälle radalle 2030-luvun puolivälissä, voi havaita Higgsin kuplista syntyneitä gravitaatioaaltoja. Joku voisi sanoa, että motivaatio niiden etsimiselle on heikko koska LHC ei ole nähnyt mitään.  Toisaalta voi ajatella, että juuri siksi gravitaatioaallot ovat tärkeitä: jos Higgsin kuplien synnyttämiä aaltoja nähdään, ne ovat varma ja ainutlaatuinen merkki uusista hiukkasista ja vuorovaikutuksista.

On myös jännite onnistuneen baryogeneesin ja gravitaatioaaltojen näkemisen välillä. Gravitaatioaallot ovat sitä vahvempia, mitä rajumpia kuplien törmäykset ovat, eli mitä nopeammin niiden seinät liikkuvat. Toisaalta antiaineen ja aineen epäsuhdan kehittyminen vie oman aikansa, joten sen kannalta on parempi, jos seinät liikkuvat hitaasti.

Mutta LISA-koe on rakennettu pääasiassa galaksien keskustoissa lymyävien mustien aukkojen muodostumista ja muita myöhäisen maailmankaikkeuden tapahtumia silmällä pitäen, Higgsin kentän mahdollisia kuplia tulee etsittyä samaan hintaan.

Jos Higgs on vastuussa siitä, että ainetta on enemmän kuin antiainetta, se olisi sille yksi tehtävä lisää, hiukkasten massojen ja ehkä kosmisen inflaation lisäksi. Jos Higgs ei pysty hommaa hoitamaan, niin hiukkaskosmologit ovat keksineet muitakin keinoja, kuten steriilien neutriinoiden muuttumisen toisikseen, josta ehkä toiste enemmän. Se, että gravitaatioaallot saattavat kertoa asian laidan osoittaa, miten hiukkasfysiikka ja kosmologia ovat toisiinsa kietoutuneita.

Päivitys (20/09/19): Lisätty sanat ”kolmiulotteisilla simulaatioilla”.

21 kommenttia “Kun kuplat kohtaavat”

  1. Jani sanoo:

    Ovatko nämä kuplat meidän maailmankaikkeudessamme vai edustavatko nämä rinnakkaismaailmankaikkeuksien kuplia?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Ihan omassa maailmankaikkeudessa liikutaan.

  2. Mika sanoo:

    ”Koska hiukkaset vuorovaikuttavat eri tavalla jäätyneen ja sulan Higgsin kentän kanssa, kuplien seinien tienoilla antiainetta muuttuu aineeksi.” Ymmärsinkö oikein, että tämän mukaan siis kuplien seinien tienoilla osa antiaineesta olisi muuttunut aineeksi ja tästä syystä ainetta on lopulta enemmän kuin antiainetta?

    Voisiko tästä lausua jokusen sanan lisää, miten ja miksi tämä oikein tahtuu?

    Tapahtuuko näin myös pimeälle aineelle?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Tämä onkin yksityiskohdiltaan monimutkainen prosessi.

      Hiukkaset siroavat seinästä eri tavalla riippuen siitä, ovatko ne hiukkasia vai antihiukkasia. Tämä saa aikaan hiukkasten ja antihiukkasten epäsuhdan seinän edessä.

      Sähköheikon olomuodon muutoksen lämpötiloissa (ja sitä korkeammilla lämpötiloilla) tapahtuu niin sanottuja sphaleronisiirtymiä, joissa kvanttikenttien perustila vaihtuu. Niissä baryoniluku (jota kantavat kvarkit) muuttuu ja leptoniluku (jota kantavat elektronit, myonit, taut ja niitä vastaavat neutriinot) lukumäärä muuttuu yhtä paljon, niin että niiden erotus on vakio.

      Jos hiukkasia ja antihiukkasia on yhtä paljon, näitä siirtymiä tapahtuu yhtä paljon kumpaakiin suuntaan, eli baryoneita syntyy yhtä paljon kuin antibaryoneita. Mutta seinämän aikaansaaman epäsuhdan takia baryoneja syntyy ja jää jäljelle enemmän.

      Pimeällä aineella ei oletettavasti ole baryonilukua, joten tämä prosessi ei vaikuta siihen.

  3. Eusa sanoo:

    ”Jos olisi aluksi yhtä paljon elektroneja ja positroneja (sekä protoneita yhtä paljon kuin antiprotoneita, ja neutroneita yhtä paljon kuin antineutroneita), niin näkyvää ainetta olisi jäänyt jäljelle miljardi kertaa vähemmän kuin mitä sitä nyt on.”

    Olisiko antaa tälle väitteelle tutkimusviite?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Lasku on yksinkertainen, ks. esim. kosmologian kurssini luentomoniste:

      https://www.mv.helsinki.fi/home/syrasane/cosmo/lect2018_07.pdf

  4. Cargo sanoo:

    Onko noissa tutkimusrahaa nuoleskelevissa videoissa havaittavissa aaltojen interferenssiä? Ja jos on, niin mitä tarkoittaisi gravitaatioaaltojen annihilaatio energian säilymisen kannalta?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      On ihan silmin havaittavissa.

      Gravitaatioaallot eivät annihiloidu. Kuvissa Higgsin kentän kuplien törmäykset ja muut liikkeet saavat aikaan gravitaatioaaltoja.

  5. Leo Sell sanoo:

    Merkitseekö tämä että avaruuden suuren mittakaavan tihentymissä ”härmistyminen” hidasti tavallista ainetta nopeammin kuin anti ainetta. Eli on olemassa kenttä – ”UUDET HIUKKASET”, joka faasimuutostilassa esti annihiloitumista protonien osalta. Ovatko nämä oletetun ”jyrkkyysmuutoksen” aiheuttajat,uudet hiukkaset, siis skalaaribosoneja kuten HIGGS?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kyse ei ole hiukkasten nopeuden muutoksesta, vaan siitä, että hiukkasia ja antihiukkasia syntyy eri määriä seinämä läheisyydessä. Tarkemmin, ks. vastaus Mikalle.

      Tyypillisesti ne kentät, jotka tekevät olomuodon muutoksesta jyrkemmän tosiaan ovat skalaarikenttiä kuten Higgs. Yksinkertaisin malli on sellainen, jossa on hiukkasfysiikamn Standardimallin yhden Higgsin kentän sijaan kaksi kenttää (jolloin Higgsin hiukkasia on yhden sijaan viisi erilaista).

  6. Lentotaidoton sanoo:

    ”Niinpä jonkin varhaisen maailmankaikkeuden tapahtuman pitää saada aikaan enemmän näkyvää ainetta kuin antiainetta. Kun antiprotonit on kulutettu loppuun, pitää jäädä protoneita yli. Tälle tapahtumalle on annettu nimi baryogeneesi, baryonisen aineen synty.
    Jos hiukkasia ja antihiukkasia on yhtä paljon, näitä siirtymiä tapahtuu yhtä paljon kumpaakiin suuntaan, eli baryoneita syntyy yhtä paljon kuin antibaryoneita. Mutta seinämän aikaansaaman epäsuhdan takia baryoneja syntyy ja jää jäljelle enemmän.”

    Standardimallihan sisältää myös ns Sakharovin ehdot baryogeneesiin. Mutta hyvin heikosti (esim sähköheikko symmetriarikko joka selittää vain pienen osan epätasapainosta). Aikanaan tähän selitykseksi ehdotettiin erilaisia GUT-teorioita. Nyt jahdataan esim mahdollista protonin hajoamista (GUTin ennustaman X-bosonin kautta).

    Näillä mainitsemillasi kuplilla ja GUTeilla ei ilmeisesti ole mitään yhtymäkohtaa baryogeneesin selityksenä (eli liikumme eri energiaskaaloissa)?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Olet aivan oikeassa. On mahdollista, että baryogeneesi tapahtuu GUT-skaaloilla, mutta se on eri asia kuin tämä sähköheikko baryogeneesi. (Tosin myös GUT-skaalan baryogeneesissä pitää ottaa huomioon se, että sphaleronisiirtymät sekoittavat baryonilukua ja leptonilukua aina sähköheikkoon olomuodon muutokseen asti.)

      1. Eusa sanoo:

        Onko supersymmetrian tapaisista ideoista tutkimusta baryonigeneesin ratkaisuiksi? Esimerkiksi R-pariteetin merkitys?

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Supersymmetria ei itsessään auta asiaa, mutta sen vaatimista uusista hiukkasista saattaisi olla apua.

          Kun hahmotettiin, että Standardimallissa ei synny kuplia, ajateltiin että sen minimaalinen supersymmetrinen laajennus korjaisi tilanteen. Tällöin myös LHC:ssä olisi pitänyt jälkiä siitä. Kun mitään ei ole nähty, on siirrytty tutkimaan monimutkaisempia supersymmetrisiä malleja. On sitten psykologinen tai sosiologinen kysymys, kuinka pitkälle tätä peliä haluaa jatkaa – ainakaan toistaiseksi mitään merkkejä maalista ei ole.

      2. Lentotaidoton sanoo:

        Mikäli olen käsittänyt oikein niin symmetrisessä universumissa olisi liian vähän materiaa esim tähtien (ja muiden kohteiden) syntymiselle. Jossain vaiheessa ensin erittäin raskaiden ja siksi epävakaiden (oikeakätisten) Majorana neutriinojen sphaleronhajoamiset synnyttävät leptoniepäsymmetrian ja sitten sähköheikon vaiheen Sphaleron vuorovaikutukset puolestaan synnyttävät baryoniepäsymmetrian (seesaw-mekanismi?). Majorana neutriinot (ja niiden hajoamiset) ovat siis itse asiassa syy baryoniepäsymmetriaan, joka epäsuhta sitten ”jäätyi” kosmoksen jäähtyessä. Onko näin?

        Ehkä kuulemme tästä jatkossa enemmän.

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          GUT-skaalan majorana-neutriinoiden hajoamisella ei ole mitään tekemistä sphaleronien kanssa. Muuten idea menee noin – on tosin vielä muitakin mahdollisuuksia baryoniepäsymmetrian aikaan saamiselle.

          Ehkäpä tosiaan palaan tähän jatkossa.

  7. Lentotaidoton sanoo:

    ”GUT-skaalan majorana-neutriinoiden hajoamisella ei ole mitään tekemistä sphaleronien kanssa.”

    Baryonigeneesiä vastaava prosessi leptoneille on nimeltään leptonigeneesi, ja se on esitetty olevan baryonigeneesin alkusyy. Leptoniepäsymmetria voi nimittäin niin sanotun Sphaleron-ilmiön seurauksena muuttua baryoniepäsymmetriaksi.

    Baryoniepäsymmetria muodostuu leptonigeneesin kautta kahdessa vaiheessa. Ensimmäisessä vaiheessa leptoniluvun 4 säilymistä rikkovat raskaiden Majorana-neutriinojen hajoamiset synnyttävät leptoniepäsymmetrian. Toisessa vaiheessa, sähköheikon vaiheen aikana, sphaleronvuorovaikutukset muuntavat osan syntyneestä leptoniepäsymmetriasta baryoniepäsymmetriaksi.

    Lopulta M + 4N-lukua rikkovat sphaleron-vuorovaikutukset muuttivat osan leptoniepäsymmetriasta maailmankaikkeudessa nykyään havaituksi baryoniepäsymmetriaksi
    https://jyx.jyu.fi/bitstream/handle/123456789/41303/URN:NBN:fi:jyu-201305031552.pdf?sequence=1

    Eli Sphaleron vuorovaikutukset vasta sähköheikon vaiheen aikana? Näinkö? Älä hermostu, yritän vain tehdä asian itselleni selväksi.

    Odotamme innolla sitä luvattua jatkoa.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      En tiedä mitä ”leptoniluku 4” tai ”M+4N-luku” tarkoittaa, mutta muuten kyllä, GUT-skaalan leptogeneesi-idea menee noin.

      1. Eusa sanoo:

        Kaverilla hajosi vain pdf:stä kopioidessa baryoniluvun B 4:ksi ja leptoniluvun L 4N:ksi. 😉

        Ymmärryksestä, kuinka leptonien 3 eri sukupolvea ja baryonit vääntyvät ajanluonteiäisiksi ja onko symmetriassa jokin R-pariteetin tapainen yläkattaus, saattanee löytyä annihilaatiopoikkileikkauksillekin uutta logiikkaa.

        Nähdäkseni fysiikan perusteiden syventelyssä on uusia merkittäviä steppejä usein tapahtunut, kun logiikkaa on yleistetty – esim. tässä ajatellen, että annihilaatiota on myös toiseen suuntaan kuten e+ e- -> valonluonteinen. Veikkaan myös, että symmetriarikon turhan kiivas kaivaminen voi eksyttää…

  8. Eusa sanoo:

    Tai toisinpäin L(4) ja B(4N). Noista pdf:istä maalatessa ja kopioidessa saa olla tarkkana ja lukea aina siirretty teksti vielä kunnolla. Lähde kun oli mainittu, pystyi tarkistamaan.

  9. Lentotaidoton sanoo:

    Sitä onko neutriino oikeakätinen steriili Majorana-hiukkanen (eli oma antihiukkasensa) voidaan tutkia neutriinottomalla kaksoisbetahajoamisella. Esim seesaw-mekanismissa neuriino on Majorana fermioni. CP-symmetrian rikkoutuminen ja oleminen pois termisestä tasapainosta täyttävät Saharovin ehdot (kaksi niistä ja tämä edellyttää Majorana hiukkasta). Myös LHC:ssä tutkittu. Toistaiseksi ei havaittu.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Miksei kukaan ymmärrä

28.8.2019 klo 19.47, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Luin Tanya Bubin ja Jeffrey Bubin sarjakuvan Totally Random: Why Nobody Understands Quantum Mechanics (A Serious Comic on Entanglement). Sen tarkoitus on selittää, mitä on kvanttimekaniikan lomittuminen (entanglement).

Lomittumisessa on karkeasti sanottuna kyse siitä, että järjestelmän eri osat ovat kytköksissä toisiinsa, olipa niiden etäisyys miten iso tahansa. Heti alkuun kirjoittajat siteeraavat kvanttimekaniikan erään kehittäjän Erwin Schrödingerin sanoja: ”En kutsuisi sitä kvanttimekaniikan yhdeksi vaan keskeiseksi piirteeksi, mistä seuraa tämän koko poikkeama klassisesta ajattelutavasta.”

Schrödingerin kuuluisa ajatuskoe laatikkoon suljetusta kissasta perustuu lomittumiseen, ja sen tarkoitus oli osoittaa, miten kvanttimekaniikka on vaillinainen, koska se johtaa niin kummallisiin johtopäätöksiin. Myös Albert Einstein, kvanttimekaniikan kehittäjiä hänkin, havainnollisti lomittumisen avulla sitä, että kvanttimekaniikkaa pitäisi muuttaa, koska se johtaa niin isoon ristiriitaan arkiajattelun (ja, Einstein luuli, suhteellisuusteorian) kanssa. Nykyään monet pitävät lomittumista avaimena siihen, miksi maailma näyttää arkiselta.

Ensimmäisessä osassa kerrotaan mitä lomittuminen on ja miten sen voi todentaa Bellin epäyhtälön avulla. Tämä on vaikea aihe, mutta se on käyty läpi selkeästi ja tinkimättä, olennaiseen keskittyen.

Toisessa osassa kvanttimekaniikan merkkimiehet (”ilmeisesti ajalta ennen naisten olemassaoloa”, kuten toinen kertojista toteaa) esittelevät näkemyksiään siitä, mitä lomittumisesta pitäisi päätellä kvanttimekaniikasta ja todellisuudesta. Schrödinger tekee selityskotikäyntejä apurikissansa kanssa, monimaailmatulkinnan kehittäjä Hugh Everett on showmies, joka lupaa paljon ja antaa lähinnä selityksiä sitä, miksi asiakas ei näytä saavan mitään. Epäilevä Einstein ja deterministisen kvanttimekaniikan laajennuksen kehittänyt David Bohm istuvat terapiassa, missä tohtori Niels Bohr yrittää saada heidät hyväksymään, että kvanttimekaniikan takana ei ole mitään todellisuutta. Kuten Bohr aikoinaan lausui: ”On väärin ajatella, että fysiikan tehtävänä olisi selvittää, millainen maailma on. Fysiikka käsittelee sitä, mitä voimme sanoa maailmasta.”

Osa dialogista koostuu henkilöiden kuuluisista lausumista tai kirjoittamista, mikä tekee siitä hieman kömpelöä. Kokonaisuus on isompi ja vaikeammin hahmotettava kuin ensimmäisessä osassa, mutta juttu kulkee, ja tyyli on epämuodollinen.

Kolmannessa osassa palataan ihmisten mielipiteistä epäinhimillisen kvanttimekaniikan saloihin. Kryptaan sijoitettu kvanttikryptografia on havainnollistettu mieleenpainuvasti. Kvanttiteleportaatio, joka herättää usein hämmennystä, on selitetty kirkkaasti. Lomittumisen käyttöä tiedonvälityksessä on havainnollistettu kvanttikasinolla, mutta tässä tapauksessa aiheen lähestyttäväksi tekevä vertaus vie tilaa ymmärrykseltä: epäselväksi jää, mikä on esitellyn ilmiön todellisen merkitys, koska uhkapeleistä tuskin on kyse.

Tanya ja Jeffrey ovat tytär ja isä, ja osa sarjakuvasta on lisäksi heidän alter egojensa kiistelyä kvanttimekaniikasta ja sen esittämisestä sarjakuvassa. Näiden osuuksien huumorin viehätys on varmaan lukijakohtaista. Kerrontaa on sävytetty ilmeisimmillä mahdollisilla populaarikulttuuriviitteillä Star Warsista Star Trekkiin.

Tanya on verkkosivuja tekevän yrityksen perustaja, Jeffrey on fysiikan filosofi, jonka erikoisala on kvanttimekaniikan ja informaatioteorian risteyksessä. Ei olisi ollut pahitteeksi, jos sarjakuvan tekemiseen olisi otettu mukaan sarjakuvantekijä. Sivujen yleinen ilme on ikävän mustanharmaa, ja kuvallinen kerrontaa on usein sekä korutonta että sekavaa.

Verrattuna vaikkapa Feynman-sarjakuvaan, jossa on haukattu iso pala elämänkertaa ja fysiikan selittämistä, Totally Random on tiukasti rajattu esitys. Kerronta ei rönsyile, ja sarjakuva on helppolukuinen ja ainakin ensimmäisessä ja kolmannessa osassa asiat käydään läpi tarkkuudesta tinkimättä. Tämän sarjakuvan lukeminen saattaa olla helpoin tapa ymmärtää, mistä lomittumisessa on kyse.

18 kommenttia “Miksei kukaan ymmärrä”

  1. Eusa sanoo:

    Kai se hämmentävin juttu kvanttilomittumiseen liittyen on se, ettei osata yleistajuisesti kuvata avaruudellisesti levittynyttä korrelaatiota.

    Esimerkiksi kuvailut näin: ”kun mittaat kvanttitilan tiettyyn arvoon yhtäällä, se vaikuttaa lomittuneen tilan arvoon toisaalla riippumatta yleisestä vuorovaikutusten nopeusrajoituksesta valonnopeus c” – ovat sekä väärin että nimenomaan harhautumiseen johdattelevia.

    Olisi helppoa sanoa, että lomittuneiden tilojen välillä avaruus säilyttää korrelaation ja kun mittalaite on osa avaruutta ja ainetta, toisen kvanttitilan selvittäminen asettaa avaruuden sellaiseksi, ettei toisenkaan tila voi olla kuin tietty.

    Oletetaanpa oliot, jotka eivät ymmärrä kätisyyttä (tai mitään antipodaalista) ollenkaan. Mitatessaan lomittumista he löytävät tilojen vastakkaisuuden säilymisen ja iloitsevat, että todellisuus toimii edelleen luotettavasti. 🙂

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Sulkuihin laittamasi virke pitää paikkansa. Sarjakuva selventää tämän mainiosti!

      Avaruudella ei ole mitään tekemistä asian kanssa. Tämä riittäköön tästä.

  2. Erkki Kolehmainen sanoo:

    ”…Niels Bohr yrittää saada heidät hyväksymään, että kvanttimekaniikan takana ei ole mitään todellisuutta.” Bohrin terapia ei uponnut kuitenkaan Einsteiniin, sillä hänelle kvanttimekaniikalla oli yhteys todellisuuteen. Einstein nimittäin selitti valosähköisen ilmiön (v. 1905) juuri Planckin kvanttiteorian avulla. Einstein sai selityksestään fysiikan Nobelin v. 1921. Eli kvanttimekaniikka kuvaa todellisuutta paremmin kuin klassinen fysiikka, jonka perusteella ilmiötä ei osattu selittää. Ja kun kukaan täysijärkinen ei kyseenalaistane klassisen mekaniikan yhteyttä todellisuuteen, niin Bohrin väitteeltä menee pohja pois. En tiedä, oliko Bohr opiskellut Hegelin dialektiikkaa, mutta minusta hänen väitteensä on hyvin hegeliläinen. Marx ja Engels eivät hyväksyneet Hegelin filosofiaa vaan kehittivät siitä todellisuuteen perustuvan dialektisen materialismin, jota kantaa edustavat tässä fyysikkojen kiistassa Einstein ja Bohm. He molemmat olivat myös tunnettuja ateisteja.

    https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Jewish_atheists_and_agnostics#Physics

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Bohr tarkoitti sitä, että hänen mukaansa kvanttimekaniikka kuvaa tekemiämme havaintoja, mutta ei ole mielekästä kysyä todellisuudesta havaintojen takana.

      1. Eusa sanoo:

        Eivätkö havainnot ole vain ainoa todellisuus? Miksi olisi jokin eri todellisuus niiden takana?

        Nimenomaan fysiikka, joka perustuu muuhun kuin falsifioitaviin observaabeleihin, lienee irti todellisuudesta.

      2. Erkki Kolehmainen sanoo:

        Ja siis havaintommeko eivät ole mitenkään yhteydessä todellisuuteen? Skitsofreenikon tai hallusionogeenejä nauttineen ihmisen tapauksessa näin voi ollakin, mutta en voi hyväksyä tuota väitettä yleisesti.

        1. Lentotaidoton sanoo:

          Kyllä ”todellisuus” on löysä ja vaarallinen sana, joka itsessään ei tarkoita mitään. Tai jokainen voi solipsistisesti antaa sille omat ”selityksensä”. Ei tämä ole tieteen tie. Teorioita ei verrata ”todellisuuteen” vaan havaintoihin.

      3. Syksy Räsänen sanoo:

        Jos haluaa saada selvemmän kuvan Bohrin käsityksistä kvanttimekaniikasta, suosittelen tätä artikkelia, jossa käydään läpi kvanttimekaniikan monimaailmatulkinnan vastaanottoa.

        https://sci-hub.tw/https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1355219808000786?via%3Dihub

        1. Eusa sanoo:

          Oleellista näyttäisi siis olevan juuri se, ettei arvoteta esim. klassista fysiikkaa sen todellisemmaksi kuin kvanttifysiikkaa tai päinvastoin. Todellisuutta kuvaavat tarkimmin mittaukset muistaen, että mittauslaite tuottaa todellisuuden osana oman vaikutuksensa mittaustulokseen.

          Olisiko analogia tiedonvälitykseen osuva? Mitä useampi lähde (mittaustapa) sen objektiivisempi kuva aiheesta muodostuu.

          1. Syksy Räsänen sanoo:

            Ei, kyse ei ole ollenkaan tuosta.

  3. Eusa sanoo:

    Kun fysiikkaan sisällytetään tulkintaa, ollaan ongelmissa.

    Kuvitellaanpa suoraan kvanttilogiikkaan nojaava tietoisuus, joka tutkimuksissaan törmää klassiseen logiikkaan. Voi ajatella, että hyvin vaikeaa sellaisen on vastaavasti soveltaa klassista logiikkaa sopeuttamatta sitä tulkinnoin tuttuun logiikkaansa sopivaksi…

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kun puhutaan kvanttimekaniikan ”tulkinnasta”, tarkoitetaan sitä, miten siitä saa ulos klassiselta näyttävän maailman. Tämän selittäminen on oleellinen osa kyseisen teorian ja havaintojen yhdistämistä.

      Lisää aiheesta täällä:

      https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/koopenhaminan-takana/

  4. Erkki Kolehmainen sanoo:

    Jos joku ehdottaa yleisesti hyväksytyn teorian perusteella koetta, joka onnistuu ja tuottaa tuloksen, niin eikö siitä voi päätellä, että teoria vastaa ainakin osittain todellisuutta. Ao. linkissä on aiheeseen liittyvä tuore juttu non-Abelian Aharonov-Bohm-efektin löytymisesta.

    https://phys.org/news/2019-09-exotic-physics-phenomenon.html

  5. Jari Toivanen sanoo:

    Loppukevennys:
    Schrödinger’s cat plays Hamlet:
    ” To be and not to be”.

    1. Erkki Kolehmainen sanoo:

      Koska kissalla on tunnetusti yhdeksän henkeä, niin Schrödingerin kissan todellisen tilan selvittäminen vaatii kymmenen koetta!

  6. Eusa sanoo:

    https://mobile.twitter.com/seanmcarroll/status/1170355961673863168

    Sean Carrol on huomannut, etteivät fyysikot edes halua ymmärtää kvanttilogiikkaa…

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kaikkea lukemaansa ei tarvitse uskoa.

      1. Jernau Gurgeh sanoo:

        Tuossa on linkki haastatteluun (2013), josta käy ilmi Hyvin Sean Carrolin mielipide kvanttimekaniikan tilasta.

        https://www.youtube.com/watch?v=ZacggH9wB7Y

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Kädestä käteen

14.8.2019 klo 15.10, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Luin hiukkasfyysikko Mikhail Shifmanin toimittaman kirjan Under the Spell of Landau: When Theoretical Physics was Shaping Destinies. Se on kokoelma fyysikoiden muisteloita Lev Landausta, hänen kollegoistaan ja tieteellisistä jälkeläisistään ja heidän tekemästään fysiikasta.

Vuonna 1908 syntynyt Landau on monella tapaa kuin Neuvostoliiton Richard Feynman, mutta länsimaissa paljon vähemmän tunnettu. Tänä vuonna tosin tuli julki ohjaaja Ilja Hržanovskin Landauta käsittelevä tai käyttävä suureellinen ja kiehtova taideprojekti DAU (lisää siitä täällä ja täällä).

Kuten Feynman, Landau oli harvinaislaatuisen taitava ja omapäinen fyysikko, joka monella tapaa määritti 1900-luvun keskivaiheen fysiikkaa. Landau oli Niels Bohrin oppilas ja harmitteli syntyneensä liian myöhään osallistuakseen kvanttimekaniikan kehittämiseen modernin fysiikan alkutaipaleella, mutta hän oli seuraavan sukupolven kärkinimiä. Landaulle annettiin vuonna 1962 Nobelin palkinto ”uraauurtavista kiinteän olomuodon teorioista, erityisesti nestemäisestä heliumista”, mutta –kuten Feynmanin tapauksessa– se kattaa vain murto-osan hänen ensiluokkaisista saavutuksistaan.

Feynmanin lailla Landau muistetaan tutkijan lisäksi opettajana. Landaun ja hänen oppilaansa Jevgenij Lifšitsin kymmenosainen kirjasarja Course of Theoretical Physics, joka kattoi aikansa teoreettisen fysiikan jokseenkin kaikki alueet, on legendaarinen siinä missä Feynman Lectures on Physics. Aloittelevana yliopisto-opiskelijana minua neuvottiin, että ”kannattaa lukea Landau & Lifshitziä; siitä joko ymmärtää jotain tai sitten ei”.

Landau, enemmän kuin Feynman, myös loi tutkimusryhmiä ja kehitti aikansa tieteellistä kulttuuria. Vuonna 1932 Landau aloitti Harkovan yliopiston teoreettisen fysiikan laitoksen johtajana Ukrainassa, mutta siirtyi vuonna 1937 Moskovan fysikaalisten ongelmien instituutin teoreettisen osastoon. Landaun johdolla siitä tuli yksi maailman parhaita teoreettisen fysiikan tutkimuskeskuksia.

Pelkästään pääsykoe Landaun oppilaaksi on legendaarinen. Se oli nimeltään ”teoreettinen minimi”, ja koostui yhdeksästä fysiikan ja kahdesta matematiikan kokeesta. Kunkin kokeen tekeminen kesti noin tunnin, mutta niihin valmistautumisessa saattoi mennä vuosia. Landau oli tekemisissä vain sellaisten opiskelijoiden kanssa, jotka läpäisivät kokeen. Landaun aikana vain 43 henkilöä suoritti ”teoreettisen minimin”, ja heistä tulikin tunnettuja tutkijoita.

Korkeita standardeja oli mahdollista ylläpitää, koska fyysikoksi haluavia teräviä nuoria riitti. Neuvostoliitossa (kuten Yhdysvalloissa) panostettiin toisen maailmansodan jälkeen fysiikan perustutkimukseen, joka oli osoittanut valtavan sotilaallisen ja taloudellisen merkityksensä. Niinpä teoreettista perustutkimusta rahoitettiin avokätisesti, ja fyysikkona oleminen oli arvostettua.

Muisteloiden perusteella Neuvostoliitossa vaikuttaa olleen enemmän naisia fyysikkoina kuin länsimaissa, oletettavasti kommunistiseen ideologiaan kuuluvan sukupuolten tasa-arvon ihanteen takia. He olivat silti selvä vähemmistö, ja sopii miettiä, miten Landaun asenne ylläpiti tätä: Shifmanin mukaan Landau arvosti naisia vain sen perusteella, miten seksuaalisesti viehättävinä hän heitä piti. Tämä seksismi sekin muistuttaa Feynmanista.

Pari kirjoittajaa mainitsee kuinka fysiikka tarjosi pakoreitin totalitaristisen järjestelmän sorrosta ja ideologisista vääristymistä. Neuvostoyhteiskunta oli valheiden läpitunkema, ja etenkin Josef Stalinin aikaan totuuden puhumisella oli vakavat seuraukset, mutta fysiikassa totuuden tavoittelu ei ollut vain sallittua, vaan vaadittua ja palkittua. (Shifman mainitsee musiikin samanlaisena väylänä omaan neuvostoideologialta osin suojattuun yhteisöön.)

Shifman esittää, että Landaun rohkaisema tapa arvostella ideoita rehellisesti ja ankarasti statukseen katsomatta saattoi osittain olla vastareaktio siihen, että yhteiskunnassa se ei ollut mahdollista. Tämä asenne näkyi Landaun isännöimissä seminaareissa, joiden tyyli tunnetaan nykyään ympäri maailmaa ”venäläisenä seminaarina”. Seminaarissa puhujalla oli vastuu selittää kaikki yksityiskohdat mitä yleisö halusi tietää ja vastata kaikkeen kritiikkiin. Seminaari jatkui kunnes asiasta oli päästy selvyyteen, vaikka se veisi kahdeksan tuntia. Oli tavallista, että yleisössä istuvat ryntäsivät taululle ja kiistelivät keskenään (joskus sattui niinkin, että puhuja itse poistui salista). Seminaarissa pistettiin Landau itsekin niin koville, että hän kerran otti yleisön jäsenen tieteellisen artikkelin kanssakirjoittajaksi, kun ei pystynyt vastaamaan tämän esittämään arvosteluun.

Avointen instituuttien vastakohtana oli kahdenlaisia suljettuja tutkimuslaitoksia, yksi korkealla yhteiskunnan hierarkiassa ja toinen lähellä pohjaa: valtion salaiset asetutkimusinstituutit ja vankileirien tutkimusosastot. Kumpaankaan ei haluttu. Landau vältti vankileirin, mutta joutui sekä vankilaan että ydinaseiden tutkimuslaitokseen.

Vuonna 1938 KGB pidätti Landaun syytettynä vastavallankumouksellisesta toiminnasta. Syytteeseen kuului muun muassa osallistuminen vappuparaatissa jaettavaksi tarkoitetun lentolehtisen tekemiseen. Lehtisessä syytettiin Stalinia lokakuun vallankumouksen aatteen pettämisestä, sosialismin vihaamisesta, fasistisesta vallankaappauksesta ja maan heikentämisestä siinä määrin, että siitä tulee helppo saalis saksalaiselle fasismille. Joidenkin tuttujen mukaan koko tarina (kuten monet tuon ajan ”tunnustukset”) oli KGB:n sepitelmää, koska Landau olisi ymmärtänyt, että lehtisellä ei saavuta mitään. Toiset ovat sitä mieltä, että lehtisen tarkkanäköisyys ja selkeys todistaa Landaun osallisuudesta. Jos näin on, Landau eroaa tässä Feynmanista, joka ei koskaan käyttänyt verrattoman paljon suurempaa vapauttaan protestoidakseen maansa ihmisoikeusloukkauksia.

Landaun vapautumisesta on siitäkin tullut osa legendaa. Arvostettu fyysikko Pjotr Kapitsa kirjoitti pääministeri Vjatšeslav Molotoville, että vain Landau voi selittää modernin fysiikan ytimessä vasta tehdyt havainnot. Landau vapautettiin, ja muutamassa kuukaudessa hän tosiaankin kehitti suprajuoksevuuden teorian, mistä hänelle sittemmin annettiin Nobelin palkinto.

Kuten Feynman, Landau osallistui joukkotuhoaseohjelmaan salaisessa tutkimuslaitoksessa, ja hänellä oli fuusiopommin kehittämisessä tärkeä rooli. Stalinin kuoleman jälkeen Landau lopetti työn ydinaseiden parissa. Feynmankaan (toisin kuin esimerkiksi kollegansa Murray Gell-Mann) ei Manhattan-projektin jälkeen enää tehnyt yhteistyötä armeijan kanssa.

Shifmanin kirja yhdistää henkilökohtaisia muistoja tieteellisiin selityksiin. Niistä näkyy se, miten keskeistä ydinasetutkimus oli toisen maailmansodan jälkeisen teoreettisen fysiikan kehitykselle. Neuvostoliitossa asiaan liittyi omanlaisensa käänne. Stalinin hallinto käynnisti ”kosmopolitanismin vastaisen kamppailun”, suomeksi sanottuna juutalaisvainot. Monet johtavat teoreettiset fyysikot, Landau mukaan lukien, olivat juutalaistaustaisia, mutta pelastuivat ydinaseohjelman hyödyn takia. Tarinan mukaan ydinaseohjelman johtaja Igor Kurtšatov kysyi Stalinilta, haluaako tämä murskata ”porvarillisen idealismin ja kosmopolitanismin” vai saada ydinpommin valmiiksi aikataulussa. Fysiikan hyödyllisyys asetuotannossa myös suojasi sitä kommunistisen puolueen innolta pakottaa tiede ”marxilais-leninistisen materialismin” harhateille, minne ihmistieteitä ja biologiaa ajettiin.

Stalinin kuoleman jälkeenkin pelkkä juutalaiselta vaikuttava sukunimi riitti syyksi evätä työpaikka tai matkustuslupa. Kirjan muistelmista välittyy vahvasti se, miten teoreettiset fyysikot muodostivat epäoikeudenmukaisen yhteiskunnan keskellä perheen, jonka jäsenet tukivat toisiaan. Tosin kirja tarjoaa valikoidun kuvan, koska Shifman on poiminut kirjoittajat, ja he ovat kaikki sisäpiirissä menestyneitä. Niiden, jotka jäivät ulkopuolelle tai eivät pärjänneet, ääni ei ole mukana. Shifman vertaa tätä yhteishenkeä nykyisiin yliopistoihin, missä paikat ovat lyhytaikaisia ja ihmiset tulevat ja menevät.

Kirjoittajien moninaiset teoreettisen fysiikan alat muistuttavat, että Landau työskenteli ennen teoreettisen fysiikan erikoistumista kapeisiin aloihin: hän tutki ydinfysiikkaa, hiukkasfysiikkaa, astrofysiikkaa, kvanttimekaniikkaa, magnetismia, tilastollista fysiikkaa, atomifysiikkaa, nesteiden ja kaasujen fysiikkaa ja kiinteän olomuodon fysiikkaa. Siirtyminen aiheesta toiseen oli nykyistä helpompaa myös siksi, että ei tarvinnut tehdä apurahahakemuksia, missä pitää etukäteen perustella, miksi uudesta aiheesta voi tulla läpimurto ja mitä tuloksia saadaan.

Toinen ero nykypäivään on se, että Landaun koulukunnassa suhtauduttiin torjuvasti spekulaatioihin, jotka olivat liian kaukana tunnetusta fysiikasta ja korostettiin yhteyttä havaintoihin. Nykyään teoreettisessa hiukkasfysiikassa ja kosmologiassa on villejä ehdotuksia turhankin paljon, mutta vahvat linjanvedot asioiden sulkemiseksi pois eivät ole ongelmattomia nekään.

Kosmologiassa siteerataan usein Landaun lentävää lausetta (hän puhui astrofyysikoista, mutta astrofysiikka ja kosmologia eivät olleet tuolloin vielä eriytyneet): he ovat usein väärässä, mutta eivät koskaan epäröi. Tämä pätee yhtä lailla Landauhun. Kun hän oli päättänyt, että jokin idea ei toimi, sitä ei hänen laitoksessaan sopinut ottaa vakavasti. Tämä varmasti auttoi suuntaamaan tutkimusta hedelmällisille reiteille, mutta vahvojen johtajien ongelma on se, että hekin ovat joskus väärässä.

Landaun tunnetuin virhe koski kvanttielektrodynamiikkaa (QED). QED on vuonna 1948 kehitetty ensimmäinen kvanttikenttäteoria, ja se käsittelee elektronien ja fotonien vuorovaikutusta. Vuonna 1954 Aleksei Abrikosov, Isaak Khalatnikov ja Landau osoittivat, että elektronin mitattu varaus on sitä isompi mitä korkeammilla energioilla sitä luodataan. Tarpeeksi korkealla energialla varaus kasvaa äärettömäksi ja teoria on ristiriitainen. Ainoa ratkaisu on se, että varaus on alusta alkaen nolla, eli kentät eivät vuorovaikuta. Tästä Landau päätteli, että mitkään kvanttikenttäteoriat eivät kuvaa todellisuutta.

Lasku oli oikein, mutta johtopäätös väärin. Vuonna 1973 David Gross, Frank Wilczek ja David Politzer osoittivat, että kvarkkeja ja gluoneja kuvaavassa vahvan vuorovaikutuksen teoriassa (QCD) varaus pienenee energian kasvaessa, jolloin ongelmaa ei ole. Kauan ennen kuin saavutaan energioille, joilla QED:n ongelmat näkyvät, se pitää korvata hiukkasfysiikan Standardimallilla, johon myös QCD kuuluu, ja joka oletettavasti on osa jotain ristiriidatonta teoriaa. QED:n ongelmat ovat sen pätevyysalueen ulkopuolella.

Itse asiassa Landau oli ensin tehnyt merkkivirheen ja luuli, että QED:ssäkin varaus pienenee energian kasvaessa, joten hän tiesi tämän mahdollisuuden, mutta oli vakuuttunut, että se ei toteudu missään kvanttikenttäteoriassa. Yksi kirjassa muisteltavista fyysikoista, Aleksei Anselm, tosin esitti vuonna 1959 vastaesimerkin Landaun johtopäätökselle rakentamalla kvanttikenttäteorian, jossa varaus heikkenee energian kasvaessa, kuten QCD:ssä. Teoria kuvasi kaksiulotteista maailmaa, joten se sivuutettiin epäoleellisena todellisen maailman kannalta.

Neuvostoliitossa ei myöskään otettu hiukkasfysiikan Higgsin mekanismia vakavasti. Kvanttikenttäteoria ja Higgsin mekanismi osoittautuivat avaimiksi hiukkasfysiikan Standardimalliin, joka tarjosi kattavan selityksen vuosikymmeniä tutkituille ydinfysiikan, heikkojen ja vahvojen vuorovaikutusten ilmiöille. Niinpä siihen liittyvät ratkaisevat läpimurrot tehtiin lopulta länsimaissa. Tiedettä haittasi Neuvostoliitossa myös totalitaristinen järjestelmä, joka rajoitti tutkijoiden matkustamista ja tiedonsaantia.

Vuonna 1962 Landaun auto törmäsi rekkaan. Laundaun aivot vaurioituvat, eikä hän koskaan toipunut entiselleen. Landau kuoli vuonna 1968, mutta hänen koulukuntansa jatkoi teoreettisen fysiikan kärjessä. Sen pysäytti vasta Neuvostoliiton hajoaminen. Yhteiskunnan romahtaessa bruttokansantuote laski enemmän kuin toisen maailmansodan aikana ja köyhyys kasvoi ennätysvauhtia. Yksi kirjoittajista kuvailee romahduksen aikaa ”ennemmin henkiinjäämisenä kuin elämänä”. Monet fyysikot kuolivat tai lähtivät pois. Yksi kirjoittaja kertoo miten tutkimuslaitoksissa ”kaapelit tippuivat katosta ja maali seiniltä”.

Landaun koulukunnan perintö kuitenkin levisi laajalle entisen Neuvostoliiton alueelta muuttaneiden fyysikoiden mukana. Sen vaalima periksi antamaton ja romanttinen kuva fysiikasta nivoutuu hyvin yhteen Feynmanin ja muiden tunnettujen tieteilijöiden tunnetuksi tekemien käsitysten kanssa. Shifman kirjoittaa:

Teoreettinen fysiikka, kuten olympiasoihtu, kulkee kädestä käteen. Se ymmärrys, että teoreettisessa fysiikassa on kyse syvän intuition kehittämisestä tutkimusaiheestasi, päivä toisensa jälkeen, siinä määrin että näet sen unissasi yöllä ja sitten, aivan yllättäen, etsimäsi vastaus nousee mieleesi, aluksi hämärästi, summittaisessa muodossa, ennen kuin varsinaista laskua on tehty – tämä ymmärrys kulkee kädestä käteen.

11 kommenttia “Kädestä käteen”

  1. Eusa sanoo:

    Kiitos kauniista kirjoitelmasta!

    Alexei Anselmin idea asymptoottisen vapauden mekanismista 2-ulotteisina kiertoina pinnalla saattaa hyvinkin kokea renesanssin…

    https://arxiv.org/pdf/hep-ph/9605400

    https://arxiv.org/pdf/hep-th/0312015

    Renormalisoituvuus 2d-pinnalla ja symmetrioiden rikkomattomuus saattaa nousta vielä arvoonsa…

    Jaha, venäläinen z-kirjain bongattu.

  2. Sunnuntaikosmologi sanoo:

    Oliko Neuvostoliitossa ketään KV Laurikaisen tapaisia tyyppejä, eli suhteellisen arvostettuun asemaan nousseita teoreettikkoja jotka jossain vaiheessa laittavat tosissaan filosofiavaihteen päälle ?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      En tiedä.

  3. Jernau Gurgeh sanoo:

    Tämä ei varsinaisesti liity täsmällisesti aiheeseen, mutta toivottavasti sallit pienen sivupolun.

    Chernobyl -tv-sarjasta on kohistu paljon ja itsekin sen katselin sekä luin Jaakko Leppäsen Fissioreaktori -blogista hänen asiantuntijakommentit jokaisesta jaksosta.

    Olin itse 11-vuotias onnettomuuden aikaan ja muistan kuinka koulun välitunneilla neuvottiin hengittämään käsipapereiden läpi (ne keltaiset käsienkuivauspaperit, joita edelleen on monissa paikoissa).

    Sarja tarjoaa jonkin verran mielenkiintoista ajankuvaa silloisesta Neuvostoliitosta.

    Itse pääsin (tai jouduin, miten päin sen nyt ottaa) käymään Neuvostoliitossa 1989 (Tallinna) ja 1990 (Leningrad).

    Oletko, Syksy, itse katsonut sarjaa, ja onko sinulla suunnilleen itseni kanssa samanikäisenä jotain muistoja kyseisestä tapahtumasta?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Onnettomuuden 20-vuotisvuonna katsoin muutaman dokumentin siitä (CERNissä näytettiin sarja elokuvia aiheesta), mutta tuota sarjaa en ole katsonut.

      Muistan kuinka kehotettiin pesemään kädet välitunnilta tultua. Muita luotettavia muistoja minulla ei asiasta ole, esimerkiksi mielikuva siitä, miten paljon poroja uutisten mukaan teurastettiin saattaa olla jälkikäteen syntynyt valemuisto.

  4. TimoK sanoo:

    Mielenkiintoinen kirjoitus! Siis siitä, kuinka yhteiskunta/idelogia voi ohjata tieteen kehitystä – ja Neuvostoliitossa ironisesti se ohjasi parhaimpaan mahdolliseen suuntaan.

    Toki täytyy pitää kirkkaana mielessä, että ympäröivä yhteiskunta ohjaa varmasti (enemmän tai vähemmän) tieteen kehitystä vielä nykyäänkin. Ainahan se on ohjannut; Aristotelesta pidettiin niin kovana guruna,että hänen esittämäänsä maailmankuvaa ei uskallettu kritisoida vuosisatoihin, ellei jopa vuosituhansiin. Galileo Galilein väitetään sanoneen ”se pyörii sittenkin” kun hän sai näpeilleen ..hm.. väärästä tavasta tehdä tiedettä. Darwinin evoluutioteoria sai (ja saa osin edelleenkin) jyrkkää vastustusta – Einsteinkin sai nobelin jostain muusta kuin suhteellisuuteoriasta koska se oli ikäänkuin silloin aivan liian rankkaa kamaa. Noin niinkuin muutamia mainitakseni.

    Ja varmaan te tieteen tekijät tämän tiedättekin, mutta meidän sivustaseuraajien olisi hyvä tiedostaa asia! Sillä mitens se menikään… kuka ei opi historiasta on pakotettu elämään sen uudelleen.

  5. Juhani Harjunharja sanoo:

    Syksyltä mielenkiintoinen katsaus suuren naapurimaan muutamaan keskeiseen fyysikkoon. Landaulta, Kitaigorodskilta ja Rumerilta on julkistettu ja suomennettu myös muutama fysiikkaa ja kemiaakin käsittelevä yhteistyökirjanen 1970 ja 1980 luvuilta. Kohtuullisen sopivia lukiotason opintoihin noin ajatusten virkistykseksi – jotta itänaapuristakin löytyy jotain positiivista.

  6. Urpo sanoo:

    Seksismi muistuttaa Feynmanista? Olihan Feynman tosiaan hetero ja tykkäsi naisista, mutta Feynman oli esimerkiksi etukenossa opettamassa siskollensa fysiikkaa, josta myös tuli sitten fyysikko, vaikka ajan ajatusmalli oli äideilläkin että naisten kuuluisi olla keittiössä.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Ks. kommentit Feynmanin nimessä linkatussa blogimerkinnässä: https://www.ursa.fi/blogi/kosmokseen-kirjoitettua/kuvitettu-legenda/

      Myös tässä kirjoituksessa on hyödyllisiä huomioita aiheesta:

      https://thebaffler.com/outbursts/surely-youre-a-creep-mr-feynman-mcneill

      1. Urpo sanoo:

        Oletkohan lukenut koko kirjan, etkä vain viitettä netistä?
        Kokeiltuaan tätä ”naistenkaatamis” metodia jonka hänelle oli kertonut mies baarissa hän totesi, että:”But no matter how effective the lesson was, I never really used it after that. I didn’t enjoy doing it that way. But it was interesting to know that things worked much differently from how I was brought up.”

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Olen.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Taas fysiikkaa runoilijoille

5.8.2019 klo 17.13, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Luennoin tänä syksynä Helsingin yliopistolla toista kertaa kurssin Fysiikkaa runoilijoille. Tarjolla on on opastettu retki fysiikan maailmaan.

Luennot ovat maanantaisin ja tiistaisin kello 12.15-14.00. Ensimmäinen luento on 3.9. ja viimeinen 15.10.. Tarkempia tietoja kurssista löytyy sen kotisivulta. Kirjoitin vuoden 2016 vedoksesta hieman tässä blogimerkinnässä, sen sisältöä voi tiirailla täällä.

Kyseessä on humanistisen tiedekunnan kurssi, jonka tarkoituksena on avata fysiikan käsitteitä ja maailmankuvallista merkitystä. Käsittelytapa on kvalitatiivinen ja keskusteleva. Aiheisiin kuuluu Newtonin klassinen mekaniikka, suppea suhteellisuusteoria, yleinen suhteellisuusteoria, kvanttimekaniikka, kvanttikenttäteoria ja hiukkasfysiikka, kosmologia sekä yritykset kohti kaiken teoriaa. Tämä ei ole tieteen historian eikä filosofian kurssi, vaikka niitä vähän käsitelläänkin, vaan fyysikon kuvaus fysiikan teorioiden kehityksestä ja sisällöstä.

Kurssi on suunnattu heille, jotka eivät ole luonnontieteilijöitä eivätkä matemaatikkoja. (Vaikka hekin ovat tervetulleita, ja etenkin aloitteleville fysiikan opiskelijoille se saattaa olla kiinnostava.) Kurssi ei edellytä esitietoja fysiikasta eikä sisällä laskemista.

Luentoja voi tulla kuuntelemaan vaikka ei olisikaan yliopiston opiskelija tai suorittaisi kurssia. Sanaa sopii levittää asiasta mahdollisesti kiinnostuneille.

Päivitys 1 (19/08/19): Tiistain luentojen kellonaika korjattu.

Päivitys 2 (21/08/19): Tiistain luentojen kellonaika korjattu takaisin.

6 kommenttia “Taas fysiikkaa runoilijoille”

  1. Maria Suominen sanoo:

    Hei,
    Haluaisin osallistua tälle kurssille ihan vaan kuuntelijana, jos mahdollista. Olisikohan tarkka aikataulu saatavilla, niin voisin järjestää työni niin, että pääsisin kaikille luennoille?
    Kiitos etukäteen ja kaikkea hyvää,
    T. Maria

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Tarkka aikataulu on annettu tekstin toisessa kappaleessa.

      1. Maria Suominen sanoo:

        Kiitos. Eli joka ma ja ti klo 12.15-14 aikavälillä 3.9-15.10. Odotan innolla!

  2. Sari Salminen sanoo:

    Kiitos paljon mahtavasta Fysiikkaa runoilijoile-kurssista 2019! Sain juuri sitä mitä kvanttikemiaa opiskelleena kemistinä hain, suurten fyysikoiden ajattelua/ideoita teorioiden/kaavojen takana! Luentosi oli aivan mahtavan innostavia ja mielenkiintoisia: Kauneus on totuus vai totuus on kauneus?
    Kiitos siitä sinulle, Syksy.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Kiitos, mukava kuulla!

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *


Kauneus, pikatreffit, unelmat, rohkeus ja rajallisuus

15.7.2019 klo 15.19, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua

Juttelen torstaina 25.7. kello 15-16 Espan lavalla kauneudesta. Tilaisuus on osa Ylen Radio 1:n Kulttuuriykkösen kesäfestaria.

Vastailen lauantaina 3.8. kello 11-13 keskustakirjasto Oodin Maijansalissa ”uteliaiden pikatreffeillä” kaikenlaisiin kysymyksiin. Paikalle voi tulla kysymään mitä tahansa fysiikkaan liittyviä asioita. Päivystämässä on ”maailmankaikkeustietäjän” lisäksi myös muiden alojen asiantuntijoita. Tapahtuma on osa Pointti-kaupunkifestivaalia.

Keskustelen tiistaina 13.8. kello 19.30 alkaen Cafe Mascotissa avaruudesta ja siihen liittyvistä unelmista astrobiologi Kirsi Lehdon, Ilmatieteen laitoksen tutkija Pekka Janhusen, Ursan tiedottaja Anne Liljeströmin ja myöhemmin nimitettävän avaruusantropologin kanssa. Paneeli on osa LongPlayn iltamaa, jossa esiintyvät Tuula Amberla ja Tero-Petri.

Puhun lauantaina 24.8. kello 13.00-13.45 Kuopion tieteen päivillä otsikolla ”Rohkeus ja rakenteet – miksi on turhaa etsiä seuraavaa Einsteinia”. Puhe on osa Kuopio juhlii -tapahtumaa. Luvassa yleisen suhteellisuusteorian ja kosmologian historiaa ja huomioita tieteen edistämisestä. Tiivistelmä täällä (Kuopion esitys tosin on laveampi, ja ehkä eri tavalla painotettu.). Minua haastateltiin aiheen tiimoilta Helsingin tieteen päivien yhteydessä.

Osallistun keskiviikkona 28.8. kello 14.00-14.45 Tieteiden talon salissa 104 paneeliin aiheesta ”Fysiikan lakien rajallisuus”. Muina panelisteina ovat kosmologi Kari Enqvist ja matemaatikko Pauliina Ilmonen. Puheenjohtajana on Katja Bargum. Paneeli on osa tapahtumaa TIETOKIRJA.FI. Koko ohjelma on täällä, paikalla on kiinnostavia keskustelijoita.

Päivitys (15/07/19): Lisätty Kuopion Tieteen päivien puhe.

13 kommenttia “Kauneus, pikatreffit, unelmat, rohkeus ja rajallisuus”

  1. Jyri T. sanoo:

    Tässä yksi verryttelykysymys:

    Onko kukaan pohtinut vakavasti sitä vaihtoehtoa, että olisi jokin (toinen) Higgsin tapainen kenttä, joka antaisi massan (mm.) neutriinoille? Esim. niin, että se vaikuttaisi kaikkiin alkeishiukkasiin, pelkästään fermioneihin tai pelkästään neutriinoihin tms?
    Itseäni kiehtoo ajatus, että puolikkaasta spinistä joutuisi maksamaan jonkinlaisen ”hinnan”, joka näkyisi massana, mutta eihän tämä tietenkään perustu mihinkään hyväksyttyyn teoriaan vaan omaan mielikuvitukseen.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Tätä sopii tulla kysymään 3. elokuuta.

      1. Lentotaidoton sanoo:

        Kohtuutonta. Jyri T asuu Lapissa, lol, lol

        1. Syksy Räsänen sanoo:

          Tulen kyllä Lappiinkin tilaisuuksiin, kun joku niitä järjestää.

  2. Erkki Kolehmainen sanoo:

    Kuopiossa ja muuallakin Savossa voi puhua ihan mitä tahansa, koska vastuu on tunnetusti kuulijalla. Eikö tuo säätä ennustanut sammakkotohtorikin ollut savolainen. Hän oli siihen asti guru, kunnes astui humalapäissään sammakkonsa päälle. Niin katoaa mainen kunnia – Einsteiniltakin.
    Jyri T:lle sanon, että oma mielikuvitus on kaikkein tärkein tieteen edistäjä.

  3. utelias sanoo:

    Tämä on luultavasti melko tyhmä kysymys, mutta mitä eroa on avaruuden kaareutumisella ja aika-avaruuden kaareutumisella? Eräs saamani selitys oli, että ne ovat sama asia, mutta käsite aika-avaruus otetaan käyttöön silloin kun liikutaan ”isossa mittakaavassa”. En ole löytänyt selvää vastausta tähän niin kokeilen nyt kysyä täältä.

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Ne ovat eri asioita. Kirjoitin aiheesta täällä:

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

      Tarkempaa selitystä sopii tulla kysymään 3.8..

  4. Vesa K sanoo:

    Kuulin radiosta Syksyn näkemyksiä kauneudesta teoreettisessa fysiikassa. Tämä on hieno ajatus, syvästi filosofinen kysymys: Miksi meillä on luontainen käsitys kauneudesta, eli luonnollinen on kaunista, katsottiinpa luontoa millä tasolla tahansa. Mistä tämä mielemme sopusointu kaiken tosiolevaisen kanssa ? Ehkä voisi sanoa, että olemme yhtä kaiken kanssa, erillisyys on harha.

  5. TimoK sanoo:

    Kun en pääse noihin tilaisuuksiin, niin esitän kysymykseni täällä:

    Mustan aukon tapahtumahorisontti on kohta/pinta/käsite, jonka sisäpuolelta ei edes valo pääse pois. Mutta on miten on laita magneettikentän?

    Esimerkiksi jos vaikka jättisuuri magneetti tippuu mustaan aukkoon, niin ylettääkö sen magneettikenttä tapahtumahorisontin tälle puolelle, sanotaan vaikka juuri sillä hetkellä kun se itse on jo tapahtumahorisontin sisäpuolella>?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Tämä blogi ei ole palsta yleisille fysiikkaan liittyville kysymyksille.

      Niitä voi lähettää vaikkapa Tähdet ja avaruus -lehteen.

      1. TimoK sanoo:

        Kiitos, näin teen!

  6. Eusa sanoo:

    Kuuntelin nyt Ylen paneeliohjelman kauneudesta. En huomannut Syksy sinun tuoneen esille yleisesti tunnettua fysiikan *luonnollisuuden* kauneutta siinä, kuinka suhteet vaikuttavat olevan esitettävissä mittakaavoissa lähellä ykköstä.

    https://arxiv.org/pdf/1501.01035

    Oliko syynä muodin mukainen paine luonnollisuutta vastaan vai asian ymmärrettäväksi saattamisen vaikeus vai jokin muu syy?

    1. Syksy Räsänen sanoo:

      Ajatus ”luonnollisuudesta” on yksi esimerkki hiukkasfysiikan esteettisistä koulukunnista. Se ei ole kauneudessa sen keskeisempi idea kuin monet muut, joita en niitäkään käsitellyt.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *