Ravistelu ja romukoppa

23.6.2022 klo 19.46, kirjoittaja
Kategoriat: Kosmokseen kirjoitettua , Kosmologia

Osallistuin viime viikolla etäkonferenssiin Physics of the Early Universe. Alun perin tapahtuman oli tarkoitus olla kosmologiaosuus isossa venäläisten yliopistojen ja tutkimusinstituuttien järjestämässä etäkonferenssissa Quarks-22. Venäjän hyökättyä Ukrainaan järjestäjät ilmoittivat peruvansa Quarks-22:n, koska tämänhetkisessä tilanteessa niin isoa kansainvälistä konferenssia ei voi järjestää.

Kosmologiaosion järjestäjät erikseen tuomitsivat Venäjän hyökkäyksen. He järjestivät osuutensa omana (venäläisistä instituuteista erillisenä) tapahtumanaan, jossa minäkin mielelläni puhuin tutkimuksestani. Jotkut puhujat aloittivat esityksensä tuomitsemalla Venäjän aloittaman sodan ja ilmaisemalla tukensa sen ukrainalaisille uhreille sekä sen venäläisille vastustajille.

Konferenssissa näkyi kosmologian kirjo. Ensimmäinen päivä alkoi puheilla maailmankaikkeudesta vailla alkua, madonreikinä tunnettujen aika-avaruuden ohituskaistojen mahdollisesti aiheuttamista ongelmista, entropian maksimoimisesta selityksenä maailmankaikkeuden tasaisuudelle (vaihtoehtona kosmiselle inflaatiolle), ja muilla spekulatiivisilla ideoilla.

Suurin osa tutkimuksesta on pientä säätämistä toimiviksi todettujen teorioiden liepeillä. On tervettä, että kaikki eivät tyydy tähän, vaan pohtivat myös vähemmän suosittuja ideoita ja esittävät vaihtoehtoja, vaikka niissä olisikin ratkaisemattomia ongelmia. Havaintovetoisilla aloilla kuten kosmologiassa on yleensä hyvät perusteet sille, miksi joistakin ideoista on tullut yleisesti hyväksyttyjä, mutta hyvätkin syyt voivat olla väärin, joten ajatuksia on syytä ravistella.

Spekulatiivisia ideoita kuunnellessa tuntuu siltä, että täytyy olla valppaana, että osaa pitää mielen yhtä aikaa avoimena ja epäilevänä. Samalla ne muistuttavat siitä, miten tärkeää on, että havainnot pitävät teoreetikot oikeassa kurssissa.

On vaikea sanoa, mitkä ideat johtavat edistykseen, etenkin kun samalla ihmisellä voi olla sekä oivaltavan hyödyllisiä että umpikujaan vieviä ideoita. Älykkyys tai kokemus eivät takaa oikeellisuutta. Lisäksi virheellistä ideaa varten kehitetty laskennallinen menetelmä tai fysikaalinen idea voi osoittautua oikeaksi, eli pitää varoa heittämästä pois pesuvettä lapsen mukana.

Suurin osa konferenssista oli lähellä havaintoja ja tunnettua fysiikkaa. Kaikkia kosmologian keskeisiä aiheita käsiteltiin: inflaatiota, pimeää ainetta, pimeää energiaa, baryogeneesiä, galaksien jakaumaa isossa mittakaavassa, mutta enimmäkseen liikuttiin hiukkasfysiikan tienoilla.

Paljon puhuttiin siitä mahdollisuudesta, että Higgsin kenttä on vastuussa kosmisesta inflaatiosta ja siten maailmankaikkeuden rakenteen siemenistä. Tämä yksinkertainen malli on noussut kosmologian keskiöön, semminkin kun se sopii vuosi vuodelta parantuviin havaintoihin yhtä erinomaisesti kuin 15 vuotta sitten, jolloin Fedor Bezrukov ja Mikhail Shaposhnikov sen esittivät. Monet kilpailevat mallit on sen sijaan jouduttu heittämään romukoppaan uusien havaintojen myötä.

Mainittakoon myös Christof Wetterichin työ asymptoottisen turvallisuuden nimellä tunnetun idean parissa. Wetterich pyrkii selittämään samaan aikaan inflaation ja pimeän energian yhdistämällä gravitaation ja hiukkasfysiikan melko yksinkertaisella tavalla. Idea ei ole saanut yhtä suurta suosiota kuin Higgs-inflaatio, mutta on vaikuttavaa, että sen perusteella Wetterich yhdessä Shaposhnikovin kanssa ennusti oikein Higgsin hiukkasen massan ennen sen löytymistä.

Mustat aukot ja gravitaatioaallot, yhdessä tai erikseen, ovat kuuma aihe ja hyvin edustettuina. Nostan esille ystäväni ja yhteistyökumppanini Daniel Figueroan työn siitä, miten eri alkeishiukkaset saattavat varhaisina aikoina jättää ainutlaatuisen jäljen gravitaatioaaltotaustaan. Niinpä gravitaatioaaltoja mittaamalla voitaisiin löytää uusia hiukkasia energioilla, joihin hiukkaskiihdyttimet eivät yllä. Idea yhdistää hiukkasfysiikan pienen ja kosmologian ison mittakaavat hieman samaan tapaan kuin kosminen inflaatio.

Ongelmana on sopivien havaintolaitteiden puute. Vuonna 2037 taivaalle nousevaksi kaavailtu gravitaatioaalto-observatorio LISA voi havaita osan varhaisen maailmankaikkeuden gravitaatioaalloista, mutta monien niistä aallonpituus voi olla liian pieni LISA:n miljoonien kilometrien käsivarsille.

Näiden ideoiden sortteeraamisessa ja uusien kehittelemisessä ovat oleellisia konferensseissa käytävät epämuodolliset keskustelut, joita jää etätapaamisista kaipaamaan, kuten myös vanhojen ja uusien ystävien tapaamista. Tiede etenee yhtä lailla henkilökohtaisen jutustelun kuin tarkan laskemisen ja huolellisten havaintojen kautta.

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *