Kiihtyvät aallot valottavat fysiikan suuria ongelmia

Taiteellinen näkemys aallosta, joka kohtaa eksponentiaalisesti kaarevan aika-avaruuden. Taiteellinen näkemys aallosta, joka kohtaa eksponentiaalisesti kaarevan aika-avaruuden. Kuva: Matias Koivurova

Tutkijat Tampereen yliopistossa ja Itä-Suomen yliopistossa ovat saavuttaneet virstanpylvään tutkimuksessa, jossa he johtivat uudenlaisen kiihtyviin aaltoihin soveltuvan aaltoyhtälön. Tutkijoiden kehittämä malli on osoittautunut odottamattoman hedelmälliseksi maaperäksi aaltomekaniikan tarkastelulle, jossa on suoria yhteyksiä kiihtyvien aaltojen, yleisen suhteellisuusteorian ja ajan suunnan eli eteenpäin kulkevan aikakäsityksen (the arrow of time) välillä.

Aina kun valo osuu aineeseen, valo näyttää hidastuvan. Tämä ei ole uusi havainto, ja standardiaaltomekaniikalla voi kuvata suurimman osan siihen liittyvistä arkisista ilmiöistä.

Esimerkiksi kun valo saapuu rajapinnalle, standardiaaltoyhtälö täyttyy pinnan molemmin puolin. Tällaisen ongelman analyyttiseksi ratkaisemiseksi etsitään ensin, miltä aalto näyttää eri puolilla, ja sitten käytetään sähkömagneettisia reunaehtoja yhdistämään nämä kaksi toisiinsa. Tätä kutsutaan paloittain jatkuvaksi ratkaisuksi.

Tulevan valon on kuitenkin koettava kiihtyvyys rajalla. Tähän mennessä asiaa ei kuitenkaan ole tarkasteltu tarkemmin.

– Löysin erittäin siistin tavan johtaa standardiaaltoyhtälö 1+1-ulottuvuuksissa. Tarvitsin ainoastaan oletuksen, että aallon nopeus on vakio. Sitten ajattelin itsekseni: entä jos se ei ole vakio koko ajan? Tämä osoittautui todella hyväksi kysymykseksi, sanoo yliopistotutkija Matias Koivurova Itä-Suomen yliopistosta tiedotteessa.

Olettamalla, että aallon nopeus voi vaihdella ajan myötä, tutkijat pystyivät kirjaamaan sen, mitä he kutsuvat kiihtyvän aallon yhtälöksi. Vaikka yhtälön kirjoittaminen oli yksinkertaista, sen ratkaiseminen oli toinen asia.

– Ratkaisussa ei tuntunut olevan mitään järkeä. Sitten minulle valkeni, että se käyttäytyy tavalla, joka muistuttaa relativistisia vaikutuksia, Koivurova kertoo.

Yhdessä Tampereen yliopiston apulaisprofessori Marco Ornigottin johtaman teoreettisen optiikan ja fotoniikan ryhmän kanssa tutkijat saivat lopulta tolkkua tilanteeseen. Odotetulla tavalla käyttäytyvien ratkaisujen saamiseksi tarvittiin vakio vertailunopeus – valon tyhjiönopeus. Koivurovan mukaan sen jälkeen kaikki alkoi käydä järkeen. Seuraavaksi tutkittiin formalismin yllättävän kauaskantoisia seurauksia.

Läpimurtotuloksessaan tutkijat osoittivat, että kiihtyvien aaltojen suhteen ajan suunta on hyvin määritelty; kyseessä on niin kutsuttu ajan nuoli. Kiihtyvän aallon yhtälö sallii nimittäin vain ratkaisut, joissa aika virtaa eteenpäin, mutta ei koskaan taaksepäin.

– Yleensä ajan suunta tulee termodynamiikasta, jossa kasvava entropia näyttää, mihin suuntaan aika liikkuu, Koivurova sanoo.

Jos ajan kulku kuitenkin kääntyisi, entropia alkaisi laskea, kunnes järjestelmä saavuttaisi alimman entropiatilansa. Silloin entropia olisi vapaa lisääntymään uudelleen.

Tämä on ero "makroskooppisen" ja "mikroskooppisen" aikanuolen välillä: vaikka entropia määrittelee suurten järjestelmien ajan suunnan yksiselitteisesti, mikään ei aseta yksittäisten hiukkasten ajan suuntaa.

– Silti odotamme yksittäisten hiukkasten käyttäytyvän ikään kuin niillä olisi kiinteä aikasuunta.

Koska kiihtyvän aallon yhtälö voidaan johtaa geometrisistä näkökohdista, se on yleinen ja ottaa huomioon kaiken aaltokäyttäytymisen maailmassa. Tämä puolestaan tarkoittaa, että ajan vakio suunta on myös melko yleinen luonnon ominaisuus.

Toinen mallin ominaisuus on, että sen avulla voidaan analyyttisesti mallintaa aaltoja, jotka ovat jatkuvia kaikkialla, jopa rajapintojen yli. Tällä puolestaan on joitakin merkittäviä vaikutuksia energian ja liikemäärän säilymiseen.

– Fysiikassa AbrahaminMinkowskin väittely on hyvin tunnettu. Siinä kiistellään siitä, mitä tapahtuu valon liikemäärälle, kun valo tulee väliaineeseen. Minkowskin mukaan vauhti kasvaa, kun taas Abrahamin mielestä se laskee, Ornigotti selittää.

On olemassa kokeellisia todisteita, jotka tukevat molempia osapuolia.

– Olemme osoittaneet, että aallon näkökulmasta sen liikemäärälle ei tapahdu mitään, eli aallon liikemäärä säilyy entisellään, Koivurova jatkaa.

Se, mikä mahdollistaa liikemäärän säilymisen, ovat relativistiset vaikutukset.

– Havaitsimme, että voimme antaa aallolle 'itseisajan', joka on täysin analoginen itseisajan kanssa yleisessä suhteellisuusteoriassa, Ornigotti sanoo.

Koska aallon kokema aika poikkeaa laboratorioajasta, tutkijat havaitsivat, että kiihtyvät aallot kokevat myös ajan laajentumisen ja pituuden supistumisen. Koivurova huomauttaa, että juuri pituussupistuminen saa näyttämään, että aallon liikemäärä ei säily väliaineen sisällä.

Kehitetty lähestymistapa vastaa standardiformulaatiota useimmissa ongelmissa, mutta sillä on tärkeä laajennus: ajallisesti vaihtelevat materiaalit. Ajallisesti vaihtelevan väliaineen sisällä valo kokee äkillisiä ja yhtenäisiä muutoksia materiaalin ominaisuuksissa. Tällaisten materiaalien sisällä olevat aallot eivät ole ratkaisuja vakioaaltoyhtälöön.

Kiihtyvän aallon yhtälö tulee mukaan kuvaan tässä. Sen avulla tutkijat voivat analyyttisesti mallintaa tilanteita, jotka olivat aiemmin vain numeerisesti saatavilla.

Sellainen on esimerkiksi eksoottinen hypoteettinen materiaali, jota kutsutaan epäjärjestyneeksi fotoniaikakiteeksi. Viimeaikaiset teoreettiset tutkimukset ovat osoittaneet, että mainitun materiaalin sisällä etenevä aalto hidastuu eksponentiaalisesti, mutta samalla sen energia kasvaa eksponentiaalisesti.

– Lähestymistapamme osoittaa, että havaittu muutos pulssin energiassa johtuu pulssin kokemasta kaarevasta aika-avaruudesta. Tällaisissa tapauksissa energiansäilymistä rikotaan paikallisesti, Ornigotti selittää.

Tutkimuksella on laajoja jokapäivisiä optisia vaikutuksia, mutta se vaikuttaa myös yleisen suhteellisuusteorian laboratoriokokeisiin. Samalla se selittää, miksi ajalla on ensisijaisesti tietty suunta. Tutkimus Time-variable media, relativity, and the arrow of time julkaistiin 19. lokakuuta Optica-lehdessä.

Aamuset-kaupunkimedia (AKM)

Tuton kausi päättyi Mestiksessä

Kiekko-Vantaa päätti Tuto Hockeyn kauden Mestiksen pudotuspeleissä voitoin 4-1.

Tuto Hockeyn kausi päättyi jääkiekon Mestiksessä tappioon Kiekko-Vantaalle pudotuspeleissä. K-Vantaa löi Tuton viidennessä pelissä Vantaalla 4–1 ja eteni välieriin voitoin 4–1.

Pannaan Jaakko-kulta soimaan

Jacques Chirac.

Kuka muistaa kuinka syksyllä 1995 piti boikotoida Ranskaa ja ranskalaisia tuotteita? Vain harvat, jos sitäkään. Ranskan aloittamat ydinkokeet kaukana Tyynenmeren atolleilla herättivät maailmanlaajuista suuttumusta. Suomessakin purtiin uhmakkaana hammasta ja jätettiin sen syksyn ”busuleet” ostamatta.

Viking Line mukaan Matkahuollon sovellukseen

Viking Line on ensimmäisenä varustamona liittynyt mukaan Matkahuollon Matkat-palveluun. Sovelluksessa matkustaja voi ostaa kaikki laivamatkaansa liittyvät kotimaan yhteydet yhdellä kertaa ja yhdestä paikasta, olipa määränpäänä Tallinna, Tukholma tai Ahvenanmaa.

Finnlinesin liikevaihto kasvoi, tulos parani

Finncanopus.

Finnlinesin liikevaihto kasvoi viime vuonna, samoin tulos. Yhtiö kehitti reittiverkostoaan ja keskittyi vahvistamaan kannattavuuttaan, kilpailukykyään ja asemaansa Itämerellä ja Pohjanmerellä.

Lantalasti levisi tielle ja ojaan Pöytyällä

Yhdistelmäajoneuvon perävaunu kaatui Pöytyällä Turunväylälle maanantaina iltapäivällä. Perävaunun kyydissä ollut lantakuorma levisi ojaan ja osittain tiealueelle.

Savua porraskäytävässä? – pysy asunnossa, pidä ovet ja ikkunat suljettuina

Kerrostalojen paloturvallisuus on rakennettu palo-osastoinneilla.

Suomalaiset kerrostalot on suunniteltu siten, että tulipalo ei leviä asunnosta toiseen välittömästi. Paloa ja savun leviämistä estävät rakenteelliset palo-osastoinnit, kun niitä osataan käyttää oikein, kerrotaan Suomen Palopäällystöliitosta (SPPL). Kerrostalopalon sattuessa onkin oman turvallisuuden kannalta tärkeä pysyä omassa asunnossa, jos talon muussa osassa palaa, koska hengenvaarallinen savu on voinut levitä asunnon ulkopuolella olevaan porraskäytävään tai porrashuoneeseen.

Kotitalouksien varallisuus laskenut reaalisesti viidenneksellä

Pääkaupunkiseudulla asuvien varallisuus on tuottanut 50 000 euroa enemmän kuin muualla maassa asuvien varallisuus sitten vuoden 2016. Pääkaupunkiseudulle keskittynyt rahoitusvarallisuus kasvattaa eroa, vaikka asuntojen hinnat laskevat koko maassa.

Selkolukupiiri sopii suomea opiskeleville

Raision kaupunginkirjaston lehtiosaston työpajatilassa kokoontuu selkolukupiiri keskiviikkona 11. maaliskuuta kello 17–18.

Väärällä ilmiannolla voi olla vakavat seuraukset

Seksuaalirikokset ovat vakavia rikoksia ja poliisi suhtautuu niihin aina vakavasti. Joskus seksuaalisesta kanssakäymisestä tehdään poliisille kuitenkin rikosilmoitus myöhemmän katumuksen takia tai jopa kostomielellä. Väärä ilmianto on rikos ja sillä saattaa olla vakavia seurauksia ilmiannon kohteelle.

Kuormittavat elämäntapahtumat voivat heijastua sukupolvelta toiselle

Mikä suojaa lapsia kuormittavien elämäntapahtumien vaikutuksilta?

Turun yliopiston FinnBrain-syntymäkohorttitutkimuksen Studia Generalia -yleisöluento tuo yhteen eri tieteenalojen näkökulmia ja tarkastelee, mitä tällä hetkellä tiedämme vanhempien kuormittavien elämäntapahtumien merkityksestä lapsen kehitykselle. Kaikille avoin tilaisuus järjestetään tiistaina 17. maaliskuuta kello 17.30–19.30 Publicumissa, Mauno Koivisto -luentosalissa Turun yliopistolla.

Useimmat mielenterveyden häiriöt eivät estä vakuutuksen saamista

Vain puolet suomalaisista uskoo, että henki- ja terveysvakuutuksen voi saada, jos henkilöllä on aiemmin ollut mielenterveyden häiriö. Yli puolet (61 %) myös kokee, etteivät vakuutusyhtiöt kerro kyllin selkeästi mielenterveyden vaikutuksista vakuutusten myöntämiseen. Tulokset käyvät ilmi LähiTapiolan Arjen Katsaus -kyselystä.

Kuinka luemme koiran ilmeitä? Tutkimus valottaa, kuinka lajit tulkitsevat toistensa tunteita

Ihmisen hymy vetää koiran katseen puoleensa.

Ihmiset ja koirat tarkkailevat oman lajinsa tunteita silmistä, mutta suun alue tarjoaa tärkeimmät vihjeet lajienvälisessä tunteiden tunnistamisessa. Näin osoittaa Jyväskylän yliopiston ja Plymouthin yliopiston tutkimus, jossa verrattiin ihmisten ja koirien tapaa katsoa kasvoja.

Valkohäntäpeurojen ja kauriiden saalis pieneni

Valkohäntäpeuran ja metsäkauriin metsästys päättyi helmikuun puolivälissä. Koko maassa saaliiksi saatiin noin 40 500 valkohäntäpeuraa ja noin 10 600 metsäkaurista.

Väitös: Pitkäunisuus ja univaikeudet yhteydessä heikompaan kognitioon

Tea Teräs.

Tuore väitöskirjatutkimus osoittaa pitkäunisuuden ja univaikeuksien olevan yhteydessä heikompaan kognitioon myöhäisessä keski-iässä ja vanhuudessa. Eläkkeelle siirtymisen yhteydessä kognition osoitettiin hetkellisesti paranevan riippumatta muutoksista unessa.

Pohjoismaiden Investointipankki rahoittaa koulujen ja päiväkotien rakentamista ja peruskorjausta Turussa

Pohjoismaiden Investointipankki (NIB) ja Turun kaupunki ovat allekirjoittaneet 250 miljoonan euron puitesopimuksen 25 vuoden laina-ajalla koulujen ja päiväkotien rakentamisen ja peruskorjauksen rahoittamiseksi.

Kaupunginhallitus hyväksyi uuden brändin Naantalille

Brändiuudistukseen osallistuivat sekä kuntalaiset että kaupungin työntekijät. Työpaja kaupungintalolla viime joulukuussa.

Kaupunginhallitus hyväksyi 2. maaliskuuta Naantalin uuden strategisen viestintäsuunnitelman ja brändikirjan. Brändiuudistuksen lähtökohtana oli yksi Naantali-brändi. Uuden brändin ydinviesti on ”Ilo olla”.

Varsinais-Suomessa peruskorjataan tai uusitaan tänä vuonna 13 siltaa

Satakunnassa peruskorjataan tai uusitaan tänä vuonna kolme siltaa ja Varsinais-Suomessa 13 siltaa. Uusittavana on myös yhdeksän putkisiltaa, joista neljä sijaitsee Varsinais-Suomessa ja viisi Satakunnassa. Viime vuonna aloitetuista siltojen uusimishankkeista jatkuvat Polsu Säkylässä, Tattaranjoki Nakkilassa ja Marikari Paraisilla.

Varpunen häviämässä Varsinais-Suomen pienemmistä taajamista ja maaseudulta

Varpusen kanta oli suurimmillaan 1960- ja 1970-lukujen vaihteessa. Nykyään kanta on selvästi alle kymmenen prosenttia silloisesta määrästä.

Erittäin uhanalainen varpunen on vähentynyt jo vuosikymmeniä ja on vaarassa hävitä kokonaan Varsinais-Suomen maaseudulta. Turun Lintutieteellinen Yhdistys on seurannut monella tavalla lajin kannanmuutoksia.

Näköislehti

Urheilu

Tuton kausi päättyi Mestiksessä

Kiekko-Vantaa päätti Tuto Hockeyn kauden Mestiksen pudotuspeleissä voitoin 4-1.

Tuto Hockeyn kausi päättyi jääkiekon Mestiksessä tappioon Kiekko-Vantaalle pudotuspeleissä. K-Vantaa löi Tuton viidennessä pelissä Vantaalla 4–1 ja eteni välieriin voitoin 4–1.

Niko Kytösaho ja Antti Aalto kolmansia superjoukkuekilpailussa Salpausselällä

Niko Kytösaho.

Lahden mäkihypyn maailmancup-viikonloppu huipentui sunnuntaina superjoukkuekilpailuun. Suomen joukkue Niko Kytösaho ja Antti Aalto ottivat 12 vuoden tauon jälkeen Suomelle palkintokorokesijan ja olivat kilpailun kolmansia. Suomi oli ennen viimeistä hyppykierrosta vielä seitsemäntenä, mutta etenkin Kytösahon 131-metrinen ja Aallon tasainen 122-metrinen nostivat joukkueen historialliseen kolmanteen sijaan. Neljänneksi tullut Saksa jäi taakse 1,2 pisteen turvin. Kilpailun voitti Itävalta joukkueella Jan Hörl ja Daniel Tschofenig .

Åboraakkeli: Onnistunut, kuinka onnistunut?

Vertti Niskanen, Bujar Ahmeti, Atte Ekholm ja Sami Niittysalo.

Miesten Futsal-liigan runkosarjaa on vielä yksi kierros jäljellä, mutta jo pudotuspelien alla kautta voi pitää turkulaisittain onnistuneena.

Impivaaran uimahallissa kahdet uintikisat viikonloppuna

Impivaaran uimahallissa käydään kahdet uintikisat viikonloppuna. Kuva on  ikäkausimestaruusuinneista viime syksyltä.

Uinti Turku – Åbo Simning ry:n (ÅTUS) järjestää lauantaina 7. maaliskuuta Impivaaran uima-hallissa 50 metrin radalla kansalliset XXXVIII Turku Super Games -uintikilpailut alkaen kello 10 ja samana iltapäivänä alkavat kaksipäiväiset SFI:n avoimet mestaruuskilpailut. SFI:n mestaruus-kilpailut alkavat lauantaina kello 15.45 avajaisilla (lajiohjelma kello 16) ja sunnuntaina kello 9.30.

Matej Hradecký palaa mustavalkoisiin

Matej Hradecký.

Huhtikuun alussa alkavaan Veikkausliigan kauteen valmistautuva Turun Palloseura saa vahvistuksen riveihinsä, kun turkulainen TPS-kasvatti Matej Hradecký palaa mustavalkoisiin. TPS on solminut Hradeckyn kanssa kaksivuotisen sopimuksen.

TPS ei ole pystynyt täyttämään Hannu Ansaksen jättämää aukkoa

TPS:n pelilliset otteet ovat jättäneet toivomisen varaa, mutta isoimmat ongelmat ovat kaukalon ulkopuolella.

TPS:n jääkiekkomiehistö nousi helmikuun lopulla ensimmäistä kertaa kuluvalla kaudella kiekko-Suomea laajasti puhuttaneeksi joukkueeksi. Syy ei ollut siinä, että Palloseura olisi huikeassa pelillisessä iskussa runkosarjan kaartuessa loppusuoralle. TPS:llä itse asiassa on totinen vääntäminen siinä, että selvittää tiensä 12 parhaan joukkoon ja pudotuspeleihin.