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)

Työryhmä esittää mikro- ja pienyrityksille oikeutta peruspankkipalveluihin

Valtiovarainministeriön työryhmä esittää, että mikro- ja pienyrityksille säädetään oikeus perusmaksutiliin. Suomen Yrittäjät pitää esitystä merkittävänä parannuksena ja helpotuksena yritystoiminnan aloittamiseksi.

Männynkuori poistaa lääkejäämiä jätevesistä

Männynkuoresta muokattua puhdistusmateriaalia puhdistusyksiköissä eli kolonneissa. Kolonni on kuin teollinen kahvinsuodatin, jossa männynkuori poistaa tehokkaasti lääkejäämiä jätevedestä.

Oulun yliopistossa kehitetään männynkuoresta vedenpuhdistusmateriaalia, joka poistaa hyvin antibiootteja, verenpaine - ja masennuslääkejäämiä jätevedenpuhdistamojen käsitellystä jätevedestä. Uudessa väitöstyössä saatiin lupaavia tuloksia helposta ja edullisesta menetelmästä, jossa lääkejäämien poistoon käytettiin raudalla muokattua männynkuorta.

Peruskoulussa opiskellaan painetuista kirjoista

Koulujen oppimateriaaleihin viime vuonna käytetty summa on pitkälti samalla tasolla kuin edellisenä vuonna. Kokonaismarkkina kasvoi vain puoli prosenttia. Kustannusyhdistyksen oppimateriaalitilaston mukaan peruskouluun hankittiin oppimateriaalia 80,4 miljoonalla eurolla ja toiselle asteelle 37,7 miljoonalla eurolla.

Reilut kolme prosenttia 65 vuotta täyttäneistä kävi yksityisellä yleislääkärillä osana valinnanvapauskokeilua syksyllä

Kela maksoi syksyllä korvauksia yhteensä 44 500 asiakkaan lääkärikäyntien ja tutkimusten kustannuksista osana valinnanvapauskokeilua. Kuluvana vuonna valinnanvapauskäynti maksaa asiakkaalle enintään 30,20 euroa ja vastaanotolla voi käydä kolme kertaa.

Pula sote-alan harjoittelupaikoista viivästyttää ammattikorkeakoulusta valmistumista

Arene julkaisi torstaina ammattikorkeakouluopiskelijoiden harjoittelupaikkojen saatavuus sosiaali- ja terveysalalla -kyselyanalyysin. Tulokset osoittavat, että ammattikorkeakoulujen sosiaali- ja terveysalan opiskelijoiden harjoittelupaikkoja ei ole riittävästi. Vaikutukset näkyvät jo pahasti opintojen viivästymisinä. Tilanne kuormittaa ammattikorkeakoulujen sekä sote-palveluita tuottavia organisaatioita. Yli 90 prosenttia vastaajista arvioi harjoittelupaikkatilanteen heikentyneen viime vuosina. Kyselyn tulokset osoittavat, että kyse on valtakunnallisesta ja rakenteellisesta ongelmasta, mikä ei ole ratkaistavissa yksittäisten korkeakoulujen toimilla.

Liikennevakuutus ei koske vain autoja – myös golfauto, lumiskootteri ja jopa panssarivaunu tulee vakuuttaa

Monet rekisteröimättömät kulkupelit vaativat liikennevakuutuksen silloin, kun niillä ajetaan. Erityisesti piha- ja mökkikäytössä olevien ajoneuvojen kohdalla vakuuttamisvelvollisuus voi yllättää.

Liikenteessä on uudenlaisia ajoneuvoja, ja etenkin sähköistyminen on avannut markkinoita erikoisillekin liikkumisvälineille. Vakuuttamisen näkökulmasta tilanne on selkeä: golfautot, lumiskootterit ja muut erikoiset ajopelit tulee liikennevakuuttaa.

Keskon ruokakuljetuksiin ensimmäinen sähkökuorma-auto Varsinais-Suomessa

Keskon ensimmäinen sähkökuorma-auto Varsinais-Suomessa aloitti kuljetukset tammikuun puolivälissä. Kesko jatkaa kuluvana vuonna alkanutta Suomen-kuljetustensa sähköistämistä. Vuoteen 2030 mennessä Keskon päivittäistavarakaupan kuljetuskalustosta noin 30 prosenttia arvioidaan olevan sähköautoja.

Turkulainen Roope Itälinna vuoden nuori taiteilija

Acid Wash, 2024. Öljy ja akryyli kankaalle, 190 x 150 cm.

Kuvataiteilija Roope Itälinna on valittu vuoden 2026 nuoreksi taiteilijaksi. Hän saa Tampereen kaupungin myöntämän 25 000 euron stipendin ja mahdollisuuden yksityisnäyttelyn järjestämiseen Tampereen taidemuseon näyttelytilassa Finlaysonin alueella syksyllä 2026. Itälinna on järjestyksessä 42. Vuoden nuori taiteilija.

Vuoden ensimmäinen alueellinen maanpuolustuskurssi alkaa Turussa

Turussa järjestetään 26.–30. tammikuuta alueellinen maanpuolustuskurssi, joka aloittaa vuoden kurssitoiminnan. Kurssi on ensimmäinen, jonka järjestämisestä vastaa vuodenvaihteessa toimintansa aloittanut Lupa- ja valvontavirasto. Aikaisemmin alueelliset maanpuolustuskurssit järjestivät aluehallintovirastot.

K40 Disco by Sami Kuronen saapuu Turkuun

K40-discoja on järjestetty muun muassa Raumalla.

Diskopallo pyörii ja tanssilattia kutsuu – K40 Disco tuo aikuisten omat bileet Turkuun perjantaina 20. maaliskuuta. Raumalla ja muutamalla muulla paikkakunnalla jo useamman vuoden ajan täysiä iltoja tehnyt konsepti rantautuu nyt Turun Ihkuun ja tarjoaa aikuisille hyvät bileet, tuttua musiikkia ja oikean yleisön.

Arviointiyksiköiden määrää ja asiakaspaikkoja lisätty Varhan ikääntyneiden palveluissa

Varhan ikääntyneiden palveluissa arviointiyksiköiden määrää ja asiakaspaikkoja on lisätty, jotta Varhassa voidaan entistä paremmin tukea iäkkäiden kotona asumista ja toimintakykyä.

Sibelius-museo ja Åbo Akademin musiikkitieteen ja folkloristiikan oppiaineet juhlivat yhteistä 100-vuotista historiaansa

Otto Andersson (1879-1969) vuonna 1968 käyttöön otetun museorakennuksen vitriinin äärellä vuonna 1969.

Marraskuussa tulee kuluneeksi sata vuotta siitä, kun Otto Andersson (1879–1969) nimitettiin Åbo Akademin ensimmäiseksi musiikkitieteen ja kansanrunoudentutkimuksen professoriksi. Tästä hetkestä lähtien alkoivat rakentua Åbo Akademin musiikkihistorialliset kokoelmat ja kulttuurintutkimuksellinen arkisto. Musiikkihistorialliset kokoelmat saivat vuonna 1949 nimen Sibelius-museo. Tänä vuonna juhlitaan yhteistä 100-vuotista historiaa.

Jo pieni määrä alkoholia heikentää unta – humalahakuinen käyttö vaikuttaa pidempään

Päihdelääketieteen professori Solja Niemelän mukaan jo pari annosta alkoholia muuttaa unen rakennetta niin, että unesta tulee pintapuolista. Huonon unen seurauksena olo on seuraavana päivänä väsynyt ja keskittyminen vaikeaa. Humalahakuinen käyttö vaikuttaa uneen vielä pidempään, jopa useamman vuorokauden.

Henri Salomaa vahvistaa Interin laituriosastoa

Henri Salomaa.

Henri Salomaa siirtyy Turkuun vahvistamaan Interin laituriosastoa. Sopimus kattaa kaudet 2026 ja 2027 sekä sisältää seuran option kaudesta 2028.

Diabeteksesta maksetut korvaukset kasvussa

Tyypin 2 diabetes lisääntyy Suomessa nopeasti, ja sen seuraukset näkyvät vakuutuskorvauksissa. Pohjola Vakuutuksen mukaan korvaukset nousivat viime vuonna selvästi. Lääkekulut ovat suurin syy kasvavaan kustannuspaineeseen.

Saara-Sofia Sirén Telan uudeksi toimitusjohtajaksi

Saara-Sofia Sirén.

Kansanedustaja Saara-Sofia Sirén , 39, on valittu Työeläkevakuuttajat Tela ry:n uudeksi toimitusjohtajaksi. Sirén aloittaa tehtävässään 1. toukokuuta, mikäli eduskunta myöntää hänelle eron kansanedustajan toimesta. Telan pitkäaikainen toimitusjohtaja Suvi-Anne Siimes jää tuolloin pois tehtävästään. Koulutukseltaan Sirén on kauppatieteiden maisteri sekä filosofian maisteri.

Kaukolämmön päästöt putosivat kolmanneksella, sähkö lähes fossiilitonta ja Euroopan edullisinta

Sähkön ja lämmön vuositilastot osoittavat, että päästöt ovat edelleen vähentyneet ja sähkömarkkinat toimivat hyvin. Sähkön kulutus nousi edellisestä vuodesta, nousun kattoivat tuulivoima ja tuonti. Sähkön ja lämmön yhteistuotannolla on keskeinen rooli yhdentyvien energiamarkkinoiden tasaajana.

Katedraali soi! jo 30. kerran

Katedraali soi! -viikolla Turun tuomiokirkon holvikaarien alla pääsee nauttimaan vaikka joka ilta vanhaa ja vähän uudempaakin taidemusiikkia.

Jo 30 vuoden ikään ehtinyttä Katedraali soi! -kirkkomusiikkiviikkoa vietetään Turun tuomiokirkossa 2.–8. helmikuuta. Tänä vuonna luvassa on kolme kantaesitystä, yksi myöhäisillan konsertti ja vahva kirjo turkulaista ja suomalaista ammattimusiikin osaamista.

Näköislehti

Urheilu

Henri Salomaa vahvistaa Interin laituriosastoa

Henri Salomaa.

Henri Salomaa siirtyy Turkuun vahvistamaan Interin laituriosastoa. Sopimus kattaa kaudet 2026 ja 2027 sekä sisältää seuran option kaudesta 2028.

TPS-kasvatti Nikolas Talo palaa mustavalkoisiin

Nikolas Talo.

Turun Palloseura on kiinnittänyt riveihinsä oman kasvattinsa Nikolas Talon . Talon sopimus TPS:n kanssa on kaksivuotinen. 22-vuotias puolustaja pystyy pelaamaan sekä topparina että vasempana laitapuolustajana.

Tonni päästettyjä tulossa FBC Turulle täyteen

17 ottelun tappioputkessa miesten F-liigassa oleva FBC Turku on tällä hetkellä päästänyt ylimmällä sarjatasolla 999 maalia. Seuraava päästetty maali on siis tuhannes maali Beeceen verkkoon. Hyvin suurella todennäköisyydellä tasaluku ylitetään 24. tammikuuta, kun FBC kohtaa vieraissa Eräviikingit.

Turku Turbulence lunastanut paikkansa crossfit-tapahtumien joukossa

Crossfitin joukkuekisassa tarvitaan voiman lisäksi yhteishenkeä.

Vuonna 2024 järjestettiin ensimmäistä kertaa crossfit-tapahtuma Turku Turbulence. Tapahtuma sai hyvän vastaanoton ja 7. helmikuuta Logomossa kisataan jo kolmas Turku Turbulence.

Beninin maajoukkuetoppari TPS:n takalinjoille

Charlemagne Azongnitode.

Turun Palloseura saa puolustukseensa uuden vahvistuksen, kun toppari C harlemagne Azongnitode , 24, liittyy joukkueeseen kaksivuotisella sopimuksella. Viime kaudella hän pelasi Veikkausliigaa AC Oulussa.

Keskikenttämies Aly Coulibaly jatkaa TPS:ssa

Aly Coulibaly.

TPS on solminut yksivuotisen jatkosopimuksen keskikenttäpelaaja Aly Coulibalyn kanssa. Ranskasta kotoisin oleva 29-vuotias keskikenttäpelaaja siirtyi turkulaisten riveihin viime kesänä ja jatkaa nyt joukkueessa tulevalla Veikkausliiga-kaudella.