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)

Vauvojen urkufestarit Turun tuomiokirkossa

Turun tuomiokirkossa on syksyn aikana neljä Vauvojen urkujuhlat -konserttia.

Vauvat ja taaperot voivat vaihtaa vapaalle urkumusiikin tahtiin, kun neljän konsertin festivaalisarja tutustuttaa perheen pienimmät urkujen äänimaailmoihin. Turun tuomiokirkossa on syksyn aikana neljä Vauvojen urkujuhlat -konserttia, joiden teemat vaihtelevat kuukausittain. Konsertit ovat keskiviikkoisin kello 10, ja luvassa on niin urkumusiikkia, -muskaria kuin äänikylpyäkin.

Noin puolet suomalaisista ei huomioi, mitä käyttökelpoista heittää roskiin

65 prosenttia suomalaisista on itse sitä mieltä, että omistaa liikaa tavaraa. Naisista niin ajattelee 72 prosenttia. Miehistä 58 prosenttia.

Harkon arkeologisessa näyttelyssä syvennytään esihistorialliseen keramiikkaan

Raision museo Harkossa on esillä syksyllä esihistoriallista keramiikkaa Astioita savesta – Esihistoriallista keramiikkaa Suomesta -näyttelyssä. Katriina Törmänen, Ruukut, 2025, vesiväri.

Raision museo Harkon juhlavuoden kolmantena näyttelynä avautuu Astioita savesta -näyttely, jossa tutustutaan kivi-, pronssi- ja rautakauden keramiikkaan arkeologisten löytöjen kautta.

Kysely: Nuorten yrittäjyysasenteet ennätysmyönteisiä – puolet harkitsee yrittäjäksi ryhtymistä

Nuorten yrittäjyysasenteet ovat kehittyneet lupaavaan suuntaan Suomessa. Omistajanvaihdosten kannalta on myönteistä, että nuoria kiinnostaa eritoten mahdollisuus ryhtyä yrittäjäksi olemassa olevaan yritykseen. Uuden yrityksen perustaminen kiinnostaa eniten maahanmuuttajaperheiden nuoria.

Kamarikuoro Key Ensemblen 20-vuotisjuhlakonsertissa soi Rahmaninov: Vigilia

Key Ensemble.

Key Ensemble juhlii 20-vuotista taivaltaan Sergei Rahmaninovin Vigilian parissa Martinkirkossa lauantaina 13. syyskuuta kello 16. Kuoro on historiansa aikana esittänyt teosta lukemattomia kertoja ja levyttänyt sen runsas kymmenen vuotta sitten silloisen johtajansa Teemu Honkasen johdolla.

Kirjanpainajat virkistyivät loppukesän lämmössä

Heinäkuun pitkä hellejakso vilkastutti kirjanpainajia ja parveilu lisääntyi maan eteläosassa. Kevättä ja alkukesää leimanneet vaihtelevat ja epävakaiset säät hillitsivät alkukesän parveilua, joten kirjanpainajamäärien osalta kuusien kuolleisuusriski jää aiempaa vähäisemmäksi. Kuusien kuolleisuusriskiä määrittää kirjanpainajankannan koon lisäksi kuusien puolustuskyky.

Turkulaisen Ehkä-tuotannon syksyn ohjelmisto tarjoaa tanssi- ja esitystaidetta

Suvi Kemppainen ja työryhmä: From A Great Height.

Turkulaisen Ehkä-tuotannon syksyn ohjelmisto on kattaus tanssi- ja esitystaidetta – ensi-iltoja, yhteistöitä, opetustoimintaa ja festivaaleja. Ehkä-tuotannon osatuottamista kantaesityksistä kaksi koetaan Helsingissä Zodiakissa ja Kiasma-teatterissa ja yksi omalla kotinäyttämöllä Nykytaidetila Kutomolla Turussa.

Loton potti nousee kahteen miljoonaan euroon

Lotossa ei löytynyt kierroksella 36/2025 täysosumia. Ensi viikolla potissa on kaksi miljoonaa euroa.

Raision kirjaston asukasilloissa tavataan viranhaltijoita

Eero Vainio.

Raision kaupunginjohtaja Eero Vainio on vieraana Raision kaupunginkirjaston ensimmäisessä asukasillassa torstaina 11. syyskuuta kello 17.30.

Kauppakeskusten myynti ja kävijämäärä kasvoivat vuoden toisella neljänneksellä

Kauppakeskusten kokonaismyynti kääntyi nimellisesti 1,6 prosentin kasvuun vuoden toisella neljänneksellä viime vuoden vastaavaan ajanjaksoon verrattuna. Inflaatiokorjattuna myynti kasvoi 1,2 prosenttia. Kasvu oli ripeintä huhtikuussa, mutta myös touko- ja kesäkuun kokonaismyynti ylitti vuoden 2024 vastaavien kuukausien tason.

Tekstiilitaide ilmentää tietoa Galleria Askissa

Riikka Kupsala kokeilee valmistamansa kolmiulotteisen pylvään painoa työhuoneellaan.

Turkulaisen kuvataiteilija Riikka Kupsalan tekstiiliteokset käsittelevät henkilökohtaista tietoa pukeutumisesta ja vaatteista. Teokset ovat nähtävillä Kuluttavat kuteet -näyttelyssä Galleria Askissa 12.–23. syyskuuta.

Pimeässä hohtava panssarisiimalevä loppukesän ilmiö

Viime päivinä eri puolilta rannikkoa on tullut kyselyjä sinertävästä hohdosta veden pinnassa. Kyseessä on yksisoluisen mikrolevän Alexandrium ostenfeldii aiheuttama ilmiö. Tämä myrkyllinen panssarisiimalevä hohtaa runsaana esiintyessään pimeässä sinertävänä, sillä se tuottaa bioluminesenssia. Päivänvalossa vesi voi näyttää punertavan ruskealta.

Suomen historian jännät naiset Sopukan syksyn esitysten yleisömagneetti

Suomen historian jännät naiset myi jo etukäteen loppuun kaikki kymmenen näytöstään Sopukassa.

Kaupunginteatterin vapaan kentän yhteistyöareenana toimivan Sopukka-näyttämön ohjelmistoon kuuluu tänä syksynä useita esityksiä: Suomen historian jännät naiset , Pete Poskiparran Miraakkeli ja Jore Marjarannan tähdittämä uutuusdraama Mä aion elää . Näiden lisäksi 31. joulukuuta saa ensi-iltansa musiikkiteatteriesitys Kirka – This Time It´s Personal .

Ilveskanta vahvassa kasvussa

Luonnonvarakeskuksen (Luke) arvion mukaan ilveskanta on vahvassa kasvussa. Kanta on vahvistunut kaikkialla Suomessa.

Myllyn uusi karvainen brändilähettiläs aloitti työnsä

Oranssi, karvainen Myllykkä on Kauppakeskus Myllyn uusi brändilähettiläs.

Kauppakeskus Mylly on palkannut uuden brändilähettilään, Myllykän, jonka vastuulla on kauppakeskuksen kävijöiden ja vuokralaisten yllättäminen ihmeellisillä tempauksilla.

Varautumispolku kutsuu koko perheen oppimaan arjen turvallisuustaitoja

Naantalin Kuparivuorella järjestetään lauantaina 13. syyskuuta kello 10–15 koko perheen tapahtuma, jossa harjoitellaan ja testataan arjen tärkeitä turvallisuustaitoja. Tapahtuman nimi on Varautumispolku, ja se tarjoaa monipuolista tekemistä kaikenikäisille.

Käyrätorven ja urkujen duetto päättää Liedon kesämusiikki -sarjan

Petri Komulainen ja Jan Lehtola.

Liedon kesämusiikki -sarja saa päätöksensä syyskuun ensimmäisenä sunnuntaina, kun käyrätorvisti Petri Komulainen ja urkuri Jan Lehtola esittävät yhdessä värikkään duetto-ohjelman, jossa yhdistyvät konsertti- ja kirkkomusiikki.

Suomalaiset Euroopan kärkeä vanhojen puhelinten hamstraamisessa

Eurooppalaisissa kotitalouksissa uinuu unohdettu yli miljardin euron aarrekammio. Kuluttajien laatikoihin hylkäämissä kännyköissä odottaa tuhansia tonneja arvokkaita raaka-aineita, jotka voisi kierrättää hyötykäyttöön. Yksistään kobolttia on 5 000 tonnia ja kultaa 9 tonnia eurooppalaisten kaapeissa ja piirongeissa. Suomalaiset ovat Euroopan kärkeä vanhojen puhelinten hamstraamisessa.

Urheilu

Otteluanalyysi: Onni Helén ja Elmer Vauhkonen sulattivat EIF:n puolustuksen

Onni Helén iski kaksi maalia.

TPS pudotti EIF:n kyydistä toisen puoliajan alussa ja eteni 4–0-voittoon jalkapalloilun Ykkösliigan ottelussa Kupittaalla. TPS vankisti asemaansa sarjan kärjessä. FC Lahti, joka on pelannut ottelun vähemmän, vaanii kuitenkin kolmen pisteen päässä.

Jussi Niska jatkaa Interin väreissä

Jussi Niska.

FC Inter on käyttänyt Jussi Niskan viime kaudella solmitussa jatkosopimuksessa olleen optiovuoden, jonka myötä Niska nähdään turkulaisten riveissä myös kaudella 2026.

Otteluanalyysi: Pikkuhuuhkajat aloitti karsinnat vakuuttavasti

Mika Lehkosuon valmentamat pikkuhuuhkajat aloittivat EM-paikan metsästyksen odotetulla voitolla.

Suomen alle 21-vuotiaiden jalkapallomaajoukkue aloitti EM-karsinnat odotetulla voitolla San Marinosta, kun karsinnat Kupittaalla torstaina alkoivat. Pikkuhuuhkajilla oli ennen karsintojen alkua vain kolme harjoitusta alla, mutta se ei ottelussa pahemmin näkynyt. Toki San Marino ei myöskään ollut merkittävä mittari joukkueen todellisesta iskukyvystä. Isompia haasteita Mika Lehkosuon valmennettaville on luvassa myöhemmin syksyn aikana, muun muassa marraskuussa, kun Suomi saa Kupittaalla Romanian vieraakseen.

Interin Eero Vuorjoki pikkuhuuhkajiin

Eero Vuorjoki.

Interin maalivahti Eero Vuorjoki on nimetty Suomen alle 21-vuotiaiden jalkapallomaajoukkueen kokoonpanoon. Pikkuhuuhkajat aloittaa matkansa kohti kesän 2027 EM-kisoja syyskuussa. Suomi kohtaa 4. syyskuuta Kupittaalla San Marinon kello 17 alkavassa ottelussa. 9. syyskuuta on edessä vierasottelu Kyprosta vastaan.

Puukkokatsomo: Urheilijat myrskyn silmässä

Makwan Amirkhani.

Suomalaisella urheilulla ei ole viime aikoina mennyt hyvin, ainakin jos kysytään salibandyväeltä tai kamppailu-urheilijoilta. Sekä salibandyssa että vapaaottelussa velloo kohu, jota ilmankin lajit pärjäisivät.

TPS tavoittelee miljoonan euron tappiota

HC TPS Oy:n tilikauden tulos saa omistajien luvalla painui miljoona euroa pakkaselle.

HC TPS Turku Oy tavoittelee tilikaudella 2025–26 noin yhden miljoonan euron tappiota. Tavoitteeseen vaikuttavat merkittävällä tavalla niin jo tehdyt henkilövaihdokset kuin urheilun pääomistajilta saama urheiluun kohdistettu tuki.