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)

Hannele Lehtonen aloittaa Turun kaupunginmuseon kokoelmaintendenttinä

Hannele Lehtonen.

Filosofian maisteri Hannele Lehtonen on valittu Turun kaupunginmuseon Kokoelmat-vastuualueen intendentiksi. Lehtonen aloittaa tehtävässään 1. tammikuuta.

Ville Niinistö: Uusi EU:n pakotepaketti syventää kiristysruuvia Venäjän talouteen

Europarlamentin Venäjä-valtuuskunnan puheenjohtaja Ville Niinistö (vihr.) kiittää EU-komissiota ja jäsenmaita uuden 19. pakotepaketin hyväksymisestä. Siinä pakotteiden piiriin tulee Venäjän LNG-kaasuntuonti Eurooppaan ja siinä lisätään toimia Venäjän varjolaivaston pysäyttämiseksi. Niinistö peräänkuuluttaa sen vaikutusten vahvistamista sillä, että parlamentin ja jäsenmaiden energiaministerineuvoston käsittelyssä parhaillaan oleva laki kaasuntuonnin pysyvästä kiellosta hyväksytään mahdollisimman tiukkana. Niinistö on asiassa parlamentin pääneuvottelijana.

Viemäri- ja vesijohtotyö sulkee ajokaistan Köydenpunojankadulla

Viemäri- ja vesijohtotyö jatkuu Köydenpunojankatu 13:n kohdalla 23.10.–5.11. Yksi ajokaista on pois käytöstä. Nopeusrajoituksena on 30 km/h.

Jokaiselle varsinaissuomalaiselle nimetty omatiimi terveysasemalta

Varsinaissuomalaiset ohjataan koko Varsinais-Suomen hyvinvointialueella (Varha) ensisijaisesti oman hoitotiiminsä ammattilaiselle, kun he asioivat terveysasemalla. Uudistus parantaa kiireettömän hoidon jatkuvuutta ja siten tiedonkulkua ja potilasturvallisuutta. Potilaalta oman tiimin saaminen ei edellytä toimenpiteitä.

Papinsaareen avattu uusi leikkipaikka

Papinsaaren uusi leikkipaikka.

Hirvensalon Papinsaaren on avattu uusi leikkipaikka. Luontoteema näkyy leikkipaikan polkujen sijoittelussa, kasvillisuudessa ja välineissä. Leikkipaikka on terassitason ympärille. Terassille pääsee esteetöntä luiskaa ja portaita pitkin.

Lääkeinfo.fi-palvelu modernisoitu sekä ulkoasultaan että käyttöliittymältään

Lääkeinfo.fi-verkkopalvelun sisältämät pakkausselosteet ovat virallisia ja viranomaisen hyväksymiä, ja ne koskevat Suomessa myytäviä lääkevalmisteita. Palvelu on ollut kansalaisten käytettävissä jo lähes 20 vuoden ajan. Uudistunut Lääkeinfo.fi-palvelu on julkaistu 22. lokakuuta.

Jätelaki muuttuu – LSJH:n jätepalvelut hyvinvointialueelle ja sote-toimijoille päättyvät vuoden lopussa

Kunnan vastuulla ovat jatkossa pääosin vain kotitalouksissa ja vapaa-ajan asumisessa sekä kunnan omassa hallinto- ja palvelutoiminnassa syntyvät jätteet.

Muuttunut jätelaki rajaa kunnan järjestämän jätehuollon ulkopuolelle jätteen, joka syntyy hyvinvointialueille siirtyneissä sosiaali-, terveys- ja pelastuspalveluissa sekä yksityisten tai julkisten sote-toimijoiden palveluasumisessa ja sote-palveluita tarjoavissa toimipaikoissa. Tiettyjä poikkeuksia lukuun ottamatta Lounais-Suomen Jätehuollon (LSJH) jätehuoltosopimukset näiden toimijoiden kanssa päättyvät viimeistään vuoden 2025 lopussa. Muutos vaikuttaa satojen sote- ja pelastuspalvelukiinteistöjen jätehuoltoon.

RKP: Ruotsinkielisen oppilashuollon saatavuus turvattava Turussa

Aluevaltuutettu Nicke Wulff (r.) on jättänyt aloitteen, joka koskee ruotsinkielisen oppilashuollon henkilöstön saatavuutta ja oppilashuollon suurta henkilöstön vaihtuvuutta Turussa.

Nana Rashid vierailee lauantaina Flame Jazz -illassa

Nana Rashid.

Logomon Flame Jazz -illassa 25. lokakuuta kello 19 tarjoillaan sielukasta laulua ja syvällistä tarinankerrontaa. Lavalle nousee ensimmäistä kertaa Suomessa esiintyvä, palkittu tanskalaisvokalisti Nana Rashid yhtyeineen.

Syntyvyydessä hienoista nousua – maahanmuuttoja edellisvuotta vähemmän

Tammi–syyskuussa on syntynyt 1 301 lasta enemmän kuin viime vuonna vastaavaan aikaan. Viimeisen 12 kuukauden (lokakuu 2024–syyskuu 2025) ennakollinen kokonaishedelmällisyysluku oli 1,28 eli 0,03 korkeampi kuin vuonna 2024.

Jyrsintä- ja päällystystyö sulkee ajokaistan Satakunnantiellä

Satakunnantiellä tehdään 23.–31. lokakuuta jyrsintä- ja päällystystyötä Markulantien ja Raisiontien välillä. Yksi ajokaista on pois käytöstä. Työstä on haittaa molemmissa ajosuunnissa.

Kaarinan uusi kesäfestari nimettiin Summer Start Festivaliksi

Henri Kulmala.

Kaarinassa Hovirinnan ranta-alueella järjestetään ensi vuoden kesäkuun alussa uusi festivaali Summer Start Festival. Tapahtuman nimi valikoitui yleisölle järjestetyn nimikilpailun kautta, johon ehdotuksia saapui useita satoja eri vaihtoehtoja. Festivaaleja juhlitaan 5.–6. kesäkuuta.

Turun kehätie neljän henkilöauton ketjukolari

Turun kehätiellä oli neljän henkilöauton ketjukolari kehätiellä Urusvuoren kohdalla Helsingin suuntaan torstaina aamulla. Kolari ei aiheuttanut henkilövahinkoja.

Silmäsairauksien hoitoon uusi valmiste verenluovuttajien avulla

Seerumisilmätippavalmiste henkilön kädessä.

Suomen Punaisen Ristin Veripalvelu alkaa toimittaa seerumisilmätippoja vaikeasta kuivasilmäisyydestä ja silmän pintasairauksista kärsiville potilaille. Kyseessä on uusi verestä erotellusta seerumista tehty valmiste, joka helpottaa silmätautipotilaiden hoitoa.

Varsinais-Suomen hyvinvointialue tavoittelee talouden tasapainoa vasta vuodeksi 2028

Varsinais-Suomen hyvinvointialueen (Varha) aluevaltuusto hyväksyi talousarvion ja -suunnitelman 2026–28 valmistelulinjaukset. Valmistelua tehdään niin, että Varhan talous on tasapainossa vuoden 2028 lopussa.

Raitiotielinjalla sijaitsevat katualueet ja jalkakäytävät säilyttäneet arkeologiset kerrokset hyvin vaihtelevasti

Uudenmaankadulla tehtiin koekaivauksia keväällä.

Turun raitiotien arkeologisten koekaivausten tutkimusraportit on julkaistu. Toteutussuunnitteluvaiheen koekaivauksissa tarkennettiin tietämystä raitiotien reitin historiallisista kerrostumista. Lisäksi historiallisen Turun läpi kulkeville kaduille tehtiin arkeologinen vyöhykeanalyysi. Tulosten avulla arvioidaan raitiotien rakentamisen aikaisten arkeologisten tutkimusten laajuutta ja kustannuksia. Tutkimuksissa vahvistui aiempi käsitys siitä, etteivät historialliset kerrostumat ole este raitiotien rakentamiselle.

Valtaosa omaishoitajista naisia, yli puolet on eläkkeellä

Omaishoitajien määrä jakautuu alueittain epätasaisesti. Viime vuonna joillakin hyvinvointialueilla omaishoitajia oli suhteessa yli puolet enemmän kuin toisilla alueilla. Viime vuonna koko Suomessa toimi 62 000 sopimuksen tehnyttä omaishoitajaa ja sijaishoitajaa. Tiedot ilmenevät Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen (THL) tilastoraportista.

Väitöstutkimus selvitti PARP14-entsyymin merkitystä suoliston limakalvon suojelussa tulehduksen aikana

MSc Madhukar Vedanthamin väitöstutkimuksessa selvitettiin, miten PARP14-entsyymi vaikuttaa suoliston limakalvon kykyyn kestää tulehdusta sekä pitkäaikaissairauksissa että infektioissa.

Urheilu

Otteluanalyysi: Inter punnersi voiton vajaamiehisestä Gnistanista

Dimitri Legbo oli jälleen tehokas.

Inter nousi jalkapalloilun Veikkausliigassa pisteen päähän sarjakärki Kuopion Palloseurasta voittamalla Gnistanin maalein 2-1 Kupittaalla. Neljä joukkuetta – KuPS, Inter, SJK ja Ilves – on neljän pisteen sisällä, kun jäljellä on neljä ottelukierrosta. Nämä joukkueet ratkaisevat mestaruuden kohtalon Inter kohtaa vielä HJK:n ja KuPS:n vieraskentällä sekä SJK:n ja Ilveksen Kupittaalla.

TPS:n Ilona Heinonen pikkuhelmareiden mukana Ruotsiin

Ilona Heinonen kuuluu maajoukkueen kalustoon.

Suomen alle 19-vuotiaiden naisten maajoukkue pelaa 23. ja 27. lokakuuta harjoitusottelut Ruotsia vastaan. Ne ovat Suomelle viimeiset harjoituspelit ennen marraskuussa pelattavaa EM-karsintaturnausta, jossa Suomi kohtaa Ranskan, Walesin ja Turkin. Ruotsi-maaotteluissa Suomen joukkueessa pelaa myös TPS:n Ilona Heinonen .

Rasmus Holmasta FC TPS Turku Oy:n toimitusjohtaja

Rasmus Holma.

TPS Jalkapallon organisaatio vahvistuu paluumuuttajalla, kun entinen TPS-kapteeni, kahdeksan kauden aikana 186 virallista ottelua raitapaidoissa pelannut Rasmus Holma aloittaa seuran miesten edustusjoukkueen taustayhtiön, FC TPS Turku Oy:n, toimitusjohtajana.

Alfan kisoissa mukana sekä kokeneita nyrkkeilijöitä että ensikertalaisia

Sisu Salminen.

Turun Urheiluliitto, Turun Jyry ja Turun Teräs järjestävät nyrkkeilyn Alfan kisat Turussa Liikuntakeskus Alfassa lauantaina 25. lokakuuta kello 12.

Raision Loimu avaa vihdoin kautensa

Raision Loimu kohtaa lentopallon Mestaruusliigan avauksessa Hurrikaanin Kerttulan liikuntahallissa keskiviikkona 22. lokakuuta.

Raision Loimu aloittaa pitkän odottelun jälkeen lentopallon Mestaruusliiga-kautensa kotisalissa Kerttulan liikuntahallissa keskiviikkona 22. lokakuuta. Avausvastustajaksi saapuu kivikova paikallisvastustaja Hurrikaani-Loimaa, jota on povattu tälläkin kaudella aivan sarjan kärkikastiin mitali- ja mestariehdokkaaksi.

Turkulaiset futsalseurat lähtevät kauteen erilaisista lähtökohdista

TPK:n looginen tavoite alkaneella kaudella miesten Futsal-liigassa on palauttaa turkulainen futsal mitalipeleihin.

Turkulainen futsal astui tänä syksynä uuteen aikaan, kun miesten Futsal-liigassa pelaa kaksi turkulaista joukkuetta. TPK:lla alkoi viides peräkkäinen kausi korkeimmalla sarjatasolla. Perinteikäs seura sai tänä vuonna kirittäjäkseen KF Kosovan.