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)

Kokoelmakeskuksen ja kaupunginarkiston tilahanke läpäisi kaupunginhallituksen ja etenee valtuustokäsittelyyn

Turun kaupungin museoiden kokoelmakeskuksen ja kaupunginarkiston päätearkiston uudet tilat ehdotetaan rakennettavaksi Aerotien varteen Turun lentokentän lähelle.

Joka kolmas käyttää yli sata euroa kuukaudessa lasten harrastuksiin

Hintojen nousu näkyy yhä selvemmin lapsiperheiden arjessa, ja yksi kärsivistä alueista on harrastustoiminta. Yli puolet (55 %) suomalaisista lapsiperheistä käyttää lastensa harrastuksiin rahaa enintään sata euroa kuukaudessa. Kolmasosalla (32 %) rahaa kuluu kuukausittain kuitenkin enemmän, 100–300 euroa kuukaudessa. Summat selviävät LähiTapiolan tuoreesta Arjen Katsaus -kyselystä, jonka toteutti tutkimusyhtiö Verian.

Varsinais-Suomen maaseudun yrityksille EU:n maaseuturahoitusta jo kymmenen miljoonaa euroa

Maaseudun yritysrahoitusta saaneiden hankkeiden kokonaiskustannukset Varsinais-Suomessa ovat EU:n maaseuturahoituskaudella 2023–27 jopa 42 miljoonaa euroa. Varsinais-Suomessa on tehty yritystukipäätöksiä valtakunnallisesti eniten.

Tulevat tanssin ammattilaiset antavat taidonnäytteensä

Henna Hägg, Helmi Tuominen, Petra Myllyperkiö ja Jenny Luomajoki.

Yhtä köyttä on kolmannen vuoden tanssinopettajaopiskelijoiden teoskokonaisuus, joka tuo 10–13. joulukuuta Taideakatemian näyttämölle seitsemän ryhmäkoreografiaa.

Vapaaehtoisia kaivataan lisää urheiluseuratoimintaan

Seurabarometri 2025 on seurojen omaan arvioon perustuva tilannekuva suomalaisista seuroista. Kyselyyn vastasi valtakunnallisesti 980 seuraa. Kartoitus sisälsi kahdeksan teemaa, jotka käsittelivät muun muassa hallintoa, taloutta, valmennusta, viestintää ja vastuullisuutta. Tarkoituksena oli rakentaa mahdollisimman ajantasainen ja kokonaisvaltainen kuva siitä, millaisena seurat itse näkevät toimintansa vahvuudet sekä ne kohdat, joihin tarvitaan lisää tukea tai kehittämistä.

Kaupallisilla dna-testeillä etsitään isiä

DNA-testeihin liittyy merkittäviä tietosuojahuolia ja eettisiä ongelmia, joita moni ei tule ajatelleeksi.

– Ihmisellä on voimakas tarve ja oikeuskin tietää taustastaan. Tässä mielessä dna-testit ovat tärkeitä ja arvokkaita, tutkijatohtori Anna Reetta Rönkä sanoo.

Uusi etäkuntoutus keliakiaa sairastaville

Kela käynnistää uuden etäkuntoutuksen iho- tai suolistokeliakiaa sairastaville aikuisille ensi vuoden alussa. Kelan uusi keliakiaa sairastavan kuntoutus on suunnattu aikuisille, joilla on diagnosoitu iho- tai suolistokeliakia ja jotka kokevat gluteenittoman ruokavalion noudattamisen, oireiden hallinnan tai ruokavalion sovittamisen muun sairauden hoitoon haastavaksi.

Vuoden ympäristöteko -palkinto Andreas von Bergmannille ja Ålönlahden säätiölle

Palkinnolla halutaan lisätä tietoisuutta siitä, miten paikallisilla ratkaisuilla voidaan vaikuttaa ympäristön tilaan.

Paraisten kaupunki jakoi maanantaina yhdessä Saaristomeren biosfäärialueen kanssa Vuoden ympäristöteko -palkinnon saaristomerivuoden päätösseminaarissa.

Lainsäädäntöehdotukset kuolinpesän sähköisestä asioinnista lausuntokierrokselle

Lainsäädäntöehdotusten tavoitteena on mahdollistaa kuolinpesän sähköinen asiointi nykyistä laajemmin. Jatkossa asiakas voisi laatia perukirjan ja perintöveroilmoituksen Verohallinnon OmaVero-asiointipalvelussa. Mahdollisuutta paperiasiointiin ei kuitenkaan olla poistamassa.

Liikenneturva: Vaaralliset somehaasteet ja sladittelu eivät kuulu liikenteeseen

Matkustaja voi puuttua tilanteeseen, jossa kuljettaja on luisumassa riskinottoon tai muihin typeryyksiin.

Liikenneturvan kyselyssä nuorista vain harva kertoo osallistuneensa somehaasteeseen, jossa on rikottu liikennesääntöjä tai toimittu muuten vaarallisella tavalla. Useampi on kuitenkin ollut kyydissä, kun kaveri on tarttunut haasteeseen. Osa myös myöntää yllyttäneensä kuljettajaa riskinottoon. Liikenneturva korostaa, että vaaralliset somehaasteet, sladittelu tai muu temppuilu eivät kuulu liikenteeseen.

Lastenneuvola-aikoja pystyy varaamaan Varha-sovelluksesta

Varha-sovelluksen ajanvarauspalvelu laajenee. Sovelluksen kautta pääsee varaamaan myös lastenneuvola-aikoja. Aiemmin ajanvaraus on ollut avoinna influenssarokotuksiin sekä ehkäisyneuvolaan.

Kielikoulutus maahan muuttaneiden hyvinvoinnin perusta

Miira Häkkinen.

Turun yliopistossa toteutettu väitöskirja tuo esiin Suomen ja Saksan kielikoulutuksen eroavaisuudet ja yhtäläisyydet. Tutkimuksessa ääneen pääsivät sekä uutta kieltä opettavat että opiskelevat ihmiset.

Tilapäistä suojelua ei jatkossa enää myönnetä Suomessa, jos hakijalla on tilapäisen suojelun oleskelulupa toisessa EU-maassa

Maahanmuuttovirasto on muuttanut päätöskäytäntöään Euroopan unionin tuomioistuimen ja Euroopan unionin neuvoston uusien päätösten mukaiseksi, eikä enää lähtökohtaisesti myönnä tilapäistä suojelua niille, joilla on jo tilapäisen suojelun oleskelulupa toisessa EU-maassa. Neuvosto toi esille heinäkuussa päätöksessään periaatteen siitä, että henkilö voi saada tilapäiseen suojeluun liittyviä oikeuksia vain yhdessä jäsenvaltiossa kerrallaan. Tämän periaatteen noudattaminen varmistaa ja välttää päällekkäiset rekisteröinnit. Neuvoston päätöksen jälkeen virasto aloitti uuden linjauksen valmistelun.

Kauneimmat joululaulut kutsuvat Turussa ja Kaarinassa

Turun ja Kaarinan seurakunnat tarjoavat yli 50 mahdollisuutta laulaa joululauluja yhdessä.

Kauneimmat Joululaulut ovat Suomen suurin yhteislaulutapahtuma ja monelle tärkeä jouluperinne. Tilaisuudet eivät ole vain rakkaita lauluja ja lämmintä tunnelmaa, vaan niissä kerätään kolehti Suomen Lähetysseuran työhön maailman heikoimmassa asemassa olevien lasten hyväksi. Tänäkin jouluna Turun ja Kaarinan seurakunnat tarjoavat yli 50 mahdollisuutta laulaa yhdessä ja tehdä samalla hyvää maailman lasten puolesta.

Muistin ja ajattelun heikkeneminen viidenkympin jälkeen voi kertoa myöhemmästä hauraudesta

Gerastenia on oireyhtymä, joka johtuu ikääntymisen aiheuttamasta elinjärjestelmien heikentymisestä. Tuoreen tutkimuksen mukaan hitaampi reagointiaika sekä tarkkuus kognitiivisissa tehtävissä on yhteydessä korkeampaan gerastenian tasoon. Tutkimus nostaa esiin, että tämä yhteys on nähtävissä jo myöhäiskeski-iässä 57–70-vuotiailla.

Kun komedia valloitti politiikan – uusi kirja paljastaa televisioviihteen vaikutuksen Yhdysvaltain politiikkaan

Turun yliopistossa julkaistava kirja arvioi, että Perhe on pahin -tilannekomedia oli aloittamassa amerikkalaisen politiikan viihteellistymistä 1970-luvulla.

Archie Bunker for President: How One Television Show Remade American Politics on Oscar Winbergin ensimmäinen poliittiseen historian keskittyvä kirja. Teoksen on julkaissut University of North Carolina Press, ja sen julkistustilaisuus järjestetään torstaina 11. joulukuuta.

Nuorena saatu endometrioosidiagnoosi vaikuttaa elämään monin tavoin

Nuorena saatu endometrioosidiagnoosi on yhteydessä suurempaan sairastavuuteen sekä koulutuksellisiin ja ammatillisiin haasteisiin. Aikaisella hoidolla voitaisiin helpottaa sairaustaakkaa.

Turku tähtää matalan ilmatilan teknologioiden edelläkävijäksi

Matalan ilmatilan infrastruktuuri, eli autonomisten koptereiden käyttö 0–150 metrin korkeudessa, täydentää Turun tie- ja raideliikennettä sekä energia-, tieto- ja lentokenttäverkkoja uusilla palveluilla. Koptereita voidaan käyttää esimerkiksi kaupungin liikennesuunnittelun tukena.

Turun seudun elinkeinoyhtiö Business Turku perustaa Low Altitude Economy Hubin yhteistyössä Turkuun investoivan Rumble Toolsin, Turun kaupungin ja Turun ammattikorkeakoulun kanssa. Verkosto rakentaa ja kehittää Turkuun Euroopan kehittyneintä robottikoptereihin perustuvaa, matalan ilmatilan infrastruktuuria.

Urheilu

Vapaaottelija Olli Santalahdelle kova puolalaisvastus

Olli Santalahti (punaiset hanskat) voitti marraskuussa Turussa Renan Martinsin.

Espoossa tapaninpäivänä järjestettävässä kamppailu-urheilutapahtuma Ice Cage 6:ssa ottelevan turkulaisen Olli Santalahden vastustajaksi on kiinnitetty puolalainen Mateusz Rybak . 29-vuotias Rybak on otellut ammattilaisurallaan 12 kertaa ja voittanut otteluistaan yhdeksän. Voitoistaan seitsemän hän on ottanut tyrmäyksellä. Hän on hävinnyt vain kerran ennen täyttä aikaa. Suomeen Rybak saapuu kolmen ottelun voittoputkessa.

Ari Nymanista Veikkausliigan Legenda

Ari Nyman.

Captain's Ball -gaalassa torstaina palkittiin myös uusi Veikkausliigan Legenda. Kunnian sai Ari Nyman .

Daniel Forsberg minuutissa thainyrkkeilyn Euroopan mestariksi

Daniel Forsberg (oik.) otti komean sulan hattuunsa thainyrkkeilyn EM-kisoista. Sparraajana valmentaja Riku Immonen.

Turkulainen Daniel Forsberg on voittanut thainyrkkeilyn alle 91-kiloisten Euroopan mestaruuden. Finaalissa kaatui Albanian Egli Sina . Ottelu päättyi albanialaisen luovutukseen reilun minuutin jälkeen.

Passarilegenda Mikko Esko vahvistamaan Tutoa loppukaudeksi

Mikko Esko.

Passarilegenda Mikko Esko tekee paluun lentopalloilun Mestaruusliigaan. Esko ja Tuto Volley ovat tehneet loppukauden kestävän pelaajasopimuksen.

Laituri Miika Kauppila jatkossopimukseen TPS:n kanssa

Miika Kauppila.

Turun Palloseura on solminut yksivuotisen jatkosopimuksen Miika Kauppilan , 25, kanssa. Kauppila saapui TPS:ään viime keväänä Käpylän Pallosta. Laitapelaaja tunnetaan monipuolisuudestaan, ja hän pelasi menneellä kaudella Tepsissä niin laitahyökkääjänä kuin laitapuolustajanakin.

FC Inter lunastaa Alan Ahmedin ja Edor Hajdinin optiovuodet

Edor Hajdini.

Viime kaudella FC Interiä edustaneet maalivahti Eero Vuorjoki , puolustaja Julius Tauriainen sekä reservijoukkueessa pelanneet hyökkääjät Alan Ahmed ja Edor Hajdini ovat seuran riveissä myös ensi kaudella.