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)

Mielipide: Turhaa pätkintää

Kirjoittaja toivoo, että Kolmen Katraiinan Bulevardi palautettaisiin kaikkien ajoneuvojen käyttöön.

Kolmen Katariinan Bulevardi olisi sujuvoittanut satamasta purkautuva liikennettä paljon, ellei siitä olisi tehty joukkoliikennekatua. Ainoat käyttäjät ovat siis Fölin bussit. Muulle liikenteelle on ajokieltomerkkien lisäksi hankittu kalliit ja häiriöherkät maasta nousevat pilarit.

Turun yliopiston kansainvälisiin tutkinto-ohjelmiin noin 3 900 hakijaa – hakijamäärä laski selvästi

Kevään ensimmäisessä yhteishaussa Turun yliopiston kansainvälisiin kandidaatti- ja maisteriohjelmiin jätettiin noin 4 700 hakemusta. Hakijamäärät laskivat selvästi edellisvuodesta, mikä oli odotettua viime vuoden alussa käyttöönotetun kansallisen hakemusmaksun sekä EU- ja ETA-alueen ulkopuolisia hakijoita koskevan lukuvuosimaksujen täyskatteellisuusvaatimuksen myötä. Täyskatteellisuusvaatimuksen myötä Turun yliopisto luopui ensimmäiselle opiskeluvuodelle myönnettävistä apurahoista, joiden turvin monet ovat aiemmin päätyneet opiskelemaan Turkuun.

Rahanpesulaki velvoittaa isännöitsijää kysymään henkilö- ja taloustietoja

Laura Malmivaaran esittämä Linda Saarniluoto maksaa tv-sarjassa Queen of fucking everything vastikkeensa käteisenä hallituksen puheenjohtajalle. Tllainen vastikesuoritus ei ole mahdollinen todellisuudessa.

Vaikka taloyhtiöiden edustajista ja osakkaista saattaa tuntua, etteivät asunto-osakeyhtiöt ole erityisen riskialttiita rahanpesun kannalta, rahanpesulaki koskee myös taloyhtiöitä. Isännöintiyrityksillä on lakisääteinen velvollisuus tunnistaa ja tuntea asiakkaansa, ja niiden rahanpesulain noudattamista valvoo valtion Lupa- ja valvontavirasto Luova, joka on aloittanut toimintansa 1. tammikuuta.

Varha aikoo lomauttaa pomonsa kahdeksi viikoksi – tavoitteena 100 000 euron säästöt

Aluehallitus päätti syyskuussa Varsinais-Suomen hyvinvointialueen (Varha) tuottavuus- ja taloudellisuusohjelman päivittämisestä tälle vuodelle. Osana henkilöstön tuottavuusparannuksia on asetettu tulosalue- ja tulosryhmäjohtajien osalta noin 100 000 euron suuruinen henkilöstösäästötavoite kahden viikon lomautuksilla.

Päivän paras pala -hanke tukee senioreiden ravitsemusta ja yhteisöllisyyttä

Papat kokkaa -kokkikurssin viimeinen kokoontumiskerta on 26. tammikuuta kello 15–17 Lehmusvalkaman hyvinvointikeskuksessa.

Yhä useampi ikääntynyt asuu kotona ja huoli senioreiden arjessa pärjäämisestä on kasvanut. Riittävä uni, ravitseva ruoka ja liikkuminen ovat keskeisiä hyvinvoinnin tekijöitä mutta erityisesti yksinasuvilla ikääntyneillä ja usein miehillä arjen ruokailu voi olla yksipuolista tai jäädä liian vähäiseksi. Tähän tarpeeseen vastaa Turun alueella toteutettava Päivän paras pala – haukkaa hyvinvointia -hanke.

Työikäisten huoli-ilmoituksissa kasvua, ennakollisten lastensuojeluilmoitusten määrä vähenee edelleen

Viime vuoden tilastojen mukaan työikäisten huoli-ilmoitusten määrä on kasvanut yli viidenneksen. Taustalla näkyy muun muassa asunnottomuus. Ennakollisten lastensuojeluilmoitusten määrän väheneminen jo toista vuotta peräkkäin aiheuttaa Varhassa huolta, varsinkin kun lapsiperheiden sosiaalihuoltolain mukaisissa ilmoituksissa ja yhteydenotoissa oli viime vuonna selkeää kasvua verrattaessa vuoteen 2024. Uusien asiakkaiden lastensuojeluilmoitukset ja huoli-ilmoitukset vastaanotetaan sekä käsitellään Varhan Asiakas- ja palveluohjaus Soihdussa.

Myllyn energiatehokkuutta parannetaan ja laitekantaa modernisoidaan

Myllyssä korvataan kaukolämpöä lämmön ja jäähdytysenergian talteenotolla.

Kauppakeskus Myllyssä käynnistyi tammikuussa hanke, jonka tavoitteena on parantaa Myllyn energiatehokkuutta, modernisoida laitekantaa ja pienentää merkittävästi ostoenergian kulutusta. Yhteistyökumppanina hankkeessa on kotimainen talotekniikan asiantuntijayritys ARE.

Turun kaupungin lastenhoitajille mahdollisuus kouluttautua varhaiskasvatuksen opettajiksi

Turun kaupunki vastaa uudella tilauskoulutuksella alan työvoimapulaan. Syksyllä alkavaan koulutukseen voivat hakea vakituisessa työsuhteessa olevat lastenhoitajat. Koulutuksen järjestää Turun yliopisto.

Länsi-Suomen merivartiosto lisäsi valvontaa ja tarkastuksia

Länsi-Suomen merivartiosto (LSMV) tehosti toiminta-alueensa valvontaa toimeenpanemalla valvontatehtäviä ja tarkastuksia edellisvuotta kattavammin. Tärkeä osa merivartioston vuoden toimintaa oli myös kansallinen yhteistoiminta eri viranomaistahojen ja yhteistyökumppaneiden kanssa.

Korkeakoulujen kevään ensimmäisen yhteishaun hakijamäärä laski reilulla neljänneksellä

Kevään ensimmäisessä yhteishaussa korkeakoulupaikkaa tavoitteli noin 23 700 hakijaa, mikä on 27 prosenttia vähemmän kuin viime vuonna. Haettavana olivat syksyllä alkavat vieraskieliset koulutukset, Taideyliopiston koulutusohjelmat sekä Tampereen yliopiston teatteritaiteen koulutus.

Uusi mäntyjen kasvitauti saapui Varsinais-Suomeen

Oireisia neulasia kerättiin vuorimännystä lokakuussa (vasemmalla). Mustaa sienirihmastoa kasvoi ruskeiden laikkujen kohdalta. Rihmastosta mikroskopoitiin Lecanosticta acicola -sienen tuottamia itiöitä (oikealla).

Luonnonvarakeskuksen (Luke) tutkijat löysivät ruskovyökaristetta aiheuttavan sienen ensimmäistä kertaa Suomessa. Vieraslajisieni Lecanosticta acicola aiheuttaa männyissä ruskovyökaristetta. Tautia havaittiin kaupunki-istutuksessa kasvaneessa vuorimännyssä Varsinais-Suomessa viime vuoden lokakuussa. Kyseessä on ensimmäinen kerta, kun ruskovyökaristetta on havaittu Suomessa.

Sofia Virta vetoaa: Lisäleikkaukset sosiaalipalveluista estettävä

Vihreiden puheenjohtaja Sofia Virta kritisoi hallituksen suunnitelmia kohdistaa uusia leikkauksia sosiaalipalveluihin tilanteessa, jossa sosiaalialan ammattilaiset ovat jo nyt äärirajoilla.

Turun ammattikorkeakoulun opiskelijoiden lyhytelokuvaa kuvataan Askaisten työväentalolla

Saara Rantanen.

Maskussa kuvataan paraikaa Talonvaltaajat -nimistä lyhytelokuvaa. Turun ammattikorkeakoulun opiskelijoiden projektia taltioidaan Askaisten työväentalolla noin 40-henkisen tiimin voimin. Kaksi vuotta sitten alkunsa saanut projekti valmistuu toukokuussa.

Telia esti viime vuonna ennätysmäärän Suomeen kohdistuneita huijauspuheluita

Operaattori torjui yhteensä yli 16,5 miljoonaa huijauspuhelua viime vuoden aikana. Uutena ilmiönä korostui, että rikolliset yrittivät tekeytyä aiempaa enemmän suomalaisille tuttujen kotimaisten puhelinnumeroiden näköisiksi.

Arvonlisäveroa kertyi liki viisi prosenttia aiempaa enemmän verokannan nousun vuoksi

Verotulojen reaalinen eli inflaation huomioiva määrä on pysytellyt samalla tasolla vuodesta 2019. Verohallinto keräsi viime vuonna yhteensä 83,8 miljardia euroa veroja, mikä on noin 2,1 miljardia euroa (+2,6 %) enemmän kuin vuonna 2024. Verotulot kasvoivat erityisesti arvonlisäverossa sekä henkilöasiakkaiden tuloverossa, molemmissa miljardi euroa.

Populistinen viestintä yleistynyt puolueissa – voimakkuus ja ilmenemismuodot vaihtelevat huomattavasti

Perussuomalaiset erottuu johdonmukaisimpana ja näkyvimpänä populistisen viestinnän käyttäjänä, mutta myös muut puolueet turvautuvat populistisiin keinoihin poliittisesta tilanteesta riippuen.

Turku Energia jatkaa kaukolämpöverkkonsa kuntokartoitusta helikopterikuvauksin

Helikopteri lähdössä kuvaamaan kaukolämpöverkkoa.

Turku Energia jatkaa helikopterilennolla tehtävää kaukolämpöverkkonsa teknistä kuntokartoitusta 22.–26. tammikuuta säävaraus huomioiden. Helikopterikuvaukset aloitettiin jo viime viikolla, mutta epäsuotuisat sääolosuhteet estivät kuvausten saattamisen loppuun. Tähän mennessä noin puolet kaukolämpöverkosta on kuvattu. Tulevissa kuvauksissa keskitytään Turun ja Kaarinan kaukolämpöverkkoihin.

Boostii-etua käytetty eniten jalkapallon, kamppailulajien ja uinnin harrastamiseen

Turun kaupungin mukaan uusi Boostii-etu oli ensimmäisenä toimintavuonna menestys. Vuosi sitten lanseerattua etua käytti lähes 10 500 turkulaista, ja liikunta- ja urheiluseuraharrastajien määrä kasvoi 1 500 henkilöllä. Boostii-edun avulla kaikki 7–19-vuotiaat turkulaiset pääsevät harrastamaan liikuntaa seuroissa aiempaa edullisemmin.

Näköislehti

Urheilu

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.

Maalivahti Alex Hildén mukaan Interin edustusjoukkueeseen

Alex Hildén.

Interin Veikkausliiga-joukkueen maalivahtiosasto on täydentynyt junioreista mukaan nousseella Alex Hildénillä . Viime kaudella Hildén pelasi Interin reservijoukkueessa seitsemässä ottelussa sekä SM-hopeaa saavuttaneessa P17-joukkueessa 11 ottelussa.

Nuori maalivahti Dan Lauri ja TPS jatkosopimukseen

Dan Lauri.

Veikkausliiga-seura TPS on solminut jatkosopimuksen nuoren maalivahtilupauksensa Dan Laurin , 16, kanssa. Laurin ja TPS:n olemassa oleva sopimus kattoi jo valmiiksi kauden 2026 ja nyt sopimusta on pidennetty ulottumaan kauden 2027 loppuun.

Samuel Anini Junior TPS:n riveihin

Samuel Anini Junior.

Jalkapallon Veikkausliigan kauteen valmistautuva Turun Palloseura on kiinnittänyt riveihinsä uuden pelaajan. Laitahyökkääjä Samuel Anini Junior liittyy turkulaisseuran vahvuuteen 1+1-vuotisella sopimuksella.