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)

Valtakunnalliset tanssikilpailut Ilpoisissa

Mikael Hagelstam.

Ilpoisten palloiluhallissa järjestetään lauantaina 25. huhtikuuta alkaen kello 10 valtakunnalliset vakio- ja latinalaistanssien kilpailut. Kilpailu tuo yhteen tanssiurheilijoita eri puolilta Suomea. Tapahtuman järjestävät Turun alueen seuroista DC Diamond ry ja La' Team ry yhteistyössä.

Luksusta artistin ehdoilla

Musiikista tykkäävien keikoilla käynti on noudatellut perinteisesti tiettyä kaavaa. Esiintyjä lähtee kiertueelle ja yleisö pääsee suhteellisen vähällä vaivalla esiintyjän luokse. Musiikki tulee kuluttajan luokse.

Ethän tuuleta petivaatteita nyt ulkona?

Siitepöly tarttuu helposti lakanoihin ja tyynyihin.

Siitepölyallergian oireista kärsiville kevätkuukaudet tietävät usein tukalia aikoja. Koti Puhtaaksi Oy:n toimitusjohtaja Reetta Alastalon mukaan oireita voi kuitenkin lievittää siivouksella merkittävästi. Avainasemassa on hyvästä ilmanvaihdosta huolehtiminen ja petivaatteiden pesu – tuuletusta ja pyykkien kuivatusta ulkona tulee ehdottomasti välttää.

Lindén: Tavallisen ihmisen lääkärikäynti kallistuu tuntuvasti

Hallitus nostaa kehysriihessä terveyskeskusmaksuja 20 prosentilla ja kiristää laajasti sosiaali- ja terveydenhuollon asiakasmaksuja. Kansanedustaja Aki Lindénin (sd.) mukaan Päätökset näkyvät suoraan ihmisten arjessa: jo muutama lääkärikäynti vuodessa maksaa jatkossa kymmeniä euroja enemmän.

Meyer Turku käynnistää viisivuotisen veturiohjelman

Meyer Turku Oy:n liikevaihto oli viime vuonna 2,1 miljardia euroa.

Meyer Turku käynnistää viisivuotisen Business Finland -osarahoitteisen MERiON-veturiohjelman, jonka tavoitteena on vahvistaa laivanrakennusteollisuutta ekologisten, digitaalisten ja geopoliittisten muutosten keskellä. Ohjelma kokoaa yhteen yrityksiä, korkeakouluja ja tutkimuslaitoksia kehittämään ratkaisuja risteilyaluksiin ja kelluviin infrastruktuureihin.

Kevätmyrsky kurittaa maan etelä- ja keskiosia viikonloppuna

Pohjoistuuli voimistuu jo lauantaina iltapäivällä maan länsiosassa ja leviää sunnuntaina maan etelä- ja keskiosiin aiheuttaen vahinkoja. Runsaimmat lumisateet osuvat maan keski- ja itäosiin ja tekevät ajokelistä hetkittäin jopa erittäin huonon.

Moottoripyöräilijän havaittavuuden parantaminen voi ehkäistä onnettomuuksia

Pyörän hallintataitojen ja ennakoivan ajamisen lisäksi moottoripyöräilijän turvallisuuteen vaikuttaa keskeisesti näkyvyys – kuinka havaittava tämä on erityisesti muiden kuljettajien näkökulmasta.

Poliisi ja Liikenneturva kannustavat moottoripyöräilijöitä turvalliseen kauden aloitukseen. Motoristi voi itse torjua monet riskitekijät ennalta ajotavallaan sekä paikan ja varusteiden valinnoillaan. Myös kaikkien muiden tielläliikkujien on syytä valpastua moottoripyöräilykauden aloitukseen.

Poliisi vieraillut Lounais-Suomen kouluilla ja päiväkodeissa jo yli 200 kertaa tänä vuonna

Lounais-Suomen poliisi on tehnyt koulujen ja päiväkotien kanssa yhteistyötä alueen molemmissa maakunnissa Varsinais-Suomessa ja Satakunnassa. Alkuvuoden aikana poliisi on jalkautunut kouluille ja päiväkodeille jo yli 200 kertaa.

Lintukevät etenee, mutta ei ryminällä

Punakylkirastas.

Rastaiden muutto on vilkastunut, ja kuluneella viikolla Suomeen on saapunut kymmenkunta uutta muuttolintua. Pohjoisvirtaus pidättelee kuitenkin muuttajia, eikä muuttoryntäyksiä ole luvassa.

Liisa Hyssälä Euroopan elintarviketurvallisuusvirasto EFSA:n johtokunnan jäseneksi

Kelan ex-pääjohtaja, ministeri Liisa Hyssälä on valittu Euroopan parlamentin edustajaksi Euroopan elintarviketurvallisuudesta vastaavan organisaation EFSA:n johtokuntaan.

Turun kaupunginhallitus käsittelee raitiotiepäätöstä maanantaina

Raitiotien linjaus kulkisi Humalistonkatua pitkin.

Turun joukkoliikenneratkaisu etenee päätöksentekoon, kun Turun kaupunginhallitus käsittelee raitiotie-esitystä maanantaina 27. huhtikuuta. Kaupunginhallitukselle esitetään, että Turkuun rakennetaan satama–Varissuo-raitiotie. Esitys etenee kaupunginvaltuuston käsiteltäväksi 18. toukokuuta.

Markkinaoikeudelta ratkaisu kotimyynnin peruuttamisajan laskemisesta

Markkinaoikeuden Freshin Oy:tä koskeva ratkaisu vahvisti kuluttaja-asiamiehen kannan, jonka mukaan ilmanvaihtolaitteita ja niiden asennusta kotimyynnillä myyvän yrityksen on annettava kuluttajalle 14 päivän peruuttamisoikeus laskettuna tavaroiden tai viimeisen tavaraerän toimittamisesta.

Kaksi vangittu epäiltynä Lausteella tehdystä taposta

Varsinais-Suomen käräjäoikeus on perjantaina vanginnut poliisin esityksestä kaksi henkilöä todennäköisin syin epäiltynä tappoon, joka tapahtui tiistaina Turun Lausteella. Poliisi on vapauttanut kaksi muuta kiinniotettua.

Funikulaari alkuviikolla poissa käytöstä huoltokatkosten takia

Funikulaari pääsee kevätsiivouksen kohteeksi.

Funikulaari on poissa käytöstä maanantaista keskiviikolle 27.–29. huhtikuuta kevätsiivouksen vuoksi. Funikulaarilla tehdään muun muassa ikkunanpesutöitä.

Arkkihiippakuntaan kuuluvan seurakunnan työntekijä syytteessä seksuaalirikoksesta

Arkkihiippakuntaan kuuluvan seurakunnan työntekijää epäillään seksuaalirikoksesta. Poliisi on saanut esitutkinnan valmiiksi ja syyte on nostettu. Asiakokonaisuus käsitellään Satakunnan käräjäoikeudessa.

Länsi-Suomessa lupaavia tuloksia alle 23-vuotiaiden terapiatakuusta

Alle 23-vuotiaiden terapiatakuun ensimmäinen vuosi osoittaa, että laki on toteutunut Länsi-Suomen hyvinvointialueilla toivotulla tavalla. Varsinais-Suomen hyvinvointialueella terapiatakuu on seuranta-aikana toteutunut ilman määräajan ylityksiä. Länsi-Suomen psykososiaalisten menetelmien osaamiskeskus koordinoi ja ylläpitää terapiatakuun edellyttämien psykososiaalisten menetelmien osaamista.

Kaupungintalon korttelissa käynnissä laajat arkeologiset kaivaukset – löydöt pääosin 1700–1800-luvuilta

Seurahuone Turku 1827 -diginäyttelyssä.

Turun kaupungintalossa on käynnissä arkeologiset kaivaukset, joiden vanhimmat löydökset ovat 1500-luvun lopulta. Kaivauksia tehdään, koska kaupungintalossa ja koko korttelissa on käynnissä peruskorjaus. Kyseessä on yksi Turun keskustan laajimmista kaivauksista.

Turkuun uusi suuri meripartiolippukunta

Turkuun syntyy uusi lippukunta eli partion paikallisyhdistys, kun Henrikin Tapulitytöt ja Kupittaan Henrikinpojat yhdistyvät uudeksi lippukunnaksi nimeltään Henrikin Merenkulkijat. Uusi kaikille lapsille ja nuorille avoin lippukunta on lähes kolmella sadalla jäsenellään yksi Itämeren alueen suurimmista meripartiolippukunnista.

Näköislehti

Urheilu

Valtakunnalliset tanssikilpailut Ilpoisissa

Mikael Hagelstam.

Ilpoisten palloiluhallissa järjestetään lauantaina 25. huhtikuuta alkaen kello 10 valtakunnalliset vakio- ja latinalaistanssien kilpailut. Kilpailu tuo yhteen tanssiurheilijoita eri puolilta Suomea. Tapahtuman järjestävät Turun alueen seuroista DC Diamond ry ja La' Team ry yhteistyössä.

Otteluanalyysi: Anini Jr. pelasti TPS:lle pisteen viime hetkellä

Sivurajalla riitti tapahtumia perjantaina.

Näytti pitkään siltä, että TPS kärsii kauden ensimmäisen tappionsa, mutta sitten esiin astui vaihtopelaaja Samuel Anini Jr . Lisäajalla ottelun viimeisellä kosketuksella hän sijoitti tasoituksen takakulmaan ja räjäytti Kupittaan huutomyrskyyn. Maalintekijälle maali myös varmasti maistui. Edellisen kerran Veikkausliigassa hän osui vuonna 2023.

Moukarin supertähti Camryn Rogers Paavo Nurmi Gamesiin

Camryn Rogers.

Naisten moukarinheiton supertähdeksi noussut kanadalainen Camryn Rogers kilpailee Turun Paavo Nurmi Gamesissa 3. kesäkuuta.

Åboraakkeli: Toukokuu on julmin?

Theodoros Tsirigotis.

Ei nyt vielä julisteta mitään, kun Veikkausliigaa on takana vasta kolme kierrosta, mutta korkeimmalle sarjatasolle palanneen TPS:n osalta alku on ollut lupauksia herättävä. Pisteitä on tullut, eikä tie Suomen Cupissakaan katkennut Tammisaaressa.

Milla Granlund palautti TPS:n salibandyn Suomen mestariksi

TPS voitti Tampereen Classicin neljännen kerran naisten F-liiganfinaaleissa ja palasi vuoden tauon jälkeen Suomen mestariksi. Finaalisarja meni TPS:lle suoraan neljässä ottelussa.

Hannes Hyvönen palaa TPS:ään

Hannes Hyvönen vuonna 2000.

Hannes Hyvönen toimii TPS:n U20-jääkiekkojoukkueen päävalmentajana kaudella 2026–27. Hyvönen siirtyy TPS:ään Ässien organisaatiossa, jossa hän on toiminut kaudesta 2023–24 lähtien useassa roolissa. Hyvösen pelaajaura lähti aikanaan nousuun juuri Turussa, kun hän tuli Oulusta Vladimir Jursinovin valmennukseen 1990-luvun puolivälissä. Joukkueen valmennuksessa jatkavat Miikka Järvenpää ja Joonas Lappalainen .