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)

Hesburger istutti yli 16 000 taimea Kankaanpäähän

Kankaanpäähän istutettiin kesäkuun alussa yli 16 000 taimea entiselle viljelystä poistuneelle turvepeltoalueelle.

Hesburger on jatkanut metsitystyötään yhteistyössä kotimaisen Carboreal Oyj:n kanssa myös tänä vuonna. Kankaanpäähän istutettiin kesäkuun alussa yli 16 000 taimea entiselle viljelystä poistuneelle turvepeltoalueelle. Uusi metsä tukee hiilensidontaa, vähentää maaperäpäästöjä ja lisää luonnon monimuotoisuutta.

Väkivaltainen The Com -verkosto painostaa nuoria satuttamaan itseään tai muita

Poliisi on jo aiemmin tuonut esiin huolta kansainvälisestä, äärimmäisen väkivaltaisesta The Com -verkostosta, jonka uhreja ovat etenkin haavoittuvassa asemassa olevat nuoret, joilla saattaa olla vahva tarve kuulua johonkin yhteisöön tai verkostoon.

Kadoksissa ollut tyttö löytynyt kunnossa

Turussa kadonneeksi ilmoitettu 13-vuotias tyttö on löytynyt kunnossa. Poliisi kiittää havainnoistaan ilmoittaneita.

Aurinkopaneelien suosio kasvaa, samoin vahinkojen määrä

Aurinkopaneeleiden ylivoimaisesti suosituin asennuspaikka on katto.

Aurinkopaneelien suosio on kasvanut nopeasti, mutta samalla myös vahingot ovat lisääntyneet. Erityisesti asennusvirheet ja puutteellinen huolto voivat johtaa kalliisiin vaurioihin – ja joissain tapauksissa vakuutus ei korvaa vahinkoa lainkaan.

Levähdyspaikalla ei tapahtunut rikosta

Lounais-Suomen poliisi on selvittänyt välikohtausta, jonka ilmoitettiin tapahtuneen viime viikolla Uudessakaupungissa sijaitsevalla levähdyspaikalla. Rikosta ei enää epäillä.

Energiajuomien myynti aiotaan kieltää alle 16-vuotiaille

Energiajuomien sisältämä kofeiini heikentää unta, vaikeuttaa keskittymistä ja aiheuttaa sydänoireita.

Maa- ja metsätalousministeriö lähettää lausunnoille hallituksen esitysluonnoksen, jossa energiajuomien myynti kiellettäisiin alle 16-vuotiaille ja käyttämättä jääneiden elintarvikkeiden uudelleenjakelua vahvistettaisiin. Tavoitteena on suojella nuorten terveyttä ja vähentää ruokahävikkiä.

Viiden viikon liikennekatko päättyy maanantaina rantaradalla

Espoon kaupunkirata -hankkeen viiden viikon junaliikennekatkon työt ovat tulossa päätökseen. Junaliikenteen on määrä palata rantaradalle maanantaina 27. heinäkuuta kello 4. Katkon aikana on tehty noin 30 miljoonan euron arvosta rata- ja infrarakentamista, mikä vastaa euromääräisesti noin neljännestä hankkeen koko vuoden töistä.

Challenge Turku -triathlontapahtuma aiheuttaa muutoksia liikenteeseen viikonloppuna

Challenge Turku -urheilutapahtuma aiheuttaa merkittäviä muutoksia liikenteeseen tulevana viikonloppuna 25.–26. heinäkuuta. Tapahtuma aiheuttaa suurta liikennehaittaa keskustan alueella sekä ykköstiellä. Autoilijoita kehotetaan käyttämään muita ajoreittejä mahdollisuuksien mukaan.

Työelämägallup: Joka kahdeksas ollut syyttä sairauslomalla

Työelämässä olevista suomalaisista 12 prosenttia arvioi olleensa työuransa aikana sairauslomalla ilman aihetta, ilmenee Työelämägallupista. Valtaosa, 86 prosenttia, kiistää toimineensa näin.

Tyttö kateissa Turussa, poliisi pyytää havaintoja

Lounais-Suomen poliisi pyytää havaintoja kadonneeksi ilmoitetusta 13-vuotiaasta tytöstä, joka mahdollisesti liikkuu Turun seudulla, pääkaupunkiseudulla tai Pirkanmaalla.

Videopuheluissa poliiseina esiintyvät huijarit uhkailevat ulkomaalaistaustaisia henkilöitä

Poliisi on havainnut myös Itä-Suomessa rikosaallon, jossa rikolliset lähestyvät poliiseina esiintyen erityisesti Suomessa asuvia ulkomaalaistaustaisia henkilöitä Google Meet -videopuheluiden välityksellä.

Saaristomeren venekeräyksen ilmoittautuminen avoinna heinäkuun loppuun asti

Saaristomeren venekeräykseen ehtii ilmoittautua vielä heinäkuun loppuun saakka.

Saaristomeren venekeräyksen ilmoittautuminen on auki vielä viikon verran, perjantaihin 31. heinäkuuta asti. Lounais-Suomen Jätehuolto ja Pidä Saaristo Siistinä ry noutavat keräykseen ilmoitetut, käytöstä poistetut veneet loppukesän ja syksyn aikana.

Kerrostaloasunnossa syttyi tulipalo Varissuolla

Kerrostaloasunnossa syttyi torstaina illalla pieni tulipalo Kraatarinkadulla Varissuolla. Palo oli sammunut ennen pelastuslaitoksen saapumista paikalle.

DBTL-kaupunkifestivaali sulkee Tuomiokirkkotorin, Brahenpuiston ja Rothoviuksenkadun yleiseltä liikenteeltä

DBTL-kaupunkifestivaali sulkee Tuomiokirkkotorin, Brahenpuiston ja Rothoviuksenkadun yleiseltä liikenteeltä 23.–25. heinäkuuta. Itäisen Rantakadun moottoriajoneuvoliikenne katkaistaan Nunnankadun ja Rettiginrinteen välillä päivittäin kello 17–22. Paikalla on liikenneopasteet.

Lainsäädännön arviointineuvosto: Asuntokauppalain kustannusvaikutuksia arvioitava tarkemmin

Lainsäädännön arviointineuvosto on antanut oikeusministeriölle lausunnon asuntokauppalain muuttamista koskevasta esityksestä. Esitysluonnoksesta saa melko hyvän käsityksen asian taustasta, tavoitteista ja keskeisistä ehdotuksista, mutta taloudellisten vaikutusten suuruusluokka ja kohdentuminen jäävät monin osin epäselviksi.

Tarkista viemärin hajulukko ennen kesälomareissua

Vesilukon tehtävä on estää viemärikaasujen pääsy huoneilmaan, mutta käyttämättömänä sen vesi haihtuu vähitellen.

Pidemmälle kesälomareissulle suuntaavan on syytä tehdä kotona muutama tärkeä siivoustoimenpide ennen lähtöä. Koti Puhtaaksi Oy:n toimitusjohtaja Reetta Alastalo kehottaa puhdistamaan ainakin lattikaivon ja laskemaan sen vesilukkoon vettä, jotta kotona ei odota lomalta palatessa viemärin haju.

Kulta löi osakkeet tuotoissa

Suomalaiset pitävät osakkeita selvästi parhaana pitkän aikavälin sijoituskohteena. LähiTapiolan Arjen katsaus -kyselyssä 29 prosenttia suomalaisista pitää osakkeita parhaana sijoituksena pitkällä aikavälillä. Asunnon valitsee 13 prosenttia, kullan tai muut fyysiset arvotavarat 12 prosenttia, korkosijoitukset yhdeksän prosenttia, metsän kahdeksan prosenttia, talletukset viisi prosenttia, käteisen kaksi prosenttia ja bitcoinin tai muut kryptovaluutat yksi prosentti. Vastaajista 18 prosenttia ei osaa nimetä parasta sijoitusta.

OP Varsinais-Suomi teki vahvan tuloksen vaikka liikevoitto laski

Petteri Rinne.

Varsinais-Suomen Osuuspankin liikevoitto oli alkuvuonna 64,4 miljoonaa euroa (71,2 miljoonaa euroa). Liikevoiton kehitykseen vaikutti korkokatteen heikkeneminen 69,6 miljoonaan euroon. Palkkiotuotot olivat selvässä kasvussa ja olivat 23,9 miljoonan euron (21,6 miljoonaa euroa) tasolla. Kulut yhteensä laskivat kaksi prosenttia asettuen 47,2 miljoonaan euroon.

Näköislehti

Urheilu

Alexej Zhbankov Veljesten mukana koko kesän

Alexej Zhbankov.

Lentopalloilija Alexej Zhbankov , 23, treenasi ja pelasi kesän miesten lentopallomaajoukkueessa. Tänä kesänä pelattiin ensimmäistä kertaa Euroopan liigaa, jonka kaikki pelit Veljekset eli miesten maajoukkue voitti.

TPS:aa uhkaa pakkipula

Miska Ylitolva (vas.) ja Eetu Turkki.

TPS:n jalkapalloilun Veikkausliigassa pelaavaa edustusjoukkuetta uhkaa pakkipula. TPS:n pelit Veikkausliigassa jatkuvat tulevana sunnuntaina 26. heinäkuuta, kun turkulaisjoukkue matkaa Helsinkiin kohtaamaan HJK:n. HJK-ottelusta TPS:n riveistä on pelikiellon vuoksi sivussa laitapuolustaja Oscar Häggström , joka sai yhden ottelun mittaisen pelikiellon maanantaisen Ilves-pelin kahden keltaisen kortin myötä.

Saga Vanninen siirtyy Turkuun Jarno Koivusen valmennustiimiin

Jarno Koivunen.

Seitsenottelija Saga Vannisen ura jatkuu Jarno Koivusen vetämässä valmennustiimissä. Koivusen johdolla tiimissä valmentavat Mika Lönnblad , Tuomas Laaksonen , Johan Meriluoto ja Susann Sundkvist . Valmennusjärjestelyyn liittyen Vanninen muuttaa elokuussa Turkuun.

Dan Lauri lainalle Ykkösliigan Käpylän Palloon

Dan Lauri.

Maalivahti Dan Lauri siirtyy lainasopimuksella Turun Palloseurasta Käpylän Palloon. Laurin lainasopimus jalkapalloilun Ykkösliigassa pelaavaan KäPaan kattaa loppukauden. TPS:llä on mahdollisuus kutsua pelaaja takaisin joukkueen vahvuuteen kesken laina-ajan Palloliiton siirtosääntöjen mukaan.

Toppari Yeboah Amankwah siirtyy Maarianhaminasta Interin vahvuuteen

Yeboah Amankwah.

Inter on tehnyt sopimuksen puolustaja Yeboah Amankwahin kanssa. IFK Mariehamnista Turkuun siirtyvän 25-vuotiaan topparin sopimus kattaa loppukauden ja sisältää seuran option kahdesta seuraavasta kaudesta.

Alexis Binner jatkaa TPS:n takalinjoilla myös ensi kaudella

Alexis Binner.

HC TPS on solminut ruotsalaispuolustaja Alexis Binnerin kanssa kauden 2026–27 kattavan pelaajasopimuksen. Stocksundissa, Ruotsissa, syntynyt Binner on Stocksund IF:n kasvatti. 191-senttinen ja 95-kiloinen puolustaja liittyi TPS:n riveihin viime tammikuussa siirryttyään Turkuun Ranskan pääsarjassa pelanneesta Grenoblesta