Maailmankaikkeuden synty

[Tuoli]

On oikeastaan aika hauska ruveta repostelemaan teorioita, joihin ei enään kovin vahvasti usko, vaikka joskus niitä on kovinkin innostuneesti lueskellut. Nämä nyt ehkä ovat hieman "Havukka-ahon ajattelijan" kysymyksiä, koska en ole luonnontieteilijä, mutta vastaavanlaisia kysymyksiä voi olla monella muullakin. Ja toisaalta ristiriidat vaikuttavat kyllä aika ilmeisiltä.

Kvanttimekaniikan jonkun jutun mukaan materiaa voi syntyä sattumalta ja tyhjästä. En tosin mene lyömään päätäni pantiksi tuon lauseen todenperäisyydelle, saatan puhua palturiakin. :)

Kvanttimekaniikka on ilmeisesti oikein tulkittuna tuottanut järkeviäkin tuloksia, mutta tämä ei kyllä ilmeisesti kuulu niihin. Samaa voisi sanoa esim. kuuluisasta Kööpenhaminan tulkinnasta. Aika pitkä ja vahva tieteen kokemus sanoo yksiselitteisesti, että tyhjästä ei voi syntyä ainetta. Ainoastaan jumalan sanan on tulkittu uskovaisten piirissä olevan niin vahva, että se voi tyhjästä luoda jotain ja tämäkinhän tiedetään saduksi. Jos joitain tällaiseen viittaavia tutkimustuloksia on saatu, uskon, että kyse on tutkimustulosten virhetulkinnoista samalla tavoin kuin aaltofunktiota ja sen romahdusta tulkitaan mielestäni väärin huonon teorian ja onnettoman filosofian vuoksi.

E = mc². Jos nyt tästä aletaan kutistaa tätä maailmankaikkeutta äärettömän pieneen pisteeseen, hiukkaset alkavat yhdistyä ja muuttua energiaksi (valmis atomiydin painaa vähemmän kuin protonit ja neutronit erikseen). Näin saadaan tavara mahtumaan pieneenkin pisteeseen ja samalla saadaan huisit määrät energiaa. Ken tietää, ehkä tämä tällainen "alkuatomi" tai vastaava tila on niin epävakaa, että se ottaa ja poksahtaa ja leviää hajalle. Eiväthän raskaat alkuaineetkaan ole järin pysyviä vaan hyvin epävakaita.

Mitähän viittaus kaavaan E=mc^2 tarkoittaa tässä yhteydessä?  Neutronitähdissähän aine puristuu jo atomeja murskaavalle tasolle neutronipuuroksi, mutta näidenkin tähtien läpimitta on muistaakseni siinä 10-20 km ja niihin mahtuu vain jonkin verran meidän aurinkoa enemmän materiaa. En muista myöskään kuulleeni väitettävän, että mustat aukot olisivat vain äärettömän pieniä pisteitä ja niillähän on myös tapahtumahorisontti ympärillään. Niiden muodostumiseen riittää puolestaan n. kolminkertainen auringon massa, jolloin ne saavat kaikki mustien aukkojen ominaisuudet. Toisaalta mustien aukkojen olemassaolohan on pystytty päättelemään vain niiden vaikutuksista ympäröivään avaruuteen.
Niinpä meillä ei ole tutkittavana yhtään ainoata avaruuden objektia, joka olisi tällaisessa äärettömän tiheän pisteen tilassa, joten kaikki sellaista koskevat johtopäätökset ovat puhdasta teoretisointia ja spekulointia. En siis usko ilman todella seikkaperäisiä ja luotettavia laskelmia hiukkaakaan siihen, että koko maailmankaikkeuden materia voisi mahtua äärettömän pieneen pisteeseen.

Missähän tilassa tällainen piste sitten olisi? Jos kaava E=mc^2 viittaa siihen, että tämä piste olisikin puhdasta energiaa, vaikkapa säteilyä, niin mistä ihmeestä syntyisi se gravitaatio, joka pisteen muodostaa. Eivätkö samaiset teoreetikot väitä, että fotoneilla ei ole massaa, joten koko pistettä ei voisi olla olemassa gravitaation puutteen vuoksi. Maailmankaikkeuden materiahan tuskin voi millään ehdoilla puristua niin pieneen tilaan. Samalla tavoin tuntuu hieman omituiselta, että hypoteettisella pimeällä energialla olisikin yllättäen massa. Todennäköisemmältä selitykseltä tiettyihin havaintoihin voisikin olla esim. se, että gravitaatiolait kaipaisivat uudelleenmuotoilua, jolloin ei tarvitsisi tehdä hypoteettisia oletuksia pimeästä energiasta.

Oletetaan sitten, että tällainen alkuatomi olisi kuitenkin jollain käsittämättömällä tavalla muotoutunut. Kuinka tämä alkuatomi voisi olla epävakaa, sillä aikaahan teorian mukaan ei ole, jolloin ei ole mitään ajan peräkkäisiä pisteitä, joiden välillä alkuatomin tila voisi vaihdella. Tämä pistehän olisi siis täysin vakaa.

Sitten lopuksi vielä yksi ihmettelyn aihe. On oletettu, että riippuu maailmankaikkeuden massan kokonaismäärästä, jatkuuko laajeneminen vai kääntyykö se supistumiseksi. Eikös kuitenkin gravitaatio heikkene etäisyyden kasvaessa kääntäen verrannollisesti etäisyyden neliöön. Miten tämä heikkenevä gravitaatiovaikutus pystyisi voimiaan menettäneenä kääntämäänkin laajenemisen supistumiseksi, kun ilmeisesti ei ole olemassa kunnon teoriaa siitä, minkälaiset voimat oletettua laajenemista ylläpitävät. Olisi hauska tietää ne tarkemmat laskelmat, joilla tällaisiinkin johtopäätöksiin on päädytty?

Tässä siis muutama päätäni hieman vaivannut kysymys.

[kimiza]

Kiitti silmieni raottamisesta, Tuoli. En ole aiemmin tuota E = mc² -juttua pohtinutkaan tuolta kannalta - olin vain lukenut sen jostakin maailmankaikkeuden syntyä käsittelevässä kirjassa ja se kuulosti varsin loogiselta jutulta, joten omaksuin sen heti. Neutronitähdet eivät tulleet mieleen millään tavoin, saati mustat aukot tapahtumahorisontteineen.

[RJ]

Yritän avata taas vähän fysiikan ihmeellisyyksiä :)

Kvanttimekaniikka on ilmeisesti oikein tulkittuna tuottanut järkeviäkin tuloksia, mutta tämä ei kyllä ilmeisesti kuulu niihin. Samaa voisi sanoa esim. kuuluisasta Kööpenhaminan tulkinnasta.

Moderni kvanttifysiikka (=kvanttimekaniikka naitettuna erityisen suhteellisuusteorian kanssa) on tuottanut ainoastaan havaintojen kanssa yhteensopivia tuloksia. Pienintäkään yhteensopimattomuutta ei ole havaittu virherajojen puitteissa.

Se yksi ja ainoa välttämätön tulkinta (oikeastaan enemmänkin hypoteesi) kvanttimekaniikassa, joka joudutaan tekemään, ja mitä kukaan ei oikeasti ymmärrä, on aaltofunktion itseisarvon neliön tulkitseminen todennäköisyysjakaumaksi. Matemaattisesti hyvin yksinkertainen homma. Köpis ja mordenimmat tulkinnat liittyvät siihen mitä tuo neliö oikeastaan _tarkoittaa_, mutta ne ovat toissijaisia kun teorialla ennustetaan havaintojen tuloksia.

Aika pitkä ja vahva tieteen kokemus sanoo yksiselitteisesti, että tyhjästä ei voi syntyä ainetta.

Anteeksi nyt, mutta ei sano :)

Kyseessä on jälleen puhtaasti matemaattinen ennuste, jota on varmistettu havainnoin. Kvanttimekaniikka ennustaa ettei edes paraskaan tyhjiö ole tyhjä. Tämä aiheutuu siitä, että kvanttimekaaninen tyhjiö, nollatila, välttämättä kuplii hieman nollapiste-energiaa. Täydellistä tyhjiötä ei tietysti voida tehdä, mutta sama kupliminen näkyy ja on mitattavissa epätäydellisessäkin tyhjiössä. Mikään muu teoria ei selitä yhtä tarkasti tyhjiön kuplimista, kuin kvanttimekaaninen nollapiste-energia. Ennusteisiin kuuluu mm. Casimir-efekti ja Lambin siirtymä:

http://en.wikipedia.org/wiki/Vacuum_fluctuation#Manifestations

Jos joitain tällaiseen viittaavia tutkimustuloksia on saatu, uskon, että kyse on tutkimustulosten virhetulkinnoista samalla tavoin kuin aaltofunktiota ja sen romahdusta tulkitaan mielestäni väärin huonon teorian ja onnettoman filosofian vuoksi.

Aaltofunktion romahduksen käsitettä ei tarvita teorian ennusteita ja havaintoja vertaillessa. Tarvitaan ainoastaan todennäköisyystulkinta aaltofunktion itseisarvon neliöstä. Tässä verrataan siis 100 % matemaattista tulosta mittauksiin, eikä tilaa jää muulle kuin laskuvirheen tai mittausvirheen tekemiselle. Toisaalta laskut ja mittaukset on toistettu niin monta kertaa, että ne eivät voi olla virheellisiä. Sovelluskohteita on myös jo todella paljon, eikä oikein mikään eletroninen laite voisi toimia, jos kvanttifysiikka olisi ristiriidassa fysikaalisen maailman kanssa.

On kokonaan toinen asia, jos ei halua "hyväksyä" teoriaa filosofisten hankaluuksien takia. Mitä ikinä sitten hyväksyminen tarkoittaakaan. Tieteellisesti arvioiden kvanttifysiikka on paikkansa ansainnut luonnonilmiöiden kuvaajana, ja sitä kautta sillä on paikka maailmakuvassamme.

Niinpä meillä ei ole tutkittavana yhtään ainoata avaruuden objektia, joka olisi tällaisessa äärettömän tiheän pisteen tilassa, joten kaikki sellaista koskevat johtopäätökset ovat puhdasta teoretisointia ja spekulointia. En siis usko ilman todella seikkaperäisiä ja luotettavia laskelmia hiukkaakaan siihen, että koko maailmankaikkeuden materia voisi mahtua äärettömän pieneen pisteeseen.

Tämä on hyvä pointti (sivuttu jo ekassa viestissäni). Ääretön tiheys on tässä yleisen suhteellisuusteorian singulariteetti. Piste jossa teoria menee rikki. Kovin moni nykyteoreetikko ei usko, että suhteellisuusteoria on hyvä kuvaus luonnosta mustan aukon keskipisteeseen tai maailmakaikkeuden alkuun asti. Tarvitaan jotain laajennoksia, koska näissä tilanteissa molemmat, yleinen suhtellisuusteoria ja kvanttifysiikka täytyy ottaa huomioon tasa-arvoisesti.

Todennäköisemmältä selitykseltä tiettyihin havaintoihin voisikin olla esim. se, että gravitaatiolait kaipaisivat uudelleenmuotoilua, jolloin ei tarvitsisi tehdä hypoteettisia oletuksia pimeästä energiasta.

Yksinkertaisin selitys on yleensä se, mitä kannattaa tutkia enemmän. Tässä tapauksessa yksinkertaisin selitys, pimeä energia, ei ole ratkaissut hommaa ainakaan vielä. Sen takia gravitaation laajennoksia tutkitaan.

Sitten lopuksi vielä yksi ihmettelyn aihe. On oletettu, että riippuu maailmankaikkeuden massan kokonaismäärästä, jatkuuko laajeneminen vai kääntyykö se supistumiseksi. Eikös kuitenkin gravitaatio heikkene etäisyyden kasvaessa kääntäen verrannollisesti etäisyyden neliöön. Miten tämä heikkenevä gravitaatiovaikutus pystyisi voimiaan menettäneenä kääntämäänkin laajenemisen supistumiseksi, kun ilmeisesti ei ole olemassa kunnon teoriaa siitä, minkälaiset voimat oletettua laajenemista ylläpitävät. Olisi hauska tietää ne tarkemmat laskelmat, joilla tällaisiinkin johtopäätöksiin on päädytty?

Maailmankaikkeuden kriittinen massa, omega, on johdettu suhteellisuusteoriasta tietyillä oletuksilla (homogenia+isotropia) ilman kiihtyvää laajenemista. Omega liittyy siihen, että yleinen suhteellisuusteoria ennustaa ikuisesti laajenevan, tai jossain vaiheessa luhistuvan maailmakaikkeuden, ja omega rajaa nämä kaksi tapausta toisistaan (luhistuminen: omega < 1). Staattinen tilanne ei ole mahdollinen ilman muutoksia teoriaan, ja tämä oli kosmologisen vakion alkuperäinen käyttötarkoitus Einsteinilla. Kiihtyvän laajenemisen takia kuvio menee kuitenkin monimutkaisemmaksi, eikä omega < 1 enään välttämättä riitä pysäyttämään laajemista.

[jaava]

Kovin moni nykyteoreetikko ei usko, että suhteellisuusteoria on hyvä kuvaus luonnosta mustan aukon keskipisteeseen tai maailmakaikkeuden alkuun asti.

Toisaalta kuinka moni fyysikko uskoo kvanttimekaniikkaan, joka käsittelee elektroneja, kvarkkeja, bosoneita ja mitä niitä on, kuin ne olisivat pisteitä. Aaltohiukkas-dualismi kertoo vain niitä pitävän käsitellä välillä kuin pistettä ja välillä kuin aaltoa. Siis mitä - minkälainen malli tuo on. Tietyusti käytännöllinen, koska se kuvaa testitulosten mukaan maailmaa hyvin.
Mutta ei se kerro mikä se on, joka esiintyy sekä pisteenä että aaltona.

JV

[RJ]

Toisaalta kuinka moni fyysikko uskoo kvanttimekaniikkaan, joka käsittelee elektroneja, kvarkkeja, bosoneita ja mitä niitä on, kuin ne olisivat pisteitä.

Oikeastaan hiukkasfysiikka ei käsittele hiukkasia pisteinä, vaan kyse on enemmänkin jatkuvista kentistä, koska tarkimmat teoriat ovat kvanttikenttäteorioita. Laskuissa esiintyy elektronikenttiä, bosonikenttiä, jne. Fysiikan kuva maailman rakenteesta on näin ollen lähempänä jatkumoa, kuin diskreettiä pistekuvaa. Tätä filosofista aihetta sivuttiin pari viikkoa sitten hidufyssan nobelisti Wilczekin esitelmässä Kumpulassa.

[Reijo Teränen]

Voi tietysti olla niin,että oma maailmankaikkeutemme aikoineen ja paikkoineen on vain osa suurempaa multiversumia. silloin ajan hetkella T = 0 on merkitystä vain vain meille oman kosmisen kuplamme napanuoran katkaisuhetkenä . Itse multiversumi  porskuttaa omaa aikaansa kenties ikuisena ja aina olemassa olleena. EV. Hyvää Joulua.

[Tuoli]

Kiitos perusteellisesta yrityksestä avata fysiikan ihmeellisyyksiä. En kuitenkaan vielä koe olevani täysin valaistunut, joten täytyy hieman jatkaa näiden asioiden pohdiskelua.

Se yksi ja ainoa välttämätön tulkinta (oikeastaan enemmänkin hypoteesi) kvanttimekaniikassa, joka joudutaan tekemään, ja mitä kukaan ei oikeasti ymmärrä, on aaltofunktion itseisarvon neliön tulkitseminen todennäköisyysjakaumaksi. Matemaattisesti hyvin yksinkertainen homma. Köpis ja mordenimmat tulkinnat liittyvät siihen mitä tuo neliö oikeastaan _tarkoittaa_, mutta ne ovat toissijaisia kun teorialla ennustetaan havaintojen tuloksia.

Itse asiassa tässä sitaatissa ja myös myöhemmin Ricken vastauksessa oleva teksti antaa ymmärtää, että kvanttifysiikan tulkinta aaltofunktiosta ja sen romahduksesta viime kädessä vastaisikin sitä tulkintaa, jonka itsekin hyväksyn. Olen siis ymmärtänyt aaltofunktion järkeväksi tulkinnaksi sen, että se kuvaisi nimenomaan todennäköisyysjakaumaa ja sillä saataisiin siitä johtuen aivan oikeita mittaustuloksia. Romahduksessa ei puolestaan tapahtuisi mitään ihmeellisyyksiä, vaan siinä yksinkertaisesti havaittaisiin vaikkapa hiukkasen sijainti tai tila, josta on etukäteen tiedetty vain aaltofunktion antama todennäköinen sijainti tai tila. Jos tulkinta todella olisi näin, niin silloin tilanne minunkin mielestäni olisi ok.

Kuitenkin, kun olen lukenut eri yhteyksissä Kööpenhaminan tulkinnasta, on siihen mielestäni liitetty erilaisia irrationaalisia sisältöjä. Saamani käsityksen mukaan aaltofunktiota ei ole tulkittu pelkästään todennäköisyysjakaumaksi, vaan siihen on kytketty oletus, että se sellaisenaan kuvaisi todellisuuden rakennetta sinänsä, mikä merkitsisi sitä, että hiukkaset olisivat todellisuudessa aaltofunktion määrittelemällä tavalla useammassa paikassa tai useammassa tilassa yhtä aikaa. Aaltofunktion romahtaminen merkitsisi puolestaan sitä, että kun havaitsija havaitsee esim. hiukkasen sijainnin, niin hän ikäänkuin tällä pelkällä havainnollaan vaikuttaisi reaaliseen todellisuuteen ja asettaisi hiukkasen tähän tiettyyn paikkaan sulkien hiukkasen ulottuvilta muut mahdolliset sijainnit. Tällaiset tulkinnat ovat niitä, joihin viittasin puheilla huonosta teoriasta ja onnettomasta filosofiasta. En siis väitä sitä, etteikö kvanttifysiikalla voitaisi saada oikeita mittaustuloksia tai vastusta kvanttifysiikkaa sellaisina tulkintoina kuin ymmärtääkseni Ricke edellä esittää, vaan näitä mielestäni irrationaalisia tulkintoja.

Voi tietysti olla, että olen ymmärtänyt tämän Kööpenhaminan tulkinnan väärin, mutta siihen ei kuitenkaan viittaa esim. se, että luin joku aika sitten jostain uutisen, että kansainvälisessä tiedelehdessä (muistaakseni New Scientist) jotkut tutkijat olisivat esittäneet, että tähtitieteilijöiden pelkät havainnot avaruudesta romahduttaisivat maailmankaikkeuden aaltofunktioita rajoittaen näin maailmankaikkeuden erilaisia kehitysmahdollisuuksia ja mahdollisesti lyhentäisivät siten maailmankaikkeuden ikää. Uskomatonta, että joku ns. tiedelehti voi tällaista julkaista. Todellisuudessahan maailmankaikkeuden kehitykselle on aivan merkityksetöntä, onko koko ihmislajia edes olemassa.

Kyseessä on jälleen puhtaasti matemaattinen ennuste, jota on varmistettu havainnoin. Kvanttimekaniikka ennustaa ettei edes paraskaan tyhjiö ole tyhjä. Tämä aiheutuu siitä, että kvanttimekaaninen tyhjiö, nollatila, välttämättä kuplii hieman nollapiste-energiaa. Täydellistä tyhjiötä ei tietysti voida tehdä, mutta sama kupliminen näkyy ja on mitattavissa epätäydellisessäkin tyhjiössä. Mikään muu teoria ei selitä yhtä tarkasti tyhjiön kuplimista, kuin kvanttimekaaninen nollapiste-energia. Ennusteisiin kuuluu mm. Casimir-efekti ja Lambin siirtymä:

Tässä kohdassa täytyy ehkä hieman täsmentää käyttämiäni käsitteitä. Kun puhuin siitä, että tieteen ja historian kokemuksen mukaan jonkin luominen tyhjästä olisi delegoitava satuolennoille, kuten jumala ja velhot, tarkoitin tyhjällä siis todella tyhjää eli tilaa, jossa ei ole yhtään mitään. Nyt kuitenkin Ricken sitaatin mukaan kvanttifyysikoiden käsityksen mukaan tilaa, jossa ei ole yhtään mitään, ei ole edes olemassa. Tämä oli minulle kyllä uutta. Jos asia on näin ja se vastaa todellisuutta, niin itse asiassa kvanttifyysikoiden käsitys ei olekaan niin pahasti ristiriidassa oman käsitykseni kanssa, koska tyhjässä silloin olisi jotain, josta siis voisi myös jotain syntyä. Tuohon nollapiste-kuplintaan en nyt yritäkään ottaa mitään kantaa, koska en asiaa juuri ollenkaan tunne.

Maailmankaikkeuden kriittinen massa, omega, on johdettu suhteellisuusteoriasta tietyillä oletuksilla (homogenia+isotropia) ilman kiihtyvää laajenemista. Omega liittyy siihen, että yleinen suhteellisuusteoria ennustaa ikuisesti laajenevan, tai jossain vaiheessa luhistuvan maailmakaikkeuden, ja omega rajaa nämä kaksi tapausta toisistaan (luhistuminen: omega < 1). Staattinen tilanne ei ole mahdollinen ilman muutoksia teoriaan, ja tämä oli kosmologisen vakion alkuperäinen käyttötarkoitus Einsteinilla. Kiihtyvän laajenemisen takia kuvio menee kuitenkin monimutkaisemmaksi, eikä omega < 1 enään välttämättä riitä pysäyttämään laajemista.

Tämä omegan arvo puolestaan ei kerro minulle oikeastaan yhtään mitään. Sitä voitaneen kuitenkin pitää jonkin teoreettisen mallin yhtenä parametrina, joka kuvaa mallin tiettyjä ominaisuuksia. Omallakin alallani käytetään malleja, mutta niiden tulkinnassa pyritään myös siihen, että pystytään kuvaamaan myös se mekanismi, jonka kautta parametrin esittämä vaikutus toimii. Tämä laajenemis-, supistumisproblematiikka on lukemissani teksteissä esitetty myös sillä tavoin, että riippuu maailmankaikkeuden kokonaismassasta, riittääkö gravitaatio pysäyttämään laajenemisen. Tässä mielessä ei omegan arvo kerro ainakaan minulle, miksi etäisyyksien kasvaessa heikkenevä gravitaatio pystyy pysäyttämään laajenemisen. Heikkeneekö siis jokin laajenemista aiheuttava voima vielä enemmän? Omegan arvo ei myöskään kerro minulle sitä, miten maailmankaikkeuden kaikki massa mahtuisi äärettömän pieneen pisteeseen.

[RJ]

Romahduksessa ei puolestaan tapahtuisi mitään ihmeellisyyksiä, vaan siinä yksinkertaisesti havaittaisiin vaikkapa hiukkasen sijainti tai tila, josta on etukäteen tiedetty vain aaltofunktion antama todennäköinen sijainti tai tila. Jos tulkinta todella olisi näin, niin silloin tilanne minunkin mielestäni olisi ok.

Käytännön kannalta homma on juuri näin. Tiedettä markkinoidaan suurelle yleisölle niillä aiheilla, mistä voi kirjoittaa paljon myyviä populaarikirjoja :) Aiheiden painotukset eivät ole lähellekään samat mitä itse tieteen sisällä. Oikeasti kvanttimekaniikka on suureksi osaksi vapaa tulkinnoista (niihin ei esim. törmää yliopiston kvanttimekaniikan kursseilla nimeksikään), eivätkä vastaavasti suhteellisuusteorian singulariteetit koske kuin pientä osaa tutkimuksesta.

Kvanttimekaniikan "pihvi" on sen kyky ennustaa luonnonilmiöitä matemaattisesti. Tämä on se oleellisin asia, mikä tiedevalistuksen pitäisi suurelle yleisölle välittää. Mahdollisena jälkiruokana tarjoiltavat tulkinnat eivät vaikuta teorian kvantitatiivisiin ennusteisiin. Tulkinnat ovat kvanttimekaniikan pimeä puoli, fysiikan sisäistä filosofiaa, jolla tiedemiehet spekuloivat. Tavoitteena on päästä kurkistamaan aaltofunktion taakse.

Kuitenkin, kun olen lukenut eri yhteyksissä Kööpenhaminan tulkinnasta, on siihen mielestäni liitetty erilaisia irrationaalisia sisältöjä.

En osaa avata todellisia motiiveja Köpiksen ja muidekaan tulkintojen kohdalla, mutta tässä onkin mielestäni tärkempää suuri kuva. Tulkintoja tehdään, koska haluamme ymmärtää kvanttimekaniikkaa. Emme hyväksy sitä, että konservatiivinen todennäköisyystulkinta olisi syvällisin ymmärrys teoriasta. Tärkeä viime aikoina tutkittu kvanttimekaniikan ilmiö on dekoherenssi, joka selittää fysikaalisin argumentein aaltofunktion romahdusta. Aika näyttää löytyykö loppujen lopuksi konsensusta.

Voi tietysti olla, että olen ymmärtänyt tämän Kööpenhaminan tulkinnan väärin, mutta siihen ei kuitenkaan viittaa esim. se, että luin joku aika sitten jostain uutisen, että kansainvälisessä tiedelehdessä (muistaakseni New Scientist) jotkut tutkijat olisivat esittäneet, että tähtitieteilijöiden pelkät havainnot avaruudesta romahduttaisivat maailmankaikkeuden aaltofunktioita rajoittaen näin maailmankaikkeuden erilaisia kehitysmahdollisuuksia ja mahdollisesti lyhentäisivät siten maailmankaikkeuden ikää. Uskomatonta, että joku ns. tiedelehti voi tällaista julkaista.

Tavallaan ymmärrän kritiikkisi hyvin. Kyseissä tutkimuksessa ollaan tekemisissä kvanttifysiikan spekulatiivisen puolen kanssa, ja siihen vielä päälle popularisointi, niin lopputulos on varmasti jotain hyvin hämmentävää. Tämmöiset tutkimukset saavat mielestäni ihan kohtuuttomasti julkisuutta.

Tämä omegan arvo puolestaan ei kerro minulle oikeastaan yhtään mitään. Sitä voitaneen kuitenkin pitää jonkin teoreettisen mallin yhtenä parametrina, joka kuvaa mallin tiettyjä ominaisuuksia. Omallakin alallani käytetään malleja, mutta niiden tulkinnassa pyritään myös siihen, että pystytään kuvaamaan myös se mekanismi, jonka kautta parametrin esittämä vaikutus toimii.

Se on juurikin mallin parametri, ja malli on yleinen suhteellisuusteoria ilman pimeää energiaa. Omega vaikuttaa siten, että se erottaa toisistaan kolme erilaista mallin ratkaisua, kolme erilaista maailmankaikkeutta. Parametrin tarkka vaikutusmekanismi on nähtävissä Friedmannin yhtälöissä.

Tämä laajenemis-, supistumisproblematiikka on lukemissani teksteissä esitetty myös sillä tavoin, että riippuu maailmankaikkeuden kokonaismassasta, riittääkö gravitaatio pysäyttämään laajenemisen. Tässä mielessä ei omegan arvo kerro ainakaan minulle, miksi etäisyyksien kasvaessa heikkenevä gravitaatio pystyy pysäyttämään laajenemisen.

Vaikka gravitaatio heikkenee etäisyyden kasvaessa, se tekee työtä koko ajan ja syö laajenemiselta energiaa. Tästä johtuen laajeneminen hidastuu. Tilanne on analoginen pakonopeuden kanssa: painovoimakentästä pakenevalla kappaleella on oltava riittävästi liike-energiaa, muuten pako pysähtyy ja kappale palaa takaisin. Vastaavasti maailmankaikkeudessa pitää olla riittävästi ainetta gravitaation aikaansaamiseksi, että laajeneminen voi pysähtyä.

Omega < 1: gravitaatio ei kykene pysäyttämään laajenemista, koska laajenemisessa on enemmän energiaa kuin gravitaatio ehtii tehdä työtä sitä vastaan.

Omega = 1: gravitaatio ehtii tehdä juuri saman verran työtä ajan lähetyessä ääretöntä, kun laajenemisessa on energiaa. Laajeneminen pysähtyy ajan lähetyessä ääretöntä.

Omega > 1: gravitaatio ehtii tehdä riittävästi työtä äärellisessä ajassa laajenemisen pysäyttämiseksi.

kuva

Heikkeneekö siis jokin laajenemista aiheuttava voima vielä enemmän?

Laajenemista ei aiheuta voima, vaan se on mallissa avaruuden geometrinen ominaisuus. Geometria puolestaa määräytyy aineesta. Omega-päättely ei toimi jos/kun jokin tuntematon voima vaikuttaa (kiihdyttävästi) laajenemiseen.

[Tuoli]

Näiden asioiden puimiseen saisi varmasti kulumaan vaikka koko ensi vuoden, jos rupeaisi jokaista kohtaa oikein perusteellisesti käsittelemään. Keskusteluhan on kuitenkin joka tapauksessa ollut jo monella tapaa valaiseva ja antoisa.

Kuitenkin vielä pari kommenttia. En tuon koherenssin osalta oikein saanut selvää, tarkoittaako superpositio sitä, että systeemin jokainen hiukkanen erikseen on superpositiossa vai sitä, että, jos huomioidaan systeemin kaikki hiukkaset, ne yhdessä muodostavat superpositiossa olevan järjestelmän. Jos kysymys on ensimmäisestä vaihtoehdosta, niin koherenssi-teoria vaikuttaisi Kööpenhaminan tulkinnan uudelleenlämmittelyltä hieman kehittyneemmässä muodossa. Jos kysymys on jälkimmäisestä vaihtoehdosta, vaikuttaisi teoria rationaalisemmalta.

Joka tapauksessa mielestäni havaitseminen ei vielä ole vuorovaikutuksessa olemista havaittavan järjestelmän kanssa. Esim. jos tähtitieteilijä havaitsee kaukoputkella jotain kaukaista avaruuden kohdetta, ei hän ole millään fyysisellä tavalla vuorovaikutuksessa sen kanssa. Hän vain vastaanottaa sieltä tulevia valonsäteitä, eikä voi mitenkään vaikuttaa havaitsemansa järjestelmän tilaan. Jos muuta oletetaan, kysymys on irrationaalisen mystiikan tuomisesta tieteen piiriin, koska silloin oletetaan, että pelkkä katse voisi jotenkin mystisellä, fyysisten mekanisminen ulkopuolella olevalla tavalla vaikuttamaan kaukaiseen kohteeseen.

Lisäksi siihen nollapiste-kuplintaan pitäisi tutustua hieman paremmin, sillä termistä jäi mieleeni kytemään epäilys siitä, että siinä sittenkin oletettaisiin tilasta, jossa ei ole yhtään mitään, syntyvän jotain, mikä katoaisi sitten jälleen olemattomuuteen.

Eipä sitten tällä kertaa muuta, kuin hauskaa uutta vuotta. Varmasti asioihin palaillaan jatkossakin aina, kun jaksaa innostua.

[RJ]

Näiden asioiden puimiseen saisi varmasti kulumaan vaikka koko ensi vuoden, jos rupeaisi jokaista kohtaa oikein perusteellisesti käsittelemään.

Vuosi tuskin edes riittäisi, koska tyypillisesti teoreettisen fysiikan opinnot vievät viitisen vuotta :D Yleistajuisten vastausten antaminen on usein #¤%&#! vaikeaa, mutta toisaalta myös antoisaa. Aina kannattaa mielestäni kysyä, ja kysyä lisää, jos ei ole tyytyväinen vastaukseen. Mahdollisimman yksityiskohtaiset kysymykset helpottavat ymmärtämistä.

En tuon koherenssin osalta oikein saanut selvää, tarkoittaako superpositio sitä, että systeemin jokainen hiukkanen erikseen on superpositiossa vai sitä, että, jos huomioidaan systeemin kaikki hiukkaset, ne yhdessä muodostavat superpositiossa olevan järjestelmän.

Koska en itse ole oikein kvanttimekaanikko, niin alla Enqvistin aihetta sivuava artikkeli (dekoherenssi selitetään yleistajuisesti ~puolessa välissä schröden kissan yhteydessä). Toivottavasti se selventää hommaa.

http://www.tsv.fi/ttapaht/987/enqvist.htm

(kyseinen artikkeli aiheutti muuten kovasanaista keskustelua suomalaisten fyysikoiden ja filosofien välillä vuosituhannen vaihteessa)

Joka tapauksessa mielestäni havaitseminen ei vielä ole vuorovaikutuksessa olemista havaittavan järjestelmän kanssa. Esim. jos tähtitieteilijä havaitsee kaukoputkella jotain kaukaista avaruuden kohdetta, ei hän ole millään fyysisellä tavalla vuorovaikutuksessa sen kanssa. Hän vain vastaanottaa sieltä tulevia valonsäteitä, eikä voi mitenkään vaikuttaa havaitsemansa järjestelmän tilaan. Jos muuta oletetaan, kysymys on irrationaalisen mystiikan tuomisesta tieteen piiriin, koska silloin oletetaan, että pelkkä katse voisi jotenkin mystisellä, fyysisten mekanisminen ulkopuolella olevalla tavalla vaikuttamaan kaukaiseen kohteeseen.

New Scientist:lla on lähtenyt mopo käsistä kyseiseen paperiin liittyvää lööppiä laatiessa. Alkuperäinen tutkimus ei väitä että havainnot vaikuttaisivat mitenkään maailmankaikkeuteen. Paperi spekuloi sillä, mitä voidaan päätellä siitä, että voimme havaita pimeän energian olemassaolon. Tutkijat ehdottavat että metastabiili (valetyhjiön päälle rakentuva) maailmankaikkeus voi olla kvanttimekanisessa late decay -vaiheessa, jos voimme sen sisältä käsin havaita pimeän energian.

Paperi kyllä sohaisi muurahaispesää, sillä moni on ottanut siihen kantaa. Kirjoittaja mm. muutti hieman epäselvää sanamuotoa paperista heränneen kohun takia:

http://www.physicsforums.com/showpost.php?p=1516658&postcount=11
http://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/?p=621#comment-31045

#  Lawrence Krauss Says:
November 24th, 2007 at 7:56 pm

Hi.. I wanted to chime in with an apology of sorts regarding the confusion in the press regarding our work. Our paper was in fact about late-decaying false vacuum decay and its possible cosmological implications. Needless to say, the explosion of press interest, prompted by the final two sentences of the paper, misrepresented the work, which was not intended to imply causality, but rather to ask the question of whether by cosmological measurements we constrain the nature of the quantum state in which we find ourselves, inferring perhaps that we are not in the late-decaying tail. However, I do take responsibility in part for the flood, as I was undoubtedly glib in talking to the new scientist reporter who read the paper on the arxiv. I have learned that one must be extra careful in order not to cause such misrepresentations in the press, and I should know better. In any case, the last two sentences of the paper have been revised so that it should be clear to the press that causality will not be implied. mea culpa

Blogia aiheesta:

http://www.math.columbia.edu/~woit/wordpress/?p=621
http://science.slashdot.org/article.pl?sid=07/11/23/190234

Lisäksi siihen nollapiste-kuplintaan pitäisi tutustua hieman paremmin, sillä termistä jäi mieleeni kytemään epäilys siitä, että siinä sittenkin oletettaisiin tilasta, jossa ei ole yhtään mitään, syntyvän jotain, mikä katoaisi sitten jälleen olemattomuuteen.

Juu, palaillaan asiaan vuoden vaihteen jälkeen, jos siltä tuntuu :)

[Tuoli]

Näyttää systeemi taas toimivan joustavasti IE:lläkin, joten en mitenkään malta olla nostamatta esiin näin herkullisen sekavaa selvennystä, jonka toinen New Scientist:n artikkelin kirjoittaja on tehnyt. Löysin ns. selvennyksen Ricke:n edellisessä viestissään antamasta linkistä:

http://www.physicsforums.com/showpost.php?p=1516658&postcount=11

I have decided that indeed the final two sentences of the paper left the incorrect impression that causality was somehow involved. The purpose of these comments was to refer to work I have been discussing with Alan Guth related to this paper.. namely to what extent cosmological observations made today constrain the nature of the wavefunction and our quantum state in a way that may imply we are not in the late-decaying phase.. This is what I should have said, rather than leaving the incorrect impression that somehow actually making the measurement has a causal effect.. it does not.. it merely constrains our quantum state.. The new version of the paper with the last two sentences changed removes this ambiguity I hope, for all future journalists who look at it.

L. Krauss

Vahvensin tulkinnan kannalta strategisen lauseen. Tosin edellinenkään lause ei ole erikoisen selkeä. Joka tapauksessa, jos yritän vapaamuotoisesti tulkita, mitä hän lauseensa eri osissa sanoo, niin lauseen alussa hän ilmaisee aika selkeästi, että hänen tarkoituksensa on korjata väärinkäsitys siitä, että he olettaisivat tähtitieteellisillä havainnoilla olevan kausaalista vaikutusta, mutta sitten hän mielensä sopukoissa ilmeisesti tulee hieman epäröiväksi, eikä kykenekään enään ilmaisemaan selvästi sitä, mihin tätä kausaalista vaikutusta ei ole. Tämän epävarmuuden ilmentymänä on, että sen jälkeen hän pisteiden ympäröimänä ikäänkuin yrittää toistaa kesken jättämänsä ajatuksen ..it does not.., mutta ei nytkään pääse ajatuksessa eteenpäin.

Sitten hän toteaakin yllättäen, että se havainnointi vain rajoittaa meidän aaltofunktiotamme (tai kvanttitilaamme), mikä siis merkitsee, että maailmankaikkeuden kehitysmahdollisuudet supistuvat sittenkin ja maailmankaikkeuden ikä saattaisikin lyhentyä havainnoinnin vaikutuksesta. Tämä ei nyt kirjoittajan logiikan mukaan tapahtuisi kuitenkaan meidän tavallisten tallaajien kausaalisen logiikan mukaan, vaan joitain mystisen kvanttifysiikan tulkinnan mukaista ei-kausaalista tietä aaltofunktion romahtamisen kautta.

Siis kirjoittaja ensin pyrkii näennäisesti kieltämään kausaalisen vaikutuksen olemassaolon, mutta ei sitäkään pysty loppuun saakka tekemään. Sitten hän lauseen lopussa ikäänkuin kieltää kieltämisensä ja tulee tulokseen, että havainnoiniti sittenkin vaikuttaa maailmankaikkeuden kohtaloon, vaikka se ei tapahdukaan välttämättä kausaalista tietä. Onhan tunnettua, että mystisillä kvanttifysiikan tulkinnoilla usein juuri kiistetään kausaliteetin merkitys.

Johtopäätöksenä voisi todeta, että ainakin tämän selitysyrityksen mukaan näyttäisi siltä, että kvanttifysiikka on tällä hetkellä sotkeutunut aika perin juurin näihin mystisiin tulkintoihin. En tiedä, voiko toivoa muuta kuin, että rationaalinen ajattelu ja tulkinta voittaisi lisää alaa kvanttifysiikan piirissä. Onhan kvanttifysiikalla saavutettu esim. hyviä kuvauksia hiukkasten todennäköisestä käyttäytymisestä.

Kaikkihan voivat kuitenkin tehdä oman tulkintansa lainatusta lauseesta.

[RJ]

Voi kääk :)

Kysymyksessä oleva tieteellinen artikkeli on julkaistu ainoastaan preprinttinä (http://arxiv.org/abs/0711.1821) alkuperäisten kirjoittajien toimesta. New Scientist puolestaan on tieteen populaarilehti, joka on tarkoitushakuisesti tulkinnut ko. tutkimusta ja tehnyt siitä raflaavan lööpin. Lööppi ei perustu tutkimuksen sisältöön, vaan paperin johtopäätösten pariin huolimattomasti kirjoitettuun lauseeseen. Tämä lööppi aiheutti mediamylläkän, jota Krauss on pahoitellut ja korjannut nuo lauseet.

Vahvensin tulkinnan kannalta strategisen lauseen. Tosin edellinenkään lause ei ole erikoisen selkeä.
...
Kaikkihan voivat kuitenkin tehdä oman tulkintansa lainatusta lauseesta.

En suosittele nettikirjoittelujen tulkintaa tieteellisessä kontekstissa jo pelkästään sen takia, että itseasiassa ei ole mitään vakuuksia kuka kirjoittelija edes on. Kaikista kirjoituksista voi tehdä meheviä tulkintoja, mutta tieteellisessä tekstissä on olemassa perustyyli, jota suurin osa tiedeyhteisöstä osaa tulkita yksiselitteisesti. Koska kysymyksessä oleva tieteellinen työ on kaikkien saatavilla yllä mainitussa osoitteessa, suosittelen siihen perehtymistä, jos tutkimus ja sen tulkinnat todella kiinnostavat.

[Tuoli]

Kyllähän R.Feinmann, teoksessaan QED, kertoo että fotoni kulkee kaikkia mahdollisia reittejä kunnes silmä sen vangitsee.

Tässä oikeastaan kiteytyy osuvasti se, mitä itse kutsun niin sanotusti kvanttifysiikan mystiseksi tulkinnaksi. Minun käsitykseni mukaan rationaalinen tulkinta on sitä, että kvanttifysiikka kuvaa onnistuneesti hiukkasen kaikkia mahdollisia reittejä, mutta faktisesti se kulkee vain yhtä reittiä. Jos taas ajattelemme suurta määrää hiukkasia, niin ne yhdessä täyttävät nämä kaikki mahdolliset reitit, mutta kukin niistä erikseen kulkee siis vain yhtä reittiä.

Samoin ajattelen, että aaltofunktio yleensä kuvaa hiukkasen mahdollista sijaintia tai tilaa, mutta yksi hiukkanen on kullakin hetkellä vain yhdessä sijainnissa tai tilassa, eikä kaikissa mahdollisissa sijainneissa yhtä aikaa. Jos hiukkanen sijaitsisi kaikissa paikoissa yhtä aikaa, ei siitä olisi mielestäni mahdollista saada yhtään diskreettiä mittaustulosta, koska sillä ei mitään diskreettiä sijaintia olisi. Näitä mittaustuloksia on kuitenkin saatu ja ne seuraavat aaltofunktion antamaa todennäköisyysjakaumaa, siis aaltofunktiota vain todennäköisyysjakaumana. Jos taas ajattelemme suurta joukkoa hiukkasia, niin ne yhdessä täyttävät hiukkasten kaikki mahdolliset sijainnit ja tilat. Tämän kaltaista ajattelua kutsun kvanttifysikan rationaaliseksi tulkinnaksi.

Edellinen sitaatti kuitenkin paljastaa, että kvanttifysiikka on kuitenkin aika perusteellisesti eri linjoilla, koska jossain ilmeisesti arvostetussa teoksessa esitetään tällainen minun mielestäni irrationaalinen tulkinta.

Tämä vain selventääkseni hiukan palstalla esittämiäni höpinöitä. Näillä pulinoilla tuskin kuitenkaan on mitään merkitystä ko. tieteenalan ulkopuolisen henkilön esittämänä, mutta tämähän onkin keskustelupalsta.

[jaava]

mutta faktisesti se kulkee vain yhtä reittiä.

Mitä tarkoitetaan reitillä - peräkkäisten ajanhetkien sijaintien muodostamaa käyrääkö.

Jos elektroni kulkee vain yhtä reittiä:
Ajatellaan kaksoisrakokoetta elektroneilla (Google: double slit diffraction electron), joka muodostaa kauniin diffraktiokuvion detektorille. Miten on selitettävissä se, että kun lähetetään yksittäisiä elektroneja vaikka nyt elektroni per sekuntti (joten peräkkäiset elektronit ei voi interferoida keskenään), niin tuo interferenssikuvio on aivan samanlainen, minimeineen ja maksimeineen. Tietääkö kukin elektroni jotenkin kieltäytyä osumasta minimin kohtaan?

JV

[Tuoli]

Voi kääk :)

Sanos muuta. Tietysti olisi asiallista pyrkiä aina tietojen alkulähteille, mutta omat kommenttini kirjoitin joka tapauksessa hyvässä uskossa siihen, että Krauss:n nimeä allekirjoituksena tuskin kukaan rohkenisi käyttää jollain fysiikkaan liittyvällä palstalla. Siis jos juttu on Krauss:n itsensä kirjoittama, pitäytyisin kuitenkin tulkinnassani. Tosiasia ilmeisesti on kuitenkin se, että kirjoittajat ovat korjanneet kahta viimeistä lausetta väärinkäsitysten välttämiseksi, ellei sekin ole tiedostusvälineiden vääristämä tieto.

Kuitenkin noudatin neuvoasi ja luin läpi ko. artikkelin ja yritin ymmärtää siitä niin paljon kuin mahdollista minun taustallani. Ensinnä huomasin, että heti linkin etusivulla oli lause, joka vaikutti hieman arveluttavalta. Ellei se sitten ole se New Scientist:n lööppi. Sitaatti:

Several interesting open questions are raised, including whether observing the cosmological configuration of a metastable universe can constrain its inferred lifetime.

Samansisältöinen ajatus on kyllä myös artikkelin ensimmäisen kappaleen (Introduction) lopussa.

Kävin sen jälkeen mahdollisimman huolellisesti läpi jatkon mallikehitelmät ja yritin löytää niistä mahdollisia viittauksia havainnoinnin vaikutuksiin. Niitä ei kuitenkaan löytynyt, vaan kaikki käytetyt muuttujat olivat jonkinlaisia reaalimuuttujia, mikäli oikein ymmärsin. Oli muuten hämmästyttävää, kuinka ulkoisesti samankaltaisia malleja omallakin alallani käytetään, vaikka sisällöt ja ala ovat aivan toiset. Käytetyt mallit sinänsä eivät ilmeisestikään oikeuta julkisuudessa olleisiin kohutulkintoihin.

Toiseksi viimeisen kappaleen lopussa on kuitenkin viittaus käsitteseen "anthropic arguments". En löytänyt sanakirjoistani suoraa käännöstä sanalle "anthropic", mutta samakantaiset sanathan viittaavat ihmiskeskeiseen tai -lähtöiseen. Tässä siis voisi olla kysymys joistain ihmistä jollain tavoin kosmokseen liittävistä selitysmalleista, ehkä havainnoinnista, mutta asiaa ei sen tarkemmin puida, joten se jää ainakin minulta kunnolla ymmärtämättä.

Sitten ne koko artikkelin kaksi viimeistä lausetta, joita tekijät ainakin joidenkin tietojen mukaan ovat muokanneet. On aivan totta, että ne eivät ainakaan enään viittaa siihen, että havainnot vaikuttaisivat maailmankaikkeuteen. Ne antavat siis vain ymmärtää, että havainnoilla hankitut tiedot kosmoksesta voivat vaikuttaa meidän käsityksiimme kosmoksen kohtaloista. Tämän tulkinnan voin minäkin mukisematta hyväksyä.

Toisaalta sanotaan, ettei savua ilman tulta ja voi olla, että jos on totta, että tekijät ovat korjanneet kahta viimeistä lausetta, on niissä voinut olla jotain, mikä olisi saattanut oikeuttaakin kohuun. Onhan artikkelin alussa kuitenkin edelleen esitetty parissa kohtaa hieman monitulkintainen ajatus.

Sitten vielä vastausyritys Jaavan esittämään kysymykseen:

Miten on selitettävissä se, että kun lähetetään yksittäisiä elektroneja vaikka nyt elektroni per sekuntti (joten peräkkäiset elektronit ei voi interferoida keskenään), niin tuo interferenssikuvio on aivan samanlainen, minimeineen ja maksimeineen. Tietääkö kukin elektroni jotenkin kieltäytyä osumasta minimin kohtaan?

Itse ymmärtäisin asian niin, että tämä tilanne vastaa suuren elektronijoukon tilannetta, jossa elektronit yhdessä täyttävät kaikki kvanttiteorian aivan oikein ennustamat elektronien noudattamat todennäköiset radat. Vaikka elektronit lähetettäisiin peräkkäin, ne suuntautuvat satunnaisesti todennäköisyysjakauman mukaisille radoille ja tästä syystä minimit ja maksimit osuvat todennäköisyysjakauman mukaisiin kohtiin, vaikka elektronit eivät toisistaan mitään voi tietääkään.

Selitystä sille, miksi hiukkaset noudattavat satunnaisuutta ja sen perusteella laskettua todennäköisyysjakaumaa, en ainakaan minä pysty antamaan. Saadut mittaustulokset kuitenkin selittyvät mielestäni luontevimmin juuri tämän todennäköisyystulkinnan mukaan. Tässä kysymyksessä on aivan riittävästi "mystiikkaa" ilman, että sitä tarvitsee lisätä oletuksilla yhtä aikaa monessa paikassa ja monessa tilassa olevalla hiukkasella.

Modedit:heitin vähän tyhjää pois viestin lopusta