Miksei ole yksinapaista magneettia? Teorioissa sellainen on, nimeltään magneettinen monopoli. Sitä on etsitty uutterasti.

Nobelin palkinto välähti varmasti tutkimusassistenttien Julie Teaguen ja Walter Wagnerin silmissä 1975. He tutkivat mikroskoopeillaan valoherkkien filmien ja erikoispinnoitettujen muovilevyjen pakkaa, joka oli kolme vuorokautta riippunut ilmapallosta kymmenien kilometrien korkeudessa Pohjois-Amerikan taivaalla.

Pakkaan oli osunut yli 70 kosmista hiukkasta, mutta yksi erottui kaikista muista. Tämä tähtienvälinen vaeltaja oli ainoana kulkenut kaikkien 33 muovikalvon läpi ja jatkanut matkaansa kuin sanomalehden läpi ammuttu hirvikiväärin luoti. Lisäksi se oli kulkenut vain puoliksi niin nopeasti kuin avaruussäteilyn muut hiukkaset. Sen täytyi siis olla poikkeuksellisen pönäkkä, ainakin 200 kertaa protonia massiivisempi.

Teague, Wagner ja kokeen kehittänyt professori P. Buford Price tiesivät alkeishiukkasten joukossa vain yhden, joka pystyisi moiseen ohilentoon: magneettinen monopoli eli yksinapainen magneetti. Monopoli oli tuolloin fysiikan Graalin malja. Löytäjä pääsisi tieteen kuolemattomien nimien joukkoon.

Mikä sitten olikin osunut Pricen ja kumppanien laitteisiin, se ei ikävä kyllä ollut kauan kaivattu monopolihiukkanen. Vuosia kestäneiden väittelyiden ja tarkistusten jälkeen tutkijat päätyivät siihen, että hiukkanen oli sittenkin liian kevyt käydäkseen monopolista. Ilmeisesti se oli kaukaisesta tähdestä sinkoutunut platina-atomin ydin: erikoinen mutta ei palkinnon arvoinen sattumus.

Teaguen, Wagnerin ja Pricen lailla moni muukin on vetänyt vesiperän. Magneetin arvoitusta pohdittiin jo keskiajalla, mutta yksinapainen puuttui fyysikkojen pelilaudalta aivan viime aikoihin asti. Vasta viime vuonna siitä nähtiin erityyppisiä merkkejä.

Pilkkomalla vain kaksinapaisia

Ensimmäisenä magneetin pilkkomisen ongelman kirjasi muistiin ranskalainen sotilasinsinööri Petrus Peregrinus 1269. Hänen työnsä oli rakentaa katapultteja, ja kenties niiden vaivalloinen ja vaarallinenkin virittäminen köysien ja väkipyörien avulla sai hänet pohtimaan magneetin voimien valjastamista.

Peregrinus laati seikkaperäisen tutkielman magnetismista ja selosti hieman ylimielisellä tyylillä mutta tarkkoihin havaintoihin tukeutuen, että kaksinapaisen magneetin katkaiseminen tuottaa aina kaksi magneettia, jotka myös ovat kaksinapaisia. Hän esitti kaikki mahdolliset tavat asetella magneetin kappaleet yhteen ja totesi, että yksinapaista magneettia ei synny mitenkään.

Peregrinusta seurasi joukko muita tarkkoja havainnoitsijoita, sillä magneettien voima kiehtoi monia. Meni kuitenkin satoja vuosia ennen kuin hänen havaintoihinsa voitiin lisätä mitään olennaisesti uutta. 1600-luvulla huomattiin, että maapallo on suuri magneetti pohjois- ja etelänapoineen; Peregrinuksen runollinen mutta väärä uskomus oli sijoittaa magneettiset navat taivaan uloimmalle kannelle.

Yksinapaista magneettia kukaan ei vaivautunut edes harkitsemaan.

Sähkö ja magnetismi samaa

1800-luvun alussa oivallettiin sähkön ja magnetismin yhteys. Havaittiin, että salamaniskun sähköpurkaus sai kompassin magneettisen neulan kääntymään ja että metallijohtimeen syntyi sähkövirta, kun sitä liikutettiin magneettikentässä.

Saman vuosisadan puolivälin jälkeen englantilainen James Clerk Maxwell muovasi sähkömagnetismia kuvaavat yhtälönsä, jotka kuuluvat ihmiskunnan kaikkein tärkeimpiin saavutuksiin.

Viime vuosisadan alussa Albert Einstein ja Max Planck ohjasivat fysiikan nykyiselle tielleen. Suhteellisuusteoria uudisti käsityksen ajasta ja avaruudesta, ja kvanttifysiikka mullisti näkemykset aineen rakenteesta.

Myös magnetismi sai perusselityksen, kun alkeishiukkasten spin-ominaisuus löytyi. Spin on puhdas kvantti-ilmiö: sillä ei ole vastinetta paljain silmin näkyvässä maailmassa. Spinin vuoksi hiukkaset käyttäytyvät kuin pienet hyrrät (joskaan ne eivät todellisuudessa pyöri), ja juuri tuo hyrräys synnyttää magneettisen voiman.

Toimiiko käytäntö teoriassa?

Vaikka emme voi kokemuksesta ymmärtää, mitä spin on, sen vaikutuksen voi tuntea. Kun tarpeeksi moni hiukkanen yhdistää spininsä samansuuntaisiksi, ne voivat vaikka nostaa junan ilmaan.

Spin-ominaisuus on se syy, miksi magneettia ei voi purkaa, vaikka sen silppuaisi atomeiksi ja ne edelleen protoneiksi, neutroneiksi ja elektroneiksi. Jokaisella hiukkasista on edelleen spin, eli jokainen atomin osa on yhä kaksinapainen magneetti.

Kunnon fyysikolle ei riitä, että jokin on totta käytännössä - varsinainen testi on, toimiiko se teoriassa. Englantilainen fyysikko Paul Dirac oli puhdasverinen teoreetikko. Yksi hänen varhaisista yhtälöistään käsitteli sitä, miltä etäisyydeltä katsottuna nainen on kauneimmillaan. Dirac tosin myönsi, ettei hän tuolloin ollut päässyt puolta metriä lähemmäksi naista.

Fyysikkona Dirac oli toista maata kuin naistenmiehenä. Huipputeoreetikko Stephen Hawkingin mukaan Dirac on Einsteinin jälkeen eniten maailmankuvaamme muuttanut tutkija. Myös käytännössä, sillä muun muassa televisio perustuu Diracin teorioihin.

Diracia voi pitää eräänlaisena kvanttifysiikan sähkömiehenä: hän loi edelleenkin pätevän pohjan sähkömagnetismin kvanttiteorialle. Hän myös ennusti antimaterian olemassaolon neljä vuotta ennen sen löytymistä.  Samalla hän osoitti, että magneetti voi kuin voikin olla myös yksinapainen eli magneettinen monopoli.

Yksikin monopoli riittäisi

Dirac käsitteli magnetismia ja sähköä samanveroisina ja ratkaisi Maxwellin yhtälöt uudella tavalla. Näin hän onnistui selittämään, miksi sähkövaraus esiintyy kvantteina, määräkokoisina paketteina. Aiemmin tutkijat olivat mitanneet ja taulukoineet varauksia. Dirac sai oikeat arvot putkahtamaan suoraan teoriasta, kun hän oletti, että magneettinen monopolihiukkanen oli olemassa.

Monopoli oli siis eräänlainen toimivan teorian perusoletus. Samalla Diracin matematiikka kuitenkin myös selitti, miksi moista monopolia ei ollut nähty.

Elektronin sähkövaraus tiedettiin kvantittuneeksi, ja elektroneja on maailmassa pilvin pimein. Diracin mukaan kaikki maailman  kvadriljoonat elektronit "tuntisivat" yhden ainoankin monopolin läsnäolon, jos sellainen jossain olisi - se riittäisi kvantittamaan joka ikisen elektronin. Tämä johtuu siitä, että sähkömagneettisen kentän voimakkuus ei riipu hiukkasten välisestä etäisyydestä.

Vaikka tuo maailmankaikkeuden ainokainen monopolihiukkanen sijaitsisi maapallollamme, kuinka todennäköisesti se löytyisi?

Fyysikot kinasivat teorioistaan

Diracin esitys ei aluksi herättänyt kummoistakaan huomiota - osaksi siksi, että kansallissosialistit ottivat vallan Saksassa ja alkoivat puhdistaa yliopistoja epämieluisista tutkijoista. Moni eturivinkin fyysikko etsi henkensä kaupalla turvallista asuinpaikkaa eikä paljon pohtinut outoja hiukkasia. Samana vuonna kun Dirac palkittiin Nobelilla eli 1933 alettiin Saksan yliopistoissa soveltaa arjalaislakeja ja epäsaksalaisina pidettyjä kirjoja poltettiin julkisesti.

Toisaalta sähkömagneettisen säteilyn kvantittuminen oli ollut valtavan tieteellisen kiistan aiheena vielä muutama vuosi aikaisemmin. Ennen 1920-luvun puoliväliä ani harva fyysikko uskoi fotonien, valokvanttien,  olemassaoloon. Kun Einstein sai fotoneja koskevasta teoriastaan Nobelin palkinnon, samassa tilaisuudessa palkittu fyysikko Niels Bohr vastusti teoriaa omassa juhlaesitelmässään.

Kolmanneksi fysiikka eteni noina vuosina sellaisin harppauksin, että poikkeuksellisiin ajatuksiin kannattikin suhtautua maltillisesti. Varsin usein toinen nero kiilasi taka-alalta uuden ja paremman selityksen kanssa.
Vähän kerrassaan muut kvanttifyysikot alkoivat tutkia Diracin teoriaa.  Saksassa työskennellyt suomalaissyntyinen fyysikko Bernd Olof Grönblom laski 1930-luvun puolivälissä, että magneettinen monopoli olisi pistemäinen. Samoihin aikoihin Pascual Jordan vahvisti Diracin laskelmat. Jordan oli avoimesti natsi, mikä ei ollut omiaan vauhdittamaan teorian hyväksymistä.

Kokeissa vedettiin vesiperä

Kokeelliset fyysikot olivat liikkeissään vikkelämpiä. Ensimmäiset kokeet tehtiin muutama kuukausi Diracin julkaisun jälkeen 1932, ja kaksi vuotta myöhemmin amerikkalainen Garnegien tutkimuslaitos ilmoitti Physical Review -lehdessä, että monopolia ei ole löytynyt mutta isompi koemagneetti on jo tilattu.

Monopolihiukkasen etsintä oli uutteraa ja kekseliästä.

Tonnikaupalla rautamalmia seulottiin erilaisilla magneettikentillä. Merenpohjaa naarattiin magneeteilla pohjaan painuneiden monopolihiukkasten toivossa. Sääpallot nostivat mittalaitteita ilmakehän ylärajoille, ja kun ensimmäisellä kuulennolla kerätyt kivet saatiin laboratorioon, haluttiin heti selvittää, piileksisikö niissä yksinapaisia magneetteja.

Vielä 1960-luvulla monopolien etsiminen kuului uusien hiukkaskiihdyttimien neitsytprojekteihin, mutta kiinnostus alkoi selvästi hiipua. Hiukkastutkimuksen painopistekin vaihtui, kun protonien ja neutronien huomattiin rakentuvan vielä pienemmistä hiukkasista, kvarkeista.

Hetken ajan tosin arveltiin, että kvarkit olisivat magneettisia monopoleja. Vaikka oletus oli väärä, se johti hollantilaisen Gerardus ´t Hooftin ja neuvostoliittolaisen Aleksandr Poljakovin pohtimaan Diracin monopolia uudessa valossa. He osoittivat, että monopoli ei välttämättä ole hiukkanen. Se voi olla useiden kenttien muodostama kuhmu, ikään kuin paikalleen jähmettynyt kenttäenergian aalto.

Niitä on paljon ja painavia

Jos kokeet olivatkin tuloksettomia, fysiikka ei polkenut paikallaan. 1960-luvulla syntyneet yhtenäisteoriat näyttivät ensin pärjäävän ilman monopolihiukkasta, mutta ilo oli lyhyt ja fyysikkojen otsat palasivat tutuille rypyille. Yhtenäisteorioissakin piili magneettinen monopoli, ja lisäksi omamme kaltaisessa universumissa olisi pitänyt olla monopolihiukkasia niin paljon, että ne olisi ollut hyvin helppo havaita.

Teorioiden mukaan monopolihiukkasten täytyi olla erittäin massiivisia. Monopoli olisi yhtä pieni kuin protoni, mutta se voisi painaa saman verran kuin pienimmät eläinkunnan edustajat. Sellainen hiukkanen porautuisi laboratoriosta pöytien ja lattioiden läpi peruskallioon eikä pysähtyisi ennen Maan keskipistettä.

Yhtenäisteoriat myös sanelivat, että protoni hajoaa. Sen elinikä on tosin äärettömän pitkä, ainakin 10 potenssiin 32 vuotta, mutta protonin hajoamisella olisi radikaalit seuraukset: se merkitsisi kaiken näkyvän aineen loppua.

Yhtenäisteorioiden todistamiseksi täytyisi joko löytää magneettinen monopoli tai havaita protonin hajoavan. Kumpaakaan ei ole nähty melkoisista ponnistuksista huolimatta. Protonin hajoamista on tutkittu esimerkiksi ilmaisintankeilla, joissa on 50 000 tonnia puhdistettua vettä.

Tutkijat saattavat kuitenkin saada tuplajättipotin. Jos superraskas monopoli molskahtaa protoni-ilmaisimen tankkiin, protoneja hajoaa kerralla useita miljoonia! Vaikutus on kuin heittäisi tykinkuulan lautaspinoon.

Monopoli kuului säieteorioihinkin

Yhä uusia teorioita tai ainakin uusia versioita vanhoista ilmestyi fysiikan ideoiden markkinapaikoille.  Mikään ei kuitenkaan poistanut monopolihiukkasen ongelmaa.

Suomalainen Claus Montonen ja englantilainen David Olive osoittivat 1970-luvulla, että ainakin joissakin niin sanotuista supersymmetrisistä teorioista magneettinen monopoli ja sähköinen monopoli (eli elektroni tai positroni) voivat vaihtaa rooleja keskenään. Tämä Montosen ja Oliven dualiteetti sementoitui fysiikan peruskiviin viitisentoista vuotta myöhemmin, kun Edgar Witten, yksi vaikutusvaltaisimmista nykyfyysikoista, vahvisti sen omilla laskelmillaan.

Eräs fysiikan suuria saavutuksia on niin sanottu Yangin-Millsin teoria. Se on matemaattisesti hyvin monimutkainen: ensimmäisen yhtälön ratkaisua etsittiin toistakymmentä vuotta. Mahtoiko kukaan yllättyä, kun ratkaisu osoitti magneettisen monopolin olemassaoloa?

Eikä helpotusta tuonut edes säieteorioiden esiinmarssi. Uudet teoriat suorastaan huusivat monopolihiukkasia, mutta oliko tuo mikään ihme? Paul Dirac oli nimittäin ensimmäisiä, jotka toivat säikeiden käsitteen fysiikkaan, ja hän teki sen juuri magneettista monopolia koskevassa artikkelissaan.

Ne vievät toiseen maailmaan?

Myös avaruustutkijat olivat ihmeissään. Jos nuori universumi oli ollut monopoleja pullollaan, missä ne olivat nyt? Ongelmaa ei pystytty ratkaisemaan millään hienosäädöllä, sillä luotetuimpiin teorioihin perustuvat laskelmat näyttivät, että monopoleja olisi pitänyt olla sata miljardia kertaa enemmän kuin koko maailmankaikkeuden energiatiheys. Monopolien vetovoiman vuoksi maailmankaikkeus ei olisi voinut kasvaa muutamaa millimetriä suuremmaksi.

Amerikkalainen fyysikko Alan Guth esitti 1979 pulmaan rohkean ratkaisun: jos maailmankaikkeus oli joskus laajentunut jopa valoa nopeammin, suurin osa magneettisista monopoleista oli joutunut oman maailmankaikkeutemme ulkopuolelle. Tämä laajeneminen eli kosminen inflaatio ratkaisisi samalla kaikkeuden muodon ja rakenteen ongelmat.

Guth ei ollut kosmologi vaan hiukkastutkija. Omien sanojensa mukaan hän ei kyennyt edes seuraamaan keskustelua, jota tutkijat kävivät hänen teoriastaan. Pian kosmologit kuitenkin hyväksyivät leirinsä ulkopuolelta tulleen teorian - joskin heidän helpotuksekseen omien joukosta nousivat Andrei Linde ja Paul Steinhardt korjaamaan sen puutteet.

Monet kosmologit pitävät johdonmukaisena ajatusta, että oma maailmankaikkeutemme on vain yksi monista. Omissa teorioissaan Andrei Linde on esittänyt, että magneettiset monopolit olisivat madonreikiä, jotka poikisivat loputtomasti uusia maailmankaikkeuksia. Tällöin monopoli täyttäisi koko maailmankaikkeuden ja laajenisi sen mukana.

Jos Linde on oikeassa - mitä lienee mahdoton ikinä todistaa - koko maailmankaikkeutemme näyttäisi ulkopuolelta tarkasteltuna pieneltä magneettiselta mustalta aukolta.

Isoa kalaa kannattaa pyytää

Monta teoriaa, vähän kouriintuntuvaa. Arvoituksellinen magneettinen monopoli on edistänyt fysiikkaa, kosmologiaa ja jopa matematiikkaa tarjoamalla hedelmällistä maaperää uusille ajatuksille, mutta onko sitä olemassa?

Monopolihiukkanen sisältyy kaikkiin fysiikan keskeisiin teorioihin. Tämä olisi outoa sattumaa, ellei sille olisi vastinetta luonnossa, ajattelee moni fyysikko.

Keinoaineiden avulla voidaan luoda magneettisia monopoleja tai ainakin jäljitellä niiden ominaisuuksia. Silti kosmisen monopolin etsintä tuskin loppuu. Sen löytyminen toisi vahvistuksen supersymmetriselle teorialle, kosmiselle inflaatiolle ja yhtenäisteorioille.  Se voisi osoittaa, mikä on kvanttifysiikan oikea tulkinta.

Eikä perustutkimus olisi ainoa hyötyjä.  Jos yksikin monopolihiukkanen saataisiin talteen, sen voisi monistaa hiukkaskiihdyttimessä. Monopolit voitaisiin valjastaa puhtaan energian tuottamiseen, sillä magneettimoottori olisi kymmeniä kertoja sähkömoottoria tehokkaampi.

Jos moottoria edes tarvittaisiin: purkillinen monopoleja laivan kokassa vetäisi alusta pitkin maapallon magneettisia voimaviivoja satamasta toiseen.

Petri Forsell on vapaa toimittaja.

Julkaistu Tiede -lehdessä 1/2010

1269  Petrus Peregrinus päättelee magneetin jakamisen olevan mahdotonta.

1600  William Gilbert osoittaa Maan olevan magneetti ja ottaa käyttöön elektronisuuden käsitteen.

1750  John Michell osoittaa, että magneetin navat ovat yhtä voimakkaita.

1820  Hans Christian Ørsted huomaa sähkön vaikuttavan magneettiin.

1825  André-Marie Ampère kokoaa sähkömagnetismia koskevat kokeet yhteen.

1846  Michael Faraday esittää, että valo on sähkömagneettista aaltoliikettä.

1873  James Clerk Maxwell laatii sähkömagnetismia koskevat yhtälöt.

1884  Heinrich Hertz osoittaa Maxwellin yhtälöiden olevan sovellettavissa sekä sähköön että magnetismiin. Hän osoittaa myös kokeellisesti, että valo on sähkömagneettista säteilyä.

1894  Pierre Curie kehittää ajatuksen vapaasta magneettisesta navasta.

1897  J. J. Thompson löytää sähköisen monopolin eli elektronin.

1900  Max Planck luo teorian kvanteista.

1905  Albert Einstein esittää, että sähkömagneettinen säteily on kvantittunutta.

1925  Samuel Goudsmit, George Uhlenbeck ja Ralph Kronig keksivät spin-ilmiön.

1928  Paul Dirac luo kvanttimekaaniset yhtälöt sähkömagnetismille. Hän esittää muun muassa antimaterian olemassaoloa.

1931  Paul Dirac esittää magneettisen monopolin teorian.

1932  Antimaterian olemassaolo vahvistuu kokeellisesti, kun toinen sähköinen monopoli, positroni, löytyy.

1974  Gerardus ´t Hooft ja Aleksandr Poljakov esittävät magneettisen monopolin uuden kenttätulkinnan.

1979  Alan Guth keksii kosmisen inflaation monopoliongelman ratkaisuksi.

2007  Spinjään havaitaan tuottavan magneettisen monopolin kaltaisen ilmiön.

2009  Suomalainen ryhmä esittää kokeen monopolin simuloimiseksi kvanttiaineessa.

2009  Brittitutkijat saavat aikaan sähkövirtaa vastaavan magneettisen virran pommittamalla spin-jäätä myonihiukkasilla. 

Monopoli löytyi kiteistä

Magneettisen monopolin ongelma saa ainakin osittaisen ratkaisun aineen harvinaisista olomuodoista.

Spinjää on erikoinen kide, jonka kahdesti nobeloitu kemisti Linus Pauling keksi 1930-luvulla. Hän päätteli, että veden jäätyessä lähekkäisten molekyylien spinit vaikuttavat niin, että kiteisiin jää epäjärjestystä, eräänlainen sisäinen jännite, jopa absoluuttisessa nollapisteessä.

Käytännössä vesi ei ole koskaan tarpeeksi puhdasta, jotta siitä saisi spinjäätä. Eräisiin eksoottisiin metalliseoksiin tällaista kiderakennetta kuitenkin syntyy, esimerkiksi dysprosiumtitanaatti-nimiseen materiaaliin. Viime syksynä tutkijat löysivät siitä monopoleja.

Tutkimuksen uusi monopolibuumi alkoi pari vuotta sitten. Silloin havaittiin, että sähkövirta ja paine aiheuttivat spinjäässä outoja muutoksia. Kiteessä lähti vaeltamaan yksinapainen magneettinen varaus - vuosikymmeniä etsitty magneettinen monopoli?

Ilo oli kuitenkin ennenaikaista. Pian kävi selväksi, että monopolin magneettikenttä oli vain murto-osa teoreettisesti arvioidusta, ja lisäksi kentän voimakkuus muuttui paineen muuttuessa.

Monopoli-ilmiö syntyi, kun elektronit vaihtoivat spinien suuntaa ja muutos eteni kiteessä aaltomaisesti.

Suomalaisia kiinnostaa simulointi

Löytö oli kuitenkin merkittävä, koska sen avulla on mahdollista simuloida todellisen monopolihiukkasen käyttäytymistä ja selvittää sen ominaisuuksia.

Samantapaisia ominaisuuksia on havaittu toisessa oudossa aineessa, Bosen-Einsteinin kondensaatissa. Se on lähellä absoluuttista nollaa syntyvä aineen olomuoto, jossa atomit kadottavat yksilöllisyytensä ja käyttäytyvät yhdessä ikään kuin jättiläisatomi.

Kondensaattiin syntyviä virtauspyörteitä muokkaamalla on mahdollista luoda magneettisen monopolin kaltainen tila. Teknillisen korkeakoulun ja New South Walesin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet menetelmän, jolla tämän pitäisi onnistua melko helposti.

Simuloidun monopolin uskotaan olevan niin paljon Diracin monopolin kaltainen, että sen ominaisuuksia päästäisiin tutkimaan yksityiskohtaisesti.

Toimi kuten monopoli

Mutta entä "oikea" monopoli? Viime vuoden syksyllä tehtiin peräkkäin kaksi merkittävää löytöä.

Ensin syyskuussa kansainvälinen Alan Tennantin johtama ryhmä kertoi havainneensa ensimmäistä kertaa kiteessä rakenteen, joka samalla oli magneettinen monopoli.

Kyseessä ei ole hiukkanen eikä hiukkasjoukkokaan vaan kiteeseen syntyvä suurempi rakenne. Tässä tapauksessa dysprosiumtitanaattiin syntyi magneettivuota kuljettavia säikeitä, ja niiden päät toimivat kuin yksinapaiset magneetit.

Brittiläisen Steven Bramwellin tutkimusryhmä pommitti kiteitään myoneilla, elektronia muistuttavilla alkeishiukkasilla, jotka kuitenkin ovat noin 200 kertaa elektronia raskaampia. Myonit hajoavat nopeasti muiksi hiukkasiksi, enimmäkseen positroneiksi. Niiden liikeradoista tutkijat päättelivät, että monopolit liikkuivat kiteessä. Tästä kerrottiin lokakuussa.

Bramwellin ryhmä siis havaitsi magneettisten varausten liikkeestä aiheutuvan magneettisen virran.  Se muistuttaa sähkövirtaa mutta on hyvin heikko. Englannissa se on saanut nimen magnetricity - olisiko suomeksi magnetoisuus?

Onko vaiko eikö?

Bramwellin ja kumppaneiden löytöä on vaikea soveltaa käytäntöön, koska magneettivirta ei pääse kiteestä ulos. Mutta jos sama ilmiö saadaan syntymään muissakin aineissa, sitä voisi hyödyntää esimerkiksi nanomitan tietokonemuisteissa.

Maallikko voi tässä olla vähän hämillään: onko se magneettinen monopoli nyt todella löydetty?

Monopoli on yksinapainen magneetti, ja tällaisia rakenteita on nyt kiteistä paljastunut. Se on myös elektronin magneettinen vastine, ja monopolien aiheuttama magneettivirta, joka vastaa sähkövirtaa, on niin ikään havaittu.

Vastaus on siis kyllä.

Sen sijaan ei ole havaittu yksittäisiä, todellisia monopolihiukkasia, joita teorian mukaan pitäisi olla. Jotkut tutkijat arvelevat, että ne jäävät haaveeksi. Mutta optimistejakin on.

 

 

Hyvä harrastus – ja helppo. Lukemista löytyy aina. Kuva: Shutterstock

Kieli rikastuu, ajattelu syvenee ja sosiaalinen taju kehittyy.

Tietokirjan järki on selvä: saa tietoa, jolla jäsentää maailmaa ja vaientaa mutuilijat. Riittävästi tietoa hankkimalla tulee asiantuntijaksi, ja sillä on selvä hyötyarvo.

Entä missä on fiktion lukijan tulosvastuu? Mitä itua on kuluttaa aikaansa tuntitolkulla hatusta vedettyjen ihmisten hatusta vedettyihin edesottamuksiin? Paljonkin: romaani tai novelli opettaa toimimaan muiden ihmisten kanssa.

Fiktio simuloi sosiaalista maailmaa, esittää asiaa tutkinut Toronton yliopiston psykologian professori Keith Oatley. Niin kuin lentosimulaattori opettaa lentotaitoja, sosiaalisten tilanteiden simulaattori – romaani – opettaa sosiaalisia taitoja.

Kokeet vahvistavat, että fiktiota lukeneet tajuavat paremmin so­siaalisia kuvioita kuin tietotekstiä lukeneet. 

Suvaitsevaisuus kasvaa

Kuvitteellisesta tarinasta on sekin ilo, että pääsee väliaikaisesti jonkun toisen nahkoihin. Samastuminen tarinan henkilöön voi muuttaa lukijan käyttäytymistä ja pistää asenteet uusiksi, ovat kokeillaan osoittaneet Ohion yliopiston tutkijat.

Samastumisella on vaaransa. Romaanin aiheuttama itsemurha-aalto koettiin 1700-luvun lopulla, kun nuoret onnettomat miehet matkivat Johan Wolfgang von Goethen päähenkilön tekoa Nuoren Wertherin kärsimyksissä.

Ohiolaistutkimuksessa vaikutus oli rakentavampi: kun nuoret aikuiset olivat lukeneet tarinan miehestä, joka meni äänestämään, he menivät hanakammin vaaliuurnille vielä viikon kuluttua lukemisesta. He olivat saaneet kansalaishyvetartunnan.

Valkoihoisten suvaitsevaisuutta taas kasvattivat tarinat, joissa päähenkilö osoittautui homoseksuaaliksi tai afroamerikkalaiseksi. Lukijoilta karisi myös stereotypioita. Tämä kuitenkin edellytti, että päähenkilön ”erilaisuus” paljastui vasta tarinan myöhemmässä vaiheessa ja lukijat olivat ehtineet asettua hänen nahkoihinsa.

Stressi väistyy

Kun uppoutuu lukemaan, maailman meteli jää kauas ja paineet hellittävät. Tuttu tunne, josta on myös tieteelliset näytöt: lukeminen poistaa stressiä.

Terveystieteen opiskelijat saivat Yhdysvalloissa tehdyssä tutkimuksessa lukeakseen netistä ja aikakauslehdestä poimittuja artikkeleita, jotka käsittelivät historiallisia tapauksia ja tulevaisuuden innovaatioita. Aihepiirit olivat siis kaukana tenttikirjojen pakkolukemistosta.

Puolentunnin lukutuokio riitti laskemaan verenpainetta, sykettä ja stressin tuntua. Huojennus on yhtä suuri kuin samanpituisella joogahetkellä tai televisiohuumorin katselulla. Mikä parasta, apu löytyy helposti, lukemista kun on aina saatavilla.

Sanasto karttuu

Kirjoitettu kieli on ylivoimaisesti suurempi uusien sanojen lähde kuin puhuttu. Erot lasten sanavaraston runsaudessa voi johtaa suoraan siihen, miten paljon he altistuvat erilaisille teksteille, vakuuttavat lukemisen tutkijat Anne Cunningham ja Keith Stanovich.

Tiuhimmin uutta sanastoa kohtaa tieteellisten julkaisujen tiivistelmissä: tuhatta sanaa kohti harvinaisia on peräti 128. Sanoma- ja aikakauslehdissä harvinaisten sanojen tiheys nousee yli 65:n ja aikuisten kirjoissa yli 50:n.

Lastenkirjakin voittaa sanaston monipuolisuudessa televisio-ohjelman mennen tullen. Lapsilukija kohtaa kirjassa yli 30 harvinaista sanaa tuhatta kohti, kun aikuisten telkkariviihdettä katsoessa niitä tulee vastaan 23 ja lastenohjelmissa 20.

Juttelukaan ei pahemmin kartuta sanavarastoa. Aikuispuhe sisältää vain 17 epätavallista sanaa tuhatta kohti.

Syntyy omia ajatuksia

Ihmisen aivoja ei ole ohjelmoitu lukemaan. Kun taito kehittyi 5 500 vuotta sitten, näkemiseen, kuulemiseen, puhumiseen ja ajatteluun rakentuneet alueet alkoivat tehdä uudenlaista yhteistyötä.

Nyt olemme jälleen uudenlaisen lukukulttuurin alussa. Verkkolukeminen on tullut jäädäkseen, ja jotkut pelkäävät, että tyhmistymme, kun totutamme aivomme ärsyketulvaan ja pikaselailuun netissä. Tiedonvälitys on lisääntynyt räjähdysmäisesti mutta niin myös häly.

Syventyvän lukemisen kohtalosta kantaa huolta professori Maryanne Wolf Tufts-yliopistosta. Tapaa näet kannattaisi vaalia. Aivokuvaukset paljastavat, että paneutuva lukija käyttää laajasti molempia aivopuoliskojaan. Hän ei vain vastaanota kirjoittajan sanomaa vaan vertaa sitä aiemmin hankkimaansa tietoon, erittelee sitä ja rakentaa omaa ajatteluaan. Pintalukijalla ei tähän ole aikaa.

Mikko Puttonen on Tiede-lehden toimittaja.

Julkaistu Tiede-lehdessä 12/2012 

Täysin raittiiden suomalaisnuorten osuus on moninkertaistunut vuosituhannen alusta.

Nuoruus raitistuu, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Nuorten alkoholin käyttö kasvoi vuoteen 1999, joka oli myös kaikkein kostein vuosi. Silloin vain joka kymmenes yhdeksäsluokkalainen ilmoitti, ettei ollut koskaan käyttänyt alkoholia.

Sittemmin täysin raittiiden osuus on moninkertaistunut, ilmenee vuoteen 2015 ulottuneesta eurooppalaisesta, nuorten päihteidenkäyttöä käsittelevästä Espad-tutkimuksesta.

Jopa muut eurooppalaiset jäävät jälkeen. Suomessa täysin raittiita 15–16-vuotiaista nuorista on joka neljäs, kun Euroopassa heitä on keskimäärin joka viides.

Terveyden ja hyvinvoinnin laitoksen THL:n erikoistutkija Kirsimarja Raitasalo kollegoineen on ­koettanut tunnistaa niitä nuoruuden muutoksia, jotka voisivat selittää humalan hiipumista.

Ratkaisevaa näyttää olleen ainakin se, että alaikäisten on yhä vaikeampi saada alkoholia. Nykynuoret kokevat sen selvästi hankalammaksi kuin aiemmat ikäpolvet.

Kauppojen omavalvonta on osaltaan tehonnut. Kassoilla kysytään kaikilta alle 30-vuotiaan näköisiltä papereita.

Vanhemmat ja muutkin aikuiset ovat tiukentaneet asenteitaan nuorten juomiseen.

”Tietoisuus alkoholin haitoista on ehkä lisääntynyt. On tullut paljon tutkimustietoa esimerkiksi siitä, miten alkoholi vaikuttaa nuorten aivojen kehitykseen”, Raitasalo pohtii.

Nuorten omakin maailma on muuttunut toisenlaiseksi. Älylaitteet, pelit ja sosiaalinen media kyllästävät arkea. Pussikaljoittelu joutuu kilpailemaan monen muun kiinnostavan ajanvietteen kanssa ja on ehkä osittain hävinnyt niille.

Juovuksissa olemisesta on ehkä tullut myös tyylirikko. Nuoret eivät enää näytä arvostavan kännissä örveltämistä.

Kysely

Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Neutroni
Seuraa 
Viestejä25763
Liittynyt16.3.2005

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

Käyttäjä4809 kirjoitti: Eiköhän syy ole -90 luvulla alkaneen laman menetetyt työpaikat ja samalla supistettu koulutus, minkä seurauksena vuodestä -99 alkaen vanhemmilla ei enää ole ollut niin paljon rahaa annettavaksi nuorisolle. Sekä myös nuorisolle soveltuvien työpaikkojen vähentyminen ja samaan aikaan tapahtunut kohtuuton vuokrien nousu, vasinkin pääkaupunkiseudulla. En tiedä, mutta en usko rahaan. Esimerkiksi kilju, 10 % juoma joka maksaa joitain senttejä litralta, tuntuu olevan...
Lue kommentti
molaine
Seuraa 
Viestejä1187
Liittynyt3.8.2011

Viikon gallup: Mikä mielestäsi raitistaa nuoria?

En kyllä usko, että rahalla on iso merkitys ja veikkaan, että käytettävissä olevat rahat on vain kasvaneet, jos verrataan vaikka omaan nuoruuteen. Ei viina suomessa ole niin kallista, etteikö köyhälläkin olisi varaa dokailla. Oma junnu ei läträä lainkaan viinan kanssa. Iso osa kavereistakaan ei, vaikka osa ilmeisesti jonkin verran lipittelee. Kyllä nuorten asenteet on mielestäni muuttuneet ihan selkeästi. Ehkä alkoholipolitiikka on toiminut? Kotoa ei meillä kyllä tällaista ole opittu...
Lue kommentti

Panterarosa: On selvää, että "Partitava kisaa kurupati-kuvaa" ei oikein aukene kehitysmaalaisille N1c- kalmukinperseille.