Kiina lähetti avaruuteen kvanttisatelliitin Gobin autiomaasta elokuun lopulla. Se tekee kolmen kuukauden ajan kokeita, jotka voivat mullistaa tiedonvälityksen salauksen. Kuv: CHINA DAILY
Kiina lähetti avaruuteen kvanttisatelliitin Gobin autiomaasta elokuun lopulla. Se tekee kolmen kuukauden ajan kokeita, jotka voivat mullistaa tiedonvälityksen salauksen. Kuv: CHINA DAILY

Jos kvanttisalaus toimii Maan ja avaruuden välillä, taivaalle nousee kvanttisatelliittien verkosto.

Kiina lähetti elokuussa avaruuteen tietoliikennesatelliitin, joka käyttää ja testaa kvanttiviestintää. Noin 600 kilon painoinen satelliitti kohosi taivaalle Jiuquanin avaruuskeskuksesta Gobin autiomaasta.

Kiina kutsuu laitetta kvanttitieteelliseksi satelliitiksi Quessiksi. Sille on annettu myös nimi Mozi muinaisen kiinalaisen filosofin mukaan. Mozi teki aikoinaan ensimmäisiä optisia eli valoon liittyviä kokeita.

Tällä kertaa fyysikot testaavat avaruudessa oudompaa valon ja hiukkasten käyttäytymistä. He kokeilevat, lomittuvatko valohiukkaset eli fotonit häiriöttä avaruuden tyhjässä tilassa ja pitkienkin matkojen päästä.

Lomittumisessa kahden tai useamman hiukkasen tai niiden systeemin ominaisuudet vaikuttavat toisiinsa, vaikka ne ovat erillään ja hyvinkin kaukana toisistaan.

Kärjistäen: jos kahta kvanttinoppaa heitetään Maassa ja Kuussa samaan aikaan, ne molemmat antavat saman numeron.

Ilmiö toimii atomien ja sitä pienempien hiukkasten maailmassa, jossa on omat kvanttimekaaniset lakinsa. Se tuntuu arkijärjen vastaiselta, mutta sitä on testattu lukemattomia kertoja Maan päällä eri kokeissa. Niitä on tehty niin massattomilla valohiukkasilla kuin massallisillakin hiukkasilla.

Maan päällä hiukkasten etäisyyttä toisistaan on venytetty kokeissa yhä suuremmaksi ja testattu, miten kaukaa tämä kvantti-ilmiö voi toimia.

Jonkinlainen maailmanennätys lomittumisessa on nyt 143 kilometriä. Kokeen toteutti Kanarian saarilla laserien avulla itävaltalainen valokvanttien tutkija, fyysikko Anton Zeilinger vuonna 2012. Nyt kvanttikokeet ovat siirtymässä avaruuteen, pieneen paineeseen ja painovoimaan.

Hanketta avaruudessa johtaa kiinalainen fyysikko Pan Jianwei, joka väitteli tohtoriksi Wienin yliopistossa juuri fyysikko Zeilingerin opeissa.

Zeilinger on mukana myös Kiinan satelliittihankkeessa. Hän on yrittänyt käännyttää Euroopan avaruusjärjestöä Esaa samanlaiseen kokeeseen jo vuodesta 2001, mutta Esa on pitänyt hanketta liian kalliina.

Satelliitti Quess tekee kokeita kolme kuukautta. Satelliitissa on kide, jonka avulla voidaan tuottaa lomittuneita fotonipareja. Tieto niistä eli niin sanottu kvanttiavain välitetään Maahan.

Jos koe onnistuu, Kiina lähettänee avaruuteen 2020-luvun aikana satelliittien verkoston, joka käyttää viestinnässä ns. kvanttisuojausta. Siinä kvanttien tilan avulla voidaan vahtia, ettei kukaan pääse lukemaan salattuja viestejä.

Tulevaisuudessa kaikki muutkin satellittit siirtyisivät melko varmasti käyttämään kvanttisalausta. Suuri osa maailman satelliiteista on sotilaallisia tai viestintäsatelliitteja. Molemmille tiedon salaaminen on hyvin tärkeää. Nykyisellään viestien välitystä voidaan vakoilla, ja niin tehdään.

Quess kiertää maata noin 500 kilometrin korkeudessa, ja sen kiertoaika Maan ympäri on 90 minuuttia. Siksi se voi olla yhteydessä yhdelle maa-asemalle vain lyhyen aikaa.

”Nyt tutkijat voivat tarkistaa, lomittuvatko hiukkaset jopa 1 200 kilometrin päässä toisistaan”, sanoo kvanttikaasuihin ja -nesteisiin Turun yliopistossa perehtynyt fyysikko ja vapaa tiedetoimittaja Jarmo Wallenius.

”Lomittuneiden fotonien käyttäytymistä voidaan nyt testata Maan teleskooppien ja satelliitin välillä”, sanoo Wallenius.

”Avaruudessa fotonien pitäisi kuitenkin säilyttää tilansa vielä paremmin ja pitemmillä matkoilla, koska siellä vallitsee lähes tyhjiö.”

Häiriöitä on siis kvanttien viestinnässä paljon vähemmän.

Tutkija seurasi kopista, tajusivatko sudet ja koirat vihjeitä ruokapalan sijainnista. Kuva: Caroline Ritter

”Koirat ovat tottuneet saamaan ruokaa meiltä, kun susien pitää luonnossa hankkia se itse”, tutkija pohtii.

Koirat ovat tutkimusten mukaan susia parempia seuraamaan ihmisen antamia vihjeitä kuten esineiden osoittamista.

Koirat myös pyytävät herkemmin ihmisen apua kohdatessaan liian vaikean pulman.

Sudet sen sijaan oppivat tarkkailemalla lajitovereidensa käytöstä ja poimivat vihjeitä ihmisen puuhista silloinkin, kun toiminta ei kohdistu niihin.

Tuoreessa tutkimuksessa katsottiin, miten sudet ja koirat ymmärtävät syyn ja seurauksen suhteita. Tutkimus julkaistiin tiedelehdessä Scientific Reports.

Sudet suoriutuivat tehtävässä paremmin kuin koirat. Tulos viittaa siihen, että koirat ovat ihmisen kumppaneina ehkä menettäneet jonkin verran kykyjään ratkaista ongelmia itse

Tutkija istui puisessa kopissa, edessään kaksi purkkia. Eläinten piti arvata suorista tai epäsuorista vihjeistä, kummassa on ruokaa.

Kokeessa oli 12 tarhasutta ja 14 ihmiseen tottunutta, mutta laumassa elävää koiraa. Verrokkeina oli 14 lemmikkikoiraa.

Ensin tutkija vihjasi eläimille kuppia osoittamalla tai sitä katsomalla, kummalla puolella ruokapala on. Tässä sudet ja koirat pärjäsivät yhtä hyvin ja valitsivat oikean puolen useammin kuin sattuma selittäisi.

Toisessa osiossa tutkija yritti käytöksellään osoittaa ruokapalan sijainnin. Hän otti käteensä ensin tyhjän rasian, tutki sitä hetken ja laittoi sen takaisin pettyneen näköisenä.

Sitten tutkija tarttui ruokapalan sisältävään kippoon innoissaan ja yritti avata sitä pontevasti. Vihje meni ohi sekä koirilta että susilta.

Viimeisessä kokeessa testattiin syyn ja seurauksen tajuamista. Siitä suoriutuivat vain sudet.

Tutkija piiloutui pöydän alle ja ravisti purkkeja siiman avulla. Ruokapalan sisältävä kuppi piti ääntä ja toinen heilui hiljaa tyhjänä.

Toisessa päättelykokeessa pöydälle oli ruoka­palan puolelle asetettu pieni valkoinen koroke – tutkija oli edelleen näkymättömissä.

Sudet keksivät ruokapalan sijainnin noin 70 prosenttia ajasta, kun kumpikin koiraryhmä onnistui alle 50-prosenttisesti.

Tutkijoiden mukaan tulos viittaa siihen, että koirilta puuttuu sellainen itsenäinen päättelykyky, jota sudet tarvitsevat luonnossa.

”Ero voi johtua siitä, että sudet tutkivat asioita sinnikkäämmin. Koirat ovat tottuneet saamaan ruokaa meiltä, kun susien pitää luonnossa hankkia se itse”, sanoo tutkimusta johtanut Michelle Lampe tiedotteessa. Linkistä voi myös katsoa videon koejärjestelyistä.

Koirien huonompaa suoriutumista päättelytestissä voi selittää tutkijoiden mukaan myös se, että ne hämääntyivät, kun ihminen yhtäkkiä katosi näkymättömiin.

Kenties ne alkoivat etsiä ihmistä eivätkä kyenneet sen takia seuraamaan niille annettuja vihjeitä.

Toisaalta tutkijat huomauttavat, että tämä hypoteesi ei selitä aiemmissa tutkimuksessa saatuja havaintoja. Niissä koirat eivät onnistuneet ratkaisemaan erästä pulmalelua, vaikka ihminen kannusti koko ajan vieressä.

Sudet sen sijaan ratkaisivat pähkinän yhtä hyvin riippumatta siitä, oliko ihminen vieressä vai ei.

Tiedehuumorilehti jakaa joka vuosi Ig Nobel -palkinnot tutkimuksille, jotka kuulostavat järjettömiltä ja naurattavat, mutta panevat sitten miettimään.

Arvovaltaisessa British Medical Journalissa on aivan oikeasti julkaistu tutkimus, jossa pohditaan, miksi vanhoilla miehillä on niin isot korvat.

Australialainen tutkimusryhmä on puolestaan selvittänyt vuonna 2010, miten elävän krokotiilin läheisyydessä oleminen vaikuttaa ihmisen haluun pelata uhkapelejä.

Eräs ranskalainen matemaatikko myös pohti virtausdynamiikan keinoin, ovatko kissat kiinteitä vai nestemäisiä - nehän näyttävät mukautuvan minkä tahansa laatikon tai kulhon muotoon, johon ne itsensä työntävät.

Nyt kaikki nämä tutkimukset ja liuta muita ovat saaneet huumori-Nobelin, Annals of Improbable Research-lehden jakaman vuosittaisen palkinnon.

Palkintoseremonia pidettiin tuttuun tapaan Harvardin yliopistossa. Jokainen voittaja kuittasi shekkinä kymmenen biljoonaa Zimbabwen dollaria, joka siis inflaation ansiosta on käytännössä arvotonta rahaa.

Huumori-Nobelien perinne on jatkunut vuodesta 1991. Vaikka tutkimusten aiheet kuulostavat vitseiltä, ne on kuitenkin julkaistu oikeissa tiedelehdissä ja tutkimusten taustalla on vilpitön pyrkimys ratkaista jokin tieteellinen ongelma.

Esimerkiksi kissojen olomuotoa pohtineen artikkelin kirjoittanut fyysikko Marc-Antoine Fardin kertoo The Guardian -lehdessä, että ajatus lähti internetin absurdeista kissakuvista. Kissojen venyvyyttä pohtimalla ja laskemalla hän pystyi kuitenkin valottamaan olennaisia asioita siitä, miten nesteet toimivat.

Sveitsiläinen tutkimusryhmä puolestaan sai palkinnon tutkimuksesta, joka käsitteli Australian aboriginaalien didgeridoo-puhallinsoitinta. Ryhmä osoitti, että didgeridoon soittaminen voi lieventää uniapneasta kärsivien oireita ja vähentää kuorsaamista. Eräs tutkijoista on sittemmin vaihtanut uraa täyspäiväiseksi didgeridoon soiton opettajaksi.

Maailmassa on yksi mies, joka on voittanut sekä huumori-Nobelin että oikean Nobelin. Vuonna 2000 fyysikko Andre Geim sai vitsinobelin tutkimuksestaan, jossa hän sai sammakon leijumaan käyttäen hyväkseen magneetteja ja veden diamagneettisia ominaisuuksia.

Geim sai myöhemmin Nobelin fysiikan palkinnon grafeenin ominaisuuksiin liittyvistä tutkimuksistaan.

Tämän vuoden huumoripalkinnon saajista mainittakoon vielä tutkimus, jossa selvitettiin magneettikuvauksella, miten paljon jotkut ihmiset inhoavat juustoa, ja espanjalais-italialaisen ryhmän havainto, että identtisten kaksosten on vaikea tunnistaa itseään valokuvista.