Osallistuin hiukkasfyysikoille suunnattuun LHC:n löytöjä koskevaan kyselyyn, joka on osa fysiikan historian ja filosofian tutkimusprojektia The Epistemology of the Large Hadron Collider. Projektin eräs tarkoitus on selvittää, miten teoreetikkojen käsitykset vaikuttavat havaintojen tulkintaan ja kehittyvät havaintojen myötä.

Mielenkiintoista on se, että kyselystä tulee uusia kierroksia LHC:n kokeiden etenemisen myötä. Ensimmäiset kysymykset tulivat kokeiden alkaessa, toiset nyt uuden hiukkasen löydyttyä. Näin saadaan realistinen kuva siitä, miten tutkijoiden näkemykset kehittyvät. On helppo jälkeenpäin muistaa väärin, että alun perinkin piti luultavina juuri niitä tuloksia jotka löytyivät, tai että ei koskaan ollutkaan vakavissaan niistä malleista, jotka osoittautuivat vääriksi. Tätä näkyy tutkimusyhteisössä paljon. Minua hieman harmittaa, että en ole merkinnyt vastauksiani muistiin, olisi kiinnostavaa seurata omien muistikuvien muutosta.

Kyselytutkimuksen tekijät selvästi tuntevat paitsi fysiikan teoriat, myös fyysikkoyhteisön sosologian. Lomakkeessa esimerkiksi kysyttiin, mikä on luultavin selitys uudesta hiukkasesta: onko se Standardimallin Higgsin hiukkanen, osa laajempaa Higgsin hiukkasten kokonaisuutta (esimerkiksi Standardimallin pienimmässä supersymmetrisessä laajennuksessa on viisi Higgsin bosonia) vai kenties jotain muuta, liittyykö se esimerkiksi tekniväriin tai ylimääräisiin ulottuvuuksiin. Toisaalta kysyttiin erikseen sitä, mikä on oma suosikki näistä teorioista. Tällainen tarkkailu tekee tietoiseksi siitä, millä perustein itse arvioi teorioita, ja on kiinnostavaa huomata vastaavansa näihin kahteen kysymykseen eri tavalla.

LHC on erityisen otollinen kohde tällaiselle tutkimukselle, koska hiukkaskiihdyttimissä ei ole vuosikymmeniin näkynyt mitään odottamatonta, joten teoreettisen hiukkasfysiikan linjat ovat pitkään määräytyneet esteettisten näkemysten ja muotivirtausten mukaan. Kosmologia on toki tarjonnut paljon uusia havaintoja, mutta niiden tulkinta hiukkasfysiikan puitteissa ei ole yhtä yksiselitteistä kuin kiihdytinkokeiden, joissa olosuhteet ovat tarkkaan hallinnassa ja kokeita voi toistaa monta kertaa. Se, että LHC ei ole nähnyt mitään uutta on jo saanut fyysikkojen yhteisön kyseenalaistamaan esteettisiä uskomuksiaan.

Kommentit (17)

Pentti S. Varis

Vastaavanlainen pitkän aikavälin tutkimus voisi koskea fyysikkojen näkemyksiä sub-planckisesta ja tavallisesta vakuumista, sen olemassaolosta ja rakenteesta, sen yhteydestä esim. teleportaatioon ja kvanttilomittumiseen jne. Vai onko universumi suuri kvanttitietokone? Aika monethan ovat jo hylänneet suppeamman suhteellisuusteorian myötä omaksumansa näkemyksen, että mitään vakuumia ei tarvita eikä sitä siis ole (vaikka Einstein itse ei vakuumia suinkaan hylännyt).

Myös kenttien olemus olisi monia kiinnostava avoin kysymys. Millä tavalla energia menee esim. törmäyttimessä kenttiin aiheuttaen hiukkasen ilmitulon kaikkine täsmällisine ominaisuuksineen. Siis millaisia ja missä sijaitsevia ovat kenttien reaalivastineet vakuumissa, jos niitä onkaan? Tätähän taisi mm. Wheeler taannoin pohtia sähkökenttien osalta.

Varsin ajankohtainen pohdinnan kohde voisi olla kysymys dekoherenssin todellisesta "voimasta" eri systeemeissä, esim. biologiassa. Enqvistin mukaanhan siirtyminen kvanttisesta klassisen tilaan perustuu täydelliseen dekoherenssiin, mutta toisenlaisiakin näkemyksiä näkee esitetyn tiedejournaaleissa ja voimakkaimmin ehkä Vlatko Vedralin äskettäisessä Sci.Am -artikkelissa (june 2011).

Syksy Räsänen

Pentti S. Varis:

Vakuumi on olennainen osa hiukkasfysiikan ja kosmologian käsitteistöä. Sillä ei kuitenkaan ole mitään tekemistä kvanttiteleportaation tai lomittumisen kanssa. Tuon tutkimusprojektin ideana on seurata tutkijoiden käsityksiä aiheesta, joka on keskeinen tiedeyhteisössä ja josta tulee uusia koetuloksia, jotka muuttavat käsityksiä.

Pentti S. Varis

Jätin äskeisessä kolmannessa kappaleessa ajattelematta, että joidenkin tutkimusten mukainen osittainen dekoherenssi ilmeisesti jättää jonkun systeemin osa-alueista kvanttitilaan, kun taas toinen osa muuttu klassiseksi. Esimerkiksi fotosynteesissä voisi olla tällaisia "dikotomisia" alueita, samoin linnun silmässä. Eli Enqvist voi olla sinänsä oikeassa tulkitessaan klassiset oliot täysin dekoheroituneiksi.

Metusalah

"On helppo jälkeenpäin muistaa väärin, että alun perinkin piti luultavina juuri niitä tuloksia jotka löytyivät, tai että ei koskaan ollutkaan vakavissaan niistä malleista, jotka osoittautuivat vääriksi. Tätä näkyy tutkimusyhteisössä paljon."

Olen ollut koko ikäni kiinnostunut psykologiasta, vaikka sen alan ihmisiä en itse olekaan. Tuo Syksyn edellä kirjoittama fakta on todella tärkeä ja mielenkiintoinen, koska se pätee minun käsitykseni mukaan kaikilla elämän osa-alueilla, ja se koskee (edelleen oman ymmärrykseni mukaan) kaikkia ihmisiä; myös itseäni. Minulla on kirjoituspöytäni laatikossa dokumentoituna useita tapahtumia elämäni varrelta, joissa joku ihminen - jopa minä itse - muistaa virheellisesti tärkeän asian vuosien takaa ja lähes aina omaksi edukseen!

Pentti S. Varis

Kun Kuun synnyn kertymäteoria, fissioteoria, sieppausteoria jne. hylättiin, keksittiin heti uusi teoria, törmäysteoria. Siinä toinen planeetta Theia törmää protomaahan ja aiheuttaa aineryöpyn, josta sitten Kuu muodostuu. Suuri osa tiedeyhteisöstä omaksui törmäysteorian kritiikittä, voitiinhan sitä simuloidakin tietokoneella, mutta jotkut silti epäilivät.

Esimerkiksi törmäysteorian kanssa ristiriidassa olevasta Maan ja Kuun ainekoostumuksen huomattavasta samankaltaisuudesta kerrottiin Naturessa jo 80-luvulla. Myöskään törmäykseen ilmeisesti liittyvästä valtavasta savupilvestä ei ole merkkiäkään. Nyttemmin Maan ja Kuun isotooppikoostumus on osoittautunut identtiseksi ja törmäysteorian parametrejä on yritetty rukata - lähes tuloksetta:

http://www.sciencedaily.com/releases/2012/08/120829064827.htm

Jokainen Kuun synnystä kiinnostunut tieteilijä voisi nyt "mennä itseensä" ja arvioida, pitääkö vielä kiinni törmäysteoriasta vai ryhtyäkö etsimään taas uutta ratkaisua. Samalla voisi arvioida myös omaa herkkäuskoisuuden astettaan; uskoako mahdottomuuteen, kun tiedeyhteisö niin sanoo, vai ollako avoin uudelle, isotooppikoostumuksen identtisyyden selittävälle visiolle.

Tapio Kulmala

Mielenkiintoinen olio tuo "vakuumi", siitähän on puhuttu jo satakunta vuotta, vaikka "virallisesti" suppea suht.teoria sen olemassaolon onkin kieltänyt - avaruus olisi siis "tyhjä", ellei satu jotain ainemöhkälettä kohdalle. Mutta mennään tähän päivään: Miten voisi kuvata "Higgsin kentän" ja "vakuumin" suhdetta ?

Metusalah

Uutinen 9.10.2012: "Tämän vuoden fysiikan Nobel-palkinnot on myönnetty ranskalaiselle Serge Harochelle ja amerikkalaiselle David Winelandille. Miehet saivat palkinnon työstään hiukkasfysiikassa."

Ihan uteliaisuuttani kysyn Syksyltä, kuinka hyvin mahdollisesti tunnet ko. herrat ja heidän tutkimuskohteensa?

Syksy Räsänen

Metusalah:

Tämän vuoden Nobel-palkinto ei ole hiukkasfysiikan alalta, vaan kvanttioptiikasta. En tunne tuota tutkimusta enkä sen tekijöitä.

Susanna

"On helppo jälkeenpäin muistaa väärin, että alun perinkin piti luultavina juuri niitä tuloksia jotka löytyivät, tai että ei koskaan ollutkaan vakavissaan niistä malleista, jotka osoittautuivat vääriksi. Tätä näkyy tutkimusyhteisössä paljon. Minua hieman harmittaa, että en ole merkinnyt vastauksiani muistiin, olisi kiinnostavaa seurata omien muistikuvien muutosta."

Minun mielestä tutkijan tärkein ominaisuus onkin itsensä tarkkailu. On tietoinen omasta kehityksestään ja siitä miten oma ajattelu kehittyy. Välillä tuntuu, että liian harvoin tiedeyhteisössä kukaan uskaltaa rehellisesti sanoa ääneen, että mitä mieltä itse on (kaikki ovat samaa mieltä). Minulle ainakin kehittävimmät askeleet omassa ajattelussa on tapahtunut silloin, kun olen sanonut suoraan oman mielipiteeni ääneen ja joku on tyrmännyt sen. On sitten jäänyt oman kokemuspohjansa varaan miettiä, että onko toisen kommentissa mitään järkeä ja tulisiko omaa näkemystä muuttaa. Mielipiteiden laukominen julkisesti jäsentää kuitenkin mielen muistipolkua ja kehittää itsenäistä ajattelua. Olen ollut hyvin monta kertaa yksin väärässä, mutta nykyään yhä useammin oikeassa (muiden kanssa).

Hyvä otsikko.

Metusalah

YLE:n eilisessä uutisessa mainittiin ihan otsikkotasolla, että fysiikan nobel annettiin *hiukkasfysiikan tutkijoille*. Lisäksi uutisessa kerrottiin uusista *hiukkastietokoneista*. Olisiko tässä nyt tarvittu sitä Petri Riikosen peräänkuuluttamaa "tiedejournalistia"? :-)

Tapio Kulmala

Kiitos edellisestä vastauksesta ! Tässä kävi tietenkin niin, että vastaus synnytti seuraavan kysymyksen: Miten voisi luonnehtia kvanttikenttäteorian käyttämää "vakuumia" , siis sitä jota suppea suht.teoria (STR) ei sitten kieltänytkään, kuten asian tulkitsin.
Hyppään vielä STR:n ja jopa yleisen suht. teorian (GTR) jälkeiseen aikaan: Einsteinin kerrotaan hahmotelleen v. 1920 alkaen jonkinlaista GTR:n "eetteriä" ikäänkuin anteeksipyyntönä sille, että tiedeyhteisö (ml. Einstein itse) 1900-luvun alussa hylkäsi 1800-luvulla syntyneen "valo-eetteri" hypoteesin (perusteena oli tuolloin Michelson-Morley kokeen antama ns. nolla-tulos, eli "eetteri-tuulta" ei havaittu ainakaan tuon ajan interferometri-tekniikalla). Einstein ilmeisen "kaukoviisaasti" lähti siitä, että universumissa tarvitaan jonkinlainen "väliaine", joka mahdollistaa erilaiset fysikaaliset vuorovaikutukset (gravitaatio, sähkömagn. ilmiöt). Onko tämän päivän teoreettisilla fyysikoilla mitään tuntumaa tuohon "GTR:n eetteriin", ja jos on, niin mikä tuon Einsteinin "relativistisen" eetteri-käsitteen rooli voisi olla esim. nykyisessä hiukkasfysiikan tutkimuksessa ja/tai kosmologiassa ?

Pentti S. Varis

@Tapio Kulmala:

Tämän hetken edistyksellisin vakuumi -kehitelmä on varmaan Hagen Kleinertin ydinideoihin perustuva Planckin-Kleinertin kide, josta seuraavassa. Kyseessä ei kuitenkaan ole varsinaisesti kvanttikenttiin tai Einsteinin tutkimuksiin liittyvä asia. Sen verran kiinnostava kuitenkin, että esim. nobelisti t´Hooft on innostunut ja alkanut kehittää omaa teoriaversiotaan. Ja johan Newton spekuloi kiteisestä maailmankaikkeudesta..

http://en.wikipedia.org/wiki/World_crystal

Pentti S. Varis

Onko maailma todella syntynyt niin kuin kannatetuin teoria, Big Bang, sanoo. Tälläkin visiolla on toisinajattelijansa, joista kuuluisimpia olivat nobelisti Hannes Alfven ja nerokas Thomas Gold. Esimerkiksi Halton Arp ja sadat muut tieteilijät, suomalaisista mm. Tuomo Suntola, allekirjoittivat BB-teorian tutkimuksen ylivaltaa vastustavan kirjelmän 2004. Vaikka uudempi satelliitein saatu tieto on paljolti tukenut BB-ideologiaa, eivät kaikki ole sittenkään tyytyväisiä. Monet ilmiöt, jotka ovat sopusoinnussa BB-idean kanssa voitaisiin ehkä tulkita toisinkin. Esimerkiksi Sean Caroll (tunnettu kosmologi) arvelee selityksen löytyvän braaneista. BB-teoria onkin koherentti vain muutamien heikohkosti perusteltavissa olevien oheishypoteesien kuten inflaation ja pimeän aineen ansiosta.

Netti pursuaa BB-teorialle vaihtoehtoista tai sitä vastustavaa aineistoa, jota tuottavat sekä arvostetut tutkijat kuten Narlikar, että asiaa tarkemmin tuntemattomat maallikot. Runsaasta aineistosta valittakoon vaikka yksi kiintoisimmista, intialais-norjalainen kosmologi Anup Raj teorioineen. Hänen mukaansa kosmoksessa on käynnissä jatkuva, kaikkiin mittakaavoihin ulottuva itseorganisaatio, jonka tuloksena avaruuden ilmiöt hahmottuvat:

http://www.cosmology.in/universe/newview.htm

Ja todella, Anup Rajin kuvat kosmologisista kohteista muistuttavat aika lailla kehittymässä olevia matemaattisia fraktaaleja:

http://www.google.fi/#q=fractal-recursions.com&hl=fi&sa=G&tbs=vid:1&tbo=...

Erik S

Aika-avaruudesta ei yleisen suhteellisuusteorian mukaan voi kaiketi siirtyä informaatiota valonnopeutta nopeammin jostain kohteesta.
Eikö teleportaatio tapahdu valonnopeutta nopeammin? Kulkeeko kvanttikentän kautta informaatio vai havaitaanko ilmiöt vain ulkopuolisen silmin samanaikaisesti ilman että inforamaatiota siirtyy tilojen välillä?

Syksy Räsänen

Erik S:

Pääsääntöisesti en vastaa kysymyksiin, jotka eivät liity merkinnän aiheeseen.

Seuraa 

Maailmankaikkeutta etsimässä

Blogin päivittäminen on päättynyt.

Syksy Räsänen on teoreettinen fyysikko Helsingin yliopistossa. Syksy kirjoittaa kosmologiasta, hiukkasfysiikasta ja niiden tekemisestä, tai ainakin asioista sinne päin.

Teemat

Blogiarkisto