Olisinpa näkymätön, toivoo vakoilija, viihdyttäjä ja potteristi. Meillä muilla on aikaa miettiä, miten käyttää näkymättömyysviittaa. Tutkijat uskovat sen tulevan kauppoihin mutta eivät vielä kerro ajankohtaa.


Meillä muilla on aikaa miettiä, miten käyttää näkymättömyysviittaa.
Tutkijat uskovat sen tulevan kauppoihin mutta eivät vielä kerro ajankohtaa.


Julkaistu Tiede-lehdessä 6/2007



Mitä tekisit, jos sinulla olisi varaa näkymättömyyshaalareihin? Kuuntelisit salaa, mitä työpaikan kahvipöydässä puhutaan sinusta? Vai haluaisitko tietää, mitä suurvaltojen edustajat puhuvat kokouksissaan suljettujen ovien takana?

Kysymys ei ole vitsi. Näkymättömyyshaalarit ovat tekeillä. "Kankaan" on suunnitellut englantilainen fyysikko John Pendry, ja tästä niin sanotusta metamateriaalista yhdysvaltalainen tutkija David Smith kollegoineen rakensi viime syksynä laitteen, jota monissa tiedotusvälineissä verrattiin Harry Potterin näkymättömyysviittaan. (Ks. uutisia Näkymättömyysviitasta tulee totta, Tiede 5/2006, s. 5, ja Näkymättömyysviitta valmistui, tiede.fi/uutiset, 27.10.2006.)

Vertaus ontuu vielä aavistuksen. Toistaiseksi viitta näet kätkee vain mikroaaltosilmiltä. Eikä se oikeastaan ole viittakaan, vaan pieni rengasmainen suoja, joka häivyttää litteitä esineitä mikroaaltoilmaisimen näköpiiristä. Mutta tutkijat työskentelevät jo ihka oikean, toisten ihmisten katseilta kätkevän näkymättömyysviitan kimpussa.

Koska he onnistuvat? Mitä kaikkea näkymättömyys edellyttää? Asiaa valaisee Turun yliopiston fysiikan professori Kalle-Antti Suominen.


Vain kaksi perusedellytystä

Mitä näemme, riippuu siitä, millaisella instrumentilla katsomme. Hyvin pienet kohteet eivät erotu ilman mikroskooppia. Mahdottoman suurta taas on vaikea hahmottaa, vaikka se näkyisikin. Havaitaksemme muita säteitä kuin näkyvää valoa tarvitsemme apuvälineitä.

Mutta nyt puhutaan siis sellaisen näkymättömäksi tekemisestä, mikä normaalisti näkyy meidän omilla silmillämme - silmälasien käyttö toki sallitaan.

Näemme esineet siksi, että ne joko heijastavat valoa tai säteilevät sitä itse. Muuttuuko kohde näkymättömäksi, jos siitä tuleva valo saadaan tukahdutettua? Vastaus on vain osittain myönteinen.

- Näkymätön kohde ei saa myöskään estää sen takana olevista esineistä tulevaa valoa, Suominen muistuttaa. - Puhdas ikkunalasi on kohtuullinen esimerkki näkymättömästä. Näkyvä valo yksinkertaisesti läpäisee lasin.

Vielä kerran: katsoja ei siis näe esinettä, jos siitä itsestään tuleva valo saadaan sammutettua ja jos esine lähettää takaansa tulevan valon sellaisenaan edelleen. Kuulostaako helpolta?


Takki tarvitsee kameran

Tokion yliopiston tietojenkäsittelyn ja fysiikan professori Susumu Tachi esitteli ensimmäisen näkymättömäksi tekevän vaatekappaleen 2003. Se oli "valkokankaasta" ommeltu takki.

Takin takaosaan on piilotettu videokamera, joka kuvaa henkilön taustaa. Tietokone käsittelee kuvaa ja välittää sen projektorille, joka heijastaa kuvan takin etumukseen. Näin katsoja näkee palttooseen pukeutuneen läpi. Ovelaa, eikö totta!

Takin salaisuus piilee niin sanotussa RPT-materiaalissa (Retro-Reflective Projection Technology), joka on päällystetty pienillä helmillä. Niistä valo heijastuu takaisin vain suuntaan, josta se kankaaseen osui. Siksi RPT:n kuva on peilimäisen kirkas ja näkyy päivänvalossakin. Tavallinen kiiltävä kangas hajottaa valon moneen suuntaan, ja kuva on himmeä, mikäli sitä ylipäätään näkyy.

Ei Tachin takki kuitenkaan vielä lunasta näkymättömyysvaatteen nimeä, sillä kameran lisäksi se tarvitsee telineeseen kiinnitetyn projektorin. Mutta japanilaistutkijat työskentelevät rajoitteiden minimoimiseksi.

Tavoitteena on joka suunnasta näkymätön vaate, jossa voi liikkua vapaasti ja paljastumatta. Tietokoneiden ja kameroiden nopeutuessa ja pienentyessä homma toteutunee aikoinaan - ehkä jo kymmenen lähivuoden aikana. Samalla tekniikalla voitaisiin myös helposti tehdä "ikkunoita" ja saada  ulkonäkymiä umpinaisiin tiloihin.


Säteily kiertää kuin vesi kiven

Näkymättömyys onnistuu ilman videokameraakin, jos kohteen takaa tuleva valo saadaan kulkemaan sen lävitse, kuten H.G. Wellsin Näkymättömässä miehessä. Toinen tapa on kierrättää valo muuttumattomana kohteen takaa sen eteen.

Esineiden muuttaminen läpinäkyviksi on hankalaa, mutta jälkimmäinen periaate on käyttökelpoinen. Duken yliopistossa työskentelevä David Smith kumppaneineen rakensi näkymättömyysviittansa sen avulla.

Smith piilotti esineen "viitan" keskellä olevaan reikään, ja mikroaaltosäteily ohjautui esineen ympäri samaan tapaan kuin vesi virtaa joessa olevan kiven ohi: kiertää sen, yhtyy taas virraksi kiven edessä ja jatkaa matkaansa kuin koko kiveä ei olisi ollutkaan.

Vaikka Smithin ja kumppaneiden viitta on toistaiseksi noin kymmensenttinen rengas, joka muuttaa näkymättömäksi vain litteän esineen, saavutus on melkoinen.

Rengas ohjaa säteilyä taittamalla sitä, ja temppua varten tarvitaan aivan erityistä ainetta, jonka taitekerrointa voidaan muokata. Näkymättömyys ei ole pelkästään optinen ongelma - vähintään yhtä paljon se on materiaalitieteen pähkinä.


Metamateriaalilla se onnistui

Neuvostoliittolainen fyysikko Victor Veselago esitti jo 1967, että joillakin aineilla voi olla negatiivinen taitekerroin. Ne siis taittavat säteilyä vastakkaiseen suuntaan kuin luonnollinen aine.

Veselagon idea vaipui kuitenkin unohduksiin aina 1990-luvulle asti. Silloin fyysikko John Pendry Lontoon Imperial Collegesta alkoi ihmetellä, miten valo käyttäytyy keinotekoisessa rakenteessa, metamateriaalissa. Pendry suunnitteli teoreettisesti tällaisen materiaalin ja tuli samalla osoittaneeksi, että negatiivinen taitekerroin todella on mahdollinen.

Vuonna 2000 Smith kumppaneineen seurasi Pendryn reseptiä ja valmisti maailman ensimmäisen metamateriaalierän.

Mutta mitä metamateriaalit oikein ovat? Kalle-Antti Suominen selittää, että tavallisen aineen atomeista muodostuu hilarakenne, joka määrää sen optiset ominaisuudet.

- Mutta hilan yksiköiden ei tarvitse olla atomeja. Keinotekoisissa metamateriaaleissa hila muodostuu pienistä virtapiireistä, jotka reagoivat ulkoiseen säteilyyn ja tuottavat oman säteilykenttänsä. Nämä kentät määrittävät metamateriaalin optiset ominaisuudet.

Viime vuoden keväällä Pendry sitten suunnitteli metamateriaalin, jonka taitekerroin muuttuu kohdasta toiseen.

Tämä mahdollisti mikroaaltoja kaitsevan näkymättömyysviitan, sillä säteilyn ohjaaminen esineen ympäri vaatii viitan eri kohdissa erilaista taitekerrointa.

Vain puolisen vuotta myöhemmin Smith seurasi suunnitelmaa ja valmisti toimivan viitan pienistä kuparirenkaista ja virtapiireistä. Toistaiseksi se kätkee vain mikroaalloilta.


Viitta pitää pienentää

Metamateriaalin hilayksiköiden pitää olla kooltaan paljon pienempiä kuin ohjailtavan säteilyn aallonpituus.

Mikroaaltojen pituus on kolmen sentin luokkaa, ja nykyinen viitta koostuu muutaman millimetrin osasista.

Näkyvän valon aallonpituus ulottuu violetin valon noin 400 nanometristä (metrin miljardisosasta) punaisen valon 700 nanometriin. Sitä ohjaavan metamateriaalin osaset saavat olla kokoluokaltaan enintään muutamia kymmeniä nanometrejä.

Saisiko mikroaaltoviitasta pienentämällä oikean, meidän silmiltämme kätkevän näkymättömyysviitan?

Metamateriaalin rakenneosien pienentäminen ei tuota ongelmaa. - Nykyteknologialla pystytään kyllä tähän, Suominen toteaa.

John Pendry vakuuttaa New Scientist -lehdessä, ettei mikroaalloista ole suurikaan harppaus näkyvään valoon, mutta osa tutkijoista ounastelee optisen valon kaitsemista kinkkiseksi tehtäväksi: nanometrin rakenne vaikuttaakin ehkä valoon eri tavoin kuin muutaman millin rakenne mikroaaltoihin. Tämä johtuu siitä, että metallien sähkömagneettiset ominaisuudet muuttuvat koon pienetessä.

Manchesterin yliopiston tutkija Alexander Grigorenko väitti 2005 valmistaneensa optisen valon alueella toimivaa metamateriaalia. Hän ei kuitenkaan pystynyt osoittamaan, että aineella todella oli negatiivinen taitekerroin, joten kunnia jäi kyseenalaiseksi.

Tämän vuoden alussa saksalainen Martin Wegener kumppaneineen valmisti optista metamateriaalia todistettavasti. Näkymättömyysviitan raaka-aineeksi siitä ei vielä ole, sillä se toimii vain, jos valo osuu siihen tietyssä kulmassa. Lisäksi yli puolet valosta pääsee sen läpi.


Sopii sotaan ja viihteeseen

Metamateriaalien kehittely jatkuu, niitä tutkitaan ainakin parissakymmenessä laboratoriossa eri puolilla maailmaa. Kyse ei ole pelkästään näkymättömyysviitoista.

- Sotilastutkimus rahoittaa etenkin Yhdysvalloissa hyvin monenlaisia, jopa perustutkimukseksi luettavia hankkeita. Periaate on usein, että mitään mahdollisuutta ei ole varaa jättää tutkimatta: jos esiin vaikka ponnahtaisi jotain käyttökelpoista. Metamateriaaleja käytetään myös nano-optiikassa, ja niistä saisi tehokkaita linssejä, Suominen kertoo.

Tutkimuksen tiimellyksessä voi syntyä myös kangasta näkymättömyyshaalareihin. Ne tuskin ilmestyvät kauppoihin aivan lähiaikoina, vaikka optimistinen Pendry uumoilee alkeellisen optisen näkymättömyyssuojan kehittelyyn kuluvan vain viitisen vuotta.

Meillä on siis aikaa miettiä, miten hyödyntää näkymättömyyttä. Viihdeteollisuus ottaa siitä ilman muuta kaiken irti, mutta näkymättömyys sopii moneen yllättäväänkin toimintaan. Näkymätön lattia voisi tehdä lentokoneen laskeutumisesta entistä turvallisempaa, ja auton peruuttaminen kävisi näppärästi, jos sen takaseinä olisi näkymätön. Näkymättömiä hanskoja käyttävän kirurgin kädet eivät peittäisi operoitavaa kohtaa.

Kysyn Kalle-Antti Suomiselta, mitä hän tekisi, jos voisi muuttua näkymättömäksi. - Kävisin kuuntelemassa Nobel-komitean istuntoja, ettei tietoa päätöksiin johtaneista keskusteluista tarvitsisi odottaa viittäkymmentä vuotta, hän vastaa.


Leena Tähtinen on tähtitieteen dosentti, vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

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 
Viestejä25797
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 
Viestejä1189
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.