Kun katsoo vaikka kiveä, on vaikea ymmärtää, että se on suurimmaksi osaksi tyhjää. Tieteessäkin ajatusta oli vaikea sulattaa.


Tieteessäkin ajatusta oli vaikea sulattaa.




Aine koostuu atomeista, jakamattomista perusosasista, jotka kieppuvat tyhjyydessä toisiinsa törmäillen. Näin päättelivät antiikin Kreikassa Leukippos ja Demokritos.

Jos siis aine koostuu osista, siinä pitää olla myös osasten välistä tyhjää tilaa. Tämän hyväksyminen oli ratkaiseva askel kohti aineen ymmärtämistä. Leukippos ja Demokritos tunnetaan atomien isinä, mutta he olivat samalla myös tyhjyyden isiä.

Kun luonnontieteen tutkimus uuden ajan alussa heräsi eloon, tyhjyyden mahdollisuus tyrmättiin niin pienessä kuin suuressakin mitassa. Eräät filosofit, vaikutusvaltainen René Descartes etunenässä, olivat tietävinään, että tyhjä avaruus on jo pelkkänä ajatuksena mahdoton. Tyhjyys on "ei mitään", eikä "ei mitään" voi olla olemassa.


Avaruuden täytti eetteri

Jotkut luonnontieteilijät yrittivät kyllä väittää ilmanpaineen pienenemisen ylemmäksi noustessa merkitsevän sitä, että jossain kohtaa ilma loppuu ja alkaa tyhjä avaruus. Painemittarin lasiputkeenkin näytti syntyvän tyhjiö, kun elohopean pinta laskeutui sen sisässä ilmanpaineen määräämälle tasolle. Mutta Descartesin filosofin ja matemaatikon sana painoi enemmän: tyhjyyttä ei ole olemassa, aine on luonteeltaan jatkuvaa.

Descartesin mukaan avaruuden täytti näkymätön aine, eetteri. Tavallinen aine muodostui tämän eetterin tihentymistä, pyörteistä.

Eetteriteoriasta tuli yleisesti hyväksytty oppi. Vasta kun fyysikot ja kemistit parisataa vuotta myöhemmin aloittivat aineen järjestelmällisen kokeellisen tutkimisen, aineen atomirakenne alkoi pikkuhiljaa paljastua ja eetteri sai väistyä.


Kemistit keksivät atomin

Englantilainen kemisti John Dalton toi atomit takaisin luonnontieteisiin. Hän esitti 1805, että kemiallisten reaktioiden systematiikka on selitettävissä olettamalla alkuaineiden koostuvan alkeellisista osista, atomeista.

Kunkin aineen atomeilla on niille tunnusomainen massa. Kemiallisessa reaktiossa atomit muodostavat molekyylejä - ajateltiin, että niissä on ikään kuin koukkuja ja lenkkejä, joiden avulla ne kytkeytyvät toisiinsa.

Fyysikot eivät aluksi pitäneet Daltonin atomiteoriaa uskottavana saati hyödyllisenä. Niitä harvoja, jotka väittivät toista, arvosteltiin ankarasti.

Eräs johtava fysiikan lehti kielsi Ludwig Boltzmannia kirjoittamasta atomeista ja molekyyleistä muina kuin pelkkinä teoreettisia tarkasteluja helpottavina oletuksina. Boltzmann oli kehittänyt  kaasuille tilastollisen teorian, joka oli ensimmäinen merkittävä aineen mikrorakenteeseen perustuva fysiikan teoria.


Einstein antoi tukea

Albert Einstein oli atomipuolueen innokas kannattaja. Hän sai fyysikkokunnan lopulta hylkäämään eetterin ja uskomaan, että atomit ja molekyylit ovat aineen todellisia osia, eivät pelkkää teoreettikkojen kuvittelua.

Einstein julkaisi 1905 tutkimuksen molekyylien törmäyksistä nesteessä uiskenteleviin pieniin ainehiukkasiin. Kun tällaista hiukkasta tarkastelee mikroskoopilla, sen huomaa tekevän satunnaista siksakliikettä. Ilmiö oli tunnettu jo pitkään, mutta kukaan ei osannut selittää sitä. Einstein väitti liikkeen johtuvan molekyylien törmäyksistä hiukkaseen ja perusteli väitteensä Boltzmannin tilastollisen teorian avulla.

Silloin tällöin - Einstein laski kuinka usein - hiukkasen toiselle puolelle iskeytyy huomattavasti enemmän molekyylejä kuin vastakkaiselle puolelle ja hiukkanen saa kovan potkun enemmistön määräämään suuntaan. Tämä selittää hiukkasen poukkoilun.

Tarkat mikroskooppiset mittaukset varmistivat pian Einsteinin laskelmat oikeiksi. Myös atomien ja molekyylien koolle pystyttiin näiden mittauksien perusteella esittämään arvio, kuten Einstein oli ennakoinut.


Atomista irtosi osia

Atomi tarkoittaa kreikan kielessä jakamatonta, mutta fyysikot saivat huomata, etteivät atomit olleet nimensä veroisia. J. J. Thomson tutki niin sanottuja katodisäteitä eli sähkökentän metallista irrottamia hiukkasia ja päätteli niiden olevan atomin osia, elektroneja. Tämä tapahtui jo 1897. Samoihin aikoihin löydettiin  uraanin lähettämä beetasäteily, jossa myös on kyse elektroneista.

Aineesta tiedettiin irtoavan myös isompia osia. Ernst Rutherford huomasi, että eräät radioaktiiviset aineet lähettävät beetasäteilyn lisäksi heliumia, toiseksi kevyintä alkuainetta. Hän kutsui tätä säteilyä alfasäteilyksi.

Säteilyn ominaisuuksia selvitettiin tutkimalla, miten alfahiukkasten kulku muuttuu, kun ne ammutaan ohuen metallikalvon läpi. Tehtiin yllättävä havainto: suurella nopeudella metallikalvoon osuvat hiukkaset ponnahtivat silloin tällöin takaisin tulosuuntaansa.


Aine keskittyi ytimeen

Rutherford päätyi eri vaihtoehtoja tutkittuaan siihen, että atomissa on kova ydin, johon lähes kaikki atomin aine on keskittynyt. Kun jotkin alfoista sattuivat osumaan tähän pieneen mutta raskaaseen ytimeen, ne kimposivat siitä takaisin kuin jalkapallo maalitolpasta.

Heti ei huomattu, että aineen rakenteen selvittämisessä oli tehty suurin edistysaskel sitten muinaisten kreikkalaisten atomihypoteesin.

Atomi koostuu pienestä ytimestä ja ydintä tuhansia kertoja kevyemmistä elektroneista sekä suunnattomasta määrästä tyhjää tilaa niiden välillä. Jos ydin olisi jalkapallo, hiekanjyvän kokoiset  elektronit kiertelisivät sitä satojen metrien etäisyydellä.

Tätä kuvaa ei alkuun pidetty uskottavana. Ongelma oli atomin pysyvyys: miten moinen hutera rakennelma voisi säilyä ehjänä ja muodostaa kiinteää ja kovaa ainetta, kuten kiveä ja rautaa? Eikö sittenkin uskottavampi ollut esimerkiksi Thomsonin esittämä malli, jossa atomit olivat umpiaineisia palloja, vaikka se ei näyttänytkään selittävän alfahiukkasten siroamista taaksepäin.

Kiistelty näkemys atomin rakenteesta sai pian tuekseen uuden teoriaan, kvanttimekaniikan - josta niin ikään kiisteltiin alkuun. Se kuitenkin selitti mainiosti, miksi atomi on pysyvä, vaikka on tyhjää täynnä (ks. s. 36).


Jukka Maalampi on Jyväskylän yliopiston fysiikan professori.

Kätevä sana on valunut moneen käyttöön.

Makea vesi kuuluu elämän perusedellytyksiin. Siksi tuntuu itsestään selvältä, että vesi-sana kuuluu suomen kielen vanhimpiin sanastokerroksiin.

Se ei kuitenkaan ole alun perin oma sana, vaan hyvin vanha laina indoeurooppalaisista kielistä, samaa juurta kuin saksan Wasser ja englannin water.

Suomensukuisissa kielissä on toinenkin vettä merkitsevä sana, jota edustaa esimerkiksi saamen čáhci, mutta sen vastine ei syystä tai toisesta ole säilynyt suomessa. Ehkäpä indoeurooppalainen tuontivesi on tuntunut muodikkaammalta ja käyttökelpoisemmalta.

Tarkemmin ajatellen vesi-sana on monimerkityksinen. Luonnon tavallisimman nesteen lisäksi se voi tarkoittaa muunkinlaisia nesteitä, kuten yhdyssanoissa hajuvesi, hiusvesi tai menovesi.

Vesiä voi erotella käsittelyn tai käyttötarkoituksen mukaan, vaikka Suomen oloissa juomavesi, kasteluvesi ja sammutusvesi ovatkin usein samaa tavaraa. Sade- ja sulamisvesistä tulee varsinkin asutuskeskuksissa viemäröitävää hulevettä. Murteissa hulevesi tarkoittaa tulvaa tai muuta väljää vettä, esimerkiksi sellaista, jota nousee sopivilla säillä jään päälle.

Luonnon osana vesi voi viitata erilaisiin vedenkokoumiin, etenkin järviin. Suomen peruskartasta löytyy satoja vesi-loppuisia paikannimiä, joista useimmat ovat vesistönnimiä, kuten Haukivesi, Hiidenvesi tai Puulavesi.

Useat vesien rannalla olevat asutuskeskukset ovat saaneet nimensä vesistön mukaan. Vesi-sana ei enää suoranaisesti viittaa veteen, kun puhutaan vaikkapa Petäjäveden kirkosta tai Ruoveden pappilasta.

Vesi-sanasta on aikojen kuluessa muodostettu valtava määrä johdoksia ja yhdyssanoja. Näistä suuri osa on vanhoja kansanomaisia murresanoja, kuten vetelä, vetinen, vetistää ja vettyä.

Vesikosta on muistona enää nimi, sillä tämä vesien äärellä ja vedessä viihtyvä näätäeläin on hävinnyt Suomesta 1900-luvun kuluessa. Myyttisiä veden asukkaita ovat olleet vetehinen ja vesu eli vesikyy, jotka mainitaan myös Kalevalassa.

Antiikista 1700-luvun loppupuolelle asti uskottiin veden olevan yksi maailman alkuaineista. Sitten selvisi, että se onkin vedyn ja hapen yhdiste. Oppitekoinen uudissana vety tuli suomen kielessä tarpeelliseksi kuitenkin vasta 1800-luvun puolimaissa, kun luonnontieteistä alettiin puhua ja kirjoittaa suomeksi.

Kaisa Häkkinen on suomen kielen emeritaprofessori Turun yliopistossa.

Julkaistu Tiede-lehden numerossa 11/2018

Alzheimerin tautiin tarkoitettu lääke auttoi unien hallintaa.

Jos haluat hallita uniasi, se voi onnistua muistisairauden hoitoon tarkoitetulla lääkkeellä. Lääke virittää ihmisen näkemään niin sanottuja selkounia, kertoo Helsingin Sanomat jutussaan.

Selkounessa ihminen tiedostaa näkevänsä unta ja pystyy jopa vaikuttamaan siihen.

Joka toinen ihminen on mielestään nähnyt selkounen ainakin kerran elämässään. Joka neljäs näkee niitä kuukausittain, arvioi parin vuoden takainen tutkimuskatsaus.

Alzheimerlääke auttoi tuoreessa yhdysvaltalaisessa tutkimuksessa koehenkilöitä selkouniin. Koehenkilöistä nuori nainen onnistui unessa rullaluistelemaan tavaratalossa, kun oli ensin suunnitellut sitä valveilla.

”Luistelimme ystäväni kanssa pitkin käytäviä. Oli niin hauskaa, että upposin täysillä uneen mukaan”, 25-vuotias nainen kuvailee.

Unet olivat koehenkilöiden mukaan lääkkeen vaikutuksesta todentuntuisempia kuin ilman lääkettä. Yhdysvaltalainen tutkimus julkaistiin Plos One -lehdessä.

Kokeessa tutkijat harjoittivat yli 120 eri ikäistä koehenkilöä näkemään selkounia. Ryhmään oli valkoitunut ihmisiä, jotka muistavat unensa hyvin ja ovat kiinnostuneita selkounista.

He opettelivat tekniikoita, joiden pitäisi helpottaa selkouneen pääsyä. Pitkin päivää ja ennen nukkumaan menoa voi esimerkiksi toistella itselleen, että kun näen unta, muistan näkeväni unta.

Unia voi visualisoida eli harjoitella mielessään etukäteen. Selkouneen päästyään voi tehdä todellisuustestejä, kuten onnistuuko seinän läpi käveleminen tai leijuminen.

Lääkekokeessa, jota johti selkounien uranuurtaja Stephen LaBerge, koehenkilöt saivat galantamiinia. Sitä käytetään lievän tai kohtalaisen vaikean Alzheimerin taudin hoitoon.

Lääke terästää asetyylikoliinin määrää aivoissa. Asetyylikoliini huolehtii viestien välityksestä aivosolujen välillä, virkistää muistia ja kiihdyttää rem-unta. Juuri remvaiheessa ihminen näkee yleisimmin unia.

Suurimman annoksen galantamiinia saaneista 42 prosenttia pystyi kuvauksensa mukaan selkouniin. Osuus oli huomattavasti suurempi osa kuin muissa koeryhmissä.

Koehenkilöiden unta ei mitattu unilaboratorioiden laitteilla, joilla tallennetaan silmien liikkeitä ja elintoimintoja. Tulokset perustuivat koehenkilöiden kertomaan.

LaBerge seurasi kuitenkin toisessa tuoreessa tutkimuksessaan silmien liikkeitä unennäön aikana. Silmien liikkeet kiihtyvät rem-unen aikana.

Kun koehenkilöt siirtyivät selkouneen, he liikuttivat silmiään ennalta sovitusti vasemmalta oikealle. Sitten heidän piti seurata unensa kohteita, joita he olivat ennalta visualisoineet.

Silmät liikkuivat sulavasti, samoin kuin ihmisen seuratessa katseella todellista kohdetta. Kuviteltua kohdetta seuratessa silmät liikkuvat nykäyksittäin.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -lehdessä.

Kysely

Oletko nähnyt selkounta?

mdmx
Seuraa 
Viestejä5216
Liittynyt23.11.2009

Viikon gallup: Oletko nähnyt selkounta?

Käyttäjä4499 kirjoitti: Mikä on mt häiriö? Kuten sanoin, minusta lääkkeen käyttö tuohon tarkoitukseen on arveluttavaa. Siinä mennään ehkä peruuttamattomasti alueelle, jonne ei pitäisi mielestäni olla mitään asiaa suoranaisesti. Ehkä en nyt vain ymmärrä tarvetta nähdä hallittua "unta" - miksi ei vain kuvitella? Jos "hourailet" saman, tunnet sen varmaan voimakkaammin. Mutta toisaalta et ole siitä niin tietoinen kuin hereillä ollessa, vai mitä? Niin siis, siinä nimenomaan on täysin tietoinen että...
Lue kommentti