Uusimmat viestit

Uusimmat keskustelut

    • Kustantajat.
    • Kirja: Jäänvartija (Konetrilogia, #3)
    • 1 kommentti (Tonttu 3 päivää sitten)
    • Voihan Shazam ...
    • Elokuva: Shazam!
    • 2 kommenttia (Adolfina Romanov 110 päivää sitten)

Aika-avaruus, maailmankaikkeuden kudos ja ääret

  • Elor hahmo Kirjoittaja
  • Elor
    Paimen
    Taso: 3
  • Viestejä: 5
05.03.2016 12:17 #1 : Elor
Minua on jo pitkään mietityttänyt: onko maailmankaikkeudella jonkinlainen "kudos", ja mistä se muodostuu? Painovoima voi taivuttaa aika-avaruutta, ja painovoiman muutokset ilmeisesti lähettävät värähtelyitä (painovoima-aaltoja) aika-avaruuden läpi. Tarkoittaako tämä, että aika-avaruudella tai maailmankaikkeudella on jonkinlainen substanssi? Joo, pimeää ainetta ja pimeää energiaa yhäkin ihmetellään, ja supersäieteoria on kovan kritiikin kohteena, mutta onko näistä aiheista jotain maallikon ymmärrettävää tieteellistä tietoa?

Samaan aiheeseen liittyen ihmetyttää maailmankaikkeuden rajat. Millainen maailmankaikkeuden raja on? Jos nykyiset luonnonlait ja luonnolliset vakiot muotoutuivat alkuräjähdyksessä, lakkaavatko nämä jotenkin toimimasta universumin ulkopuolella? Onko sellaista "universumin ulkopuolta" ylipäänsä olemassa, onko teoreettisestikaan mahdollista ylittää maailmankaikkeuden rajat? Vai onko maailmankaikkeus jonkinlainen materian, energian ja luonnonlakien kupla? Onko olemassa tieteellistä kirjallisuutta tai muita lähteitä, jotka käsittelevät näitä kysymyksiä taviksen ymmärrettävästi?

  • Moonlord hahmo
  • Moonlord
    Varakreivi
    Taso: 54
  • Viestejä: 2038
05.03.2016 15:31 #2 : Moonlord
Kirjavinkkeinä voisin mainita Brian Greene - Kätketyt ulottuvuudet: Supersäikeet, ajan halkeamat ja maailmanselityksen haaste (1999), Stephen Hawking - Ajan Lyhyt Historia (1988) ja Martin Rees - Ennen alkua - Oma maailmankaikkeutemme ja muut (1997). Brian Greeneltä on näemmä ilmestynyt uudempikin kirja; Kosmoksen rakenne: Avaruus, aika ja todellisuus (2005). Aivan uusinta tietoa näissä ei ole koska nykyään tulee tällä alalla koko ajan uutta mielenkiintoista tietoa.

Parempiakin vastaajia tähän varmasti löytyyy mutta kokeillaan.

Säieteorian mukaan maailmankaikkeuden kudoksena on planckin pituuden mittaisia säikeitä. Tätä ei ole tietääkseni vielä pystytty todistamaan.

Aineen koostumus
Perinteisesti ajatellaan alkeishiukkasten, kvarkkien ja elektronien, olevan pistemäisiä. Säieteorian mukaan tämä ei kuitenkaan pidä paikkaansa, vaan sen mukaan perinteinen pistemäisten hiukkasten teoria on likiarvo hienommasta esityksestä, jossa todellisuudessa kukin hiukkanen on pieni värähtelevä säie. Säikeillä on vain yksi ulottuvuus. Säikeiden pituuden arvellaan olevan noin 10−35 m (Planckin pituus). Tämä johtaa siihen, että säikeet näyttävät pistemäisiltä hiukkasilta

Aineen rakenneosaset koostuvat säieteorian mukaan vain säikeistä. Eri hiukkasilla havaitut erilaiset ominaisuudet johtuvat säikeiden erilaisesta värähtelystä, mutta kaikki koostuvat samanlaisista säikeistä. Vuonna 1974 John Henry Schwarz ja Joël Scherk osoittivat, että tietyllä värähtelyn muodolla on gravitaation ominaisuudet. Tämä havainto sisällytti gravitaatiovoiman säieteorian kvanttimekaaniseen malliin. Säieteoria on ensimmäinen teoria, joka on onnistunut yhdistämään gravitaation ja kvanttimekaniikan.


Ei ole olemassa maailmankaikkeuden "ulkopuolta" koska maailmankaikkeus sisältää jo nimenkin perusteella "kaiken". Multiversumiteorian perusteella tosin voi sitten olla useita maailmankaikkeuksia joissa voivat luonnonlait vaihdella.

  • Rasimus hahmo
  • Rasimus
    Aavevelho
    Taso: 41
  • Viestejä: 849
06.03.2016 11:47 - 06.03.2016 11:56 #3 : Rasimus
Kaksi tuntia korkealentoista omien ajatusten tyrkyttämistä ja seurauksena kuitenkin taas yhden hyvän keskustelun tappaminen liiallisella monimutkaistamisella :tongue:

Elor kirjoitti: Minua on jo pitkään mietityttänyt: onko maailmankaikkeudella jonkinlainen "kudos", ja mistä se muodostuu? Painovoima voi taivuttaa aika-avaruutta, ja painovoiman muutokset ilmeisesti lähettävät värähtelyitä (painovoima-aaltoja) aika-avaruuden läpi. Tarkoittaako tämä, että aika-avaruudella tai maailmankaikkeudella on jonkinlainen substanssi?


Kaikkiin kysymyksiin vastaus on juu-ei.

Käsitteet "kudos", "substanssi" ja "massa-energia-ekvivalenssi" ovat lähinnä filosofisia termejä, joiden on tarkoitus tehdä teoriat ymmärrettävämmiksi ja kokonaisemmiksi sanamuodoiltaan, ryhmitellä mitattavat suureet yksiselitteisiksi käsitteiksi jne. Ne eivät ole ns. absoluuttinen todellisuus (jota emme voi tietää), vaan niitä käytetään edustamaan ja mallintamaan todellisuutta siltä pohjalta mitä olemme siitä havainneet ja mitä tarvitaan havaintojen selittämiseksi. Aivan samoin säikeet, rinnakkaiset ulottuvuudet, gravitaatiokaivot avaruuden topologiassa jne. ovat vain tapoja pukea havaittu todellisuus johonkin sellaiseen muotoon, jossa sitä voidaan käsitellä onnistuneesti matematiikan ja fysiikan kautta. Todellinen maailmankaikkeus tuskin koostuu säikeistä, rinnakkaisista ulottuvuuksista (tai ulottuvuuksista lainkaan) jne. mutta se yhtä hyvin voisi koostua, koska kyseinen tulkinta sopii parhaiten havaintoihimme emmekä ole saaneet todisteita päinvastaisestakaan.

Tämän takia esimerkiksi kvanttifysiikka ja perinteinen fysiikka ovat ensikuulemalta ristiriidassa keskenään ("kvanttijärjestelmässä hiukkanen on kaikissa mahdollisissa tiloissaan yhtä aikaa" vs. "hiukkanen voi olla vain yhdessä tilassa yhdessä aika-avaruuden pisteessä") mutta molemmat silti pätevät koska ne selittävät kaikki ne ilmiöt joita niiden kuuluukin selittää. Tarkoitan, että kvanttifysiikan ja perinteisen fysiikan suhde on sama kuin sähkötekniikassa AC-muotoisten sähkövirtojen esitys kompleksilukuna vs. sähköjärjestelmässä tapahtuvien virtojen hetkelliset tasot ajan funktiona DC-yhtälöillä. Ne yrittävät esittää samaa asiaa täysin erilaiselta näkökannalta ja filosofiselta pohjalta, toisen mallintaessa järjestelmää kokonaisuutena ilman aika-avaruuden vaikutusta, toisen mallintaessa nimenomaan aika-avaruuteen sijoitettuina yksittäisinä tapahtumina tai tiloina. Kumman tavan valitsee, on valinta siitä mitä tietoa haluaa ja kuinka helpolla: Yleensä ei ole järkevää selvitellä yksittäisen hiukkasen tilaa koko avaruudessa, jos halutaan tutkia vain avaruuden ominaisuuksia, joten kvanttifysiikka tekee elämästä helpompaa jättämällä yksittäisen hiukkasen tilan pois yhtälöistä. Sama sähkötekniikassa: meitä kiinnostaa vain miten sähkö jakaantuu järjestelmään ja miten oskillaattori oskilloi tms., meitä ei kiinnosta järjestelmän hetkelliset varaukset.

Massan ja energian näkeminen omana substanssinaan erotettuna aika-avaruuskoordinaatistosta on hankala käsite: Esim. suhteellisuusteoria naittaa nämäkin kaksi mukamas erillistä asiaa toisiinsa, koska aika-avaruuden muoto riippuukin yllättäen siinä olevasta massasta ja toisinpäin. Onko maailmankaikkeuden substanssi itseasiassa massa-energia-aika-avaruus-yhdistelmä? Vai alkaako käsitteistö mennä tarpeettoman monimutkaiseksi, ja pitäisikö etsiä toinen tapa hahmottaa asioita? Tässä hyvä ja edes suhteellisen ymmärrettävä artikkeli aiheesta.

Elor kirjoitti: supersäieteoria on kovan kritiikin kohteena


Ylläolevaa selittelyäni jatkaen supersäieteoriaan: Supersäieteoria on yksi tapa selittää muiden teorioiden aukkokohtia ja yhdistää muita teorioiden toimivia osuuksia järkeväksi ja ristiriidattomaksi kokonaisuudeksi. Kaikki toimii paperilla niin kauan kuin havaittujen ilmiöiden lisäksi oletetaan olevan muita vielä havaitsemattomia ilmiöitä. Mutta koska itsepintaisesti emme saa havaintoja näistä oletetuista ilmiöitä, eli emme löydä hiukkasia joilla olisi supersäieteorian edellyttämiä ominaisuuksia, voidaan pohtia onko muiden teorioiden rakenne sen verran viallinen, että väärä supersäieteoria on saatu muodostettua ja sovitettua niihin virheellisesti?

Elor kirjoitti: mutta onko näistä aiheista jotain maallikon ymmärrettävää tieteellistä tietoa?


Ei ole. Esimerkiksi yleistä suhteellisuusteoriaa ei voi ymmärtää ajatusleikeillä, kuten voi tehdä suppean suhteellisuusteorian kanssa (*. Yleisen voi ymmärtää vain ja ainoastaan laskemalla Einsteinin kenttäyhtälöitä (vai miten niitä suomenkielessä kutsutaan?) kunnes tekee mieli oksentaa.

(*

Niin siis suppean suhteellisuusteorian voi aika pitkälle selittää miettimällä, että jos kasa hiukkasia liikkuu yhdessä lähes valonnopeudella, niin miten niiden liike muihin suuntiin kuin menosuuntaan muuttuu? Vastaus: niiden liike muihin suuntiin muuttuu yhä vain hitaammaksi, raskaammaksi ja vaikeammaksi. Pythagoraan lause sanoo, että kun hypotenuusa (z) on valonnopeus eikä voi sitä ylittää (alittaminen on ok), kaikki muut (y) paitsi menosuunta (x) ovat nollia. Jos muuhun suuntaan (y) tulee liikettä, ei menosuunta (x) enää voi olla valonnopeus (hypotenuusa [z] kasvaisi yli valonnopeuden...) ja hiukkaskasan keskimääräinen nopeus menosuuntaan hidastuu.

Tämän pohjalta voidaan tehdä yhä ajatusleikkienkin varassa ymmärrettävä rinnastus, että entäs jos aika olisi yksi menosuunta muiden joukossa ja hypotenuusa muuttumaton vakionopeus valonnopeus? Silloin paikallaan oleva kappale liikkuu ajassa valonnopeudella, eli vanhenee normaalisti, kun taas valonnopeudella tila-avaruudessa liikkuva kappale ei yksinkertaisestikaan voi liikkua mihinkään aika-akselilla. Lisää aiheesta löytyy otsikoilla "Minkowski-koordinaatisto" ja "Lorentz-tekijä" (vinkki: lukion pitkä matikka riittää johtamaan lorentz-tekijän liikkumattoman ja liikkuvan minkowskikoordinaatiston välisen skaalauksen kertoimista).

Elor kirjoitti: Onko olemassa tieteellistä kirjallisuutta tai muita lähteitä, jotka käsittelevät näitä kysymyksiä taviksen ymmärrettävästi?


En osaa auttaa. En paina mieleeni mitä kaikkia kirjoja ja nettiartikkeleita olen aiheesta lukenut, enkä ole ainuttakaan hankkinut hyllyäni koristamaan (toisaalta multa löytyy kattava kokoelma Marvel-supersankarielokuvia, peräti Director's Cut versio Punisherista joka on yksi parhaimmista supersankarileffoista ikinä - derp). Yritin löytää uudestaan erään mainion for-dummies-henkisen sivuston aiheesta, mutta olen senkin mennyt poistamaan kirjanmerkeistäni kun olin saanut sen luettua kokonaan läpi.

Joten Moonlordin listalla varmaan kannattaa aloittaa jos hän on sitä mieltä, että ne ovat edes jotenkin ymmärrettäviä eikä esim. järjettömän matikkapainotteisia.

Jos haluaa päästä todella syvälle, niin tarvitaan aika monta vuotta yliopistolla ohjattua opetusta alkaeista alkaen (perinteinen fysiikka -> suppea suhteellisuusteoria -> kenttäyhtälöt -> yleinen suhteellisuusteoria -> kvanttifysiikka ja muut mallit), ja vapaa-ajan uhraamista lukemiselle, ei ainoastaan fysiikkaa vaan myös (tieteen) filosofiaa. Mulla itselläni ei into riittänyt ja luovutin yrittämästä kenttäyhtälöiden, kvanttifysiikan ja yleisen suhteellisuusteorian matemaattisen puolen kohdalla.

Joten ei, en ala keskustelemaan maailmankaikkeuden kudoksesta kauhean syvällisesti millään säie-tasolla.

Elor kirjoitti: Millainen maailmankaikkeuden raja on? Jos nykyiset luonnonlait ja luonnolliset vakiot muotoutuivat alkuräjähdyksessä, lakkaavatko nämä jotenkin toimimasta universumin ulkopuolella? Onko sellaista "universumin ulkopuolta" ylipäänsä olemassa, onko teoreettisestikaan mahdollista ylittää maailmankaikkeuden rajat?


Ei tietenkään ole mahdollista ylittää maailmankaikkeuden rajoja. Heti kun joku kehittää toimivan ja todistettavissa olevan teoreettisen mallin, joka käsittelee nykyisen todellisuuskuvamme ulkopuolisia asioita, maailmankaikkeus kasvaa vastaavassa määrin. Sitä ennen pohdinta on hedelmätöntä arvailua jos meillä ei ole mitään suoraa tai epäsuoraa tietoa, minkä varaan rakentaa uusia teoreettisia malleja. Käytännönläheisemmin ajateltuna fyysistä maailmankaikkeutta on ajateltava vain niin suurena, kuin miten kaukaa informaatio on ehtinyt meidät saavuttaa - sen kauempana olevista asioista emme tiedä mitään, emmekä voi tehdä perusteettomia oletuksiakaan (tiedon ekstrapolointi tyyliin "jos asiat toimivat näin meillä, niin ne toimivat samalla tavoin myös muualla" on vähän samaa kuin ottaisi newtonilaiset yhtälöt ja soveltaisi niitä valonnopeuksien kanssa).

Elor kirjoitti: Vai onko maailmankaikkeus jonkinlainen materian, energian ja luonnonlakien kupla?


Kysymys sisältää perusteettoman olettamuksen, että meillä jokin tila jossa maailmankaikkeus sijaitsee, ja jonka muodostamaa koordinaatistoa vasten voimme arvioida maailmankaikkeuden muotoa... :grin:

It's a beautiful day to get rid of some radioactive waste
Viimeksi muokattu: 06.03.2016 11:56 Rasimus.
Seuraavat käyttäjät sanoivat kiitos: Strato

  • kyty hahmo
  • kyty
    Senesalkki
    Taso: 41
  • Viestejä: 798
06.03.2016 12:26 #4 : kyty
Vastaus käyttäjältä kyty aiheessa Aika-avaruus, maailmankaikkeuden kudos ja ääret
Suosittelisin itse Hawkingin Ajan lyhyttä teoriaa varauksella, ja jos mahdollista, kannattaa etsiä kuvitettu laitos. Kirja on hieman sekava ja vaikeatajuinen, varsinkin jos sen lukee ensimmäisenä. (Sen suurin meriitti oli olla ensimmäinen.) Yleistajuisia suurelle yleisölle suunnattuja yleiskirjoja kosmologiasta on myös Kari Enqvistin Olemisen porteilla ja Esko Valtaojan Kotona maailmankaikkeudessa, mutta en muista kuinka paljon ne käsittelevät tätä aihetta ja molemmat ovat tietenkin jo hieman vanhentuneita.

Rasimus kirjoitti:

Elor kirjoitti: Vai onko maailmankaikkeus jonkinlainen materian, energian ja luonnonlakien kupla?


Kysymys sisältää perusteettoman olettamuksen, että meillä jokin tila jossa maailmankaikkeus sijaitsee, ja jonka muodostamaa koordinaatistoa vasten voimme arvioida maailmankaikkeuden muotoa... :grin:


Juu, kuplat ovat hyödyllisiä lähinnä kun yritetään havainnollistaa mahdollisia muita maailmankaikkeuksia, joita syntyisi ja kuolisi kuin kuplia omamme lilluessa siellä seassa. Mutta se aiheuttaa heti sen, että maailmankaikkeuden muotoa ajattelee helposti kuplana. Olen miettinyt että ehkä parempi olisi ajatella videopelin karttaa, jossa voi mennä kaikkialle, mutta ei kuitenkaan pääse itse pelistä ulos? Universumi on suljettu tila, se jatkuu joka suuntaan ja oletettavasti on rajallinen, ja jos menee tarpeeksi kauan yhteen suuntaan saattaa päätyä ennen pitkää takaisin samaan pisteeseen. Sillä ei kuitenkaan ole seinää jonka toiselle puolelle mennä, sillä se on kaikki tila missä voi ylipäätään mitään olla eikä sillä ole seiniä...?

Paikalla 3 jäsentä ja 55 vierailijaa
LordStenhammar, Darkki, Anna Alaviuhkola
Uusin jäsen: Anna Alaviuhkola
Jäseniä yhteensä: 9390