MAAILMANKAIKKEUDEN KEHITYS

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "MAAILMANKAIKKEUDEN KEHITYS"

Transkriptio

1 MAAILMANKAIKKEUDEN KEHITYS

2 Abstract At the moment of the beginning, there was not such a notion as time or space. All that we have come to know as the universe was at first an infinitely dense accumulation of energy expanding at an enormous pace filling the emptiness. The early universe was composed of quarkplasm and energy fields, which all were the same since none of the fundamental interactions was separated. By s after the big bang all four types of interaction exist as the energy of the expanding universe had diminished a certain amount, but still not enough to enable to the interaction between high energy particles. After 10-5 seconds, the first neutrons and protons, unstable though, took shape. During the very first minutes of the young universe, the first atom nuclei were formed in nucleon synthesis when the temperature and pressure were favourable. Roughly 80% of the nuclei were hydrogen, 20% helium. Seemingly, the universe has not expanded equally in all directions. If the early cosmos had been homogenous there would not have been any bigger objects around. This and the problem of the size of the universe were solved with the theory of Cosmic inflation. The current distension of universe can be easily measured from red shifting. We actually cannot observe nearer than from the big bang. That was the instant when the electrons take their places at atom orbitals allowing the photons move freely. Suddenly the whole universe became transparent. This is our first sight from the big bang. Tough we can t exactly see what actually happened at the beginning, we can explain quite a lot about the forces and elementary particles affecting our world and the early times. The theory is called the Standard Model. It claims that everything is made from point-like particles without internal structure. These particles are grouped to fermions and bosons, which are the force carriers. Moreover, fermions include the quarks and the leptons. The other category of fermions is the leptons. There are three kind of charged leptons, electron, muon and tau. Each of them has an antimatter equivalent. Each of these leptons has a neutrino counterpart. Bosons are the particles to transmit the fundamental interactions between fermions. Each interaction has its own carrier. The strong force ties the quarks to baryons and mesons. The particle is called gluon. The three weak interaction particles are W+, W-, and the Z bosons. These have a significant role in nuclear reactions like - and - decay. In the Standard Model the electromagnetic force, carried by photons and the weak interaction can be seen as the same interaction at extraordinary high energy levels and this force is named simply as the electroweak interaction. This observation was the first clue of a Grand Unified Theory, which links the fundamental interactions. But when it comes to the matter with antimatter, questions remain unanswered. Why matter rather than anti matter? What caused the minor difference in the quantity of the rivals? Matter and antimatter annihilate each other whenever they meet each other. So there should only be energy everywhere converting to matter and antimatter and then all the same way back to energy. The explanations vary from a new particles, to the attributes of neutrons and the true nature of antiparticles.

3 Sisällysluettelo 0.0 Abstract KOLME MINUUTTIA POUKKOILUA Taustatietoa 1.1 Standardimalli 1.2 Voimien yhtenäistyminen 2.0 Perusteita alkuräjähdysmallille 2.1 Punasiirtymä 2.2 Taustasäteily 3.0 Ensi minuutit 4.0 Ongelmia ja ratkaisuja 4.1 Materia-antimateria epäsymmetria 4.2 Inflaatiomalli 4.3 Ajassa taaksepäin kulkeva hiukkanen? 14 MILJARDIA VUOTTA KOKOAMISTA JA SILTI. 5.0 Lähteet

4 Kolme minuuttia poukkoilua Hetkeä ennen maailmankaikkeuden ajan ja aineen syntyä kaikkeus oli vaivainen piste. Tapahtui raivoisa räjähdys ja alle sekunnin ajassa kaikki oli syntynyt. Itse asiassa edellä mainittu räjähdys ei ollut räjähdys sanan perinteisessä merkityksessä. Se kuten kaikki äskeisessä selityksessä on vain kansantajuistettu hahmotelma asioiden mahdollisesta kulusta. Itse asiassa kaikki seuraavakin on vain hahmotelma asioiden mahdollisesta kulusta. Ihmisiä on ärsyttänyt jo pitkään maailmankaikkeuden alun hämäräperäisyys. Toisaalta se on myös viehättänyt. Siirryttäessä olevaisen ulkopuolelle, tilaan jossa tieteelliset todistelut menettävät pohjan lähes kokonaan, mielikuvitus pääsee valloilleen. Viime aikoina tiede on kuitenkin saanut jalkansa maailmankaikkeuden oven väliin ja tunnustelee nyt innokkaasti olemassaolon rajamaita. Lopullista totuutta ei vielä ole selvitetty, mutta osia siitä on. Ja siitä seuraavassa. 1.0 TAUSTATIETOA Maailman alun fysiikka on luonnollisesti hieman hankalaa joten on tarpeen selvittää hieman modernin fysiikan perusteita. Selitykset jäävät joka tapauksessa hieman vajavaisiksi ilman matemaattisia malleja, mutta asioiden hahmotelman saa loihdittua ilman niitäkin. 1.1 Standardimalli Ensinnäkin jos haluaa ymmärtää olevaisen alun, on hyvä tietää mistä se koostuu. Standardimalli on tällä hetkellä kattavin, joskaan ei lopullinen teoria aineesta ja vuorovaikutuksista. Sen mukaan kaikki mikä on ja tapahtuu voidaan kuvata pistemäisinä hiukkasina. Ne jaotellaan fermioneihin eli ainehiukkasiin ja bosoneihin eli vuorovaikutushiukkasiin. I II III e e Leptonit u u u r g b sr sg sb b r b g b b d d d r g b c r c g c b t t t r g b Kva rkit

5 Fermionit Fermioneja tarkastellessa käy ilmi yksi standardimallin heikkous: hiukkasia on hirveän monta. Ainehiukkaset jaetaan kahteen ryhmään: kvarkkeihin ja leptoneihin. Kvarkkeja on kuutta eri tyyppiä tai makua (u, d, t, b, s, c), kuten oikeaoppinen termi kuuluu, joista puolestaan muodostuu kahden (mesonit) tai kolmen (baryonit) ryhmiä. Protonit ja neutronit koostuvat esimerkiksi kolmesta kvarkista. Kvarkit ovat siis aineen peruspalikoita. Lisäksi jokaisella kvarkkimaulla voi olla kolmea eri värivarausta: sininen, punainen ja vihreä (hieman samaan tapaan kuin sähkövaraus). Kun vielä lasketaan mukaan jokaisen kvarkkimaun värin antihiukkaset, saadaan kvarkkien tarkaksi lukumääräksi 24. Leptoneita taas ovat varatut leptonit ja elektroni, myoni ( ), ja tau ( ) sekä kutakin vastaavat neutriinot (,, e). Näilläkin hiukkasilla on omat antihiukkasensa eli leptoneita on yhteensä 12. Fermioneita on siis yhteensä 38. Tätä hiukkasten sekamelskaa pidetään yhtenä standardimallin suurimmista ongelmista. Bosonit Vuorovaikutushiukkaset, nimensä mukaisesti, ovat vastuussa lähinnä neljän perusvoiman ilmenemisistä. Standardimallin mukaan kaikki maailmankaikkeuden vuorovaikutukset voidaan kuvata neljän voiman avulla: Vahva, heikko ja sähkömagneettinen vuorovaikutus sekä gravitaatio. Gravitaatio ei kuulu itse standardimalliin, mitä pidetään suurena vikana teoriassa, mutta mainitsen sen muiden voimien mukana, koska se lasketaan yhdeksi perusvoimaksi. Gravitaatio-ongelmasta lisää myöhemmin. Kaikista voimista tutuin on sähkömagneettinen vuorovaikutus joka on vastuussa kaikesta mikä liittyy sähköön, valoon ja magneetteihin. Kuuluisa amerikkalainen fyysikko Richard Feynman muodosti juuri sähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta kattavan teorian QEDn (kvanttielektrodynamiikka) jonka vuorovaikutusgraafeja käytetään nykyään yleisesti hiukkasvuorovaikutusten kuvaamiseen. Teorian mukaan sähkömagneettinen voima välittyy säteilykvanttien fotonien ( ) vaihtamisella. Säteilykvantti on siis mainittu vuorovaikutushiukkanen. Maalaisjärkeä vastaa eniten sotii eniten käsitys, että sähkön ja valon takan on sama voima, sama hiukkanen. Yleensä valo mielletään aaltoliikkeeksi, mutta tämä ei ole koko totuus. Valolla on duaalinen luonne; se voidaan kuvata sekä aaltoliikkeenä että hiukkasina. Jos valo olisi pelkästään aaltoliikettä, se ei pystyisi kulkemaan avaruuden

6 v tyhjiön läpi, värähtelijöiden puuttuessa. Toisaalta valolla on tunnetusti aaltomaisia ominaisuuksia. Vahvan vuorovaikutuksen hiukkanen on nimetty gluoniksi (g), koska se alun perin selitti miten atomiytimet pysyivät kasassa. Se oli liima (glue) joka piti ytimen koossa. Silloin vahvan vuorovaikutuksen hiukkasena pidettiin pioneja, mutta myöhemmin huomattiin, että pionit koostuvat kvarkeista, joita piti yhdessä tuntemamme vahva vuorovaikutus. Nykyään tiedetään siis että vahva vuorovaikutus pitää kvarkkeja yhdessä ja se vaikuttaa ainoastaan värivarautuneisiin hiukkasiin. Se on myös paljon muita vuorovaikutuksia voimakkaampi. Se on esimerkiksi 137 kertaa voimakkaampi kuin sähkömagneettinen voima. Se myös käyttäytyy erikoisesti, kuin kuminauha. Mitä kauempana kvarkit ovat toisistaan sitä voimakkaammin vahva vuorovaikutus vetää niitä yhteen. Kvarkkien tilaa kutsutaan asymptoottiseksi vapaudeksi ja tämän takia kvarkkeja ei tavatakaan yksittäisinä hiukkasina vaan aina pareina tai kolmikkoina. Arjesta kauimpana olevaa heikkoa vuorovaikutusta välittää kolme eri bosonia W +, Z 0 ja W -. Vaikka heikko vuorovaikutus toimii ainoastaan erittäin pienillä etäisyyksillä, se on ainoa standardimallin voima joka vaikuttaa kaikkiin fermioneihin. Sen päätoimena ovat ytimien reaktiot. Heikko d vuorovaikutus tekee kvarkit keveintä eli u-kvarkkia lukuun W ottamatta ja leptonit keveintä eli elektronia lukuun ottamatta epävakaiksi. - ja -hajoaminen johtuu nimenomaan heikosta vuorovaikutuksesta. u e e 1.2 Voimien yhtenäistyminen Oleellinen osa standardimallissa, puhuttaessa maailmankaikkeuden alusta, on vihjeet voimien yhtenäistymisestä. Tutkimuksissa on huomattu sähkömagneettisen ja heikon vuorovaikutuksen yhtenäistyvän suurilla energioilla sähköheikoksi voimaksi. Aivan viime aikoina on löydetty todisteita että tämä yhtenäistyminen voisi jatkua vielä pidemmälle. Sähköheikon ja vahvan vuorovaikutuksen yhdistämisen kokeellinen todistaminen vaatii valtavan energiamäärän. Suureksi yhtenäisteoriaksi (GUT Grand Unified Theory) nimetty teoria on vielä kokeellista todistamista vailla, koska tämän tai edes seuraavan sukupolven hiukkaskiihdyttimet eivät pysty tarvittaviin energiamääriin.

7 Teoria ei edes valmistuessaan ole kovinkaan suuri yhtenäisteoria, koska se perustuu standardimalliin josta puuttuu eräs erittäin merkittävä voima: gravitaatio. Gravitaatio on voimana äärimmäisen turhauttava sen itsepäisyyden takia. Jo Einstein joutui aikanaan luovuttamaan yrityksissään yhdistää gravitaatio muihin voimiin. Gravitaatiota arvellaan välittävän gravitoni nimiset hiukkaset, mutta tästäkään ei ole todisteita. Asiaa monimutkaistaa sekin että gravitaatiosta on laadittu jo toimiva teoria: maineikas suhteellisuusteoria. Gravitaation kuvaus eroaa dramaattisesti kolmen sisaruksensa kuvauksesta kvanttimaailman lähes epämääräisillä todennäköisyyksillä ja järkeä uhmaavilla säännöillä. Suhteellisuusteoria kuvaa nimittäin gravitaation viileän elegantisti aika-avaruuden kaareutumisella ja geometrialla. Näiden kahden yhteen saattaminen on yksi aikamme suurimmista haasteista. Gravitaation yhdistämistä standardimalliin vaikeuttaa myös sen heikkous. Vaikka gravitaatio saneleekin maailmankaikkeuden kohtalon ja pitää otteessaan galakseja, se on auttamattoman heikko verrattuna muihin voimiin. Sen tarvitsee valtavia määriä massaa tullakseen havaituksi. Juuri tämän heikkouden ansiosta gravitaatio on voitukin jättää standardimallista pois; sen vaikutus hiukkastasolla on yhdentekevä. Tämä periaate ei kuitenkaan toimi maailmankaikkeuden alkua pohdittaessa. Silloin kaikki maailman massa oli luhistuneena pieneen pisteeseen ja gravitaatio oli tasa-arvoinen muiden voimien kanssa. Suhteellisuusteoria pettää siirryttäessä tarpeeksi pieneen skaalaan. Jos haluaa tietää tarkasti, mitä tuolloin tapahtui, tarvittaisiin gravitaation teoria joka toimii pienessä skaalassa gravitaation kvanttiteoria.

8 2.0 PERUSTEITA ALKURÄJÄHDYSMALLILLE Vielä jokin aika sitten maailmankaikkeuden syntyä koskeva kysymys kuului filosofian ja metafysiikan piiriin eikä yksikään vakavasti otettava fyysikko edes ehdottanut asian tutkimista. Mutta viimeistään, kun maailmankaikkeuden havaittiin laajenevan, alettiin miettiä että fysiikka voisi taipua kuvaamaan jopa kaiken alkua. Nykyään on yleisesti hyväksytty fakta, että maailmankaikkeus syntyi alkuräjähdyksessä ja että maailmankaikkeus on joskus ollut äärimmäisen tiheä ja pieni. Väitteelle on olemassa kaksi kiistatonta todistetta: Punasiirtymä ja avaruuden taustasäteily. 2.1 Punasiirtymä Yksi 1900-luvun merkittävimmistä löydöistä oli galaksien punasiirtymä, eli se että galaksit näyttävät loittonevan meistä. Punasiirtymän ymmärtämiseksi on tunnettava Dopplerin ilmiö. Ilmiön voi havaita ambulanssin ajaessa ohitse sireenit päällä. Ambulanssin tullessa kohti sen sireenien ääni kuulostaa siltä kuin äänen korkeus nousisi ja loitotessa äänen korkeus madaltuu. Näin itse asiassa käykin. Äänilähteen lähestyessä äänen aallonpituus lyhenee, koska aalto lähtee aina lähempää. Lähteen loitotessa aallonpituus taas pitenee. Ilmiö toimii yleensäkin aalloilla, eli se toimii valollakin. Jos valonlähde loittonee, aallonpituus siirtyy punaista kohti (punasiirtymä), jos se lähenee, aallonpituus siirtyy kohti sinistä (sinisiirtymä) luvulla Edwin Hubble toteaa avaruudesta löytyvien sumupilvien olevan galakseja. Tätä ennen Vesto Slipher oli huomannut monien näistä sumupilvistä olevan matkalla meistä poispäin. Koko 20-luvun ajan galakseiksi tunnistettujen sumupilvien säteilemän valon spektrejä mitattiin, vain huomataksemme niiden kaikkien loittonevan meistä. Minne vain katsottiin, kaikkialla tapahtui punasiirtymää! Vuonna 1923 Hubble totesi maailmankaikkeuden laajenevan. Tämä oli yksi kosmologian mullistavimmista päätelmistä, koska jos galaksit etääntyivät, ne olivat joskus olleet todella, todella lähellä toisiaan. Jos maailmankaikkeuden suurta filmirullaa kelattaisiin taaksepäin, kaikki aine tulisi lähemmäs ja lähemmäs kunnes koko kaikkeus olisi vain pieni piste. Havainto maailmankaikkeuden supistumisesta kuljettaessa ajassa taaksepäin sisältää myös toisen tärkeän aikaa liittyvän ajatuksen. Aina Einsteinin suhteellisuusteorian julkaisusta tähän päivään asti, ajan käsite on pysynyt hämärän peitossa ja asiaan tutustumattomalle täysin käsittämättömänä. Suhteellisuusteoria rikkoo

9 viimeisetkin rippeet turvallisen staattisesta maailmankaikkeudesta kumoamalla ajan absoluuttisuuden. Ajan kulku ei ole olosuhteista riippumaton. Suhteellisuusteoria kuvaa gravitaatiota massan kaareuttaman aika-avaruuden avulla. Ajan kulku siis hidastuu mitä suurepien massojen lähellä ollaan. Kun koko maailmankaikkeus maailmankaikkeuden massa alkaa supistua yhä pienempään ja pienempään tilaan, ajan kulku hidastuu samalla. Lopulta aika-avaruus on kaareutunut niin paljon, että ajan voisi katsoa pysähtyneen. Näin voisi sanoa että samalla kun maailmankaikkeus syntyi, syntyi myös aika. 2.2 Taustasäteily Toinen todiste alkuräjähdysteorialle on avaruuden taustasäteily. Taustasäteily on ympäri maailmankaikkeutta havaittavaa n. 2.7 kelvinin mikrosäteilyä. Tätä kolmen kelvinin säteilyä tulee joka suunnasta ja vielä tasaisesti yli tuhannesosan tarkkuudella.. Kaiken lisäksi COBE-satelliitin mittaamat taustasäteilyn eri taajuudet vastaavat täsmälleen niitä voimakkuuksia joita kuuma kappale teorian mukaan lähettää. Tämä todistaa maailmankaikkeuden olleen joskus niin sanottu musta kappale, eli kappale joka on niin kuuma että se säteilee silkasta kuumuudesta. Taustasäteily on ikään kuin maailmankaikkeuden piirustukset. Se kertoo maailmankaikkeuden olleen joskus todella kuuma, ja pieni ja siten myös tiheä. Se kertoo maailmankaikkeudenlaajenneen likimain yhtä nopeasti joka suuntaan eli isotrooppisesti. lisäksi se tuottaa todisteita inflaatioteoriaan josta lisää myöhemmin.

10 3.0 ENSI MINUUTIT Siirryttäessä yhä lähemmäs maailmankaikkeuden alkutilaa suora tieto alkaa vaihtua epävarmemmaksi vielä kyseenalaisten teorioiden ennusteiksi, jopa arvauksiksi vaikkakin valistuneiksi sellaisiksi. Käsitys tapahtumien kulusta vaihtelee ja tulee vaihtelemaan, kunnes saamme käsiimme kaiken teorian, joka yhdistää kvanttiteorian ja painovoiman. Tästä johtuen tutkielman tämä osia on osittain hieman heikolla jäällä yksityiskohtien kanssa, sillä harva asia on varmaa maailman alusta. Seuraavassa kuitenkin tällä hetkellä hyväksytyin käsitys siitä, mitä tapahtui niiden kohtalokkaiden kolmen minuutin aikana, siihen liittyvät ongelmat ja niiden mahdollisia ratkaisuja. Aivan alussa maailmankaikkeus oli äärettömän kuuma, tiheä ja symmetrinen. Silloin mikään ei eronnut mistään, kaikki oli vain energiakenttien sekamelskaa ja kvarkkiplasmaa. Perusvuorovaikutukset eivät eronneet toisistaan, ne olivat symmetriset. Hiukkasten energiat olivat niin suuria, että vuorovaikutukset eivät voineet vaikuttaa niihin. Hiukkaset kuitenkin törmäilivät toisiinsa ja niin niiden energiat alkoivat laskea s päästä symmetria rikkoontui ja GUT:n voimat eriytyivät painovoimasta s päässä alusta sähköheikko ja vahva vuorovaikutus eriytyivät. Sähköheikko symmetria rikkoontuu puolestaan s päästä maailmankaikkeuden alusta. Vaikka maailmankaikkeuden alun hiukkaset tunsivat jo kaikki voimat, energiat olivat vielä niin suuria että pysyviä rakennelmia ei muodostunut vielä vähään aikaan. Ainehiukkasten puolella käytiin hurjaa taistelua aineen ja antiaineen välillä. Aineen joutuessa tarpeeksi lähelle antiainetta molemmat annihiloituvat energiaksi lähes kokonaan. Tästä taistelusta voittajaksi selvisi aine, niin kuin voimme havaita. Kun päätös aineen ja antiaineen välillä oli tehty 10-5 sekunnin päästä maailmankaikkeuden synnystä kvarkit alkoivat tuntea vahvan vuorovaikutuksen teräksisen kosketuksen ja ensimmäiset, tosin epävakaat, protonit ja neutronit alkoivat muodostua. Kvarkkien vapaus oli päättymässä. Kun maailmankaikkeuden lämpötila laski tarpeeksi alhaiseksi, kvarkit alkoivat yhdistyä vakaiksi protoneiksi ja neutroneiksi, atomien rakennusaineiksi. Uunituoreen maailmankaikkeuden ensi minuuttien aikana käytiin läpi nukleosynteesi jossa syntyi heliumin, deuteriumin ja litiumin kaltaisia kevyitä ytimiä.

11 p + n n+ n n + Nukelosynte e sin yleisim m ä t fuusio reaktiot pn + n p + e + pn + e + pn + pn ppn + n p + e pnn + pn ppnn + n pnn + p Nämä fuusioreaktiot alkoivat noin sekunnin päästä alkuräjähdyksestä ja kestivät noin kolme minuuttia joiden aikana päätettiin kaikkeuden ainekoostumus. Aikakehys perustuu siihen että ydinfuusio voi tapahtua vain tietyn lämpöisessä tilassa. Lämpö ei saa olla liian korkea, jolloin ytimet eivät pysy koossa, eikä liian matala, jolloin ytimet eivät saa tarpeeksi energiaa syrjäyttääkseen sähkömagneettisen vastustuksen. Maailmankaikkeuden viiletessä tarpeeksi ytimet alkavat muodostua atomeiksi, ottamalla elektroneja kiertolaisiksi. Maailmankaikkeus on saanut rakennuspalikkansa. Nyt pääosaan astuu painovoima joka alkaa keräillä syntyneitä hiukkasia keskittymiksi, mutta siitä myöhemmin.

12 4.0 ONGELMIA JA RATKAISUJA Alkuperäisessä alkuräjähdysmallissa oli ongelmia joita ei vieläkään ole saatu ratkaisua yksiselitteisesti. Vahvoja ehdotuksia on, mutta teorioita ei olla saatu vielä kokeellisesti todistettua. Vakavimmat ongelmat ovat materian ja antimaterian epäsymmetria ja maailmankaikkeuden kasvunopeus. 4.1 Materia-antimateria epäsymmetria Aikaisemmin mainitsin että maailmankaikkeuteen syntyi alun perin ainetta ja antiainetta. Ongelma on että sitä olisi pitänyt synty yhtä paljon. Silti maailmankaikkeus koostuu aineesta. Kysymys siis kuuluu: miksi olemme? Viimeisimmät havainnot neutriinojen tutkimuksissa antavat ehkä vastauksen ongelmaan. Vastaus liittyy neutriinojen oskilloitumiseen eli neutriinojen massojen vaihteluihin. Esimerkiksi Auringosta lähtenyt elektronin neutriino voi oskilloitua ja saapua maahan taun neutriinona. Näin neutriinolla on tavallaan kolme eri massaa yhtä aikaa. Nämä äärimmäisen keveät ja huonosti vuorovaikuttavat hiukkaset saattoivat olla se mikä käänsi maailmankaikkeuden ainevoittoiseksi, koska on huomattu neutriinojen ja antineutriinojen oskilloivan eri tavalla On olemassa myös toinen huomattavasti jännittävämpi luonnollisesti kokeellisesti todistamaton selitys epäsymmetrialle, joka löytyy aiemmin mainitun GUT:n yhtälöistä Jotta Suuri yhtenäisteoria toimisi moitteetta, myös hiukkasten pitää pystyä muuttumaan toisikseen. Tämä taas vaati kahdenlaisia uusia hiukkasia: hieman kornisti nimettyjä X-hiukkasia ja magneettisia monopoleja. X-hiukkaset olivat vastaus fyysikkojen rukouksiin materian ja antimaterian ongelman suhteen. X-hiukkaset ja niiden vastahiukkaset hajoavat eri tahtiin mahdollistaen epäsymmetrian materian ja antimaterian välille. Kaiken lisäksi X- hiukkaset hajoavat sopuisasti kvarkeiksi ja elektroneiksi lämpötilan laskiessa tarpeeksi. Mutta ei niin paljon hyvää, ettei jotain pahaakin. X-hiukkasilla on nimittäin paha kaksoisveli: magneettinen monopoli.

13 Magneettiset monopolit eivät ole hiukkasina yhtä sopuisia kuin X-hiukkaset. Perinteisen alkuräjähdysmallin mukaan monopoleja olisi yhä jäljellä huomattava määrä. Määrä joka olisi niin suuri että se olisi romahduttanut maailmankaikkeuden aikoja sitten. Nyt kysymys kuului: miksi maailmankaikkeus on? Vuonna 1979 Alan Guth antoi vastauksen: inflaatio. 4.2 Inflaatiomalli Inflaatiomallin mukaan sekunnin kuluttua maailmankaikkeuden synnystä se koki valtavan inflatorisen eli kiihtyvän laajenemisen (arvio on n ). Inflaatiomallillaan Guth ratkaisi parikin perustavaa laatua olevaa pulmaa alkuräjähdysteoriasta.: jo mainitun monopoli-ongelman lisäksi maailmankaikkeuden kokoon liittyvän ongelman. Koko-ongelman ydin on maailmankaikkeuden yhtenäisyys. Jos kaikkeus olisi laajennut tasaisesti olemassaolonsa ajan, sen säde olisi ollut sekunnin alkuräjähdyksen jälkeen jopa 3mm. Kuitenkin tutkiessamme maailmankaikkeutta huomaamme sen erityisen yhdenmukaisuuden, mikä tarkoittaa että sen olisi pitänyt jossain vaiheessa tasoittua. Ainoa hetki jolloin tämä on mahdollista, on kun maailmankaikkeus oli pienimmillään ajan alussa. Vanhan alkuräjähdysmallin mukainen 3mm on kuitenkin liian suuri. Monopoli-ongelman ydin on niiden syntytapa. Magneettisia monopoleja syntyi maailmankaikkeuden ensimmäisten hetkien aikana ennen GUT voimien eriytymistä. Maailmankaikkeus oli pienien energiakenttien sekamelskaa ja näiden kenttien risteyskohtiin syntyi magneettisia monopoleja. Ongelma on pohjimmiltaan sama: maailmankaikkeus oli liian suuri liian varhain. Jos maailmankaikkeuden säde olisi ollut 3mm, energiakenttien risteyskohtia olisi ollut liikaa ja olisi syntynyt valtava määrä monopoleja, jotka olisivat sulkeneet universumin. Guthin inflaatio-oivallus poisti ongelmat pienentämällä maailmankaikkeuden varhaista kokoa. Näin maailmankaikkeus pystyi tasoittumaan nykyisen näkymän mukaisesti yhdenmukaiseksi. Monopoliongelma ratkesi samalla energiakenttien tasoittuessa. Inflaatiomallin mukaan magneettisia monopoleja voi olla näkyvässä maailmankaikkeudessa korkeintaan yksi.

14 Mikä sitten sai aikaan niinkin massiivisen tapahtuman kuin inflaation? Vastaus on hieman itseään vastaan sotiva tyhjiöenergia ja sen ominaisuuden. Arkielämässä olemme tottuneet pitämään tyhjiötä tyhjänä tilana jossa ei ole mitään. Kvanttimekaniikan näkökulmasta asia ei ole niin yksinkertainen. Epätarkkuusperiaate, joka on yksi kvanttifysiikan perusperiaatteita, sanoo, ettei hiukkasen paikkaa ja liikemäärää voida molempia tietää miten tarkasti tahansa. Mitä tarkemmin paikka tunnetaan, sitä epätarkemmin liikemäärä tiedetään ja toisinpäin. Sama laki pätee myös ajan ja energian välillä, mikä johtaa siihen että tyhjiöön voi syntyä energiaa väliaikaisesti. Näin siis tyhjiöllä on energiatiheys. Kuuluisan E=mc 2 kaavan mukaan massa on energiaa ja energia on massaa, johon vaikuttaa painovoima. Tässä tyhjiöenergia poikkeaa muusta energiasta: se aiheuttaa negatiivista painetta. Normaali aine aiheuttaa vetovoimaa, mutta tyhjiöenergia aiheuttaa poistovoimaa. Toisin sanoen, jos jossain vaiheessa maailmankaikkeuden historiassa tyhjiön energiatiheys olisi tarpeeksi suuri, tyhjiöenergian aiheuttama poistovoima olisi suurempi kuin massan aiheuttama vetovoima ja näin saaden aikaa inflatorisen laajenemisen. Inflaation jälkeen tyhjiön energiatiheys laskisi valtavan laajenemisen takia lähelle nollaa näin antaen maailmankaikkeuden laajeta tasaisesti. Niin kuin kaikissa hyvissä teorioissa kaikki vain tuntuu loksahtavan paikalleen. Tähän päivään mennessä inflaatioteoriaa pidetään luotettavimpana teoriana maailmankaikkeuden varhaiskehityksestä. 4.3 Ajassa taaksepäin liikkuva hiukkanen? Viimeinen esiteltävä vaihtoehto materian ja antimaterian ongelmaan on ehkä kaikista erikoisin ja myös mielenkiintoisin. Sen juuret ovat antimaterian luonteessa josta Richard Feynman esitteli uudenlaisen näkökulman QED-teoriassaan. Ainakin matemaattisesti oikean katsannon mukaan antihiukkaset voidaan katsoa ajassa taaksepäin liikkuvina hiukkasina. Asiaan voi saada selvyyttä seuraavalla tavalla: Kun positiivisesti varattu hiukkanen liikkuu ajassa eteenpäin se vetää negatiivisesti varattuja hiukkasia puoleensa, mutta jos katsotaan sama tapahtuma päinvastoin liikutaan ajassa taaksepäin positiivisesti varattu hiukkanen hylkii negatiivisia hiukkasia. Tämä antiaineen luonteen uusi määritelmä avaa uusia näkökulmia materian ja antimaterian väliseen epäsymmetriaan ja itse asiassa koko aineen luonteeseen, jos se pitää

15 paikkaansa. Koska jos antiaine on ajassa taaksepäin liikkuvaa ainetta, niin on mahdollista, että havaittava aine voisi itse asiassa koostua pienemmästä määrästä hiukkasia kuin luullaan. Ehkä jopa yhdestä ainoasta hiukkasesta joka poukkoilee ajassa eteen ja taakse. Tämä viimeistään selittäisi miksi antiainetta ei ole näkyvissä: kuinka monta hiukkasta maailmankaikkeudessa onkaan, ne kulkivat ajassa eteen ja taakse alkuhetkillä, täydensivät syklinsä ja jatkoivat matkaansa ajassa eteenpäin, koska takanapäin ei ollut mitään minne mennä. aika fotoni positroni elektroni avaruus

16 14 miljardia vuotta kokoamista Maailmankaikkeuden laajentuessa sen massa ei siis jakaantunut tasaisesti. Jos aine olisi jakaantunut tasaisesti, ei massa olisi alkanut keskittyä eivätkä tähdetkään näin olisi voineet saada alkuaan. Nämä pienet keskittymät voidaan havainnoida myös taustasäteilystä, jossa havaittavat alle tuhannesosan poikkeamat kertovat varhaisista pienistä eroista maailmankaikkeuden eri osissa. Varhaisessa, tuhansien vuosien ikäisessä, maailmankaikkeudessa oli energiaa vielä niin paljon, että elektronit eivät pystyneet asettumaan kiertämään atomeja energiatiloilleen, aine oli näin plasmamuodossa. Vasta noin vuoden kuluttua alkuräjähdyksestä maailmankaikkeus oli jäähtynyt niin paljon, että atomeja pystyi muodostumaan. Tämän kauemmaksi emme pysty näkemään menneisyyteen, sillä vapaat elektronit sirottavat fotoneja estäen käytännössä kaiken sähkömagneettisen säteilyn etenemisen. Voidaan sanoa niiden muodostaneen usvan, joka peitti koko universumin. Tiettyyn lämpötilaan jäähdyttyään ja elektronien sitouduttua maailma muuttui läpinäkyväksi. Tätä vaihetta kutsutaan viimeiseksi sirontapinnaksi. Samalla syntyi kosminen taustasäteily fotonien päästessä vapaasti liikkumaan: Tässä vaiheessa n. 80 % atomeista oli vetyä ja loput 20 % pääosin heliumia. Hieman litiumia on myös laskettu syntyneen. Laajenevassa maailmankaikkeudessa painovoima alkoi kerätä yhä enemmän ainetta varhaisiin massakeskittymiin, mutta vasta noin miljardin vuoden kohdalla oli paine kasvanut niin suureksi, että ensimmäiset vedyn fuusioreaktiot tapahtuivat varhaisissa tähdissä. Vedyn loputtua alkoivat heliumin reaktiot muodostaen yhä raskaampia alkuaineita aina rautaan saakka. Pienen tähden massa ei riitä enää paineen kasvattamiseen raudan ydinten yhdistämiseksi, keveät jäljellä olevat alkuaineet karkaavat avaruuteen ja tähdestä jää jäljelle hiipuva, jäähtyvä rautasydän. Rautasydän ei romahda, sillä tähden jäännösten tihentyessä elektroneille jää yhä vähemmän tilaa ja niiden liike kiihtyy Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen mukaisesti. Tässä niin sanotussa degeneroituneessa aineessa elektronien liikkeen aiheuttama paine pysäyttää tähden tihentymisen.

17 Aluksi se säteilee lämpötilansa turvin vielä paljon, tästä nimi valkoinen kääpiö. Jäähtyessään se himmenee ja nimikin muuttuu mustaksi kääpiöksi. Lopulta jäljellä on enää avaruudessa vaeltava kylmä rautakimpale. Massiivisemmilla tähdillä on tapana sammua valtavan räjähdyksen supernovan saattelemana. Supernovasta voi jäädä jäljelle neutronitähti tai jopa musta aukko, riippuen tähden massasta. Neutronitähti syntyy, kun supernovasta jäljelle jäävä tähden ydin sortuu omasta massastaan. Jos taas tähdellä on massaa enemmän kuin 1,44 auringon massaa (ns. Chandrasekharin massa), sen oma massa jaksaa kohottaa pursituessaan paineen niin suureksi, että myös rautaydin pusertuu kasaan. Tällöin voi syntyä neutronitähti tai jopa musta aukko, riippuen tähden massasta.. Valtavassa paineessa protonit ja elektronit yhtyvät neutroneiksi ja samalla vapautuu energiaa. Neutronien paine ulospäin pysäyttää tiheyden kasvamisen. Neutronitähdellä on muutaman senttimetrin paksuinen kaasuuntuneesta raudasta muodostunut kaasukehä. Tähti itse koostuu pääasiassa neutroneista, joiden tiheys neutronitähdessä on huikea, sillä n. 10km säteisen tähden massa on yli 1,4 auringon massaa. Neutronitähdestä voi tulla myös pulsari, radiolähde, joka lähettää valo- ja röntgensäteilyä sekuntien tai jopa millisekuntien jaksoissa. Pulsarissa on säteilykartio, jota säde pyyhkii siten, että tiettyyn suuntaan vain n. 2 % jaksosta se lähettää säteilyä. Pulsareja pidetään nopeasti pyörivinä neutronitähtinä, jonka pyörimisnopeus on kiihtynyt valtavasti sen säteen ja siten hitausmomentin kutistuessa. Äärimmäisissä tapauksissa kuolevan tähden massa voi myös romahtaa täydellisesti, jolloin koko tähden jäljellä oleva aine puristuu yhteen pisteeseen äärettömän tiheäksi aineeksi, singulariteetiksi. Massan romahtamisen singulariteettiin voidaan käsittää olevan päinvastainen tapahtuma alkuräjähdykselle. Mustan aukon painovoima on niin suuri, ettei mikään pääse ulos siitä. Se on aika-avaruuden pohjaton tasku, jonne aine katoaa ja jossa aika pysähtyy. Sen sijaan mustaan aukkoon liittyviä ilmiöitä, esimerkiksi aukkoon tippuvaa materiaa voidaan havainnoida, kunnes se on saavuttanut

18 tapahtumahorisontin. Se on alue, josta valo vain niukasti enää pääsee pakoon painovoimaa. Pienintä sädettä, jolta voi vielä paeta mustan aukon vetovoimaa, kutsutaan Schwardschildin säteeksi. Aukkoon putoava aine tippuessaan alkaa kiertää mustaa aukkoa kiihtyvällä vauhdilla. Kiihtyvä nopeus saa tippuvan aineen kuumenemaan valtavasti ja siitä syntyy kaksi erisuuntiin etenevää kaasusuihkua, jotka ulottuvat miljardien kilometrien etäisyyksille. Aine lisäksi kiertäessään aukkoa lähettää mm. röntgensäteilyä. Lisäksi modernit fyysikot Stephen Hawkingin johdolla ovat selvittäneet mustan aukon kuitenkin säteilevän. Kyse on hiukkas-antihiukkasparista, joita syntyy ja annihiloituu jatkuvasti kaikkialla. Mustan aukon tapahtumahorisontissa voi kuitenkin tapahtua ilmiö, jossa toinen hiukkanen parista putoaa mustaan aukkoon samalla luovuttaen selvinneelle parilleen energiaa, joka muuttuu todelliseksi hiukkaseksi. Mustan aukon ulkopuolelle tapahtuma näyttää musta aukon säteilyltä. Pienet aukot säteilevät nopeammin kuin suuret, ja juuri kuihtumaisillaan olevan mustan aukon säteilyn kiivaus voi saada sen näyttävän suorastaan räjähtävän pois. Musat aukot ovat siis maailmankaikkeuden kierrätyskeskuksia; ne palauttavat aineen takaisin säteilyksi Kun maailmankaikkeus oli saanut suuremman mittaluokan rakennusaineet, tähdet, ne alkoivat puolestaan muodostaa ryhmiä joita me kutsumme galakseiksi. Galaksit taas ovat järjestyneet galaksiryhmiksi, jotka ovat kasaantuneet klustereiksi jotka vuorostaan voivat muodostaa superklustereja.

19 ja silti. Aina maailmankaikkeuden ensi hetkistä tähän päivään asti maailmankaikkeus on käyttänyt kaiken tarmonsa aineen kasaamiseen. Alussa maailmankaikkeus oli täydellisen symmetrinen, voimat ja aine olivat yhtä ja entropia oli niin pieni kuin sen on mahdollista olla. Sitten kaikki romahti. Romahduksen vaikutuksen näemme vieläkin laajenemisena. On kuin maailmankaikkeus yrittäisi kumota tapahtuneen ja tehdä parhaansa että asiat palaisivat ennalleen. Se ei kuitenkaan näytä onnistuvan tehtävässään vaan saa aikaan ainoastaan pieniä keskittymiä. Pitkällä tähtäimelläkään ei näytä maailmankaikkeuden kannalta hyvältä. Sen massa ei näytä riittävän kääntämään laajenemista vaan universumin kohtalo on hiipua hiljaa tyhjyyteen.

20 LÄHTEET Fred Adams & Maailmankaikkeuden elämänkerta Greg Laughlin LIKE 1999 John Barrow Maailmankaikkeuden alku WSOY 1994 Kari Enqvist & Tyhjästä syntynyt Jukka Maalampi WSOY 1994 John Gribbin Gordon Kane Lawrence Krauss Malcom S. Longair In search of the Big Bang NATURE 1986 Kvarkkitarha ART HOUSE 1995 Kvintessenssi ART HOUSE 2000 Räjähtävä maailmankaikkeus URSA 1992

Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016)

Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016) Maailmankaikkeuden syntynäkemys (nykykäsitys 2016) Kvanttimeri - Kvanttimaailma väreilee (= kvanttifluktuaatiot eli kvanttiheilahtelut) sattumalta suuri energia (tyhjiöenergia)

Lisätiedot

Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson

Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson Kosmologia: Miten maailmankaikkeudesta tuli tällainen? Tapio Hansson Kosmologia Kosmologiaa tutkii maailmankaikkeuden rakennetta ja historiaa Yhdistää havaitsevaa tähtitiedettä ja fysiikkaa Tämän hetken

Lisätiedot

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Vuorovaikutukset on perinteisesti jaettu neljään: Gravitaatio Sähkömagneettinen vuorovaikutus Heikko vuorovaikutus Vahva vuorovaikutus Sähköheikkoteoria

Lisätiedot

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi

perushiukkasista Perushiukkasia ovat nykykäsityksen mukaan kvarkit ja leptonit alkeishiukkasiksi 8. Hiukkasfysiikka Hiukkasfysiikka kuvaa luonnon toimintaa sen perimmäisellä tasolla. Hiukkasfysiikan avulla selvitetään maailmankaikkeuden syntyä ja kehitystä. Tutkimuskohteena ovat atomin ydintä pienemmät

Lisätiedot

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta

Teoreetikon kuva. maailmankaikkeudesta Teoreetikon kuva Teoreetikon kuva hiukkasten hiukkasten maailmasta maailmasta ja ja maailmankaikkeudesta maailmankaikkeudesta Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto Lapua 5. 5. 2012 Miten

Lisätiedot

Kosmologia ja alkuaineiden synty. Tapio Hansson

Kosmologia ja alkuaineiden synty. Tapio Hansson Kosmologia ja alkuaineiden synty Tapio Hansson Alkuräjähdys n. 13,7 mrd vuotta sitten Alussa maailma oli pistemäinen Räjähdyksen omainen laajeneminen Alkuolosuhteet ovat hankalia selittää Inflaatioteorian

Lisätiedot

Kosmos = maailmankaikkeus

Kosmos = maailmankaikkeus Kosmos = maailmankaikkeus Synty: Big Bang, alkuräjähdys 13 820 000 000 v sitten Koostumus: - Pimeä energia 3/4 - Pimeä aine ¼ - Näkyvä aine 1/20: - vetyä ¾, heliumia ¼, pari prosenttia muita alkuaineita

Lisätiedot

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Tapio Hansson Perusvuorovaikutukset Vuorovaikutukset on perinteisesti jaettu neljään: Gravitaatio Sähkömagneettinen vuorovaikutus Heikko vuorovaikutus Vahva vuorovaikutus Sähköheikkoteoria

Lisätiedot

Arttu Haapiainen ja Timo Kamppinen. Standardimalli & Supersymmetria

Arttu Haapiainen ja Timo Kamppinen. Standardimalli & Supersymmetria Standardimalli & Supersymmetria Standardimalli Hiukkasfysiikan Standardimalli on teoria, joka kuvaa hiukkaset ja voimat, jotka vaikuttavat luonnossa. Ympärillämme näkyvä maailma koostuu ylös- ja alas-kvarkeista

Lisätiedot

Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura

Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi. Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura Hiukkasfysiikan luento 21.3.2012 Pentti Korpi Lapuan matemaattisluonnontieteellinen seura Atomi Aine koostuu molekyyleistä Atomissa on ydin ja fotonien ytimeen liittämiä elektroneja Ytimet muodostuvat

Lisätiedot

Vuorovaikutuksien mittamallit

Vuorovaikutuksien mittamallit Vuorovaikutuksien mittamallit Hiukkasten vuorovaikutuksien teoreettinen mallintaminen perustuu ns. mittakenttäteorioihin. Kenttä viittaa siihen, että hiukkanen kuvataan paikasta ja ajasta riippuvalla funktiolla

Lisätiedot

SUPER- SYMMETRIA. Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa

SUPER- SYMMETRIA. Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa SUPER- SYMMETRIA Robert Wilsonin Broken Symmetry (rikkoutunut symmetria) Fermilabissa USA:ssa Teemu Löyttinen & Joni Väisänen Ristiinan lukio 2008 1. Sisällysluettelo 2. Aineen rakenteen standardimalli

Lisätiedot

Hiukkasfysiikkaa. Tapio Hansson

Hiukkasfysiikkaa. Tapio Hansson Hiukkasfysiikkaa Tapio Hansson Aineen Rakenne Thomson onnistui irrottamaan elektronin atomista. Rutherfordin kokeessa löytyi atomin ydin. Niels Bohrin pohdintojen tuloksena elektronit laitettiin kiertämään

Lisätiedot

Tarinaa tähtitieteen tiimoilta FYSIIKAN JA KEMIAN PERUSTEET JA PEDAGOGIIKKA 2014 KARI SORMUNEN

Tarinaa tähtitieteen tiimoilta FYSIIKAN JA KEMIAN PERUSTEET JA PEDAGOGIIKKA 2014 KARI SORMUNEN Tarinaa tähtitieteen tiimoilta FYSIIKAN JA KEMIAN PERUSTEET JA PEDAGOGIIKKA 2014 KARI SORMUNEN Oppilaiden ennakkokäsityksiä avaruuteen liittyen Aurinko kiertää Maata Vuodenaikojen vaihtelu johtuu siitä,

Lisätiedot

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1

Leptonit. - elektroni - myoni - tauhiukkanen - kolme erilaista neutriinoa. - neutriinojen varaus on 0 ja muiden leptonien varaus on -1 Mistä aine koostuu? - kaikki aine koostuu atomeista - atomit koostuvat elektroneista, protoneista ja neutroneista - neutronit ja protonit koostuvat pienistä hiukkasista, kvarkeista Alkeishiukkaset - hiukkasten

Lisätiedot

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

Aine ja maailmankaikkeus. Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos Aine ja maailmankaikkeus Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos Lahden yliopistokeskus 29.9.2011 1900-luku tiedon uskomaton vuosisata -mikä on aineen olemus -miksi on erilaisia aineita

Lisätiedot

Supernova. Joona ja Camilla

Supernova. Joona ja Camilla Supernova Joona ja Camilla Supernova Raskaan tähden kehityksen päättäviä valtavia räjähdyksiä Linnunradan kokoisissa galakseissa supernovia esiintyy noin 50 vuoden välein Supernovan kirkkaus muuttuu muutamassa

Lisätiedot

Mustien aukkojen astrofysiikka

Mustien aukkojen astrofysiikka Mustien aukkojen astrofysiikka Peter Johansson Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto Kumpula nyt Helsinki 19.2.2016 1. Tähtienmassaiset mustat aukot: Kuinka isoja?: noin 3-100 kertaa Auringon massa, tapahtumahorisontin

Lisätiedot

Alkeishiukkaset. Standarimalliin pohjautuen:

Alkeishiukkaset. Standarimalliin pohjautuen: Alkeishiukkaset Alkeishiukkaset Standarimalliin pohjautuen: Alkeishiukkasiin lasketaan perushiukkaset (fermionit) ja alkeishiukkasbosonit. Ne ovat nykyisen tiedon mukaan jakamattomia hiukkasia. Lisäksi

Lisätiedot

CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén

CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén CERN ja Hiukkasfysiikan kokeet Mikä se on? Mitä siellä tehdään? Miksi? Mitä siellä vielä aiotaan tehdä, ja miten? Tapio Lampén CERN = maailman suurin hiukkastutkimuslaboratorio Sveitsin ja Ranskan rajalla,

Lisätiedot

Hiukkasfysiikka, kosmologia, ja kaikki se?

Hiukkasfysiikka, kosmologia, ja kaikki se? Hiukkasfysiikka, kosmologia, ja kaikki se? Kari Rummukainen Fysiikan laitos & Fysiikan tutkimuslaitos (HIP) Helsingin Yliopisto Kari Rummukainen Hiukkasfysiikka + kosmologia Varhainen maailmankaikkeus

Lisätiedot

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1

Ydin- ja hiukkasfysiikka 2014: Harjoitus 5 Ratkaisut 1 Ydin- ja hiukkasfysiikka 04: Harjoitus 5 Ratkaisut Tehtävä a) Vapautunut energia saadaan laskemalla massan muutos reaktiossa: E = mc = [4(M( H) m e ) (M( 4 He) m e ) m e ]c = [4M( H) M( 4 He) 4m e ]c =

Lisätiedot

CERN-matka

CERN-matka CERN-matka 2016-2017 UUTTA FYSIIKKAA Janne Tapiovaara Rauman Lyseon lukio http://imglulz.com/wp-content/uploads/2015/02/keep-calm-and-let-it-go.jpg FYSIIKKA ON KOKEELLINEN LUONNONTIEDE, JOKA PYRKII SELITTÄMÄÄN

Lisätiedot

Tampere 14.12.2013. Higgsin bosoni. Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto

Tampere 14.12.2013. Higgsin bosoni. Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto Tampere 14.12.2013 Higgsin bosoni Hiukkasen kiinnostavaa? Kimmo Tuominen! Helsingin Yliopisto Perustutkimuksen tavoitteena on löytää vastauksia! yksinkertaisiin peruskysymyksiin. Esimerkiksi: Mitä on massa?

Lisätiedot

PIMEÄ ENERGIA mysteeri vai kangastus? Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos

PIMEÄ ENERGIA mysteeri vai kangastus? Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos PIMEÄ ENERGIA mysteeri vai kangastus? Kari Enqvist Helsingin yliopisto ja Fysiikan tutkimuslaitos 1917: Einstein sovelsi yleistä suhteellisuusteoriaa koko maailmankaikkeuteen Linnunradan eli maailmankaikkeuden

Lisätiedot

Fysiikkaa runoilijoille Osa 7: kohti kaiken teoriaa

Fysiikkaa runoilijoille Osa 7: kohti kaiken teoriaa Fysiikkaa runoilijoille Osa 7: kohti kaiken teoriaa Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja fysiikan tutkimuslaitos www.helsinki.fi/yliopisto 1 Modernin fysiikan sukupuu Klassinen mekaniikka

Lisätiedot

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi

Aurinko. Tähtitieteen peruskurssi Aurinko K E S K E I S E T K Ä S I T T E E T : A T M O S F Ä Ä R I, F O T O S F Ä Ä R I, K R O M O S F Ä Ä R I J A K O R O N A G R A N U L A A T I O J A A U R I N G O N P I L K U T P R O T U B E R A N S

Lisätiedot

Hiukkasfysiikkaa teoreetikon näkökulmasta

Hiukkasfysiikkaa teoreetikon näkökulmasta Hiukkasfysiikkaa teoreetikon näkökulmasta @ CERN Risto Paatelainen CERN Theory Department KUINKA PÄÄDYIN CERN:IIN Opinnot: 2006-2011 FM, Teoreettinen hiukkasfysiikka, Jyväskylän yliopisto 2011-2014 PhD,

Lisätiedot

Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria

Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria Fysiikkaa runoilijoille Osa 5: kvanttikenttäteoria Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja fysiikan tutkimuslaitos www.helsinki.fi/yliopisto 1 Modernin fysiikan sukupuu Klassinen mekaniikka

Lisätiedot

Atomimallit. Tapio Hansson

Atomimallit. Tapio Hansson Atomimallit Tapio Hansson Atomin käsite Atomin käsite on peräisin antiikin Kreikasta. Filosofi Demokritos päätteli (n. 400 eaa.), että äärellisen maailman tulee koostua äärellisistä, jakamattomista hiukkasista

Lisätiedot

Galaksit ja kosmologia 53926, 5 op, syksy 2015 D114 Physicum

Galaksit ja kosmologia 53926, 5 op, syksy 2015 D114 Physicum Galaksit ja kosmologia 53926, 5 op, syksy 2015 D114 Physicum Luento 12: Varhainen maailmankaikkeus 24/11/2015 www.helsinki.fi/yliopisto 24/11/15 1 Tällä luennolla käsitellään 1. Varhaisen maailmankaikkeuden

Lisätiedot

Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa. Kari Rummukainen

Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa. Kari Rummukainen Teoreettinen hiukkasfysiikka ja kosmologia Oulun yliopistossa Kari Rummukainen Mitä hiukkasfysiikka tutkii? Mitä Oulussa tutkitaan? Opiskelu ja sijoittuminen työelämässä Teoreettinen fysiikka: työkaluja

Lisätiedot

Fysiikka 8. Aine ja säteily

Fysiikka 8. Aine ja säteily Fysiikka 8 Aine ja säteily Sähkömagneettinen säteily James Clerk Maxwell esitti v. 1864 sähkövarauksen ja sähkövirran sekä sähkö- ja magneettikentän välisiä riippuvuuksia kuvaavan teorian. Maxwellin teorian

Lisätiedot

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN

Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN Mitä energia on? Risto Orava Helsingin yliopisto Fysiikan tutkimuslaitos CERN 17. helmikuuta 2011 ENERGIA JA HYVINVOINTI TANNER-LUENTO 2011 1 Mistä energiaa saadaan? Perusenergia sähkö heikko paino vahva

Lisätiedot

Fysiikan nykytila ja saavutukset

Fysiikan nykytila ja saavutukset Fysiikan nykytila ja saavutukset Jako osa-alueisiin Nykyfysiikan jako pääaloihin voidaan tehdä sen perusteella mitä fysiikassa tällä hetkellä tutkitaan aktiivisesti (eli tutkimuskohteen mukaan). Näitä

Lisätiedot

Aikamatkustus. Emma Beckingham ja Enni Pakarinen

Aikamatkustus. Emma Beckingham ja Enni Pakarinen Aikamatkustus Emma Beckingham ja Enni Pakarinen Aikamatkustuksen teoria Aikamatkustus on useita vuosisatoja kiinnostanut ihmiskuntaa. Nykyihminen useimmiten pitää aikamatkustusta vain kuvitteellisena konseptina,

Lisätiedot

Bohr Einstein -väittelyt. Petteri Mäntymäki Timo Kärkkäinen

Bohr Einstein -väittelyt. Petteri Mäntymäki Timo Kärkkäinen Bohr Einstein -väittelyt Petteri Mäntymäki Timo Kärkkäinen Esityksen sisältö Kvanttivallankumous Epätarkkuusperiaate Väittelyt Yhteenveto 24.4.2013 2 Kvanttivallankumous Alkoi 1900-luvulla (Einstein, Planck,

Lisätiedot

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY Maailmankaikkeuden synty selitetään nykyään ns. alkuräjähdysteorian ( Big Bang ) avulla. Alkuräjähdysteorian mukaan maailmankaikkeus syntyi tyhjästä tai lähes tyhjästä äärettömän

Lisätiedot

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto

Aineen olemuksesta. Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto Aineen olemuksesta Jukka Maalampi Fysiikan laitos Jyväskylän yliopisto Miten käsitys aineen perimmäisestä rakenteesta on kehittynyt aikojen kuluessa? Mitä ajattelemme siitä nyt? Atomistit Loogisen päättelyn

Lisätiedot

Maailmankaikkeuden kriittinen tiheys

Maailmankaikkeuden kriittinen tiheys Maailmankaikkeuden kriittinen tiheys Tarkastellaan maailmankaikkeuden pientä pallomaista laajenevaa osaa, joka sisältää laajenemisliikkeessä olevia galakseja. Olkoon pallon säde R, massa M ja maailmankaikkeuden

Lisätiedot

S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä

S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä S U H T E E L L I S U U S T E O R I AN P Ä Ä P I I R T E I T Ä (ks. esim. http://www.kotiposti.net/ajnieminen/sutek.pdf). 1. a) Suppeamman suhteellisuusteorian perusolettamukset (Einsteinin suppeampi suhteellisuusteoria

Lisätiedot

Atomimallit. Tapio Hansson

Atomimallit. Tapio Hansson Atomimallit Tapio Hansson Atomin käsite Atomin käsite on peräisin antiikin Kreikasta. Filosofi Demokritos päätteli (n. 400 eaa.), että äärellisen maailman tulee koostua äärellisistä, jakamattomista hiukkasista

Lisätiedot

Hiukkasfysiikka. Katri Huitu Alkeishiukkasfysiikan ja astrofysiikan osasto, Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto

Hiukkasfysiikka. Katri Huitu Alkeishiukkasfysiikan ja astrofysiikan osasto, Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto Hiukkasfysiikka Katri Huitu Alkeishiukkasfysiikan ja astrofysiikan osasto, Fysiikan laitos, Helsingin yliopisto Nobelin palkinto hiukkasfysiikkaan 2013! Robert Brout (k. 2011), Francois Englert, Peter

Lisätiedot

Pimeän energian metsästys satelliittihavainnoin

Pimeän energian metsästys satelliittihavainnoin Pimeän energian metsästys satelliittihavainnoin Avaruusrekka, Kumpulan pysäkki 04.10.2012 Peter Johansson Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta / Peter Johansson/ Avaruusrekka 04.10.2012 13/08/14

Lisätiedot

Aineen rakenteesta. Tapio Hansson

Aineen rakenteesta. Tapio Hansson Aineen rakenteesta Tapio Hansson Ykköskurssista jo muistamme... Atomin käsite on peräisin antiikin Kreikasta. Demokritos päätteli alunperin, että jatkuva aine ei voi koostua äärettömän pienistä alkeisosasista

Lisätiedot

Maan ja avaruuden välillä ei ole selkeää rajaa

Maan ja avaruuden välillä ei ole selkeää rajaa Avaruus Mikä avaruus on? Pääosin tyhjiön muodostama osa maailmankaikkeutta Maan ilmakehän ulkopuolella. Avaruuden massa on pääosin pimeässä aineessa, tähdissä ja planeetoissa. Avaruus alkaa Kármánin rajasta

Lisätiedot

LHC -riskianalyysi. Emmi Ruokokoski

LHC -riskianalyysi. Emmi Ruokokoski LHC -riskianalyysi Emmi Ruokokoski 30.3.2009 Johdanto Mikä LHC on? Perustietoa ja taustaa Mahdolliset riskit: mikroskooppiset mustat aukot outokaiset magneettiset monopolit tyhjiökuplat Emmi Ruokokoski

Lisätiedot

Neutriino-oskillaatiot

Neutriino-oskillaatiot Neutriino-oskillaatiot Seminaariesitys Joonas Ilmavirta Jyväskylän yliopisto 29.11.2011 Joonas Ilmavirta (JYU) Neutriino-oskillaatiot 29.11.2011 1 / 16 Jotain vikaa β-hajoamisessa Ytimen β-hajoamisessa

Lisätiedot

(Hiukkas)fysiikan standardimalli

(Hiukkas)fysiikan standardimalli Alkeishiukkasista maailmankaikkeuteen: (Hiukkas)fysiikan standardimalli Helsingin Yliopisto Kaikki koostuu alkeishiukkasista: Aine koostuu protoneista, neutroneista ja elektroneista Protonit ja neutronit

Lisätiedot

Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista

Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista Fysiikan Nobel 2008: Uusia tosiasioita aineen perimmäisistä rakenneosasista K. Kajantie keijo.kajantie@helsinki.fi Tampere, 14.12.2008 Fysiikan (teoreettisen) professori, Helsingin yliopisto, 1970-2008

Lisätiedot

Aatofunktiot ja epätarkkuus

Aatofunktiot ja epätarkkuus Aatofunktiot ja epätarkkuus Aaltofunktio sisältää tiedon siitä, millä todennäköisyydellä hiukkanen on missäkin avaruuden pisteessä. Tämä tunnelointimikroskoopilla grafiitista otettu kuva näyttää elektronin

Lisätiedot

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET

MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET MAAILMANKAIKKEUDEN PIENET JA SUURET RAKENTEET KAIKKI HAVAITTAVA ON AINETTA TAI SÄTEILYÄ 1. Jokainen rakenne rakentuu pienemmistä rakenneosista. Luonnon rakenneosat suurimmasta pienimpään galaksijoukko

Lisätiedot

Pimeä energia. Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla

Pimeä energia. Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla Pimeä energia Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla 27.5.2015 Friedmann- Robertson- Walker - malli homogeeninen ja isotrooppinen approksimaa>o maailmankaikkeudelle Havaintoihin sopii

Lisätiedot

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY Maailmankaikkeuden synty selitetään nykyään kosmisen inflaation ja alkuräjähdysteorian ( Big Bang ) avulla. Maailmankaikkeus syntyi nykytietämyksen mukaan (2016) tyhjiöenergiasta

Lisätiedot

Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola

Säteily ja suojautuminen Joel Nikkola Säteily ja suojautuminen 28.10.2016 Joel Nikkola Kotitehtävät Keskustele parin kanssa aurinkokunnan mittakaavasta. Jos maa olisi kolikon kokoinen, minkä kokoinen olisi aurinko? Jos kolikko olisi luokassa

Lisätiedot

Lataa Maailmankaikkeus pähkinänkuoressa - Stephen Hawking. Lataa

Lataa Maailmankaikkeus pähkinänkuoressa - Stephen Hawking. Lataa Lataa Maailmankaikkeus pähkinänkuoressa - Stephen Hawking Lataa Kirjailija: Stephen Hawking ISBN: 9789510284001 Sivumäärä: 215 Formaatti: PDF Tiedoston koko: 16.67 Mb Stephen Hawkingin menestysteos Ajan

Lisätiedot

Mahtuuko kaikkeus liitutaululle?

Mahtuuko kaikkeus liitutaululle? Mahtuuko kaikkeus liitutaululle? Teoreettinen näkökulma hiukkasfysiikkaan Jaana Heikkilä, CERN, 304-1-007 7.2.2017 Ylioppilas, 2010, Madetojan musiikkilukio, Oulu LuK (Fysiikka, teor. fysiikka), 2013,

Lisätiedot

Friedmannin yhtälöt. Einsteinin yhtälöt isotrooppisessa, homogeenisessa FRW-universumissa 8 G 3. yleisin mahdollinen metriikka. Friedmannin yhtälö

Friedmannin yhtälöt. Einsteinin yhtälöt isotrooppisessa, homogeenisessa FRW-universumissa 8 G 3. yleisin mahdollinen metriikka. Friedmannin yhtälö Friedmannin yhtälöt Einsteinin yhtälöt isotrooppisessa, homogeenisessa FRW-universumissa 8 G G [ R( t)] T [ aine, energia, R( t)] 3 yleisin mahdollinen metriikka d sin d dr ds c dt R( t) ( r d ) 1 kr Friedmannin

Lisätiedot

Gravitaatioaallot - uusi ikkuna maailmankaikkeuteen

Gravitaatioaallot - uusi ikkuna maailmankaikkeuteen Gravitaatioaallot - uusi ikkuna maailmankaikkeuteen Helsingin Yliopisto 14.9.2015 kello 12:50:45 Suomen aikaa: pulssi gravitaatioaaltoja läpäisi maan. LIGO: Ensimmäinen havainto gravitaatioaalloista. Syntyi

Lisätiedot

Kosmologian yleiskatsaus. Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos

Kosmologian yleiskatsaus. Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos Kosmologian yleiskatsaus Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja Fysiikan tutkimuslaitos www.helsinki.fi/yliopisto 1 Päämääriä Kosmologia tutkii maailmankaikkeutta kokonaisuutena. Kehitys,

Lisätiedot

Neutriinokuljetus koherentissa kvasihiukkasapproksimaatiossa

Neutriinokuljetus koherentissa kvasihiukkasapproksimaatiossa Neutriinokuljetus koherentissa kvasihiukkasapproksimaatiossa Graduseminaari Joonas Ilmavirta Jyväskylän yliopisto 15.6.2012 Joonas Ilmavirta (JYU) Neutriinot ja cqpa 15.6.2012 1 / 14 Osa 1: Neutriinot

Lisätiedot

Tähtitieteen historiaa

Tähtitieteen historiaa Tähtitiede Sisältö: Tähtitieteen historia Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät Perusteoriat Alkuräjähdysteoria Gravitaatiolaki Suhteellisuusteoria Alkuaineiden syntymekanismit Tähtitieteen käsitteitä

Lisätiedot

Kuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus

Kuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus Kuva 1: Yksinkertainen siniaalto. Amplitudi kertoo heilahduksen laajuuden ja aallonpituus värähtelytiheyden. 1 Funktiot ja aallot Aiemmin käsiteltiin funktioita ja miten niiden avulla voidaan kuvata fysiikan

Lisätiedot

KVANTTIKOSMOLOGIAA VIRKAANASTUJAISESITELMÄ, PROFESSORI KIMMO KAINULAINEN. Arvoisa Dekaani, hyvä yleisö,

KVANTTIKOSMOLOGIAA VIRKAANASTUJAISESITELMÄ, PROFESSORI KIMMO KAINULAINEN. Arvoisa Dekaani, hyvä yleisö, VIRKAANASTUJAISESITELMÄ, 12.12.2012 PROFESSORI KIMMO KAINULAINEN KVANTTIKOSMOLOGIAA Arvoisa Dekaani, hyvä yleisö, Kosmologia on tiede joka tutkii maailmankaikkeutta kokonaisuutena ja sen kehityshistoriaa.

Lisätiedot

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3)

3.1 Varhaiset atomimallit (1/3) + 3 ATOMIN MALLI 3.1 Varhaiset atomimallit (1/3) Thomsonin rusinakakkumallissa positiivisesti varautuneen hyytelömäisen aineen sisällä on negatiivisia elektroneja kuin rusinat kakussa. Rutherford pommitti

Lisätiedot

Opetusesimerkki hiukkasfysiikan avoimella datalla: CMS Masterclass 2014

Opetusesimerkki hiukkasfysiikan avoimella datalla: CMS Masterclass 2014 Opetusesimerkki hiukkasfysiikan avoimella datalla: CMS Masterclass 2014 CERN ja LHC LHC-kiihdytin ja sen koeasemat sijaitsevat 27km pitkässä tunnelissa noin 100 m maan alla Ranskan ja Sveitsin raja-alueella.

Lisätiedot

AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN VALINTAKOE ÄLÄ KÄÄNNÄ SIVUA ENNEN KUIN VALVOJA ANTAA LUVAN!

AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN VALINTAKOE ÄLÄ KÄÄNNÄ SIVUA ENNEN KUIN VALVOJA ANTAA LUVAN! TEKSTIOSA 6.6.2005 AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN VALINTAKOE YLEISOHJEITA Valintakoe on kaksiosainen: 1) Lue oheinen teksti huolellisesti. Lukuaikaa on 20 minuuttia. Voit tehdä merkintöjä

Lisätiedot

Maailmankaikkeuden synty ja aineen perusrakenne

Maailmankaikkeuden synty ja aineen perusrakenne Maailmankaikkeuden synty ja aineen perusrakenne Johdatus maailmankaikkeuden syntyteoriaan, aineen rakenteen tutkimisen historiaan ja standardimalliin Johdatus tutkimuksiin Euroopan hiukkasfysiikan tutkimuskeskuksessa

Lisätiedot

Suhteellisuusteorian vajavuudesta

Suhteellisuusteorian vajavuudesta Suhteellisuusteorian vajavuudesta Isa-Av ain Totuuden talosta House of Truth http://www.houseoftruth.education Sisältö 1 Newtonin lait 2 2 Supermassiiviset mustat aukot 2 3 Suhteellisuusteorian perusta

Lisätiedot

SUHTEELLISUUSTEORIAN TEOREETTISIA KUMMAJAISIA

SUHTEELLISUUSTEORIAN TEOREETTISIA KUMMAJAISIA MUSTAT AUKOT FAQ Kuinka gravitaatio pääsee ulos tapahtumahorisontista? Schwarzschildin ratkaisu on staattinen. Tähti on kaareuttanut avaruuden jo ennen romahtamistaan mustaksi aukoksi. Ulkopuolinen havaitsija

Lisätiedot

STANDARDIMALLI. Perus- Sähkö- Elektronin Myonin Taun hiukka- varaus perhe perhe perhe set

STANDARDIMALLI. Perus- Sähkö- Elektronin Myonin Taun hiukka- varaus perhe perhe perhe set STANDARDIMALLI Fysiikan standardimalli on hiukkasmaailman malli, joka liittää yhteen alkeishiukkaset ja niiden vuorovaikutukset gravitaatiota lukuun ottamatta. Standardimallin mukaan kaikki aine koostuu

Lisätiedot

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista. KEMIA Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista. Kemian työturvallisuudesta -Kemian tunneilla tutustutaan aineiden ominaisuuksiin Jotkin aineet syttyvät palamaan reagoidessaan

Lisätiedot

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät

Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät Kokeellisen tiedonhankinnan menetelmät Ongelma: Tähdet ovat kaukana... Objektiivi Esine Objektiivi muodostaa pienennetyn ja ylösalaisen kuvan Tarvitaan useita linssejä tai peilejä! syys 23 11:04 Galilein

Lisätiedot

Ydinfysiikkaa. Tapio Hansson

Ydinfysiikkaa. Tapio Hansson 3.36pt Ydinfysiikkaa Tapio Hansson Ydin Ydin on atomin mittakaavassa äärimmäisen pieni. Sen koko on muutaman femtometrin luokkaa (10 15 m), kun taas koko atomin halkaisija on ångströmin luokkaa (10 10

Lisätiedot

Alkuräjähdysteoria. Kutistetaan vähän...tuodaan maailmankaikkeus torille. September 30, fy1203.notebook. syys 27 16:46.

Alkuräjähdysteoria. Kutistetaan vähän...tuodaan maailmankaikkeus torille. September 30, fy1203.notebook. syys 27 16:46. Alkuräjähdysteoria Maailmakaikkeude umerot Ikä: 14. 10 9 a Läpimitta: 10 26 m = 10 000 000 000 valovuotta Tähtiä: Aiaki 10 24 kpl Massaa: 10 60 kg Atomeja: 10 90 kpl (valtaosa vetyä ja heliumia) syys 27

Lisätiedot

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet Kati Lassila-Perini Fysiikan tutkimuslaitos Miksi hiukkasia kiihdytetään? Miten hiukkasia kiihdytetään? Mitä törmäyksessä tapahtuu? Miten hiukkasia mitataan? Esitys hiukkasfysiikan

Lisätiedot

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA KERTAUSTA REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Aineiden ominaisuudet voidaan selittää niiden rakenteen avulla. Aineen rakenteen ja ominaisuuksien väliset riippuvuudet selittyvät kemiallisten sidosten avulla. Vahvat

Lisätiedot

13.3 Supernovat. Maailmankaikkeuden suurienergisimpiä ilmiöitä: L max 10 9 L. Raskaiden alkuaineiden synteesi (useimmat > Fe )

13.3 Supernovat. Maailmankaikkeuden suurienergisimpiä ilmiöitä: L max 10 9 L. Raskaiden alkuaineiden synteesi (useimmat > Fe ) 13.3 Supernovat Maailmankaikkeuden suurienergisimpiä ilmiöitä: L max 10 9 L nähdään suurilta etäisyyksiltä tärkeitä etäisyysmittareita Raskaiden alkuaineiden synteesi (useimmat > Fe ) Kirkkausmaksimi:

Lisätiedot

On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31)

On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31) On instrument costs in decentralized macroeconomic decision making (Helsingin Kauppakorkeakoulun julkaisuja ; D-31) Juha Kahkonen Click here if your download doesn"t start automatically On instrument costs

Lisätiedot

ja KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA

ja KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA ja KVANTTITEORIA 1 MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA Fysiikka WYP2005 ja KVANTTITEORIA 24.1.2006 WYP 2005

Lisätiedot

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA

PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA PHYS-C0220 TERMODYNAMIIKKA JA STATISTINEN FYSIIKKA Kevät 2016 Emppu Salonen Lasse Laurson Arttu Lehtinen Toni Mäkelä Luento 9: Fotonit ja relativistiset kaasut Ke 30.3.2016 1 AIHEET 1. Fotonikaasun termodynamiikkaa.

Lisätiedot

Hyvä käyttäjä! Ystävällisin terveisin. Toimitus

Hyvä käyttäjä! Ystävällisin terveisin. Toimitus Hyvä käyttäjä! Tämä pdf-tiedosto on ladattu Tieteen Kuvalehden verkkosivuilta (www.tieteenkuvalehti.com). Tiedosto on tarkoitettu henkilökohtaiseen käyttöön, eikä sitä saa luovuttaa kolmannelle osapuolelle.

Lisätiedot

Suhteellisuusteoria. Jouko Nieminen Tampereen Teknillinen Yliopisto Fysiikan laitos

Suhteellisuusteoria. Jouko Nieminen Tampereen Teknillinen Yliopisto Fysiikan laitos Suhteellisuusteoria Jouko Nieminen Tampereen Teknillinen Yliopisto Fysiikan laitos Ketkä pohjustivat modernin fysiikan? Rømer 1676 Ampere Fizeau 1849 Young 1800 Faraday Michelson 1878 Maxwell 1873 Hertz

Lisätiedot

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai

Osallistumislomakkeen viimeinen palautuspäivä on maanantai Jakso : Materiaalihiukkasten aaltoluonne. Teoriaa näihin tehtäviin löytyy Beiserin kirjasta kappaleesta 3 ja hyvin myös peruskurssitasoisista kirjoista. Seuraavat videot demonstroivat vaihe- ja ryhmänopeutta:

Lisätiedot

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N

Atomin ydin. Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N Atomin ydin ytimen rakenneosia, protoneja (p + ) ja neutroneja (n) kutsutaan nukleoneiksi Z = varausluku (järjestysluku) = protonien määrä N = neutroniluku A = massaluku (nukleoniluku) A = Z + N saman

Lisätiedot

Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin

Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin 1/31 Kvarkeista kvanttipainovoimaan ja takaisin Niko Jokela Hiukkasfysiikan kesäkoulu Helsinki 18. toukokuuta 2017 2/31 Säieteorian perusidea Hieman historiaa 1 Säieteorian perusidea Hieman historiaa 2

Lisätiedot

VAASAN YLIOPISTO Humanististen tieteiden kandidaatin tutkinto / Filosofian maisterin tutkinto

VAASAN YLIOPISTO Humanististen tieteiden kandidaatin tutkinto / Filosofian maisterin tutkinto VAASAN YLIOPISTO Humanististen tieteiden kandidaatin tutkinto / Filosofian maisterin tutkinto Tämän viestinnän, nykysuomen ja englannin kandidaattiohjelman valintakokeen avulla Arvioidaan viestintävalmiuksia,

Lisätiedot

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti

FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti FYSA242 Statistinen fysiikka, Harjoitustentti Tehtävä 1 Selitä lyhyesti: a Mikä on Einsteinin ja Debyen kidevärähtelymallien olennainen ero? b Mikä ero vuorovaikutuksessa ympäristön kanssa on kanonisella

Lisätiedot

anna minun kertoa let me tell you

anna minun kertoa let me tell you anna minun kertoa let me tell you anna minun kertoa I OSA 1. Anna minun kertoa sinulle mitä oli. Tiedän että osaan. Kykenen siihen. Teen nyt niin. Minulla on oikeus. Sanani voivat olla puutteellisia mutta

Lisätiedot

Lataa Maailmanviiva - Jukka Maalampi. Lataa

Lataa Maailmanviiva - Jukka Maalampi. Lataa Lataa Maailmanviiva - Jukka Maalampi Lataa Kirjailija: Jukka Maalampi ISBN: 9789525329513 Sivumäärä: 221 Formaatti: PDF Tiedoston koko: 28.94 Mb Sata vuotta sitten Albert Einstein ilmestyi kuin tyhjästä

Lisätiedot

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet

Hiukkaskiihdyttimet ja -ilmaisimet Kati Lassila-Perini Fysiikan tutkimuslaitos Miksi hiukkasia kiihdytetään? Miten hiukkasia kiihdytetään? Mitä törmäyksessä tapahtuu? Miten hiukkasia mitataan? Esitys hiukkasfysiikan näkökulmasta, vastaavia

Lisätiedot

Uusimmat tulokset ATLAS-kokeen Higgs hiukkasen etsinnästä

Uusimmat tulokset ATLAS-kokeen Higgs hiukkasen etsinnästä Uusimmat tulokset ATLAS-kokeen Higgs hiukkasen etsinnästä 4. kesäkuuta 2012 ATLAS koe esitteli uusimmat tuloksensa Higgs-hiukkasen etsinnästä. Tulokset esiteltiin CERNissä pidetyssä seminaarissa joka välitettiin

Lisätiedot

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016

PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016 PHYS-C6360 Johdatus ydinenergiatekniikkaan (5op), kevät 2016 Prof. Filip Tuomisto Fuusion perusteet, torstai 10.3.2016 Päivän aiheet Fuusioreaktio(t) Fuusion vaatimat olosuhteet Miten fuusiota voidaan

Lisätiedot

2r s b VALON TAIPUMINEN. 1 r. osittaisdifferentiaaliyhtälö. = 2 suppea suht.teoria. valo putoaa tähteen + avaruus kaareutunut.

2r s b VALON TAIPUMINEN. 1 r. osittaisdifferentiaaliyhtälö. = 2 suppea suht.teoria. valo putoaa tähteen + avaruus kaareutunut. MUSTAT AUKOT FAQ Miten gravitaatio pääsee ulos tapahtumahorisontista? massa ei sylje gravitaatiota kuin tennispalloja. Tähti on käyristänyt avaruuden jo ennen romahtamistaan mustaksi aukoksi, eikä tätä

Lisätiedot

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016

PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016 PHYS-C0220 Termodynamiikka ja statistinen fysiikka Kevät 2016 Emppu Salonen Lasse Laurson Toni Mäkelä Arttu Lehtinen Luento 2: Kaasujen kineettistä teoriaa Pe 26.2.2016 1 AIHEET 1. Maxwellin-Boltzmannin

Lisätiedot

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi

Kvantittuminen. E = hf f on säteilyn taajuus h on Planckin vakio h = 6, Js = 4, evs. Planckin kvanttihypoteesi Kvantittuminen Planckin kvanttihypoteesi Kappale vastaanottaa ja luovuttaa säteilyä vain tietyn suuruisina energia-annoksina eli kvantteina Kappaleen emittoima säteily ei ole jatkuvaa (kvantittuminen)

Lisätiedot

Fysiikan maailmankuva 2015

Fysiikan maailmankuva 2015 Fysiikan maailmankuva 2015 Luento 9/Juha Vaara juha.vaara@iki.fi (Merkittävä osa esitettävästä materiaalista on peräisin FT Teemu S. Pennaselta) Symmetria Aineen rakenne SISÄLTÖ Kuuluisia fyysikoita (ajan

Lisätiedot

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012

Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012 Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka Kari Sormunen Kevät 2012 Aine koostuu atomeista Nimitys tulee sanasta atomos = jakamaton (400 eaa, Kreikka) Atomin kuvaamiseen käytetään atomimalleja Pallomalli

Lisätiedot

Euclid. Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla

Euclid. Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla Euclid Hannu Kurki- Suonio Kosmologian kesäkoulu 2015 Solvalla 27.5.2015 Mikä aiheu.aa kiihtyvän laajenemisen Kaksi vaihtoehtoa Pimeä energia (dark energy) Painovoima käyaäytyy eri lailla hyvin suurilla

Lisätiedot

1. SIT. The handler and dog stop with the dog sitting at heel. When the dog is sitting, the handler cues the dog to heel forward.

1. SIT. The handler and dog stop with the dog sitting at heel. When the dog is sitting, the handler cues the dog to heel forward. START START SIT 1. SIT. The handler and dog stop with the dog sitting at heel. When the dog is sitting, the handler cues the dog to heel forward. This is a static exercise. SIT STAND 2. SIT STAND. The

Lisätiedot