MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY

Koko: px
Aloita esitys sivulta:

Download "MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY"

Transkriptio

1 MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY Maailmankaikkeuden synty selitetään nykyään ns. alkuräjähdysteorian ( Big Bang ) avulla. Alkuräjähdysteorian mukaan maailmankaikkeus syntyi tyhjästä tai lähes tyhjästä äärettömän tiheästä ja kuumasta tilasta (~ K), singulariteetista, kvanttifluktuaationa eli tyhjiöenergiana 13,82 miljardia vuotta sitten. Tässä räjähdyksessä syntyi sekä avaruus, materia ja aika sekä jatkuvasti laajeneva maailmankaikkeus. Kvanttifluktuaatio eli tyhjiöenergia on hiukkasten syntymistä tyhjiössä, kvanttiheilahteluja. Alkuräjähdys ei tapahtunut missään paikassa, vaan joka paikassa yhtä aikaa, koska avaruus ja aika saivat alkunsa alkuräjähdyksessä. Avaruus ei laajentunut eikä laajene mihinkään tyhjään tilaan eikä aikaa ennen alkuräjähdystä ole, koska avaruus ja aika sai syntynsä juuri alkuräjähdyksessä. Avaruuden laajenemista voidaan verrata ilmapallon puhallukseen, jossa pallopinta kuvaa laajenevaa avaruutta ja galaksit ovat ikään kuin täpliä laajenevan pallon pinnalla. Varsinaista laajenemiskeskusta ei siis ole, vaan jokaisen pisteen voi ajatella olevan laajenemisen keskus (ks. kuva 1.). Kuva 1. Ilmapallon puhalluksessa pallon laajeneva pinta kuvaa laajenevaa avaruutta. Jos ilmapallon pinta kuvaa maailmankaikkeutta, sen laajeneminen saa galaksit etäämmälle toisistaan. Yhtä laajenemiskeskusta ei ole, vaan jokaisen pisteen pallon pinnalla voi ajatella olevan laajenemisen keskus. Maailmankaikkeuden nopean laajenemisen (inflaatio) jälkeen avaruuden lämpötila on laskenut. Avaruuden laajetessa ja jäähtyessä kvarkeista, leptoneista sekä vuorovaikutusten kvanteista muodostui ytimiä ja atomeja. Laajenemisen edelleen jatkuessa ja avaruuden lämpötilan laskiessa muodostuivat viimein gravitaation vaikutuksesta tähdet ja galaksit. Alkuräjähdysteoria perustuu kahdelle pääoletukselle: 1) fysiikan lait ovat universaaleja, 2) kosmologinen periaate on voimassa eli maailmankaikkeus on suuressa mittakaavassa homogeeninen ja isotrooppinen.

2 Friedmann johti vuonna 1922 alkusingulariteetin sisältävän ratkaisun Einsteinin kenttäyhtälöistä. Lemaitre esitti idean alkuräjähdyksestä vuonna Hän ehdotti, että kosmos sai alkunsa alkuatomista. Varsinaisesti alkuräjähdysteorian muotoili Gamow 1940-luvulla yhdessä Alpherin ja Hermannin kanssa. Kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn olemassaolo pääteltiin ja se havaittiin vuonna 1965 (Penzias & Wilson). Hoylen pysyvän tilan teoria (universumi on ikuinen ja aina samanlainen) osoittautui tällöin paikkansapitämättömäksi. Penrose ja Hawking osoittivat singulariteetin sisältyvän aina suhteellisuusteoreettisen maailmankaikkeuden ratkaisuihin. Singulariteetti tarkoittaa universumin käyristymää yhdeksi pisteeksi, jossa kaikkia avaruus, aine ja aika ovat yhteen puristettuna. Fysiikassa ja varsinkin kvanttifysiikassa ei päde kansanuskomus ja sanonta: tyhjässä ei ole mitään ja tyhjästä on paha nyhjäistä. Tyhjiö ei ole tyhjää täynnä, vaan siinä on tyhjiöenergiaa (vaakuumienergiaa) ja tapahtuu kvanttiheilahteluja eli kvanttifluktuaatioita; todellisia hiukkasia syntyy ja häviää. Fysiikassa ei ole olemattomuutta, vaan kvanttifysikaalisessa tyhjiössä syntyy todellisia hiukkasia eläen hetken aikaa Heisenbergin epätarkkuusperiaatteen: E t = h/4π mukaisesti. Hiukkaset tuhoavat toisensa muuttuen lopulta taas energiaksi. Kvanttifysikaalinen tyhjiö suorastaan kuplii hiukkasia! Se on hiukkasten kiehuva hornankattila. Energiakvantista voi syntyä hiukkanen ja antihiukkanen, jotka sitten annihiloituvat eli tuhoavat toisensa muuttuen takaisin energiaksi. Hiukkasfysiikka on osoittanut, että tyhjiö on täyttä, se jopa kuhisee aktiivisuutta aineen ja energian lähteenä. Tyhjiö on valtava varasto virtuaalihiukkasia, jotka odottavat esiin pääsyään, kuten Lawrence Kraus on todennut. Kosmologinen vakio (pimeä energia) on tyhjiöenergian nimitys yleisessä suhteellisuusteoriassa. Energiakvantista voi syntyä esimerkiksi elektroni ja positroni (parinmuodostus: γ e - + e + ), jota sitten taas hävittävät toisensa (annihilaatio: e - + e + 2 γ). Epätarkkuusperiaate sallii ns. kvanttilainanoton. Materiaa voi syntyä tyhjästä, jos energian lainaus E maksetaan takaisin epämääräisyysajan t puitteissa. Suurikin energianlainaus on siis mahdollista, jos lainaika on hyvin pieni! Koko universumi on siis voinut syntyä tyhjästä massaenergiapisteestä, jonka painovoimakentällä on ollut yhtä suuri määrä vastakkaista (negatiivista) energiaa. Maailmakaikkeuden synnyssä ja kehityksessä pätee energian säilymislaki: kokonaisenergia Ekok on aina vakio. Universumin kokonaisenergia alussa oli nolla ja joka hetki senkin jälkeen nolla: Ekok = 0. Näin siksi, että maailmankaikkeuden aineen määrä (~10 50 t) eli massaenergia on positiivista, mutta gravitaatioenergia on negatiivista. (Vrt. massaenergia on E = mc 2, gravitaatioenergia on Ep = -GmM/r). Siten maailmankaikkeuden kokonaisenergia on aina nolla ja kosminen inflaatio on laajentanut alkumassaenergian ( kuplan ) nykyään näkyväksi maailmankaikkeudeksi. Inflaatio tarkoittaa alussa (~10-35 s) tapahtunutta universumin valoa nopeampaa eksponentiaalista laajentumista jopa kertaiseksi! Inflaatioteorian kehitti vuonna 1980 Alan Guth. Alkuräjähdysteoriaan kuuluvalle inflaatioteorialle on löytynyt todisteita mm. kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn vaihteluista, alkuräjähdyksen kaiut (WMAP-satelliitin mittaukset 2006). Maailmankaikkeuden koko Inflatorinen laajentuminen s Aika alkuräjähdyksestä

3 Alkuräjähdysteoria on täysin sopusoinnussa nykyfysiikan kanssa. Energiasta muodostuu ainetta, jos energia on tarpeeksi keskittynyttä. Koska maailmankaikkeuden kokonaisenergia oli alussa nolla ja nytkin nolla, niin kyseessä on tyhjästä tyhjää-luonteinen syntytapahtuma (Paul Davies). Positiivinen energia muuttui aineeksi ja yhtä suuri määrä negatiivista energiaa sitoutui gravitaatiokenttään. Näin ollen kaikki universumimme kosminen aine syntyi aivan kuin ilmaiseksi. Minkä tahansa massakappaleen gravitaatioenergia on negatiivinen ja mitä tiheämpi kappale on sitä negatiivisempi gravitaatioenergia sillä on. Olettamusta yliluonnollisesta aineen syöttämisestä ajan alussa ei siis tarvita. Maailmankaikkeus syntyi tyhjästä luonnollisten fysikaalisten prosessien kautta. Alkuräjähdysteorialla on vankat todisteet. Niitä tarkastellaan lyhyesti alkuräjähdysteorian päävaiheiden jälkeen tässä kirjoitelmassa. Alkuräjähdyksen kaikua voi katsoa television lumisateessa, kuulla radion kohinassa tai maistaa juomalla vettä (veden vety on alkuräjähdyksen tuottamaa!). Aivan alkusingulariteetin äärioloissa aine on tuntemattomassa muodossa ja silloin eivät päde tunnetut fysiikan lait. Aivan alkuräjähdykseen alkuhetkeen ei voida siis päästä. Rajana siinä on ns. Planckin aika: s. Planckin aika on lyhin mahdollinen ajan hetki, ajan kvantti. Planckin aika on se ajanjakso, joka valolta kuluu Planckin pituuden 1, m mittaisen matkan kulkemiseen. Planckin pituus on lyhin mahdollinen matka fysiikassa. Rajan aiheuttaa suhteellisuusteoria ja Heisenbergin epämääräisyysperiaate. Sitä pienemmillä pituuksilla gravitaatiovoima alkaa kvantittua. Planckin skaaloissa yleinen suhteellisuusteoria ei päde ja aika sekä avaruus muuttuvat epämääräisiksi. Myös kausaliteetti eli syys-seuraus suhde rikkoutuu eikä voida enää sanoa tapahtumien järjestystä: mikä oli ennen ja mikä jälkeen. Planckin aikaskaalassa aika ei enää kuvaile universumia. Aikaa ei ollut olemassa ennen alkusingulariteettia, joten on järjetöntä kysyä, mitä oli ennen alkuräjähdystä? Kysymystä voidaan verrata mielettömään kysymykseen: mitä on maapallolla vielä pohjoisempana kuin pohjoisnapa? Koska aikaa ennen alkuräjähdystä ei ole olemassa, käsite ennen alkuräjähdystä ei merkitse mitään. Kvanttimekaniikan kuvaamassa atomia pienemmässä mittakaavassa tapahtuu spontaaneja ilmiöitä, joilla ei ole mitään ilmeistä syytä. Universumilla ei ole myöskään keskipistettä, vaan keskipiste on yhtä hyvin missä kohtaa tahansa (vrt. kopernikaaninen periaate). Alkuräjähdyksen fysiikkaa tutkivaa tieteenalaa on alettu nimittämään kvanttikosmologiaksi. Yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka eivät ole yhteensopivia teorioita. Niiden yhdistämiseksi kehitetään mm. kvanttigravitaatiota eli kvanttipainovoimateoriaa. Ns. kaiken teoria (TOE = Theory of Everything) puolestaan yhdistäisi kaikki neljä tunnettua fysiikan perusvuorovaikutusta sekä näin selittäisi kaikki ilmiöt. Säieteoriassa, jossa hiukkaset ajatellaan värähteleviksi säikeiksi, Planckin aika on pienin ajanhetki, joka voi olla olemassa. Näin maailmankaikkeudella ei ole mitään nollahetkeä, jolloin se olisi syntynyt. Täten alkusingulariteettiin liittyy oma epämääräisyys aika-avaruudessa. Joka tapauksessa suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka ovat romuttaneet absoluuttisen ajan ja paikan käsitteet sekä deterministisen kausaliteetin, syy-seuraus suhteen fysiikassa. Kaikille yhteistä absoluuttista aikaa ja paikkaa ei ole olemassa, vaan kullakin havaitsijalla on oma aikansa ja paikkansa, joka riippuu havaitsijan liiketilasta. Einstein yleisessä suhteellisuusteorian mukaisessa alkusingulariteetissa ei ole sitä enen mitään aikaa, mistä seuraa, että maailmankaikkeudella ei ole ajallistä syytäkään. Koska alkusingulariteetti ei sijainnut missään, ei myöskään mikään aineellinen voi olla sen syy. Kvanttimaailmassa ei ole siis mitään olemattomuutta ja tyhjää tyhjiötä, vaan sieltä voi pulpahtaa esiin hiukkasia ja vaikka alkusingulariteetti. Maailmankaikkeus vaikuttaa siten fysiikan kannalta itse olevansa itsensä syy tai mitään erityistä syytä sille ei ole eikä tarvita tai ehkäpä emme saa sitä koskaan tietää.

4 Lopuksi luonnon suuriksi perusperiaatteiksi voidaan tiivistää kaksi pääperiaatetta: energia säilyy ja entropia eli epäjärjestys kasvaa. Energian säilyminen pätee maailmankaikkeuden synnyssä ja kehityksessä, kuten todettiin aiemmin (Ekok = 0). Entropia eli epäjärjestys kasvaa koko ajan. Entropia tarkoittaa energian huononemisen lakia. Tämä on termofysiikan pääsääntö, joka pätee koko maailmankaikkeuteenkin. Painovoima vetää hiukkasia yhteen, lisää järjestystä ja vähentää entropiaa. Maailmankaikkeutta voidaan pitää eristettynä systeeminä. Siksi sen kokonaisentropia kasvaa jatkuvasti. Nykykäsityksen mukaan maailmankaikkeus laajenee kiihtyvällä vauhdilla, jolloin galaksit, tähdet ja viimein niiden atomit osasineen sekä lämpöenergia hajaantuvat yhä tasaisemmin avaruuteen. Täten maailmankaikkeus kulkee kohti suurinta mahdollista entropiaa. Koska maailmankaikkeuden ulkopuolella ei katsota olevan mitään, päädytään lopulta lämpökuolemaksi kutsuttuun tasapainotilaan, jossa ei voi enää tapahtua muutosta. Lämpökuolemassa maailmankaikkeus ei häviä, vaan kaikki energia on muuttunut lämmöksi. Lämpötilaerot ovat tasoittuneet. Lämmöstä ei saada työtä, koska ei ole lämpötilaeroa. Maailmankaikkeuden alkuvaiheen inflaatio (nopea laajeneminen) käynnisti kellon ja sai aikaan järjestyneen universumin. Tästä lähtien aika on kulkenut kohti epäjärjestystä eli entropian kasvua. Ainoastaan ulkoinen energia ja painovoima voi paikallisesti pienentää entropiaa. Näin esimerkiksi Aurinko voi vähentää säteilyenergiallaan entropiaa Maapallolla lisäämällä omaa entropiaansa. Maailmankaikkeuden lopullinen kohtalo on yhä kosmologian tutkimuksen kohteena ja uudet havainnot sekä laskelmat voi muuttaa teorioita. Astrofysiikan perusta nojautuu vahvasti hiukkasfysiikkaan ja aineen mikroarakenteeseen. Hiukkasfysiikka määrittää koko maailmankaikkeuden olemuksen. Pienin määrää suurimman. Maailmankaikkeuden makrorakenne (galaksit, tähdet, planeetat, ) määrittyy viime kädessä alkeishiukkasista ja niiden välisitä vuorovaikutuksista. Tutkimalla makrokosmosta (avaruutta) on tutkittava ja ymmärrettävä mikrokosmosta; alkeishiukkasia ja niiden rakennetta sekä vuorovaikutuksia. Tähdet ovat alkeishiukkasten lapsia! Astrofyysikon ja tähtitieteilijän tuokalu ei ole pelkästään kaukoputki, vaan tarvitaan myös modernia miukroskoopia, joka on hiukkaskiihdytin! Esimerkiksi CERNin LHC-kiihdyttimellä tutkitaan törmäyskokoeilla mm. pimeää energiaa ja mahdollisesti jopa avaruuden ulottuvuuksia. Tällöin ns. säieteoriatkin voisivat saada kokeellista vahvistusta. Alkuräjähdystä täydentäviksi tai korvaaviksi teorioiksi on esitetty mm. seuraavia teorioita: säieteoriat, braanin sisältävät teoriat, multiversumiteoriat ja kvanttigravitaatioteoriat. (http://www.luonnontiede.argumentti.fi/maailmankaikkeuden_synty_kosmologia.php?id=17). ALKURÄJÄHDYSTEORIAN PÄÄVAIHEET: Aikaväli-tapahtuma-kuvaus: 1) s Planckin aika: t = s, T = K, TOE ( Theory of Everything ) alkusingulariteetti laajenee

5 2) s alkuräjähdys alkaa gravitaatio erkanee muista perusvuorovaikutuksista, vahva vuorovaikutus erkanee sähköheikosta vuorovaikutuksesta fotonit, elektronit, positronit, neutriinot 3) s kosminen inflaatio (maailmankaikkeuden valoa nopeampi laajeneminen) homogeeninen ja isotrooppinen maailmankaikkeus aine on kvarkki-gluoniplasmaa; kvarkkien ja gluonien aika, Suuret yhtenäisteoriat; GUT ( Grand Unification Theory ) symmetriarikko: s (materia > antimateria) K, vapaat kvarkit, antikvarkit, neutriinot, antineutriinot (10-34 s) 4) s kvarkkiaikakausi ~10-11 s: sähkömagnetismi ja heikko vuorovaikutus erkanevat toisistaan (sähköheikko faasimuunnos), K vuorovaikutukset erillään (10-11 s ) osa alkeishiukkasista saa massan 5) s hadronien aikakausi, T > K, ~10-5 s: kvarkit sitoutuvat protoneiksi ja neutroneiksi (QCD faasimuutos) protonien ja neutronien (= hadroneja) synty 6) s leptonien aikakausi, T > K, elektronien synty parinmuodostus: fotoni elektroni-positroni (χ e - + e + ), annihilaatio (e - + e + 2χ) neutriinot kytkeytyivät irti reaktioista, neutriinoja nykyään ~ 600 kpl/cm 3 7) 1 s a säteilyn aikakausi, T = K, atomiytimien synty alkaa

6 protonit ja neutronit yhtyivät keveiksi atomiytimiksi (100 s, 10 9 K) vety (75 %), helium (24 %), litium (1 %) ja pysyviä deuterium-ytimiä syntyi (nukleosynteesi: 2 H, 3 He, 4 He, 7 Li); 200 s - vety ja helium ovat syntyneet alkuräjähdyksessä - raskaammat alkuaineet ovat syntyneet myöhemmissä prosesseissa tähtien sisällä (ydinfuusiot: Li Fe), supernovien räjähdyksissä (Ni U) [ ja ehkä galaksien ytimien suurienergisissä ilmiöissä] 8) a 10 6 a aineen aikakausi, säteilyn irtikytkeytyminen aineesta (rekombinaatio) elektronit liittyvät atomiytimiin (protoneihin) kevyet atomit (H, D, He) neutraalit atomit muodostuvat (~10 13 s) a, T = K, laajeneva ja jäähtyvä kaasu säteilyn fotonit kulkivat esteettä eteenpäin universumi tulee valolle näkyväksi (avaruus muuttui läpinäkyväksi) tänä hetkenä ( a) syntyneet fotonit havaitaan nykyään ns. kolmen kelvinin (2,73 K) kosmisena taustasäteilynä eli mikroaaltotaustasäteilynä (λ 1mm). kosminen taustasäteily tulee joka suunnasta yhtä voimakkaana pieniä lämpötilavaihteluja tiheyseroista johtuen galaksien siemeniä 9) 10 6 a 10 9 a tähtien aikakausi avaruus laajeni suurella nopeudella ja lämpötila laski edelleen, T = 18 K, 10 9 a alkoi 200 miljoonan vuoden pituinen pimeä aika vety ja helium kerääntyivät tiivistymiskeskuksiksi tiivistyminen saattoi alkaa avaruuden inflaatiovaiheessa syntyneiden ns. valuvikojen ympärille ( galaksien siemenet ) kosmisten seinämien ja jänteiden sisältämä energia aiheutti vetovoimallaan kaasupilvien kerääntymisen verkkomaisiksi rakenteiksi pilvistä syntyi galakseja ja galaksijoukkoja energiaseinämien ja jänteiden kohdille verkkomaisiksi rakenteiksi 400 miljoonan vuoden kuluttua alkuräjähdyksestä syntyivät tähdet, galaksit ja galaksijoukot, jolloin avaruus tuli jälleen valoisaksi galaksien keskustoihin syntyi jättiläismäisiä mustia aukkoja, joiden ympäristöt alkoivat loistaa kirkkaina kvasaareina

7 ensimmäiset tähdet koostuivat vain vedystä ja heliumista ja niitä mahdollisesti ympäröivät planeetat olivat neste- ja kaasupalloja kului useita miljardia vuosia ennen kuin tähtienvälinen aine oli rikastunut raskaammista alkuaineista ja maankaltaisten planeettojen synty tuli mahdolliseksi elämän synty saattoi alkaa ehkä vasta samoihin aikoihin, kun hiiliyhdisteitä oli tarpeeksi käytettävissä Aurinkokunta syntyi noin 4,6 miljardia vuotta sitten tähtienvälisestä aineesta, kaasusta ja pölystä tiivistymällä. Painovoiman vaikutuksesta tähtienvälinen aine alkoi hiljalleen kasaantua ja pyöriä keskipisteensä ympäri kuumentuen samalla. Kuumeneminen johtui kaasun putoamisliikkeen, pyörimisen ja pyörteisyyden aiheuttamasta kitkasta. Pilvi ylitti kriittisen massan, jolloin pyörimisen keskihakuvoima ja kaasun lämpöliike eivät pysäyttäneet kutistumista. (http://fi.wikipedia.org/wiki/aurinkokunta). maapallo syntyi noin 4,6 miljardia vuotta sitten tiivistymällä kaasu- ja pölypilvestä. 10) a nykyhetki avaruus laajeni suurella nopeudella ja lämpötila laski edelleen, nyt lämpötila T = 2,73 K aluksi maailmankaikkeuden laajeneminen hidastui, kun gravitaation vetovoima hillitsi pakenevan aineen liikettä. Vähitellen vetovoiman ote heikkeni, kun etäisyydet kasvoivat ja kosmologisen vakion poistovoima alkoi päästä voitolle. (ks. avaruuden laajeneminen vaihtui hidastuvasta kiihtyväksi noin 5 miljardia vuotta sitten nykyään maailmankaikkeuden synnystä on kulunut 13,82 miljardia vuotta ja avaruus laajenee yhä kiihtyvällä nopeudella (pimeän energian vaikutus!) homogeeninen ja isotrooppinen maailmankaikkeus kopernikaaninen periaate: universumissa ei ole olemassa etuoikeutettua havaintopaikkaa

8 ALKURÄJÄHDYSTEORIAN TODISTEET: - 1) galaksit etääntyvät toisistaan eli maailmankaikkeus laajenee (loittonemisnopeus v on suoraan verrannollinen spektrin punasiirtymään λ = λ-λo ja galaksin etäisyyteen r; v = ja = (Hubblen laki, H = ns. Hubblen vakio). - 2) 3 kelvinin (2,73 K) lämpötilaa vastaava kosminen mikroaaltotaustasäteily - 3) kosmisen taustasäteilyn lämpötilajakauma (λ max 1 mm) - 4) keveiden alkuaineiden runsaus: vedyn ja heliumin suhteelliset osuudet maailmankaikkeuden materiassa (3 : 1); vetyä 74 %, heliumia 24 % ja raskaampia alkuaineita noin 2 %. - 5) galaksien kehitys ja jakautuminen - 6) muita todisteita: maailmankaikkeuden ikä (arvio Hubblen lain ja kosmisen taustasäteilyn pohjalta, vastaa vanhempien tähtien ikää; pallomaiset tähtijoukot). Tutkimuskohteita: - horisontti-ongelma - laakeus- ja vanhuusongelma - magneettiset monopolit - baryoniepäsymmetria - pallomaisten tähtijoukkojen ikä - pimeä aine - pimeä energia

9 Maailmankaikkeuden tulevaisuus Maailmankaikkeuden kriittisellä tiheydellä tarkoitetaan kosmologiassa sitä avaruuden keskimääräistä tiheyttä, joka on juuri riittävä pysäyttämään alkuräjähdyksestä alkaneen maailmankaikkeuden laajenemisen (mikäli kosmologinen vakio olisi nolla). Kriittinen tiheys ρc riippuu ainoastaan kunkin ajankohdan laajenemisnopeudesta, H (= Hubblen vakio, yksikkö: km/s/mpc), sekä gravitaatiovakiosta G. Voidaan osoittaa, että maailmankaikkeuden keskimääräinen kriittinen tiheys on = = 9,7 10 (ks. Aleksander Friedmann ja Georges Lemaitre tutkivat Einsteinin kenttäyhtälöiden + = (http://fi.wikipedia.org/wiki/einsteinin_kenttäyhtälöt) ratkaisuja, kun kosmologinen vakio Λ = 0. Tällöin ovat mahdollisia vain laajenevat tai supistuvat maailman mallit. Seuraavassa on yhteenveto maailmankaikkeuden malleista. Friedmannin maailmankaikkeuden mallit Malli Tilavuus Tiheys Geometria Kehitys suljettu malli äärellinen ρ > ρ c elliptinen laajeneminen maksimikokoon, supistuminen Einstein-de Sitter ääretön ρ = ρ c euklidinen ikuisesti laajeneva avoin malli ääretön ρ < ρ c hyperbolinen ikuisesti laajeneva Tapaus, jossa mekaaninen kokonaisenergia E = 0, vastaa ikuisesti laajenevaa euklidista Friedmannin mallia eli Einsteinin de Sitterin mallia. Mikäli tiheys on suurempi kuin kriittinen tiheys, ρ > ρc, kappaleen nopeus hidastuu lopulta nollaksi ja se putoaa takaisin ja koko pallo kutistuu kokoon. Kyseessä on Friedmannin äärellinen, suljettu malli. Jos maailmankaikkeuden tiheys on pienempi kuin kriittinen tiheys, ρ < ρc, niin maailmankaikkeus on ikuisesti laajeneva hyperbolinen avaruus. (ks. Tähtitieteen perusteet, 5. painos 2010, s ). Maailmankaikkeuden koko ρ < ρ c ρ = ρ c ρ > ρ c Aika

10 Maailmankaikkeuden geometria. Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian (http://fi.wikipedia.org/wiki/suhteellisuusteoria) mukaan avaruus on neliulotteinen, jossa on kolme paikkakoordinaattia ja neljäntenä ulottuvuutena on aika: (x, y, z, t). Massa ja energia saa Einsteinin suhteellisuusteorian mukaan avaruuden kaareutumaan ja ajan hidastumaan. Myös suurilla nopeuksilla ajan kulku hidastuu. Maailmankaikkeuden geometria ja tulevaisuus riippuu maailmankaikkeuden keskitiheydestä. Jos maailmankaikkeuden keskitiheys on kriittistä tiheyttä suurempi, avaruus on positiivisesti kaareva. Tällaisen avaruuden kaksiulotteinen vastine on pallopinta, jolloin avaruuden tilavuus on äärellinen. Jos taas maailmankaikkeuden keskimääräinen tiheys on yhtä suuri kuin kriittinen tiheys, avaruus on laakea. Laakeaa avaruutta vastaa kaksiulotteisessa mallissa tasopinta. Avaruus on ääretön. Jos maailmankaikkeuden tiheys on pienempi kuin kriittinen tiheys, avaruus on negatiivisesti kaareva. Kaksiulotteisessa mallissa tätä vastaa satulapinta tai torvi, jolloin avaruus on ääretön. Kuva. Maailman kaikkeuden geometriset mallit; pallopinta, taso ja satulapinta Tähänastisten havaintojen perusteella maailmankaikkeuden keskimääräinen tiheys on kriittisen tiheyden suuruusluokkaa, joten maailmankaikkeus olisi näin ääretön. Galaksien ja galaksijoukkojen liikkeitä tutkimalla on kuitenkin havaittu, että suuri osa aineesta (25 %) on ns. pimeää ainetta, joka ei lähetä valoa. Näkyvää ainetta on vain noin 5 % ja loput 70 % on ns. pimeää energiaa. Planck-luotaimen vuosina tekemien mittausten mukaan maailmankaikkeuden koostumus olisi seuraava: pimeä aine muodostaa 26,8 % havaittavan maailmankaikkeuden massaenergiasta ja suurimman osan sen varsinaisesta aineesta. Pimeän energian osuus on 68,3 % ja tavallisen aineen osuus 4,9 %. Pimeän aineen olemassaolo voidaan havaita ainoastaan sen aiheuttaman gravitaatiovuorovaikutuksen johdosta galaksien liikkeissä. Pimeä energia puolestaan ilmenee tuntemattomana energiana, joka todennäköisesti saa aikaan maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen. Maailmankaikkeutta on mallinnettu myös ns. säieteorioilla (http://fi.wikipedia.org/wiki/säieteoria), joissa alkeishiukkasia tarkastellaan värähtelevinä säikeinä. Säieteorioissa avaruuden ulottuvuuksia voi olla 9-11 tai jopa enemmän. Toinen maailmankaikkeutta hahmottava teoria on ns. braaniteoria (http://fi.wikipedia.org/wiki/braani) Maailmankaikkeuden tulevaisuus Maailmankaikkeuden oma gravitaatiovoima pyrkii hidastamaan avaruuden laajenemista. Universumin tuleva kohtalo riippuu maailmankaikkeuden kriittisestä tiheydestä ja siten massan määrästä. Jos maailmankaikkeuden keskimääräinen tiheys on suurempi kuin kriittinen tiheys (ρ > ρc), massaa on riittävän paljon ja gravitaatiovoima riittää pysäyttämään laajenemisen ja lopulta kääntämään sen supistumiseksi (avoin malli). Maksimikokonsa jälkeen miljardien ja taas miljardien vuosien kuluttua maailmankaikkeus siis alkaisi supistua ja viimein romahtaisi suuressa loppurysäyksessä. Galaksit alkaisivat tällöin syöksyä toisiaan kohti kiihtyvällä nopeudella. Lopulta maailmankaikkeus luhistuisi kasaan, tihenisi ja sen lämpötila nousisi yhä korkeammalle. Kaikki aine hajoaisi säteilyksi ja maailma loppuisi suureen loppurysäykseen. Maailmankaikkeus kävisi läpi samoja vaiheita, mutta päinvastaisessa järjestyksessä kuin syntyessään alkuräjähdyksessä. Tähdet ja atomit hajoaisivat kaasuksi ja lopussa, viimeisen sekunnin murto-osan aikana avaruus olisi täynnä hiukkas-säteilyseosta. Tätä tilaa ei nykyfysiikka hallitse. Kaikki avaruuden aine päätyisi lopulta tiheään alkutilaansa, singulariteettiin.

11 Mitä sitten tämän jälkeen tapahtuisi? Voisiko maailmakaikkeus välttää singulariteetin ja aloittaa uuden laajenemisen? Tapahtuisiko kenties uusi alkuräjähdys, laajeneminen ja jälleen supistuminen ( sykkivä universumi )? Onko maailmankaikkeuttamme kenties edeltänyt toinen maailmankaikkeus, joka olisi romahtanut kasaan? Supistuuko ja laajeneeko maailmankaikkeus vuorotellen? Syklinen universumi olisi siis maailmankaikkeus, joka vuoron perään syntyy ja laajenee ja sitten taas supistuu kasaan syntyäkseen jälleen uudelleen. Tällaista käsitystä nykykosmologiassa ei pidetä oikeana, koska kokeelliset havainnot eivät tue tätä mallia. Nykyisten havaintojen perusteella kuitenkin maailmankaikkeuden kohtalo olisi ikuinen laajeneminen, vieläpä kiihtyvällä vauhdilla. Jos maailmankaikkeuden keskimääräinen tiheys on pienempi tai yhtä suuri kuin kriittinen tiheys (ρ ρc), laajeneminen jatkuu ikuisesti, mutta hidastuen (avoin malli) Tähtien muodostuminen lakkaa, kun kaikki tähtienvälinen kaasu galakseissa on käytetty. Lopulta (10 11 vuotta) tähdet käyttävät kaikki ydinpolttoaineensa loppuun. Tähdillä on massasta riippuen neljä mahdollista päätepistettä: valkea kääpiö, neutronitähti, musta aukko tai räjähtäminen hajalle. Tähdet sammuvat ja hiipuvat valkoisiksi kääpiöiksi ja mustiksi kääpiöiksi. Lämpötila on laskenut noin kelviniin. Suurista tähdistä muodostuu lopulta neutronitähtiä ja mustia aukkoja. Viimein jäljellä on vain kuolleita tähtiä, neutronitähtiä ja mustia aukkoja. Galaksien hajotessa massa keskittyy mustiin aukkoihin. Galaksien keskustoihin syntyy kasvavia mustia aukkoja (10 27 vuotta), jotka galaksijoukkojen törmäillessä yhdistyvät ja laajenevat massiivisiksi mustiksi aukoiksi. Kvanttimekaanisia ilmiöitä alkaa tapahtua yhä enemmän. Mustat kääpiöt voivat luhistua neutronitähdiksi ja edelleen mustiksi aukoiksi tunneloitumisen kautta. Tunneloituminen on kvanttimekaaninen ilmiö, jossa hiukkanen voi tietyllä todennäköisyydellä läpäistä potentiaalivallin, jonka ylittämiseen sillä ei klassisen fysiikan mukaan olisi riittävästi energiaa. Viimein suunnattomien ajanjaksojen kuluttua kuolleet tähdetkin yhdistyisivät kasvaviin mustiin aukkoihin ja höyrystyisivät muuttuvat säteilyksi. Lopulta kaikki materia päätyy kasvaviin mustiin aukkoihin. Mahdollisesti protonitkin hajoavat, mikäli niillä on äärellinen elinikä (10 31 vuotta) ja jäljelle jää vain mustia aukkoja ja säteilyä. Mustat aukotkaan eivät ole ikuisia. Kvanttielektrodynamiikan mukaan ainetta voi tunneloitua tapahtumahorisontin ulkopuolelle; mustan aukon sanotaan höyrystyvän. Mustat aukot höyrystyvät säteilyksi ns. Hawkingin prosessilla suunnattomien ajanjaksojen kuluessa. Hawkingin prosessin nopeus on verrannollinen mustan aukon massaan. Mitä suurempi aukon massa on, sitä pienempi on sen höyrystymisnopeus. Galaksin massaiselle mustalle aukolle haihtumisaika voi olla luokkaa vuotta. Valtavan pitkän ajanjakson kuluttua (10 vuotta) kaikki mustat aukot ovat höyrystyneet ja kadonneet maailmankaikkeudesta. Tämän jälkeen on jäljellä vain pelkkää säteilyä. Maailmankaikkeuden lämpötila laskee lähelle absoluuttista nollapistettä (0 K = -273 o C). Universumin loppuvaiheessa entropia eli epäjärjestys kasvaa maksimiinsa ja seuraa ns. lämpökuolema. Kaikki aine on kadonnut maailmankaikkeudesta ja vallitsee ikuinen pimeys. Alati laajenevassa avaruudessa on väin jäljellä yhä kylmenevää säteilyä. Maailmankaikkeus on lopulta äärettömän laaja, pimeä, kylmä ja eloton universumi (ks. alla oleva kuva). Ajankäsite menettää merkityksensä. Kuva. Maailmankaikkeuden tulevaisuus: kaikki aine muuttuu säteilyksi, jonka aallonpituus kasvaa rajatta. Maailmankaikkeus laajenee ja kylmenee kohti absoluuttista nollapistettä 0 K = -273,15 o C. (Tähtitieteen perusteet, 5. painos 2010, s ).

12 Viimeisimmät havainnot ja teoreettiset laskelmat tukevat maailmankaikkeuden jatkuvan laajenemisen mallia. Laajeneminen tapahtuu kiihtyvällä nopeudella. Tieteen menetelmä on objektiivinen, julkinen ja itseään korjaava. Uudet havainnot ja teoreettiset tulokset tuovat jatkuvasti lisätietoa maailmankaikkeuden rakenteeseen, syntyyn ja kehitykseen. Kosmologia on jatkuvasti kehittyvä tieteen ala ja uudet havainnot ja laskelmat voivat vielä muuttaa suurestikin käsityksiämme maailmankaikkeuden tulevaisuudesta. Maailmankaikkeuden tulevaisuus/yhteenveto: - avoin malli; maailmankaikkeuden tiheys on pienempi kuin ns. kriittinen tiheys; ρ < ρc - hyperbolinen, kiihtyvällä vauhdilla ikuisesti laajeneva maailmankaikkeus - avaruus laajenee kiihtyvällä vauhdilla ja sen lämpötila laskee - tähtien ydinpolttoaine loppuu tähdet sammuvat - tähtien kehityksellä on neljä mahdollista päätepistettä: valkoinen kääpiö, neutronitähti tai räjähtäminen hajalle kuolleita tähtiä, neutronitähtiä ja mustia aukkoja - galaksit hajoavat, galaksijoukot törmäilevät toisiinsa a syntyy massiivisia mustia aukkoja - mahdollisesti protonitkin hajoavat ja kaikki materia päätyy kasvaviin mustiin aukkoihin - mustat aukotkaan eivät ole ikuisia, vaan höyrystyvät, ns. Hawkingin säteilynä - lopulta kaikki mustatkin aukot ovat höyrystyneet ja jäljelle jää vain kylmenevää säteilyä - maailmankaikkeuden lämpötila laskee lähelle absoluuttista nollapistettä 0 K = -273,15 o C. - kaikki maailmankaikkeuden aine on muuttunut yhä kylmeneväksi säteilyksi - maailmankaikkeus on lopulta äärettömän laaja, pimeä, kylmä ja eloton universumi - ajankäsite on menettänyt merkityksensä.

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

MAAILMANKAIKKEUDEN SYNTY

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Kosmologia on yleisen suhteellisuusteorian sovellus suurimpaan mahdolliseen systeemiin: tutkitaan koko avaruuden aikakehitystä.

Kosmologia on yleisen suhteellisuusteorian sovellus suurimpaan mahdolliseen systeemiin: tutkitaan koko avaruuden aikakehitystä. Kosmologia Kosmologia on yleisen suhteellisuusteorian sovellus suurimpaan mahdolliseen systeemiin: tutkitaan koko avaruuden aikakehitystä. Kosmologia tutkii maailmankaikkeutta kokonaisuutena. (Vrt. astrofysiikka,

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

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

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

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

Kosmologia. Kosmologia on yleisen suhteellisuusteorian sovellus suurimpaan mahdolliseen systeemiin: tutkitaan koko avaruuden aikakehitystä.

Kosmologia. Kosmologia on yleisen suhteellisuusteorian sovellus suurimpaan mahdolliseen systeemiin: tutkitaan koko avaruuden aikakehitystä. Kosmologia Kosmologia on yleisen suhteellisuusteorian sovellus suurimpaan mahdolliseen systeemiin: tutkitaan koko avaruuden aikakehitystä. Kosmologia tutkii maailmankaikkeutta kokonaisuutena. (Vrt. astrofysiikka,

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

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

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

Fysiikkaa runoilijoille Osa 6: kosmologia

Fysiikkaa runoilijoille Osa 6: kosmologia Fysiikkaa runoilijoille Osa 6: kosmologia Syksy Räsänen Helsingin yliopisto, fysiikan laitos ja fysiikan tutkimuslaitos www.helsinki.fi/yliopisto 1 Kaikkeuden tutkimista Kosmologia tutkii maailmankaikkeutta

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

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

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

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

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

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

Perusvuorovaikutukset. Tapio Hansson

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Planck ja kosminen mikroaaltotausta

Planck ja kosminen mikroaaltotausta Planck ja kosminen mikroaaltotausta Elina Keihänen Helsingin yliopisto Fysikaalisten tieteiden laitos Fysiikan täydennyskoulutuskurssi 8.6.2007 Kiitokset materiaalista Hannu Kurki Suoniolle Planck satelliitti

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

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

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

(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

KOSMOLOGISIA HAVAINTOJA

KOSMOLOGISIA HAVAINTOJA KOSMOLOGISIA HAVAINTOJA 1) Olbersin paradksi Miksi taivas n öisin musta? Js tähdet lisivat jakautuneet keskimäärin tasaisesti äärettömään ja muuttumattmaan avaruuteen, tulisi taivaan listaa yhtä kirkkaana

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

PARADIGMOJEN VERTAILUPERUSTEET. Avril Styrman Luonnonfilosofian seura

PARADIGMOJEN VERTAILUPERUSTEET. Avril Styrman Luonnonfilosofian seura PARADIGMOJEN VERTAILUPERUSTEET Avril Styrman Luonnonfilosofian seura 17.2.2015 KokonaisHede Koostuu paradigmoista Tieteen edistystä voidaan siten tarkastella prosessina missä paradigmat kehinyvät ja vaihtuvat

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

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

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

Suhteellisuusteorian perusteet, harjoitus 6

Suhteellisuusteorian perusteet, harjoitus 6 Suhteellisuusteorian perusteet, harjoitus 6 May 5, 7 Tehtävä a) Valo kulkee nollageodeettia pitkin eli valolle pätee ds. Lisäksi oletetaan valon kulkevan radiaalisesti, jolloin dω. Näin ollen, kun K, saadaan

Lisätiedot

Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY 2007-2009

Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY 2007-2009 Suojeleva Aurinko: Aurinko ja kosmiset säteet IHY 2007-2009 Eino Valtonen Avaruustutkimuslaboratorio, Fysiikan ja tähtitieteen laitos, Turun yliopisto Eino.Valtonen@utu.fi 2 Kosminen säde? 3 4 5 Historia

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

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

Tähtitieteen historiaa

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

Lisätiedot

Mikko Tuuliranta. Kannen kuva istokphoto@12539341

Mikko Tuuliranta. Kannen kuva istokphoto@12539341 Kannen kuva istokphoto@12539341 Mikko Tuuliranta 2 Sisällysluettelo LUKIJALLE 3 LUKU 1 Mitä ihminen tietää maailmankaikkeuden synnystä ja iästä? 5 LUKU 2 Geologiset aikakaudet Koska ja miten ajatus vuosimiljoonista

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

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

Fysiikan menetelmät ja kvalitatiiviset mallit Rakenneyksiköt

Fysiikan menetelmät ja kvalitatiiviset mallit Rakenneyksiköt Fysiikan menetelmät ja kvalitatiiviset mallit Rakenneyksiköt ISBN: Veera Kallunki, Jari Lavonen, Kalle Juuti, Veijo Meisalo, Anniina Mikama, Mika Suhonen, Jukka Lepikkö, Jyri Jokinen Verkkoversio: http://www.edu.helsinki.fi/astel-ope

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

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

Mustan kappaleen säteily

Mustan kappaleen säteily Mustan kappaleen säteily Musta kappale on ideaalisen säteilijän malli, joka absorboi (imee itseensä) kaiken siihen osuvan säteilyn. Se ei lainkaan heijasta eikä sirota siihen osuvaa säteilyä, vaan emittoi

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

Kvanttifysiikan perusteet 2017

Kvanttifysiikan perusteet 2017 Kvanttifysiikan perusteet 207 Harjoitus 2: ratkaisut Tehtävä Osoita hyödyntäen Maxwellin yhtälöitä, että tyhjiössä magneettikenttä ja sähkökenttä toteuttavat aaltoyhtälön, missä aallon nopeus on v = c.

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

Kemiallinen reaktio

Kemiallinen reaktio Kemiallinen reaktio REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Johdantoa: Syömme elääksemme, emme elä syödäksemme! sanonta on totta. Kun elimistömme hyödyntää ravintoaineita metaboliassa eli aineenvaihduntareaktioissa,

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

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

Moderni fysiikka kevät 2011

Moderni fysiikka kevät 2011 Moderni fysiikka kevät 2011 Luennot maanantaisin ja tiistaisin 12-14, D101 Syksy Räsänen: C326 Laskuharjoitukset (25% arvosanasta) Timo Rüppell ja Olli Taanila (A323) Neljä ryhmää: 14-16 & 16-18 (E205),

Lisätiedot

Teoreettisen fysiikan tulevaisuuden näkymiä

Teoreettisen fysiikan tulevaisuuden näkymiä Teoreettisen fysiikan tulevaisuuden näkymiä Tämä on teoreettisen fysiikan professori Erkki Thunebergin virkaanastujaisesitelmä, jonka hän piti Oulun yliopistossa 8.11.2001. Esitys on omistettu professori

Lisätiedot

Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan

Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan Tähtitiede Tutkimusta maailmankaikkeuden laidoilta Aurinkokuntaan Jyri Näränen Paikkatietokeskus, MML jyri.naranen@nls.fi http://personal.inet.fi/tiede/naranen/ Oheislukemista Palviainen, Asko ja Oja,

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

Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa. Tapio Hansson

Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa. Tapio Hansson Suhteellisuusteoriasta, laskuista ja yksiköistä kvantti- ja hiukkasfysiikassa Tapio Hansson Laskentoa SI-järjestelmä soveltuu hieman huonosti kvantti- ja hiukaksfysiikkaan. Sen perusyksiköiden mittakaava

Lisätiedot

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

KVANTTITEORIA MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA KVANTTITEORIA 1 MODERNI FYSIIKKA KVANTTITEORIAN SYNTY AALTO HIUKKAS-DUALISMI EPÄTARKKUUSPERIAATE TUNNELOITUMINEN ELEKTRONIRAKENNE UUSI MAAILMANKUVA Fysiikka KVANTTITEORIA Metso Tampere 13.11.2005 MODERNI

Lisätiedot

Tähtitaivaan alkeet Juha Ojanperä Harjavalta

Tähtitaivaan alkeet Juha Ojanperä Harjavalta Tähtitaivaan alkeet Juha Ojanperä Harjavalta 14.1.-10.3.2016 Kurssin sisältö 1. Kerta Taivaanpallo ja tähtitaivaan liike opitaan lukemaan ja ymmärtämään tähtikarttoja 2. kerta Tärkeimmät tähdet ja tähdistöt

Lisätiedot

MAAILMANKAIKKEUDEN KEHITYS

MAAILMANKAIKKEUDEN KEHITYS MAAILMANKAIKKEUDEN KEHITYS 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

Lisätiedot

Mustat aukot ja kvanttimekaniikka

Mustat aukot ja kvanttimekaniikka Mustat aukot ja kvanttimekaniikka Magnetohydrodynaaminen simulaatio kiekosta ja suihkusta mustan aukon ympärillä. Visualisaatio: http://jila.colorado.edu/~ajsh/insidebh/intro.html Esko Keski-Vakkuri Kosmologian

Lisätiedot

http://www.space.com/23595-ancient-mars-oceans-nasa-video.html

http://www.space.com/23595-ancient-mars-oceans-nasa-video.html http://www.space.com/23595-ancient-mars-oceans-nasa-video.html Mars-planeetan olosuhteiden kehitys Heikki Sipilä 17.02.2015 /LFS Mitä mallit kertovat asiasta Mitä voimme päätellä havainnoista Mikä mahtaa

Lisätiedot

LUENTO Kyösti Ryynänen

LUENTO Kyösti Ryynänen LUENTO 13.12.2016 Kyösti Ryynänen ELÄMÄÄ MIKROKOSMOKSEN JA MAKROKOSMOKSEN VÄLISSÄ 1 ELÄMÄN PERUSTA ALKEISHIUKKASET PERUSVOIMAT ITSEORGANISOITUMINEN NYT HAVAITTAVISSA OLEVA UNIVERSUMI HAVAINTOJEN JA TEORIOIDEN

Lisätiedot

Perusvuorovaikutukset

Perusvuorovaikutukset Perusvuorovaikutukset Mikko Mustonen Mika Kainulainen CERN tutkielma Nurmeksen lukio Syksy 2009 Sisältö 1 Johdanto... 3 2 Perusvuorovaikutusten historia... 3 3 Teoria... 6 3.1 Gravitaatio... 6 3.2 Sähkömagneettinen

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

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2)

Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2) Erityinen suhteellisuusteoria (Harris luku 2) Yliopistonlehtori, TkT Sami Kujala Mikro- ja nanotekniikan laitos Kevät 2016 Ajan ja pituuden suhteellisuus Relativistinen työ ja kokonaisenergia SMG-aaltojen

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

Termodynamiikan suureita ja vähän muutakin mikko rahikka

Termodynamiikan suureita ja vähän muutakin mikko rahikka Termodynamiikan suureita ja vähän muutakin mikko rahikka 2006 m@hyl.fi 1 Lämpötila Suure lämpötila kuvaa kappaleen/systeemin lämpimyyttä (huono ilmaisu). Ihmisen aisteilla on hankala tuntea lämpötilaa,

Lisätiedot

Crafoord palkinto 1991. nopeus-etäisyys etäisyys

Crafoord palkinto 1991. nopeus-etäisyys etäisyys Allan Sandage ja maailmankaikkeuden laajeneminen P. Teerikorpi Tuorlanobservatorio Turunyliopisto Allan Sandage (1924 2010) Mt. Palomar Observatory Crafoord palkinto 1991 hyvin tärkeistä tutkimuksista,

Lisätiedot

Valtteri Lindholm (Helsingin Yliopisto) Horisonttiongelma 21.11.2013 1 / 9

Valtteri Lindholm (Helsingin Yliopisto) Horisonttiongelma 21.11.2013 1 / 9 : Valtteri Lindholm (Helsingin Yliopisto) Horisonttiongelma 21.11.2013 1 / 9 Horisonttiongelma Valtteri Lindholm Helsingin Yliopisto Teoreettisen fysiikan syventävien opintojen seminaari Valtteri Lindholm

Lisätiedot

8. Hiukkasfysiikka ja kosmologia

8. Hiukkasfysiikka ja kosmologia 8. Hiukkasfysiikka ja kosmologia Aineen alkeellisin rakenne Miten hiukkasia tutkitaan? Hiukkaset ja vuorovaikutukset Kvarkit Symmetriat ja vuorovaikutuksien yhtenäistäminen Maailmankaikkeuden rakenne Varhainen

Lisätiedot

Sisällysluettelo. Alkusanat 11. A lbert E insteinin kirjoituksia

Sisällysluettelo. Alkusanat 11. A lbert E insteinin kirjoituksia Sisällysluettelo Alkusanat 11 A lbert E insteinin kirjoituksia Erityisestä ja yleisestä su hteellisuusteoriasta Alkusanat 21 I Erityisestä suhteellisuusteoriasta 23 1 Geometristen lauseiden fysikaalinen

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

Planck satelliitti. Mika Juvela, Helsingin yliopiston Observatorio

Planck satelliitti. Mika Juvela, Helsingin yliopiston Observatorio Planck satelliitti Mika Juvela Helsingin yliopiston Observatorio kosmista taustasäteilyä tutkiva Planck satelliitti laukaistaan vuonna 2008 Planck kartoittaa koko taivaan yhdeksällä radiotaajuudella 30GHz

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

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

SISÄLTÖ MITÄ FYSIIKKA ON KLASSILLINEN FYSIIKKA

SISÄLTÖ MITÄ FYSIIKKA ON KLASSILLINEN FYSIIKKA 1 MODERNI FYSIIKKA Tapio Rantala Teoreettinen ja laskennallinen materiaalifysiikka Elektronirakenneteoria http://www.tut.fi/semiphys SISÄLTÖ MITÄ FYSIIKKA ON KLASSILLINEN FYSIIKKA MODERNI FYSIIKKA KVANTTIFYSIIKKA

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

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi.

Lämpöoppi. Termodynaaminen systeemi. Tilanmuuttujat (suureet) Eristetty systeemi. Suljettu systeemi. Avoin systeemi. Lämpöoppi Termodynaaminen systeemi Tilanmuuttujat (suureet) Lämpötila T (K) Absoluuttinen asteikko eli Kelvinasteikko! Paine p (Pa, bar) Tilavuus V (l, m 3, ) Ainemäärä n (mol) Eristetty systeemi Ei ole

Lisätiedot

KATSAUKSIA. Miksi maailmankaikkeus on olemassa? Kari Enqvist

KATSAUKSIA. Miksi maailmankaikkeus on olemassa? Kari Enqvist KATSAUKSIA Miksi maailmankaikkeus on olemassa? Kari Enqvist Miten universumi on voinut syntyä tyhjästä? Mistä luonnonlait ovat tulleet? Nämä ovat kysymyksiä, jotka askarruttavat suurta yleisöä ja joita

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

Ensimmäisessä fysiikan jaksossa käsitellään maailmankaikkeutta, aineen rakennetta ja ydinenergiaa. Oppikirja s. 7 12 ja 291 322.

Ensimmäisessä fysiikan jaksossa käsitellään maailmankaikkeutta, aineen rakennetta ja ydinenergiaa. Oppikirja s. 7 12 ja 291 322. Fysiikka 1, 7. lk RUOKOLAHDEN KIRKONKYLÄN KOULU Ensimmäisessä fysiikan jaksossa käsitellään maailmankaikkeutta, aineen rakennetta ja ydinenergiaa. Oppikirja s. 7 12 ja 291 322. Tämä dokumentin versio on

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