Väitöskirja siitä, miksi ainetta on olemassa - ja missä pimeä aine piileksii?

[Mare Nectaris]

21.10.2016 väittelee Jyväskylän yliopistossa FM Ville Vaskonen. Väitöskirjan nimi on: "Dark matter and baryogenesis in Higgs portal models", JYFL Research Report 12/2016, ISBN 978-951-39-6744-4 (paperiversio), ISBN 978-951-39-6745-1 (elektroninen versio). Tutkimus käsittelee pimeää ainetta ja maailmankaikkeudessa havaittavaa materia-antimateria -epäsymmetriaa - eli käytännössä sitä, miksi jotakin on olemassa ennemmin kuin että ei olisi mitään.

Väitöskirjasta on julkaistu väitöstiedote (JY) sekä YLEn uutinen.

Väitöskirja on ladattavissa täältä (pdf).

Edit: lisätty linkki väitöskirjaan

[Pekka Lehtelä]

Luin nuo linkit jotka olivat kiinnostavia mutta tuskin tämä(kään) väitöskirja vastaa siihen kysymykseen mikä oli se "tila " ennen alkuräjähdystä ja miksi alkuräjähdys tapahtui. Mutta varmasti kertoo paljon siitä mitä tapahtui heti alkuräjähdyksen jälkeen ja kuinka maailmankaikkeus kehittyi siitä eteenpäin.

[Mare Nectaris]

... mikä oli se "tila " ennen alkuräjähdystä ja miksi alkuräjähdys tapahtui....

Olikohan Stephen Hawking kirjassaan "Ajan lyhyt historia", joka kuvasi, että kysymys ajasta ja tilasta ennen alkuräjähdystä on kuin kysyisi pohjoisnavalla, missä pohjoinen on. Eli ymmärtääkseni kosmologien ajattelu lähtee siitä, että alkuräjähdys nimen omaan synnytti tilan ja ajan; kaikki alkoi - ainakin toistaiseksi käsittämisemme piirin ulkopuolella olevasta - singulariteetista (vrt. mustan aukon singulariteetti). Syntyi aine, ja sitä kautta aika (entropia antaa ajalle fysikaalisen suunnan; inhimillinen aika on myös fenomenologista eli koettua ja osin sovittua, esim. vuosi on suunnilleen Maapallon kierros auringon ympäri - tai kulttuurisen ajan mittamisen "nollakohta" esim. gregoriaanisen kalenterin mukaan).

Laajasti hyväksytyn (vallitsevan) teorian mukaan tila maailmankaikkeuteen syntyi erityisesti inflaatiojakson aikana, jolloin maailmankaikkeus laajeni eksponentiaalisesti. Laajenemisella ei ollut niin ikään suuntaa, vaan laajeneminen tapahtui kaikkialle yhtä lailla (laajassa skaalassa), minkä vuoksi (jälleen laajassa skaalassa) maailmankaikkeus on havaintojemme mukaan kaikkiin "suuntiin" samanlainen. Myöskään näin ollen "alkuräjähdyksen" paikkaa tai keskipistettä ei voida määritellä kuin ehkä korkeintaan vain aina suhteessa havaitsijaan (esim. omaan paikkaamme maailmankaikkeudessa). Muut mahdolliset havainnoitsijat siis mittaavat maailmankaikkeutta omasta positiostaan eli asemastaan käsin - toivottavasti myös oivaltaen, että keskipistettä ei ole, ja että aika ja tila ovat alkuräjähdyksen aiheuttamia konstruktioita fyysisesti, mutta kulttuurisesti heillekin olemassa (esim. fysikaalisisena kehon solujen vanhenemisena tai heidän keskustähtensä ympäri kiertämisen kestämisaikana).

Näin ollen kysymys siitä, miksi maailmankaikkeus syntyi, on kulttuuris-fenomenologinen (ts. ihmisen tai muun tietoisen olennon kysymä kysymys). Maailmankaikkeus on voinut useiden kosmologien näkemyksen mukaan lähteä syntymään kvanttisatunnaisuuksien poreilusta "jossakin" (tätä emme tunne kai vielä riittävästi).

Toisin sanoen kuten kiehuvan keiton yksittäisen kuplan osalta on mahdotonta kysyä, miksi se on siinä, samoin oman olemassaolomme "alkupiste" on kuin kupla maailmankaikkeuksien meressä - omassa kuplassamme monimaailmankaikkeuksien teorian mukaan on omat fysiikan lajinsa, aineen ja antiaineen suhde, Higgsin kentällä tietty (satunnainen) arvo (ts. aineella ja meillä sitä kautta massa ja olemassaolo); samoin aineen muutos antaa ajalle suunnan (entropia).

Olemme siis täällä syystä tai toisesta - aivan kuin kiehuvan veden kupla on juuri havaitsemassamme kohdassa syystä tai toisesta. Ennen kuplan syntyä ei ollut käsittämäämme ja mittaamaamme tilaa eikä aikaa, koska ei ollut kuplaakaan, jonka kautta nämä asiat voimme todeta.

Väitöskirja puolestaan käsittelee sitä, millaisia kenttiä varhaiseen maailmankaikkeuteen syntyi, ja mikä merkitys sillä on olemiseemme tämän maailmankaikkeuden "kuplan" lainalaisuuksien piirissä (esim. massan syntyminen hiukkasten vuorovaikutuksesta Higgsin kenttään). Aineen ja antiaineen suhde puolestaan on selitetty varhaisessa maailmankaikkeudessa tapahtuneen tilallisen eriytymisen kautta (mikä siis on seuraus alkuräjähdyksen tilaa synnyttävästä luonteesta). Näin ollen tilan "syntyminen" on juurikin olellista sen kannalta, että jotakin on mieluummin kuin että mitään ei ole!

[Pekka Lehtelä]

Kaikki nuo ovat minulle tuttuja asioita kuten suurimmalle osalle tämän foorumin lukijoille. Minä etsin vastauksia  kysymyksiin aivan eri näkökulmasta kuin sinä ja siitä vuosia sitten kävimme jonkinlaisen "debatin" ja koin, että puhuimme toistemme ohi. Koen aivan samoin nytkin, kiitos kuitenkin vastauksestasi.

Pekka

[Mare Nectaris]

...minä etsin vastauksia  kysymyksiin aivan eri näkökulmasta kuin sinä ja siitä vuosia sitten kävimme jonkinlaisen "debatin" ja koin, että puhuimme toistemme ohi. Koen aivan samoin nytkin, kiitos kuitenkin vastauksestasi.

Pahoittelut jos ymmärsit, että jotenkin tyrmäsin kysymyksen "miksi" turhana. Näin en asiaa näe: ihmisenä toki kysymme miksi, ja se on osa syvää ihmisenä olemisen fenomenologis-kulttuurista tapaa (ts. tapaamme merkityksellistää asioita ja "kantaa" mukanamme asioiden merkityksiä - myös kulttuurisesti, eikä vain yksilöinä tai ryhminä).

Näen kuitenkin niin, että kysymys "miksi" on luonnontieteellisessä mielessä kausaalinen, eli edellyttää syyn ja seurauksen tunnistamista. Kausaalisessa ("miksi") selittämisessä syy edeltää ajallisesti seurausta. Kun ajan käsite fyysisenä ilmiönä (puhumattakaan fenomenologis-kulttuurisena) syntyy vasta alkuräjähdyksessä, ei aikaa ennen alkuräjähdystä ole olemassa. Näin ei voi olla mahdollista erottaa syyn ja seurauksen ajallisuutta, eli vaikka tunnistettaisiinkin "syitä" ja "seurauksia", niiden ajallista suhdetta ei voida määritellä, koska ei ole olemassa "aikaa" (eikä ajan suuntaa, entropiaa).

Kvanttimaailmassa ajalla ei käsittääkseni ole merkitystä, vaan kvantti-ilmiöt tapahtuvat muun logiikan kuin syyn ja seurauksen mukaisesti. Kvanttiporeilusta tai -puurosta "syntyvä" ei siten "noudata" kausaliteettia, koska aika ei ole kvantti-ilmiöitä "sitova" tekijä. Näin on melko mahdotonta esim. ennustaa kvanttitiloja ja asettaa niitä ajalliseen "järjestykseen". Ne vain tapahtuvat tai jäävät tapahtumatta - ne eivät ymmärtämässämme mielessä tapahdu "ajassa" ja "tilassa".

Tämän vuoksi käsittelin kysymystä ajasta ja tilasta ennen alkuräjähdystä niin kuin käsittelin - fysikaalisessa mielessä. Kokonaan toinen asia on, miten koemme elävinä ja merkityksellistävinä olentoina sen, että jotakin syntyy esim. tyhjyydestä (kvanttiporeilusta), tai sen, että jotakin on mieluummin kuin ei olisi mitään. - Jos mitään ei olisi, ei olisi meitäkään ihmettelemässä, miksi jotakin on. Siksi voi olla niinkin, että tilanne on hyvin yksinkertainen: koska jotakin on, olemme mekin, ja koska olemme tietoisia olentoja, ihmettelemme miksi jotakin on. Yhtä hyvin kuitenkin voisi olla, että ei olisi mitään (kvanttiporeilusta ei olisi syntynyt "kuplia", joista syntyy maailmankaikkeus, johon syntyy ainetta, jonka entropia kertoo ajan suunnan...). Ja taas toisaalta jos aine ja antiaine olisivat syntyvässä maailmankaikkeudessamme (kuplassamme) kohdanneet toisensa 1-1 ja annihiloituneet, ei olisi meitäkään.

Se, että kulttuurisina ja fenomenologisina olentoina kysymme "miksi" on fiksua, ja haastaa olemassaoloamme ja voi antaa elämälle tarkoituksen - kunhan vain emme usko, että tarkoituksia on vain se, mihin itse päädymme merkityksellistämisessä tai kulttuurissamme. Valitettavasti kuitenkaan fysiikka ei voi ulottua tähän ns. metafysiikan alueelle, eli uskomuksiin siitä, miksi kvanttiporeilusta (jos hyväksymme tämän mallin tai saamme sille vahvistusta) syntyi "meidän kuplamme". Fysikaalisesti siis ajan käsitteen puuttuminen tekee kausaliteetista turhaa ja mahdotonta, mikäli olen ymmärtänyt oikein. Ihmiselämässä taasen syy ja seuraus ovat käyttäytymisen, etiikan ja arvojen syvää ydintä, jonka avulla opimme toimimaan osana ihmisyhteisöjä.

[Pekka Lehtelä]

En kokenut tulleeni tyrmätyksi sillä ei se noin helposti onnistu ja jälleen kerran ei kirjoituksessani ollut minulle mitään uutta,  siis sellaista mitä en olisi jo aiemmin tiennyt. Puhuit silloin vuosia sitten tästä asiasta lähes samalla lailla ja jo silloin sanoin, että mikään ei estä ainakaan minua kysymästä miksi kysymyksen miten sijasta. Kaikille asioille ei mielestäni löydy selitystä luonnontieteistäkään ja se pitää vaan hyväksyä, myös sinun. Ymmärrän kyllä mitä ajat takaa mutta en nyt vaan usko tieteen pystyvän selittämään ja vastaamaan läheskään kaikkiin eteen tuleviin kysymyksiin. Minulle kosmologia alkaa siitä "ei mitään" tilasta mikä oli ennen alkuräjähdystä ja siitä asiasta on varmasti jokaisella omat mielipiteensä.

Pekka

[avanti]

Minulle kosmologia alkaa siitä "ei mitään" tilasta mikä oli ennen alkuräjähdystä ja siitä asiasta on varmasti jokaisella omat mielipiteensä.

Pekka

Ja niitä mielipiteitä voi varmaan esittää vaikka maailman tappiin. Meillä ei ole mitään mahdollisuuksia tehdä mitään havaintoja siitä, mitä on mahdollisesti ollut ennen alkuräjähdystä. Juuri sillä hetkellä - olkoon vaikka kuinka lyhyt hetki - aikakin oli pysähtynyt, joten meidän tuntemamme maailmankaikkeus alkoi siitä.

ML

[Pekka Lehtelä]

Moderaattori voisi tämän poistaa.

[Pekka Lehtelä]

Ja myös tämän.

[Pekka Lehtelä]

Sinä voit olla ihan vapaasti tuota mieltä, koska Suomessa on mielipiteen vapaus ja eiköhän sama vapaus koske minuakin.

Pekka

Ei mennyt tuo lainaushomma ihan nappiin tällä halppiskännykällä mutta eiköhän asia tuosta selviä. Tuo yllä oleva on siis minun vastaus nimimerkki avantin kirjoitukseen johon voisin lisätä, että eiköhän myös  kohtelias käytös muita kohtaan ole edelleen voimassa tämän foorumin säännöissä.

Pekka

[Mare Nectaris]

Väitöskirja on ladattavissa täältä (pdf).

[Eusa]

Ei mennyt tuo lainaushomma ihan nappiin tällä halppiskännykällä mutta eiköhän asia tuosta selviä. Tuo yllä oleva on siis minun vastaus nimimerkki avantin kirjoitukseen johon voisin lisätä, että eiköhän myös  kohtelias käytös muita kohtaan ole edelleen voimassa tämän foorumin säännöissä.

Pekka

Kyllä. Suosittelen käyttämään yksityisviestiä, jos havaitsee asiatonta tekstiä. Siten huolimattomalla kirjoittajalla on mahdollisuus muokata tekstiään, eikä tarvitse vaivata moderaattoreita...

[Pekka Lehtelä]

Kyllä. Suosittelen käyttämään yksityisviestiä, jos havaitsee asiatonta tekstiä. Siten huolimattomalla kirjoittajalla on mahdollisuus muokata tekstiään, eikä tarvitse vaivata moderaattoreita...

Pidän lähtökohtana sitä, että tällä foorumilla on fiksua porukkaa joka jo kirjoitusta laatiessaan tietää mitä tekee ja ottaa myös huomioon sen kohteliaisuus vaatimuksen. Siksi en lähettele yksityisviestejä.

Pekka

[avanti]

En ymmärrä ollenkaan mistä Lehtelä suuttui minuun. Esitin vain oman näkemykseni, eikä mitään muuta. Olin kait vähän töksähtäen kirjoittanut.

Siitä mitä on ollut ennen bb:tä ja miksi se tapahtui on myös esitetty mitä kiehtovimpia ajatuksia. Jokunen aika sitten jäi tv-ohjelmasta mieleen ajatus, että olisi ollut multiversumi, joista jokin (vai jotkin) olisi pakottanut yhden luhistumaan, ja se olisi johtanut alkuräjähdykseen. En muista yksityiskohtaisemmin enää siitä ohjelmasta.

Kvanttitietokoneita kohden koetetaan mennä, niillä on valtava laskentateho ja kvanttiteleportaatiolla voitaneen vielä yhdistääkin ne, jolloin maailmankaikkeudestakin voitaisiin tehdä virtuaalinen mallinnus. Silloin voitaisiin tutkia alkuräjähdystäkin.

ML

[Mare Nectaris]

Pari kiinnostavaa linkkiä:

Kari Enqvist: "Aika suhteellisuusteoriassa ja sen takana"

Kari Enqvist: "Mitä oli ennen alkuräjähdystä" (Tiedetuubin kolumni)

Tiedetuubi: "Alkuräjähdystä edelsi kaksi inflaatiota" (Markus Hotakainen / Tiedetuubi)

Andrei Linde: "Inflationary Theory versus Ekpyrotic / Cyclic Scenario" (esitelmä Stephen Hawkingin 60-vuotisjuhlaseminaarissa tammikuussa 2002)