Aina kun valo osuu aineeseen, valo n\u00e4ytt\u00e4\u00e4 hidastuvan. T\u00e4m\u00e4 ei ole uusi havainto, ja standardiaaltomekaniikalla voi kuvata suurimman osan siihen liittyvist\u00e4 arkisista ilmi\u00f6ist\u00e4.<\/p>\n
Esimerkiksi kun valo saapuu rajapinnalle, standardiaaltoyht\u00e4l\u00f6 t\u00e4yttyy pinnan molemmin puolin. T\u00e4llaisen ongelman analyyttiseksi ratkaisemiseksi etsit\u00e4\u00e4n ensin, milt\u00e4 aalto n\u00e4ytt\u00e4\u00e4 eri puolilla, ja sitten k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n s\u00e4hk\u00f6magneettisia reunaehtoja yhdist\u00e4m\u00e4\u00e4n n\u00e4m\u00e4 kaksi toisiinsa. T\u00e4t\u00e4 kutsutaan paloittain jatkuvaksi ratkaisuksi.<\/p>\n
Tulevan valon on kuitenkin koettava kiihtyvyys rajalla. T\u00e4h\u00e4n menness\u00e4 asiaa ei kuitenkaan ole tarkasteltu tarkemmin.<\/p>\n
\u2013 L\u00f6ysin eritt\u00e4in siistin tavan johtaa standardiaaltoyht\u00e4l\u00f6 1+1-ulottuvuuksissa. Tarvitsin ainoastaan oletuksen, ett\u00e4 aallon nopeus on vakio.\u00a0 Sitten ajattelin itsekseni: ent\u00e4 jos se ei ole vakio koko ajan? T\u00e4m\u00e4 osoittautui todella hyv\u00e4ksi kysymykseksi, sanoo yliopistotutkija Matias Koivurova<\/strong> It\u00e4-Suomen yliopistosta.<\/p>\n Olettamalla, ett\u00e4 aallon nopeus voi vaihdella ajan my\u00f6t\u00e4, tutkijat pystyiv\u00e4t kirjaamaan sen, mit\u00e4 he kutsuvat kiihtyv\u00e4n aallon yht\u00e4l\u00f6ksi. Vaikka yht\u00e4l\u00f6n kirjoittaminen oli yksinkertaista, sen ratkaiseminen oli toinen asia.<\/p>\n \u2013 Ratkaisussa ei tuntunut olevan mit\u00e4\u00e4n j\u00e4rke\u00e4. Sitten minulle valkeni, ett\u00e4 se k\u00e4ytt\u00e4ytyy tavalla, joka muistuttaa relativistisia vaikutuksia, Koivurova kertoo.<\/p>\n Yhdess\u00e4 Tampereen yliopiston apulaisprofessori Marco Ornigottin<\/strong> johtaman teoreettisen optiikan ja fotoniikan ryhm\u00e4n<\/a> kanssa <\/strong>tutkijat saivat lopulta tolkkua tilanteeseen. Odotetulla tavalla k\u00e4ytt\u00e4ytyvien ratkaisujen saamiseksi tarvittiin vakio vertailunopeus \u2013 valon tyhji\u00f6nopeus. Koivurovan mukaan sen j\u00e4lkeen kaikki alkoi k\u00e4yd\u00e4 j\u00e4rkeen. Seuraavaksi tutkittiin formalismin yll\u00e4tt\u00e4v\u00e4n kauaskantoisia seurauksia.<\/p>\n L\u00e4pimurtotuloksessaan tutkijat osoittivat, ett\u00e4 kiihtyvien aaltojen suhteen ajan suunta on hyvin m\u00e4\u00e4ritelty; kyseess\u00e4 on niin kutsuttu ajan nuoli. Kiihtyv\u00e4n aallon yht\u00e4l\u00f6 sallii nimitt\u00e4in vain ratkaisut, joissa aika virtaa eteenp\u00e4in, mutta ei koskaan taaksep\u00e4in.<\/p>\n \u2013 Yleens\u00e4 ajan suunta tulee termodynamiikasta, jossa kasvava entropia n\u00e4ytt\u00e4\u00e4, mihin suuntaan aika liikkuu, Koivurova sanoo.<\/p>\n Jos ajan kulku kuitenkin k\u00e4\u00e4ntyisi, entropia alkaisi laskea, kunnes j\u00e4rjestelm\u00e4 saavuttaisi alimman entropiatilansa. Silloin entropia olisi vapaa lis\u00e4\u00e4ntym\u00e4\u00e4n uudelleen.<\/p>\n T\u00e4m\u00e4 on ero ”makroskooppisen” ja ”mikroskooppisen” aikanuolen v\u00e4lill\u00e4: vaikka entropia m\u00e4\u00e4rittelee suurten j\u00e4rjestelmien ajan suunnan yksiselitteisesti, mik\u00e4\u00e4n ei aseta yksitt\u00e4isten hiukkasten ajan suuntaa.<\/p>\n \u2013 Silti odotamme yksitt\u00e4isten hiukkasten k\u00e4ytt\u00e4ytyv\u00e4n ik\u00e4\u00e4n kuin niill\u00e4 olisi kiinte\u00e4 aikasuunta!<\/p>\n Koska kiihtyv\u00e4n aallon yht\u00e4l\u00f6 voidaan johtaa geometrisist\u00e4 n\u00e4k\u00f6kohdista, se on yleinen ja ottaa huomioon kaiken aaltok\u00e4ytt\u00e4ytymisen maailmassa. T\u00e4m\u00e4 puolestaan tarkoittaa, ett\u00e4 ajan vakio suunta on my\u00f6s melko yleinen luonnon ominaisuus.<\/p>\n Toinen mallin ominaisuus on, ett\u00e4 sen avulla voidaan analyyttisesti mallintaa aaltoja, jotka ovat jatkuvia kaikkialla, jopa rajapintojen yli. T\u00e4ll\u00e4 puolestaan on joitakin merkitt\u00e4vi\u00e4 vaikutuksia energian ja liikem\u00e4\u00e4r\u00e4n s\u00e4ilymiseen.<\/p>\n \u2013 Fysiikassa Abrahamin\u2013Minkowskin v\u00e4ittely on hyvin tunnettu. Siin\u00e4 kiistell\u00e4\u00e4n siit\u00e4, mit\u00e4 tapahtuu valon liikem\u00e4\u00e4r\u00e4lle, kun valo tulee v\u00e4liaineeseen. Minkowskin mukaan vauhti kasvaa, kun taas Abrahamin mielest\u00e4 se laskee, Ornigotti selitt\u00e4\u00e4.<\/p>\n On olemassa kokeellisia todisteita, jotka tukevat molempia osapuolia.<\/p>\n \u2013 Olemme osoittaneet, ett\u00e4 aallon n\u00e4k\u00f6kulmasta sen liikem\u00e4\u00e4r\u00e4lle ei tapahdu mit\u00e4\u00e4n, eli aallon liikem\u00e4\u00e4r\u00e4 s\u00e4ilyy entisell\u00e4\u00e4n, Koivurova jatkaa.<\/p>\n Se, mik\u00e4 mahdollistaa liikem\u00e4\u00e4r\u00e4n s\u00e4ilymisen, ovat relativistiset vaikutukset.<\/p>\n \u2013 Havaitsimme, ett\u00e4 voimme antaa aallolle ’itseisajan’, joka on t\u00e4ysin analoginen itseisajan kanssa yleisess\u00e4 suhteellisuusteoriassa, Ornigotti sanoo.<\/p>\n Koska aallon kokema aika poikkeaa laboratorioajasta, tutkijat havaitsivat, ett\u00e4 kiihtyv\u00e4t aallot kokevat my\u00f6s ajan laajentumisen ja pituuden supistumisen. Koivurova huomauttaa, ett\u00e4 juuri pituussupistuminen saa n\u00e4ytt\u00e4m\u00e4\u00e4n, ett\u00e4 aallon liikem\u00e4\u00e4r\u00e4 ei s\u00e4ily v\u00e4liaineen sis\u00e4ll\u00e4.<\/p>\n Nyt kehitetty l\u00e4hestymistapa vastaa standardiformulaatiota useimmissa ongelmissa, mutta sill\u00e4 on t\u00e4rke\u00e4 laajennus: ajallisesti vaihtelevat materiaalit. Ajallisesti vaihtelevan v\u00e4liaineen sis\u00e4ll\u00e4 valo kokee \u00e4killisi\u00e4 ja yhten\u00e4isi\u00e4 muutoksia materiaalin ominaisuuksissa. T\u00e4llaisten materiaalien sis\u00e4ll\u00e4 olevat aallot eiv\u00e4t ole ratkaisuja vakioaaltoyht\u00e4l\u00f6\u00f6n.<\/p>\n Kiihtyv\u00e4n aallon yht\u00e4l\u00f6 tulee mukaan kuvaan t\u00e4ss\u00e4. Sen avulla tutkijat voivat analyyttisesti mallintaa tilanteita, jotka olivat aiemmin vain numeerisesti saatavilla.<\/p>\n Sellainen on esimerkiksi eksoottinen hypoteettinen materiaali, jota kutsutaan ep\u00e4j\u00e4rjestyneeksi fotoniaikakiteeksi. Viimeaikaiset teoreettiset tutkimukset ovat osoittaneet, ett\u00e4 mainitun materiaalin sis\u00e4ll\u00e4 etenev\u00e4 aalto hidastuu eksponentiaalisesti, mutta samalla sen energia kasvaa eksponentiaalisesti.<\/p>\n \u2013 L\u00e4hestymistapamme osoittaa, ett\u00e4 havaittu muutos pulssin energiassa johtuu pulssin kokemasta kaarevasta aika-avaruudesta. T\u00e4llaisissa tapauksissa energians\u00e4ilymist\u00e4 rikotaan paikallisesti, Ornigotti selitt\u00e4\u00e4.<\/p>\n Tutkimuksella on laajoja jokap\u00e4ivisi\u00e4 optisia vaikutuksia, mutta se vaikuttaa my\u00f6s yleisen suhteellisuusteorian laboratoriokokeisiin. Samalla se selitt\u00e4\u00e4, miksi ajalla on ensisijaisesti tietty suunta. Tutkimus Time-variable media, relativity, and the arrow of time<\/a> julkaistiin 19.10.2023 Optica-lehdess\u00e4.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Aina kun valo osuu aineeseen, valo n\u00e4ytt\u00e4\u00e4 hidastuvan. T\u00e4m\u00e4 ei ole uusi havainto, ja standardiaaltomekaniikalla voi kuvata suurimman…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":2130,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[115],"tags":[33,31,30,455,454,118,32,119],"class_list":{"0":"post-2129","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-fysiikka","8":"tag-fi","9":"tag-finland","10":"tag-finnish","11":"tag-fysiikka","12":"tag-physics","13":"tag-science","14":"tag-suomi","15":"tag-tiede"},"share_on_mastodon":{"url":"","error":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2129","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=2129"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/2129\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/media\/2130"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=2129"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=2129"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/fi\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=2129"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}