Kvanttiteorian kuvaaman mikromaailman kummallisia ilmiöitä on usein havainnollistettu Schrödingerin kissan karulla kohtalolla. Tunnetussa ajatuskokeessa kissa on suljetussa laatikossa, jossa on potentiaalisesti tappava laitteisto. 

Radioaktiivisen ytimen hajoaminen vapauttaa myrkyn, jolloin kissa kuolee. Ellei hajoamista tapahdu, kissa pysyy hengissä. Vasta kun laatikko avataan, saadaan selville, miten kissan on käynyt.

Ytimen hajoaminen tapahtuu 50 prosentin todennäköisyydellä, joten kvanttimekaniikan tulkinnan mukaan kissa on samanaikaisesti sekä elossa että kuollut. 

Paitsi että Erwin Schrödinger ei tarkoittanut sitä, vaan käytti ajatuskoetta kuvaamaan kvanttiteorian puutteita: se ei pysty kuvaamaan makromaailman ilmiöitä. 

Wienin, Harvardin ja Queenslandin yliopistojen tutkijat ovat nyt tulleet siihen tulokseen, että Albert Einsteinin pian satavuotias yleinen suhteellisuusteoria pelastaa kissan epätietoisuudelta ja mahdollisesti kivuliaalta kuolemalta.

Suhteellisuusteorian mukaan gravitaatio saa ajan hidastumaan samaan tapaan kuin huima nopeus. Ilmiö on hyvin vähäinen, mutta silti todellinen ja havainnoilla varmistettu. 

Esimerkiksi toimistokompleksin pohjakerroksessa työskentelevät vanhenevat vuodessa 10 nanosekuntia vähemmän kuin kerrosta ylempänä uurastavat. Vaikka työuria pidennettäisiin kuinka paljon, verotettavaa hyötyä siitä ei kuitenkaan ehdi kertyä.

Uuden tutkimuksen mukaan tämä gravitaatiodilataatioksi kutsuttu ilmiö voi selittää myös siirtymän kvanttimaailman kummallisuuksista arkipäivän tuttuihin ilmiöihin. 

Palataan kissaan. Kvanttimekaanisen tulkinnan mukaan se on periaatteessa kahden tilan superpositiossa. Käytännössä niin ei kuitenkaan ole. Huolimatta siitä, että radioaktiivisen ytimen hajoaminen noudattaa kvanttimekaniikan sääntöjä, jokin tekee ne merkityksettömiksi kissan kokoluokassa. Kissa on joko kuollut tai elävä.  

Makromaailman mittakaavassa keskeinen tekijä on lukemattomien hiukkasten vaikutus toisiinsa. Niitä ei voi enää tarkastella yksittäisinä aaltofunktioina, joita ne kvanttiteorian mukaan ovat. Tutkijoiden mukaan toinen tekijä on Einsteinin teorian mukainen gravitaatiodilataatio. 

Kun yksittäiset hiukkaset muodostavat isompia kappaleita, Maan vetovoima hillitsee niiden kvanttikäytöstä. Hiukkaset ovat teoriassa samanaikaisesti monessa eri paikassa, mutta mitä voimakkaammassa vetovoimakentässä ne ovat, sitä hitaampaa hötkyily on. 

Laskelmien mukaan gravitaatio tuhoaa hiukkasten superposition, jolloin havaitsemamme kappaleet käyttäytyvät havaitsemallamme "normaalilla" tavalla. 

"On aika yllättävää, että gravitaatiolla on oma roolinsa myös kvanttimekaniikassa", hämmästelee tutkijaryhmää johtanut Igor Pikovski. "Gravitaatiota tutkitaan yleensä tähtitieteellisissä mittakaavoissa, mutta näyttää siltä, että se vaikuttaa myös kaikkein pienimpien hiukkasten kvanttiluonteeseen täällä maanpinnalla."

Toistaiseksi tulokset ovat puhtaasti teoreettisia, mutta tutkijoiden mukaan ilmiön pitäisi olla havaittavissa lähitulevaisuudessa tehtävissä kokeissa. Silloin ollaan ehkä askelta lähempänä kvanttiteorian ja suhteellisuusteorian yhdistämistä, joka on ollut jo pitkään tutkijoiden haaveena.

Kvanttikissan pelastumisesta kerrottiin Wienin yliopiston uutissivuilla ja tutkimus on julkaistu Nature Physics -tiedelehdessä. 

Kuva: Igor Pikovski/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysic

Kesä on lomakautta myös tähtiharrastajille. Öisellä taivaalla näkyy eteläisessäkin Suomessa vain muutama tähti eikä Aurinko laske Suomen pohjoisosissa lainkaan. Silti taivaalle kannattaa tähyillä, sillä tarjolla on jotain sellaista, mitä ei muulloin voi nähdä: valaisevia yöpilviä.

Toisin kuin tavalliset ala-, keski- ja yläpilvet, jotka helposti pilaavat aurinkoisena alkaneen kesäpäivän, valaisevista yöpilvistä ei ole haittaa sen kummemmin päivällä kuin yölläkään. 

Toisaalta niiden esiintymistä on mahdoton ennustaa: siksi silmät kannattaa pitää auki tunti tai pari auringonlaskun jälkeen. Pohjoisen suunnalla saattaa näkyä vaaleita haituvia, jotka muistuttavat tavallisia yläpilviä, mutta ovat paljon niitä korkeammalla.

Pohjoiset leveysasteet ovat erityisen otollisia valaisevien yöpilvien näkymisen kannalta. Ensinnäkin niitä esiintyy käytännössä pelkästään meikäläisen kesän aikana, eniten kesä–heinäkuussa. Silloin olosuhteet ovat mesopaussissa eli noin 80 kilometrin korkeudella sopivat yöpilvien muodostumiselle.

Valaisevat yöpilvet ovat valaisevia, koska ne ovat muodostuneet jääpeitteisistä pölyhiukkasista. Kesäaikaan pilvien syntykorkeudella lämpötila laskee alle 120 pakkasasteen. Silloin yläilmakehän vähäinen kosteus voi tiivistyä pölyhiukkasten pinnalle kimmeltäväksi kuuraksi, joka heijastaa hyvin auringonvaloa.

Siitä päästäänkin toiseen syyhyn, miksi kesäaika on valaisevien yöpilvien näkymisen kannalta sopiva. Aurinko on silloin "pimeän" eli käytännössä hämärän aikaan melkein koko yön sellaisella korkeudella, että se paistaa yöpilviin, vaikka maanpinnalla valoa on vain vähän.

Kun Aurinko on alle 4–6 astetta horisontin alapuolella, taivas on vielä liian vaalea, jotta yöpilviä näkyisi, ja toisaalta kun Aurinko on yli 16 astetta horisontin alapuolella, ei se enää valaise yöpilviä. 

Vaikka valaisevien yöpilvien keskimääräinen esiintymiskorkeus on 82 kilometriä, niitä voi esiintyä jo 75 kilometrissä, mutta toisaalta jopa 90 kilometrissä. Jääpeitteisten pölyhiukkasten muodostamat pilvilautat voivat olla hyvin suuria, yli miljoona neliökilometriä eli kolme kertaa Suomen pinta-alan verran.

Ensimmäisen kerran yöpilvien näkymisestä raportoitiin vuonna 1885, pari vuotta Krakataun räjähdyksen jälkeen. Se antoi osviittaa, mistä on kyse. Osa ilmakehän yläosissa leijuvasta pölystä on peräisin suurista tulivuorenpurkauksista, osa Maan ilmakehään syöksyvistä avaruuden kivensiruista ja -murikoista.

Parhaimmillaan kymmenien kilometrien sekuntinopeudella kulkevat meteoroidit alkavat höyrystyä ilman kitkan kuumentamina noin sadan kilometrin korkeudessa ja jokseenkin yöpilvien esiintymiskorkeudella ne höyrystyvät ja hajoavat tulisena tähdenlentona eli meteorina. 

Tampereen teknillisen yliopiston ja Harvardin yliopiston tutkijat ovat heittäytyneet mielenkiitoiseen aiheeseen: miksi joillakin rumpaleilla on oma tietty tyylinsä, selvästi tunnistettava "groove"?

Vastauksia esiteltiin askettäin PLOS ONE -julkaisusarjassa olleessa artikkelissa, joka syntyi TTY:n (Tampereen teknillisen yliopiston) ja Harvardin yliopiston tutkijoiden analysoitua rumpali Jeff Porcaron (ei kuvassa) soittoa millisekunnin tarkkuudella.

Jeff Porcaro oli kenties maailman kuuluisin groove-rumpali. Hän oli TOTO-yhtyeen perustajajäsen ja soitti lukuisten popin, rockin, ja jazzin supertähtien kuten Michael Jacksonin, Madonnan, Bruce Springsteenin, Pink Floydin, Dire Straitsin ja Herbie Hancockin levyillä. Tämä tuottelias rumpari kuoli vuonna 1992 vain 38-vuotiaana.

Tutkimuksessa haluttiin selvittää yksityiskohtaisesti musiikin ja erityisesti rumpujen soiton ajoituksen ja dynamiikan vaihtelua tasaisen konemaiseen rytmiin nähden. Vaihteluiden rakenne antaa tietoa hermoston ja motoriikan toiminnasta. Lisäksi se valottaa niin sanotun svengin tai grooven taustatekijöitä ja miten rumpali toimii sen aikaansaamiseksi sekä tietoisesti että tiedostamatta. 

Maailman tiedetoimittajat kokoontuvat parhaillaan Soulissa lääketieteellisesti kiinnostavassa ilmapiirissä: MERS-virus on levinnyt Etelä-Koreassa pieneksi epidemiaksi ja nostanut ilmaan pelon uudesta, vaarallisesta kulkutaudista.

Niinpä kadulla kävellessäkin jokainen köhähdys ja niistäminen saa aikaan säpsähdyksen, ja eteen tulevat kasvomaskeihin pukeutuneet ihmiset saavat ihon nousemaan kananlihalle. Aasiassa kasvomaskien pitäminen on nykyisin paitsi muiden suojaamista omalta köhltä, niin myös muoti-ilmiö, mutta tässä tilanteessa se voi tuntua hieman uhkaavaltakin.

Tänään aamulla paikallista aikaa konferenssissa pidetty tiedotustilaisuus aiheesta tosin helpotti pelkoja, sillä tilanne ainakin tuntuu olevan korealaisten hallinnassa, eikä virus ole kovin herkästi tarttuva.

“Virus näyttää olevan tarttuva vain silloin, kun sen kantaja on hyvin sairas ja on sellaisessa kunnossa, että hän on sairaalassa”, sanoi tilanteen perinpohjaisesti tunteva Kim Sung-Han, Asanin lääketieteellisen keskuksen tarttuvien tautien osaston apulaisprofessori.

“Mutta tilanne on kuitenkin se, että emme tunne MERS-virusta ja sen leviämistä vielä kovin hyvin. Tiedossamme olevat tapaukset ovat kuitenkin olleet vain sairaalaympäristöissä, ja on hyvin epätodennäköistä, että MERS-virus leviäisi vastaisuudessakaan kadulla tai julkisissa paikoissa.”

Jokainen talvikelissä liukastellut tietää, mikä merkitys on kitkalla ja etenkin sen puutteella. Toisaalta kitkasta on myös riesaa, kun esimerkiksi moottoreiden osat kuluvat käytössä.

Aina kun kaksi pintaa joutuu toistensa kanssa kosketuksiin, niiden välillä on kitkaa. Tai ei ihan aina: joissakin tapauksissa esiintyy ilmiö, jota nimitetään "supraliukuvuudeksi" (superlubricity). 

Silloin kitka katoaa kokonaan ja pinnat liukuvat toistensa suhteen vailla minkäänlaista vastusta – samaan tapaan kuin suprajohtavuudessa sähkö kulkee vastuksetta.

MIT:n (Massachusetts Institute of Technology) tutkijat ovat nyt kehittäneet menetelmän, jolla kitkaa voidaan hallita nanotasolla. Säätelemällä yksittäisten atomien keskinäistä asemaa voidaan kitkan suuruutta muuttaa jopa siihen pisteeseen, että se häviää tyystin.

Vladan Vuleticin johdolla tehdyllä tutkimuksella on suuri merkitys erityisesti nanoteknologiassa, missä "koneita" rakennetaan molekyylien kokoisista osista. Nanomittakaavassa kitka kuluttaa rakenteita usein paljon nopeammin kuin meille tutussa makromaailmassa.

"Kitkan ymmärtäminen ja hallinta on tärkeää, sillä se on yksi nanokoneiden rakentamista rajoittava tekijä", Vuletic toteaa. "Meidän menetelmämme avulla pystytään tarkastelemaan siirtymää kitkasta supraliukuvuuteen ensimmäistä kertaa atomien tasolla."

Vuleticin ryhmä käytti simulaatiota, jolla mallinnettiin kahta toisiinsa kosketuksissa olevaa pintaa. Ensin luotiin kahdella vastakkaisella lasersäteellä optinen hila, jossa sähkömagneettiset kentät muodostavat säännöllisen "rakenteen".

Munakennoa muistuttavassa optisessa hilassa "kuopat" vastaavat sähköistä minimipotentiaalia, "kohoumat" puolestaan maksimia. Kun atomit liikkuvat tällaisessä kentässä, ne pyrkivät hakeutumaan mahdollisimman pieneen potentiaaliin eli kuoppiin.

Kitkan tutkimiseksi tutkijat tarvitsivat myös toisen pinnan, jonka muodosti ionikide, varauksellisista atomeista koostuva "verkko". Harvinaisiin maametalleihin kuuluvaa ytterbiumia kuumennettiin ensin, sitten sen atomeihin kohdistettiin valo, jolloin ne ionisoituivat, ja lopuksi syntyneet ionit jäähdytettiin laserin avulla lähelle absoluuttista nollapistettä, -273 celsiusastetta. 

Sen jälkeen ionit eli varaukselliset atomit järjestettiin sähköjännitteen avulla. Samanmerkkiset ionit hylkivät toisiaan, jolloin ne muodostavat säännöllisen kiteen. Sen kokoa – eli sähköisesti varattujen atomien välistä etäisyyttä – ja liikettä voidaan säädellä saman sähköjännitteen avulla, jolla kide alkujaan muodostettiin.

Kun kidettä liikuteltiin optisen hilan suhteen, ionit pyrkivät hakeutumaan munakennoa muistuttavan kentän minimipotentiaaleihin. Kun ionien välinen etäisyys oli sama kuin kentän "kuoppien", kitka oli suurimmillaan: jokainen ioni oli yhtä aikaa omassa kuopassaan.

Jos kidettä yritettiin liikuttaa, ensin ei tapahtunut mitään, mutta kun voima kasvoi riittävän suureksi, se liikahti kertanykäyksellä, kuin mannerlaatat maanjäristyksessä. Kiteen ionit pomppasivat seuraaviin kuoppiin.

Kun ionien välistä etäisyyttä muutettiin, kitka pieneni. Osa ioneista osui edelleen kentän kuoppiin, mutta osa oli kohoumien kohdalla ja osa jossakin siltä väliltä. Silloin kide liikkuu helpommin optisen hilan suhteen, sillä kohoumien kohdalla olevat ionit pääsevät "valumaan" alaspäin ja tavallaan vetämään perässään alempana olevia ioneja ylöspäin.

Tietyllä ionien välisellä etäisyydellä kahden "pinnan" välinen kitka häviää kokonaan ja kide pääsee liikkumaan vastuksetta optisen hilan muodostamassa kentässä. Silloin saadaan aikaan supraliukuvuus, jolla odotetaan olevan hyödyllisiä sovelluksia nanotekniikan lisäksi myös makromaailmassa.

Tutkimus julkaistiin Science-tiedelehdessä (maksullinen) 4. kesäkuuta ja siitä kerrottiin MIT:n uutissivuilla.

Kuva: Christine Daniloff/MIT

Usein ihmisten elinaikaodotuksia tutkitaan yksi asia kerrallaan, mutta The Lancetin julkaisemassa tutkimuksessa on otettu huomioon useita eri tekijöitä ja analysoitu niitä Iso-Britanniassa 498103:n biopankkiin näytteensä antaneen henkilön tapausten pohjalta.

Ruotsalaistutkijat Uppsalan yliopistosta ja Karoliinisesta instituutista ovat nyt tehneet aineiston perusteella laskurin, missä 40-70 -vuotiaat voivat analysoida riskiään kuolla viiden vuoden kuluessa ja laskea samalla mikä on heidän arvioitu elinikänsä. 

Vertailuaineistona laskurissa on tutkimuksessa tutkitut britit ja tulos lasketaan vertaamalla vastauksia samankaltaisten samaa sukupuolta olevien riskiprofiileihin.

Samankaltaisia laskureita on muitakin, ja muun muassa Suomessa suurta huomiota herätti vuonna 2008 YLEn Elämä Pelissä -ohjelman elämänaikalaskuri (missä kirjoittajalle povattiin 85 vuoden ikää), mutta niissä otetaan huomioon yleensä vain yleisimmät riskitekijät, kuten tupakointi, liikunta, lihavuus, alkoholin käyttö, harrastukset ja niin edelleen.

Tässä Ubble-laskuriksi nimetyssä testissä on sen sijaan huomioitu kaikkiaan 655 erilaista demografiaan, terveyteen ja elämäntyyliin liittyvää tekijää ja niistä on rakennettu tilastollinen malli. Sen perusteella tutkijat kehittivät luotettavuusindeksin, niin sanotun C-indeksin, joka kertoo miten paljon eri tekijät vaikuttavat arvioon: mitä suurempi C-indeksi on, sitä todennäköisemmin tekijä vaikuttaa testin suorittajan odotettavissa olevaan elinikään.

Linkki: Ubble-laskuri

Tutkijat ovat luonnollisesti testanneet testiään eri tapauksin ja tulokset ovat kiinnostavia

Yllättävintä tuloksissa oli se, että tekijöitä, jotka ennustavat parhaiten todennäköisyyttä kuolla viiden vuoden kuluessa eivät ole sellaiset, joita voisi mitata yksinkertaisesti lääkärintarkastuksessa.

Kaksi tärkeintä indikaattoria olivat vastaajien oma arvio omasta terveydentilastaan sekä kävelyvauhti. Kävelyvauhti näyttää olevan merkittävämpi terveyttä ilmaiseva indikaattori kuin esimerkiksi kehon massaindeksi.

Tutkijat kuitenkin huomauttavat, että aineisto ei edusta kattavasti koko Iso-Britannian väestöä, sillä biopankkiin näytteensä antaneet henkilöt ovat yleensä terveempiä ja aktiivisempia kuin väestö keskimäärin.

Myös viiden vuoden aika ei ole mitenkään tarkka tai tieteellisesti määritelty: se otettiin tutkimuksessa vain tarkasteluajanjaksoksi, eikä tulosten perusteella voi arvioida miltä tilanne näyttäisi esim. kymmenen vuoden aikana.

Laskuri ei myöskään huomioi kausaliteettia. Esimerkiksi hidas kävelyvauhti on merkki kohonneesta riskistä kuolla viiden vuoden aikana, mutta se, että henkilö kävelee nopeasti, ei johda automaattisesti siihen, että riski olisi pienempi. 

Yksi tekijä nousi vaarallisuudessaan kuitenkin selvästi ylitse muiden ja sillä oli suora yhteys suurempaan riskiin kuolla aikaisemmin. Se on tupakointi – ei mitenkään yllättäen.

Otsikkokuva: Flickr / Hans van der Berg

Viime kuukausina suomalaisiakin sänkyyn kaatanut kausi-influenssaepidemia on tältä talvikaudelta ohitse Euroopassa tilannetta seuraavan Euroopan tartuntatautien ehkäisyn ja valvonnan keskuksen (ECDC) ja Maailman terveysorganisaation Euroopan toimiston yhteisen seurannan mukaan.

Siinä missä tartuntatapauksia on ollut Euroopassa kauden aikana hieman normaalia vähemmän, on kuolleisuus influenssaan ollut kuitenkin tänä talvena korkeampi kuin normaalisti. Influenssa on aina mahdollisesti vaarallinen ikääntyneille ja vastustuskyvyltään heikoille henkilöille, mutta tänä vuonna viruksessa tapahtunut mutaatio teki siitä erityisen hankalan.

Kauden aikana kahdeksassa Euroopan seurantaan kuuluvassa maassa (Suomi, Ranska, Irlanti, Romania, Slovakia, Espanja, Ruotsi ja Iso-Britannia) oli kaikkiaan 6023 henkilöä sairaalahoidossa influenssan vuoksi ja heistä 584 menehtyi. Erityisen suurta kuolleisuus oli Ranskassa ja Espanjassa, missä tapauksia oli 241 ja 252.

Suurin osa kuolleista (66%) oli yli 65-vuotiaita.

Virallisten tilaston mukaan influenssakausi kesti kaudella 2014–2015 yhteensä 21 viikkoa ja se päättyi toukokuun ensimmäisellä viikolla. Hurjimmin virus mylläsi viikolla 7, eli helmikuun toisella viikolla.

Racetrack Playan tasangolla Yhdysvaltain Death Valleyssa ja Altillo Chican laguunissa Espanjan Lillossa on kiviä, jotka liikkuvat itsekseen. Tai näyttävät liikkuvan. Geologeja on vuosikymmenien ajan askarruttanut, mikä kuljettaa kiviä pitkin maanpintaa siten, että ne jättävät jälkeensä uran.

Yhden teorian mukaan kivien ympärille kertyy talvisin jäätä, jolloin ne liukuisivat tuulen mukana joskus pitkiäkin matkoja. Madridilaisen Complutense-yliopiston tutkijat ovat nyt päässeet mystisten "kivenpyörittäjien" jäljille. Syypäitä ovat tuuli ja vesi – sekä mikrobit.

Altillo Chican suurimmat kuljeksivat kivet ovat jopa seitsenkiloisia ja ne kovertavat ajoittain kuivuvaan laguuniin yli satametrisiä uurteita. Tutkijoiden mukaan kivet tosiaan liikkuvat talvisaikaan, mutta niitä kuljettavat virtaukset, joita myrskyt synnyttävät laguunia peittävään veteen.

"Tuulet saavat aikaan virtauksia, joiden nopeus on jopa kaksi metriä sekunnissa, ja niiden voima riittää siirtelemään kiviä", arvioi María Esther Sanz. Sateisena talvikautena laguunissa on vettä vain viitisen senttiä, mutta siinä syntyvä pyörteily myllertää kiviä ympäröivää pohjamutaa niin, että kivi voi lähteä liikkumaan.

Tutkijoiden yllätykseksi kivien liikkumista avittavat laguunissa asustavat mikro-organismit, muiden muassa sinilevät. Niiden eritteet muodostavat laguunin pohjalle mutakerroksen, jossa on runsaasti kaasukuplia. Kivien kannalta se on kuin luistinrata, jota pitkin ne pääsevät liukumaan.

Muistatko kapteeni Cousteaun ja hänen punaisen piponsa sekä Calypso -laivan?

Jos et, niin ei haittaa, sillä tässä on 2000-luvun ranskalaistutkimusalus: Tara, metallinen purjelaiva, jolla nuoret tutkijaryhmät ovat kiertäneet niin arktisia meriä kuin Välimertakin. Komeita kuvia ja tunnelmia Taran matkoista on heidän nettisivuillaan – sekä jutun lopussa olevassa lyhyessä videossa.

Tara-aluksella on myös tehty kunnon tiedettä, ja tänään perjantaina julkaistava Science-lehden erikoisnumero keskittyy kertomaan Taralla tehdyistä, osin jopa mullistavista planktonlöydöistä. 

Alukselta on otettu säännöllisesti vesinäytteitä eri merialueilta ja näiden perusteella kansainvälinen biodiversiteettiä tutkiva ryhmä on onnistunut tekemään erinomaisen katsauksen planktonin esiintymiseen, olemukseen, erilaisuuteen, vuorovaikutukseen ja paljoon muuhun niihin liittyvään.