tieteenhistoria

Video: Kun olet Pariisissa, hakeudu katsomaan metriä.

Uusi videosarja alkaa: ihmetellään asioita. Ensimmäisessä osassa aiheena ovat Pariisissa seiniin laitetut metrit ja ihmeteltävänä on yksi, aivan Luxembourgin puiston vieressä oleva, aivan alkuperäinen metri.

Tiedetuubin tunnuslauseena on "Ole utelias" ja se tarkoittaa sitä, että kehotamme kaikkia kiinnittämään huomiota ympäristössämme oleviin kaikenlaisiin ihmeellisiin ja tavallisiin asioihin.

Siksi aloitamme uuden videosarjan, missä Jari Mäkinen kummastelee kaikenlaisia asioita. Ensimmäisessä videossa aiheena on yllättäen eteen Pariisissa tullut metrin mallikappale.

Pariisissa on kaikkiaan 16 eri paikoissa talojen seinissä olevia metrin mallikappaleita. Ne laitettiin paikoilleen 1700-luvun lopussa, kun haluttiin näyttää kansalaisille millainen on uusi mittayksikkö, metri.

Kaksi näistä on alkuperäisillä paikoillaan: yksi osoitteessa 13 Place Vendôme (aivan Pariisin ydinkeskustassa 1. kaupunginosassa) ja toinen Luxembourgin puiston luona osoitteessa 36 Rue Vaugirard. Videolla ihmetellään jälkimmäistä.

Voihan Vinci! Tämä on Leonardiano.

Pe, 07/01/2016 - 08:36 Jari Mäkinen
Vincin museon sisäpiha

Italian kenties kauneimmilla kulmilla, Toscanassa, lähellä Pisaa on pieni kylä nimeltä Vinci. Eräs siellä syntynyt henkilö on kovasti kuuluisa ja hänelle on tehty kylään varsin kiinnostava museo. Koko sympaattisen kylän päällä itse asiassa leijuu Leonardo da Vincin henki.

”KesälläTarkalleen ottaen Leonardo di ser Piero da Vinci syntyi 15. huhtikuuta 1452 noin kolmen kilometrin päässä Vincin kylästä olevassa Anchianossa. Hän oli äpärä, sillä hänen isänsä oli Messer Piero Fruosino di Antonio da Vinci, Firenzessä toiminut notaari, ja äiti mahdollisesti Lähi-Idästä peräisin ollut orja, Caterina.

Oletettavasti Leonardo asui Anchianossa viisivuotiaaksi saakka, kunnes hän muutti Vinciin, isänsä, isovanhempiensa ja setänsä Francescon kotiin. Taiteellisesti lahjakas Leonardo pääsi 14-vuotiaana Firenzeen kuuluisan taiteilijan Verrocchion ateljeehen, mistä alkoi hänen nousukiitonsa. Jo eläminen Firenzessä tuolloin takasi hänelle laajan koulutuksen ja hyvät yhteydet, minkä lisäksi työ Verrocchion pajassa antoi hänelle mahdollisuuden oppia mm. teknistä piirtämistä, kemiaa, metallurgiaa, metallitöitä, kipsinvalantaa, nahkatöitä, mekaniikkaa ja puusepäntaitoja.

Leonardolla oli sen jälkeen oma työpaja Firenzessä, mutta suurimman osan kuuluisista töistään hän teki Milanossa 1400-luvun loppuvuosina. Silloin hän teki taideteosten lisäksi myös paljon suunnitelmia erilaisista teknisistä laitteista, joita ei kuitenkaan rakennettu. Hän palasi Firenzeen vuonna 1500 ja työskenteli luostarissa kahden vuoden ajan, kunnes hänet värvättiin paavi Aleksanteri VI:n pojan Cesare Borgian palvelukseen sotilasarkkitehdiksi ja -insinööriksi. Noin vuoden kestänyt matkustuksen jälkeen hän palasi Firenzeen, ja siirtyi sieltä edelleen Milanoon vuonna 1506. Sieltä hän muutti jo seuraavana vuonna Firenzeen, mistä muutti jälleen Milanoon.

Vuodesta 1513 vuoteen 1516 Leonardo oli Vatikaanissa, Roomassa. Sen jälkeen jo vanhentunut Leonardo asettui aloilleen, pääsi Ranskan kuninkaan Frans I:n palvelukseen ja muutti Fransin hänen käyttöönsä antamaan Clos Lucén kartanoo lähellä kuninkaan residenssiä, Amboisen linnaa Loiren laaksossa. Siellä hän kuoli kolme vuotta myöhemmin.

Mutta takaisin Vinciin!

Ajatus Leonardon kunniaksi tehtävästä museosta virisi vuonna 1919, kun neron kuolemasta oli kulunut 400 vuotta. Silloin Vincin kunta sai haltuunsa kylän keskustassa olevan Conti Guidin linnan, mistä päätettiin tehdä museo. 

Linnaa restauroitiin toisen maailmansodan kiihkeimpiin vuosiin saakka ja se avattiin vuonna 1953, jolloin amerikkalainen IBM-yhtiö lahjoitti museolle suuren määrän Leonardon teknisten piirustusten mukaan tehtyjä mallikappaleita.

Nämä kauniit mallit ovat edelleen museon kokoelman runko, mutta niiden rinnalle museoon on koottu runsaasti muuta Leonardoon liittyvää materiaalia, ja museossa luonnollisesti kerrotaan varsin seikkaperäisesti Leonardon elämästä ja hänen töistään. Museon kokoelma on nykyisin kattavin ja täydellisin Leonardo-kokoelma maailmassa, ja museoiden tyypilliseen tapaan vain osa tästä materiaalista on näytteillä.

Vuonna 2004 museoon liitettiin vieressä oleva toinen kaupunkipalatsi ja niiden edessä oleva aukio muutettiin museon sisäpihaksi vuonna 2006. Museo remontoitiin täydellisesti – ja tehtiin myös liikuntaesteisille sopivaksi – vuosina 2008-2010 ja nyt se on ehdottomasti käynnin arvoinen paikka Firenzen suunnalla liikuttaessa. 

Museon nettisivut ovat osoitteessa www.museoleonardiano.it.

Maisema museon ikkunasta

Museon ikkunasta avautuu henkeäsalpaavan kaunis näkymä Toscanan kukkulaiseen maastoon. Itse Vincin kylä on myös pienen kukkulan päällä, ja se on sinällään myös hyvin nätti. Asukkaita Vincissä on noin 14 000.

Leikkaa ja liimaa tekstiä 1500-luvun tapaan

To, 05/19/2016 - 13:48 Toimitus

Usein kuvittelemme, että asiat ovat nyt eri tavalla kuin ennen. Niin ne ovatkin, mutta ei ennenkään kaikki ollut aivan primitiivistä. Esimerkiksi nyt Mari-Liisa Varila osoittaa tuoreessa Turun yliopistoon tekemässään väitöstutkimuksessa, että 1500-luvun Englannissa harrastettiin copy-paste -toimintaa ja kanavasurffausta vähän kuin nykyisin – tosin sen aikaisin välinein.

Tarkalleen ottaen Varila toteaa tutkimuksessaan, että englanninkielisten tieteellisten tekstien tuottajat muokkasivat lähdetekstejään joustavasti ja valikoiden. Eli tuolloin, kun kirjojen nykyaikainen painaminen oli lapsenkengissään, saattoivat ihmiset lukea ristiin käsikirjoituksia ja painettuja kirjoja samaan tapaan kuin nykylukija hyödyntää sähköisiä ja painettuja tekstejä.

Keskiajan ja uuden ajan alun tieteellisiä tekstejä on säilynyt paljon, mutta yllättäen niitä on tutkittu varsin vähän.

Varilan huomion kohteena ovat olleet 1500-luvun Englannissa Tudorien aikaan tehdyt tieteelliset tekstit. Hän huomasi, että uusien tekstien tuottajat eivät enää toistaneet vanhojen kirkollisten tekstintekijöiden tapaan varhaisempia tekstejä sellaisenaan, vaan ottivat teksteistä tarvitsemansa tiedon ja muokkasivat sen uuteen muotoon.

"Sekä käsin kirjoitettujen että painettujen tekstikokoelmien laatijat suhtautuivat tekstien ja teosten rajoihin joustavasti, poimien lähdeaineistosta tärkeinä ja kiinnostavina pitämiään asioita ja yhdistellen tietoa useista eri lähteistä", Varila kertoo Turun yliopiston tiedotteessa.

"Lähteitä tai tekstien välisiä rajoja ei kuitenkaan aina merkitty selvästi, mikä vaikeuttaa tekstien tunnistamista ja asettaa siten haasteita tutkimukselle."

Kirjoja painettiin Euroopassa 1400-luvun puolivälistä alkaen, mutta tekstejä kopioitiin 1500-luvulla yhä paljon myös käsin. Varilan tarkastelemissa käsikirjoituksissa onkin useita tekstejä ja kuvia, jotka voidaan yhdistää 1500-luvun englannin- ja latinankielisissä painetuissa lähteissä esiintyvään aineistoon. 

Osa teksteistä on todennäköisesti kopioitu painetuista kirjoista. 1500-luvun lukija saattoikin käyttää näitä kahta mediaa samaan tapaan kuin nykylukija hyödyntää sekä sähköisiä että painettuja tekstejä. Käsikirjoituksia ja painettuja kirjoja tutkitaan kuitenkin usein erikseen. 

"1500-luvun Englannissa tekstejä oli saatavilla monessa eri muodossa ja useilla eri kielillä. Saadaksemme kattavan käsityksen tämän aikakauden tekstintuotannosta, käsikirjoituksia ja painettuja kirjoja tulisikin tarkastella rinnakkain."

Sivumäärän rajoitukset vaikuttivat tekstien sisältöön

Varila tarkasteli tutkimuksessaan erityisesti kolmen tieteellisen käsikirjoituksen ryhmää, jotka voidaan yhdistää englantilaiseen villa- tai kangaskauppiaaseen Thomas Butleriin (1500–1556). Butler on myös omakätisesti kopioinut osan käsikirjoitusten teksteistä. Hänen englantinsa poikkeaa kirjoitusasultaan aikakauden painetussa kirjallisuudessa käytetystä kielestä ja hän myös lyhenteli vapaasti tekstirakenteita ja sanoja lähes nykyaikaiseen tapaan. 

"Tekstintuotannon kielelliset piirteet ovat vuorovaikutuksessa fyysisten piirteiden kanssa", jatkaa Varila.

"Kun kopioija esimerkiksi lähestyi kirjoittaessaan sivun alareunaa, hän saattoi lyhennellä kopioitavaa tekstikokonaisuutta mahduttaakseen sen sivulle. Toisaalta lyhyitä tekstejä saatettiin lisätä puolityhjien sivujen täytteeksi. Ammatikseen kirjoittavat joutuvat yhä ottamaan työssään huomioon erilaisia sana- ja sivumäärärajoituksia. Vuorovaikutus tekstin sisällön, kielen ja ulkoisen olomuodon välillä tulisikin huomioida esimerkiksi kielitieteellisessä tutkimuksessa."

Varila käytti työssään myös Yalen yliopiston kokoelmiin kuuluvia käsikirjoituksia, joissa on esimerkiksi lääketieteellisiä ja astrologisia tekstejä. Väitöskirja sisältääkin näiden aiemmin lähes tuntemattomien käsikirjoitusten tarkat kuvaukset.

"1500-luvun alkupuolen tekstintuotantoa on tutkittu yllättävän vähän, vaikka tämä ajanjakso on erittäin kiinnostava käsikirjoituskulttuurin ja kirjapainotaidon vuorovaikutuksen näkökulmasta", kertoo Varila.

Varilan väitöskirja "In search of textual boundaries: A case study on the transmission of scientific writing in 16th-century England" (Tekstien rajoja etsimässä: Tapaustutkimus tieteellisen kirjoittamisen käytänteistä 1500-luvun Englannissa) julkistetaan Turun yliopistossa lauantaina 28.5.2016. Kirja on saatavissa Turun yliopiston opiskelijapalveluista.

Juttu perustuu Turun ylipiston tiedotteeseen.

Särökäyrää jo vuodesta 1897

Ma, 02/15/2016 - 12:44 Jari Mäkinen


Tänään vuonna 1897 saksalainen Ferdinand Braun julkaisi Annalen der Physik und Chemie -sarjassa artikkelin keksinnöstään, jota hän kutsui nimellä “Braunin putki”. Se oli ensimmäinen oskilloskooppi, kaikkien laboratorioiden peruslaite ja perinteisen televisioputken äiti.


Päivän kuvaBraunin keksintö oli katodisädeputki, jonka avulla pystyttiin elektronivirtaa sähkömagneeteilla ohjaamalla "piirtämään" putken litteälle, fluoresoivalla aineella päällystetylle pinnalle.

Keksinnön taustalla oli jo aiemmin tunnettu ilmiö, missä elektronien vuo siirtyy ilmasta tyhjässä lasiputkessa eteenpäin. Jos putken päässä on ainetta, joka alkaa hohtaa elektronisuihkun siihen iskeytyessä, näkyy pinnalla piste paikassa, mihin elektronisuihku osuu.

Braunin idea oli kiihdyttää ja ohjata sähköisesti varattuja elektroneja sähkömagneeteilla. Hän kiihdytti elektrojeja ensin sähkömagneetilla ja sen jälkeen muutti niiden lentorataa pystysuunnassa putken ympärille kierretyllä sähköjohtimella sekä vaakatasossa nopeasti pyörivällä peilillä. Tuloksena oli näytössä oleva käyrä, joka näytti miten elektronisuihkun pystysuunnassa poikkeuttamiseen käytettävän sähkövirran voimakkuus muuttui.

Peilin pyörimisnopeutta säätämällä Braun pystyi säätämään syntyvän kuvaajan vaakaskaalaa, siis aika-akselia, kun taas pystysuunnassa skaalaa pystyttiin muuttamaan signaalin vahvistusta muuttamalla.

Kauneimmillaan tuloksena oli säännöllistä sinikäyrää, jota säännöllinen harmoninen värähtely synnyttää, karmivimmillaan raastavaa särökäyrää.

Keksintö oli erittäin kätevä kaikkialla, missä sähkövirran voimakkuutta ja signaalin muotoa täytyi pystyä katsomaan tarkemmin. Sähkösignaali saattoi tulla mistä tahansa lähteestä mikrofonista valon määrään reagoivaan valoherkkään kennoon, jolloin oskilloskoopille löytyi heti käyttöä tekniikan ja fysiikan lisäksi kaikkialta, missä piti mitata jotain. 

Oskilloskooppi toimii siis vähän kuin piirturi, mutta sillä saa kätevästi nähtävään muotoon hyvinkin nopeita signaalinvaihteluita. Käyttämällä kuvaruudussa vielä hitaasti himmenevää materiaalia, pystyttiin signaalin kuva jättämään ruudulle vähäksi aikaa elektronisäteen ohi menon jälkeenkin. 

Sittemmin kuvaajan synnyttämiseen on käytetty elektroniikkaa ja "perinteistä" magneettien avulla toimivaa katodisädeputkea tai nyttemmin mitä tahansa näyttöruutua, johon digitaalinen mittari tuottaa kuvaajan – tai useampia erilaisia kuvaajia samanaikaisesti. 

Nykyiset oskilloskoopit ovat käytännössä kaikki digitaalisia, joissa signaalia voidaan analysoida hyvinkin tarkasti, tallentaa muistiin, verrata muihin signaaleihin ja siirtää tietokoneelle tarkempaa analyysia tai tulostusta varten.

Otsikkokuva: C-Serpents / Flickr

Todella outoa tanskanmaalla: Tyko Brahen sekava maailmankuva

Pe, 02/12/2016 - 23:21 Jari Mäkinen


Tänään vuonna 1588 tanskalainen Tyko Brahe esitteli ajatuksensa Aurinkokunnasta. Se oli jännä siinä mielessä, että se koitti tasapainoilla vanhan maakeskisen maailmankuvan ja uuden, havaintojen pohjalta muodostumassa olevan mallin välillä. Lyhyesti: meni metsään, mutta on historiallisessa mielessä kiinnostava.


Päivän kuvaNiin sanottu Tykoninen systeemi oli epätoivoinen yritys yhdistää Ptolemaioksen ajoilta periytyvä maakeskinen kuva Aurinkokunnasta uuteen, Nikolaus Kopernikuksen ehdottamaan aurinkokeskiseen systeemiin. 

Kirkko oli hirttäytynyt täysin maakeskiseen systeemiin, jonka mukaan maapallo on kaiken keskus, ja Aurinko, Kuu sekä muut planeetat kiertävät sitä. Oikeastaan koko ajan tätä kuvaa oli jouduttu korjaamaan eri tavoilla, sillä planeettojen liike taivaalla ei osunut juuri lainkaan yhteen sen ajatuksen kanssa, että ne kiertäisivät Maata ympyränmuotoisilla kiertoradoilla. 

Mitä tarkempia havaintoja tehtiin, ja ennen kaikkea säännöllisesti ja tieteellisen kurinalaisesti, sitä ilmeisemmäksi ristiriita todellisuuden ja maakeskisen mallin välillä kävi.

Erityisen merkittävä tämä ristiriita oli Tyko Brahen mielessä, sillä hän oli yhtäältä hyvin perinteinen tanskalaisaatelinen, mutta toisaalta myös ensimmäinen erittäin tarkkoja havaintoja tähtien ja planeettojen paikoista taivaalla tehneistä tähtitieteilijöistä. Voisi sanoa, että hän meni tähtitieteessä niin pitkälle kuin ilman kaukoputkea oli mahdollista.

Hän näki ja ymmärsi erittäin selvästi ristiriidan havaintojen ja vallitsevan maailmankuvan välillä, joten hän yritti selittää asiat parhain päin tasan 428 vuotta sitten julkaistussa kirjassaan De mundi aethorei recentioribus phaenomenis. 

Sen ydin oli tänään päivän kuvana oleva piirros, jossa Maa on edelleen kaiken keskus, mutta muut planeetat kiertäisivät Maata kiertävää Aurinkoa. Lisäksi Kuu luonnollisesti kiersi tässäkin mallissa maapalloa. Olennaista oli kuitenkin se, että Aurinko kiersi Maata, ja Merkurius, Venus, Mars, Jupiter ja Saturnus kiersivät puolestaan Aurinkoa. Tämä pystyi Brahen mukaan selittämään maailman.

Eräs epäilijöistä oli Brahen assistenttina ollut Johannes Kepler, joka myöhemmin - juuri Brahen tarkkojen havaintojen pohjalta - kehitti kuuluisat lakinsa planeettojen liikkeistä Auringon ympärillä. Muutenkin maakeskinen malli oli ajautumassa karille tuolloin 1500-luvun lopussa; viimeistään kaukoputki passitti maakeskisen mallin historiaan, sillä kaukoputken avulla voitiin nähdä mm. Venuksen vaiheet ja Jupiterin kuut, joita oli vaikea selittää perinteisten uskomusten perustella.

Aussiobservatorion nousu ja tuho

Ti, 01/26/2016 - 10:11 Jari Mäkinen
Yale Columbia Telescope


Lauantaina 18. tammikuuta 2003 suuri metsäpalo riehui Australian pääkaupungin Canberran luona. Polttavan kuuma sää ja voimakkaat tuulet puskivat tulimerta eteenpäin huimalla nopeudella vaatien neljän ihmisen hengen, tuhoten 400 asuntoa ja polttaen suuren osan Stromlo-vuoren observatoriosta.


Päivän kuva

Päivän kuva on tänään Mount Stromlolta, 770 metrin korkeuteen kohoavalta kukkulalta Canberran luota. Tässä on Yale Columbia -teleskoopin raunio – tämä vuonna 1923 rakennettu kaukoputki oli yksi useista Stromlon huipulla olevan observatorion tulipalossa tuhoutuneista havaintolaitteista. 

Vuonna 2003 riehunut palo on suurin ja tuhoisin Stromlon luona ollut metsäpalo, sillä edellinen, vuonna 1952 ollut palo, ei ollut lainkaan yhtä laaja ja nopeasti edennyt.

Stromlo-vuorella on tehty tähtitieteellisiä havaintoja vuodesta 1911 alkaen, kun Australiaan kotiutunut italialaistähtitieteilijä Pietro Baracchi pystytti sinne ensimmäisen observatoriorakennuksen, ns. Oddie-teleskoopin. Se oli ensimmäinen tuoreeseen Australian pääkaupunkiterritorioon (Capital Territory) rakennettu kansainliiton rakennus.

Canberrasta ja sitä ympäröivästä territoriosta tehtiin Australian pääkaupunki tuolloin, kun Sydneyn ja Melbournen pitkään jatkunut kiista laitettiin poikki tekemällä erillinen, uusi hallinnollinen keskus jotakuinkin niiden välille. Kukkulainen, korkealla sijaitseva alue oli myös erinomainen tähtitieteellisiin havaintoihin, joten Stromlon huipulle perustettiin vuonna 1924 myös "kunnollinen" observatorio, kun Brittiläisen kansainliiton aurinko-observatorio aloitti toimintansa siellä.

Toiseen maailmansotaan saakka Stromlossa tehtiin pääasiassa aurinkohavaintoja, mutta sen jälkeen etenkin 1950-luvulla paikasta alettiin kehittää laajempialaista tähtitieteellistä havaintokeskusta. Siitä kaavailtiin eteläisen pallonpuolen taivaan alla olevaa vastinetta suurille Yhdysvalloissa oleville observatorioille.

Osana tätä kehitystä paikalle tuotiin Johannesburgissa, Etelä-Afrikassa 1920-luvulta alkaen ollut 66-senttisellä peilillä varustettu Yalen yliopiston kustantama Columbia -teleskooppi, joka aloitti toimintansa Stromlossa vuonna 1966. 2000-luvulle tullessa se oli edelleen toiminnassa. Teleskoopin tunnetuimmat havainnot tehtiin 1970- ja 1980-luvuilla, jolloin se tarkkaili Jupiteria ja Saturnusta samaan aikaan kuin NASAn Voyager-luotaimet lensivät niiden ohitse.

Suurin vuoden 2003 tulipalossa tuhoutunut teleskooppi oli kuitenkin 187 cm halkaisijaltaan olleella peilillä varustettu teleskooppi, joka oli spektroskooppisten havaintojen edelläkävijä koko maailmassa. Se oli täydessä toimintakunnossa tuhoutumisensa aikaan, ja etenkin sen menettäminen oli suuri isku Stromlon tutkimustoiminnalle.

Toinen olennainen havaintolaite oli 127-senttinen Melbourne-teleskooppi, joka tuotiin Canberraan vuonna 1945, kun Melbournen observatorio suljettiin. Sekin oli täydessä toimintakunnossa ja modernisoitu tulipalon aikaan.

Pohjoismaisittain kiinnostavin tuhoutunut observatoriorakennus oli Uppsalan yliopiston rahoittamaa ja käyttämää, vuonna 1955 rakennettua 66-senttistä laajakulmakaukoputkea varten tehty rakennus. Teleskoopilla on kiinnostava historia sillä, sen avulla otettiin lokakuussa 1957 ensimmäiset kuvat Sputnikista. Teleskooppi vietiin vuonna 1981 Siding Springsin obervatorioon ja se säästyi siten tuholta, mutta sen nimeä edelleen käyttänyt rakennus siis tuhoutui.

Lisäksi tuli tuhosi monia muita observatorioalueen rakennuksia, mutta onneksi päärakennuksen runko saatiin pelastettua ja rakennettua uudelleen.

Nyttemmin observatorion ympärillä on suoja-alue, eikä vastaavaa pitäisi päästä tapahtumaan uudelleen. Kuten monet muutkin kaupunkien luona olevat historialliset observatoriot, on Stromlo myös keskittynyt nyt tutkimukseen, opetukseen, laitteiden rakentamiseen sekä tähtitieteestä yleisölle kertomiseen ja varsinaiset havainnot tehdään muualla, paremmilla havaintopaikoilla. 

Lisää Stromlon observatoriosta voi lukea heidän nettisivultaan: msoheritagetrail.anu.edu.au

Alla on video tuhopäivän uutisista Australiassa.

Yleinen suhteellisuusteoria hyvin lyhyesti ja yksinkertaisesti

Ke, 11/25/2015 - 06:15 Jari Mäkinen
Avaruuden kaarevuus

Päivän kuvaTänään vietetään yleisen suhteellisuusteorian 100-vuotispäivää: Albert Einstein julkaisi sen tasan vuosisata sitten ja sen myötä hänestä tuli viimeistään tieteen superjulkkis – tosin jo sitä ennen hän oli kuuluisa mm.  suppean suhteellisuusteoriansa ja valosähköisen ilmiön selittämisen ansiosta. Nobelinsa hän sai juuri jälkimmäisestä vuonna 1921 – suhteellisuusteorioista ei nobelia herunut, mikä on hieman omituista.

Mutta tänään siis juhlitaan yleistä suhteellisuusteoriaa, joka on nimensä mukaisesti alkuperäisen, suppean suhteellisuusteorian yleistys. Siinä missä ensimmäinen suhteellisuusteoria keskittyi siihen, että valon nopeus on suurin mahdollinen nopeus ja kaikki fysiikka toimii suhteessa siihen, on laajennetussa versiossa mukana myös painovoima.

Sitä varten Einstein kehitti koko joukon matemaattisia kaavoja, joiden takana on varsin monimutkainen ja kaunis, mutta hankalasti omaksuttava ajatusrakennelma. Onneksi kuitenkin pääperiaate on erittäin yksinkertainen, ja sitä selittää tämän päivän kuva.

Teoria voidaan kirjoittaa lyhyesti näin: "Aine vaikuttaa massallaan avaruuteen ja sanoo, miten sen tulee kaareutua. Avaruuden kaarevuus puolestaan kertoo aineelle, miten sen tulee liikkua."

Painovoima voidaan siis kuvata avaruuden geometriana, ja kaikki maailmankaikkeudessa paitsi vaikuttaa avaruuden kaarevuuteen, niin myös liikkuu sen mukaan. Myös siis valo noudattaa avaruuden kaarevuutta.

Eikä kyse ole mistään teoreettisesta pohdiskelusta, vaan esimerkiksi GPS-paikannus vaatii toimiakseen suhteellisuusteoriaa. Suhteellisuusteoria on aivan yhtä olennainen – ja yhtä helposti unohdettava – osa nykyaikaista elämänmenoa kuin ilma, jota hengitämme.

Mikäli asiaan haluaa paneutua hieman syvällisemmin, niin Helsingin yliopiston Kumpulan kampuksella merkkipäivää juhlistetaan kaikille avoimella luentotilaisuudella suhteellisuusteoriasta kello 14-16 Physicumin salissa D101. Ensin Syksy Räsänen puhuu yleisen suhteellisuusteorian sadan vuoden taipaleesta ja sitten Hannu Kurki-Suonio kertoo teorian historiallisista ja lähitulevaisuuden testeistä.

Einstein-hausTänään kannattaa myös lukaista Tiedetuubin vuoden takainen juttu Albert Einsteinin kodista suhteellisuusteorian kehittämisen aikaan.

Tähän loppuun vielä tiedepoliittinen huomio: nykyisin yliopistotutkimuskriteerein suhteellisuusteoriaa tuskin olisi koskaan keksitty...

Paavin kiiltävät kupolit, eli tarina Vatikaanin omituisesta observatoriosta

La, 11/21/2015 - 17:27 Jari Mäkinen
Castel Gandolfo

Muistatteko kun Paavi Benediktus XVI päätti kautensa kesken ja lensi helikopterilla Vatikaanista kesäpalatsilleen? TV-kuvissa kopteri laskeutui Castel Gandoflon puutarhaan kuvankauniila paikalla Alban vuoristossa noin 30 kilometriä Rooman kaakkoispuolella.

Tarkkasilmäiset saattoivat huomata kesäpalatsissa jotain varsin erityistä: kirkonkupolin lisäksi sen katolla on tähtitornien kupoleita. Sellaisia samanlaisia kuin Ursan tähtitornissa Kaivopuistossa, mutta hieman suurempia.

Kupolit näkyvät erinomaisesti mm. tässä Paavin eropäivästä kertovassa videossa kohdasta 1:02:22 alkaen.

Nuo kupolit ovat jotakuinkin samalta ajalta kuin Ursan tähtitornikin, sillä Castel Gandolfon jakavat Paavin ja hänen avustajiensa kanssa tähtitieteilijät. Vatikaanin observatorio, eli Specola Vaticana, on käyttänyt pitkään puolta palatsista pari vuotta sitten olleeseen remonttiin saakka ja Paavilla on ollut toinen (kauniimpi, järvelle osoittava) puoli. Nyt koko palatsi on paavillisessa käytössä.

Olen päässyt käymään paikalla pari kertaa, ja palatsi sekä sen ympäristö ovat kerrassaan upeita – tosin täysin kelvottomia nykyaikaisen tähtitieteen tekemiseen.

Siksipä Vatikaanin observatorion tärkein osa sijaitsee nykyisellään Yhdysvalloissa, Arizonassa Staffordin luona olevalla Mount Grahamin vuorella. Siellä on huippunykyaikainen teleskooppi, ja sen lisäksi Vatikaanin tähtitieteilijät, virallisesti jesuiitat, ovat tieteellisestikin mitattuna hyvin korkeasti arvostettuja.

Paavin tähtitieteilijät

Tähtitiede ei ole eräs ensimmäisistä asioista mitä Katolista kirkkoa ajatellessa tulee mieleen. 

Kenties ainoa tieteellinen asia, mitä tulee nopeasti ajatelleeksi on se, miten kirkon inkvisitiotuomioistuin ja Paavi Urbanus VIII nöyryyttivät 1600-luvun alussa tähtitieteilijä Galileo Galileita, joka oli uudella kaukoputkellaan mennyt näkemään taivaankappaleita tarkemmin kuin kukaan aikaisemmin ja joka oli tullut siihen tulokseen, että Maa kiertää Aurinkoa. Yllä olevassa kuvassa on Joseph-Nicolas Robert-Fleuryn maalaus 1800-luvun puolivälistä Galileosta inkvisition edessä.

Kirkon mielestä kaikki muu kuin se, että maapallo on kaiken keskus, oli harhaoppia. Vasta Paavi Johannes Paavali II pyysi vuonna 1992 anteeksi Galileon painostamista.

Galileon tapauksesta huolimatta Vatikaani on itse paitsi tukenut tähtitiedettä, niin myös tehnyt havaintoja omasta observatoriostaan Galileon ajoista alkaen - ja jo hieman aikaisemminkin.

Syy oli hyvin yksinkertainen: kalenteri. Kirkon piti tietää miten kirkkovuosi kulkee, se täytyi pitää tahdissa Auringon nousu- ja laskuaikojen kanssa, ja lisäksi Kuun vaiheista ja muista taivaanilmiöistä tarvittiin tarkkaa tietoa. Pelkästään pääsiäisen ajankohdan laskeminen vaatii tähtitiedettä ja matematiikkaa.

Tämän tähtitieteellisen toiminnan ensimmäinen huipentuma oli Paavi Gregorius XIII:n esittelemä gregoriaaninen kalenteri, jonka olivat laskeneet Collegio Romanoon Roomassa sijoitetut Paavin tähtitieteilijät.

Collegio Romanossa oli myös tähtitorni, joka tosin ajan tyyliin oli “pelkkä” torni, mistä pystyttiin näkemään esteettä joka puolelle ja mistä saatettiin määrittää tähtien sijainteja erityisin astemitoin. Kun ensimmäiset kaukoputket tulivat, pystyttiin niitäkin käyttämään hyvin avoimesta tornista.

1700-luvulla kirkko tuki voimakkaasti tähtitieteellistä tutkimusta ja vuosina 1799-1787 Vatikaaniin tehtiin myös silloin nykaikainen tähtitorni. Se nimettiin Specola Vaticanaksi, Vatikaanin tähtitorniksi ja sen johtoon nimettiin Filippo Luigi Gilii.

Pietarinkirkon kupoli haittasi kuitenkin yhä tarkemmiksi käyneitä havaintoja niin paljon, että 1800-luvun alussa observatorio siirrettiin “kauas maaseudulle” Campo Marzioon. Vuonna 1870, kun Italia yhdistyi ja Roomakin tuli osaksi uutta Italian valtiota, observatorio jäi tuoreen Italian haltuun ja kansallistettiin.

Observatoriota johtanut isä Angelo Secchi sai jatkaa työtään kuolemaansa saakka, siis vuoteen 1878, minkä jälkeen tähtitieteen historia osana Vatikaanin toimintaa päättyi.

Alla on isä Secchin tekemä piirros observatoriosta vuonna 1852.

Isä Secchin tekemä piirros observatoriosta vuonna 1852

Jatkuvaa pakenemista valolta

Vuonna 1891 Paavi Leo XIII päätti perustaa observatorion uudelleen. Specola Vaticana sijoitettiin Vatikaanin muurien sisälle, mutta kasvavan ja modernistumisen myötä yhä valoisammaksi muuttuneen Rooman paineessa tähtitieteellisten havaintojen tekeminen kävi koko ajan vaikeammaksi, joten lopulta 1930-luvulla observatoriolle alettiin etsiä jälleen uutta paikkaa.

Kupoli Paavin kesäpalatsissaVuonna 1929 paaviksi tullut Pius XI suhtautui erityisen myönteisesti tieteelliseen tutkimukseen, ja oli hyvin innostunut myös tähtitieteestä. Hän otti viimein huomioon observatoriosta tulevat pyynnöt paremmasta sijoituspaikasta ja päätti - ei sen vähempää - kutsua tähtitieteilijät paavilliseen kesäpalatsiin. 

Puolet sen päärakennuksesta otetiin observatorion käyttöön ja sen katolle sekä puutarhaan rakennettiin nykyaikaiset tähtitornit ajanmukaisine teleskooppeineen. Valitettavasti jo tuolloin oli selvää, että Rooman liepeilläkään olosuhteet eivät ole otolliset kaukaa, joten vain 30 vuoden jälkeen varsinainen havaintotoiminta Castel Gandolfossa päättyi. 

Specolan tieteellinen kärki siityi Atlantin taa Tucsoniin Arizonan yliopiston kanssa perustettuun yhteiseen tutkimusryhmään, joka sai nimen Vatican Observatory Research Group.

Vatikaanin varoin Stewardin observatorioon Tusconin luokse tehtiin uusi tähtitorni. Vuonna 1993 sitä seurasi uusi teleskooppi, kauemmaksi kaupunkien valoista Graham-vuorelle sijoitettu 1,8-metrisellä peilillä varustettu uudenlaista tekniikkaa testannut VATT, eli Vatican Advanced Technology Telescope (kuva alla). 

Vuoteen 2008 saakka tähtitieteilijät olivat kuitenkin olennainen osa Castel Gandolfoa, sillä Vatikaanin observatorion toimistot ja “päämaja” sijaitsivat siellä. Vierailevat tutkijat - joista valtaosa oli kaikkea muuta kuin uskonnollisia ihmisiä - sijoitettiin asumaan kauniisiin, komeisiin huoneisiin palatsissa.

Satunnaiset toimittajavieraat, kuten minut, otettiin vastaan suurilla puuovilla ja avustajat kuljettivat munkkiluostarimaisia käytäviä pitkin hipsutellen kohti tutkijakammioita.

Osa tutkijoista oli pukeutunut kirkollisesti, mutta suurin osa oli samanlaisissa virttyneissä kuteissa missä tutkijat tapaavat usein olla. Kulissit vain olivat paavillisen upeat. 

Luonnollisestikaan satoja vuosia vanha palatsi ei ollut paras mahdollinen paikka nykyaikaiselle tähtitieteelle, joten vuonna 2008 tähtitieteilijät saivat itselleen paremmat tilat puolentoista kilometrin päästä toisesta Vatikaanille kuuluvasta linnasta. 

Onneksi kuitenkin osa tähtitorneista on säilytetty myös Castel Gandoflossa. Kenties emerituspaavi käy katselemassa joskus tähtiä niissä olevilla kaukoputkilla.

Lue lisää: kiinnostava historiikki Vatikaanin observatoriosta (italiaksi).

Juttu on julkaistu myös Villa Lanten ystävät ry:n blogeissa.

Korjaus maanantaina 23.11. aamulla: Castel Gandolfon nimi korjattu väärästä "Grandolfosta" oikeasti.

Tule katsomaan ohikulkukonetta!

Ke, 09/30/2015 - 14:27 Toimitus
Meridiaanisali Helsingin observatoriossa

Päivän kuvaPäivän kuva tulee tänään Helsingin observatoriosta ihan siitä syystä, että ensi viikonloppuna siellä pidetään kiinnostava yleisötapahtuma ja koska Tiedetuubin klubi saa koko upean laitoksen omaan käyttöönsä sulkemisajan jälkeen lauantaina.

Silloin voi käydä myös katsomassa paremmin Observatorion kuuluisaa Meridiaanisalia, minne on sijoitettu muun muassa meridiaani- ja ohikulkukoneita. Niillä havaittiin aikanaan tarkasti tähtien tehtiin pohjois-eteläsuuntaisia paikkoja taivaalla, ja tästä tulee myös kaukoputken omituinen nimi: sen avulla havaittiin meridiaanin ohi kulkevia tähtiä.

Kuvassa on etualalla niin sanottu suuri ohikulkukone takanaan vertikaaliympyrä, heliometri ja meridiaanikone. Ja kyllä, ohikulkukoneella tehtiin havaintoja siten, että tähtitieteilijä oli laitteen alla makaamassa – ja todennäköisesti joskus myös nukkumassa.

Vaikka tähtien sijainteja havaitaa nykyisin monenlaisin eri laittein  ja hyvinkin tarkasti myös avaruudesta, ovat ohikulkukoneet edelleen käytössä. Nykyisin ne tosin on automatisoitu ja havaintoja tehdään CCD-kameran avulla. Robottiteleskooppi tekee havaintojaan väsymättä koko yön, näkee paljon ihmissilmää paremmin ja käsittelee havaintonsa myös itsekseen.

Observatorion Meridiaalisali on avoinna koko viikonlopun ajan, mutta klubi voi tutustua siihen omassa rauhassa lauantaina klo 16 alkaen.

Lisätietoja lauantain klubitapaamisesta on täällä.

 

Kylässä Einsteineillä Bernissä

Ke, 08/27/2014 - 22:59 Jari Mäkinen
Olohuone

Sveitsissä, noin tunnin ajomatkan päässä Zürichistä, sijaitsee UNESCOn maailmanperintölistalla oleva paikkakunta nimeltä Bern. Kun sen vanhasta kaupungista, Aarejoen mutkasta, nousee joenuoman päälle Bernin uudempaan ja nykyiseen varsinaiseen keskustaan, voi sieltä löytää tieteen historian kannalta varsin kiinnostavan rakennuksen: talon, missä Albert Einstein laittoi fysiikan uusiksi.

”JoulukalenteriAlbert Einstein muutti nuorena varsin usein. Hän syntyi Ulmissa, Saksassa, varttui Münchenissä, ja opiskeli Sveitsissä, Zürichissä. Hän suoritti siellä diplomityönsä vuonna 1900, jolloin hän seurusteli jo opiskelutoverinsa Mileva Marićin kanssa.

Albert oli keskinkertainen opiskelija, mutta oli kiinnostunut tietellisestä tutkimuksesta. Hänen ensimmäinen julkaistu artikkelinsa julkaistiin keväällä 1901, ja se käsitteli kapillaari-ilmiötä. Artikkeli toi hänelle nimeä, mutta ei niin paljoa, että kukaan olisi palkannut hänet mihinkään yliopistoon. Niinpä hän joutui työskentelemään opettajana.

Vuonna 1902 hän kuitenkin sai paikan Bernissä sijaitsevassa Sveitsin patenttitoimistossa, ja vaikka työ elektromagneettisten laitteiden patenttihakemusten 3. luokan käsittelijänä ei ollutkaan mikään unelma-ammatti, hän muutti ja aloitti työt.

Bernissä Albert ja tuleva vaimonsa Mileva asuivat pisimpään (1903-1905) aivan kaupungin historiallisessa keskustassa sijaitsevassa Kramgasse 49:n toisen kerroksen kaksiossa. Tuossa asunnossa Albert viimeisteli ajatuksensa, jotka tekivät hänestä maailman kuuluisimman tieteentekijän – ensimmäisen sekä todennäköisesti edelleen suurimman tieteen megajulkkiksen.

Asuntoon noustaan kapeita kierreportaita pitkin, jotka toki on nyttemmin muutettu vierailijoita kestäviksi ja koristeltu avaruudellisesti. Toisesta kerroksesta pääsee kuitenkin sisälle asuntoon, mikä on yllättävän pieni. Olohuoneen lisäksi on jotakuinkin entisellään oleva eteinen ja lipunmyyntihuoneeksi muutettu keittiö. Vieressä on pieni makuuhuone.

Kalusto on edelleen lähes alkuperäinen, tosin sieltä ja täältä jälkikäteen kerättynä. Näihin kuuluu työpöytä, jolla Albert kirjoitti vuoden 1905 viisi läpimurtoartikkeliaan.

Koko rakennus on muutettu Einstein-taloksi. Toisen kerroksen asunnon yläpuolinen samankaltainen kaksio on nyt museo, missä on yksinkertainen näyttely sekä videohuone, ja alapuolella on kahvila, joka kantaa yllättäen nimeä ”Einstein”. Pikaisen käynnin perusteella sitä voi suositella.

Vaikka museo ei tuo juurikaan uutta Einsteiniä ja hänen työtään edes ylimalkaisesti tuntevalle, on paikassa luonnollisesti omalaatuinen henki. Ja Bernissä voi edelleen aistia sen saman tunnelman, mikä siellä aikanaankin jo oli.

Kun palataan vuoteen 1903, eivät Milena ja Albert asuneet vielä yhdessä. He saivat jo aikaisemmin ensimmäisen lapsensa, mutta tyttölapsi annettiin (ajan hengen mukaisesti) kasvattivanhemmille, koska lapsi syntyi avioliiton ulkopuolella ja vanhemmat olivat nuoria sekä hyvin vähävaraisia.

Kun pariskunnan toinen lapsi, poika, alkoi odottaa itseään, Albert ja Milena menivät naimisiin ja päättivät muuttaa yhteen samaan kotiin. Tuon asunnon osoite oli Kramgasse 49.

Einsteineillä oli laaja ystäväpiiri, joka koostui pääasiassa työn puitteista tulleista tuttavista, mutta myös musiikinharrastukseen liittyen. Albert laajensi kuitenkin tätä edelleen liittymällä toukokuussa 1903 Bernin luonnontieteelliseen yhdistykseen, mikä toi hänelle ystäviksi erityisesti korkeakoulujen opettajia. Heidän kauttaan hän sai käyttöönsä koulujen laboratoriot ja joulukuussa 1903 Einstein piti yhdistyksessä ensimmäinen esitelmänsä.

Albertin tieteellisen kiinnostuksen kohteet vaihtelivat, mutta Berniin muutettuaan hän suuntautui pääasiassa fysiikan silloisiin suurimpiin kysymyksiin. Hän ei osannut sanoa mikä niissä viehätti, mutta hän piti näiden vaikeiden asioiden pohtimisesta ja olikin mietiskellyt Zürichin opiskeluvuosista alkaen etenkin lämpödynamiikkaa, lämmön liiketeoriaa, atomien olemassaoloa ja kokoa, sekä liikkuvien kappaleiden sähkömagnetismia.

Työpäivät patenttitoimistossa olivat pitkiä, mutta niiden lisäksi Albert antoi yksityisopetusta lähes päivittäin. Hän teki tyypillisesti 48-tuntisia viikkoja. Siitä huolimatta (kenties osin työajalla) hän pystyi pohtimaan fysikaalisia kysymyksiä sen verran korkeatasoisesti, että hän julkaisi noin kerran vuodessa artikkelin sen ajan arvostetuimmassa Annalen der Physik -julkaisussa.

Se, että hän ei onnistunut saamaan työtä yliopistossa, oli kenties hänelle tässä hedelmällisessä vaiheessa hyödyksi: hän joutui työskentelemään yksin, vapaana akateemisista paineista ja perinteistä. Siitä huolimatta Einstein oli pettynyt siihen, että hänen työtään ei arvostettu.

Sitten koitti vuosi 1905, annus mirabilis, jolloin berniläinen patenttivirkailija laittoi fysiikan uusiksi – ja arvostusta tuli lopulta Nobelinkin verran. Maaliskuusta syyskuuhun 1905 Einstein julkaisi kaikkiaan viisi artikkelia kolmelta fysiikan alalta, ja niistä jokainen olisi tuonut hänelle paikan tieteenhistoriassa. Valosähköinen ilmiö, Brownin liike, massan ja energian verrannollisuus (E=mc²) sekä erityinen suhteellisuusteoria (mihin kuuluisa kaava ei suoraan kuulunut) olivat kokonaan uusia näkemyksiä maailmaan ja pohjustivat aivan uutta fysiikkaa.

Albert Einstein itse piti valon valosähköisestä ilmiöstä, eli valon kvanttiluonteesta kertonutta artikkeliaan tärkeimpänä, koska hänen omasta mielestään suhteellisuusteorian siemen oli lähinnä Maxwellin ja Lorenzin töiden jatkoa.

Jo huhtikuun 1905 lopussa Albert sai valmiiksi valmiiksi väitöskirjansa Zürichin teknillisellä yliopistolla, mutta asuinpaikka pysyi Bernissä vuoteen 1907 saakka. Silloin Albert lähti maailmanmaineeseen – ja avioliitto Milenan kanssa kariutui, pitkälti maineen ja tieteellisen työn sysättyä perhe-elämän syrjään.

Einsteinhaus

Kramgasse 49

3000 Bern 8

www.einstein-bern.ch

Sisäänpääsymaksu 6 frangia tai 4,50 frangia opiskelijoilta. Euroillakin saa maksaa. Huom: luottokortteja ei hyväksytä!

Avoinna joka päivä klo 10-17.

Tiedetuubin esittelemiä tiedekeskuksia ja muita kiinnostavia kohteita