Wikipedia

Fysiikan tutkimus

fysikaalisten ilmöiden tieteellinen tutkimus

Fysiikan tutkimus on enimmäkseen yliopistoissa ja instituuteissa tehtävää fysikaalisten ilmiöiden tutkimusta. Sen tavoitteena on ymmärtää maailmankaikkeuden rakennetta ja löytää havaituille ilmiöille matemaattinen esitystapa. Fysiikan tutkimus on merkittävä osa nykyaikaista yhteiskuntaa ja sen tulokset ovat monien ihmiskuntaa hyödyttävien keksintöjen taustalla.[1]

Fyysikot Arthur Compton ja Luis Alvarez vuonna 1933.

Fysiikan tutkimukselle ominaista on löytää uusia ilmiöitä ja kehittää löydetyistä ilmiöistä uusia mittausmenetelmiä. Esimerkiksi fyysikoiden löytämät ilmiöt ja kehittämät menetelmät kuten NMR-spektroskopia, röntgensäteily, tunnelointimikroskooppi ja positroniemissiotomografia ovat laajassa käytössä myös fysiikan tutkimuksen ulkopuolella. Menetelmiä käytetään lääketieteessä, sekä farmasian, kemian ja biologian aloilla erilaisten aineiden ja eliöiden tutkimiseen.[1] Moni teknisesti vaativa fysiikan ala, kuten hiukkasfysiikka ja avaruustutkimus, puolestaan edistää vaatimuksillaan teknistä ja tietoteknistä osaamista.[2][3]

Tutkimuksen osa-alueet muokkaa

Fysiikan tutkimus voidaan jaotella erilaisiin osa-alueisiin riippuen tutkimustavasta ja tutkimuksen tavoitteista sekä luonnollisesti erilaisiin erikoisaloihin tutkimuskohteiden mukaan.

Kokeellinen ja teoreettinen tutkimus muokkaa

Yleisellä tasolla fysiikan tutkimus voidaan jakaa teoreettiseen ja kokeelliseen tutkimukseen.[4] Havaitsemalla luonnonilmiöitä pyritään löytämään ilmiöön liittyviä malleja ja periaatteita.[5] Kokeellinen havainnointi siis mahdollistaa ilmiöt selittävien teorioiden muodostamisen.[6]

Kokeellisessa tutkimuksessa fysikaalista ilmiötä testataan mittalaittein. Fysiikan kokeellisen tutkimuksen kolme pääteemaa ovat (1) uusien ilmiöiden löytäminen, (2) nykyisten teorioiden testaaminen ja soveltaminen, sekä (3) pyrkimys mitata erilaisten fysikaalisten vakioiden arvoja aina vain tarkemmin.[7] Tärkeä osa kvantitatiivista kokeellista tutkimusta on virhearvioiden määrittäminen mitatuille suureille.[8]

Teoreettisessa tutkimuksessa pyritään ennustamaan uusia fysikaalisia ilmiöitä tai selittämään jo havaittuja.[9] Teoreettista tutkimusta voidaan tehdä johtamalla jo tunnetuista lainalaisuuksista uusia tai soveltamalla niitä esimerkiksi simulaatiossa. Jos teoreettinen malli rakennetaan jo tunnetuista yhtälöistä ilman sovitettuja parametreja, sanotaan, että malli on johdettu ab initio (engl. from first principles) eli ”alusta asti”. Ideaalitapauksessa kaikki tutkimus voisi olla teoreettista, jos tunnetut yhtälöt kuvaisivat todellisuutta tarpeeksi hyvin. Silloin kaikki tilanteet voitaisiin testata simulaatiossa eikä kokeita enää tarvittaisi. Nykyisillä molekyylien liikettä ja sitoutumista koskevilla simulaatioilla kyetään saamaan jo melko hyvin todellisuutta vastaavia tuloksia esimerkiksi pienten molekyylien tapauksessa ja lyhyillä aikaskaaloilla.[10] Monimutkaisempia, isoja molekyylijoukkoja koskevia ilmiöitä ei pystytä ennustamaan kovin pitkälle johtuen paitsi niihin liittyvistä suurista parametrimääristä, myös systeemien luontaisesta kaoottisuudesta. Tällöin on tyydyttävä tilastollisiin malleihin eli tutkimaan erilaisten numeeristen ratkaisujen todennäköisyyksiä. Kaoottisuuden vuoksi esimerkiksi sään ja ilmastonmuutoksen tarkka ennustaminen on hankalaa jopa supertietokoneilla.[11]

Perustutkimus ja sovellettu tutkimus muokkaa

Toisaalta tutkimus voidaan myös jakaa perustutkimukseen ja sovellettuun tutkimukseen. Perustutkimuksessa tutkittavalla aiheella ei ole heti nähtävissä suoranaista sovellutusta vaan tutkimusta tehdään silkasta uteliaisuudesta tarkoituksena tuottaa uutta tietoa. Osa perustutkimuksesta saattaa kuitenkin ennemmin tai myöhemmin johtaa merkittäviin sovelluksiin, joita kukaan ei arvannut odottaa. Perustutkimuksen tulosten soveltaminen uusiin käytännön ongelmiin on soveltavan tutkimuksen tavoite ja vaikka joistakin tuloksista sovellutukset ovat seuranneet hyvinkin pian löydön jälkeen, käytännössä uuden tutkimuksen hyödyntämismahdollisuudet nähdään usein vasta vuosien päästä. Esimerkkejä sovelluksia löytäneistä fysiikan käsitteistä ja keksinnöistä ovat muiden muassa energia, sähkömagnetismi, röntgensäteily, suppea suhteellisuusteoria, laser, NMR-ilmiö, ja suuri magnetoresistanssi.[1]

Historia muokkaa

Ennen 1900-lukua muokkaa

Modernin tieteen, mukaan lukien fysiikan, kehityksen voidaan katsoa saaneen alkunsa antiikin Kreikasta. Kun luonnonilmiöitä pyrittiin aikaisemmin selittämään mytologioilla, 600. vuosisadalla ennen ajanlaskun alkua kreikkalaiset filosofit alkoivat selittää ilmiöitä perustuen havaintoihin, syihin ja logiikkaan.[12] Kokeellista tutkimusta silloiset filosofit eivät kuitenkaan tehneet. Kuuluisia Aleksandrian Museionissa toimineita luonnonfilosofeja olivat muun muassa Arkhimedes, Eukleides ja Ptolemaios.[13]

Nykyisen fysiikan, ja yleisemmin koko tieteen kokeelliset tutkimusmenetelmät on luotu keskiajan islamilaisen tieteen kukoistusaikana ja sittemmin Euroopassa uuden ajan alussa, tieteellisen vallankumouksen aikaan, aluksi Galileo Galilein, René Descartesin ja Isaac Newtonin töiden myötä. Ennen tätä uuden ajan alussa suosioon tullutta empirististä tieteenfilosofiaa oli tyydytty lähinnä luonnonfilosofisiin pohdintoihin ja auktoriteettiuskoon. Tieteellisen vallankumouksen jälkeen luonto ymmärrettiin ikään kuin mekaanisten lakien alaisena koneena, jota voitiin tutkia kokeellisin menetelmin ja jonka toimintaa voitiin ennustaa matematiikan avulla. Vielä 1700-luvulla luonnonfilosofian tutkimus ei kuitenkaan yleensä ollut kvantitatiivista – tieteellinen menetelmä ei ollut vielä täysin kehittynyt – eikä järjestelmällistä opetusohjelmaa tutkijoiden kouluttamiseksi ollut.[14] Fysiikan tutkimus erkani vähin erin luonnonfilosofiasta, eriytyen lopulta omaksi tieteekseen vasta 1800-luvun aikana.[14]

1900-luku muokkaa

1800-luvun lopussa fysiikan tutkimus oli muodostunut organisoiduksi ja kansainväliseksi toiminnaksi. Tutkimuksen kärkimaita olivat Britannia, Saksa, Ranska ja Yhdysvallat. Tutkimus keskittyi 1890-luvulta vuosisadan alkuun pääasiassa kuuden, tuoreen perusaiheen ympärille: röntgensäteilyyn, elektroniin, eetteriin, kaasujen, nesteiden ja kiinteän aineen tilastolliseen esitykseen, radioaktiivisuuteen sekä sähkömagneettisen spektrin pitkäaaltoiseen osaan.[15] Vuosisadan alkuun saakka fysiikan tutkimus oli käytännössä eurooppalaisten harteilla, sillä Yhdysvalloissa tehtiin selvästi heikommin perustutkimusta. MIT:n rehtorin toteamus vuodelta 1889 kertoo kuitenkin opiskelijoiden arvostamisesta: ”tavoitteemme tulee olla huolehdi opiskelijasta, ei tieteellisistä keksinnöistä, ei ammatillisista saavutuksista.”[16] Myös 1900-luvun alun Japanissa fysiikkaa opiskeltiin Tokion ja Kioton yliopistoissa, mutta Japani ei vielä tuolloin ollut fysiikan tutkimuksen kärkimaita. 1900-luvun alussa Saksan fyysikkoseura oli kansainvälisesti katsottuna fysiikan tutkimuksen huipulla ja siten suuri osa fysiikan tutkimuksesta julkaistiin saksaksi.[17] Eurooppalaisen fysiikan tutkimuksen tuolloinen taso näkyy paitsi siinä, että vuonna 1900 maailman vajaasta 900:sta fyysikosta runsas 600 oli kotoisin Euroopasta,[18] myös muun muassa keskieurooppalaisille fyysikoille jaettujen Nobelin fysiikanpalkintojen suurena määränä vuosina 1901–1920.[19] Nobel-palkinnon jakamiseen liittyy myös politiikkaa, mutta Euroopan johtoasema tuona ajanjaksona on silti ilmeinen.lähde?

 
Tanskalainen Niels Bohr pakeni saksalaisten miehitystä Lontooseen toisen maailmansodan aikana ja osallistui myöhemmin Manhattan-projektiin Yhdysvalloissa.

Japanissa fysiikan tutkimus pääsi kunnolla käyntiin vasta 1930-luvulla. Tutkimuskeskus Rikeniin ensimmäisen syklotronin rakennuttanutta Yoshio Nishinaa pidetään Japanin modernin fysiikan tutkimuksen isänä, sillä hän pystyi ensimmäisenä rikkomaan perinteiset roolijaot ja kannusti vapaaseen ideoiden vaihtoon ja yhteistyöhön fysiikan perustutkimuksen edistämiseksi.[20] Samaan aikaan natsien valtaannousun myötä Saksan johtoasema fysiikan tutkimuksen mahtimaana mureni ja Yhdysvallat nousi tutkimuksen kärkeen. Samalla fysiikan julkaisukieleksi vakiintui englanti. Yhdysvaltalaiset rekrytoivat lahjakkaita tutkijoita ulkomailta, mutta heillä oli paljon myös omaa osaamista. Lisäksi monet saksalaiset tai Saksan toisen maailmansodan aikana valloittamien maiden huippufyysikot pakenivat juuri Yhdysvaltoihin ja Yhdistyneeseen kuningaskuntaan. Näihin pakoon lähteneisiin lukeutuvat muiden muassa Albert Einstein, Niels Bohr ja Erwin Schrödinger. Noin puolet fysiikan Nobel-palkinnoista on 1920-luvulta lähtien mennyt yhdysvaltalaisille tutkijoille.[19] Toisaalta nykyään suuri osa yhdysvaltalaisten yliopistojen tutkijoista ja opiskelijoista on alkujaan ulkomaalaisia.[21]

2000-luvun taitteessa Eurooppa on nousemassa takaisin fysiikan tutkimuksen kärkeen, kun suuriin tutkimushankkeisiin on keskitetty runsaasti voimavaroja.[21] Kokeellisen fysiikan tutkimuksen taso on hyvin riippuvainen siihen sijoitetusta rahamäärästä. Kokeellinen hiukkasfysiikan tutkimus ei esimerkiksi ole mahdollista ilman mittavia sijoituksia hiukkaskiihdyttimiin ja niiden vaatimaan alusrakenteeseen. 1970-luvulta lähtien on myös Aasian kokeellinen fysiikan tutkimus noussut maailmanlaajuiseen huomioon.[22]

Tutkijat muokkaa

 
Fyysikko Antony Garrett Lisi.
Pääartikkelit: Tutkija ja fyysikko

Tutkimusryhmän rakenne muokkaa

Tutkimusryhmän perusrakenne on muuttunut historian saatossa. 1800-luvun Italiassa tyypillinen tutkimusryhmä fysiikan alalla koostui professorista, assistentista ja teknikosta. Osa tutkimuksesta tehtiin myös yläkouluissa, koska nuorille fyysikoille ei ollut tarjolla akateemista virkaa.[23] Nykyään tutkimusryhmiä yliopistoissa johtaa yleensä professori tai professoreja, joiden ohjauksessa työskentelee vaihtelevissa määrin laitoksen opetushenkilökuntaa, tutkijatohtoreita, väitöstyöntekijöitä, ja maisterin tai diplomi-insinöörin tutkintoa opiskelevia tutkimusassistentteja sekä vierailevia tutkijoita.lähde? Kokeellisen fysiikan tutkimuksessa ryhmään voi myös kuulua insinöörejä tai teknikkoja.lähde?

Professorit ja tutkijatohtorit toimivat väitöstyöntekijöiden ja maisteriopiskelijoiden ohjaajina. Opiskelijat oppivat yleensä tutkimuksen perusperiaatteet tällaisessa tutkimusryhmässä ja he osallistuvat täysipainoisesti tutkimuksen tekemiseen. Tutkijan ura jatkuu väitöstyön jälkeen yleensä tutkijatohtorikaudella (engl. postdoctoral fellow), jonka aikana tuore tohtori työskentelee muutamia vuosia jossain toisessa instituutissa tai yliopistossa. Osa opiskeluista tai tutkijatohtorikaudesta saatetaan tehdä ulkomailla.[24]

Tutkijoiden tapaamiset muokkaa

 
Fyysikoiden Solvay-konferenssissa vuonna 1927 keskusteltiin kvanttimekaniikasta.

Tutkijat tapaavat toisiaan konferensseissa, joissa he esittävät muille tuoreimmat tutkimustuloksensa ja luovat uusia yhteyksiä. Tutkimustulosten esittäminen konferensseissa ennen niiden julkaisemista on yksi tapa saada arvostelua ja palautetta muilta tutkijoilta. Tavoitteena on myös tehdä omaa tutkimusta tunnetuksi. Fyysikoiden työ on ollut pitkään kansainvälistä ja eri kansalaisuuksiin kuuluvien fyysikoiden yhteistyö oli hyvin yleistä jo 1800-luvulla. Mittavia konferensseja ei juuri pidetty ennen 1900-luvun alkua. Silloin järjestettiin ensimmäisen kerran Kansainvälinen fysiikan kongressi Pariisin maailmannäyttelyn yhteydessä ja vuonna 1911 aloitti perinteeksi muodostunut Solvay-konferenssi.[25][26]

Nykyään konferensseja on monenlaisia. Osa keskittyy vain tiettyyn aiheeseen tuoden yhteen saman alan osaajia koulutustaustasta riippumatta. Lisäksi monet fyysikkoseurat pitävät vuosittaisia fyysikoille suunnattuja tapaamisia heidän tutkimusaiheestaan riippumatta. Tällaisia yleisiä kokouksia järjestävät muun muassa yhdysvaltalainen American Physical Society (APS), saksalainen Deutsche Physikalische Gesellschaft (DPG) ja myös Suomen fyysikkoseura. Fyysikkoseurojen kokousten osanottajamäärä riippuu paljon seuran koosta. Esimerkiksi maailman suurimman[27] fyysikkoseuran, DPG:n, järjestämään Euroopan suurimpaan kevätkokoukseen odotetaan vuosittain noin 5 000 osanottajaa.[28]

Tutkimuslaitokset muokkaa

Fysiikan tutkimusta tehdään ympäri maailmaa eri tutkimusinstituuteissa: yliopistoissa, kansallisissa laboratorioissa sekä teollisissa laboratorioissa.[29] Tutkimuslaitosten roolit vaihtelevat jonkin verran ja ne voidaankin jakaa karkeasti niiden tavoitteiden mukaan. Teollisuuslaboratoriot tekevät tutkimusta kehittääkseen tuotteitaan, yliopistot edistävät perustutkimusta ja alan opetusta ja kansalliset laboratoriot tuottavat rahoittajaansa sekä tieteellistä yhteisöä hyödyttävää tutkimusta.[30]

Tutkimusinstituuttien tasoa voidaan yrittää arvioida instituuttien julkaisemien tutkimusten määrää ja niiden saamaa huomiota mittaamalla. Fysiikan alalla vuosina 1995–2005 kaikista eniten viitattiin seuraavissa tutkimusinstituuteissa tuotettuihin julkaisuihin:[31]

Sijoitus Tutkimusinstituutti Maa Julkaisuja Viittauksia Viittauksia
per julkaisu
1 Max Planck -instituutti Saksa 15 964 201 420 12,62
2 Tokion yliopisto Japani 14 430 152 240 10,55
3 Istituto Nazionale di Fisica Nucleare Italia 13 009 139 169 10,70
4 MIT Yhdysvallat 7 730 138 505 17,92
5 Venäjän tiedeakatemia Venäjä 29 728 126 159 4,24
6 Kalifornian yliopisto, Berkeley Yhdysvallat 7 406 119 944 16,20
7 CERN Eurooppa 6 852 113 679 16,59
8 Stanfordin yliopisto Yhdysvallat 5 232 107 099 20,47
9 Kalifornian yliopisto, Santa Barbara Yhdysvallat 4 602 97 020 21,08
10 Los Alamos National Laboratory Yhdysvallat 7 099 95 669 13,48
11 Cambridgen yliopisto Iso-Britannia 7 303 95 278 13,05
12 Princetonin yliopisto Yhdysvallat 4 875 92 532 18,98
13 Tōhokun yliopisto Japani 19 092 91 429 9,06
14 Illinoisin yliopisto, Urbana-Champaign Yhdysvallat 6 171 91 252 14,79
15 Argonne National Laboratory Yhdysvallat 5 222 83 134 15,92
16 Caltech Yhdysvallat 4 722 76 259 16,15
17 Brookhaven National Laboratory Yhdysvallat 3 921 76 172 19,43
18 Harvardin yliopisto Yhdysvallat 3 669 75 670 20,62
19 CNRS Ranska 9 919 75 544 7,62
20 Marylandin yliopisto Yhdysvallat 5 364 74 150 13,82

Taulukosta selviää, että fysiikan tutkimuksen kärkimaita ovat Yhdysvallat, Japani, Saksa, Italia, Iso-Britannia, Venäjä, ja Ranska. Näiden viitatuimmiksi rankattujen kahdenkymmenen instituutin joukossa on monia instituutteja, joiden tutkijat ovat osallistuneet hiukkasfysiikan julkaisuihin, joita siteerataan paljon. Yhteen hiukkasfysiikan julkaisuun oli viitattu jopa yli 2000 kertaa.[31]

Julkaisut muokkaa

 
Science-julkaisusarjaa on julkaistu vuodesta 1880.

Oleellinen osa tutkimusprosessia on selvittää, mitä tutkittavasta asiasta on jo aiemmin julkaistu. Eri tahojen tutkimustuloksia ja -menetelmiä pyritään vertaamaan toisiinsa, jotta saadaan kattavampi selitys halutusta ilmiöstä.[32] Tiettyä aihetta koskevan tutkimuksen löytäminen tuhansien julkaisujen joukosta ei olisi mahdollista nykypäivänä ilman erilaisia hakukoneita ja julkaisutietokantoja, kuten esimerkiksi Academic Search Premier, Web of Science, Scitation, Google Scholar, ja Inspec.[33]

Fysiikan tutkimuksia julkaistaan monissa tieteellisissä julkaisusarjoissa. Fysiikan julkaisusarjoja ja alan kirjallisuutta julkaisevat muun muassa American Institute of Physics, American Physical Society, Elsevier, Institute of Physics, McGraw-Hill ja John Wiley & Sons. Myös vapaat elektroniset julkaisuarkistot, kuten arXiv, ovat nousseet 2000-luvulla perinteisten julkaisijoiden haastajiksi. Julkaisusarjojen merkittävyyttä arvioidaan monesti vaikuttavuuskertoimella, joka mittaa paljonko julkaisusarjassa julkaistuihin tutkimuksiin viitataan, mutta myös muita merkittävyyden mittareita on kehitetty.[34] Tiedelehdistä arvostetuimpia ja viitatuimpia ovat yleisesti arvostettujen lehtien Science ja Nature lisäksi:[34]

Lehti Julkaisija Ala
Physical Review Letters American Physical Society fysiikan perustutkimus
Applied Physics Letters American Institute of Physics sovellettu fysiikka
Reviews of Modern Physics American Physical Society moderni fysiikka
Physical Review D American Physical Society hiukkasfysiikka, kvanttikenttäteoria, gravitaatio, kosmologia
Journal of Chemical Physics American Institute of Physics kemiallinen fysiikka, esim. spektroskopia, kvanttifysiikka, polymeerit, fysiikka pinnoilla ja rajapinnoilla
Journal of High Energy Physics SISSA hiukkasfysiikka, esim. hiukkaskiihdyttimet, astrohiukkasfysiikka, perusvuorovaikutukset, kvanttikenttäteoria
Physics Letters B Elsevier ydinfysiikka, hiukkasfysiikka
Nuclear Physics B Elsevier hiukkasfysiikka, kvanttikenttäteoria, fysikaalinen matematiikka
Journal of Applied Physics American Institute of Physics sovellettu fysiikka
Physics Reports Elsevier fysiikan perustutkimus

Tutkimusaiheet muokkaa

Fysiikan tutkimuksessa tutkimusaiheiden suosiota voidaan arvioida julkaisutietokantojen avulla. Vuosina 1995–2005 julkaistuissa tieteellisissä töissä viitattiin eniten tutkimuksiin, jotka käsittelivät muun muassa seuraavia tutkimusaiheita: hiukkasfysiikka, supranesteet, suprajohteet, Auringon neutriinot, kvanttipisteet, moniatomiset systeemit, magnetoresistanssimateriaalit, ilmakehän neutriinot, metalli–eriste-transitio, puolijohteet, ydinreaktio, huippu-kvarkki, tilastollinen resonanssi, Bosen–Einsteinin kondensaatit, hiilinanoputket, fotonikiteet, kaoottiset oskillaattorit, Langmuir-kalvot, kosminen mikroaaltotaustasäteily, ylimääräiset aika-avaruusdimensiot, säieteorian solitonit, suuri yhtenäisteoria, ja kvanttigravitaatio.[31]

Megatiede muokkaa

 
Manhattan-projektin myötä luotiin kokonaisia Los Alamosin kaltaisia tutkimus- ja kehityskeskuksia.
Pääartikkeli: Megatiede

Megatiede on tutkimusta, joka vaatii huomattavan suuria rahallisia investointeja laitteisiin. Suuren hankkeen aloituskustannukset ovat isot ja myös projektin ylläpitäminen vaatii jatkuvaa huomattavaa rahallista panostusta. Megatieteelle on tyypillistä, että se tuottaa tuloksia vasta rahoituksen saavutettua tietyn riittävän tason toisin kuin lineaarisesti käyttäytyvä ”normaali” tutkimus, jonka tuottavuus kasvaa aina rahallisen panostuksen kasvaessa.[35] Suuri osa megatieteestä on fysiikkaan liittyviä hankkeita. Nykyaikaisen megatieteen katsotaan alkaneen Manhattan-projektista 1940-luvulla.[36] Megatiedehankkeet kuvaavat 1900-luvulla tapahtunutta muutosta tieteen asemassa ja rahoituksessa. Suurta tiedettä fysiikan alalla edustavat nykyään muun muassa hiukkaskiihdyttimet, synkrotronisäteilylaitokset, tutkimusreaktorit, fuusioreaktorit, vapaaelektronilaserit, Hubble-avaruusteleskooppi, ja Euroopan eteläinen observatorio.[37][38][39]

Kansainvälisyys muokkaa

 
LHC-kiihdyttimen ATLAS-hiukkasilmaisin.

Useat isot fysiikan tutkimusprojektit ovat monikansallisia. Pelkästään Euroopassa on käynnissä useita projekteja, joiden rahoittamiseen osallistuu yli kymmenen maata.[37] Esimerkiksi LHC-kiihdytinprojektiin CERNissä Ranskan ja Sveitsin rajalla osallistuu yhteensä 37 maata ympäri maailmaa.[40]

Myös monissa pienen mittakaavan tutkimusprojekteissa kansainvälisyys on arkipäivää. Tutkimukset tehdään yleensä eri instituuteissa työskentelevien tutkijoiden yhteistyönä, sillä eri laboratoriot ovat erikoistuneet eri aihealueisiin. Esimerkiksi materiaalifysiikan tutkimuksissa yhdessä julkaistussa tutkimuksessa on saatettu käyttää useita eri mittausmenetelmiä, mitatut näytteet on valmistettu yhdessä laboratoriossa ja aiheen teoreettinen tarkastelu suoritettu toisessa. Lisäksi tutkijoiden siirtyminen maasta toiseen esimerkiksi tutkijatohtorikautta suorittamaan tekee tutkimusryhmistä kansainvälisiä.[24]

Rahoitus muokkaa

Ennen toista maailmansotaa fysiikan tutkimuksen rahoitus oli vähäistä. Sodan aikana Yhdysvalloissa tutkimukseen valtion käyttämä rahamäärä nousi vuosittaisesta 48 miljoonasta 500 miljoonaan Yhdysvaltain dollariin.[41] Sodan aikaiset investoinnit fysiikan tutkimukseen helpottivat fyysikoita saamaan valtiolta rahaa hankkeisiinsa myös sodan jälkeisenä aikana.[42]

Fysiikkaa tutkitaan pääasiassa julkisin varoin. Suuret rakennushankkeet voivat olla joko valtiollisia, useiden valtioiden tai jonkin kattojärjestön kuten YK:n tai Euroopan unionin rahoittamia. Esimerkiksi avaruustutkimusta rahoitetaan Yhdysvalloissa ja Venäjällä julkisin varoin NASAn ja Venäjän avaruusjärjestön kautta. Soveltavan fysiikan tutkimuksen rahoittajana toimii myös teollisuus. Suomessa teollisuuden innovaatioita sekä teollisuuden ja tutkimuslaitosten yhteisiä hankkeita rahoittaa muun muassa Tekes, jonka tuki eri hankkeille oli yhteensä noin 600 miljoonaa euroa vuonna 2009.[43]

Fysiikan tutkijat saavat yleensä palkkansa joko julkisilta tai yksityisiltä yliopistoilta tai itsenäisiltä tutkimusinstituuteilta. Tutkijat voivat kuitenkin hakea myös henkilökohtaisia tai projektikohtaisia projekti- tai apurahoja erilaisilta tiedeakatemioilta ja säätiöiltä. Osa säätiöistä saa rahansa valtiolta, toiset ovat yksityisten ihmisten varoista koottuja. Suomessa projekti- ja apurahoja jakavat fyysikoille vuosittain Suomen Akatemian lisäksi muun muassa Suomalainen Tiedeakatemia, Suomen Kulttuurirahasto ja Emil Aaltosen säätiö. Apurahalla tehtävä tutkimus on kartuttanut Suomessa tutkijan eläkettä vuoden 2009 alusta lähtien[44], mutta apuraha ei edelleenkään oikeuta ansiosidonnaiseen työttömyyspäivärahaan, jos tutkija jää apurahakauden jälkeen työttömäksi.[45]

Fysiikan tutkimuksen etiikka muokkaa

Vaikka suuri osa fysiikan tutkimuksesta on rauhanomaista ja pyrkii edistämään teknologista kehitystä yleisellä tasolla, fyysikoiden keksimät ilmiöt eivät aina ole tuottaneet pelkästään hyvinvointia. Kuuluisa esimerkki tästä on toisen maailmansodan aikainen Manhattan-projekti, jonka tavoitteena oli tuottaa massatuhoase. Fysiikkaa koskevat eettiset kysymykset liittyvät siis läheisesti niihin eettisiin ja poliittisiin tarkoitusperiin, joihin fysiikan tutkimusta tuotetaan. Esimerkkinä puhtaasti teknisestä, tausta-arvoja kyseenalaistamattomasta tutkimuksesta voidaan mainita neutronipommin kehittäminen sotateollisuuden tarpeisiin. Pommin neutronisäteily tappaa ihmiset, mutta jättää infrastruktuurin kuten rakennukset ennalleen. Tällaiseen tutkimukseen osallistuvan fyysikon motivaatio ei välttämättä ole tuhoisa tai ihmisvihamielinen.[46]

Kuten muillakin aloilla, yleisten eettisten kysymysten lisäksi tutkija voi kohdata eettistä ajattelua vaativia eturistiriitoja arkipäiväisessä työssään. Tutkimusta rahoittava taho tai läheinen työkollega saattaa vaatia tutkijalta tieteen sisäisten normien, kuten avoimuuden ja rehellisyyden kiertämistä tai suoranaista rikkomista.[47]

Tieteelliset huijaukset ja tutkimustulosten sepittäminen muokkaa

Kaikki tutkimus nojaa siihen, että tutkijoiden oletetaan noudattavan yhteisiä tieteen eettisiä pelisääntöjä eli tutkimusetiikkaa. Fysiikan alalla on ollut muutamia paljon huomiota saaneita tapauksia, joissa on ollut epäilyksiä tahattomasta tai tarkoituksellisesta vilpistä. Ensimmäisenä huomiota herätti vuonna 1989 keksitty kylmäfuusio,[48] jonka väitetyn toimivuuden epäillään olleen väärin tulkittujen mittaustulosten ansiota. Kylmäfuusion mahdollisuuksia tutkitaan silti edelleen.[49]

Vuonna 2002 paljastui Bell Labsissa työskennelleen nuoren fyysikko Jan Hendrik Schönin tekemä törkeä tieteellinen vilppi. Schön oli julkaissut sensaatiomaisia tutkimustuloksia hyvin arvostetuissa lehdissä kuten Science ja Nature. Hänet oli myös useaan kertaan palkittu tekemistään löydöistä materiaalitutkimuksen saralla ja monet povasivat hänelle jopa Nobel-palkintoa.[50] Vuonna 2001 hän väitti keksineensä molekyylitransistorin ja julkaisi tutkimuksia uskomatonta tahtia, peräti yli 90 julkaisua noin kolmen vuoden aikana.[50] Pian kuitenkin kävi ilmi, etteivät muut tutkijat yrityksistä huolimatta pystyneet toistamaan hänen tuloksiaan ja hänen huomattiin käyttäneet samoja mittaustuloksia eri yhteyksissä väittäen niiden olevan eri materiaaleista. Tapausta tutkinut komitea totesi Schönin väärentäneen mittaustulokset ainakin kuuteentoista julkaisuun. Samoihin aikoihin myös Lawrence Berkeley National Laboratoryssa (LBNL) paljastui tieteellinen huijaus. Laboratorion tutkijat väittivät löytäneensä alkuaineet 116 ja 118, mutta vetivät väitteensä myöhemmin takaisin.[51]

Ennen näitä tapauksia fysiikan alalla ei ollut totuttu vilppiin, sillä vilpin oli ajateltu olevan lähinnä vaikeasti toistettavia biologisia systeemejä tutkivien tieteenalojen ongelma.[51] Schönin tapaus järkytti tiedemaailmaa ja erityisesti fyysikoita. Eettisiin säännöstöihin alettiin kiinnittää sen jälkeen enemmän huomiota.[51]

Lähteet muokkaa

  • Kragh, Helge: Kvanttisukupolvet: 1900-luvun fysiikka. (Quantum generations: A history of physics in the twentieth century, 2002.) Suomentanut Kimmo Pietiläinen. Helsinki: Terra Cognita, 2002. ISBN 952-5202-53-4.
  • Cahan, David (ed.): From Natural Philosophy to the Sciences. University of Chicago Press, 2003. ISBN 9780226089287. Google Books. (englanniksi)

Viitteet muokkaa

  1. ↑ a b c Brezin, Edouard: Basic Research and its Relationship to Modern Technology 24.11.2010. ParisTechREVIEW. Viitattu 8.3.2011. (englanniksi)
  2. ↑ Bindloss, Ian P.: Contributions of Physics to the Information Age 2003. Department of Physics, UCLA. Viitattu 8.3.2011. (englanniksi)
  3. ↑ Physics Success Stories 2003. AIP. Arkistoitu 4.1.2011. Viitattu 8.3.2011. (englanniksi)
  4. ↑ Fysiikan historiaa YLE. Viitattu 7.10.2009. [vanhentunut linkki]
  5. ↑ Young & Freedman: University Physics with Modern Physics, s. 2. 11. painos. Pearson, 2004. ISBN 0-321-20469-7. (englanniksi)
  6. ↑ Browne, Michael E.: Schaum's outline of theory and problems of physics for engineering and science, s. 15. McGraw-Hill Professional, 1999. ISBN 9780070084988. (englanniksi)
  7. ↑ Segrè, Emilio: Enrico Fermi, Physicist, s. 65. Chicago: University of Chicago Press, 1970. ISBN 9780226744735. (englanniksi)
  8. ↑ John R. Taylor: An Introduction to Error Analysis: The Study of Uncertainties in Physical Sciences, s. 3–6. 2nd ed. University Science Books, 1997. ISBN 0-935702-75-X. (englanniksi)
  9. ↑ Hägerstrand, Torsten: The Identification of progress in learning, s. 15. Cambridge University Press, 1985. ISBN 9780521300872. (englanniksi)
  10. ↑ Voter, Arthur F. & Montalenti, Francesco & Germann, Timothy C.: Extending the time scale in atomistic simulations of materials. Annu. Rev. Mater. Res., 2002, nro 32, s. 321–346. Artikkelin verkkoversio (PDF). Viitattu 10.3.2011. (englanniksi)
  11. ↑ Ahrens, C. Donald: Meteorology Today: An Introduction to Weather, Climate, and the Environment, s. 348–349. Thomson Brooks/Cole, 2007. (englanniksi)
  12. ↑ Myers, Rusty L.: The basics of physics, s. 4–5. Greenwood Publishing Group, 2006. ISBN 9780313328572. (englanniksi)
  13. ↑ S. Rappoport: History of Egypt, s. 4. Osa 10. Grolier Society, 1904. Wattpad. (englanniksi)
  14. ↑ a b Cahan 2003, s. 164–165
  15. ↑ Cahan 2003, s. 163–164.
  16. ↑ Kvanttisukupolvet, s. 32.
  17. ↑ History of physics: German physics and nazis Science Week. US Library of Congress. Viitattu 31.8.2008. (englanniksi)
  18. ↑ Kvanttisukupolvet, s. 31.
  19. ↑ a b Zhang, Weijia & Fuller, Robert: Nobel prize winners in physics from 1901 to 1990: Simple statistics for physics. Physics Education, 1998, nro 33, s. 196–203. Artikkelin verkkoversio. (englanniksi)
  20. ↑ Kim, Dong-Won: Yoshio Nishina: father of modern physics in Japan, s. 10–12. CRC Press, 2007. ISBN 9780750307550. Google Books (viitattu 25.10.2009). (englanniksi)
  21. ↑ a b Keinonen, Juhani: Fysiikan jättitapahtuma Yhdysvalloissa. Tieteessä tapahtuu, 1999, nro 4. Tieteellisten seurain valtuuskunta. Artikkelin verkkoversio. (Arkistoitu – Internet Archive)
  22. ↑ Overbye, Dennis: China accelerates its role in particle physics Herald Tribune. 5.12.2006. Viitattu 31.8.2008. (englanniksi)
  23. ↑ Giuliani, Giuseppe: The academic physicists (html) Paths of Physics. Arkistoitu 12.5.2006. Viitattu 15.3.2011. (englanniksi)
  24. ↑ a b Breimer, Lars H. & Breimer, Michael E. & Breimer, Douwe D.: Mobility rethought. Nature, 2011, nro 470, s. 565. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 10.3.2011. (englanniksi)
  25. ↑ What are the Solvay Conferences? www.solvayinstitutes.be. Arkistoitu 26.12.2008. Viitattu 6.9.2008. (englanniksi)
  26. ↑ Kvanttisukupolvet, s. 34.
  27. ↑ Hintergrund-info: Die Deutsche Physikalische Gesellschaft 2008. Deutsche Physikalische Gesellschaft. Arkistoitu 3.2.2010. Viitattu 29.6.2008. (saksaksi)
  28. ↑ Jansitz, Paul: Jahrestagungen der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Wie werden wir unsichtbar? 26.2.2008. Der Tagesspiel. Viitattu 6.9.2008. (saksaksi)
  29. ↑ National Research Council (U.S.), Physics Survey Committee, National Academy of Sciences (U.S.) ja Committee on Science and Public Policy: Physics in perspective, Volume 1, s. 580. National Academy of Sciences, 1972. ISBN 9780309020374. Google Book (viitattu (englanniksi)).
  30. ↑ National Research Council (U.S.), Physics Survey Committee, National Academy of Sciences (U.S.) ja Committee on Science and Public Policy: Physics in perspective, Volume 1, s. 600. National Academy of Sciences, 1972. ISBN 9780309020374. Google Book (viitattu (englanniksi)).
  31. ↑ a b c The Most-Cited Institutions in Physics, 1995–2005 in-cites.com. 2006. Arkistoitu 19.9.2008. Viitattu 31.8.2008. (englanniksi)
  32. ↑ Thomas, Jerry R., Nelson, Jack K. ja Silverman, Stephen J.: Research methods in physical activity, 5. edition, s. 29. Human Kinetics, 2005. ISBN 9780736056205. Google Book (viitattu (englanniksi)).
  33. ↑ Physics (Luettelo julkaisutietokannoista) gl.iit.edu. Arkistoitu 8.1.2009. Viitattu 16.10.2008. (englanniksi)
  34. ↑ a b Bollen, Johan, Rodriguez, Marko A. ja Sompel, Herbert Vande: Journal status (arXiv:cs/0601030v1) arXiv. 1.2.2008. Viitattu 10.10.2009. (englanniksi)
  35. ↑ National Research Council (U.S.), Physics Survey Committee, National Academy of Sciences (U.S.) & Committee on Science and Public Policy: Physics in perspective, Volume 1, s. 460. National Academy of Sciences, 1972. ISBN 9780309020374. Google Book (viitattu (englanniksi)).
  36. ↑ Ratchford, J. Thomas ja Colombo, Umberto: Megascience (s. 3) Unesco world science report. Viitattu 14.10.2009. (englanniksi)
  37. ↑ a b Jiménez, Cristina: Synching Europe's big science facilities. Nature, 2010, nro 464, s. 659. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 10.3.2011. (englanniksi)
  38. ↑ Brumfiel, Geoff: Big science feels the pinch in Europe. Nature, 2010, nro 466, s. 1028–1029. Artikkelin verkkoversio. Viitattu 10.3.2011. (englanniksi)
  39. ↑ View from the Outside ASK the Academy. 31.3.2010. NASA. Arkistoitu 14.10.2011. Viitattu 10.3.2011. (englanniksi)
  40. ↑ LHC machine: Where? CERN. Viitattu 31.8.2008. (englanniksi)
  41. ↑ Fraser, Gordon: The quark machines: how Europe fought the particle physics war, s. 48. CRC Press, 1997. ISBN 9780750304474. Google Books (viitattu (englanniksi)).
  42. ↑ Smith, Bruce L. R. ja Karlesky, Joseph J.: The State of Academic Science: Summary of major findings, s. 103. Transaction Publishers, 1977. ISBN 9780915390090. Google book (limited preview) (viitattu (englanniksi)).
  43. ↑ Tekes kannustaa kehittymään 2.6.2009. tekes.fi. Arkistoitu 1.10.2009. Viitattu 6.10.2009.
  44. ↑ Työttömyysturvalain soveltaminen tieteen ja taiteen tekijöihin eräissä tilanteissa 15.4.2008. Työ- ja elinkeinoministeriö. Viitattu 1.2.2009.
  45. ↑ Tutkijan työttömyysturva: Ohjeita Tieteentekijän liiton jäsenille Tieteentekijöiden liitto. Viitattu 31.8.2008. [vanhentunut linkki]
  46. ↑ McFadden, Robert D.: Samuel T. Cohen, Neutron Bomb Inventor, Dies at 89 The New York Times. 1.12.2010. Viitattu 13.3.2011.
  47. ↑ Doss, Heide ja Popkin, Gabriel: Ethics case studies aps.org. Viitattu 11.3.2011.
  48. ↑ Scientific research ethics Center for the Study of Ethics in the Professions at IIT, Illinois Institute of Technology. Arkistoitu 20.10.2008. Viitattu 2.9.2008. (englanniksi)
  49. ↑ Voss, David: Whatever happened to cold fusion? 1.3.1999. physicsworld.com. Arkistoitu 12.1.2012. Viitattu 2.9.2008. (englanniksi)
  50. ↑ a b Cassuto, Leonard: Big trouble in the world of "Big Physics" 16.9.2002. salon.com. Arkistoitu 25.9.2008. Viitattu 2.9.2008. (englanniksi)
  51. ↑ a b c Goodstein, David: In the matter of J Hendrik Schön 1.10.2002. physicsworld.com. Arkistoitu 27.8.2008. Viitattu 2.9.2008. (englanniksi)
Noudettu kohteesta ”https://fi.wikipedia.org/w/index.php?title=Fysiikan_tutkimus&oldid=21566300”