Kaikki voimat johtuvat kappaleiden välisistä vuorovaikutuksista

"Kahden kappaleen vuorovaikuttaessa keskenään, molempiin kohdistuu yhtäsuuri mutta vastakkaissuuntainen voima. Kappaleeseen kohdistuva kokonaisvoima muuttaa kappaleen liiketilaa. Dynamiikan peruslain mukaan vakiovoima F antaa kappaleelle , jonka massa on m, kiihtyvyyden a siten, että F=ma.

 Etäisvoimat kuten gravitaatio sekä sähköiset ja magneettiset voimat vaikuttavat välimatkan päästä, ja niiden välittäjinä toimivat kentät . Atomifysiikka on kuitenkin osoittanut, että myös kaikki kosketusvoimat aiheutuvat aineen rakenneosien välisistä sähkömagneettisista vuorovaikutuksta.  Alkeishiukkasten  välillä vaikuttaa neljä perusvuorovaikutusta jotka ovat:

• sähkömagneettinen vuorovaikutus, jonka aiheuttama voima synnyttää fysikaaliset kappaleet ja valon,
• heikko vuorovaikutus, joka aiheuttaa radioaktiivisuuden,
• vahva vuorovaikutus, joka pitää atomiytimet koossa,
• gravitaatio, joka synnyttää painovoiman." Wikipedia

Vety on maailmankaikkeuden yleisin alkuaine ja sitä on noin 74 % maailmankaikkeudessa esiintyvän aineen massasta. Maailmankaikkeuden atomeista 90 % on vetyä, 9 % heliumia ja 1 % muita aineita. Mittauksilla on saatu selville, että Auringosta ja muista tähdistä suurin osa on vetyä. Auringossa vetyä fuusioituu jatkuvasti heliumiksi. Reaktio on Maassa olevan elämän kannalta elintärkeä, sillä ilman Auringon tuottamaa energiaa Maassa ei olisi riittävästi lämpöä elämälle. Vety (ja helium) oli ensimmäinen alkuaine maailmankaikkeudessa, ja muut alkuaineet syntyivät myöhemmin tähdissä vedyn fuusioituessa.Vetyatomin ytimessä on yksi protoni, jota kiertää alimmalla energiatasolla yksi elektroni.

Kotigalaksimme Linnunrata kuuluu paikalliseen galaksiryhmään, jossa on noin 50 tunnettua galaksia ja Linnunrata on yksi ryhmän kolmesta hallitsevasta suuresta kierregalaksista. Galaksissamme muodostuu pölystä ja kaasusta tiivistymällä koko ajan uusia tähtiä. Linnunratamme on aika suuri ja sen massaksi on arvioitu 1500 miljardia Auringon massaa. Kaikki Linnunradan paljain silmin nähtävät tähdet ovat alle 6500 valovuoden etäisyydellä Auringosta. Linnunratamme ja me siinä mukana kuljemme eteenpäin 700 kilometrin sekunttivauhtia kohti Neitsyen galaksijoukkoa.

Aurinkokunta sijaitsee noin 25000 valovuoden päässä kotigalaksimme keskustasta ja se kiertää keskustaa 220 kilometrin sekunttivauhdilla. Aurinko kiertää Linnunradan 250 miljoonassa vuodessa ja akselinsa ympäri 25 vuorokaudessa. Aurinkokunnan ratanopeus vastaa Linnunradan kierteishaarat muodostavat tiheysaallon nopeutta ja  pysynyt sen spiraalihaarojen ulkopuolella ja näin välttynyt supernovien säteilyltä, mikä estää tai vaikeuttaa elämän syntyä ja Aurinkokunnan etäisyys keskustasta riittävä, jotta painovoima ja säteily eivät nouse vaaralliselle tasolle, kertoo wikipedia. 

Maapallo syntyi 4.6 miljardia vuotta sitten ja siitä tuli kiviplaneetta, kun sijaitsi niin lähellä Aurinkoa.Maa etenee kiertoradallaan Auringon ympäri 30,5 kilometrin sekuntinopeudella (109 800 kilometriä tunnissa) lähes ympyränmuotoista ellipsirataa pitkin. Liikkeestä Auringon ympäri yhdessä kallistuskulman suhteesta aurinkoon syntyy vuodenaikojen vaihtelu. Samalla Maa pyörii oman akselinsa ympäri, mistä seuraa vuorokaudenaikojen vaihtelu. Pyörimistä hidastaa jatkuvasti vuorovesi-ilmiö, minkä vuoksi vuorokausi pitenee hitaasti. Epäsäännöllisesti Maan pyörimistä hidastavat muun muassa sääilmiöt, merenpinnan korkeusvaihtelut, Maan vaipan konvektiovirtaukset, laattojen liike, sisäiset kitkavoimat, sähköiset voimat ja eroosio.

Tähtitieteessä prekessiolla tarkoitetaan gravitaatiosta aiheutuvaa taivaankappaleen pyörimis­akselin suunnan jatkuvaa, hidasta muuttumista, erityisesti Maan pyörimis­akselin suunnan muuttumista. Vaappuvan hyrrän tavoin Maan akselin suunta kiertyy sillä tavoin, että sen asennot eri aikoina muodostavat kaksi kartiopintaa, jotka kohtaavat toisensa kärjissään. Täysi kierros kestää noin 26 000 vuotta, mitä aikajaksoa sanotaan myös suureksi vuodeksi eli platoniseksi vuodeksi. Usein termillä "prekessio" tarkoitetaan vain tätä liikkeen suurinta komponenttia; muut Maan akselin suuntaa muuttavat tekijät kuten nutaatio ja napaliike ovat paljon vähäisempiä. Wikipedia

Kaikkeuden ihmiselle hahmottuvat tasot:

• galaksijoukot
• galaksit
• aurinkokunnat
• yksittäiset taivaankappaleet, kuten tähdet ja planeetat
• ihmisen suuruusluokkaa olevat kappaleet
• molekyylit
• atomit
• ytimet
• alkeishiukkaset. 

Ja jo edellämainitut perusvoimavaikutukset

• gravitaatiovuorovaikutus
• vahva vuorovaikutus
• heikko vuorovaikutus
• sähkömagneettinen vuorovaikutus

Maapallon alkuilmakehä koostui lähinnä vesihöyrystä, hiilidioksidista, vedystä ja typestä, happea ei vielä tällöin ollut lainkaan. Hapen määrä ilmakehässä alkoi lisääntyä 3.5 miljardia vuotta sitten, kun ensimmäiset happea tuottavat bakteerit syntyivät, niillä oli kyky pilkkoa vettä vedyksi ja hapeksi, mutta kehitys oli hidasta ja vasta noin 2 miljardia vuotta sitten  ilmakehän happipitoisuus oli vain sadasosa nykyisestä. Hapen lisääntyminen aloitti myös otsonikerroksen syntymisprosessin.

Australian Pilbaran alueen 3,48 miljardia vuotta vanhojen kivinäytteiden stromatoliitit ovat syntyneet bakteerien vaikutuksesta. Näitä kiviä pidetään toistaiseksi vanhimpina tunnettuina elämän merkkeinä.

"Miljardien vuosien kuluessa elämä on kehittynyt molekyyleistä bakteereiksi ja arkeoneiksi, ja uusia haaroja on syntynyt: sieniä, kasveja, eläimiä ja ihmisiä eli aitotumallisia eliöitä. Elämän haarautuminen tumallisiin lajeihin alkoi noin 2,7 miljardia vuotta sitten. Arkeoneissa ja bakteereissa ei puolestaan ole tumaa, ne ovat yksisoluisia tumattomia pieneliöitä.Kaikki eliöt - olivat ne sitten pieniä tai isoja - ovat kuitenkin samaa alkujuurta. Elämän rakennuspalikat eli nukleiinihapot RNA ja DNA ovat bakteereissa, ameeboissa, banaaneissa ja ihmisissä, siis kaikissa eliöissä samat. Nämä perimän osaset, kopioitumisesta vastaavat biomolekyylit ovat pysyneet samoina miljardien vuosien ajan ja ne edustavat järjestystä pitäen sisällään informaation, joka siirtyy sukupolvelta toiselle." Yle tiede

Kolme tärkeintä alkuainetta ihmisessä ovat hiili (C), vety (H) ja happi (O). Kaikissa biologisissa molekyyleissä on hiiliatomeita. Suurin osa ihmisestä on vettä 60 %, joka koostuu vedystä ja hapesta.

"Me kaikki kannamme solussamme muistoja elämän alusta miljardien vuosien takaa, elämä on aineen, energian ja informaation dynaaminen yhdistelmä, joka koko ajan hakee uusia muotoja. Elämä on siis reaktiivista ja yllättävää. Elämän synty on kemiaa ja alkuaineita oli käytössä yllättävän vähän. Kuusi tärkeää alkuainetta olivat hiili, vety, typpi, happi sekä fosfori ja rikki" Kirsi Leino

Solu on kaikkien eliöiden rakenteellinen ja toiminnallinen perusyksikkö. Solut jaetaan prokaryootteihin eli esistumallisiin ja eukaryootteihin eli aitotumallisiin. Esitumallisiin kuuluvat lähinnä bakteerit ja aitotumallisiin eläin-, sieni- ja kasvisolut. Eläinten solut voidaan jakaa edelleen somaattisiin soluihin ja sukusoluihin eli ituradan soluihin.

Yksisoluinen eliö  koostuu vain yhdestä solusta, monisoluinen koostuu useasta solusta. Ihmisruumiissa soluja on noin 1014

Mitokondrioiden määrä solussa vaihtelee solun energiatarpeesta riippuen. Runsaasti energiaa kuluttavissa soluissa, kuten lihaksissa, mitokondrioita on runsaasti. Mitokondriossa on omaa DNA:ta. Mitokondriot periytyvät aina äidiltä, ja niitä voidaankin käyttää apuna yksilöntunnistuksessa. Punasoluissa ei ole mitokondrioita.

Mitokondrioilla on happiradikaalien tuottajana rooli myös vanhenemisessa. Koska isän perimä ei ole vaikuttanut mitokondrion DNA:han eikä näin ollen sen mutaatioihin ja mutaatioiden on katsottu tapahtuneen suhteellisen säännöllisesti, ovat tutkijat voineet määrittää yksilöiden mitokodrioiden DNA:n avulla, miten kauan sitten kaikkien ihmisten kantaäiti on elänyt. Äitilinjan kantaäitinä pidetään noin 200 000 vuotta sitten Afrikassa elänyttä naista, jota kutsutaan Mitokondrio-Eevaksi. 

Ihmisen solut elävät yleensä kuukausia tai vuosia, mutta suolen sisäpinnan solut ja jotkin valkosolut elävät vain vuorokausia. Hermo- ja lihassolut sen sijaan ovat hyvinkin pitkäikäisiä, ja aivosolut saattavat elää yli sata vuotta. Solut voivat lisääntyä eli jakautua joko mitoottisesti tai meioottisesti.Solut ovat sähköisesti varautuneita siten, että sähkövaraus solun sisäpuolella on noin 70 millivolttia negatiivisempi kuin solun ulkopuolella.

Hermosolu eli neuroni on hermokudoksen solu, jonka päätehtävänä on käsitellä ja välittää tietoa sähköisen hermoimpulssin avulla. Selkärankaisilla on hermosoluja aivoissa, selkäytimessä sekä ääreishermoston hermoissa ja ganglioissa eli hermosoluryppäissä. Nimestään huolimatta kaikki hermosolut eivät osallistu hermojen muodostamiseen.

De Broglien aallonpituus on hiukkasen aallonpituus kvanttimekaniikassa. Louis de Broglie huomasi, ettei fotoni ole ainoa hiukkanen, jolla on sekä hiukkasluonne että aaltoluonne. Vuonna 1924 hän teki väitöskirjassaan hypoteesin, että myös ainehiukkasilla, kuten elektroneilla, on aaltoluonne.

Maailmankaikkeuden kehitys on ollut ja on jatkuvaa, erityisesti kauniilla Maaplaneetallemme kehittyi sellaiset elämän edellytykset, kuin me elämän koemme ja alkuräjähdyksestä lähtien johtavana tekijänä on ollut vuorovaikuttava voima joko hiukkasten sisällä pitämässä niitä koossa ja hiukkasten välillä muodostaen suurempia kokonaisuuksia aina pölystä kaasuihin ja lopulta Aurinkokunnan planeettoihin, joista Maassa vuorovaikutus edelleen jatkuu kehittyvänä voimana. Nyt koemme ja näemme maailmankaikkeuttamme aistein ja hienoin teknisin laitteistoin, joilla voimme havannoida maailmankaikkeuden alusta lähtien tätä havaittua materiaalia, jota kuitenkin on vain noin 5 prosenttia maailmankaikkeudesta, 26 prosenttia on pimeää ainetta ja 69 prosenttia pimeää energiaa, jota havainnoimme vain siten, että näemme havaitun materian liikkeiden osoittavan, että maailmankaikkeus laajenee kiihtyvällä vauhdilla huolimatta kappaleiden gravitaatiovoimasta. Maailmankaikkeuden suuruus mahdollistaa tämän havainnon, koska pimeä energia on niin heikko, että sitä ei edes vielä havaita.

Einsteinin suhteellisuusteorian jälkeen on ollut teorioita kuten Supersäiteteoria, joka selittää luonnon alkeishiukkaset ja perusvuorovaikutukset yhdellä fysikaalisella teorialla, siitä on toivottu "Kaiken teoriaa", joka yhdistää siihen gravitaation. Supersäieteoria mallintaa alkeishiukkaset pienenpienten supersymmetristen säikeiden värähtelyinä (yhden säikeen pituus on 10-35 metrin luokkaa). Tämän teorian mukaan värähdykset tapahtuisivat useassa eri ulottuvuudessa, ongelmana vain on, että me tiedämme kolme perusulottuvaatta ja neljännen aikaulottovuuden, joten loput ulottuvuudet voidaan ehkä selittää tuolla pimeän aineen ja energian alueella, sen aika näyttää. Uskonkin, että mitä paremmin ihminen kehittyy alueelle, jossa herkimmät vaistot kykenevät aistimaan asioita tai tekniikkamme edelleen kehittyy paremmaksi, silloin ehkä löydämme näitä uusia ulottuvuuksia. Sitä minusta todistavat aikaisemmat tiedemiehet ja -naisetkin aina antiikin ajoista lähtien, kun ovat löytäneet ja selittäneet asioita, joita oli vaikea selittää ja ymmärtää silloisella tietämystasolla ja havaintotekniikalla, silti ne tiedot ovat perustana meidän nykyiselle tieteelle.

Arja Kolehmainen  Helsinki 20.02.2021 

Lähteet: Wikipedia, Yle tiede 1.6.2018

Andromedan ja Linnunradan lähestyminen

Hubblen lain  mukaan kaukaiset galaksiryhmät loittonevat toisistaan, mutta Andromeda ja Linnunrata kuuluvat samaan ryhmään, eikä niillä arvella olevan loittonemiseen tarvittavaa keskinäistä alkunopeutta. Andromeda lähestyy Linnunrataa suurin piirtein 140 km/s. eli 500 000 km/h, mutta samalla sillä voi olla poikittaista nopeutta, jonka suuruutta ei varmasti tiedetä. Jos poikittaisnopeutta ei ole paljon, galaksit kohtaavat ja kaasupilvien törmätessä ne menettävät lisää keskinäistä nopeuttaan sulautuen lopulta yhteen. Wikipedia